Индустриални системи за овлажняване на въздуха

Поддържането на подходяща влажност в производствените помещения е от ключово значение за протичането на голяма част от производствените процеси. Ниската относителна влажност, освен че влияе неблагоприятно върху комфорта и застрашава здравето на хората, може да окаже негативно влияние върху производственото оборудване и използваните материали.

Също така създава потенциална опасност от възникване на статично електричество, което може да доведе до нежелани последици. В редица отрасли на промишлеността, сред които дървообработващата промишленост, текстилната промишленост, хранително-вкусовата промишленост, производството на вино и много други, поддържането на подходяща относителна влажност оказва пряко влияние върху качеството на произвежданата продукция. Поддържането на подходяща относителна влажност оказва благоприятно влияние и върху запрашеността на помещението.

За осигуряването на необходимото ниво на влажност в промишлеността се използват различни системи за овлажняване на въздуха, които могат да бъдат монтирани директно в помещението или във въздухоразпределителната мрежа.

Изотермично и адиабатно овлажняване
В практиката основно се използват овлажнителни системи, работещи на принципа на изотермично или адиабатно овлажняване на въздуха. Характерна особеност на изотермичното овлажняване на въздуха е протичането му при постоянна температура. Във въздуха непосредствено постъпва наситена пара, за получаването на която се използва външен източник на топлина.

Това е причината изотермичното овлажняване да се характеризира и със значително потребление на енергия. При изотермичното овлажняване енталпията на водовъздушната смес расте поради увеличаване на скритата топлина. В същото време при увеличаване на абсолютното влагосъдържание, а съответно и относителната влажност на въздуха, неговата температура остава постоянна.

Адиабатното охлаждане протича при постоянна енталпия. Фазовият преход от течно в парообразно състояние е посредством свободно изпарение на водата, при което има преход на явна в скрита топлина.

При увеличаване на абсолютното влагосъдържание температурата на въздуха се понижава, в резултат на което едновременно с овлажняването протича поглъщане на излишната топлина без да е необходимо допълнително охлаждане. В промишлеността за овлажняване на въздуха по-предпочитано решение са системите, работещи на принципа на адиабатно овлажняване, поради по-ниските енергийни разходи.

Адиабатни овлажнители
Групата на адиабатните овлажнители включва различни по конструкция овлажнители, сред които изпарителни овлажнители, овлажнители с пневматично разпръскване, центробежни овлажнители, овлажнители с водоразпръсквателни дюзи и други.

При изпарителните овлажнители овлажняването на въздуха е посредством преминаването му през панел, обтичан от вода. Водата се подава в горната част на изпарителния модул и се стича през мокър пълнеж със специфична структура. При преминаването на топлия сух въздух през панела вадата се изпарява и влажността на въздуха се повишава.

Изпарителните модули могат да бъдат монтирани в централни въздухообработващи централи или директно в нагнетателната въздухопроводна мрежа. Тези изпратели могат да работят със и без рециркулация на използваната вода. При системите с рециркулационна вода има опасност от развитието на бактерии и разпространението на инфекции.

Системите без рециркулация, от своя страна, се характеризират с висок разход на вода. Като недостатък на тези системи може да се посочи и невъзможността за регулиране на количеството влага с висока точност. 

Характерно за овлажнителите с пневматично разпръскване е постигането на много фино разпръскване, граничещо с почти безкапково разпръскване на водата, при което тя бързо се изпарява във въздуха.

Разпръскването на водата е посредством разпръсквателна дюза, към която от едната страна се подава въздух, а от другата, през отделен тръбопровод, се подава предварително филтрирана вода. Налягането, с което се подава въздухът, обикновено е в диапазона от 0,05 – 0,15 МРа, което осигурява изтичане със скорост от порядъка на 300-500 m/s.

Конструкцията на самата дюза е един от основните фактори, оказващи влияние върху постигането на фино разпръскване на водата. Самите дюзи се свързват успоредно към въздухоразпределителната и водоразпределителната мрежа.

За осигуряване на необходимия въздух може да се използва заводска компресорна станция или отделни компресори, а за осигуряване на необходимото количество вода обикновено се предвижда резервоар, в който се поддържа постоянно водно ниво.

Обикновено към системата се предвижда и система за управление, с което се осигурява регулиране на работното налягане във всяка от водните и въздушните линии. По този начин се гарантира промяна в количеството влага с достатъчна точност за повечето приложения.

