Осушитель – это устройство кондиционирования воздуха , которое снижает и поддерживает уровень влажности воздуха. [1] Обычно это делается из соображений здоровья или температурного комфорта , а также для устранения затхлого запаха и предотвращения роста плесени путем извлечения воды из воздуха. Его можно использовать для домашнего, коммерческого или промышленного применения. Большие осушители используются в коммерческих зданиях, таких как крытые катки [2] и бассейны , а также на производственных предприятиях или складах. Типичные системы кондиционирования воздуха сочетают осушение с охлаждением, работая охлаждающие змеевики ниже точки росы и сливая конденсирующуюся воду.
Осушители извлекают воду из воздуха, проходящего через установку. Существует два распространенных типа осушителей: конденсатные осушители и осушители осушителя, а также существуют и другие новые конструкции.
Осушители конденсата используют цикл охлаждения для сбора воды, известной как конденсат , которая обычно считается серой водой , но иногда может быть повторно использована в промышленных целях. Некоторые производители предлагают фильтры обратного осмоса , превращающие конденсат в питьевую воду.
Осушители с осушителем (известные также как абсорбционные осушители) связывают влагу с гидрофильными материалами, такими как силикагель . Дешевые отечественные агрегаты содержат одноразовые картриджи с гидрофильным веществом, гель или порошок. Более крупные коммерческие установки регенерируют сорбент, используя горячий воздух для удаления влаги и вытеснения влажного воздуха за пределы помещения.
Новый класс мембранных осушителей, таких как ионные мембранные осушители, утилизирует воду в виде пара, а не жидкости. Эти новые технологии могут быть направлены на решение проблем с системами меньшего размера или на достижение более высокой производительности.
Энергоэффективность осушителей может сильно различаться.
Первый осушитель был создан американским изобретателем Уиллисом Кэрриером в 1902 году для осушения бруклинской типографии. [3] Кэрриер назвал это открытие позднее мотивирующим для дальнейших открытий в области кондиционирования воздуха. [1] Эти «активные» осушители конденсируют воду из воздуха. Однако «пассивный» контроль влажности, такой как усиление естественной вентиляции, использовался с древних времен. [4]
Эти методы основаны на протягивании воздуха через холодную поверхность. Поскольку давление насыщенного пара воды уменьшается с понижением температуры, вода в воздухе конденсируется на поверхности, отделяя воду от воздуха.
Электрические холодильные осушители являются наиболее распространенным типом осушителей. Они работают, втягивая влажный воздух через охлаждаемый испаритель с помощью вентилятора. Существует 3 основных типа испарителей. Это спиральная трубка, ребро и трубка, а также микроканальная технология.
Холодный змеевик испарителя холодильного устройства конденсирует воду, которая удаляется, а затем воздух повторно нагревается змеевиком конденсатора . Осушенный и вновь нагретый воздух выпускается в помещение. Этот процесс наиболее эффективен при более высоких температурах окружающей среды и высокой температуре точки росы . В холодном климате этот процесс менее эффективен. Наивысшая эффективность достигается при температуре выше 20 °C (68 °F) и относительной влажности 45%. Это значение относительной влажности тем выше, чем температура воздуха ниже. [5]
Этот тип осушителя отличается от стандартного кондиционера тем, что испаритель и конденсатор расположены на одном воздушном пути. Стандартный кондиционер передает тепловую энергию из помещения, поскольку змеевик конденсатора выделяет тепло наружу. Однако, поскольку все компоненты осушителя находятся в одном помещении, тепловая энергия не отводится. Вместо этого электроэнергия, потребляемая осушителем, остается в помещении в виде тепла, поэтому помещение фактически нагревается , как и электрический обогреватель , потребляющий такое же количество энергии.
