Nawilżanie powietrza w obiektach klimatyzowanych jest wymagane ze względu na aspekt zdrowotny i komfort osób, przebieg procesów technologicznych czy też występowanie elektrycznych ładunków statycznych w pomieszczeniu.

Nawilżanie powietrza
Komfort środowiska, w którym przebywają ludzie, wpływa istotnie na ich zdrowie i samopoczucie. Gdy powietrze jest prawidłowo nawilżone, człowiek czuje się po prostu lepiej. Nie ma wówczas problemu z suchymi zatokami, pękaniem ust i pieczeniem oczu (zwłaszcza przy soczewkach kontaktowych), a kanały nosowe są utrzymywane na stabilnym poziomie wilgotności. Mniejsza jest także podatność na infekcje i choroby układu oddechowego.
Jeżeli w procesie technologicznym biorą udział materiały higroskopijne, które absorbują wilgoć w swoich porach, co powoduje zmianę ich wymiarów, to zmiana wilgotności względnej, może mieć bezpośredni wpływ na zachowanie się tych materiałów i sam proces technologiczny i to większy niż np. wpływ temperatury. Przykład takiego zjawiska, możemy zaobserwować np. przy drukowaniu. Zapakowana rolka papieru, która trafi a do drukarni, ma w sobie pewną ilość wody. Po rozpakowaniu, papier w zależności od wilgotności powietrza może tracić lub oddawać wodę do otoczenia. Jeżeli papier absorbuje wilgoć, to jego pory rozszerzają się, a w przypadku jej oddawania – kurczą. Papier może więc zmieniać swoje wymiary, a to ma wpływ na jakość wydruku. Przy produkcji wyrobów z drewna, podobnie jak w przypadku papieru mamy do czynienia z kurczeniem się produktów przy wysychaniu, czemu mogą towarzyszyć pęknięcia, rozerwania, przerwania lub wykrzywienia. Również produkcja wyrobów tekstylnych wymaga utrzymania właściwej wilgotności powietrza. Włókna przechodzą przez tkalnie, jeśli są suche mogą stać się kruche, powodując ich rozrywanie, stratę czasu oraz zmniejszenie wydajności produkcji, a ponadto poszarpane włókna wpływają na pogorszenie jakości produktu. Stabilizacja parametrów otoczenia umożliwia długotrwałe przechowywanie cennych dzieł sztuki w muzeach i galeriach. Zmiana wymiarów pod wpływem zmian wilgoci powoduje pękanie obrazu. Drewno lub pergamin mogą szybko ulec zniszczeniu, gdy suche powietrze zacznie powodować ich pękanie, a warstwa farby będzie bardzo krucha. Regulacja wilgotności staje się krytycznym aspektem dla wysokozaawansowanych technologii. Nawet nieznaczna zmiana wymiarów silikonowej płytki elektronicznej podczas nadruku fotografi cznego może spowodować jego przerwy i zdyskwalifi kować produkt.
Niski poziom wilgotności środowiska pracy maszyn oraz linii produkcyjnych jest przyczyną gwałtownego wzrostu ładunków elektrostatycznych. Obniżenie poziomu wilgotności względnej poniżej 30% powoduje powstawanie bardzo dużych ładunków elektrostatycznych na wszelkiego rodzaju powierzchniach dielektryków. Niedostateczna kontrola wilgotności pomieszczeń komputerowych powoduje tworzenie się ładunków elektrostatycznych, które mogą się wyładowywać, niszcząc pamięć oraz zespoły obwodów elektronicznych. Przy wilgotności względnej na poziomie 55% przewodnictwo powietrza i na powierzchni materiałów jest na tyle wysokie, że ładunki elektrostatyczne mogą się same rozładowywać. Powodowane jest to powstawaniem na powierzchniach materiałów fi lmu wodnego, który jest dostatecznie przewodzący, aby zapobiec wyładowaniom. Ponieważ wysokie napięcie elektrostatyczne na powierzchni przyciąga do siebie cząsteczki kurzu, odpowiednia wilgotność redukuje również efekt nagromadzenia się kurzu na elementach.
Można wymieniać tutaj kolejne branże, w których wilgotność powietrza wywiera duży wpływ na jakość i bezpieczeństwo produkcji. Wszystkie te przypadki wymagają więc utrzymania stabilnej atmosfery otoczenia, co wymusza stosowanie nawilżania powietrza klimatyzowanych obiektów.

