Табл. 1. Рекомендуемая зависимость относительной влажности от внешней температуры
Если температура воздуха понижается до т.н. «точки росы», то его относительная влажность увеличивается до 100 %. При дальнейшем охлаждении избыточная влага конденсируется, а относительная влажность атмосферы остается равной 100 %. Если после этого воздух вновь подогреть до исходной температуры, его относительная влажность окажется ниже исходной. Описанный выше процесс называется осушением воздуха.
Он происходит естественным образом в кондиционерах, где избыточная влага конденсируется на охладительном теплообменнике. Зачем нужен контроль влажности воздуха? Воздух — это элемент здоровья и хорошего самочувствия. Существуют аспекты, объясняющие, почему необходимо контролировать и в некоторых случаях корректировать влажность воздуха. Это касается как жилых помещений в домах и квартирах, так и офисов, где человек проводит большую часть дня.
- Создание здоровой среды обитания. Американская ассоциация, занимающаяся болезнями легких (American Lung Association), рекомендует поддерживать относительную влажность в пределах от 40 до 55 %. При низких значениях влажности страдает слизистая оболочка носа, горла и глаз. В результате сопротивляемость организма к микроорганизмам и вирусам снижается, а вероятность заболеваний возрастает. Люди испытывают усталость, раздражение горла и глаз. Исследования показали, что увеличение относительной влажности с 20 до 30 % снижает вероятность заболеваний на 15 %. При высоких значениях влажности создаются благоприятные условия для размножения плесени и домашних клещей. Плесень и клещи выделяют вещества, являющиеся сильнейшими аллергенами. Это приводит к резкому ухудшению самочувствия обитателей дома.
- Экономия энергии. Влажность существенно влияет на восприятие человеком температуры окружающей среды. Например, 19,5 °C при относительной влажности 35 % воспринимается человеком так же, как 22 °C при влажности 19 %. Снижение температурной уставки на 1,5 °C уменьшает расход энергии примерно на 5 %.
- Сохранение имущества от порчи. Воздух с низкой влажностью как хорошая губка вытягивает влагу из всех материалов и предметов. Мебель рассыхается и трескается, волокна ковровых покрытий становятся хрупкими и быстро изнашиваются, картины покрываются трещинами и меняют цвета, музыкальные инструменты расстраиваются. Высокая влажность вызывает рост плесени и часто приводит многие предметы и покрытия в состояние полной негодности.
- Возникновение статического электричества. При очень низкой влажности (менее 15 %) предметы и люди могут накапливать статический заряд с высоким потенциалом (до 20 тыс. В). Разряды могут быть болезненны и опасны. Если в воздухе присутствует достаточное количество паров горючих жидкостей или высокая концентрация газа, от подобного разряда может произойти взрыв или пожар. Кроме того, разряды часто являются причиной выхода из строя электронных приборов.
Рекомендуемая влажность. В условиях резко континентального климата не удается поддерживать влажность в помещении в указанных выше пределах. В табл. 1 приведена рекомендуемая зависимость относительной влажности от внешней температуры.
Осушение воздуха. Осушение воздуха осуществляется двумя методами — механическим и химическим. При механическом методе воздух проходит через теплообменник, охлажденный до 7–9 °C. Избыточная влага осаждается на теплообменнике, воздух охлаждается до 9–12 °C. После чего для обеспечения комфортных условий охлажденный воздух часто необходимо подогреть.
С этой целью после охладительного теплообменника воздух пропускается через нагревательный теплообменник водяного или электрического типа. Химические осушители воздуха называются десикантными (англ. desiccate — высушивать, терять влажность) осушителями. В этих установках воздух пропускается через вещество с высокими гигроскопическими свойствами (например, селикогель или соли лития). Насыщенное водой вещество проходит стадию регенерации — сушки при сравнительно высокой температуре. В настоящее время наиболее распространены осушители воздуха механического типа.
Увлажнение воздуха. В системах воздушного отопления и кондиционирования осушение воздуха в помещениях осуществляется посредством подачи в помещение воздуха с высокой влажностью — обычно около 95 % (не более). Основная задача при получении влажного воздуха в кондиционном оборудовании — не допустить конденсирование влаги где-либо внутри оборудования, а также в воздуховодах.
С этой целью, в частности, необходимо предусмотреть обязательное выключение увлажнителя, когда по какой-либо причине останавливается вентилятор. Существует четыре метода увлажнения: метод разбрызгивания воды в канале кондиционера; метод «влажной подушки»; паровой метод; ультразвуковой метод.
