1 dr inŜ. Michał Michałkiewicz ELMAK Zakład Automatyki Dobry

1 dr inŜ. Michał Michałkiewicz ELMAK Zakład Automatyki Dobry

dr inŜ. Michał Michałkiewicz
ELMAK Zakład Automatyki
Dobry klimat dla pieczarek, cd.
NawilŜanie - para czy woda?
W poprzednim numerze wspomniano krótko o sprawie dowilŜania powietrza w halach
uprawowych. Nie ulega wątpliwości, Ŝe właściwe sterowanie wilgotnością względną (w skrócie
RH) jest jednym z podstawowych warunków powodzenia w produkcji wysokiej jakości grzybów.
Nie zajmując się szczegółowo oceną wpływu RH na przebieg uprawy naleŜy stwierdzić jedynie,
Ŝe system obróbki powietrza i sterowania powinien zawsze zapewniać odpowiednią dla danej
fazy wzrostu wilgotność powietrza z dokładnością do pojedynczych procentów. Na proces
sterowania wilgotnością składa się zarówno nawilŜanie jak i osuszanie. Dalsze rozwaŜania
dotyczą tylko nawilŜania.
Zwiększanie wilgotności powietrza dokonuje się zwykle przez wprowadzenie wprost
do kanału wlotowego powietrza pary wodnej albo zamgławianie drobinami wody. Podstawowy,
zamierzony efekt w postaci wzrostu RH jest w kaŜdym z tych przypadków identyczny, lecz
towarzyszące nawilŜaniu bardzo róŜne zjawiska uboczne powodują, Ŝe wybór systemu nie jest
oczywisty.
Najbardziej rozpowszechnione nawilŜanie parowe ma tę właściwość, Ŝe wodę
wprowadzamy do powietrza od razu we właściwej formie tj. w postaci gazu. Po wymieszaniu
z powietrzem w hali mamy od razu gotowy produkt - powietrze o zwiększonej zawartości wody.
PoniewaŜ jest to proces bardzo efektywny uzyskujemy szybko jednorodną mieszaninę, czyli
powietrze o zamierzonej wilgotności.
NawilŜając parą (zwykle o temperaturze 105-110OC) wprowadzamy do hali pewną ilość
ciepła. Poza dość rzadkimi sytuacjami, gdy potrzebne jest nawilŜanie połączone z ogrzewaniem
jest to zjawisko niekorzystne. Szczególnie zła sytuacja ma miejsce wtedy, gdy konieczne jest
jednoczesne nawilŜanie i intensywne chłodzenie. Związana z chłodzeniem kondensacja pary
wodnej na chłodnicy powoduje utratę części pary wprowadzonej do hali w celu dowilŜenia
powietrza. RównieŜ przy nawilŜaniu bez zmiany temperatury następują pewne straty. Para
w kontakcie z chłodnymi elementami instalacji wentylacyjnej i powietrzem w hali ulega
częściowej kondensacji. Widoczne to jest w postaci kropel wody na wewnętrznych
powierzchniach przewodów rozprowadzających powietrze, a „chmurki” przy otworach
wylotowych z rękawów to juŜ nie para lecz z powrotem woda, tyle Ŝe w postaci drobin
unoszonych w powietrzu. Ze względu na małą średnicę drobiny te zwykle szybko ulegają
odparowaniu, a woda w nich zawarta przechodzi z powrotem w stan gazowy. Dobrze jeŜeli jest
to ostatnia przemiana, zdarza się bowiem, Ŝe para w zetknięciu z chłodniejszymi grzybami
kondensuje się na powierzchni kapeluszy powodując ich nadmierne zawilgocenie.
Inną, powszechnie stosowaną metodą zwiększania wilgotności jest bezpośrednie
nawilŜanie rozpyloną wodą. W instalacjach tego rodzaju uŜywane są średnio lub
wysokociśnieniowe pompy wraz z zestawami specjalnych dysz. Uzyskiwane efekty w duŜym
stopniu zaleŜą od zastosowanych urządzeń i parametrów powietrza w hali. Pamiętać bowiem
naleŜy, Ŝe w tym systemie wprowadzamy do hali wodę (w postaci mgły), podczas gdy celem jest
zwiększenie ilości pary wodnej (czyli gazu) zawartej w powietrzu. Oznacza to, Ŝe wodę tę naleŜy
odparować. Przy nawilŜaniu parowym proces zamiany wody w parę zachodzi w urządzeniu
do tego przeznaczonym tj. w kotle, natomiast w przypadku nawilŜania wodnego dla odparowania
wody korzysta się z ciepła zawartego w powietrzu w hali uprawowej. Często moŜe to być
zjawisko korzystne, poniewaŜ odbierając ciepło parowania obniŜamy przy okazji temperaturę
w hali. Jednak aby to nastąpiło muszą wystąpić trudne do spełnienia warunki, z których głównym
jest zapewnienie dostatecznego czasu na odparowanie. Widoczna zwykle w czasie nawilŜania
mgła świadczy o tym, Ŝe nie cała woda zdąŜyła odparować. Nie do końca odparowane drobiny
wody niesione powietrzem osiadają na grzybach powodując znane skutki. Poza tym znaczna
część rozpylonej wody pozostaje na ściankach instalacji wentylacyjnej, a krople spadające
1
z otworów w rękawach są uciąŜliwe dla obsługi, zwłaszcza w czasie zbioru. Z takimi zjawiskami
mamy do czynienia niemal we wszystkich instalacjach nawilŜania wodnego.
