Особенностью предлагаемого авторами способа является его адаптация к температуре окружающей среды. Определены основные принципы подбора оборудования на основе материального баланса испаряющейся воды и термического сопротивления ограждающих конструкций.
Конденсация влаги на поверхностях элементов остекления, стен, потолка и несущих конструкциях зданий приводит к увеличению теплопотерь и разрушению этих элементов. Обычно это элементы с наименьшим термическим сопротивлением или «тепловые мосты». Повышение эксплуатационных характеристик здания и срок его эксплуатации зависят от решения данной проблемы.
Образование конденсата на ограждающих конструкциях определяется температурой на внутренней поверхности ограждающих конструкций, температурой и влажностью воздуха в помещении. Последние два параметра определяют температуру точки росы. Если поверхность ограждающей конструкции имеет температуру ниже точки росы, то на ней выпадает конденсат. Решение проблемы возможно изменением указанных параметров. Повышение термического сопротивления ограждения позволяет снизить разность температур между воздухом и внутренней поверхностью, но последняя всегда будет ниже температуры воздуха. При влажности воздуха, близкой к φ = 100%, образование конденсата неизбежно.
Другим способом предотвращения образования конденсата является размещение в ограждении охранных подогревателей — таких же, как в ряде бытовых холодильников. Роль охранных подогревателей в последнем случае выполняют трубки конденсатора холодильной машины, которые не требуют значительных дополнительных затрат энергии. Несмотря на их эффективность, следует отметить повышение давления конденсации, появление в теплоизоляции источников тепла, увеличивающих теплопотери, к тому же подобная система приводит к удорожанию конструкции в целом.
Снижение температуры точки росы предполагает осушение воздуха. Это можно сделать самыми разнообразными способами, которые приводят к росту капитальных и эксплуатационных затрат. Одним из способов является охлаждение воздуха ниже температуры точки росы, сопровождающееся выпадением конденсата с последующим его нагревом, например, в калорифере. На этом принципе основано предлагаемое устройство (рис. 1).
Рис. 1. Схема осушения воздуха в помещении (1 — циркуляционный вентилятор; 2 — рекуперативный воздухо-воздушный теплообменник; 3 — дренажный вентиль)
Устройство состоит из камеры, через которую воздух помещения непрерывно циркулирует с помощью вентилятора 1, и воздуховода приточной вентиляции, по которому воздух с температурой окружающей среды поступает в рекуперативный воздухо-воздушный теплообменник 2.
В теплообменнике приточный воздух нагревается, охлаждая циркулирующий воздух. Если температура поверхности теплообменника ниже температуры точки росы, на ней будет конденсироваться вода, то есть будет происходить осушение воздуха в помещении. Приточный воздух, поступая в помещение, нагревается до требуемой температуры системой отопления, или же, для повышения комфорта, часть тепловой нагрузки может быть передана дополнительному калориферу, устанавливаемому на выходе из камеры. Сконденсировавшаяся вода отводится дренажной системой 3. Следует отметить, что тепловой баланс помещения не изменяется, так как приточный воздух с этой системой или без неё должен нагреваться, попадая в помещение. Устройство требует минимальных затрат, в основном на привод низконапорного циркуляционного вентилятора.
Циркулирующий воздух из помещения охлаждается в процессе 1–3, при этом, при температуре полного насыщения воздуха, начинается выпадение конденсата. Затем происходит нагрев воздуха в калорифере, или если калорифер в системе не предусмотрен, происходит смешивание воздушных масс, причём параметры смешения зависят от их соотношения, поэтому целесообразно размещение камеры вблизи зон потенциального выпадения конденсата, чтобы снизить степень разбавления.
В числе особенностей способа можно отметить адаптацию степени высушивания к параметрам окружающей среды. Плотность теплового потока q в теплообменном аппарате находится из уравнения теплопередачи:
где α1 и α2 — коэффициенты теплоотдачи от тёплого и холодного воздуха к стенке, соответственно, Вт/( м²·°C); R1 и R2 — термические сопротивления слоя загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителя, соответственно, м²·°C/Вт; Rст — термическое сопротивление разделяющей теплоносители твёрдой стенки (Rст = δст/λст), м²·°C/Вт; ∆t — средний температурный напор, °C.
Теплообмен от осушаемого воздуха к стенке теплообменника описывается уравнением Ньютона-Рихмана:
Из этого следует, что:
Учитывая, что ∆t зависит от разности температур в помещении и окружающей среды, получим очевидный результат, что чем ниже внешняя температура, тем ниже температура поверхности теплообменника и больше осушающий эффект. Аналогичные уравнения могут быть записаны и для ограждения, и можно видеть, что вероятность появления зон конденсации на ограждении увеличивается с понижением температуры окружающей среды.
В результате мы получили два взаимосвязанных процесса: чем ниже температура окружающей среды и чем больше потребность в удалении влаги, тем эффективнее работает система осушения воздуха. То есть понижение температуры окружающей среды приводит к снижению температуры поверхности, и одновременно понижается температура точки 3 — температура точки росы.
Заключение
Рассмотренная схема осушения воздуха в помещениях с повышенной влажностью может эффективно использоваться как часть системы приточной вентиляции и не требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат.
Эффект саморегулирования системы не требует применения автоматизации, снижая стоимость и повышая надёжность здания в целом.
Место установки устройства и его взаимодействие с воздушными потоками в помещении зависит от геометрии помещения, особенностей вентиляции и источников влаги и является предметом дальнейшего исследования.
