Adsorpční odvlhčovače DST Seibu Giken
Omezené použití kondenzačního odvlhčování
Nejčastěji používané odvlhčování vzduchu pomocí kondenzace vlhkosti na chladném povrchu výparníku nebo kapalinového chladiče má v řadě případů i přes své velmi rozšířené užití svá výrazná omezení.
Jedná se především o závislost účinnosti odvlhčování na okolní teplotě a vlhkosti. U kompresorových systémů s nižší výparnou teplotou chladiva dochází k namrzání výměníku, stejně tak jako u kapalinových chladičů, využívajících jako média podchlazenou glykolovou směs, solanku nebo čpavek. Toto řešení je aplikovatelné pouze tehdy, kdy přerušovaný cyklus odvlhčování v době odtávání námrazy není na závadu, z provozního hlediska a z hlediska tolerancí je tento systém velmi nepružný.
U běžných kondenzačních odvlhčovačů bez vymrazování je proto maximální dosažitelná účinnost limitována hranicí zhruba 40-35% r.v. při teplotách odvlhčovaného vzduchu okolo 20oC.
Z tohoto důvodu je nejčastější použití kondenzačních odvlhčovačů pro vysoušení staveb při stavebních pracích, rekonstrukcích a sanacích. Za ideální lze považovat použití těchto odvlhčovacích zařízení v prostorách s poměrně vysokou teplotu a vlhkostí jako jsou například bazény a lázeňské provozy.
Adsorpční odvlhčování
Výrazný posun v technologii odvlhčování přineslo v polovině padesátých a šedesátých let využívání materiálů se schopností pohlcovat vlhkost fyzikální cestou. Výrazným impulsem pro výzkum v této činnosti byly kosmické programy, které řešily problém kondenzace a namrzání vzdušné vlhkosti na přístrojovém vybavení za velmi nízkých teplot vesmírného prostoru.
Považuji za nutné upozornit na významný rozdíl ve fyzikálním principu mezi systémy využívající materiálu lithiumchlorid (případně lithiumbromid), kde se pohlcení odehrává na principu chemické reakce. Tento princip se nazývá absorpce. Odvlhčování pomocí silikagelových materiálů je procesem čistě fyzikálním. Molekuly vody se zachytávají v mikrostruktuře povrchu silikagelu a jsou vyvázány pomocí vysoké teploty při regeneraci horkým vzduchem bez změny chemické podstaty aktivního materiálu. Tento proces se nazývá adsorpcí.
Oba pojmy bývají bohužel z jazykového hlediska často zaměňovány, při překladu zahraničních materiálů bývá zmatek dovršen i chybným výkladem technických slovníků, uvádějících nesprávné ekvivalenty.
Adsorpční silikagelové materiály Seibu Giken
Základním problém praktického využívání silikagelových materiálů je způsob jejich aplikace. Řada výrobců dodnes používá silikagel ve formě volně loženého granulátu v rotačních bubnech z perforovaného plechu. Kromě nízké účinnosti zde hraje roli značný úlet aktivního materiálu a tím kromě kontaminace odvlhčovaného vzduchu i pokles účinnosti.
Seibu Giken používá jako nosiče aktivního materiálu rotační výměník s voštinovou strukturou (podoba známá z tepelných rotačních výměníků pro klimatizační jednotky). Materiál voštinové matrice, tvořené střídavě vrstvou rovného a vlnitého pásu s výškou komory kolem 1,5 mm, se liší nejčastěji podle velikosti rotou a použití. Nejčastěji bývá používán hliník nebo papír impregnovaný organickými pryskyřicemi. Na tento podklad je nanesena vrstva materiálu supersilikagel s označením SSCR.
Hlavní předností adsorpčních rotorů Seibu Giken s povrchem SSCR je vysoká pohlcovací schopnost. Funkce rotoru se projeví okamžitě bez jakékoliv přípravné fáze, výměníky pracují i při vlhkostech na hranici nasycení bez rizika samovolného zpětného uvolňování vody.
Mechanická odolnost předností výměníků SSCR Seibu Giken
Další významnou předností SSCR je dokonalé přilnutí aktivního materiálu k nosnému podkladu rotačního výměníku. Tato mechanická odolnost zaručuje provoz bez úletu částic silikagelu do vysoušeného vzduchu. S touto vlastností souvisí i minimální pokles účinnosti po dobu provozu. Oficiální záruční podmínky rotorů Seibu Giken garantují po třech letech provozu pokles účinnosti maximálně o 15%, praktické zkušenosti však vypovídají o značných rezervách tohoto údaje.