Като недостатък на този тип овлажнители може да се посочи сравнително голямата дължина на свободния пробег на образувалите се малки капчици вода, разпространяващи се в съпътстващия поток сгъстен въздух. В резултат, тези овлажнители се използват преди всичко за овлажняване на въздуха непосредствено в самото помещение.

Използването им в овлажнителна секция на система за централна климатизация или директно във въздуховод е свързано със значителни размери, съответстващи на дължината на свободен пробег на водните капчици. Също така подобни системи изискват осигуряване на лесен достъп до въздух под налягане или, съответно, компресори.

При този начин на овлажняване специфичният разход на електроенергия е сравнително голям. При запушване на дюзата вследствие на запрашаване или отлагане на карбонати има опасност от нарушаване на разпръскването.

Овлажняването на въздуха посредством водоразпръсквателни дюзи се отнася към адиабатното овлажняване, при което разпръскването на водата е без използването на система за подаване на сгъстен въздух. В зависимост от налягането и конструкцията на дюзата водата се разпръсква на малки или фини капчици, които се изпаряват във въздуха. При използването на малки дюзи при високо налягане на водата се постига голяма степен на дисперсност на капчиците.

Независимо от вида на дюзите и големината на налягането обаче не може да се постигне напълно безотпадъчно разпръскване, което налага да се предвиди отвеждане на излишната вода. Сред често срещаните решения е вграждането на дюзите в кожух, през който преминава въздухът от помещението.

При по-големи уредби в кожуха се вгражда осов вентилатор и помпа за връщане на излишната вода отново към дюзата. Тези овлажнители обикновено се предлагат със система за управление на помпата, както и разпределителни стойки с разпръскващите дюзи, което осигурява финото разпръскване на водата. 

Системите обикновено работят с омекотена вода, като за целта може да се използва външна система за обработка на водата чрез обратна осмоза например. Много подходящо решение е и използването на  дестилирана вода.

Овлажнителите с пневматично разпръскване и тези с водоразпъсквателни дюзи, за разлика от изпарителните, използват около 90% от водата по предназначение.
Към адиабатните овлажнители се включват и центробежните и ултразвуковите водоразпръскватели.

При центробежните водоразпръскватели диспергирането на водата е под действието на центробежните сили. Използват се хоризонтални или вертикални бързовъртящи се дискове, покрити с тънък слой вода. Добре е да се има предвид, че част от водата не се поглъща от въздуха. Могат да бъдат монтирани под тавана на помещението, вграждат се и във въздухообработващи централи като овлажнителна секция и в апарати за преовлажнен въздух.

При ултразвуковите разпръскватели водата се разпръсква върху трептяща под въздействието на ултразвук мембрана. Енергийните разходи са ниски при големи количества на подаваната вода, но инвестициите са по-високи. Големината на водните частици е функция на честотата.

Парни овлажнители
Парните овлажнители, използвани за овлажняване на въздуха в промишлени помещения, се характеризират с проста конструкция. При тях няма специфични изисквания по отношение на качеството на водата, като в същото време този вид овлажняване е и с по-добри хигиенни показатели.

Вградените филтриращи елементи отделят минерализиращите частици от входящата пара. Работи се с чиста пара без капчици. Парата се подава директно в помещенията или в нагнетателните въздуховоди, като температурата на въздуха не се променя.

Като източник на пара може да се използва технологична пара, ако тя не е замърсена с примеси или самостоятелни парогенератори, както и котли. Сред често използваните конструкции са парните разпределители и парните овлажнители.

При парните разпределители е необходимо подаването на парата да е такова, че да се осигури нейното хомогенно разпределение във въздуховода. Дължината на правия хоризонтален участък, в който се подава парата, се определя в зависимост от вида на пароразпределителя.

Минималната дължина при многодюзово равномерно подаване е 1 метър. Обикновено, за да се предотврати образуването на конденз, хоризонталният участък се дефинира от самите производители.
Парните овлажнители се използват за добив и разпределение на парата във въздухопроводи или директно в помещенията, като работят с електроенергия.

За овлажняване с пара се използват и изпарителни вани. Конструкцията им включва вана, запълнена с вода, в която са потопени електрически нагреватели или над нея са разположени халогенни лампи във водозащитено изпълнение. Монтират се в камера, през която преминава въздушният поток. Често се вграждат в климатични шкафове.