Канальные увлажнители воздуха системы вентиляции. Приточно-вытяжная вентиляции с увлажнением в частном доме. Первый опыт…. Методы увлажнение приточного воздуха

В квартирах и отдельных комнатах коттеджей чаще всего используется ультразвуковые увлажнители (в том числе с предварительным нагревом воды) и «мойки воздуха». Ультразвуковые модели, как правило, дешевле и производительнее, но требуют регулярной замены умягчающего картриджа. Если же рассматривать увлажнители с точки зрения гигиены и удобства эксплуатации, то лучшим выбором будет «мойка воздуха». Типовая производительность бытового увлажнителя (0,3-0,5 кг/ч) достаточна для обслуживания одной комнаты площадью 20-30 м².

Однако какой бы увлажнитель вы не выбрали, один — два раза в сутки вам придется заливать в его бак воду. Если такой вариант эксплуатации увлажнителя вам не подходит, придется приобретать более дорогой полупромышленный увлажнитель, который подключается к водопроводу и канализации. Такие увлажнители удобно использовать в составе системы вентиляции для увлажнения воздуха в вентиляционном канале — это позволяет поддерживать требуемый уровень влажности во всех комнатах квартиры или коттеджа без необходимости постоянного обслуживания. Далее мы расскажем о таких системах на примере оборудования Carel, но сначала немного теории.

Калькулятор для расчета производительности увлажнителя

Калькулятор позволяет рассчитать требуемую производительность увлажнителя воздуха для квартиры, офиса или коттеджа (поправочная величина Y, используемая при расчете увлажнения для производственных процессов, не учитывается). Методика расчета описана ниже.

Методика расчета производительности увлажнителя воздуха

Производительность большинства бытовых увлажнителей лежит в диапазоне 0,3-0,5 кг/ч и поэтому подбирать их по этому параметру нет необходимости. Коммерческие же увлажнители имеют производительность от 1 до 500 кг/ч и для каждого объекта необходим точный расчет дефицита влаги. При расчете учитываются следующие основные параметры:

• Требуемая влажность воздуха в помещении (при заданной температуре).
• Температура и влажность наружного воздуха.
• Наличие приточной вентиляции и ее производительность
• Объем помещения
• Другие факторы, которые могут влиять на требуемую производительность увлажнителя (наличие людей, гигроскопичность и влажность материалов и т. д.).

Расчет дефицита влаги производится по формуле:

Q = + Y , где:

Q — количество влаги, требуемой для увлажнения воздуха в помещении, кг/ч;
L — при наличии принудительной вентиляции ее производительность, м³/ч

при отсутствии принудительной вентиляции L = V x N , где

V — объем помещения, м³;
N — кратность воздухообмена (обычно от 0,5 до 2,0);

1,17 — плотность воздуха, кг/м³ (при температуре 21°C и барометрическом давлении 99 кПа);
X1 — влагосодержание (абсолютная влажность) приточного воздуха при наихудших условиях (обычно в зимний период), г/кг;
X2 — влагосодержание (абсолютная влажность) увлажненного воздуха в помещении при заданной температуре, г/кг;
Y — поправочная величина, учитывающая другие факторы (гигроскопичные материалы и т. п.).

Влагосодержание воздуха (абсолютная влажность) Х1 и Х2 определяется по исходя из заданных значений температуры и относительной влажности воздуха. Для определения влагосодержания нужно от заданной температуры (на нижней шкале) провести вверх линию до пересечения с кривой, обозначенной требуемым уровнем влажности. От точки их пересечения вправо проводится горизонтальная линия, которая при пересечении со шкалой покажет искомое значение абсолютной влажности.

Например, при температуре 23°C и относительной влажности 50% в 1 кг сухого воздуха будет содержаться 9 г воды (т. е. влагосодержание 9 г/кг). На приведенной id-диаграмме температура воздуха ограничена снизу значением -10°C. Поскольку влагосодержание холодного воздуха очень мало, то для ориентировочных расчетов влагосодержание Х1 при температуре ниже -10°C можно принять равным 0.5 г/кг.

Типичные значения дефицита влаги для жилых помещений при температуре наружного воздуха -20°C, температуре и влажности воздуха в помещении +22°C и 50% соответственно:

• Квартира площадью 80 м² без приточной вентиляции при N = 1: Q = 2.1 кг/ч
• Квартира площадью 80 м² с приточной вентиляцией при L=350 м³/ч: Q = 3.3 кг/ч
• Коттедж площадью 150 м² с приточной вентиляцией при L=700 м³/ч: Q = 6.6 кг/ч
• Коттедж площадью 450 м² с приточной вентиляцией при L=2000 м³/ч: Q = 18.8 кг/ч

После того, как будет рассчитан дефицит влаги, можно приступать к последовательному выбору типа, серии и модели увлажнителя воздуха.

Классификация увлажнителей воздуха

В предыдущих разделах мы описывали типы бытовых увлажнителей в зависимости от их принципа действия. Для высокопроизводительных увлажнителей используется более общая классификация, основанная на способе получения пара. Все увлажнители воздуха делятся на две группы: изотермические и адиабатические.

