Охлаждане чрез изпаряване Целта на ОВиК е да осигурява добро качество на въздуха и комфортна топлинна среда, които да гарантират удовлетвореността, здравето и високата производителност на хората. Предизвикателството пред инженерите е да постигнат тази цел, като същевременно поддържат ниско ниво на разходите и не нанасят щети на околната среда.
текст инж. Вера Ангелова
Работата в условия на висока температура оказва влияние върху заетите както в търговски, така и в индустриални обекти. С повишаването на външната температура сградите с неподходяща вентилация и климатизация стават непоносимо горещи и задушни. Този проблем се оказва още по-сериозен в помещения, в които прониква пряка слънчева светлина, която буквално превръща сградата в парник.
Лошите климатични условия влияят не само върху духа и нагласата на служителите, но може да доведе до разсеяност, намалена производителност, здравословни проблеми и инциденти. Според проучвания проведени от Националната въздухоплавателна и космическа администрация (NASA) през 1968г., производителността пада с 3,6% за всеки градус над 22 °С и с 4,7% при над 30 °С. (доклад CR-1205 (1) на NASA). Също така, при умерен топлинен стрес се наблюдава отрицателно влияние върху умствената дейност, която се понижава с 2%.
Топлината и човешката физиология
Когато температурата на околната среда доближи нормалната телесна температура, охлаждането на тялото става по-трудно. Ако температурата на въздуха е същата или по-висока от тази на тялото, кръвта, която се намира по повърхността на тялото не може намали топлината си. При тези условия сърцето продължава да изпомпва кръв към телесната повърхност, потните жлези отделят течности със съдържание на електролити към повърхността на кожата и изпаряването на потта се превръща в принципно ефективен начин за поддържане на постоянна телесна температура. Потенето не охлажда тялото докато влагата не бъде отстранена от кожата посредством изпаряване. При условия на висока влажност, каквито често се наблюдават в страната, изпаряването на потта от кожата намалява и усилията на тялото да поддържа приемлива телесна температура могат да бъдат значително затруднени.
Когато толкова много кръв отива към външната повърхност на тялото, количеството, което остава за активните мускули, мозъка и другите вътрешни органи, значително намалява. Физическата сила отслабва, настъпва умора, като могат да бъдат повлияни будността, съобразителността и умствения капацитет. При работници, които трябва да изпълняват деликатна или детайлна работа, намалява точността, а при други може да се понижи способността за разбиране и съхраняване на информация.
Проучванията извършени от Langkilde през 1978г. сочат, че оптималната температура за промишлена работа трябва да е 17-14 °С, докато оптималната температура при работа с лостове е 21 °С.
Микроклиматът в офисите
Въздухът с лошо качество в офис помещенията може да има огромно икономическо влияние върху разходите на дадена фирма, заради намаляването на производителността. Подобряването на вътрешната климатична среда на работното място е изключително ефективен начин с оглед на разходите за подобряване удовлетвореността, производителността на служителите и за престижа на компанията. Доказано е, че работоспособността в офисите намалява, когато температурите се повишат над 21 °С. Според проучване, извършено от Niemela~ et al (2001), производителността на служителите в кол център намалява с 1,8% на градус Целзии, когато температурата е над 25 °С.
Докато топлината предизвиква отслабване на работоспособността, климатизирането на въздуха чрез охлаждане по конвенционален метод предполага сградата да е запечатана, което води до намаляване на вентилацията и като резултат въздухът в помещенията влошава своето качество. Изискването за осигуряване на здравословна работна среда съобразно разпоредбите за здраве и безопасност продължава да е проблем за много от работодателите. Вече е известно, че в работната среда се съдържат различни замърсители носени от въздуха. Газове, изпарения, прах, влакна, полени, части от насекоми, бактерии, гъби и техните спори, и вируси, които допринасят за замърсяването на въздуха. Естествено, много от тези замърсители могат да имат вредно влияние върху здравето на обитателите на сградата.
Днес се приема, че естествената вентилация е най-безопасният, най-икономичният и най-здравословният начин за охлаждане на офис средата. Отварянето на прозорците, когато температурата е под 20 °С, може да има охлаждащ ефект, но когато температурата е над 23 °С, въздухът се затопля.
