Autorius: Mycond techninis skyrius
Tikslus drėgmės pritekėjimo skaičiavimas yra patikimo oro kondicionavimo ir sausininimo sistemų projektavimo pagrindas. Tačiau praktikoje inžinieriai dažnai susiduria su nevisišku drėgmės šaltinių įvertinimu, kas lemia rimtas eksploatacines problemas. Ši medžiaga padės išvengti tipinių projektavimo klaidų ir užtikrinti skaičiavimų tikslumą projektuojant mikroklimato sistemas.
Įvadas: nevisiško drėgmės šaltinių įvertinimo pasekmės
Tipinė projektavimo klaida – įvertinti tik 1–2 akivaizdžiausius drėgmės šaltinius, ignoruojant kitus svarbius veiksnius. Toks požiūris sukelia rimtas pasekmes: kondensato susidarymą ant šaltų paviršių, spartesnę metalinių konstrukcijų koroziją, energijos perteklių sausininimui, avarinį įrangos nusidėvėjimą bei pelėsio ir grybelio atsiradimą. Ekonominės pasekmės apima padidėjusias eksploatacines sąnaudas, sugadintos įrangos ir konstrukcijų remontą, o ypač sudėtingais atvejais – gamybos sustabdymą.
Visavertis drėgmės šaltinių įvertinimas apima septynių pagrindinių kategorijų analizę: infiltraciją per atitvarines konstrukcijas, drėgmės išskyrimą žmonių, pritekėjimą per atviras duris ir vartus, drėgmės atidavimą iš produktų ir medžiagų, garavimą nuo atvirų vandens paviršių, pritekėjimą su tiekiamąja ventiliacija ir drėgmės išskyrimą iš technologinių procesų.
Vandens garų masės pernašos fiziniai pagrindai
Kad drėgmės pritekėjimą apskaičiuotume teisingai, būtina suprasti oro psichrometrinius parametrus. Pagrindiniai jų:
- Drėgmės kiekis (g/kg) — gramais išreikšta vandens garų masė, esanti 1 kg sauso oro;
- Santykinė drėgmė (%) — vandens garų dalinio slėgio ir toje pačioje temperatūroje esamo prisotinto garų slėgio santykis;
- Rasos taško temperatūra — temperatūra, kurioje oras, esant pastoviam slėgiui, pasiekia prisotinimą.
Drėgmės pernašą lemia drėgmės kiekio skirtumas tarp terpių, temperatūros gradientas ir oro judėjimo greitis. Vandens garų masės pernašos intensyvumas didėja kylant temperatūrai, oro greičiui ir didėjant vandens garų dalinių slėgių skirtumui.
Šaltinis 1: drėgno oro infiltracija per atitvarines konstrukcijas
Infiltracijos mechanizmas – išorinio drėgno oro skverbimasis per atitvarų nesandarumus: plyšius languose ir duryse, plokščių sujungimo vietas, neizoliuotas komunikacijų angas. Šis procesas ypač intensyvus drėgname klimate, būdingame Lietuvos pajūrio miestams, tokiems kaip Klaipėda.
Drėgmės, patenkančios dėl infiltracijos, kiekis apskaičiuojamas pagal formulę, kur masinis infiltruojamo oro srautas G(infiltracijos) dauginamas iš lauko d(lauko) ir vidaus d(vidaus) oro drėgmės kiekio skirtumo:
W(infiltracijos) = G(infiltracijos) × (d(lauko) - d(vidaus))
Infiltracijos intensyvumas priklauso nuo vėjo slėgio, temperatūros skirtumo (kuris sukuria traukos efektą) ir pastato sandarumo klasės. Drėgname vasaros klimate infiltracija gali sudaryti 40–60% bendro drėgmės pritekėjimo.
Šaltinis 2: drėgmės išskyrimas žmonių
Žmogaus kūnas nuolat išskiria drėgmę kvėpuojant (iškvepiamas oras prisotintas vandens garų maždaug 37°C temperatūroje) ir prakaituojant. Šio proceso intensyvumas reikšmingai priklauso nuo:
- Fizinio aktyvumo — nuo ramybės būsenos iki intensyvaus darbo;
- Patalpos temperatūros — kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis drėgmės išskyrimas;
- Aprangos tipo — lengva apranga palengvina drėgmės garavimą nuo kūno paviršiaus.
Inžineriniams skaičiavimams naudojamos norminės specifinio drėgmės išskyrimo vienam žmogui vertės, kurios svyruoja nuo 40 g/val. (ramybės būsena esant komfortiškai temperatūrai) iki 300 g/val. (intensyvus fizinis aktyvumas). Skirtingoms patalpoms taikomi atitinkami koeficientai: biuruose — 50–70 g/val. vienam žmogui, sporto salėse — 150–250 g/val., gamybinėse patalpose — priklausomai nuo darbo pobūdžio.