• В изотермических (или паровых) увлажнителях вода доводится до кипения, и полученный пар подается в помещение. При этом температура воздуха в помещении остается почти неизменной (может лишь незначительно повыситься), так как энергия, затраченная на испарение воды, идет на увеличение энтальпии (скрытой энергии) воздуха. Поскольку при испарении воды минеральные соли и микроорганизмы не попадают в воздух, изотермические увлажнители Carel могут использоваться не только в жилых помещениях, но даже в помещениях со стерильной и антисептической средой (больницы, операционные, «чистые» комнаты в электронной промышленности). Недостатком пароувлажнителей является высокое энергопотребление (на выработку 1 кг пара требуется около 750 Вт/ч энергии), поэтому их максимальная паропроизводительность ограничена 180 кг/ч.
• В адиабатических увлажнителях испарение воды происходит при комнатной температуре, без подвода дополнительной энергии (например, «мойки воздуха» и ультразвуковые модели являются адиабатическими увлажнителями). В промышленности чаще всего используются увлажнители распылительного типа или атомайзеры, которые распыляют мелкодисперсную водяную взвесь через специальные форсунки. При фазовом переходе воды из жидкого состояния в газообразное происходит поглощение тепла из воздуха, в результате чего его температура понижается. Таким образом, адиабатические увлажнители могут использоваться для одновременного увлажнения и охлаждения воздуха при минимальных затратах энергии. Благодаря низкому энергопотреблению производительность серийно выпускаемых адиабатических увлажнителей может достигать 500 кг/ч, а под заказ возможно изготовление систем производительностью до 5000 кг/ч. Адиабатические увлажнители применяются в холодильных камерах, в текстильном и бумажном производстве, типографиях и на складах готовой продукции.

В следующих двух разделах мы расскажем о том, какие типы увлажнителей рекомендуется применять на различных объектах, и рассмотрим особенности популярных серий изотермических и адиабатических увлажнителей Carel.

(за счет нагрева воды электричеством образуется пар, который поступает в паровой коллектор и затем в вентиляционный канал) и адиабатические. , в свою очередь, разделяются на форсуночные (увлажнение происходит за счет распыления воды под давлением через специальные форсунки) и ультразвуковые канальные увлажнители . Также существуют сотовые увлажнители (воздух проходит через смачиваемую поверхность материала и забирает влагу с собой). Последний вид увлажнителей менее популярен, так как имеет большое аэродинамическое сопротивление и низкую точность регулирования влажности.

Виды канальных увлажнителей воздуха

Канальные увлажнители по типу вентиляционного канала, к которому подключаются делятся на:

увлажнители для круглых каналов;

увлажнители для прямоугольных каналов.

В зависимости от места установки делятся на:

• встраиваемые непосредственно в вентиляционный канал;
• устанавливаемые на стене возле воздуховода с подводом пара через распределительную трубку.

Длина распределительной трубки ограничена и, обычно, не превышает 5 метров. Поэтому в случае, если нету возможности установить рядом с каналом вентиляции увлажнитель на стену, используют увлажнитель, встраиваемый непосредственно в канал.

Нужна ли водоподготовка для канального увлажнителя, зависит от его типа (адиабатический или изотермический) и модели. В большинстве случаев рекомендуется устанавливать водоподготовку с фильтрами обратного осмоса для того, чтобы избежать образования накипи (в паровых увлажнителя) и поломок форсунок (в адиабатических увлажнителях). Более подробно, нужна ли для Вашего увлажнителя водоподготовка и если нужна, то какая именно – Вы можете проконсультироваться у нашего инженера.

Регулирование уровня влажности происходит по датчикам влажности. Традиционно устанавливается 2 датчика влажности: один в приточном канале вентиляции, второй непосредственно в самом помещении.

Преимущества канальных увлажнителей для вентиляции

Канальные увлажнители можно устанавливать только в том случае, когда уже есть система воздуховодов под вентиляцию. Поскольку вместе с вентиляцией из помещения удаляется и влажный воздух из помещения, а вместо него приходит обычно более сухой воздух с улицы (особенно это актуально зимой) – для комфортного микроклимата рекомендуется устанавливать канальные увлажнители воздуха для систем вентиляции . Иначе относительная влажность в доме зимой при работающей вентиляции может снизиться до 10-20%.

Основными преимуществами канальных увлажнителей являются:

возможность повысить влажность воздуха сразу в нескольких помещениях (не нужно устанавливать по одному увлажнителю в каждую комнату);

скрытый монтаж (обычно увлажнитель устанавливается либо за подшивным потолком, либо в подсобном помещении недалеко от вентиляционной установки);

точное регулирование и интеграция с вентустановкой (автоматика увлажнителя позволяет подключать его к системе «умный дом» и точно контролировать параметры микроклимата)

Как выбрать канальный увлажнитель

Основным параметром при выборе увлажнителя является:

Стоимость канального увлажнителя

Основные параметры, которые влияют на цену канального увлажнителя – это его производительность, комплектация, тип и бренд.

Только за счет грамотного выбора бренда и производителя можно сэкономить до 40% стоимости. Также не менее важно грамотно подобрать увлажнитель по производительности. Наш специалист сделает расчет требуемой производительности увлажнителя и поможет определиться с моделью. Наиболее популярными брендами увлажнителей канального типа являются: Breezart и Carel .

Согласно нормативам в помещениях с постоянным пребыванием людей необходимо поддерживать не только определенную температуру, но и влажность. Пониженная влажность способствует накоплению статического электричества на металлических предметах. Повышенная — также неприятна и ведет к ощущению духоты и выпадению конденсата на поверхностях.

Влажность поддерживается специальными устройствами — увлажнителями. Они делятся на два принципиально разных типа, отличающихся методом увлажнения, — оно может быть адиабатное (изоэнтальпийное) или изотермическое (рис. 1, линии 1-3 и 1-2 соответственно).

Адиабатное (изоэнтальпийное) увлажнение

Адиабатное увлажнение представляет собой процесс самого обычного испарения воды в окружающую среду. Именно так со временем испаряется вода в стакане, исчезают лужи на дорогах…

Движущей силой процесса испарения является разность парциальных давлений водяного пара над поверхностью воды (где оно велико и практически равно давлению насыщенного пара) и в окружающем воздухе (где оно ниже, причем тем ниже, чем суше воздух).

Эффективность адиабатного увлажнения зависит от площади влажной поверхности и скорости обдувающего ее воздуха. Поэтому элементы, с которых происходит испарение в использующих этот метод увлажнителях, представляют собой либо матерчатые или бумажные кассеты, либо пластиковые диски, по которым стекает вода. Эти элементы встраивают в воздуховод или обдувают отдельным вентилятором.

