POLITECHNIKA GDAŃSKA

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

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

e - deficyt ciśnienia pary wodnej ( wskaźnik wpływu temperatury i

wilgotności względnej na potencjał odparowania wody do powietrza). (wzór 1)

(1)

gdzie:

- ciśnienie pary wodnej w danej temperaturze



- wilgotność względna powietrza

Porównanie wielkości wskaźnika

e (rys. 10) dla przechowywanego produktu temperaturze

C (

= 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% !!

Rys. 10 Porównanie wskaźnika

dla różnych parametrów powietrza

' (100

)

100









61 (100 95)

3, 05

100







61 (100 60)

100







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