Влажность воздуха — это величина, характеризующая количество паров воды, содержащихся в воздухе. Если воздух, имеющий определенную влажность, нагревается, его относительная влажность падает, а объем возрастает. При этом абсолютная влажность остается постоянной. Например, если насыщенный воздух (100% RH) при температуре 17 °C нагреть до температуры 21 °C, то его влажность упадет до 6%.

Автор: В. КУТИЛОВ, специалист компании ClimateMaster

Если температура воздуха понижается до т.н. «точки росы», то его относительная влажность увеличивается до 100%. При дальнейшем охлаждении избыточная влага конденсируется, а относительная влажность атмосферы остается равной 100%. Если после этого воздух вновь подогреть до исходной температуры, его относительная влажность окажется ниже исходной. Описанный выше процесс называется осушением воздуха. Он происходит естественным образом в кондиционерах, где избыточная влага конденсируется на охладительном теплообменнике.

Зачем нужно контролировать влажность?

Воздух — это элемент здоровья и хорошего самочувствия. Существуют аспекты, объясняющие, почему необходимо контролировать и в некоторых случаях корректировать влажность воздуха. Это касается как жилых помещений в домах и квартирах, так и офисов, где человек проводит большую часть дня.

1. Создание здоровой среды обитания.

Американская ассоциация, занимающаяся болезнями легких (American Lung Association, ALA), рекомендует поддерживать относительную влажность в пределах от 40 до 55%. При низких значениях влажности страдает слизистая оболочка носа, горла и глаз. В результате сопротивляемость организма к микроорганизмам и вирусам снижается, а вероятность заболеваний возрастает. Люди испытывают усталость, раздражение горла и глаз. Исследования показали, что увеличение относительной влажности с 20 до 30% снижает вероятность заболеваний на 15%.

При высоких значениях влажности создаются благоприятные условия для размножения плесени и домашних клещей. Плесень и клещи выделяют вещества, являющиеся сильнейшими аллергенами. Это приводит к резкому ухудшению самочувствия обитателей дома.

2. Экономия энергии.

Влажность существенно влияет на восприятие человеком температуры окружающей среды. Например, 19,5 °C при относительной влажности 35% воспринимается человеком так же, как 22 °C при влажности 19%.
Снижение температурной уставки на 1,5 °C уменьшает расход энергии примерно на 5%.

3. Сохранение имущества от порчи.

Воздух с низкой влажностью как хорошая губка вытягивает влагу из всех материалов и предметов. Мебель рассыхается и трескается, волокна ковровых покрытий становятся хрупкими и быстро изнашиваются, картины покрываются трещинами и меняют цвета, музыкальные инструменты расстраиваются.
Высокая влажность вызывает рост плесени и часто приводит многие предметы и покрытия в состояние полной негодности.

4. Возникновение статического электричества.

При очень низкой влажности (менее 15%) предметы и люди могут накапливать статический заряд с высоким потенциалом (до 20 000 В). Разряды могут быть болезненны и даже опасны. Если в воздухе присутствует достаточное количество паров горючих жидкостей или высокая концентрация газа, то от подобного разряда может произойти взрыв или пожар. Кроме того, разряды часто являются причиной выхода из строя электронных приборов.

Рекомендуемая влажность

В условиях резко континентального климата, к сожалению, не удается поддерживать влажность в помещении в указанных выше пределах. Причиной этому является то обстоятельство, что при низких внешних температурах все поверхности, включая оконные, должны быть выше точки росы. В противном случае на стенах и стеклах будет выделяться вода, что в свою очередь может привести к появлению плесени. Поэтому влажность в помещении необходимо снижать по мере снижения уличных температур.

Рекомендуется зависимость относительной влажности от внешней температуры, приведенная в табл. 1.

Осушение воздуха

Осушение воздуха осуществляется двумя методами — механическим и химическим. При механическом методе воздух проходит через теплообменник, охлажденный до 7–9 °C. Избыточная влага осаждается на теплообменнике, воздух охлаждается до 9–12 °C. После чего для обеспечения комфортных условий охлажденный воздух часто необходимо подогреть.

С этой целью после охладительного теплообменника воздух пропускается через нагревательный теплообменник водяного или электрического типа. В специализированных осушительных установках в качестве источника тепла часто используется энергия перегретого пара рефрижеранта кондиционного цикла. Регулируя средние температуры охладительного и нагревательного теплообменников, можно добиться точного регулирования влажности.

