Systemy do precyzyjnej regulacji wilgotności powietrza w

POLITECHNIKA GDAŃSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ
Seminarium z przedmiotu:
Automatyka chłodnicza
Temat: Systemy do precyzyjnej regulacji wilgotności powietrza w
pomieszczeniach chłodniczych i obiektach klimatyzacyjnych
Wykonał: Adam KONISZEWSKI
Zakres pracy
1.Zmiana temperatury a wilgotność względna na wykresie Molliera (h-x)
2.Precyzyjna regulacja wilgotności – dla kogo?
3.Systemy nawilżania powietrza w obiektach klimatyzacyjnych
4. Parametry przechowywania produktów
5. Systemy nawilżania powietrza w pomieszczeniach chłodniczych
6. Podsumowanie
7.Literatura
Zmiana temperatury a wilgotność względna na wykresie Molliera (h-x)
Znaczenie optymalnej wilgotności powietrza w tworzeniu komfortowego klimatu dla
ludzi jest niepodważalne. Niezwykle wymiernym z ekonomicznego punktu widzenia jest
stworzenie i utrzymanie odpowiedniej wilgotności powietrza w przemyśle, w procesach
produkcyjnych, przy składowaniu towarów. Zapewnienie odpowiednich
warunków
wilgotnościowych realizowane jest za pomocą szeregu urządzeń. O precyzyjnym regulowaniu
wilgotności względnej mówimy wtedy kiedy utrzymywana jest ona na poziomie
 dziesiętnych części procenta. Z wykresu Molliera nietrudno zauważyć, że utrzymanie
wilgotności względnej przy niskich temperaturach na tym poziomie jest bardzo trudne.
Wynika to z faktu takiego, iż każda zmiana temperatury w tych warunkach o stopień
skutkuje znaczną zmianą wilgotności względnej niż to ma miejsce przy wyższych
temperaturach (rys.1).
Rys. 1 Zmiana temperatury a wilgotność względna na wykresie Molliera (h-x)
Precyzyjna regulacja wilgotności – dla kogo?
Szereg gałęzi przemysłu wymaga precyzyjnej regulacji wilgotności względnej
powietrza. Wyróżnić można m.in.:
 przemysł drzewny,
 przemysł tekstylny,
 papier/poligrafia,
 elektronika,
 tytoń,
 wylęgarnie,
 przemysł spożywczy.
Przemysł drzewny
Drewno jest naturalnym materiałem, a to wiąże się z zależnością wilgoci wewnątrz
drewna z wilgotnością otaczającego go powietrza. Równowaga wilgotności jest najważniejsza
w procesie magazynowania i przeróbki drewna. Największe problemy występują zimą, kiedy
zimne powietrze z zewnątrz jest ogrzewane. Ogrzewając zimne powietrze wilgotność
względna powietrza wewnątrz pomieszczeń produkcyjnych dochodzi do 15-25%. Wyżej
wspomniana równowaga zostaje zachwiana. Powietrze w pomieszczeniu magazynu staje się
zbyt suche wtedy drewno oddaje swoją wodę do otoczenia. A to wiąże się z szeregiem
problemów, t.j.:

