Teorie vlhkého vzduchu a úprava vlhkosti vzduchu při větrání (III)

6.1 Ohřev vzduchu

Při ohřevu se zvyšuje teplota vzduchu při konstantní měrné vlhkosti x = konst. Výchozí vztah pro výpočet výkonu výměníku je:

Po rozepsání dosazením 1.19 obdržíme vztah:

Protože Δx=0 (obrázek 3), je poslední člen nulový, a pro stanovení potřebného výkonu ohřívače lze použít vztah:

Obrázek 3 - Průběh změny stavu vzduchu při ohřevu vzduchu a značení ohřívače ve schématech

Zařízení pro ohřev vzduchu:

• Vodní ohřívače
  vyrábějí se nejčastěji jako lamelové výměníky (měděné trubky s hliníkovými lamelami). Výměníky mohou být jedno nebo víceřadé. Teplonosnou látkou je voda z otopné soustavy či samostatného zdroje. Může být využito i odpadního tepla.
• Parní ohřívače
  jsou většinou ocelové. Regulace je však obtížnější.
• Kondenzátorová jednotka chladivového systému
  jedná se o tepelné čerpadlo (určené přímo pro vytápění), či odpadní teplo systému
• Elektrické ohřívače
• Plynové ohřívače

U vodních a některých parních výměníků je třeba zajistit protimrazovou ochranu.

6.2 Chlazení vzduchu

Chlazení vzduchu může být tzv. suché nebo mokré. Záleží na tom, jestli při tomto procesu dochází ke kondenzaci či nikoli.

Suché chlazení:

Probíhá v případech, kdy je povrchová teplota výměníku vyšší než teplota rosného bodu upravovaného vzduchu t_pchl > t_DP (obrázek 4). Vzhledem k tomu, že Δx = 0, lze pro stanovení potřebného výkonu chladiče použít vztah 1.26. Nutné je ovšem podotknout, že tento případ se v praxi vyskytuje jen vyjímečně. Je to dáno zdroji chladu, jež jsou většinou konstruovány na teplotní spád chladicího okruhu 6/12 °C. Střední povrchová teplota výměníku je potom t_pchl = 9 °C.

Mokré chlazení:

Dochází ke kondenzaci vodní páry obsažené v upravovaném vzduchu. Probíhá v případech, kdy je povrchová teplota výměníku nižší než teplota rosného bodu upravovaného vzduchu t_pchl < t_DP (obrázek 4). Pro stanovení potřebného výkonu chladiče je třeba použít vztah 1.24!

Citelným teplem se nazývá část chladicího výkonu, která je využita na snížení teploty vzduchu.
Vázaným teplem se nazývá část výkonu daná kondenzací vodních par ve vzduchu.
Celkové teplo pak odpovídá celkovému výkonu chladiče a je dáno součtem citelného a vázaného tepla.

Citelné teplo (výkon):
Celkové teplo (výkon):

Zařízení pro chlazení vzduchu

• Vodní chladiče
  nejčastěji jsou to lamelové víceřadé výměníky (měděné trubky s hliníkovými lamelami). Teplonosnou látkou je voda nebo nemrznoucí směs ze zdroje chladu (běžný teplotní spád 6/12 až 8/16).
• Chladivové systémy (přímý výparník)
  teploty 3-6 °C

Vzhledem ke kondenzaci je třeba zajistit odloučení (lapače kapek) a odvod kondenzátu (napojení přes zápachovou uzávěrku do kanalizace)

Obrázek 4 - Průběh změny stavu vzduchu při chlazení vzduchu a značení chladiče ve schématech

Dle vztahu:

lze zjistit množství zkondenzované vody.

Poznámka:
Ve VZT jednotce rozeznáme chladič od ohřívače podle velikosti - chladič je vždy větší. Chladič také musí být vždy napojen na kanalizaci kvůli odvodu kondenzátu.

6.3 Vlhčení vzduchu

Vlhčit vzduch lze párou nebo vodou.

