Jak działa glikolowy wymiennik ciepła?

Świat materii ożywionej i nieożywionej dzieli wiele różnic, jednak łączy to, że dla zachodzenia procesów fizycznych i chemicznych pozwalających na przetrwanie poszczególnych organizmów oraz utrzymywania się w niezmienionej postaci bardziej złożonych związków nieorganicznych, niezbędne są optymalne warunki zewnętrzne. Różne poziomy podobnych czynników są też wymagane do utrzymywania lub przekształcania różnych występujących w naszym otoczeniu substancji naturalnych i sztucznych. Tworzenie rozmaitych materiałów, ich przetwarzanie czy to w życiu codziennym, czy też podczas procesów technologicznych wiąże się często z koniecznością podgrzewania lub ochładzania, dopasowania ciśnienia ułatwiającego lub powstrzymującego konkretne reakcje albo dostarczania katalizatorów, bądź potrzebnych substratów. Jednym z czynników, które mają duży wpływ zarówno na organizmy żywe, jak i substancje nieorganiczne jest wilgotność powietrza. Zapewnienie prawidłowych warunków do życia ludzi, rozwoju roślin i zwierząt, a także działania wszelkiego rodzaju linii technologicznych i urządzeń wymaga stosowania wydajnych adsorpcyjnych lub kondensacyjnych osuszaczy powietrza. Przyjrzyjmy się bliżej znaczeniu, jakie ma zachowanie odpowiedniego poziomu wilgotności powietrza, sprawdźmy, w jaki sposób działają osuszacze kondensacyjne oraz przekonajmy się, dlaczego tak często korzysta się w nich z glikolowych wymienników ciepła.

Wpływ poziomu wilgotności powietrza na ludzi, hodowlę roślin oraz przemysłowe procesy technologiczne

Większość organizmów żywych do swego rozwoju potrzebuje odpowiedniej ilości tlenu pozyskiwanego z otoczenia. W przypadku tych, które oddychają powietrzem atmosferycznym poza właściwymi proporcjami azotu, tlenu, argonu i pozostałych składników ważna będzie także zawartość zawieszonej w nim pary wodnej. Zbyt wysoka wilgotność przekraczająca 60% w pomieszczeniach zamkniętych będzie powodowała rosnące problemy z oddychaniem, utrudnioną termoregulację organizmu przez zmniejszoną możliwość odparowywania potu, a także przyspieszone zmęczenie. Duża wilgotność może się okazać równie niekorzystna przy uprawie roślin. Gdy zawartość pary wodnej przekracza wymagania konkretnego gatunku, dochodzi do zaburzenia procesu transpiracji, czyli parowania wody z rośliny, co wpływa zarówno na pobieranie wody z gleby, blokując dopływ substancji odżywczych, jak i ogranicza fotosyntezę, zatrzymując wzrost.

Nadmiar wilgoci jest także problemem w wielu procesach produkcyjnych. Znaczna zawartość pary wodnej oznacza zmianę parametrów wielu wykorzystywanych materiałów, zwłaszcza tych o właściwościach higroskopijnych, wpływa na potrzebne do wykonywania poszczególnych zadań wartości ciśnienia oraz temperatury, a także opóźnia schnięcie używanych klejów, farb, może zmniejszać wnikanie używanych impregnatów lub wreszcie powodować zmianę cech niektórych surowców np. drewna albo wyrobów zawierających duże ilości celulozy. Znaczny poziom wilgotności oznacza warunki, w których szybciej dochodzi do korozji metali wskutek zwiększonego kontaktu z tlenem, ale także możliwości tworzenia się związków o bardziej agresywnym charakterze, gdy skraplająca się wilgoć wchodzi w reakcję z zawieszonymi w powietrzu zanieczyszczeniami np. tlenkami siarki czy azotu.