Šaltinis 3: atviros durys, vartai, pakrovimo rampos
Atviros durys ir vartai sudaro sąlygas drėgno oro masės pernašai per du mechanizmus: laisvą konvekciją dėl oro tankio skirtumo ir priverstinius oro mainus judant žmonėms bei transportui. Norint apskaičiuoti drėgmės pritekėjimą iš šio šaltinio, reikia nustatyti:
W(durų) = V(oro) × ρ(oro) × (d(lauko) - d(vidaus)) × f(atidarymų)
kur V(oro) — oro tūris, patenkantis per vieną atidarymą, ρ(oro) — oro tankis, d(lauko) ir d(vidaus) — lauko ir vidaus oro drėgmės kiekis, f(atidarymų) — atidarymų dažnis per valandą.
Sandėliavimo vartams, kurių angos plotas 10–20 m² ir atidarymo trukmė 2–5 minutės, drėgmės pritekėjimas gali pasiekti dideles vertes, ypač šiltuoju metų laiku tokiuose miestuose kaip Vilnius ar Kaunas. Skaičiavimo algoritmas apima: angos ploto nustatymą, atidarymų dažnio įvertinimą ir per valandą patenkančios drėgmės masės apskaičiavimą.
Šaltinis 4: drėgni produktai, medžiagos
Reikšmingu drėgmės šaltiniu gali būti maisto produktai (daržovės, vaisiai, mėsa, žuvis), statybinės medžiagos (šviežias betonas, tinkas), taip pat tekstilė ir popierius. Drėgmės atidavimas iš šių medžiagų vertinamas keliais metodais:
- Pagal produkto masės pokytį laikymo metu;
- Pagal empirinius drėgmės atidavimo koeficientus;
- Pagal džiovinimo proceso kinetiką.
Drėgmės išskyrimo intensyvumas priklauso nuo laikymo temperatūros, oro apipūtimo greičio ir pradinės produkto drėgmės. Pavyzdžiui, daržovių saugyklose Panevėžio ar Šiaulių regione tipinis drėgmės pritekėjimas gali siekti 10–20 g/val. kiekvienam laikymo ploto kvadratiniam metrui, o statybinių medžiagų sandėliuose — 5–15 g/(m²·val.), nors konkretūs dydžiai kiekvienam objektui nustatomi individualiai.
Šaltinis 5: atviri vandens paviršiai
Garavimas nuo atvirų vandens paviršių (baseinai, rezervuarai, technologinės vonios) vyksta dėl vandens garų masės pernašos iš vandens paviršiaus į orą. Garavimo intensyvumas priklauso nuo:
- Vandens temperatūros;
- Virš paviršiaus esančio oro temperatūros ir drėgmės;
- Oro judėjimo greičio.
Garavimo intensyvumui apskaičiuoti naudojamos empirinės formulės, kuriose pagrindinis parametras yra prisotintų garų slėgio prie vandens temperatūros ir oro vandens garų dalinio slėgio skirtumas. Skaičiavimo algoritmas apima vandens paviršiaus ploto nustatymą, vandens ir oro temperatūrų matavimą, prisotintų garų slėgių skirtumo skaičiavimą ir atitinkamos garavimo formulės taikymą.
Baseinuose, kai vandens temperatūra 26–30°C, drėgmės pritekėjimas sudaro apytiksliai 100–200 g/(m²·val.), galvaninėse voniose — 80–150 g/(m²·val.), skalbyklos įrangai — reikšmės nustatomos individualiai.
Šaltiniai 6 ir 7: tiekiamoji ventiliacija ir technologiniai procesai
Jei išorės oras nėra tinkamai apdorojamas (sausininamas), tiekiamoji ventiliacija gali tapti reikšmingu drėgmės šaltiniu, ypač vasarą Lietuvos klimato sąlygomis. Drėgmės pritekėjimo iš ventiliacijos skaičiavimas atliekamas pagal formulę:
W(ventiliacijos) = G(oro) × (d(lauko) - d(vidaus))
kur G(oro) — tiekiamo oro masės srautas (kg/val.).
Technologiniai procesai, tokie kaip įrangos plovimas, skalbimas, pramoninis džiovinimas, virimas, garinimas, taip pat gali būti reikšmingi drėgmės šaltiniai. Drėgmės išsiskyrimas vertinamas pagal vandens ar garų sąnaudas procese arba pagal šilumos balansą. Inventorizacijos metodika apima visų procesų sąrašą, vandens/garų sąnaudų įvertinimą kiekvienam procesui ir perskaičiavimą į vandens garų masę per valandą.
Bendras drėgmės pritekėjimas: skaičiavimo metodika ir tipinės projektavimo klaidos
Bendro drėgmės pritekėjimo nustatymo algoritmas apima:
- Visų galimų drėgmės šaltinių objekte inventorizaciją;
- Drėgmės pritekėjimo iš kiekvieno šaltinio atskirą skaičiavimą;
- Visų dedamųjų sumavimą;
- 10–20% atsargos pridėjimą neįvertintiems veiksniams.