Při měření na vzorcích byl pokles účinnosti vyhodnocen po 50.000 hodinách (tedy po teoretickém nepřetržitém provozu v délce více jak 5 let) o pouhých 8,5%.
Rotory SSCR jsou zdravotně nezávadné
Podle testů Frauenhoferova institutu SRN byla prokázána nejen zdravotní nezávadnost těchto materiálů, ale i dokonce baktericidní účinky na vysoušený vzduch. Vhodnost použití SSCR pro hygienicky náročné provozy potvrdil i Státní zdravotní ústav v Praze.
Samostatné rotační výměníky DST Seibu Giken
Pro vestavbu do klimajednotky nebo VZT potrubí
| Typ | Orientační odvlhčení při 20oC, 60% r.v. regenerace 140oC [g/kg s.v.] | Doporučený průtok suchého vzduchu [m3/h] | Plocha rotoru [m2] | Průměr rotoru [mm] |
| RU 152 | 6 | 1700 | 1,72 | 1500 |
| RU 192 | 6 | 28000 | 2,84 | 1900 |
| RU 242 | 6 | 45000 | 4,35 | 2400 |
| RU 274 | 6 | 93000 | 5,34 | 2700 |
| RU 334 | 6 | 140000 | 8,10 | 3300 |
| RU 424 | 6 | 236000 | 13,6 | 4200 |
Snížení teploty neovlivňuje odvlhčovací kapacitu
Na rozdíl od provozu kondenzačních odvlhčovačů neomezuje nízká teplota odvlhčovaného vzduchu účinnost zařízení. Pro dosažení extrémně nízkých hodnot vlhkosti je účelné provést předchlazení vstupního vzduchu. Účinnost silikagelových
materiálů naopak při vyšších teplotách vlhkého vzduchu klesá. Přesto i za podmínek odvlhčování 100% podílu čerstvého vzduchu za letních extrémů lze dosáhnout zajímavých hodnot.
Vhodnou kombinací s předchlazením odvlhčovaného a regeneračního vzduchu je možné dosáhnout teploty rosného bodu vysoušeného vzduchu až -10oC.
Funkce odvlhčovacích zařízení DST Seibu Giken
Kompaktní odvlhčovací jednotky DST jsou vybaveny rotačním výměníkem SSCR, filtry na vstupu odvlhčovaného a regeneračního vzduchu, ventilátorem odvlhčovaného a regeneračního vzduchu a regeneračním ohřívačem. Malá zařízení typové řady DR 010, DR 020, DR 030 a DR 031 využívají pro vlhký i regenerační vzduch společný filtr a společný ventilátor.
 |
| Obr.1 Malé odvlhčovací jednotky DST mohou sloužit i jako mobilní zařízení pro vysoušení chladných prostor |
Provedení pláště nerez
| Typ | Odvlhčovací výkon při 20oC, 60% r.v. [kg/h] | Objem suchého vzduchu [m3/h] | Objem regeneračního vzduchu [m3/h] | Příkon kW | Rozměry mm |
| DR 010 | 0,5 | 190 | 40 | 0,9 | 539x250x222 |
| DR 020 | 0,8 | 240 | 50 | 1,0 | 382x335x335 |
| DR 030 | 1,1 | 240 | 85 | 1,4 | 382x335x335 |
| DR 031 | 1,6 | 310 | 110 | 2,1 | 490x454x475 |
| DR 040 | 2,0 | 550 | 140 | 2,6 | 550x550x550 |
| DR 050 | 2,6 | 550 | 140 | 3,9 | 550x550x550 |
| R 060 | 4,6 | 1000 | 250 | 6,4 | 1100x400x680 |
| R 061 | 10 | 1450 | 580 | 14,7 | 1080x560x765 |
Vlhký vzduch prochází odvlhčovací plochou rotačního výměníku s aktivním povrchem. Sektor odvlhčování představuje přibližně 60% celkové plochy výměníku, podle požadavků konkrétního projektu může být tento poměr i měněn.
U typové řady odvlhčovačů DST Consorb se otáčením se rotační výměník dostává do proudu regeneračního vzduchu, který představuje zpravidla 30-ti % podíl odvlhčovaného vzduchu. Regenerační vzduch je předehříván až na teplotu 145 oC a jeho průchodem rotačním výměníkem dochází k vyvázání vlhkosti do proudu odváděného vzduchu. Regenerovaný výměník se tak dostává znovu do odvlhčovacího sektoru.