С физической точки зрения происходит следующее: поток воздуха поглощает влагу, превращая ее в водяной пар. Процесс превращения воды в пар требует огромного количества энергии. Эту энергию воздух отдает воде, вследствие чего охлаждается. Общая же энергия системы (энтальпия) практически неизменна, поэтому процесс называется изоэнтальпийным (адиабатным).

На Id-диаграмме данный процесс изображается прямой линией вдоль изоэнтальпы вправо вниз (рис. 1).

Адиабатный метод увлажнения применяется в испарительных, расщепляющих и ультразвуковых увлажнителях.

Изотермическое увлажнение

Изотермическое увлажнение — это процесс смешения водяного пара с потоком воздуха.

Задачей увлажнителя является подготовка пара из воды, но на этот раз энергия, необходимая для превращения жидкости в газ, берется не из воздуха, а из электросети. В результате температура воздуха при увлажнении практически не изменяется (поэтому метод и называется изотермическим), а счет на электроэнергию вызывает легкое недоумение, ведь установка производительностью всего 1 л/ч потребляет 700 Вт, а увлажнение квартиры зимой требует около 3 кВт.

На Id-диаграмме линия процесса направлена вдоль изотермы вправо (рис. 1).

Изотермический метод увлажнения применяется в нагревательных, инфракрасных и электродных увлажнителях.

С точки зрения терминологии отметим, что изотермические увлажнители часто называют пароувлажнителями, так как они в ходе своей работы генерируют пар. В свою очередь, адиабатные увлажнители называть пароувлажнителями нельзя.

Типы увлажнителей

Рассмотрим подробнее каждый из упомянутых типов увлажнителей:

Изотермические увлажнители

Нагревательные увлажнители

В нагревательных увлажнителях вода нагревается и вскипает в специальном бачке, а появляющийся при этом пар подается по шлангу в воздуховод, где равномерно распределяется посредством трубки с мелкими отверстиями по всей длине (парораспределителя).

Генерируемый пар при этом должен быть перегрет, чтобы не конденсироваться на стенках шланга по пути к воздуховоду.

Инфракрасные увлажнители

Инфракрасные увлажнители схожи с нагревательными и отличаются лишь способом нагрева воды. В данном случае применяются лампы, греющие воду посредством инфракрасного теплового излучения.

Электродные увлажнители

Увлажнители электродного типа (рис. 2) для получения пара используют явление диссоциации воды — ее разложения под действием электрического тока. В бак с водой опускают два электрода — анод и катод и подают на них напряжение. Ток, проходя через воду, нагревает ее и превращает в пар.

Электродные пароувлажнители более эффективны, нежели нагревательные и инфракрасные. Кроме того, они гораздо безопаснее: в случае отсутствия воды электрическая цепь разрывается и увлажнитель автоматически отключается.

Адиабатные увлажнители

Испарительные увлажнители

В испарительных увлажнителях вода подается на специальную поверхность (как правило, бумажную или пластиковую), обдуваемую воздухом. При обдувании влага постепенно испаряется, тем самым увлажняя воздух.

Расщепляющие увлажнители

Расщепляющие увлажнители используют сжатый воздух или водяной насос высокого давления для расщепления воды на мелкие частицы, которые направляются в поток воздуха и легко испаряются.

Ультразвуковые увлажнители

Это самый современный тип увлажнителей (рис. 3). Здесь используется специальная мембрана, которая вибрирует с высокой частотой. Вода, попадающая на мембрану, мгновенно распыляется и превращается в облако из микрочастиц. Воздух, проходящий через это облако, эффективно поглощает влагу.

Отметим, что для последних двух типов увлажнителей необходима чистая вода во избежание загрязнения воздуха примесями. Многие производители, стремясь сделать расщепляющие и ультразвуковые увлажнители максимально безопасными для человека, оснащают их рядом функций, которые решают эту проблему.

Плюсы, минусы и сферы применения

Как уже было сказано, основным отличием адиабатного увлажнения от изотермического является то, что в первом случае на испарение воды тратится энергия воздушного потока, вследствие чего он охлаждается, а во втором случае используется электроэнергия из сети. Следовательно, там, где охлаждение воздуха невыгодно, необходимо использовать изотермическое увлажнение.

Например, зимой в приточной вентиляции квартиры, офиса или административного здания воздух, забираемый с улицы, в абсолютной величине содержит мало воды, а потому после нагревания его влажность составляет всего 10-15 %. Увлажнение только что нагретого воздуха адиабатным методом охладит его и потребует очередного нагрева, что усложняет систему. Поэтому в этом случае рекомендуется использовать изотермические увлажнители.

В то же время летом наружный воздух с температурой 28 °C и влажностью 35 % при помощи бытового или канального адиабатного увлажнителя может быть охлажден до вполне комфортной температуры 23 °C при влажности 60 %. Здесь следует отметить, что увлажнение после 60 % хотя и приводит к последующему снижению температуры воздуха, но не рекомендуется, так как высокая влажность вызывает ощущение духоты и дискомфорта.

Еще одна сфера применения адиабатных увлажнителей — охлаждение воздуха, поступающего в конденсатор, для последующего максимально возможного снижения температуры конденсации в холодильном контуре.

Такая необходимость возникает в жаркие дни и несет в себе сразу несколько преимуществ. Во первых, это позволяет избежать аварии холодильной установки по высокому давлению. Во вторых, снижение температуры конденсации на 1 °C увеличивает холодильную мощность на 3 %. Наконец, если адиабатное охлаждение воздуха для конденсатора было заложено на стадии проектирования установки, то это позволит сэкономить на капитальных вложениях: потребуется менее мощный конденсатор или драйкулер.

Данная система может использоваться в конденсаторах чиллеров, в компрессорно-конденсаторных блоках, выносных конденсаторах, а также в драйкулерах и других охладителях рабочего вещества (воды, раствора гликоля, хладагента) наружным воздухом.

