Vývoj a současné trendy zvlhčování průmyslových provozů
Optimální vlhkost vzduchu začala být považována především v druhé polovině minulého století za nedílný parametr komfortu a hygieny občanských staveb a staveb pro zdravotnictví. Ještě delší tradici má však klimatizace průmyslových hal, která se odvíjí od větrání textilních továren ve Spojených státech na počátku dvacátého století.
Strojní zpracování textilu naráželo na omezení rychlosti výrobních operací při nedostatečné vlhkosti vzduchu, která podporovala vytváření elektrostatického náboje a jeho vlivem trhání příze a další vady materiálu a výpadky produkce.
Počátkem minulého století se prohloubily teoretické poznatky v oboru psychrometrie, která popisuje chování vlhkého vzduchu a termodynamické závislosti a vedly k vývoji nových technických řešení. Možnosti zvyšování vzdušné vlhkosti se tak začaly stále častěji využívat i v oblasti komfortních staveb (divadla, koncertní sály, galerie) a průmyslových provozech zpracovávající ch další hygroskopické materiály (tiskárny, papírny, výroba nábytku).
Nejčastějším řešením nízké vlhkosti vzduchu bylo použití různých druhů praček v klimatizačních jednotkách. Pro potřeby textilního průmyslu však pračky mnohdy nedosahovaly potřebné účinnosti. Kromě toho pračky představovaly riziko hygienických problémů, kterým se dalo zcela zabránit i při náročné údržbě jen stěží.
Pro průmyslové provozy se z hlediska řízení parametrů prostředí často opakují typické požadavky:
- Řešení velkých objemů hal, často s intenzivním větráním, vysoké stropy
- Snížení intenzivních tepelných zisků od technologie
- Snížení prašnosti prostředí
Snižování tepelných zisků pro zlepšení podmínek pracovního prostředí adiabatickým zvlhčováním je samozřejmě limitováno dostatečnou výměnou vzduchu, aby nedošlo převlhčením k efektu „prádelny“, který naopak znamená další fyziologickou zátěž.
Použití parního vlhčení, oblíbeného v komerčních a občanských stavbách pro hygienickou bezpečnost, je v průmyslových aplikacích málo typické. Výroba páry je energeticky náročná, technologická pára pak většinou nesplňuje požadavky na zdravotní nezávadnost. Zvlhčování adiabatickým procesem je tedy z uvedených důvodů poměrně logickým řešením, přesto jeho umístění do centrálních systémů klimatizace nedokáže vždy plně vyřešit některá úskalí. Proto se v historii zvlhčovacích systémů poměrně záhy objevují snahy o přímé lokální zvlhčování v prostoru, které přináší řadu výhod, které centrální přívod zvlhčeného vzduchu potrubím může splnit jen v omezené míře:
- Nezávislost na chodu větracího systému
- Možnost zónové regulace podle lokální zátěže
- Aplikace v bezprostřední blízkosti pracovní zóny
Systémy pro přímé zvlhčování vzduchu v pracovní zóně
Lokální pračky vzduchu
Pamětníci si jistě vybaví cirkulační pračky vzduchu, vyráběné například v druhé polovině minulého století v Dolním Bousově, pro které častou aplikací byly četné textilní závody. Tato zařízení odpovídala technickým možnostem své doby, bohužel řadu problémů z vodních praček ve vzduchotechnických jednotkách (hygiena, náročnost údržby) přenesla do pracovního prostoru. Rovněž přímý dosah do pracovní oblasti byl v mnoha případech problematický. V současnosti na tato zařízení koncepčně navazují některé podstropní systémy, které mohou kombinovat zvlhčování cirkulačního vzduchu s přívodem čerstvého průchodem střešním pláštěm.
Mechanické rozprašovače
Tato zařízení využívala pro vytváření drobných vodních kapek mechanickou energii z rotace turbíny nebo rozstřikem při dopadu na rychle rotující talíř. Vznikající aerosol byl unášen proudem vzduchu ventilátoru a distribuován do prostoru.
Ani u těchto zařízení není vždy zaručena dostatečná hygieničnost, nevýhodou bývá i značná hlučnost. V prašném prostředí se může snadno kontaminovat otevřený vodní okruh zařízení a výdech vlhkého vzduchu. Pro instalace menšího rozsahu mohou být tato zařízení zajímavá dosažitelností pracovní zóny.
Ultrazvukové zvlhčovače
Výrazný posun v kvalitě přinesly ultrazvukové zvlhčovače. Zařízení pomocí piezoelektrických chvějek vytvářejí vysoce jemný aerosol s rychlým odpařováním. Provoz výhradně s demineralizovanou vodou a řízené vyplachování podstatně zlepšilo hygieničnost. Předností zařízení je i velmi rychlá a přesná regulovatelnost, která umožňuje použití i do výrazně náročnějšího prostředí. Rozsáhlejším aplikacím průmyslového charakteru s velkými výkony brání především poměrně vysoká pořizovací cena těchto zařízení.