Řada DST Recusorb navíc používá oproti jednotkám Consorb zbytkové teplo z regenerace pro předehřev regeneračního vzduchu. Snižuje se tím energetická náročnost regenerace výměníku, teplota vystupujícího suchého vzduchu je zároveň nižší než u předchozího systému. Řada Consorb je použitelná pro aplikace s požadavkem na odvlhčení s menší intenzitou.
Vlastní ohřev regeneračního vzduchu se provádí nejčastěji elektrickým ohřívačem, u větších zařízení je možno použít alternativně i parní ohřívač.
 |
| Obr.3 Funkční schéma DST Recusorb: Vlhký vzduch se odvlhčí při průchodu rotačním výměníkem. Regenerační vzduch se předehřívá v rotačním výměníku, po průchodu ohřívačem regeneruje silikagelový povrch a odvádí vyvázanou vlhkost ze zařízení |
Velké odvlhčovací jednotky DST Recusorb
Provedení pláště - sendvičový panel s dvousložkovým lakem
| Typ | Odvlhčovací výkon při 20°C, 60% r.v. kg/h | Objem suchého vzduchu m3/h | Objem regeneračního vzduchu m3/h | Příkon kW*) | Rozměry mm |
| R 062 | 18 | 2600 | 850 | 24 | 1650x780x1400 |
| R 082 | 37 | 5500 | 1900 | 49 | 1800x1000x1600 |
| R 102 | 59 | 8200 | 2900 | 76 | 2100x1300x1800 |
| R 122 | 95 | 13500 | 4700 | 124 | 2300x1500x2000 |
| *) Celkový příkon zařízení včetně regenerace elektroohřívačem Pro velikosti R062-R122 možnost regenerace parním nebo plynovým ohřívačem | |||||
 |
| Obr.2 Velké odvlhčovací jednotky DST nacházejí uplatnění v náročných průmyslových aplikacích |
Regulační systémy adsorpčních odvlhčovačů DST
Ve většině případů je u regulace odvlhčovacích zařízení podstatnější energetická úspora než dodržení úzkých tolerancí. Řadu uživatelů poměrně často uplatňuje zásadu "čím méně, tím lépe" a nechávají trvale zařízení v provozu na maximální výkon. Především u velkých zařízení je však tento přístup z energetického hlediska neúměrně nákladný, u některých technologií zpracování organických materiálů (např. v potravinářském průmyslu) však přesušení znamená stejné riziko znehodnocení produktu jako vysoká vlhkost.
Malé jednotky DST řady DR 010-031 používají pro ohřev regeneračního vzduchu polovodičového ohřívače. Jeho odpor při překročení teploty 200 oC extrémně narůstá. Tato vlastnost je jednak významným bezpečnostním prvkem, který brání přehřátí odvlhčovače a jeho spálení, navíc umožňuje plynulou regulaci odvlhčovacího výkonu škrcením průtoku vzduchu přes ohřívač.
U větších zařízení s odporovým ohřívačem je používána dvoustupňová regulace (50/100%), případně manuální nebo automatická sedmistupňová regulace. Pro požadavek plynulé regulace se používá řízení od vlastního nebo externího regulátoru s plynulým řízením jedné sekce pomocí triaku a postupným připínáním dalších sekcí odporového ohřívače. Pomocí tohoto režimu lze udržet toleranci výstupní vlhkosti v rozmezí ±0,5 g/kg s.v.
Při použití parních ohřívačů lze řešit regulaci odvlhčovacího výkonu změnou průtoku regeneračního vzduchu. Pro nejpřesnější požadavky tolerance se osvědčilo řízení regeneračního ventilátoru pomocí frekvenčního měniče přes interní nebo externí regulátor.
Hybridní systémy odvlhčovačů - kombinvace adsropčního a kondenzačního principu.
Zajímavou možností je použití jednotek, které kromě snížení výstupní teploty suchého vzduchu i výrazně omezují energetické nároky zařízení.
Zařízení DST Frigosorb nebo DST Econosorb jsou kombinací adsorpčních odvlhčovačů s tepelným čerpadlem s náplní elkologického chladiva R 407C. Pro srovnatelný odlvhčovací výkon při 20oC a 60% r.v. potřebují hybridní odvlhčovače přibližně pouze 25% energie ve srovnání s adsorpčním zařízením a 50% oproti kondenzačním jednotkám.
Menší mobilní jednotky DST Aquasorb využívají k odloučení vlhkosti z regeneračního vzduchu rozdíl teplot deskový výměník.