Предписанията за работното място (за здраве, безопасност и комфорт) посочват, че работните места трябва да бъдат вентилирани по подходящ начин. За да бъде адекватно вентилирано работното място, чистият въздух трябва да бъде подаван от външен източник и да циркулира из сградата. Вентилационната система трябва да отстранява и разрежда топлия влажен въздух и да осигурява движение на въздуха; това трябва да създава чувство на свежест без усещане за течение. Влажността и вентилацията трябва да бъдат поддържани на нива, които не предизвикват дискомфорт или изсъхване на очите, особено ако се използва оборудване с екрани.
Охлаждането чрез изпаряване отговаря на тези изисквания. Първо, то охлажда въздуха като създава по-комфортна топлинна среда. Второ, увеличава водните изпарения във въздуха, което повишава влажността и облекчава симптомите от рода на суха кожа и пресъхване на носа и гърлото. Трето, така се понижава недостига на парно налягане - силата, която изпарява водата от околната среда.
Охлаждането чрез изпарение понижава температурата на въздуха посредством естествено изпаряване, тъй като преминава през напоен с вода охлаждащ филтър. Когато водата се изпарява, топлинната енергия във въздуха намалява и температурата му се понижава.
Основните компоненти на тази система са: напоен с вода охлаждащ филтър, система за подаване на вода и помпа, система за разпределяне на водата, воден резервоар и вентилатор за подаване на въздух. Системите за охлаждане чрез изпаряване предлагат автоматична дренажна клапа, която поддържа системата чиста и се препрограмира, за да отвежда автоматично използваната вода от резервоара и да я замества с прясна вода. Когато машината за охлаждане чрез изпарение се изключи, дренажната клапа автоматично отвежда водата от резервоара след предварително зададено време и системата остава чиста, суха и безопасна. В същото време, “климатичното уплътнение” затваря въздушните климатични отводи, за да предотврати влизането на прах в сградата и да намали загубите на топлина от студени течения.
Осигуряването на охлаждане за работници в индустриални условия, с цел подобряване на производителността и намаляване на разсеяността в резултат на топлинния стрес, в миналото се е считало за финансово неизгодно. Затова компаниите предпочитаха да намаляват топлината и влажността чрез отваряне на прозорци, използване на вентилатори или чрез образуване на въздушен поток посредством подаване на вентилация или въздушни вентилатори. Въпреки че в някои случаи тези мерки подобряват условията, повечето работници твърдят, че не откриват подобряване на условията, в които работят.
Сега, обаче, много компании използват системи за охлаждане и вентилиране на въздуха чрез изпарение, за да осигурят икономически изгодно решение за охлаждане на средата. Струвайки само част от разходите за инсталиране и опериране на климатик, охлаждането чрез изпарение може да бъде използвано за охлаждане на определено място или на цяла сграда. Тъй като осигурява понижаване на температурата с около 8°С, охлаждането чрез изпарение може да окаже значително влияние върху състоянието на компанията, тъй като води до увеличаване на производителността, понижение на работната температура, намалява разсеяността и броя на инцидентите.
Охлаждането чрез изпарение е необходимо не само през лятото. Високите температури в помещенията във фабриките, складовете и офисните комплекси оказват влияние върху работниците и производителността през цялата година. Охлаждането чрез изпарение осигурява на предприемачите ефективно решение, което спомага за увеличаване на производството, намаляване на престоя и подобрява състоянието на работниците.
Охлаждане чрез изпарение
Охлаждането чрез изпарение няма негативни влияния върху околната среда и може да осигури отлично охлаждане и вентилация с минимална консумация на енергия, тъй като използва водата като работна течност и не се нуждае от разрушаващи озоновия слой хлорфлоркарбони използвани от компресорните системи. Компресорните системи поемат значително количество влага, докато изпарителните системи увеличават полезното съдържание на влага в сградата. Технологията за охлаждане чрез изпарение е елементарна, функционална и може да бъде използвана в индустриални и търговски условия като консумира по-малко от една четвърт от компресорните климатични системи.
Същност и принцип на работа на изпарителните охладители
Топлината има две форми: осезаема топлина и латентна топлина. Осезаемата топлина е топлината, която можете да усетите или да почувствате. Това е природният феномен, чиято стойност може да бъде установено с термометър. Нагрята от слънцето улица, включената печка или сешоар са примери за осезаема топлина.
