Autorius: Mycond techninis skyrius
Efektyvios oro sausumo sistemos projektavimas — sudėtinga užduotis, reikalaujanti sisteminio požiūrio. Dažniausia inžinierių klaida — sutelkti dėmesį vien į mechaninę įrangą, ignoruojant architektūrines ypatybes ir valdymo sprendimus, kurie tiesiogiai veikia sistemos drėgmės apkrovą. Tai lemia neefektyvų net moderniausios įrangos darbą ir pernelyg dideles eksploatacines sąnaudas.
Šiame straipsnyje aptarsime penkių etapų metodologiją, padedančią inžinieriams kurti efektyvius, ekonomiškus ir patikimus drėgmės kontrolės sprendimus įvairiomis sąlygomis.
I etapas: projekto tikslo nustatymas
Kodėl tai kritiškai svarbu
Nesuprantant pagrindinės drėgmės kontrolės priežasties neįmanoma priimti teisingų sprendimų dėl kontrolės tikslumo, įrangos tipo ir biudžeto. Tikslo nustatymas — tai pagrindas, nuo kurio priklauso visi kiti oro sausumo sistemos projektavimo etapai.
Praktinis pavyzdys: skirtingi tikslai — skirtingi sprendimai
Apsvarstykime du kontrastingus atvejus. 1 atvejis — kukurūzų sandėliavimas, kai pakanka palaikyti drėgmę ne daugiau kaip 60% RH be kondensacijos. Čia sistema gali būti kuo paprastesnė, naudojant įprastus higrostatus ir standartinius sausintuvus.
2 atvejis — ličio baterijų gamyba, kur liitis reaguoja su vandens garais išskirdamas sprogų vandenilį jau esant 2% RH. Tokiu atveju ±5% RH tikslumo valdiklis netinkamas, reikalinga specializuota įranga nepriklausomai nuo kainos, nes kalbama apie saugą ir sprogimo prevenciją.
Reali nesėkmingo projektavimo situacija
Karinėje amunicijos sandėlyje techninė užduotis reikalavo "palaikyti daugiausia 40% RH". Sistema šį reikalavimą vykdė, tačiau amunicija vis tiek korodavo dėl kondensato ant metalinio stogo, kuris naktį atšaldavo žemiau rasos taško. Jei tikslas būtų suformuluotas kaip "užkirsti kelią amunicijos korozijai", inžinierius atkreiptų dėmesį į kondensaciją ant šaltų paviršių ir numatytų papildomas priemones.
Praktinės rekomendacijos
Nustatant sausimo projekto tikslą, užduokite šiuos klausimus: kokią pagrindinę problemą reikia išspręsti; kokios yra nepakankamos drėgmės kontrolės pasekmės; ar yra alternatyvių problemos priežasčių be padidėjusios drėgmės; kiek kritiški nukrypimai nuo nustatytų parametrų.
II etapas: kontrolės lygių ir tolerancijų nustatymas
Absoliutinės drėgmės nustatymas
Tipinė klaida — drėgmę nurodyti tik santykiniais vienetais (% RH), neatsižvelgiant į temperatūrą. Pavyzdžiui, 30% RH esant 21°C atitinka absoliučią drėgmę 4.6 g/kg, o 30% RH esant 10°C — tik 2.3 g/kg. Taisyklė: visada apibrėžkite drėgmę absoliučiais vienetais arba nurodykite RH kartu su temperatūros diapazonu.
Farmacijos gamyboje tablečiavimo procesui reikia 10% RH esant 21°C. Kadangi temperatūra svyruoja ±1.5°C, absoliutinė drėgmė kinta nuo 1.4 g/kg esant 19.5°C iki 1.7 g/kg esant 22.5°C. Inžinierius nustatė rasos taško -7°C (1.6 g/kg) kontrolę nepriklausomai nuo temperatūros svyravimų, taip užtikrindamas proceso stabilumą.
Vidaus ir lauko sąlygos
Projektuojant sausumo sistemą būtina atsižvelgti į du skaičiavimo sąlygų rinkinius: vidaus (kurias reikia palaikyti) ir lauko (su kuriomis sistema turi susidoroti). Lauko sąlygos lemia didžiausią sistemos drėgmės apkrovą.