Hybridní odvlhčovací jednotky DST Econosorb, Frigosorb a Aquasorb
| Typ | Odvlhčovací výkon při 20oC, 60% r.v. kg/h | Objem suchého vzduchu m3/h | Objem regeneračního vzduchu m3/h | Příkon kW*) | Rozměry mm |
| Aquasorb | |||||
| A 30 | 0,5 | 400 | - | 1,2 | 577x332x554 |
| Econosorb | |||||
| EF 61 | 5,7 | 750 | 500-1600 | 2,4 | 1250x810x1680 |
| EF 81 | 10,7 | 1400 | 800-2600 | 4,1 | 1690x1030x2280 |
| EF 82 | 17,4 | 2400 | 1200-4200 | 6,4 | 1470x1030x2280 |
| EF 102 | 30, | 4000 | 1900-6500 | 10,3 | 1770x1330x2380 |
| EF 152 | 65 | 9000 | 4600-16600 | 24,5 | 23101870x3040 |
| EF192 | 93 | 12000 | 6650-23500 | 34,5 | 2750x2310x3040 |
| EF 242 | 148 | 18700 | 11000-40500 | 59,5 | 3250x2810x3340 |
| Frigosorb | |||||
| FF 50 | 2,7 | 900 | - | 1,6 | 1250x810x1630 |
| FF 60 | 3,6 | 1350 | - | 2,1 | 1250x810x1930 |
| FF 61 | 5,4 | 2300 | - | 3,3 | 1250x810x1980 |
| FF 81 | 10,2 | 3700 | - | 5,7 | 1470x1030x2280 |
| FF 82 | 14,4 | 5200 | - | 8,5 | 1470x1030x2380 |
| FF 122 | 26,0 | 9600 | - | 14,4 | 1970x1530x2380 |
| FF 152 | 50,0 | 20900 | - | 32,9 | 2310x1870x3040 |
Vlhký vzduch je po vstupu do zařízení DST Frigosorb nejdříve využit pro regeneraci. Z prostrou prochází kondenzátorem, kde dochází k jeho předehřátí. Svojí teplotou regeneruje rotační výměník SSCR a odebírá mu adsorbovanou vlhkost. Nižší regenerační teplota (cca 57 oC) je kompenzována pomalejším cyklem rotačního výměníku, který se pohybuje v krocích. Teplý a intenzivně zvlhčený vzduch prochází dále výparníkem, kde dochází za ideálních podmínek ke kondenzačnímu odvlhčování. Po svém ochlazení a předběžném odvlhčení se vzduch vrací zpět do rotačního výměníku, kde dochází k jeho konečnému intenzivnímu vysušení adsorpcí. Zpět do prostoru (nebo systému) se vrací odvlhčený vzduch o stejné nebo dokonce nižší teplotě než vlhký vzduch na výstupu. Odloučená vlhkost se odvádí ze zařízení Frigosorb ve formě kondenzátu.
 |
| Obr.4 Funkční schéma DST Frigosorb: Vlhký vzduch se předehřívá na kondenzátoru tepelného čerpadla, při průchodu rotačním výměníkem regeneruje silikagelový povrch a váže na sebe vlhkost.Na výparníku tepelného čerpadla odevzdává část vlhkosti ve formě kondenzátu, po schlazení je dále odvlhčen na velmi nízkou hodnotu. |
Obdobnou konstrukci využívají i jednotky DST Econosorb. Jejich předností jsou minimální energetické nároky a velmi nízká teplota výstupního vzduchu. Zařízení využívá samostatný proud regeneračního vzduchu, který musí být odváděn mimo systém.
 |
| Obr.č.5 Funkční schéma DST Econosorb: Regenerační vzduch se předehřívá na kondenzátoru tepelného čerpadla, při průchodu rotačním výměníkem regeneruje silikagelový povrch a odvádí vyvázanou vlhkost ze zařízení. Vlhký vzduch na výparníku tepelného čerpadla ve formě kondenzátu, po schlazení je dále odvlhčen na velmi nízkou hodnotu |
Malé mobilní jednotky DST Aqusorb jsou ideálním řešením pro odlvhčování chladných uzavřených prostor bez možnosti samostatného výfuku regeneračního vzduchu - odvod odloučené vlhkosti se provádí ve formě kondenzátu. Vlhký vzduch prochází z větší části odvlhčovacím sektorem rotačního výměníku. Pro regeneraci se používá v podstatě uzavřený okruh, ve kterém je mezi regeneračním výměníkem a elektrickým ohřívačem zařazen deskový výměník. Část chladného vzduchu z prostoru se využívá právě pro ochlazení deskového výměníku, kde se z procházejícího regeneračního vzduchu odloučí vlhkost ve formě kondenzátu.