Кроме того, если вода конденсируется в помещении, количество тепла, ранее необходимое для испарения этой воды, также повторно высвобождается в помещении (скрытая теплота испарения ). Процесс осушения является обратным добавлению воды в помещение с помощью испарительного охладителя и вместо этого выделяет тепло. Таким образом, осушитель воздуха в помещении всегда будет нагревать помещение и косвенно снижать относительную влажность, а также снижать влажность более напрямую, путем конденсации и удаления воды.
Теплый влажный воздух всасывается в блок A на схеме выше. Этот воздух поступает в пластинчатый теплообменник с перекрестным потоком (B), где значительная часть явного тепла передается потоку холодного приточного воздуха. Этот процесс приближает вытяжной воздух к насыщению. Затем воздух поступает в приточную камеру вытяжного вентилятора (C), где его часть может быть выброшена наружу. Количество, которое отбраковывается, может варьироваться и определяется либо законодательством о требованиях к свежему воздуху, либо требованием поддерживать свежую среду без запаха. Остальная часть воздуха затем поступает в змеевик испарителя теплового насоса, где он охлаждается и влага конденсируется. Этот процесс передает значительное количество скрытой энергии в холодильный контур. Затем вводится свежий воздух, чтобы заменить удаленное количество воздуха, и смесь выбрасывается приточным вентилятором (G) в пластинчатый теплообменник с перекрестным потоком (B), где она нагревается вытяжным воздухом из бассейна. Этот предварительно нагретый воздух затем проходит через конденсатор теплового насоса (F), где он нагревается за счет скрытой энергии, удаляемой в процессе конденсации, а также энергии, поступающей в компрессор. Затем теплый сухой воздух подается в помещение. [ нужна цитата ]
Обычный кондиционер очень похож на электрический осушитель и по своей сути действует как осушитель при охлаждении воздуха. Однако в кондиционере воздух проходит через холодные змеевики испарителя, а затем прямо в помещение. Он не нагревается повторно при прохождении через конденсатор, как в холодильном осушителе. Вместо этого хладагент перекачивается компрессором в конденсатор, расположенный за пределами кондиционируемого помещения, а затем тепло передается наружному воздуху. Обычные кондиционеры используют дополнительную энергию, отнимающую воздух снаружи, и новый воздух может содержать больше влаги, чем нужно помещению, например, в бильярдной, где уже содержится большое количество влаги в воздухе. [ нужна цитата ]
Вода, которая конденсируется на испарителе кондиционера, обычно направляется для удаления отработанной воды из кондиционируемого помещения. Новые высокоэффективные оконные блоки используют конденсированную воду для охлаждения змеевика конденсатора путем испарения воды в наружный воздух, в то время как старые блоки просто позволяют воде капать наружу.
Когда вода охлаждается ниже атмосферной точки росы , атмосферная вода будет конденсироваться на ней быстрее, чем вода из нее испаряется. Распылительные осушители смешивают струи охлажденной воды и воздуха для улавливания атмосферной влаги. Они также улавливают загрязняющие вещества, такие как пыльца, поэтому их иногда называют «мойками воздуха».
Поскольку оконные кондиционеры имеют конденсаторы и расширительные блоки, некоторые из них можно использовать в качестве временных осушителей, направляя их тепловые выбросы обратно в ту же комнату, что и охлажденный воздух, а не во внешнюю среду. Если конденсат из охлаждающих змеевиков отводится из помещения, капая с охлаждающих змеевиков, в результате воздух в помещении будет суше, но немного теплее.
Однако многие оконные кондиционеры предназначены для утилизации конденсата путем его повторного испарения в поток вытяжного воздуха, что компенсирует снижение влажности воздуха, вызванное конденсацией влаги на охлаждающих змеевиках. Чтобы быть эффективным осушителем, кондиционер должен быть спроектирован или модифицирован таким образом, чтобы большая часть или вся конденсирующаяся вода стекала в жидкой форме, а не повторно испарялась. Даже если конденсат слить, модифицированный кондиционер все равно менее эффективен, чем одноцелевой прибор, конструкция которого оптимизирована для осушения. Осушители предназначены для подачи воздуха непосредственно над охлаждающими змеевиками, а затем над нагревательными змеевиками за один эффективный проход через устройство.