Skaičiuojamųjų orų sąlygų parinkimas
ASHRAE duomenimis Europoje taikomi trys užtikrinamumo lygiai: 0.4% (viršijama 35 val. per metus), 1.0% (88 val.), 2.0% (175 val.). Pavyzdžiui, Vienai ekstremalus 1% užtikrinamumo rasos taškas yra +16°C, kai temperatūra +30°C. Farmacijai, kai prastovos viršija €40,000 per parą, naudojamas 0.4% lygis, o mažos kritiškumo sandėliui — 2%.
Tolerancijų nustatymas
Plati tolerancija ±3–5% RH arba ±1.5°C rasos taško leidžia naudoti paprastesnes, mažesnės kainos sistemas. Siaura tolerancija ±1% RH arba ±0.5°C rasos taško reikalauja itin tikslių jutiklių, sudėtingesnių algoritmų, įrangos rezervavimo ir gerokai padidina sistemos kainą.
III etapas: drėgmės apkrovų skaičiavimas
Pagrindiniai drėgmės šaltiniai
Srautas per atitvaras, žmonių išgarinimas, desorbcija iš medžiagų ir produktų, garavimas nuo atvirų paviršių, degimo produktai, infiltracija per nesandarumus, tiekiamo oro drėgmė — visi šie veiksniai sudaro bendrą sistemos drėgmės apkrovą.
Pagrindinių apkrovų skaičiavimo formulės
Drėgmės skverbtis per sienas: W = A × μ × Δpᵥ, kur A — paviršiaus plotas (m²), μ — garų pralaidumo koeficientas (g/(m²·val·Pa)), Δpᵥ — dalinių slėgių skirtumas (Pa). 200 mm betono sienei su garų izoliacine danga μ = 0.054 g/(m²·val·Pa), drėgmės skirtumas 16-4 g/kg, plotas 100 m², Δpᵥ = 12 × 133 = 1596 Pa, W = 100 × 0.054 × 1596 = 8.6 g/val. Išvada: šis veiksnys nereikšmingas palyginti su kitais šaltiniais.
Žmonių drėgmės išskyrimas: W = n × wₚ, kur n — žmonių skaičius, wₚ — vieno žmogaus drėgmės išskyrimas. Tipinės wₚ reikšmės: sėdimas darbas 40-50 g/val, lengvas fizinis darbas 90-120 g/val, sunkus fizinis darbas 150-200 g/val.
Infiltracija per atidaromas duris: W = ρ × V × n × t × (wₑₓₜ - wᵢₙₜ), kur ρ — oro tankis, V — oro tūris atidarius, n — atidarymų skaičius, t — atidarymo laikas (val.), w — drėgmės kiekis. Durims 2×2.5 m (V=10 m³), 15 atidarymų per valandą po 30 sekundžių, išorės drėgmė 16 g/kg, vidaus 4 g/kg: W = 1.2 × 10 × 15 × 0.0083 × 12 = 18 g/val. Jei durys būtų atidarytos 3 minutėms: W = 108 g/val. Išvada: atidarymo laikas kritiškas, sutrumpinus nuo 3 iki 0.5 min apkrova sumažėja 6 kartus.
Tiekiamo oro drėgmė: W = Q × ρ × (wₑₓₜ - wᵢₙₜ), kur Q — oro tūrinis srautas. Vėdinant 400 m³/val: W = 400 × 1.2 × 12 = 5760 g/val = 5.76 kg/val. Tai didžiausia apkrova daugumoje sistemų.
Praktinis pavyzdys: šaldytas sandėlis
Apsvarstykime šaldytą sandėlį, kurio matmenys 75×23×4.3 m, vidaus sąlygos +2°C su rasos tašku -9°C (2.0 g/kg), lauko +28°C su rasos tašku +16°C (11.4 g/kg), dveji vartai 3×3 m, 15 pakrovimų/val, atidarymo laikas 1 min. Skaičiavimas rodo: skverbtis per atitvaras ~100 g/val, infiltracija V=18 m³, W = 1.2 × 18 × 15 × (1/60) × 9.4 = 61 g/val. Jei vartai būtų atidaromi po 3 minutes, apkrova sudarytų 152 g/val. Išvada: iškrovimo proceso optimizavimas sumažina apkrovą 60% ir leidžia naudoti dvigubai mažesnės galios sistemą.