Směr změny stavu vzduchu při vlhčení párou probíhá za konstantní teploty (ve skutečnosti se vzduch mírně ohřívá, pro praxi však zcela vyhovuje směr změny stavu vzduchu t = konst.).

Směr změny stavu vzduchu při vlhčení vodou o teplotě t_m probíhá za konstantní entalpie - adiabatické chlazení, h = konst. (obrázek 5). Měrná vlhkost vzduchu roste, teplota vzduchu během procesu klesá a případ lze v některých případech využít i k chlazení.

Obrázek 5 - Průběh změny stavu vzduchu při vlhčení vzduchu vodou a párou a značení chladiče ve schématech

Účinnost pračky je dána vztahem:

Zařízení pro vlhčení

• Vodní pračky vzduchu
  • na sprchové, blánové, bubnové, bublinové, atd.
  • adiabatické nebo polytropické
  Během vlhčení dochází k cirkulaci vody, proto je nezbytná kvalitní úprava vody. Vždy je třeba zabránit riziku množení bakterií (legionela). Za vodní pračkou bývá umístěn odlučovač (lapač) kapek.
  
  
• Rozprašování vody
  se děje na principu pneumatickém, mechanickém, ultrazvukovém (studená pára).

6.4 Mísení dvou a více různých stavů vzduchu

Obrázek 6 - Konečný stav vzduchu Sm po smísení 2 různých stavů vzduchu

Konečná teplota po smísení n různých stavů vzduchu o různých průtocích se stanoví dle směšovací rovnice:

a podobné platí i pro konečnou měrnou vlhkost:

Leží-li konečný stav vzduchu po smísení pod křivkou nasycení φ = 1, začne se vytvářet mlha. Po zkondenzování vodní páry se stav vzduchu ustálí na bodě Sm' (obrázek 7). To je ovšem v technické praxi nežádoucí, a hrozí-li tento případ, je výhodné vzduch o nízké teplotě předehřát na takovou teplotu, aby se tvoření mlhy (kondenzaci) zabránilo.

Obrázek 7 - Mísení 2 různých stavů vzduchu při nebezpečí kondenzace, předehřev studeného vzduchu pro zabránění tvorby mlhy

6.5 Odvlhčování

Odvlhčení vzduchu lze dosáhnout buď kombinací mokrého chlazení a následného ohřevu, nebo využitím sorpčních výměníků.

Odvlhčení chlazení - ohřev

Pro odvlhčení lze využít kombinace chladiče a ohřívače, nevýhodou je však vysoká spotřeba energie. Samostatná odvlhčovací zařízení využívají přímo chladivového oběhu, kde chladičem je výparník a ohřívačem kondenzátor.

Sorpční chlazení

Dělí se na mechanickou a chemickou adsorpci (Silikagel Al₃O₃, Aktivovaný oxidovaný hliník Al₂O₃, Molekulová síta). Materiál je třeba regenerovat a většinou se vyrábí jako rotační nebo přepínací výměníky.

6.6 Zpětné získávání tepla

Směr změny stavu vzduchu se u výměníku zpětného získávání tepla bez přenosu vlhkosti (Δx = 0) znázorňuje v h-x diagramu stejně jako u ohřevu či suchého chlazení...

6.7 Souhrn

V běžné praxi se vyskytují převážně výše uvedené úpravy vlhkého vzduchu:

• ohřev
• chlazení mokré (suché)
• vlhčení vodou či párou
• směšování

Je nezbytné si uvědomit, že k dosažení požadovaného stavu vzduchu lze dospět pouze kombinací těchto úprav!

Použitá literatura:

[1] Chyský, J.; Vlhký vzduch, 1977. ISSN 04-239-77
[2] Drkal, F.; Technika prostředí, 1978. ISSN 57-634-78
[3] Chyský, J., Hemzal,K. a kol.: Technický průvodce "Větrání a klimatizace". Bolit, 1993
[4] ASHRAE Handbook 2001 Fundamentals, 2001, ASHRAE, Atlanta. ISBN-1-883413-87-7