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 Condair Fast Fog Rys. 4 Stacja podnoszenia ciśnienia 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 0 C 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 e D (rys. 10) dla przechowywanego produktu temperaturze 0 0 C ( 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 e D 61 (100 60) 24 100 Rys. 10 Porównanie wskaźnika 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