Rys. 1. Przebieg procesu nawilżania powietrza na wykresie h-x Moliera:
a) adiabatyczne nawilżanie wodą, b) nawilżanie parą wodną

Urządzenia do nawilżania powietrza
W urządzeniach nawilżających powietrze, które znajdują zastosowanie w układach klimatyzacji, proces nawilżania powietrza realizowany jest głównie na dwa sposoby, a mianowicie za pomocą wody lub pary wodnej (rys. 1). W obu przypadkach nawilżanie polega na rozpraszaniu wody lub pary wodnej w komorach lub kanałach, bezpośrednio w strumień przepływającego powietrza.

Nawilżanie wodą
Nawilżanie powietrza wodą realizowane jest w oparciu o zjawisko parowania dyfuzyjnego (wymiana ciepła i masy) z powierzchni wody. Aby umożliwić odpowiednio dużą intensywność dyfuzji wody do powietrza, należy wytworzyć jak największą powierzchnię bezpośredniego kontaktu obu tych składników. Do tego celu służą komory zraszania i komory o powierzchniach zraszanych. W komorach tych możemy rozpatrywać dwa rodzaje przemian stanu powietrza: proces politropowy i adiabatyczny. Z procesem politropowym mamy do czynienia, gdy temperatura wody kontaktującej się z powietrzem jest różna od temperatury wilgotnego termometru tego powietrza. Wykorzystując ten proces, powietrze może być zarówno nawilżane jak również suszone. W technice klimatyzacyjnej proces nawilżania w komorach zraszania zachodzi najczęściej z użyciem wody obiegowej. Wówczas temperatura wody kontaktującej się z powietrzem jest równa temperaturze termometru wilgotnego powietrza. W czasie kontaktu z wodą powietrze oddaje ciepło „jawne”, które w całości przekazane zostaje na odparowanie wody. Woda w postaci pary łączy się z powietrzem, oddając mu ciepło „utajone”. Powietrze jest w ten sposób nawilżane i chłodzone, a entalpia jego praktycznie nie ulega zmianie – dlatego tego rodzaju proces wymiany ciepła i wilgoci przyjęto nazywać adiabatycznym (rys. 1a). (...)

Nawilżacze z wytwornicą pary
Systemy nawilżania parowego wykorzystywane są najczęściej w klimatyzacji komfortu, stosowane są więc głównie w instalacjach hoteli oraz biurowców. Nawilżanie powietrza polega na dostarczeniu wytworzonej wcześniej pary wodnej do kanałów systemów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych – nawilżacze kanałowe (rys. 6) lub bezpośrednio do otwartej przestrzeni – nawilżacze bezpośrednie. W niektórych sytuacjach, gdy w klimatyzowanym obiekcie istnieje instalacja parowa, stosowana jest centralna dystrybucja pary do lanc umieszczonych w kanałach lub centralach klimatyzacyjnych, w przypadku jej braku, para wytwarzana jest przez indywidualne wytwornice pary. (...)

Rys. 2. Schemat poziomej komory zraszania [1]

Podsumowanie
Urządzenia nawilżające służą do zwiększania wilgotności powietrza, a tym samym do zapewnienia: odpowiedniego komfortu ludziom przebywającym w pomieszczeniu oraz odpowiednich warunków eksponatom w muzeum, w pomieszczeniach laboratoryjnych, jak również magazynowych i przetwórczych. Prezentowane sposoby nawilżania mają swoje wady i zalety. Nawilżanie wodą wydaje się być ekonomiczniejsze od nawilżania parowego. Jednak eksploatacja i utrzymanie w czystości instalacji może przemawiać za stosowaniem nawilżania parowego. Systemy nawilżania parowego w istniejących instalacjach wentylacyjnych cechuje prostota montażu. Nie ma wprawdzie wielkiej ingerencji w infrastrukturę obiektu, ale zapotrzebowanie na energię do wytworzenia pary podnosi koszty eksploatacji. Choć systemy nawilżania parowego na pierwszy rzut oka wydają się idealnie sterylne, jednak zawilgocone kanały stają się siedliskiem groźnych bakterii oraz grzybów, co wymaga, podobnie jak w systemach wodnych, dezynfekcji i cyklicznego czyszczenia kanałów.

LITERATURA
[1] PEŁECH A.: Wentylacja i klimatyzacja. Podstawy. Ofi cyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 2009.
[2] Materiały informacyjne fi rmy JS Humidifi ers plc: www.jshumidifiers.com
[3] Materiały informacyjne fi rmy Klimor: www.klimor.pl
[4] Materiały informacyjne: www.neptronic.com

AUTOR: dr inż. Zbigniew CEBULSKI
– Politechnika Łódzka, Katedra Techniki Cieplnej i Chłodnictwa