Кроме того, большинство кондиционеров управляются термостатом , который измеряет температуру, а не гигростатом , который определяет влажность и обычно используется для управления осушителем. Термостат не предназначен для контроля влажности и контролирует ее плохо, если вообще контролирует.
При определенных условиях температуры и влажности на змеевиках испарителя холодильного осушителя может образовываться лед . Накопление льда может препятствовать потоку воздуха и в конечном итоге образовать твердый блок, окружающий змеевики. [6] Эти отложения препятствуют эффективной работе осушителя и могут привести к повреждению водой, если конденсат капает с накопившегося льда, а не в сборный лоток. В крайних случаях лед может деформировать или деформировать механические элементы, вызывая необратимые повреждения.
Осушители более высокого качества могут иметь датчик инея или льда. Это выключит машину и позволит покрытым льдом змеевикам нагреться и разморозиться. После разморозки машина обычно автоматически перезапускается. Большинство датчиков льда представляют собой простые термовыключатели и не определяют непосредственно наличие или отсутствие скопления льда. Альтернативная конструкция обнаруживает затруднение воздушного потока и аналогичным образом отключает охлаждающие змеевики.
Определенные неисправности осушителей, например, частичная потеря хладагента, могут стать причиной повторного обледенения змеевиков. Такое состояние требует ремонта или замены оборудования.
Термоэлектрические осушители используют тепловой насос Пельтье для охлаждения поверхности и конденсации водяного пара из воздуха. Конструкция проще и тише по сравнению с осушителем с механическим компрессором. Однако из-за относительно низкого коэффициента полезного действия эта конструкция в основном используется для небольших осушителей. Накопление льда может стать проблемой, аналогичной проблемам с холодильными осушителями.
Источник [5]
В этом процессе используется специальный поглощающий влагу материал, называемый осушителем , который подвергается воздействию воздуха, подлежащего кондиционированию. Затем насыщенный влагой материал перемещается в другое место, где он «перезаряжается», чтобы удалить влагу, обычно путем его нагревания. [7] Осушитель можно закрепить на ремне или другом средстве его транспортировки во время цикла работы.
Осушители, работающие по принципу абсорбции, особенно подходят для высоких уровней влажности и низких температур. Их часто используют в различных отраслях промышленности, чтобы можно было достичь уровня влажности ниже 35%.
Из-за отсутствия деталей компрессора осушители воздуха часто легче и тише компрессорных осушителей. Осушители с осушителем также могут работать при более низких температурах, чем осушители с компрессором, поскольку в устройстве не используются охлаждаемые змеевики, для которых эффективность конденсации влаги снижается при более низких температурах.
Причину ограниченного признания осушителя с помощью осушителя можно объяснить первоначальными затратами на установку, тем фактом, что эксплуатационные преимущества не до конца понятны, недостаточной осведомленностью о технологиях и приоритетами компании, которые не ориентированы на преимущества новых технологий. [8]
Несколько подходов позволяют удалить водяной пар, пропуская воздух через мембрану, через которую пар проникает. [9] Осушение с помощью мембран может обеспечить удаление водяного пара без конденсации; это позволяет избежать затрат энергии на энтальпию испарения, обеспечивая высокую эффективность для хорошо спроектированных систем. Такое осушение может осуществляться пассивно с помощью отклоняемого воздушного потока; см. Вентиляция с рекуперацией энергии . Активные системы могут использовать градиенты давления или электрокаталитические подходы.