Tipinės projektavimo klaidos, lemiančios drėgmės pritekėjimo nuvertinimą:
- Infiltracijos ignoravimas, ypač vasarą drėgnomis Lietuvos klimato sąlygomis;
- Pasenusių norminių žmonių drėgmės išskyrimo vertinimų naudojimas;
- Sezoninės drėgmės pritekėjimo korekcijos nebuvimas;
- Fiksuotų verčių taikymas neatsižvelgiant į konkretų objektą.
Yra sąlygų, kai standartinės skaičiavimo metodikos neveikia: ekstremalios klimato sąlygos (pajūrio zonos, kur santykinė drėgmė 90–100%), sudėtingi technologiniai procesai su nestabiliu drėgmės išskyrimu, objektai su nereguliariu naudojimu. Tokiais atvejais būtinas instrumentinis patikrinimas: dideliems sandėlių kompleksams su dažnai atidaromais vartais, baseinams su nestandartiniu eksploatacijos režimu, gamybinėms patalpoms su nežinomais technologiniais drėgmės išskyrimais.
DUK: Dažniausiai užduodami klausimai
Kaip nustatyti drėgmės šaltinių prioritetą projektuojant?
Prioritetas nustatomas analizuojant konkretų objektą. Pramoniniuose objektuose didžiausią įtaką paprastai daro technologiniai procesai ir garavimas nuo vandens paviršių. Biuro patalpose — žmonių drėgmės išskyrimas ir infiltracija. Sandėliuose — atviri vartai ir medžiagų drėgmės atidavimas. Rekomenduojama atlikti preliminarų visų šaltinių skaičiavimą ir nustatyti 2–3 dominuojančius, kuriems skirti ypatingą dėmesį.
Ar galima naudoti žinynines drėgmės pritekėjimo reikšmes visiems objektams?
Žinyninės reikšmės pateikia tik orientacinį įvertį ir gali lemti 30–50% paklaidą. Tiksliam projektavimui būtina pritaikyti skaičiavimus prie konkrečių sąlygų: atsižvelgti į pastato, technologinių procesų ir eksploatacijos režimo ypatumus. Tai ypač svarbu objektams Lietuvoje, kur klimato sąlygos gali reikšmingai kisti priklausomai nuo sezono ir vietovės.
Kaip įvertinti sezoninę drėgmės pritekėjimo dėl infiltracijos kaitą?
Reikia įvertinti lauko oro drėgmės kiekį kiekvienam metų mėnesiui, remiantis konkretaus miesto (Vilnius, Kaunas, Klaipėda ir kt.) klimatologiniais duomenimis. Infiltracijos skaičiavimas atliekamas atskirai kiekvienam skaičiuojamajam periodui, atsižvelgiant į lauko ir vidaus oro drėgmės kiekio skirtumo pokyčius.
Ar reikia įrangos našumo atsargos, viršijančios apskaičiuotą drėgmės pritekėjimą?
Taip, rekomenduojama numatyti 15–30% atsargą nuo apskaičiuoto drėgmės pritekėjimo. Tai susiję su neišvengiamomis skaičiavimų netikslumų, galimų eksploatacijos režimo pokyčių ir įrangos našumo degradacijos laikui bėgant rizikomis. Kritiškai svarbiems objektams atsarga gali siekti 50%.
Išvados
Visų drėgmės šaltinių visapusiškas įvertinimas yra patikimo oro kondicionavimo ir sausininimo sistemų projektavimo pagrindas. Pagrindiniai principai, kurių reikėtų laikytis:
- Išsami visų galimų drėgmės šaltinių objekte inventorizacija;
- Skaičiavimų pritaikymas prie konkrečių pastato eksploatacijos sąlygų;
- Sezoninės drėgmės pritekėjimo kaitos įvertinimas;
- Atsargos neprognozuojamiems veiksniams įtraukimas.
Inžinieriams projektuotojams rekomenduojame:
- Nepasikliauti vien žinyninėmis vertėmis;
- Numatyti adekvačią įrangos našumo atsargą;
- Numatyti instrumentinių drėgmės pritekėjimo matavimų galimybę eksploatacijos etape;
- Reguliariai atnaujinti žinias apie skaičiavimo metodikas.
Drėgmės pritekėjimo skaičiavimo tikslumas tiesiogiai lemia visos oro kondicionavimo ir sausininimo sistemos patikimumą ir ekonomiškumą. Drėgmės pritekėjimo nuvertinimas sukelia nepakankamą sistemų našumą, o pervertinimas — perteklines kapitalines ir eksploatacines sąnaudas. Pusiausvyros tarp šių kraštutinumų paieška – inžinerinio projektavimo menas.