Изотермическое увлажнение в приточной системе вентиляции

В приточных системах вентиляции для малых и средних объектов используется, как правило, изотермическое увлажнение. При этом увлажнитель может монтироваться отдельно (обычно на стену) либо встраиваться в воздуховод.

В первом случае увлажнитель никак не связан с вентиляцией и работает полностью автономно, самостоятельно генерируя необходимое количество пара посредством регулирования потребляемой мощности, создавая воздушный поток, в который вводится пар, встроенными вентиляторами.

Во втором случае увлажнитель напрямую завязан на работу приточной системы вентиляции, и пар распыляется в воздуховод, движение воздуха в котором обеспечено приточным вентилятором. Соответственно, при отключении вентиляции должно быть предусмотрено отключение увлажнителя (как правило, у увлажнителей есть соответствующие контакты).

Подача пара в приточный воздуховод осуществляется с помощью линейного парораспределителя, пар к которому подается через шланг (рис. 4). Точное место размещения линейного парораспределителя с привязками по высоте воздуховода следует уточнять согласно рекомендациям по монтажу пароувлажнителя.

При отсутствии приточного воздуховода для установки парораспределительной трубки предусматривается вентиляторный блок, имеющий присоединительные отверстия для парораспределителя и вентилятор для создания воздушного потока. Преимущества данного вида установки пароувлажнителя по сравнению с настенным моноблоком заключаются в возможности монтажа основного и вентиляторного блоков на удалении друг от друга.

Управление пароувлажнителем может осуществляться как встроенным, так и выносным пультом.

Секции увлажнения в приточных установках

В мощных вентиляционных агрегатах в качестве опциональных секций устанавливаются адиабатные увлажнители. И тут есть свои особенности.

В секцию увлажнения должен подаваться уже нагретый воздух, причем параметры этого нагрева определяются из следующего условия: воздух после нагревателя должен иметь такую энтальпию, при которой в процессе увлажнения он сможет достичь необходимого влагосодержания. Например, если воздух будет недостаточно нагрет, то при увлажнении он достигнет состояния насыщения (φ = 100 %) раньше, чем получит требуемое количество воды.

При детальном изучении этого вопроса выяснится, что температура перед увлажнителем должна быть заметно выше температуры в помещении (например, 40 °C и 24 °C, как в примере расчета ниже).

Таким образом, в приточных установках с секцией увлажнения (именуемых также центральными кондиционерами) присутствует два нагревателя: до и после увлажнителя (рис. 5).

Управление увлажнителем осуществляется с щита центрального кондиционера. При этом задаются лишь требуемые значения температуры и влажности, настройка же нагревательных и увлажняющей секций происходит в автоматическом режиме.

Пример расчета изотермического увлажнителя

Данные приточной установки:

Влажность наружного воздуха (определяется по I d- диаграмме): φ нар = 91 %.

Параметры внутренней среды:

Энтальпия воздуха в помещении (определяется по I d-диаграмме): i пом = 48 кДж/кг.

Плотность воздуха в помещении (определяется по I d-диаграмме): ρ пом = 1,17 кг/м 3 .

Термодинамические данные:

Расчет необходимой паропроизводительности увлажнителя

К увлажнителю воздух поступает после нагревателя, поэтому температура воздуха равна заданной в помещении (t пом). При этом процесс нагрева происходит при постоянном влагосодержании, следовательно, влагосодержание нагретого воздуха равно влагосодержанию наружного (d нар).

Температура воздуха после нагревателя: t нагр = t пом. T нагр = 24 °C.

Энтальпия воздуха (определяется по I d-диаграмме): i нагр = 25 кДж/кг.

Влажность воздуха (определяется по I d-диаграмме): φ нагр = 2 %.

Плотность воздуха (определяется по I d-диаграмме): ρ нагр = 1,17 кг/м 3 .

Как видно, зимой влажность воздуха после нагревателя составляет всего 2 % — именно это и является причиной необходимости комплектования приточной установки увлажнителем. При его отсутствии в помещении будет подаваться чрезвычайно сухой воздух. К слову, за счет влаговыделений в помещении (использование воды в квартире, влаговыделения людей и животных через пот и дыхание) влажность воздуха, безусловно, растет. Как правило, она составляет порядка 20 % и тем ниже, чем ниже наружная температура.

Целью увлажнителя является увеличение относительной влажности воздуха до заданного значения (φ пом) без изменения его температуры. Таким образом, влагосодержание воздуха должно быть увеличено с d нагр до d пом.

d увл = d пом — d нагр.
d увл = 8,98 г/кг.

Необходимая паропроизводительность увлажнителя:

P увл = 7,4 кг/ч.

Таким образом, в приточной системе вентиляции с расходом G пр = 700 м 3 /ч при необходимости увлажнить воздух до 50 % потребуется расход воды (паропроизводительность увлажнителя) не менее P увл = 7,4 кг/ч.

Зная паропроизводительность увлажнителя, можно оценить потребляемую им мощность. Данная оценка основывается на том, что определенный расход воды требуется перевести в газовое агрегатное состояние (пар), то есть затратить энергию фазового перехода (так называемая скрытая теплота парообразования).

N увл = P увл ∙r вода.

N увл = 5,1 кВт.

Экспресс-метод расчета производительности и мощности пароувлажнителя

Экспресс-метод позволяет оценить паропроизводительность без сложных расчетов и использования I d-диаграммы.

P увл [кг/ч] = 0,21∙G [м 3 /ч]∙φ [ %]∙10 -3 ,

где G и φ — соответственно расход приточного воздуха и требуемая поддерживаемая в помещении влажность.

Приведенная формула оценочного расчета паропроизводительности действительна только для зимнего периода времени; дает наилучшие результаты при влажности в помещении 30 …70 % и при любых расходах воздуха.

Экспресс-метод расчета потребляемой пароувлажнителем мощности сводится к простой формуле и практически не имеет ограничений по использованию:

N увл [кВт] = 0,7∙P увл [кг/ч].