pękająca powierzchnia,

chropowatość powierzchni,

odklejanie się forniru,

rozklejanie się części mebli i łączeń okien i drzwi,

kurczenie się i wypaczanie laminatów i parkietu,

problemy wykończenia powierzchni przy używaniu farb wodnych.
Przemysł tekstylny
Wyładowania elektrostatyczne, kurz, łamiące się włókna to główne problemy w
przemyśle tekstylnym. Łamliwość włókien w dużej mierze zależy od wilgotności względnej
otaczającego powietrza. Jeżeli podniesiemy poziom wilgotności względnej to znacznie
zredukujemy ilość złamanych włókien.
Papier/poligrafia
Podczas produkcji związanej z papierem (drukowanie, pakowanie itd.), stała,
odpowiednia wilgotność otaczającego powietrza ma decydujący wpływ na jego jakość.
Problemy na jakie możemy napotkać przy braku precyzyjnej regulacji wilgotności względnej
to m.in.:
 deformacja papieru,
 jakość kolorów druku,
 wyładowania elektrostatyczne,
 nierówna praca maszyny,
 zatrzymywanie produkcji,
 dodatkowe koszty.
Elektronika
Urządzenia elektroniczne i ich podzespoły są bardzo czułe na wyładowania
elektrostatyczne. Nawet niewielka ilość napięcia może nieodwracalnie zniszczyć elementy
elektroniczne. Napięcie elektrostatyczne występuje gdy wilgotność względna powietrza jest
niska. Napięcie jest różne dla różnych materiałów.
Zastosowania precyzyjnej regulacji wilgotności względnej powietrza w typowych
pomieszczeniach ze sprzętem elektronicznym obejmują:
 pomieszczenia kilkupokojowe ze sprzętem medycznym (rezonans magnetyczny,
tomografia komputerowa),
 pomieszczenia o wysokim standardzie czystości (tzw. clean rooms),
 laboratoria,
 pomieszczenia z drukarkami/kopiarkami/studia projektowe CAD,
 serwerownie,
 obiekty szpitalne (bloki operacyjne, sale izolacyjne),
 telekomunikacja
(rozdzielnie
telekomunikacyjne,
stacje
bazowe
telefonii
komórkowej)
Tytoń
Tytoń świeży, tytoń cięty i papier, wszystkie te materiały są bardzo higroskopijne, co
oznacza że tracą swoją wilgoć do otoczenia, jeśli otaczające powietrze jest zbyt suche.
Bibułka papierosowa również musi być trzymana w równowadze z otoczeniem. Zmiany
wilgotności wymuszają zmiany wymiarów rolki papieru (bibułki papierosowej). Brzegi
bibułki będą wysychać szybciej tworząc napięcia mechaniczne na krawędziach wstęgi.
Powoduje to rwanie bibułki, złe podawanie wstęgi przez maszynę i bardzo drogie przestoje
produkcyjne. Podczas magazynowania papierosów (tytoniu) również jest potrzebna
odpowiedniej wilgotności względnej powietrza. Papierosy magazynowane wiele godzin lub
dni będą tracić wilgotność w nieodpowiednich warunkach składowania.
Wylęgarnie
Natura stworzyła właściwe warunki do wykluwania się piskląt z jajek. Aby sztuczne
warunki wykluwania były idealne, należy skopiować naturę. Aby skopiować warunki
naturalne należy mieć na uwadze nie tylko ogrzewanie ale również nawilżanie.
Przemysł spożywczy
Żywność ma wzajemną relację z otaczającym ją powietrzem. Absorbuje wilgoć ze
zbyt wilgotnego powietrza lub oddaje zawartą w sobie wodę do zbyt suchego otoczenia.
Wszystkie produkty żywnościowe posiadają w sobie wodę i jej utrata powoduje ubytek wagi i
jakości produktu.
Systemy nawilżania powietrza w obiektach klimatyzacyjnych
System nawilżania parowego
 system nawilżania elektrycznego.
Elektryczny nawilżacz parowy Defensor Mk5 (rys.2) oparty jest na rezystancyjnych
elementach grzejnych i precyzyjnym układzie sterowania.
Rys. 1 Elektryczny nawilżacz parowy Defensor Mk5
Nawilżacz ten posiada bardzo duża dokładność utrzymania właściwej wilgotności względnej
powietrza w pomieszczeniu na poziomie ± 0.5%
Systemy nawilżania wodnego
 wysokociśnieniowy system dyszowy,
 system nawilżana za pomocą dysz,
 system nawilżania wodnego ze złożem zraszanym.
Wysokociśnieniowy system dyszowy ( rys. 3)
System nawilżania wodnego, którego sprawność może osiągnąć nawet 95%. Jest to
możliwe dzięki specjalnym dyszom pracującym z wysokociśnieniową wodą oraz dzięki
specjalnej konstrukcji rozpraszaczy montowanych przy każdej dyszy. System taki wymaga
tylko od 0,8 m do 1,3 m długości komory zraszania. Jest to możliwe dzięki profilom
rozpraszającym oraz specjalnemu odkraplaczowi, który montuje się na końcu komory
nawilżania. Dzięki odkraplaczowi nawilżone powietrze pozbawione jest drobin wody, przez
co kanały powietrza za odkraplaczem są suche i nie ma ryzyka rozwijania się w nich
drobnoustrojów. Dodatkowo sam odkraplacz pokryty jest specjalną, antybakteryjną powłoką,
która zapobiega rozwojowi drobnoustrojów na powierzchni odkraplacza. Niezwykle istotną
częścią systemu jest wysokociśnieniowa pompa z układem sterowania (rys. 4). Układ
sterowania pozwala na podłączenie różnych sygnałów sterujących wydajnością układu,
zapewniając dokładność nawilżania na poziomie nawet +/-5% wilgotności względnej.
Rys. 3 Wysokociśnieniowy system dyszowy
Rys. 4 Stacja podnoszenia ciśnienia
Condair Fast Fog
System nawilżana za pomocą dysz (rys. 5)
Rys. 5 System nawilżania za pomocą dysz - Condair Dual
Rys. 6 Typowa komora zraszania w centrali
klimatyzacyjnej z systemem dysz po
lewej
stronie
oraz
złożem
ceramicznym po prawej stronie
System nawilżania adiabatycznego stanowi połączenie dwóch technologii nawilżania
wodnego: zraszania i odparowania. System ten zrasza powietrze za pomocą układu dysz,
zaprojektowanego specjalnie pod indywidualne wymagania każdego systemu. Dysze
wytwarzają drobną mgiełkę z wody o ciśnieniu 4 do 8 bar. Porowate przegrody ceramiczne
(rys.6) zwiększają efektywność nawilżania i zmniejszają ilość traconej, niewykorzystanej
wody. Dodatkowo zbierają wszelkie niesione w powietrzu drobiny wody, dzięki temu
zapewniają wysoki poziom higieny. Dokładność regulacji ± 4 % wilgotności względnej.
System nawilżania wodnego ze złożem zraszanym (rys. 7)
Jest to system nawilżania zimną wodą na zasadzie przekazywania wilgoci na drodze
odparowania wody ze zraszanego złoża do przepływającego powietrza. Nawilżacz zapewnia
wysoką sprawność nawilżania powietrza osiągającą poziom do 95%. Nawilżacz równocześnie
schładza i filtruje powietrze.
Rys. 7 System nawilżania wodnego ze złożem Condair SH2
Parametry przechowywania produktów
Kontrola zawartości wilgoci i temperatury podczas przechowywania żywności
decyduje o jakości produktów i możliwości ich obrotu na rynku. Wzrost wilgotności
względnej i temperatury sprzyja rozwojowi pleśni. Na wykresach
przedstawionych na
rysunku 8 widzimy jak duży wpływ ma temperatura i wilgotność
na rozwój
mikroorganizmów w żywności. Gdy temperatura otoczenia obniży się do 10 0C
przy
wilgotności względnej poniżej 60% to proces ten jest zredukowany do minimum. Pomimo
sprzyjających warunków dla rozwoju mikroorganizmów, żywność przechowywana jest w
Rys. 8 Parametry przechowywania produktów ze względu na rozwój mikroorganizmów
komorach o wilgotności względnej nawet do 100%. A więc dlaczego produkty
przechowywane są w powietrzu o tak dużej zawartości wilgotności względnej (rys. 9) ?
Rys. 9 Parametry przechowywania wybranych produktów żywnościowych
Ze względu na parametr eD - deficyt ciśnienia pary wodnej ( wskaźnik wpływu temperatury i
wilgotności względnej na potencjał odparowania wody do powietrza). (wzór 1)
e D
e ' (100   )
100
(1)
gdzie:
e ' - ciśnienie pary wodnej w danej temperaturze