IV etapas: įrangos parinkimas
Sistemos tipo pasirinkimas
Yra du pagrindiniai sausumo sistemų tipai. Šaldymo sistemos veiksmingos esant >15°C temperatūrai ir didelei drėgmei, su praktine rasos taško riba +4...+7°C (žemesnė sukelia kondensato užšalimą). Dezikantinės (adsorbcinės) sistemos veiksmingos esant žemiems rasos taškams +5°C, veikia bet kokioje temperatūroje, gali pasiekti rasos taškus -40°C ir žemiau.
Kombinuotos sistemos
Optimali schema — išankstinis aušinimas nuo +16°C iki +7°C šaldymo įrenginiu, po to sausinimas dezikantu nuo +7°C iki -7°C. Privalumai: kiekviena sistema dirba savo optimaliame diapazone, o bendra energijos sąnauda 30-40% mažesnė palyginti su vien dezikantiniu sausinimu.
Reikalingo sauso oro srauto skaičiavimas
Naudojama formulė Q = W / [ρ × (wᵣₑₜᵤᵣₙ - wₛᵤₚₚₗᵧ)], kur Q — oro srautas, W — drėgmės apkrova, ρ — oro tankis, w — drėgmės kiekis. Pavyzdys: apkrova 200 g/val, kontrolė 4 g/kg, sausintuvas tiekia 0.7 g/kg, Q = 200 / [1.2 × 3.3] = 50.5 m³/val.
Sausintuvo našumo parinkimas
Pagrindiniai dezikantinio sausintuvo parametrai: oro greitis per dezikantą 400-600 m/min — optimalu; regeneracijos temperatūra 120-250°C; proceso/regeneracijos santykis nuo 3:1 iki 5:1; išėjimo rasos taškas priklauso nuo greičio ir temperatūros — esant 400 m/min ir 190°C pasiekiama -15°C, esant 250°C — -25°C; esant 600 m/min ir 190°C — -10°C, esant 250°C — -18°C.
Šiluminės apkrovos skaičiavimas
Adsorbcijos metu išsiskiria šiluma pagal formulę Q = W × (hᵥ + Δhₐ), kur hᵥ = 2500 kJ/kg — garavimo šiluma, Δhₐ ≈ 200 kJ/kg — adsorbcijos šiluma. Norint pašalinti 5 kg/val drėgmės: Q = (5/3600) × 2700 × 1000 = 3750 W = 3.75 kW. Šią šilumą būtina pašalinti aušinimo sistema.
V etapas: valdymo sistema
Pagrindiniai valdymo principai
Efektyvi valdymo sistema turi užtikrinti parametrų palaikymą, galios moduliaciją esant kintamoms apkrovoms, minimalias energijos sąnaudas ir įrangos apsaugą nuo avarinių darbo režimų.
Drėgmės reguliatorių tipai
On/off higrostatas užtikrina ±3-5% RH tikslumą ir tinka nekritinėms patalpoms. Rasos taško valdiklis su ±0.5-1.0°C tikslumu nepriklauso nuo oro temperatūros ir rekomenduojamas rasos taškams žemiau +5°C. PID reguliatorius su moduliacija užtikrina ±1% RH arba ±0.3°C rasos taško tikslumą ir būtinas kritinėms taikoms.
Dezikantinio sausintuvo galios moduliacija
Yra du pagrindiniai metodai: proceso oro apeiga (paprasta ir pigi, tačiau regeneracijos energija nemažėja), efektyvus našumas Qₑff = Qₘₐₓ × (1-k); ir regeneracijos temperatūros moduliacija (jutiklis kontroliuoja 120-130°C temperatūrą regeneracijos sektoriaus išėjime, mažėjant apkrovai temperatūra kyla), sutaupymo formulė ΔE = Pₙₒₘ × (1 - Tₐcₜᵤₐₗ/Tₙₒₘ) × τ.
