Strefa Projektanta

Wilgotność co to takiego?

Wilgotność powietrza to zawartość pary wodnej w powietrzu. Maksymalna wilgotność, czyli maksymalna ilość pary wodnej zawartej w określonej ilości powietrza jest silnie powiązana z temperaturą powietrza. Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej pary wodnej może się w nim znajdować. Przekroczenie maksymalnej wilgotności (np. w wyniku obniżenia temperatury powietrza) powoduje skraplanie się pary wodnej. Zjawisko to można zaobserwować nocą. Nagrzane w dzień powietrze zawiera w sobie dużo pary wodnej, gdy przychodzi noc, powietrze ochładza się i tym samym spada maksymalna ilość pary wodnej, która może być w nim zawarta. Nadwyżka pary wodnej skrapla się, tworząc na powierzchni ziemi kropelki rosy.

W dalszej części zajmiemy się pojęciem wilgotności względnej.

Zgodnie z definicją wilgotność względna jest to ilość wody znajdującej się w powietrzu przy danej temperaturze podzielona przez jej maksymalną ilość nasycenia, którą może zaabsorbować powietrze w tej temperaturze. Wilgotność względna powietrza 60% oznacza, że powietrze zawiera 60% ilości pary nasyconej, która mogłaby być w nim zawarta w tej temperaturze. Wilgotność 0% oznacza, że w powietrzu nie ma pary wodnej. Np.: przy 20°C 1 kg suchego powietrza może zaabsorbować do 14.5 g wody. Jeżeli 1kg powietrza przy 20°C zawiera maksymalną ilość wody czyli 14.5 g wówczas mówimy, że zostało osiągnięte 100% wilg. wzgl. Natomiast jeżeli taka sama ilość powietrza zawiera np. 5.0 g wody przy 20°C to dzieląc tą wartość przez ilość wody która może zaabsorbować do stanu nasycenia w tej temperaturze uzyskamy: 5.0/14.5 = 0,34 (34%). Zatem jest to powietrze z 34% wilg. względnej.

Nawilżanie powietrza

Jednym z podstawowych parametrów powietrza wpływającego na komfort środowiska, w którym przebywają ludzie jest wilgotność powietrza. W prawidłowo nawilżonym środowisku, człowiek czuje się lepiej. Nie występują wówczas problemy z, popękanymi ustami przesuszonymi oczami, a śluzówka nosa jest odpowiednio nawilżona. Osoby przebywające w odpowiednio nawilżonym pomieszczeniu mają znacznie mniejszą podatność na infekcje i choroby układu oddechowego.W procesach technologicznych w których biorą udział materiały higroskopijne niestabilna wilgotności względna może spowodować zmianę ich wymiarów oraz właściwości a tym samym wpływa to negatywnie na sam proces oraz jego wydajność i to większym stopni niż np. zmiany temperatury.Tego typu sytuacje można zaobserwować np. w drukarni. Zapakowana rolka papieru, trafiając do drukarni, ma w sobie pewną ilość wody. Po rozpakowaniu, papier w zależności od poziomu wilgotności powietrza traci lub oddaje wodę do otoczenia jest to naturalny proces. Papier absorbując wilgoć rozszerza swoje pory w przeciwnym kurczy je. W takim przypadku materiał zmienia swoje wymiary, a to ma wpływ na jakość wydruku. Przy obróbce drewna mamy podobną sytuację jak z papierem, zmiana poziomu wilgotności może spowodować kurczenie materiału a co temu towarzyszy mogą wystąpić pęknięcia niekontrolowane skurcze i wykrzywienia materiału. Podobna sytuacja występuje w przemyśle tekstylnym. Włókna wykorzystywane jako przędza mogą stać się kruche, powodując ich rozrywanie, stratę czasu oraz zmniejszenie wydajności produkcji, a ponadto poszarpane włókna wpływają na pogorszenie jakości produktu. Wpływ wilgotności ma niebagatelne znaczenie w muzealnictwie. Odpowiedni poziom wilgotności otaczającego powietrza umożliwia w bezpieczny sposób przechowywać cenne dzieła sztuki w muzeach i galeriach.

W przypadku przemysłu wysokich technologii wpływ zmian wilgotności powietrza ma duży udział na poprawność i wydajność procesu, zbyt suche powietrze może powodować pękanie płytek drukowanych, a warstwa farby staje się bardzo krucha. Tym samym produkt staje się wadliwy i bezużyteczny.Zbyt niski poziom wilgotności w pomieszczeniach serwerowni jest przyczyną gwałtownego wzrostu ładunków elektrostatycznych. Obniżenie poziomu wilgotności względnej poniżej 30% powoduje niekontrolowane wyładowania a co za tym idzie może spowodować uszkodzenie drogocennego sprzętu informatycznego i utratę drogocennych danych.Jak widać można wymieniać wiele branż, w których wilgotność powietrza ma znaczący wpływ na jakość i bezpieczeństwo procesów technologicznych. Wszystkie te przypadki wymagają więc utrzymania stabilnej atmosfery otoczenia, co wymusza stosowanie nawilżania powietrza klimatyzowanych obiektów.