В селективных мембранах используются материалы, которые блокируют другие окружающие газы, помимо водяного пара. Водяной пар затем диффундирует через эти мембраны при разнице концентраций. Такая разница в концентрации (парциальном давлении) может быть вызвана вакуумной откачкой или просто прохождением воздушного потока с меньшей концентрацией воды. Наиболее эффективные конфигурации экономят энергию за счет использования двух мембран, изолирующих вакуумный насос от окружающего воздуха. [10] Это значительно снижает давление в вакуумном насосе, экономя энергию. Хотя такие системы часто называют «изотермическим мембранным осушением», недавние исследования показали, что эти системы можно сделать более эффективными, объединив их с теплообменом. [11] Такая интеграция может улучшить производительность за счет улучшения КПД цикла сжатия пара (за счет работы в диапазоне более близких температур) [12] и улучшения смешивания воздуха возле мембраны. [13]
Селективные мембраны могут быть изготовлены путем иммобилизации жидкости, которая может поглощать воду (или другое растворенное вещество) внутри мембран, что получило название «жидкие мембраны на носителе». [14] Обычно существует два типа слоев; высокопористая мембрана, содержащая поглощающую жидкость, и улавливающий слой, предотвращающий выход жидкости. Этот поглощающий жидкость слой позволяет им вести себя как селективные мембраны, не имея твердых селективных материалов или очень мелких пор. Жидкости, внутри которых хорошо впитывается вода ( гигроскопичны ), могут включать смеси гликолей или ионные жидкости.
Ионную мембрану можно использовать для перемещения влаги в герметичный корпус или из него, используя химические реакции, а не конденсацию или селективные материалы. В этих системах используются электроды и протонпроводящие мембраны для удаления водяного пара путем электролиза . На аноде H 2 O расщепляется на протоны O 2 и электроны, при этом протоны проходят через материал и вступают в реакцию с окружающим кислородом на другой стороне, снова создавая воду. [15]
Возможно, первыми материалами для такого осушения на основе электролиза были мембраны из твердого полимерного электролита (ТПЭ). Такой подход обеспечивает маломощный стационарный осушитель для закрытых помещений, где долгосрочное обслуживание затруднено. Этот электролитический процесс обеспечивает производительность осушения в диапазоне от 0,2 грамма/день для помещения объемом 0,2 м³ (7 куб. футов) до 58 грамм/день для помещения объемом 8 м³ (280 куб. футов). Системы ТФЭ, как правило, не обладают высокой производительностью обезвоживания, но поскольку водяной пар удаляется посредством электролиза, этот процесс не требует технического обслуживания. Этот процесс также использует очень мало электрической энергии для работы, не требует движущихся частей, что делает ионные мембраны бесшумными в работе и очень надежными в течение длительных периодов времени. Осушители SPE обычно используются для защиты чувствительных электрических компонентов, медицинского оборудования, музейных экспонатов или научной аппаратуры от влажной среды.
ТФЭ состоит из протонпроводящего твердого полимерного электролита и пористых электродов с каталитическим слоем, состоящим из частиц благородных металлов. [16] Когда напряжение прикладывается к пористому электроду, прикрепленному к мембране, влага на анодной стороне (сторона осушения) диссоциирует на ионы водорода (H+) и кислород. Ионы водорода мигрируют через мембрану и разряжаются на стороне катода (отвод влаги), где они вступают в реакцию с кислородом воздуха, в результате чего высвобождаются молекулы воды (пар). [17] Кислород выделяется со стороны осушения, и если в герметичный корпус попало большое количество воды, внутри него может накапливаться кислород.
Не все осушители собирают конденсат; например, многие типы осушителей отводят поток воздуха из нагретого осушителя, который содержит насыщенный водой воздух. Его можно либо повторно конденсировать и собирать в виде конденсата, либо выбрасывать наружу. Кроме того, некоторые типы кондиционеров распыляют собранный конденсат на змеевики внешнего конденсатора, чтобы охладить его путем испарения, что повышает общую эффективность.