Пример расчета адиабатного увлажнителя

Данные приточной установки:

Расход приточного воздуха: G пр = 700 м 3 /ч.

Параметры окружающей среды (стандартные расчетные условия):

Расчетное давление: Р расч = 0,1 МПа.

Температура наружного воздуха: t нар = -26 °C.

Энтальпия наружного воздуха: i нар = -25,1 кДж/кг.

Влажность наружного воздуха (определяется по I d диаграмме): φ нар = 91 %.

Параметры внутренней среды:

Поддерживаемая в помещении температура: t пом = 24 °C.

Влажность, поддерживаемая в помещении: φ пом = 50 %.

Энтальпия воздуха в помещении (определяется по I d диаграмме): i пом = 48 кДж/кг.

Плотность воздуха в помещении (определяется по I d диаграмме): ρ пом = 1,17 кг/м 3 .

Термодинамические данные:

Скрытая теплота парообразования: r вода = 2500 кДж/кг.

Теплоемкость воздуха c возд = 1,005 кДж/кг∙°C.

Расчет необходимой производительности увлажнителя.

К увлажнителю воздух поступает после предварительного нагрева. Мощность предварительного нагревателя ограничивается минимальным значением, таким, чтобы воздух после него в процессе адиабатного увлажнения смог принять количество влаги, требуемое для достижения влагосодержания d пом. По I d-диаграмме видно, что, как правило, первая ступень нагрева должна быть мощнее, чем в системе с изотермическим увлажнителем.

Для нашего примера можно принять температуру первого нагрева t нагр = 40 °C. Процесс нагрева происходит при постоянном влагосодержании, следовательно, влагосодержание нагретого воздуха равно влагосодержанию наружного (d нар). Таким образом, в увлажнитель попадет воздух с параметрами:

Температура воздуха после нагревателя: t нагр = 40 °C.

Энтальпия воздуха (определяется по I d-диаграмме): i нагр = 41,3 кДж/кг.

Влажность воздуха (определяется по I d-диаграмме): φ нагр = 1 %.

Плотность воздуха (определяется по I d-диаграмме): ρ нагр = 1,11 кг/м 3 .

Целью адиабатного увлажнителя является увеличение влагосодержание воздуха до заданного значения (d пом) с целью последующего нагрева до требуемой температуры t пом и, таким образом, достижения заданной влажности φ пом.

Энтальпия воздуха после увлажнения: i ад_увл = i нагр i ад_увл = 41,3 кДж/кг

Температура воздуха (определяется по I d диаграмме): t ад_увл = 17,4 °C.

Влажность воздуха (определяется по I d диаграмме): φ ад_увл = 75 %.

Плотность воздуха (определяется по I d диаграмме): ρ ад_увл = 1,20 кг/м 3 .

Разность влагосодержаний воздуха в помещении и после нагревателя:

D увл = d ад_увл — d нагр.

D увл = 8,98 г/кг.

Необходимая производительность увлажнителя:

P увл = d увл ∙G пр ∙ (ρ нагр + ρ пом)/2.

P увл = 7,4 кг/ч.

Мощность для адиабатного увлажнителя не рассчитывается, так как процесс увлажнения изоэнтальпийный и, соответственно, затраты энергии равны нулю.

Теперь остается определить мощность второго нагревателя, необходимого для догрева увлажненного воздуха до заданной температуры t пом:

N нагр2 = c возд ∙ G пр ∙ ρ пом ∙ (t пом — t ад_увл).

N нагр2 = 1,5 кВт.

Выводы

Итак, под созданием комфортных условий подразумевается не только поддержание заданной температуры, но и контроль влажности. Вопросы увлажнения в разных аспектах важны как в холодный, так и в летний период года.

Так, зимой влагосодержание уличного воздуха мало (менее 1 г/кг) и после подогрева воздуха в калориферах на выходе получается сухой поток (относительная влажность не выше 5 %). Увлажнение воздуха может осуществляться адиабатным или изотермическим методом в зависимости от вида вентиляционного оборудования и других факторов.

В летний период увлажнение приточного воздуха практически неактуально, разве что использование эффекта охлаждения и увлажнения адиабатных увлажнителей в условиях сухого климата. Однако интерес представляет адиабатное охлаждение воздуха, охлаждающего наружные блоки систем кондиционирования (конденсаторы чиллеров, выносные конденсаторы, компрессорно-конденсаторные блоки, драйкулеры). Эта тема будет более подробно освещена в следующих номерах журнала.

Кроме того, отдельной темой является использование прецизионных кондиционеров со встроенными увлажнителями, что актуально для промышленных и телекоммуникационных объектов, какими, например, являются центры обработки данных. Об этом также будет рассказано в ближайших выпусках.

Юрий Хомутский, технический редактор журнала «Мир климата»

Микроклимат в помещении зависит во многом от уровня влажности воздуха. Поддерживать влажность на должном уровне помогают специальные увлажнители. Большие помещения с этой целью оборудуются климатической техникой.

Климатический увлажнитель воздуха – оборудование, которое способно поддерживать в норме влажностные показатели воздуха в больших помещениях или целых зданиях. Увлажнителями канального вида оснащают:

• Жилые помещения.
• Производственные площади.
• Музеи.
• Оранжереи.
• Склады.
• Теплицы.

Нормативные показатели

Влажность воздуха оптимально должна соответствовать нормам, которые отличаются для человека и предметов пользования. Действующими являются следующие нормы pH:

1. Человеку требуется 40-60%.
2. Растениям и цветам в теплице или оранжерее достаточно 55-75%.
3. Аппаратуре и офисной технике – 45-60%.
4. Предметам мебели и музыкальным инструментам необходимо 40-60%.
5. Книгам и предметам искусства нужно 40-60%.

Недостаточная влажность приводит к ухудшению работы и поломке техники, ухудшает рост растений и уменьшает длительность жизни книг и произведений искусства.