Wysoka wilgotność to dobre warunki do rozwoju rozmaitych drobnoustrojów. Przy dużej zawartości pary wodnej dochodzi do przyspieszonego namnażania się licznych szczepów bakterii. Ułatwia wnikanie do organizmów żywych wielu wirusom, prowadząc do zwiększenia zagrożenia różnymi chorobami. Trzeba też pamiętać, że znaczna część mikrobów spośród bakterii i wirusów roznosi się drogą kropelkową, duża zawartość pary wodnej ułatwia im więc ekspansję. Duży poziom wilgotności to także znakomite warunki do rozwoju dużej liczby gatunków grzybów, w tym pleśni, które świetnie wykorzystują dostępność wody połączoną z pożywkami w postaci szczątek organicznych, obecności celulozy lub nawet niektórych polimerów.

Spora wilgotność jest poważnym wyzwaniem przy wielu pracach remontowo-budowlanych, ponieważ wpływa na czas wiązania zapraw. Przy za wysokiej zawartości pary wodnej pojawiają się problemy z hydratacją i twardnieniem cementów, a zatem właściwym tempem wysychania posadzek, wylewanych na miejscu stropów, fragmentów ścian, słupów, a także materiałami wykończeniowymi – klejami do okładzin, tynkami, wylewkami i gładziami gipsowymi.

Wilgoć oznacza problemy z działaniem różnych instalacji elektrycznych, ponieważ może prowadzić do powstawania zwarć. Wiąże się też z podwyższonym zagrożeniem awarią w przypadku układów elektronicznych. Będzie kłopotliwa przy procesach zamrażania, powodując tworzenie się kryształków lodu. Jest niepożądana przy działaniu systemów chłodzenia, ograniczając ich efektywność.

Stosowanie i działanie kondensacyjnych osuszaczy powietrza

Sposobem na ograniczenie niekorzystnego wpływu wilgotności powietrza jest korzystanie z różnych technologii jego osuszania. W zastosowaniach przemysłowych wykorzystuje się dwie podstawowe metody zmniejszania wilgotności. Jest to osuszanie sorpcyjne, w którym można używać rozwiązań opartych na adsorpcji, a zatem wiązaniu cząsteczek pary wodnej na powierzchni innej substancji zwanej sorbentem, jak również absorpcji, kiedy para wodna jest pochłaniana przez substancję określaną absorbentem oraz sorpcji, w której cząsteczki gazu są blokowane przez ciecz lub ciało stałe pełniące funkcję sorbentu. Inną możliwością będzie użycie osuszaczy kondensacyjnych, w których woda jest skraplana i odprowadzana na zewnątrz w postaci cieczy.

Zasada działania osuszacza kondensacyjnego polega na wykorzystaniu zmiany właściwości powietrza, w którym jest zawieszona pewna ilość pary wodnej przy obniżeniu jego temperatury. Choć wilgotność bezwzględna powietrza pozostaje na tym samym poziomie, to spadek temperatury zmniejsza wilgotność względną, która określa maksymalną możliwą zawartość pary wodnej w jednostce objętości w danych warunkach. Jeśli zbliża się ona do wartości 100%, oznacza to osiągnięcie tzw. punktu rosy, czyli największego stężenia pary, jakie może wystąpić przy określonym ciśnieniu i temperaturze. W sytuacji, gdy temperatura spadnie poniżej punktu rosy, para wodna ulegnie skropleniu na granicy dwóch ośrodków, osadzając się np. na powierzchni ciała stałego. Obniżenie temperatury do określonego dla każdej wilgotności bezwzględnej i ciśnienia poziomu pozwala na pozbycie się z powietrza łatwej do obliczenia ilości cząsteczek wody. Przez manipulowanie temperaturą osuszacz kondensacyjny wyposażony w higrometr może więc precyzyjnie zmniejszać poziom wilgotności.