В изделиях, использующих конденсационную технологию, традиционно используется холодная поверхность, на которой конденсируется влага из теплого воздуха. Сегодня технология теплой конденсации, основанная на концепции перенасыщенного пара внутри закрытой среды, [ нужны пояснения ] позволяет осушать воздух при минусовой температуре. Это очень энергоэффективная технология, одинаково эффективная при любых температурах.
Большинство портативных осушителей оснащены емкостью для сбора конденсата, обычно с поплавковым датчиком , который определяет, когда емкость для сбора конденсата заполнена, чтобы отключить осушитель и предотвратить перелив собранной воды. В теплой и влажной среде эти ведра обычно наполняются водой через 8–12 часов, и для обеспечения непрерывной работы их, возможно, придется опорожнять и заменять вручную несколько раз в день.
Многие портативные осушители также можно адаптировать для подключения выхода капель конденсата непосредственно к канализации через шланг. Некоторые модели осушителей можно подключать к канализации или использовать встроенный водяной насос для опорожнения по мере сбора влаги. В качестве альтернативы можно использовать отдельный конденсатный насос для перемещения собранной воды к месту утилизации, когда самотечный дренаж невозможен.
Центральные кондиционеры обычно необходимо подключать к канализации, поскольку частое опорожнение вручную нескольких контейнеров с конденсатом, извлекаемых такими системами, непрактично. Если конденсатная вода направляется в канализационную систему, ее следует уловить соответствующим образом , чтобы предотвратить попадание грязных запахов и канализационных газов в здание. Конденсат не следует направлять в септическую систему дома, поскольку он не нуждается в специальной очистке, как сточные воды . Когда высота воздухообрабатывающего устройства (содержащего испаритель) превышает уровень поверхностных стоков, используемых для отвода дождевой воды, в них часто можно проложить линии слива конденсата. Приточно-вытяжным устройствам, расположенным ниже уровня земли, например, в подвале дома, может потребоваться использование конденсатного насоса для подъема воды в поверхностный дренаж.
Как правило, вода из осушителя считается довольно чистой серой водой : она не пригодна для питья, но приемлема для полива растений, но не для огородных овощей. [18] Проблемы со здоровьем: [18] [ нужен лучший источник ]
Пищевые осушители, также называемые генераторами атмосферной воды , специально разработаны для предотвращения загрязнения токсичными металлами и поддержания чистоты всех поверхностей, контактирующих с водой. Устройства в первую очередь предназначены для производства чистой воды, а эффект осушения рассматривается как вторичный по отношению к их работе.
Если конденсатная вода обрабатывается автоматически, большинство осушителей требуют минимального обслуживания. Из-за большого объема воздушного потока через прибор необходимо удалять скопившуюся пыль, чтобы она не препятствовала потоку воздуха; многие конструкции оснащены съемными и моющимися воздушными фильтрами. Поддоны и контейнеры для сбора конденсата могут нуждаться в периодической очистке для удаления скопившегося мусора и предотвращения засорения дренажных каналов, что может привести к утечке и переливу воды; если собирается большое количество определенных частиц или пыли, возможно, эту процедуру придется выполнять часто, чтобы избежать роста микробов.
Относительная влажность в жилых помещениях предпочтительно должна находиться в пределах от 30% до 50%. [19]
Осушение внутри зданий позволяет контролировать:
Осушители также используются на строительных площадках и при ремонте помещений для удаления избыточной влажности или плесени.
Осушители используются в промышленных климатических камерах для снижения относительной влажности и точки росы во многих отраслях промышленности, от установок по очистке сточных вод и пресной воды до помещений для выращивания растений, где контроль влажности имеет важное значение.
По оценкам 2015 года, прогнозируемый годовой общий адресный рынок осушителей воздуха к 2022 году составит около 3,5 миллиардов долларов США. Сюда входят различные типы и приложения, включая различные приложения, такие как бытовые и промышленные, а также различные технологии, такие как вентиляция и осушители. [20]