Разбрызгивающие увлажнители (оросители). Этот тип увлажнителей подразделяется на два подкласса: разбрызгиватели низкого и высокого давления. Принцип работы разбрызгивающих увлажнителей следующий. Вода под давлением подается в форсунки, расположенные в канале кондиционера обычно сразу за нагревательным теплообменником. При выходе из форсунок давление воды резко падает и струя превращается в водяное облако.
Разбрызгиватели низкого давления используют обычную водопроводную воду. Они создают достаточно крупные капли (около 1 мм3). Такие капли, как правило, не успевают испариться, прежде чем достигают поверхностей. В результате внутренние поверхности кондиционера намокают. Разбрызгиватели низкого давления в настоящее время практически вышли из употребления на Западе.
Разбрызгиватели высокого давления используют специальные насосы, создающие давление в несколько десятков атмосфер. Диаметр отверстий в форсунках составляет доли миллиметра. Во избежание засорения этих отверстий вода проходит тщательную предварительную очистку. Такие увлажнители создают капли размером в несколько микрон. Увлажнители высокого давления намного дороже, однако они находят все большее применение благодаря сравнительно небольшому потреблению энергии.
Испарительные увлажнители. В испарительных увлажнителях воздух проходит через специальную подушку, постоянно смачиваемую водой, стекающей сверху. Эти увлажнители можно разделить на два подкласса: с водосборным поддоном в канале кондиционера и без поддона. В увлажнителях первого подкласса влажная подушка расположена поперек воздушного потока в кондиционере над поддоном, в котором поддерживается постоянный уровень воды при помощи поплавкового клапана, подключенного к водопроводу.
Насос перекачивает воду из поддона на верх подушки и смачивает ее. Регулирование влажности происходит путем включения и выключения насоса. В сравнительно больших кондиционерах увлажняющая подушка аккумулирует несколько литров воды, так что, несмотря на выключение насоса, увлажнение еще долго продолжается. В увлажнителях второго типа поддоны отсутствуют. Кроме того, эти увлажнители представляют собой отдельную конструкцию, вынесенную за пределы кондиционера.
Они подсоединяются патрубками таким образом, что забирают нагретый воздух из кондиционера или печи после вентилятора и увлажненный воздух возвращается в кондиционер перед нагревательным теплообменником, смешиваясь с основным потоком воздуха. Этот тип увлажнителей использует для прокачивания воздуха разность давлений, создаваемую вентилятором кондиционера (печи). Главный их недостаток — малая производительность (до 2,5 л/ч).
Аппараты такой конструкции обычно используются для увлажнения жилых помещений площадью до 400 м2. В последнее время получили широкое распространение увлажнители, имеющие собственные вентиляторы. Эти системы забирают теплый воздух на выходе из кондиционера, увлажняют и затем выбрасывают его в тот же воздуховод. Увлажнители такого типа проще в установке и обычно имеют большую производительность.
Паровые увлажнители. В паровых увлажнителях вода превращается в пар тем или иным нагревателем. Пар поступает по теплоизолированным трубам к форсункам, расположенным в воздуховоде, и мгновенно абсорбируется воздухом. В некоторых увлажнителях этого типа трубы подачи пара расположены внутри труб, по которым подается пар подогрева, так что основные трубы всегда горячие.
Вода проходит очистку в фильтрах обратного осмоса. Пар в состоянии быстро насыщать воздух водой. Во избежание этого в подающем воздуховоде располагается т.н. «хьюмидистат», который включается последовательно в цепь нагревателя и парового клапана. Хьюмидистат обычно настраивается на влажность 95 %. Для нагрева используется электроэнергия или газ. Паровые увлажнители дороги как с точки зрения первичных затрат, так и в процессе эксплуатации. Однако они очень широко применяются для увлажнения коммерческих помещений (офисов, торговых залов) и в промышленности.
Ультразвуковые увлажнители. В ультразвуковых увлажнителях пьезоэлектрические вибраторы, работающие на частоте, измеряемой мегагерцами, порождают в воде кавитацию и мгновенное схлопывание, вызывающее очень высокое давление. Под этим давлением вода приобретает атомизированное состояние, генерируются капли от долей до нескольких микрон. Такие капли мгновенно абсорбируются потоком воздуха аналогично пару.
Перед поступлением в вибраторы вода проходит тонкую очистку. Ультразвуковые увлажнители могут быть автономными либо устанавливаются в кондиционеры, и имеют производительность 1–100 л/ч. Увлажнители данного типа имеют ряд достоинств: потребляют на порядок меньше энергии в сравнении с паровыми, обеспечивая примерно то же качество увлажнения; имеют высокое быстродействие; мгновенно включаются и выключаются, позволяя обеспечивать высокую точность регулирования; существенно проще в обслуживании в сравнении с паровыми.