Osuszacze kondensacyjne mogą być wykorzystywane w różnych zastosowaniach, a ich wielką zaletą jest możliwość budowania urządzeń o stosunkowo niewielkim ciężarze i gabarytach, które znakomicie sprawdzają się zarówno w użytku stacjonarnym, jak i mobilnym. Korzysta się z nich często do osuszania zalanych pomieszczeń, przyspieszania schnięcia materiałów budowlanych, utrzymywania odpowiedniego poziomu wilgotności w pomieszczeniach mieszkalnych i użytkowych, czy też zapewniania optymalnych warunków dla procesów technologicznych. Mogą być przydatne na basenach i pomieszczeniach sąsiadujących z saunami, pomagają w osuszaniu archiwów i magazynów muzealnych, są użyteczne podczas renowacji i zabezpieczania budowli sakralnych.

Schemat działania osuszacza kondensacyjnego jest dość prosty. Powietrze jest zasysane do urządzenia przez wymuszony wentylatorem przepływ powietrza. Następnie może być poddane filtracji, co ułatwi dalsze fazy całego procesu. Zwykle w tym celu stosowane są proste filtry mechaniczne, zatrzymujące zanieczyszczenia o wielkości zależnej od potrzeb. W kolejnym etapie powietrze jest kierowane na powierzchnię silnie schłodzonego wymiennika ciepła, gdzie osiąga temperaturę znacznie poniżej swego punktu rosy i ulega skropleniu, po czym powstały kondensat w zależności od systemu jest odprowadzany do kanalizacji albo odzyskiwany i zużywany. Schłodzone powietrze, którego wilgotność bezwzględna została obniżona, jest podgrzewane do temperatury otoczenia, a następnie wyprowadzane na zewnątrz.

Jak funkcjonują glikolowe wymienniki ciepła?

Prawidłowe działanie kondensacyjnego osuszacza powietrza wymaga zastosowania rozwiązania, które pozwoli na szybkie obniżenie temperatury, a także na jej skuteczne podniesienie po pozbyciu się kondensatu. Technologią używaną w osuszaczach tego rodzaju jest układ znany z większości urządzeń chłodniczych i klimatyzacyjnych, który składa się z parownika i skraplacza, zaworu rozprężającego oraz sprężarki, a także niezbędnego oprzyrządowania w postaci elektroniki dobierającej odpowiednie do potrzeb parametry pracy całości. Układy takie dają możliwość skutecznego wykorzystania czynnika chłodniczego, dzięki zmianie jego ciśnienia i stanu skupienia, gwarantując właściwe odbieranie i przekazywanie energii z przepływającego powietrza.

Sprawne działanie osuszacza wymaga jednak używania substancji, która charakteryzuje się dobrym współczynnikiem przewodzenia ciepła, a przy tym nie zamarza w stosunkowo niskich temperaturach. Jedną z częściej używanych w takich sytuacjach cieczy jest glikol, a zatem glikol etylenowy o współczynniku przewodzenia ciepła 0,258 (W/mK) albo glikol propylowy o współczynniku przewodzenia ciepła 0,147 (W/mK). Glikol etylenowy charakteryzuje się niewielką lepkością, co oznacza małe opory przepływu, łatwo się go także pozyskuje, a jego cena utrzymuje się na stosunkowo niskim poziomie, niestety jest toksyczny w przypadku bezpośredniego spożycia, musi więc być stosowany w układach zamkniętych i odpowiednio utylizowany. Glikol propylenowy jest również substancją niezamarzającą w wyższych stężeniach, ma jednak większą lepkość, co sprawia, że wymuszenie jego przepływu wymaga większej ilości energii. Jego zaletą jest jednak brak toksyczności, dzięki czemu jest bardziej przyjazny nie tylko dla użytkowników, ale także dla środowiska. Minusem używania glikolu propylenowego jest jego wyższa cena.

Poważną wagą glikoli jest ich silne działanie korozyjne, które sprawia, że muszą one być łączone z inhibitorami korozji. Do środków przeznaczonych do układów chłodzenia dodaje się na ogół także substancje przeciwdziałające pienieniu się, a ponadto często również biocydy ograniczające rozwój bakterii i tworzenie się tzw. filmu biologicznego wewnątrz instalacji. Ważną cechą glikoli jest ich wysoka stabilność i utrzymywanie swego składu przez dłuższy czas, co ogranicza okres ich wymiany.

NASZE MARKI