Dvousložkové trysky
V osmdesátých a devadesátých letech minulého století průmyslovému zvlhčování dominovaly dvousložkové trysky, kdy byla voda rozprašována tlakovým vzduchem. Zařízení z kvalitních materiálů umožňovala použití demineralizované vody, která zvyšovala poměrně dobrou hygieničnost. Systém byl velmi flexibilní z hlediska instalace v pracovní zóně s možností aplikace i pro prostředí s nebezpečím výbuchu. Jako nevýhoda se projevila vysoká cena výroby tlakového vzduchu a vyšší hlučnost trysek.
Vysokotlaké jednosložkové trysky
Jednoznačně nejprogresívnějším způsobem prostorového zvlhčování jsou v současnosti vysokotlaké trysky. Jejich rozvoj byl umožněn vývojem a dostupností pokročilých technologií:
- Vysokotlaká čerpadla ve spojení s regulací pomocí frekvenčních měničů
- Mikrotrysky pro produkci mimořádně jemného aerosolu
- Úpravny pro přípravu demineralizované vody v kombinaci s UV sterilizací
Systém pracuje s tlakem vody v rozmezí 70-100 bar, kvalitní produkty používají výhradně plně demineralizovanou vodou, která je bezpodmínečně nutná při použití trysek s ústím o velikosti 100-150 m (mikronů). Výsledkem je jemná mlha s minimální rozptylovou vzdáleností. Vysokotlaké trysky mohou být aplikovány v podobě hlavic s vestavěným cirkulačním ventilátorem (systém DRAABE). Hlavice s tryskami a ventilátorem obsáhnou poměrně velký prostor, nucená cirkulace vzduchu však může v některých případech ovlivňovat prašnost prostředí.
Vysokou flexibilitu nabízí systém Finestfog, kdy jsou trysky individuálně umístěné přímo na vysokotlakých rozvodech. Mimořádně jemný aerosol s rychlým odpařením umožňuje instalaci do bezprostřední blízkosti pracovní oblasti i díky tomu, že při správné kvalitě vody je zcela bezúkapový. Tím je možné řešit pouze konkrétní pracoviště, které vyžadují zvýšenou vlhkost vzduchu, snížení tepelné zátěže nebo omezení prašnosti. Vícezónová čerpadla umožňují regulaci až šesti samostatných zón. Při potřebě většího počtu zón lze uzavírat i jednotlivé trysky pomocí samostatně řízených solenoidových ventilů.
Spotřeba elektrické energie pro provoz tlakového čerpadla a vodárny je při použití regulace frekvenčním měničem poměrně nízká. Výhodou je i minimální hlučnost trysek, která umožňuje jejich umístění i do velmi tichých provozů či komfortních budov.
Úprava vody pro vysokotlaké jednosložkové systémy
Jemnost vodní mlhy, která umožňuje rychlé odpaření v prostoru, závisí na velikosti otvoru v trysce. U kvalitních trysek velikosti 150 nebo 100 m, které produkují mlhu o velikosti 10 m, je pochopitelně přítomnost přirozených minerálů v pitné vodě důvodem úkapu trysek, postupného snížení výkonu, zvětšení hrubosti mlhy a konečně jejích úplného zablokování. Minerály z odpařené vody ve zvlhčovaném prostoru navíc způsobí po několika týdnech provozu výraznou prašnost. Stejný efekt má použití změkčené vody, kdy vápenné a hořečnaté ionty jsou nahrazeny chloridem sodným, který v prostoru svojí agresivitou způsobí korozi kovových částí.
Řešením je proto pouze demineralizovaná voda. Díky rozšíření a dostupnosti reverzní osmózy v posledních letech je tato úprava jednoduchá a spolehlivá. Při kombinaci s průtokovým UV zářičem pro desinfekci vody se přímé zvlhčování prostoru stává bezpečným a spolehlivým řešení pro průmyslové aplikace.
Následující tabulka porovnává spotřebu elektrické energie pro vygenerování 1 kg vlhkosti v ovzduší. Samozřejmě, kromě parních vyvíječů uvedené hodnoty nezahrnují energii pro přeměnu aerosolu na vodní páru při adiabatickém ochlazení.
Pro systémy, které používají upravenou vodu, je třeba vzít úvahu i příkon vodárny, který je však při přepočtu na litr vody skutečně velmi nízký.
| Typ zvlhčovače | Elektrický příkon na distribuci 1 kg vody do ovzduší |
|---|---|
| Elektrický parní vyvíječ | 750 W *) |
| Ultrazvukový generátor | 50 W |
| Dvousložkové trysky se stlačeným vzduchem | 60 – 80 W |
| Jednosložkové trysky | 10 -20 W |
| Mechanické rozprašovače | 40 – 80 W |
| Úprava vody – reverzní osmóza | 1 W |
*) Pouze u parního zvlhčovače se jedná o konečnou hodnotu energetické náročnosti. U všech ostatních adiabatických systémů je zapotřebí započítat i energii na skupenskou přeměnu aerosolu na vodní páru, která však může být hrazena z tepelné zátěže prostoru.
Zvlhčovače parní, adiabatické. Odvlhčovače bazénové, stavební. Adsorbční odvlhčování. Klimajednotky a tepelná čerpadla pro bazény. Chladicí jednotky a přesná klimatizace. Dveřní clony. Předizolované potrubí ALP. Konvektory. Distribuční elementy pro VZT.