На человеческий организм пересушенный воздух действует негативно, вызывая стянутость кожи, снижение работоспособности и ухудшение самочувствия. Более серьезные последствия проявляются в ухудшении иммунитета и постоянных простудных заболеваниях. Канальные увлажнители воздуха предотвращают подобные осложнения.

Установка и принцип действия канальных увлажнителей

Монтаж канальных увлажнителей производится в воздуховодах вентиляции помещения или дома. Используется для установки система централизованного кондиционирования. Аппараты могут использоваться в воздушном отоплении.

Принцип действия увлажнителей канального типа довольно прост. Воздух, который поступает в устройство, проходит процедуру обогащения частицами воды, после чего попадает в вентиляционный канал. Из канала обогащенный воздух выходит в помещение и разбавляет основные воздушные массы. При таком способе показатель влажности воздуха поддерживается на заданном уровне.

В данной статье рассмотрены различные варианты создания климатической системы (на базе вентиляционного оборудования Swegon Gold различных типоразмеров), ключевой функцией которой является поддержание необходимых значений относительной влажности.

Материалы статьи созданы на основе предпроектного технико-экономическое предложения, суть которого заключается в представлении заказчику, который является хозяином бизнес-центра, возможных вариантов оборудования для создания системы канального увлажнения воздуха в уже созданной системе вентиляции бизнес-центра с использованием различных вентиляционных агрегатов Swegon Gold.

Мы предлагаем ознакомиться с кратким обзором 4-х типов систем канального увлажнения (достоинства и недостатки, особенности конструкции, функционирования и монтажа), а в сводной таблице - с основными техническими характеристиками и ценами на это оборудование.

• Сравнительная таблица технических данных и цен на системы канального увлажнения
• Поскольку работа всех предлагаемых систем увлажнения напрямую связана с использованием воды, для обеспечения работы всех возможных вариантов систем увлажнения на объекте рассмотрен вопрос реализации системы водоподготовки .

Исходные данные

Ориентировочный подбор оборудования был произведен исходя из следующих исходных данных:

• расчетная температура наружного воздуха в холодный период года: -28°С;
• расчетная температура внутреннего воздуха: +22...24°С;
• желаемый уровень относительной влажности воздуха в приточном воздуховоде: 40-60%;
• данные о параметрах теплоснабжения (кВт), водоснабжения (м³/ч), электроснабжения (кВт) и возможности их использования отсутствуют.

Задача

Требуется система канального увлажнения воздуха в составе системы вентиляции Swegon Gold.

Установленные на объекте вентиляционные установки серии Gold RX-C фирмы Swegon оборудованы высокоэффективными рекуператорами энергии, т. е. большая часть тепловой и холодильной энергии удаляемого воздуха передается приточному. Данное решение позволяет добиться минимального потребления энергоресурсов. При дооснащении вентиляционных установок данного типа системами увлажнения и достижения относительной влажности в вытяжном канале выше 30% будет наблюдаться обмерзание ротора, что в свою очередь приведет к аварийной остановке вентиляционных установок (без возможности автоматической перезапуска).

Обмерзание рекуператора происходит вследствие того, что влажный, теплый вытяжной воздух встречается с холодным, сухим приточным на роторном рекуператоре, где и происходит конденсация влаги, которая незамедлительно замерзает.

В данный момент все вентиляционные установки на объекте выглядят следующим образом:

То есть состоят из приточно-вытяжной моноблочной установки, водяного калорифера и водяного охладителя.

Для того, чтобы обеспечить работу существующей системы вентиляции с системами увлажнения, необходимо дооснастить вентиляционные установки калориферами предварительного подогрева.

Калорифер предварительного подогрева позволяет подавать в вентиляционную установку уже нагретый воздух, что и позволяет исключить риск выпадения конденсата. Все предложенные ниже варианты систем увлажнения включает в себя калориферы предварительного подогрева и его аксессуары.

Мы предлагаем к рассмотрению следующие четыре варианта решений для системы увлажнения: , , , . Более детальная проработка вопроса может быть произведена при разработке проекта или монтажной схемы на систему вентиляции с увлажнением, выбранную заказчиком.

Вариант №1 - сотовый увлажнитель

Сотовые увлажнители реализуют процесс адиабатного увлажнения воздуха в холодный период года. Так же они могут быть использованы в теплый период года для снижения нагрузки на систему кондиционирования, так как в них реализуется прямое и косвенное охлаждение воздуха.

Сотовый увлажнитель состоит из следующих основных элементов:

• кассеты сотового увлажнителя;
• коллектор с форсунками;
• системы налива и слива;
• насос;
• автоматика;
• корпус из нержавеющей стали.

Сотовый увлажнитель выглядит следующим образом (монтируется в вентиляционной установке или вентиляционном канале):

Принцип действия таких увлажнителей основан на контактном методе, т. е. контакт воздуха и жидкости достигается смачиванием поверхности увлажнителя при его орошении. Воздух проходит через соты увлажнителя и контактирует с влагой, которая пропитывает пористую поверхность насадки. Этим и достигается процесс увлажнения воздуха.

Одновременно с увлажнением происходит процесс поглощения теплоты воздуха при испарении влаги с поверхности сот. Для компенсации потерь тепла приточного воздуха после увлажнителя в холодный период года необходимо воздух повторно нагреть, т. е. осуществить второй нагрев (первый нагрев осуществляется в основном калорифере вентиляционный установки, и он уже установлен на объекте).

Так же второй подогрев необходим для реализации системы управления влажностью по методу «точки росы». Этот метод заключается в воздействии на водяной регулирующий клапан или блок управления электрического воздухонагревателя и позволяет достигать точности поддержания относительной влажности в канале приточного воздуха на уровне ±1-2%.

Основные преимущества сотового увлажнителя

• Малое энергопотребление (энергия тратится только на работу насоса - 50-270 Вт).
• Высокое значение коэффициента эффективности процесса тепломассообмена.
• Компактная конструкция и малые размеры, так как нет капель воды и нет необходимости в камере для испарения капель.
• Малое аэродинамическое сопротивление.
• Более высокие допустимые скорости воздуха.
• Оборудование можно использовать без водоподготовки (в зависимости от качества воды).
• Очищает воздух от запахов и грязи (грязь оседает на сотах, а потом сливается в поддон).

