Wstęp

Chłodzenie wilgotnego powietrza w centralach wentylacyjnych niemal zawsze wiąże się z powstawaniem skroplin (kondensatu). Dzieje się tak, ponieważ obniżając temperaturę powietrza zmniejsza się jego zdolność do utrzymywania pary wodnej – nadmiar wilgoci ulega więc kondensacji na wychłodzonych powierzchniach (np. lamelach chłodnicy). Innymi słowy, jeśli temperatura powierzchni chłodzącej spadnie poniżej temperatury punktu rosy powietrza, zaczynają tworzyć się krople wody. Im niższa temperatura chłodnicy względem punktu rosy, tym intensywniejsze wykraplanie wilgoci. Przykładowo, powietrze o parametrach 32°C i 45% wilgotności względnej zawiera 13,4 g/kg (15,4 g/m3). Schłodzenie go np. do 18°C oznacza, że powietrze nie tylko zostanie ochłodzone, ale także osuszone. Stopień osuszenia, a tym samym ilość powstałego w procesie chłodzenia kondensatu jest ściśle związana z temperaturą czynnika chłodnicy.

Co można zrobić, aby skroplin było mniej nie ingerując mechanicznie w instalację, a jedynie zmieniając ustawienia parametrów?

O tym dowiesz się z tego artykułu.

Dlaczego kondensat powstaje pomimo nieprzekroczenia punktu rosy?

W każdej chłodnicy w centrali wentylacyjnej praktycznie zawsze powstaje pewna ilość kondensatu, nawet wówczas, gdy końcowy punkt chłodzenia leży bardzo daleko od punktu rosy i teoretycznie możliwe byłoby chłodzenie suche, czyli wzrosła by jedynie wilgotność względna, ale wilgotność bezwzględna pozostałaby bez zmian.

Dlaczego tak się dzieje?

Chłodnice lamelowe składają z się z rurek miedzianych i lamel. I w uproszczeniu wygląda to tak, że część przepływającego powietrza styka się z lamelami, których temperatura jest prawie zawsze niższa od temperatury punktu rosy, a więc ta część powietrza wygeneruje kondensat, a pozostała część powietrza przepływa pomiędzy lamelami nie stykając się z nimi i nie tworząc kondensatu.

Wynika to z charakterystyki każdej chłodnicy oraz temperatury czynnika chłodniczego. Im niższa temperatura czynnika, tym więcej kondensatu powstanie i tym bardziej osuszone będzie powietrze.

Temperatura powietrza za chłodnicą będzie więc suma powietrza, które zetknęło się ze ściankami i chłodnicy i tego, które przepłyneło między nimi.

Wpływ temperatury czynnika na ilość kondensatu

Temperatura wody lodowej (lub innego czynnika chłodniczego) przepływającego przez chłodnicę determinuje, jak mocno wychłodzona będzie jej powierzchnia, a co za tym idzie – ile pary wodnej ulegnie kondensacji. Dla zobrazowania tej zależności przeanalizowano przykładową chłodnicę powietrza o stałych parametrach powietrza procesowego: przepływ 10000 m³/h, powietrze wlotowe 32°C przy 45% wilgotności, schładzane do 18°C na wyjściu. Zmieniano jedynie parametry czynnika chłodniczego (woda glikolowa) – testując warianty od 5/7°C do 12/17°C.

Poniżej zestawiono wybrane wyniki obliczeń programu doboru chłodnicy, pokazujące wyraźny wpływ temperatury wody na ilość wykroplonej wilgoci:

Obniżenie temperatury wody lodowej skutkuje zwiększeniem ilości skroplin – najzimniejszy wariant (5/7°C) daje ponad trzykrotnie więcej kondensatu niż wariant najcieplejszy (12/17°C). Chłodnica zasilana zimniejszą wodą mocniej wychładza przepływające powietrze poniżej punktu rosy, usuwając z niego więcej pary wodnej. Podniesienie temperatury czynnika ogranicza zjawisko kondensacji.

Mało skroplin, ale „cięższe” powietrze – dwa końce tego kija

Z perspektywy eksploatacji może się wydawać korzystne, aby ograniczyć ilość skroplin. Wyższa temperatura wody lodowej oznacza także bardziej efektywną pracę agregatu chłodniczego. Ten „pierwszy koniec kija” może więc cieszyć projektanta i operatora. Należy jednak pamiętać o drugim końcu kija, który może okazać się bolesny: ograniczenie kondensacji oznacza, że nawiewane powietrze pozostaje bardziej wilgotne. W przykładzie powyżej przy najcieplejszym czynniku 12/17°C powietrze miało aż 91% wilgotności względnej – było niemal nasycone parą. Dla porównania, przy 5/7°C miało ok. 74%. Różnica ta ma ogromny wpływ na komfort oraz bezpieczeństwo użytkowania.