Systemy nawilżania parowego wykorzystywane są najczęściej w klimatyzacji komfortu, stosowane są więc głównie w instalacjach hoteli oraz biurowców. Nawilżanie powietrza polega na dostarczeniu wytworzonej wcześniej pary wodnej za pomocą lanc do kanałów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych (nawilżacze kanałowe) lub za pomocą elementów nawilżających bezpośrednio do otwartej przestrzeni (nawilżacze pomieszczeniowe). W niektórych przypadkach np. w szpitalach lub przemyśle gdzie w obiekcie istnieje instalacja parowa (para technologiczna), stosowane są dystrybutory pary technologicznej lub steam to steam („brudna” para może produkować parę „czystą”). W przypadku braku pary technologicznej, para wytwarzana jest przez wytwornice pary np. elektrodowe nawilżacze EasySteam firmy Pego lub rezystancyjne Neptronic ewentualnie przez nawilżacze zasilane gazem firmy Neptronic.

Poniżej przedstawiamy proces nawilżania za pomocą pary na wykresie powietrza h-x.

Jak widać w tym przypadku nie wstępuje w zasadzie zmiana temperatury, a co za tym idzie nie ma konieczności dodatkowego dostarczenia energii celem podgrzana powietrza. Proces nawilżania z użyciem nawilżaczy parowych w stosunku do procesów adiabatycznych jest bardzo energochłonny energia elektryczna potrzeba do wytworzenia pary znacząco podnosi koszty eksploatacji układu. Alternatywą do elektrycznych rozwiązań są nawilżacze zasilane gazem SKGE firmy Neptronic. Koszt nośnika jest znacząco niższy i tym samym w dużych aplikacjach jest to rozwiązanie bardziej ekonomiczne. Przewaga nawilżania parowego w stosunku do układów adiabatycznych to prosta zasada funkcjonowania i higieniczność systemu.

Poniżej wzór na obliczenie wymaganej wydajności nawilżania

W [kg/h] = ρ x V x (X2 – X1) x 10-3

Proces nawilżania powietrza wodą realizowane jest w oparciu o zjawisko wymiany ciepła i masy czyli parowania dyfuzyjnego z powierzchni wody. Powierzchnia bezpośredniego kontaktu powietrza i wody ma zasadniczy wpływ na intensywność dyfuzji. W tym procesie używane są komory zraszania i złoża zraszane lub za pomocą dysz rozpraszających wodę na drobne krople (mgłę). Możemy tu rozpatrywać dwa rodzaje przemian stanu powietrza: proces politropowy i adiabatyczny. Proces politropowy występuje jeżeli temperatura wody kontaktującej się z powietrzem jest różna od temperatury wilgotnego termometru tego powietrza. Wykorzystując ten proces, powietrze może być zarówno nawilżane jak również suszone. Jednakże w klimatyzacji proces nawilżania w komorach zraszania zazwyczaj zachodzi z użyciem wody obiegowej. Temperatura wody kontaktującej się z powietrzem jest wówczas równa temperaturze termometru wilgotnego powietrza. Podczas kontaktu z wodą powietrze oddaje ciepło „jawne”, które w całości zużywane jest na odparowanie wody. Woda w postaci pary łączy się z powietrzem, oddając mu ciepło „utajone”. Powietrze jest w ten sposób nawilżane i chłodzone, a entalpia tego procesu praktycznie nie ulega zmianie. Z tego powodu proces wymiany ciepła i wilgoci nazywamy adiabatycznym.

Poniżej przedstawiamy proces nawilżania adiabatycznego na wykresie powietrza h-x.

W związku z ochłodzeniem powietrza występuje konieczność dodatkowego dostarczenia energii celem jego podgrzania. Można to uzyskać przy pomocy nagrzewnic lub przy wykorzystaniu ciepła emitowanego przez znajdujące się w pomieszczeniu urządzenia. Systemy tego typu a zwłaszcza z wykorzystaniem dyszy są popularne w przemyśle i obiektach magazynowych.

Poniżej wzór na obliczenie wymaganej wydajności nawilżania

W [kg/h] = ρ x V x (X2 – X1) x 10-3

Zalecane parametry powietrza dla różnych aplikacji :

Program Doborowy Nawilżaczy Parowych PEGO EasySteam :

Program Doborowy Nawilżaczy Parowych NEPTRONIC :