Основные недостатки сотового увлажнителя

• Возможность образования в поддоне микроорганизмов (при регулярном обслуживании риск исключается и это подтверждается сертификатом).
• Высокое сопротивление воздуха, возникающее в камере увлажнения.

Вариант №2 - паровой увлажнитель

Паровые увлажнители реализуют процесс изотермического (при постоянной температуре) увлажнения воздуха в холодный период года. Увлажнитель состоит из следующих основных элементов:

• парораспределительный коллектор;
• паровой цилиндр с электродами;
• системы налива и слива;
• автоматика;
• корпус из нержавеющей стали;
• паропроводы.

Паровые увлажнители выглядят следующим образом:

Пароувлажнители монтируются на стене рядом с вентиляционной установкой, парораспределитель врезается в воздуховод.

Принцип действия таких увлажнителей основан на нагреве воды, находящейся в паровом цилиндре, до кипения и образовании пара. Пар отводится по паропроводам к парораспределительному коллектору, который равномерно распределяет пар в потоке приточного воздуха.

Так как процесс увлажнения проходит без изменения температуры (в отличии от остальных вариантов), поэтому здесь нет необходимости во втором подогреве воздуха. Поддержание заданной относительной влажности в канале приточного воздуха осуществляется путем изменения количества подаваемого пара. Точность поддержания значения влажности составляет ±1%.

Основные преимущества парового увлажнителя

• Обеспечение высокого качества обрабатываемого воздуха по гигиеническим требованиям.
• Меньший расход теплоты в воздухонагревателях (нет второго подогрева).
• Гибкое и точное управление.
• Простое техническое обслуживание.
• Высокая надежность.
• Можно использовать без водоподготовки (в зависимости от качества воды).

Основным недостатком парового увлажнителя является высокое электропотребление (превышает все другие варианты).

Вариант №3 - ультразвуковой увлажнитель

Ультразвуковые увлажнители реализуют процесс адиабатного увлажнения воздуха в холодный период года. Увлажнитель выглядит следующим образом (монтируется в сеть воздуховодов в специальной секции):

Ультразвуковой увлажнитель состоит из следующих основных элементов:

• внешний щит автоматики;
• модуль затуманивания с вибраторами (из нержавеющей стали);
• внешняя гидравлическая часть.

Принцип действия таких увлажнителей основан на сверхзвуковом «затуманивании». В блоке автоматики с помощью трансформатора создается переменный ток с низким напряжением и высокой частотой. Этот сигнал подается на установленной в ванне вибратор, который преобразует сигнал в высокочастотные колебания.

Благодаря этому образуется «туман» (аэрозоль), который отбирает у воздуха теплоту и переходит из жидкого состояния в газообразный. При этом приточный воздух увлажняется.

Так как одновременно с увлажнением происходит процесс поглощения теплоты воздуха, то необходимо воздух повторно нагреть, т. е. осуществить второй нагрев (первый нагрев осуществляется в основном калорифере вентиляционный установки, и он уже установлен на объекте).

Поддержание заданной относительной влажности в канале приточного воздуха осуществляется блоком автоматики. Точность поддержания значения влажности составляет ±1%.

Основные преимущества ультразвукового увлажнителя

• Малое энергопотребление.
• Высокая точность поддержания заданного значения влажности.

Основные недостатки ультразвукового увлажнителя

• Высокая стоимость оборудования.

Вариант №4 - увлажнитель с водяным распылением

Увлажнители с водяным распылением реализуют процесс адиабатного увлажнения воздуха в холодный период года.

Увлажнитель с водяным распылением монтируется на стене рядом с вентиляционной установкой. Рампа с распылительными коллекторами монтируется в воздуховод:

Увлажнитель состоит из следующих основных элементов:

• двухсекционный шкаф управления (электрическая часть и гидравлическая часть);
• распределительные коллекторы с форсунками;
• трубопроводы.

Принцип действия таких увлажнителей основан на распылении воды под высоким давлением через форсунки с очень малым выходным отверстием.

В шкафу управления (гидравлическая часть) устанавливается поршневой насос высокого давления, который и создает высокое давление воды перед форсунками.

Состав системы и схема работы увлажнителя с водяным распылением

Так как одновременно с увлажнением происходит процесс поглощения теплоты у воздуха, то воздух необходимо повторно нагреть, то есть осуществить второй нагрев (первый нагрев осуществляется в основном калорифере вентиляционный установки, и он уже установлен на объекте).

Поддержание заданной относительной влажности в канале приточного воздуха осуществляется изменением количества оборотов насоса высокого давления и отключением части распределительных коллекторов. Точность поддержания значения влажности в этой системе составляет ±5%.

Основные преимущества увлажнителей с водяным распылением

• Реализуется управляемый процесс адиабатного увлажнения, обеспечивающий экономию воды и электроэнергии.
• Не используется сжатый воздух.
• Высокое качество обрабатываемого воздуха, исключено образование микроорганизмов.
• Низкое энергопотребление.
• Низкие потери давления.

Основные недостатки увлажнителей с водяным распылением

• Высокое давление воды, специальные требования к системе трубопроводов.
• Высокая стоимость обслуживания.
• Высокий износ основных элементов.

Увлажнитель адиабатического типа с распылением по зонам

Увлажнитель адиабатического типа с распылением по зонам не относится к системам канального увлажнения и представлен в данном обзоре для дополнительного рассмотрения возможностей реализации влажностного микроклимата.

В общем суть работы этого увлажнителя заключается в том, что от центрального блока системы под высоким давлением в трубках подается вода к форсункам, находящимся в различных зонах, из которых вода распыляется в виде мелкодисперсной аэрозоли, представляющий собой туман (капли воды имеют размер в среднем 15-40 микрон, которые испаряются очень быстро, в пределах секунды).