 |
| Obr.6 Funkční schéma DST Aquasorb: Vlhký vzduch se odvlhčí při průchodu rotačním výměníkem. Regenerační vzduch po průchodu elektrickým ohřívačem regeneruje silikagelový povrch a odvádí vyvázanou vlhkost. Na deskovém výměníku, který je ochlazován částí venkovního vzduchu, se z regeneračního vzduchu odebírá teplo a vlhkost ve formě kondenzátu. |
I když hybridní systémy nedosahují tak výrazně nízkých hodnot vlhkosti vystupujícího vzduchu jako klasická zařízení DST Consorb a Recusorb, jejich účinnost je významně vyšší než u pouhého odvlhčování kondenzací. Velmi výhodné je užití jednotek Frigosorb a Aquasorb v případech, kdy není možné zajistit samostatný výfuk regeneračního vzduchu.
Možnosti zapojení odvlhčovacích jednotek do VZT systému
Odvlhčovací zařízení DST Seibu Giken jsou konstruovány s předpokladem napojení vzduchotechnické potrubí. Při instalaci těchto zařízení je třeba pamatovat na některé zásady:
- potrubí výfuku regeneračního vzduchu je třeba vždy provádět ve spádu směrem k odvodnění. Teplý vzduch s vysokou hodnotou nasycení vlhkostí (20-30 g/kg.s.v.) při ochlazení snadno kondenzuje.
- výfuk suchého vzduchu je vhodné umístit co nejvýše, sání vlhkého dole - suchý vzduch je těžší než vlhký!
- je vhodné zajistit dostatečný přetlak v odvlhčované prostoru, a to buď přisávání části odvlhčovaného vzduchu z okolního prostoru, nebo škrcením podílu regeneračního vzduchu z okolního prostoru.
- zvýšení účinnosti adsorpčního odvlhčování lze dosáhnout předchlazením odvlhčovaného vzduchu.
- při požadavku na extrémně nízké hodnoty vlhkosti (pod 1 g/kg.s.v.) je nutno předchladit i regenerační vzduch (zvyšuje se schopnost regeneračního vzduchu odebírat vlhkost z rotačního výměníku).
Aplikace odvlhčovacích zařízení DST Seibu Giken
Adsorpční odvlhčovače DST Seibu Giken jsou vhodné pro aplikaci v prostorách s nízkou hodnotou vlhkosti (chemický, elektrotechnický a farmaceutický průmysl), kde se zúročuje i jejich hygienická nezávadnost a bezúletovost silikagelového materiálu. Další vhodnou aplikací jsou skladové prostory s nízkou teplotou, kde účinnost kondenzačních odvlhčovačů rapidně klesá. Jedná se například o sklady vojenské techniky, letištní hangáry, sklady potravinářského průmyslu a další. Obdobnou oblastí výhodného použití jsou například tunely, přehrady, strojovny vodáren a přečerpávacích stanic, kde kondenzující vlhkost na technologickém vybavení a stavební konstrukci urychluje proces stárnutí.
Při vysoušení dřeva a ve stavebnictví (sanace, rekonstrukce, mokré procesy v zimním období) je pozitivní i ohřev vystupujícího vysušeného vzduchu. Pro tyto aplikace je důležitá robustní konstrukce malých jednotek z nerezové oceli a mechanická odolnost a čistitelnost rotačního výměníku.
Při průchodu odvlhčovaného vzduchu rotačním výměníkem dochází díky vysoké regenerační teplotě i k přenosu tepla, které zvyšuje teplotu vystupující suchého vzduchu přibližně o 12 - 17 oC. Pro některé aplikace je nutno toto zvýšení teploty oproti vstupujícímu vzduchu eliminovat například zařazením chladiče vzduchu do vzduchotechnického systému.
Reference DST Seibu Giken v České republice
- VÚAB Roztoky - rozplňování injekcí
- Securit Saint Gobain - výroba autoskel
- AVX Lanškroun - výroba elektrotechnických součástí
- Škoda M. Boleslav - zkušebna brzd
- HC Sparta Praha - odvlhčování zimního stadionu
- Otrokovice - výroba pneumatik
- Splintex - výroba autoskel