Латентната топлина е скрита топлина, която не може да бъде установена с термометър. Топлината използвана за изпаряване на вода и за превръщане на водата в пара се нарича “латентно топлинно изпарение”. Например, това е топлината от горещата улица, която се отделя и води до изпаряване на водата след летен дъжд.
Когато от течно състояние водата се превръща в пара, тя абсорбира топлина от околната среда; температурата не се променя, но количеството топлина или енергия, която тя абсорбира, се съдържа в молекулярната структура на парата. Климатизирането чрез изпарение е възможно поради това естествено свойство на латентната топлина.
Общата топлина е сумата от латентната топлина и осезаемата топлина – това е общата сума на топлината в една стая, която се състои от топлина, която се усеща и топлина, която не може да бъде усетена. Общата топлина се измерва в килоджаули (kJ).
Пълното изпарение на един литър вода абсорбира около 2000 kJ от топлинната енергия и това става по време на процеса без да се използва външна енергия. Затова системите климатизиране чрез изпарение използват много малко количество електрическа енергия.
Доскоро компаниите не използваха изпарителните охладители поради липса на информация. Вместо това, те или не отделяха средства за охлаждане, или инсталираха изключително скъпи хладилни охлаждащи системи.
Това честно не се оказва оптимално решение за опазването на глобалната околна среда. Причината изпарителните системи да използват по-малко енергия е, че за разлика от хладилните системи те не нямат консумиращ енергия компресор, който компресира парата и я кондензира отново в течност с цел повтаряемост на охлаждащия цикъл. Вместо това, изпарителите използват само прясна вода и постигат високоефективно охлаждане.
Според доклад на Световната банка, 4 милиона изпарители, работещи в САЩ, спестяват енергия, която се равнява приблизително на 12 милиона барела петрол, както и годишно редуцират емисиите на въглероден диоксид в размер на 5.4 милиона фунта. Изпарителите могат да бъдат използвани, за да смекчават влиянието на допълнителните вътрешни топлинни източници, които не зависят от климата или годишния сезон. Например, температурите в складовете и сградите могат да се повишават вследствие работата на пещи, машини или поради наличието на животни. Тези източници на топлина допълнително влошават и без това високите температури и изискват охлаждане през цялата година.
В много подобни случаи изпарителите са единственото практично решение, тъй като климатизирането не е ефективно заради високите експлоатационни разходи.
Първоначално в хотели, ресторанти и офиси са използвани климатици; днес, заради спестяването на разходи, допълнителните предимства на “въздушното промиване” (с цел избягване на синдрома болна сграда) и вентилацията, много търговски предприятия приемат, че изпарителните охладители са най-удачното и ефективно решение.
Предимствата на изпарителите пред климатиците са няколко – изпаряването е високоефективен естествен процес на топлообмен, защото в обменника отсъства трети елемент. Тъй като въздухът е в пряк контакт с охлаждащото вещество – в този случай вода – температурата се променя изключително ефективно.
Обменниците в компресорните системи съдържат трети елемент – метална спирала, която оказва влияние върху ефективността на трансфера на топлина. Компресорните системи се състоят от два топлообменника – изпарител и кондензатор. Единствените елементи в изпарителя, които използват енергия, са вентилатор и малка водна помпа.
Предимства на изпарителните охладители
Като всяка алтернативна система, изпарителните охладители са проектирани така, че с използването да се намалят или избегнат негативните последствия на конвенционалния метод. Накратко:
- Консумацията на енергия е с 25% до 70% по-ниска в сравнение с климатиците;
- Високо качество на въздуха в помещенията 100% съответстващо на външния въздух;
- Екологичност – не се използват охладителни вещества като CFCs, HFC, HCFC.
Конвенционалните климатици оказват значително влияние върху експлоатационните разходи на сградата, тъй като консумират 25% електроенергия повече.
Следователно е по-разумно да се създава приятна атмосфера за работниците, която да води до повишаване на производителността, като в същото време се намаляват разходите за енергия.
Изпарителното охлаждане подобрява благосъстоянието на хората на места, в които температурите са високи и осигурява комфортно охлаждане в сгради като училища, библиотеки и офиси.
Често това е най-доброто, ако не и единственото решение за търговски и индустриални приложения като парници, перални, складове и фабрики.22/06/2009 |