Осушение является естественным процессом любого кондиционера. Однако кондиционеры обеспечивают различные возможности по осушению. Особое внимание следует обратить на кондиционеры с теплообменниками прямого расширения. При использовании таких кондиционеров температура в помещении обычно управляется при помощи включения или выключения конденсора. При выключенном конденсоре, если вентилятор продолжает работать, влажный воздух поступает в помещение, увеличивая его влажность.

Для предотвращения этого явления необходимо точно рассчитывать необходимую мощность кондиционера и выбирать кондиционер в соответствии с этими расчетами. Чем реже кондиционер находится в выключенном состоянии, тем выше уровень комфорта и меньше затраты энергии.

Химические осушители воздуха называются десикантными (от англ. desiccate — высушивать, терять влажность) осушителями. В этих установках воздух пропускается через вещество с высокими гигроскопическими свойствами (например, силикагель или соли лития).

Насыщенное водой вещество проходит стадию регенерации — сушки при сравнительно высокой температуре.

В настоящее время наиболее распространены осушители воздуха механического типа.

Увлажнение воздуха

В системах воздушного отопления и кондиционирования осушение воздуха в помещениях осуществляется посредством подачи в помещение воздуха с высокой влажностью — обычно не более 95%. Основная задача при получении влажного воздуха в кондиционном оборудовании — не допустить конденсирование влаги где-либо внутри оборудования, а также в воздуховодах.

С этой целью, в частности, необходимо предусмотреть обязательное выключение увлажнителя, когда по какой-либо причине останавливается вентилятор. Кроме того, важно следить за тем, чтобы влажность в воздуховоде не превышала 95%. Конденсат является прекрасной средой развития плесени и микроорганизмов, которые в свою очередь могут стать причиной многих заболеваний, а также привести к снижению срока службы коммуникаций. Это явление получило название Sick Building Syndrome (синдром больного здания).

Существует четыре метода увлажнения: метод разбрызгивания воды в канале кондиционера, метод влажной подушки, паровой и ультразвуковой методы.

Разбрызгивающие увлажнители (оросители)

Этот тип увлажнителей подразделяется на два подкласса: разбрызгиватели низкого и высокого давления. Принцип работы разбрызгивающих увлажнителей следующий. Вода под давлением подается в форсунки, расположенные в канале кондиционера обычно сразу за нагревательным теплообменником. При выходе из форсунок давление воды резко падает и струя превращается в водяное облако. Величина капель в этом облаке в значительной мере зависит от давления воды перед форсункой и диаметром отверстия в форсунке. Чем выше давление, тем меньше диаметр капель. Капли подхватываются потоком воздуха и испаряются.

Задача правильной проектировки разбрызгивающего увлажнителя состоит в том, чтобы это водяное облако успело полностью испариться, прежде чем капли достигнут стенок кондиционера или воздуховода. Если это условие не соблюдено, образуются влажные поверхности внутри кондиционера и воздуховодов со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Разбрызгиватели низкого давления используют обычную водопроводную воду. Они создают достаточно крупные капли (объемом около 1 мм3). Такие капли, как правило, не успевают испариться, прежде чем достигают поверхностей. В результате внутренние поверхности кондиционера намокают.

Разбрызгиватели низкого давления в настоящее время практически вышли из употребления в западных странах, несмотря на их дешевизну и неприхотливость. Производители оборудования говорят, что судебные издержки обычно во много раз превосходят экономию от использования этих увлажнителей.

Разбрызгиватели высокого давления используют специальные насосы, создающие давление в несколько десятков атмосфер. Диаметр отверстий в форсунках составляет доли миллиметра. Во избежание засорения этих отверстий вода проходит тщательную предварительную очистку. Такие увлажнители создают капли в несколько микрон.

Увлажнители высокого давления намного дороже, чем низкого, однако они находят все большее применение благодаря сравнительно небольшому потреблению энергии.

Испарительные увлажнители

В испарительных увлажнителях воздух проходит через специальную подушку, постоянно смачиваемую водой, стекающей сверху. Эти увлажнители в свою очередь можно разделить на два подкласса: увлажнители с водосборным поддоном в канале кондиционера и увлажнители без поддона.