Jutiklių išdėstymas
Kritinės taisyklės: jutiklis turi būti gerai maišomo oro zonoje, ne arčiau kaip 3 m nuo išpūtimo grotelių, 1.5-2 m aukštyje nuo grindų, toliau nuo vietinių drėgmės šaltinių ir ekstremalių temperatūrų zonų. Daugiazoniams patalpoms montuojami keli jutikliai lygiagrečiai — sistema reaguoja į didžiausią rodmenį.
Apsauga nuo kondensacijos
Naudojami paviršiaus rasos taško jutikliai, kurių principas: jei paviršiaus temperatūra žemesnė už rasos tašką su atsarga (Tₛᵤᵣfₐcₑ Tdₑw + ΔT), įjungiamas sausinimas. Saugos atsarga ΔT paprastai yra 2-3°C.
Sistemos optimizavimas sąnaudoms mažinti
Kapitalo sąnaudų mažinimas
Drėgmės apkrovų mažinimas sandarinant pastatą (atsiperka per 3-12 mėnesių), durų atidarymo valdymas, oro užuolaidų arba šliuzų įrengimas. Kontrolės lygių optimizavimas — kiekvienas rasos taško sumažinimo laipsnis padidina kainą 8-12%, todėl svarbu vengti pernelyg griežtų reikalavimų. Kombinuotos sistemos suteikia 20-35% sutaupymą lyginant su vienos rūšies sistemomis.
Eksploatacinių sąnaudų mažinimas
Regeneracijos šilumos atgavimas oro-oro šilumokaičiu grąžina 60-80% energijos pagal formulę Qᵣₑcₒᵥₑᵣᵧ = ṁ × cₚ × (Tₑₓₕₐᵤₛₜ - Tᵢₙₗₑₜ) × η, tai suteikia tipines 15000-40000 kWh/metus sutaupytas sąnaudas. Žematemperatūriai energijos šaltiniai: kogeneracija, geoterminiai šaltiniai, šaldymo įrenginių atmetama šiluma. Sezoninė optimizacija — žiemą lauko oras sausesnis nei vidaus, free dehumidification sumažina apkrovą 40-70%.
Tipinės projektavimo klaidos
Klaida 1 — infiltracijos neįvertinimas. Viename projekte skaičiuotinė apkrova buvo 3 kg/val, o reali — 8 kg/val dėl neplanuotų vartų atidarymų. Sprendimas: numatyti 25-40% rezervą gamybinėms patalpoms, kuriose intensyviai juda personalas ir kroviniai.
Klaida 2 — pradinio išdžiovinimo ignoravimas. Naujuose pastatuose konstrukcijose yra daug drėgmės: betonas ir gipskartonis gali išskirti 100-500 kg drėgmės per 2-6 mėnesius. Sprendimas: numatyti intensyvaus džiovinimo režimą arba laikiną papildomą sausumo galią.
Klaida 3 — neteisinga jutiklių vieta. Vienu atveju jutiklis prie sausintuvo grotelių rodė 5% RH, kai darbo zonoje drėgmė siekė 35% RH dėl prasto oro maišymo. Sprendimas: oro apykaitos modeliavimas arba papildomų cirkuliacinių ventiliatorių įrengimas.
Išvados
Penkių etapų oro sausumo sistemų projektavimo metodologija užtikrina sisteminį požiūrį kuriant efektyvius sprendimus: aiškus tikslas yra visų sprendimų pagrindas; teisingi kontrolės lygiai sukuria pusiausvyrą tarp reikalavimų ir kainos; tikslus apkrovų skaičiavimas — teisingos įrangos parinkimo garantas; optimalus įrangos pasirinkimas apima visą gyvavimo ciklą; protingas valdymas mažina eksploatacines sąnaudas.
Verta prisiminti: sėkmingas projektas — ne sudėtingiausia sistema, o paprasčiausia sistema, patikimai atliekanti užduotį su minimaliomis sąnaudomis per visą tarnavimo laiką. Vidutinė gerai suprojektuotos oro sausumo sistemos atsipirkimo trukmė yra nuo 1.5 iki 4 metų, todėl investicijos į kokybišką projektavimą ekonomiškai pagrįstos.