Схема работы

Процесс увлажнения происходит следующим образом:

1. Водопровод подключается к микрокарбоновому фильтру.
2. Далее вода проходит модуль умягчения (опционально).
3. На выходе из модуля умягчения устанавливается микрофильтр.
4. Подготовленная вода подается на центральный модуль системы увлажнения, где производится обработка модулем ультрафиолетовой стерилизации и фильтрация по принципу обратного осмоса с последующей повторной обработкой модулем ультрафиолетовой стерилизации.
5. Центральный модуль повышает давление до 70 бар, после чего вода высокой степени очистки поступает в кольцевую магистраль, а оттуда через тройниковые отводы к клапанам форсунок.
6. При открывании клапанов форсунок вода под давлением подается в наконечники форсунок, где распыляется до образования мелкодисперсного аэрозоля - тумана.
7. Образовавшийся аэрозоль сразу испаряется в окружающем воздухе.

Основные преимущества увлажнителей с водяным распылением по помещениям:

• полная микробиологическая безопасность, защита от распространения болезнетворных микроорганизмов;
• возможность точно поддерживать влажность;
• возможность задавать различную влажность для разных помещений;
• низкое энергопотребление.

Основные недостатки увлажнителей с водяным распылением по помещениям:

• высокое давление воды, специальные требования к системе трубопроводов;
• необходимость доступа в зоны установки форсунок для периодического обслуживания.

Система водоподготовки

Для поддержания работоспособного состояния всех типов увлажнителей на объекте необходимо предусмотреть комплекс оборудования для подготовки воды. Есть предложение систему водоподготовки создавать на полупромышленном «осмосе», который может обеспечить подготовку воды очень высокого качества, что увеличит срок службы увлажнителей и упростит их техническое обслуживание.

Сравнительная таблица стоимости систем канального увлажнения

Сравнительная таблица представляет собой свод основных технических данных и стоимостей представленных выше систем увлажнения. Технические данные представлены для каждой из четырех типов вентиляционных установок Swegon Gold RX30CКТ, RX40CКТ, RX60CКТ, RX80CКТ, которые установлены на объекте в разном количестве.

Обращаем внимание, что в таблице в графе цена представлены не цены отдельных увлажнителей, а стоимость комплекса оборудования, необходимого для создания климатической системы с поддержанием влажности в зимний период года (без учета трубопроводов, линий питания и управления, крепежных и расходных материалов), который включает следующие элементы и системы:

• предфильтр, калорифер предварительного подогрева, его аксессуары и автоматика,
• калорифер второго подогрева, его аксессуары и автоматика,
• общая система управления,
• система водоподготовки,
• система увлажнения.

В эту таблицу не включена стоимость монтажных работ и обслуживания систем увлажнения.

Тип увлажнителя	Потребляемая электроэнергия	Расход подготовленной воды (кг/час)	Расход моментальный технической воды (кг/мин)	Расход тепла на предподогрев и второй нагрев, кВт	Цена системы увлажнения (EUR)
Swegon Gold RX30CKT
		46,2	-	58,4	32 108
Паровой увлажнитель (Carel)	40,0 кВт (400 В, 50 Гц)	47,7	52,5	36,4	22 488
	2,8 кВт (230 В, 50 Гц)	42,4	-	58,4	58 442
	0,475 кВт (230 В, 50 Гц)	51,7	-	58,4	36 409
Swegon Gold RX40CKT
Сотовый увлажнитель (Munters)	0,05 кВт (230 В/400 В, 50 Гц)	50,4	-	77,8	41 120
Паровой увлажнитель (Carel)	45,7 кВт (400 В, 50 Гц)	63,5	52,5	48,5	28 811
Ультразвуковой увлажнитель (Carel)	3,66 кВт (230 В, 50 Гц)	56,5	-	77,8	79 924
Увлажнитель с водяным распылением (Carel) *	0,275 кВт (230 В, 50 Гц)	76,2	-	77,8	42 845
Swegon Gold RX60CKT
Сотовый увлажнитель (Munters)	0,05 кВт (230 В/400 В, 50 Гц)	92,4	-	107,1	51 818
Паровой увлажнитель (Carel)	60,0 кВт (400 В, 50 Гц)	87,4	105	66,7	37 418
Ультразвуковой увлажнитель (Carel)	5,02 кВт (230 В, 50 Гц)	77,7	-	107,1	105 304
Увлажнитель с водяным распылением (Carel) *	0,475 кВт (230 В, 50 Гц)	104,8	-	107,1	53 105
Swegon Gold RX80CKT
Сотовый увлажнитель (Munters)	0,05 кВт (230 В/400 В, 50 Гц)	109,2	-	126,5	54 027
Паровой увлажнитель (Carel)	80,0 кВт (400 В, 50 Гц)	103	105	78,8	46 776
Ультразвуковой увлажнитель (Carel)	5,9 кВт (230 В, 50 Гц)	91,8	-	126,5	114 789
Увлажнитель с водяным распылением (Carel) *	0,475 кВт (230 В, 50 Гц)	123,8	-	126,5	55 481

Примечание *

Ввиду повышенного износа основных элементов увлажнителя с водяным распылением (форсунки, шланги, насос высокого давления) на объекте необходимо иметь запасные элементы.

О ценах на комплексы оборудования для систем увлажнения

Цель сравнительной таблицы - сориентировать потребителей в уровне возможных затрат на систему увлажнения.

Данная информация не является сметой и содержит данные из открытых источников (рекомендованных для продажи цен поставщиками и производителями), то есть не содержит возможных скидок на оборудование и материалы, которые всегда обсуждаются индивидуально при осуществлении поставок.

! Заказчику на заметку

• Системы увлажнения воздуха в системах вентиляции зданий
• Реконструкция системы увлажнения вентиляционного агрегата Веза: установка нового испарительного увлажнителя с системой оборотного водоснабжения