В увлажнителях первого подкласса влажная подушка расположена поперек воздушного потока в кондиционере над поддоном, в котором поддерживается постоянный уровень воды при помощи поплавкового клапана, подключенного к водопроводу. Насос перекачивает воду из поддона на верх подушки и смачивает ее. Регулирование влажности происходит путем включения и выключения насоса. В сравнительно больших кондиционерах увлажняющая подушка аккумулирует несколько литров воды, так что, несмотря на выключение насоса, увлажнение еще долго продолжается.

Эти увлажнители имею огромную инерционность, которая практически не позволяет достигать сколько-нибудь приемлемой точности регулирования влажности. Кроме того, данные увлажнители имеют открытые водные поверхности непосредственно в канале кондиционера. Например, после некоторого периода низких внешних температур, когда увлажнение воздуха необходимо, наступает длительная оттепель, при которой в увлажнении нет необходимости. Но вода в поддоне остается в потоке теплого воздуха. Это может продолжаться днями и неделями. В течение этого времени вода гниет, распространяя в помещении неприятный запах. В худшем случае в воде могут развиться болезнетворные микроорганизмы, включая возбудителей тяжелых форм пневмонии.

В увлажнителях второго типа поддоны отсутствуют. Кроме того, эти увлажнители представляют собой отдельную конструкцию, вынесенную за пределы кондиционера. Они подсоединяются патрубками таким образом, что забирают нагретый воздух из кондиционера или печи после вентилятора и увлажненный воздух возвращается в кондиционер перед нагревательным теплообменником, смешиваясь с основным потоком воздуха.

Этот тип увлажнителей использует для прокачивания воздуха разность давлений, создаваемую вентилятором кондиционера (печи). Такие увлажнители можно оснастить автоматическими воздушными клапанами, мгновенно прекращающими процесс увлажнения при достижении предустановленного значения. Таким образом, они позволяют достигать высокой точности регулирования влажности. Достоинством увлажнителей такого типа является то обстоятельство, что они сравнительно недороги, надежны, неприхотливы в эксплуатации и безопасны. Главный их недостаток — малая производительность (до 2,5 л/ч). Аппараты такой конструкции обычно используются для увлажнения жилых помещений площадью до 400 м2. В последнее время получили широкое распространение увлажнители, имеющие собственные вентиляторы. Эти системы забирают теплый воздух на выходе из кондиционера, увлажняют и затем выбрасывают его в тот же воздуховод. Увлажнители такого типа проще в установке и обычно имеют большую производительность.

Паровые увлажнители

В паровых увлажнителях вода превращается в пар тем или иным нагревателем. Пар поступает по теплоизолированным трубам к форсункам, расположенным в воздуховоде, и мгновенно абсорбируется воздухом. В некоторых увлажнителях этого типа трубы подачи пара расположены внутри труб, по которым подается пар подогрева, так что основные трубы всегда горячие. Вода проходит очистку в фильтрах обратного осмоса.

Пар в состоянии быстро насыщать воздух водой. Во избежание этого в подающем воздуховоде располагается датчик влажности («хьюмидистат»), который включается последовательно в цепь нагревателя и парового клапана. Датчик влажности обычно настраивается на влажность 95%.

Для нагрева используется электроэнергия или газ. Паровые увлажнители дороги как с точки зрения первичных затрат, так и в процессе эксплуатации. Однако они очень широко применяются для увлажнения коммерческих помещений (офисов, торговых залов) и в промышленности.

Ультразвуковые увлажнители

В ультразвуковых увлажнителях пьезоэлектрические вибраторы, работающие на частоте, измеряемой мегагерцами, порождают в воде кавитацию и мгновенное схлопывание, вызывающее очень высокое давление. Под этим давлением вода приобретает атомизированное состояние, генерируются капли от долей до нескольких микрон. Такие капли мгновенно абсорбируются потоком воздуха аналогично пару.

Перед поступлением в вибраторы вода проходит тонкую очистку. Ультразвуковые увлажнители могут быть автономными либо устанавливаются в кондиционеры. Их модификации имеют различную производительность — от 1 до 100 л/ч. Увлажнители данного типа имеют ряд достоинств:

• потребляют на порядок меньше энергии
• сравнении с паровыми, обеспечивая примерно то же качество увлажнения;
• имеют высокое быстродействие;
• мгновенно включаются и выключаются, обеспечивая высокую точность регулирования;
• существенно проще в обслуживании (особенно, в сравнении с паровыми).

Это самый передовой и перспективный вид увлажнителей, который активно внедряется сегодня за рубежом.