- wilgotność względna powietrza
Porównanie wielkości wskaźnika eD (rys. 10) dla przechowywanego produktu temperaturze
0 0C ( e ' = 61 Pa) i dla wilgotności względnych  = 95% i  = 60% pozwala zauważyć, że
przy  = 60% z przechowywanego produktu odparuje sześciokrotnie większa ilość wody
niż to ma miejsce przy  = 95% !!
e D
61 (100  95)
 3, 05
100
Rys. 10 Porównanie wskaźnika
e D
61 (100  60)
 24
100
eD dla różnych parametrów powietrza
Parowanie wody z przechowywanego produktu to tzw. ususzka. Jest to zjawisko bardzo
niekorzystne, ze względu na znaczne obniżenie wartości produktu końcowego, aż do
całkowitej jego dyskwalifikacji przy ususzce rzędu kilku procent.
Systemy nawilżania powietrza w pomieszczeniach chłodniczych
Systemy nawilżania powietrza w pomieszczeniach chłodniczych
 system nawilżania parowego (rys. 1,2,3)
 system nawilżania wodnego (rys. 4)
Rys. 1 System nawilżania parowego
1- nawilżacz,
2- zasilanie wodą,
3- spust wody,
4- sonda wilgotności na ścianę,
5- dystrybutor pary montowany w
ścianę.
Rys. 2 System nawilżania parowego
1- nawilżacz,
2- zasilanie wodą,
3- spust wody,
4- sonda wilgotności na ścianę,
5- dystrybutor pary zakładany na
nawilżacz.
Rys. 3 System nawilżania parowego
1- nawilżacz,
2- zasilanie wodą,
3- spust wody,
4- sonda wilgotności na ścianę,
5- dystrybutor pary montowany w
klimatyzator,
6- jednostka wewnętrzna klimatyzatora
Rys. 4 System nawilżania wodnego
1- nawilżacz,
2- zasilanie wodą,
3- spust wody,
4- sonda kanałowa wilgotności,
5- lanca kanałowa,
6- kanał nawiewu powietrza.
Podsumowanie
Precyzyjna regulacja wilgotności względnej zapewnia:
 redukcję wyładowań elektrostatycznych,
 lepsze stanowisko pracy,
 zapobieganie ubytkowi wilgoci z surowców przemysłowych,
 likwidację kurzu.
Należy zauważyć, że ważnym parametrem jest temperatura ośrodka, jak wiadomo
czym niższa temperatura tym trudniej utrzymać wymaganą wilgotność, ponieważ zmienia się
ona w bardzo wąskim zakresie
Literatura
1. H.J. Urllich – Technika klimatyzacyjna. Poradnik. Wyd. Masta,
2.Kostyrko K., Łobzowski A.: Klimat, pomiary, regulacja,
3. Nowoczesne systemy nawilżania – materiały firmy SWEGON,
4.www.airtec.pl