Międzynarodowy Instytut Chłodnictwa (International Institute of Refrigeration – IIR) opublikował 62. opracowanie z serii Technical Brief on Refrigeration Technologies, poświęcone technologiom osuszania powietrza w systemach klimatyzacyjnych (Dehumidification in Air Conditioning). Dokument przedstawia aktualny stan wiedzy dotyczący metod kontroli wilgotności, analizując zarówno klasyczne rozwiązania, jak i technologie rozwijane dla przyszłych, bardziej efektywnych energetycznie systemów HVAC. 

Rosnące globalne zapotrzebowanie na klimatyzację, napędzane zmianami klimatu, urbanizacją oraz wzrostem standardu życia, powoduje konieczność opracowywania nowych metod ograniczania zużycia energii. Szczególne znaczenie ma to w regionach o gorącym i wilgotnym klimacie, takich jak Azja Południowo-Wschodnia, Afryka czy Ameryka Środkowa, gdzie systemy HVAC odpowiadają za znaczną część zużycia energii w budynkach.

Wilgotność – niewidzialne obciążenie energetyczne systemów HVAC

W tradycyjnych systemach klimatyzacyjnych głównym celem jest utrzymanie temperatury powietrza, jednak równie istotnym parametrem wpływającym na komfort użytkowników, jakość procesów technologicznych oraz zużycie energii jest wilgotność.

W klimacie gorącym i wilgotnym instalacje HVAC mogą odpowiadać za ponad 50% całkowitego zużycia energii budynku, a znacząca część tego obciążenia związana jest z usuwaniem wilgoci z powietrza, czyli obciążeniem utajonym. Oznacza to, że poprawa efektywności procesu osuszania może stać się jednym z najważniejszych kierunków optymalizacji energetycznej systemów chłodzenia.

W klasycznych układach sprężarkowych wilgoć jest usuwana poprzez schłodzenie powietrza poniżej temperatury punktu rosy na wymienniku chłodniczym. Proces ten często wymaga następnie ponownego podgrzania powietrza do wymaganej temperatury nawiewu, co prowadzi do strat energii. Z tego względu coraz większe znaczenie zyskują technologie umożliwiające niezależną kontrolę temperatury i wilgotności.

Cztery główne grupy technologii osuszania

Opracowanie IIR przedstawia kompleksową analizę najważniejszych technologii stosowanych do usuwania wilgoci z powietrza. Wśród nich wyróżniono:

1. Osuszanie kondensacyjne (condensation dehumidification)
Najbardziej rozpowszechniona metoda stosowana w klasycznych systemach klimatyzacyjnych. Polega na schłodzeniu powietrza do temperatury niższej od punktu rosy, dzięki czemu para wodna ulega kondensacji na powierzchni wymiennika.

Technologia ta charakteryzuje się wysoką dojrzałością rynkową i szerokim zakresem zastosowań, jednak jej efektywność spada w warunkach wymagających bardzo niskiej wilgotności.

2. Systemy z ciekłymi sorbentami (liquid desiccant systems)
Wykorzystują materiały higroskopijne w postaci cieczy, które pochłaniają wilgoć bez konieczności znacznego obniżania temperatury powietrza.

Rozwiązania te znajdują zastosowanie szczególnie tam, gdzie wymagana jest precyzyjna kontrola wilgotności oraz możliwość wykorzystania niskotemperaturowych źródeł energii do regeneracji sorbentu, np. ciepła odpadowego lub energii słonecznej.

3. Systemy z sorbentami stałymi (solid desiccant systems)
Wykorzystują materiały takie jak żele krzemionkowe, zeolity czy zaawansowane materiały sorpcyjne. Typowym przykładem są obrotowe wymienniki sorpcyjne (desiccant wheels), które umożliwiają ciągłą pracę poprzez regenerację materiału sorpcyjnego.

Technologia ta jest szczególnie interesująca w instalacjach wymagających dużych ilości powietrza wentylacyjnego oraz głębokiego osuszania.

4. Technologie nowej generacji
Raport analizuje również rozwijające się rozwiązania, między innymi technologie membranowe oraz inne innowacyjne metody selektywnego usuwania wilgoci. Ich rozwój ukierunkowany jest na zmniejszenie zużycia energii, zwiększenie możliwości pracy przy niskich poziomach wilgotności oraz integrację z odnawialnymi źródłami energii.

Znaczenie osuszania w przemyśle

Kontrola wilgotności ma kluczowe znaczenie nie tylko w klimatyzacji komfortu, ale również w wielu sektorach przemysłowych. Produkcja elektroniki, baterii litowo-jonowych, farmaceutyków czy komponentów optycznych wymaga utrzymywania bardzo stabilnych parametrów powietrza, często przy bardzo niskiej wilgotności względnej.

W takich aplikacjach systemy osuszania pracują przez całą dobę, a ich zużycie energii może stanowić istotną część kosztów eksploatacyjnych zakładu. Optymalizacja technologii osuszania pozwala według analiz przytoczonych w opracowaniu ograniczyć zużycie energii systemów nawet o 20–30% lub więcej w instalacjach o dużym obciążeniu wilgotnościowym.

IIR podkreśla, że nie istnieje jedna uniwersalna technologia osuszania odpowiednia dla wszystkich zastosowań. Dobór rozwiązania powinien uwzględniać m.in.:

• wymagany poziom wilgotności powietrza,
• temperaturę pracy,
• charakter obciążenia wilgotnościowego,
• dostępność źródeł energii do regeneracji,
• wymagania procesowe,
• koszty inwestycyjne i eksploatacyjne.

Celem opracowania jest stworzenie uporządkowanych wytycznych ułatwiających projektantom, użytkownikom oraz decydentom wybór najbardziej odpowiednich technologii dla różnych scenariuszy zastosowania.

Opracowanie mozna bezpłatnie pobrać: 
https://iifiir.org/en/fridoc/dehumidification-in-air-conditioning-62-lt-sup-gt-nd-lt-sup-gt-technical-brief-151987