Interesujące jest porównanie systemów nawilŜania pod względem zapotrzebowania
na energię. Wykresy poniŜej pokazują proces nawilŜania powietrza w hali o powierzchni uprawy
ok. 400m2. Przyjmijmy, Ŝe zadaniem jest podniesienie wilgotności względnej z 82% do 92%
przy niezmienionej temperaturze powietrza równej 17 OC. Aby taka zmiana nastąpiła powietrze
musi zaabsorbować ok. 1,1 kg wody (oczywiście w postaci pary). Dla uproszczenia i łatwiejszego
porównania przyjęto, Ŝe w obydwu przypadkach uŜyto wody o temperaturze 17OC.
Rys. 1. Przebieg nawilŜania parowego
W celu uzyskania potrzebnej ilości pary o ciśnieniu (typowo) 0,5 bara i temperaturze 111
C potrzeba ok. 2900kJ energii, która zuŜyta jest na podgrzanie wody od 17OC do 111OC i jej
odparowanie. Wprowadzając tę parę do hali uzyskujemy właściwą wilgotność absolutną,
a temperatura podnosi się o ok. 0,2 OC ( Rys. 1 przemiana 1-2). Na ochłodzenie powietrza
do Ŝądanej temperatury 17 OC potrzeba ok. 170kJ energii chłodniczej.
O
Rys. 2. Przebieg nawilŜania wodnego
2
W przypadku nawilŜania wodnego cały proces odbywa się w temperaturze zbliŜonej
do temperatury powietrza w hali. Energia potrzebna do odparowania wody to ok. 2700kJ. Bardzo
korzystna jest sytuacja gdy zapotrzebowanie na energię pokrywane jest z nadwyŜki wynikającej
np. z nadmiernej produkcji ciepła przez kompost. W przeciwnym razie ciepło to trzeba
dostarczyć z zewnętrznego źródła (kotła) poprzez system ogrzewania. Wydatek energii jest wtedy
podobny jak przy nawilŜaniu parowym. Na potrzebę dostarczania energii wskazuje fragment
1-3’’ wykresu na Rys.2. Gdyby w powietrzu o wyjściowych parametrach 17OC/82% rozpylić
właściwą ilość wody (w tym przykładzie 1,1kg) bez równoczesnego ogrzewania nastąpi
schłodzenie powietrza do ok. 15OC i wzrost RH do 100% (przemiana 1-3’’). Dalsze odparowanie
nie jest moŜliwe i część wody pozostaje w powietrzu w postaci mgły. Dodatkowo trzeba zwrócić
uwagę na to, Ŝe proces odparowania w warunkach duŜej wilgotności względnej zachodzi powoli,
a drobiny wody długo unoszą się w powietrzu (i osiadają na grzybach).
W celu pokazania zaleŜności energetycznych na obydwu rysunkach celowo rozdzielono
operację nawilŜania oraz dostarczania i odbioru ciepła. W praktyce działanie układów
automatycznej regulacji klimatu powoduje, Ŝe procesy 1-2 i 2-3 zachodzą jednocześnie.
Podsumowując naleŜałoby zadać pytanie, czy moŜliwy jest racjonalny wybór między
nawilŜaniem wodnym i parowym? Z energetycznego punktu widzenia przez znaczną część roku
korzystniejszy jest system zamgławiania wodą pozwalający na łączenie nawilŜania
z chłodzeniem, jednak długotrwałe pozostawanie nie odparowanych drobin wody w powietrzu
powoduje, Ŝe przydatność tego systemu ogranicza się do okresów, gdy na półkach nie ma
grzybów. Z kolei łatwość absorbowania pary przez powietrze powoduje, Ŝe dla okresu tworzenia
zawiązków i plonowania lepsze wyniki uzyskuje się stosując nawilŜanie parowe. Nie dziwi zatem
fakt, Ŝe upowszechniają się systemy wykorzystujące obydwie metody nawilŜania, a wyboru
aktywnego układu dokonuje program urządzenia sterującego mikroklimatem.
3