Прокофьев П.С.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет, Россия

 

Высокоэффективное увлажнение воздуха
в системах вентиляции и кондиционирования

 

Одной из главных ступеней является тепловлажностная обработка наружного воздуха для основных технологических помещений и аппаратов. Камеры увлажнения одновременно служат промывными камерами, так как вода растворяет газы и запахи, улавливает мелкие частицы пыли и освежает обработанный воздух. Фактически, аппараты увлажнения представляют собой дополнительную ступень очистки воздуха. Они незаменимы в системах кондиционирования помещений, когда необходимо выполнить влажностную обработку воздуха с одновременным его подогревом. В таком случае в камеру орошения подается теплоноситель с температурой выше, чем температура обрабатываемого воздуха по мокрому термометру.

Адиабатическое увлажнение является более экономичным нежели изотермические, как минимум, на 1-2 порядка, поскольку процесс парообразования в этом случае происходит за счёт внутреннего перераспределения энергии, а внешнее энергопотребление связано с реализацией различного рода механизмов значительно менее затратных. В наиболее совершенных системах адиабатического увлажнения генерация 10 кг влаги требует всего 0,04 кВт потребляемой энергии.

В настоящей статье рассматривается принципиально иная конструкция адиабатического увлажнителя – роторный пластинчатый тепломассообменник (РПТМ) [1], принципиальная схема которого приведена на рис.1.

Рис. 1 Конструкция РПТМ.

Роторный пластинчатый тепломассообменник работает следующим образом. Обрабатываемый воздух поступает через входной патрубок в корпус в радиальном направлении к вращающимся дискам и проходит в щелевых каналах между дисками к выходному патрубку. При вращении дисков их нижняя часть находится в поддоне с водой и при выходе диска в поток воздуха за счёт сил поверхностного натяжения на поверхности диска образуется плёнка воды, которая размывается воздухом по всей поверхности диска и именно с этой плёнкой и взаимодействует обрабатываемый воздух. Очевидно, что диски должны быть выполнены из хорошо смачиваемого материала, а их поверхность должна быть тщательно обезжирена.

РПТМ может быть установлен на всасывающей или нагнетательной стороне сети, в качестве секции увлажнения в центральном или подвесном кондиционере, на воздуховоде, внутри или вне обслуживаемого помещения.

В последние годы были проведены исследования по оптимизации конструкции РПТМ и начато серийное производство.

Анализ проектов НИЦ "Инвент", выполненных для нескольких десятков крупных офисных зданий и торговых центров показал, что для большинства из них потребовались увлажнители с адиабатным коэффициентом эффективности Еа не выше 0,8. Значение Еа вычисляется по общепринятой формуле:

где t1 – начальная температура воздуха по сухому термометру, °С;

t2 – конечная температура воздуха по сухому термометру, °С;

tм – температура обрабатываемого воздуха по мокрому термометру, °С.

 

В общем случае эффективность увлажнения воздуха в РПТМ зависит от диаметра дисков, зазора между ними, глубины погружения дисков в воду, частоты вращения ротора, скорости воздуха и его начальных параметров.

Так как РПТМ работает без каплеуловителя, а скорость воздуха во фронтальном сечении значительно выше, чем для воздухоохладителей, то аппарат можно встроить практически в любой кондиционер, например, в настоящее время РПТМ применяет фирма YORK в своих центральных кондиционерах и фирма «ВЕНТА» в кондиционерах NOVAIR. Аппараты устанавливаются в пустой секции кондиционера длиной по ходу воздуха 1м.

Важной особенностью РПТМ является возможность останавливать процесс увлажнения в заданной точке, что позволяет отказаться от устройства второго подогрева.

Отдельного рассмотрения заслуживают проблемы увлажнения воздуха в жилых зданиях. По мнению большинства отечественных специалистов централизованное увлажнение воздуха в системах кондиционирования жилых зданий нецелесообразно, а для решения проблем, связанных с низкой относительной влажностью в помещениях, наиболее эффективно использовать индивидуальные бытовые увлажнители.

Для оценки ситуации в НИЦ «Инвент» были проведены лабораторные испытания бытовых адиабатических увлажнителей воздуха VENTA (Германия) и AIR-O-SWISS (Швейцария), представленных соответственно на рис. 3 и 4. На первый взгляд, конструкция увлажнителей аналогична РПТМ, однако на самом деле оба приведенных увлажнителя кроме похожего внешнего вида не имеют ничего общего с РПТМ.

 

Рис. 2 Лабораторный образец РПТМ

Рис. 3 Бытовой увлажнитель Venta

Рис. 4 Бытовой увлажнитель Air-O-Swiss

В обоих зарубежных аппаратах диски выполнены из несмачиваемой пластмассы и зазор между дисками составляет соответственно 4 и 5 мм. Частота оборотов дисков находится в пределах от 1 до 1,5 об/мин. Для того чтобы хоть как-то получить смоченную поверхность, в аппарате AIR-O-SWISS на дисках выполнены радиальные выступы, цель которых – зачерпывать воду из поддона. Результаты испытаний увлажнителей VENTA, AIR-O-SWISS и РПТМ для бытовых целей представлены ниже в таблице.

Увлажнитель воздуха

Температура
воздуха на входе

Температура
воздуха на выходе

Частота вращения,
об/мин

Ea, %

t1, °C

tм1, °C

t2, °C

tм2, °C

28,8

16,8

18,1

16,9

9,5

90

26,5

15,9

17,5

16,4

9,5

89

Диски Æ160 мм, зазор между дисками 1,35 мм,
погружение 30мм. Общее количество дисков 80 шт.

24,8

12,8

21,8

13,4

1,0

30

24,8

12,8

22,2

13,4

1,0

26

Диски Æ250 мм, зазор между дисками 5,0 мм, погружение 30мм.
Общее количество дисков 16 шт. (2 ротора по 8 дисков)

24,2

12,6

23,8

12,8

1,25

5

24,2

12,6

24,0

12,8

1,5

6

Диски Æ180 мм, зазор между дисками 4,0 мм, погружение 108мм.
Общее количество дисков 88 шт. (4 ротора по 22 диска)

 

Как видно, коэффициент эффективности адиабатического увлажнения в РПТМ несоизмеримо выше, чем у зарубежных образцов. Очень низкое значение  Еа в увлажнителях VENTA объясняется не только тем, что диски выполнены из несмачиваемого материала и установлены с большим зазором, но также и тем, что при выбранной схеме компоновки воздух движется не в зазорах между дисками, а поперек дисков.

 

Библиографический список

1.   Авторское свидетельство № 1216576 «Устройство для тепловлажностной обработки воздуха».