Powietrze o wilgotności przekraczającej 80–90% jest odbierane jako ciężkie i duszne. W takich warunkach pogarsza się samopoczucie. Co więcej, jeśli tak wilgotne powietrze trafi do chłodniejszego pomieszczenia lub zetknie się z powierzchniami o temperaturze poniżej punktu rosy, może dojść do wykroplenia wody już w strefie klimatyzowanej.

Podsumowując, temperatura czynnika chłodniczego ma bezpośredni wpływ na ilość odbieranej z powietrza wilgoci. Obniżenie temperatury zwiększa wydajność osuszania, co pozwala utrzymać komfortową wilgotność w pomieszczeniach. Z kolei podniesienie temperatury czynnika redukuje ilość skroplin, ale kosztem wyższej wilgotności powietrza nawiewanego. W praktyce należy szukać kompromisu – zapewnić wystarczające osuszenie powietrza i jednocześnie unikać nadmiernie niskich temperatur tam, gdzie nie jest to konieczne.

Odpływ kondensatu i syfony

W centrali wentylacyjnej skropliny z chłodnic i wymienników spływają do tacy ociekowej, a następnie przez syfon trafiają do kanalizacji. Kluczowe jest właściwe „zasyfonowanie” – syfon musi być zawsze poniżej poziomu tacy, a jego głębokość dostosowana do ciśnienia w urządzeniu. Im większe nadciśnienie w centrali, tym głębszy musi być syfon. Zbyt płytkie zasyfonowanie prowadzi do zablokowania odpływu skroplin (przepełnienia tacy). Dla dużych ilości kondensatu zaleca się stosowanie gotowych syfonów kulowych.

Podłoga zalana wskutek nadmiaru skroplin i błędów konstrukcyjnych w centralach

Wpływ zasyfonowania

Syfon zawsze powinien być umieszczony poniżej tacy ociekowej; jego minimalna głębokość (wysokość słupa wody) rośnie wraz z ciśnieniem roboczym w centrali. W praktyce oznacza to, że przy dużym ciśnieniu całkowitym wewnątrz centrali, syfon należy montować głębiej. Jeśli zasyfonowanie jest zbyt płytkie, gromadzące się skropliny mogą nie spływać grawitacyjnie i w efekcie powodować cofkę lub przepełnienie tacy.

Wysokość zasyfonowania zależnie od ciśnienia całkowitego (układ pracujący w nadciśnieniu)

Zaciąganie zapachów

Nieprawidłowo wykonany syfon (lub taki, w którym wyschła woda) przestaje spełniać funkcję uszczelnienia powietrznego i może dopuścić do dopływu zapachów z instalacji kanalizacyjnej do centrali. Dlatego ważne jest, aby syfon był zawsze wypełniony wodą na zalecaną wysokość – w przeciwnym razie powstają „gazy kanalizacyjne” wciągane do centrali.

Syfon kulowy

Zastosowanie syfonu kulowego znacznie ułatwia eksploatację. Syfon kulowy automatycznie utrzymuje uszczelnienie wodne nawet przy małym przepływie skroplin, dlatego nie wymaga ciągłego dolewania wody. Dzięki specjalnej konstrukcji kula w syfonie „zamyka” kanał przed powietrzem, zapobiegając zasysaniu powietrza i tym samym brzydkich zapachów z kanalizacji. Jednocześnie syfon kulowy dobrze radzi sobie z bardzo dużymi ilościami kondensatu – został zaprojektowany do odprowadzania obfitych przepływów.

Położenie wentylatora względem chłodnicy

Istotny jest układ wentylatora i chłodnicy (odkraplacza). Jeśli wentylator znajduje się za chłodnicą (tzw. układ „ciągnący” – draw-through), w sekcji chłodniczej panuje podciśnienie. Powoduje ono zasysanie powietrza przez króciec odpływu kondensatu, co może zakłócać swobodny spływ wody i wciągać zapachy z dolnych warstw instalacji. W skrajnych przypadkach podciśnienie potrafi nawet zablokować odpływ skroplin. Z tego względu zaleca się umieszczanie wentylatora przed chłodnicą (układ „pchający” – blow-through), gdzie w sekcji chłodnicy panuje nadciśnienie, które wspomaga odpływ skroplin.

Podsumowanie

Skropliny powstające w procesie chłodzenia powietrza to zjawisko naturalne, ale bywa, że całkowicie lekceważone – aż do pierwszego zalania pomieszczenia lub pojawienia się brzydkiego zapachu z centrali. Z pozoru niewinna woda kondensacyjna może sparaliżować pracę całej instalacji, jeśli nie zadbamy o dwa kluczowe aspekty: temperaturę czynnika chłodniczego oraz efektywny odpływ kondensatu.

Temperatura czynnika chłodzącego ma bezpośredni i silny wpływ na ilość skroplin. Obniżając ją z 12/17°C do 5/7°C możemy wygenerować ponad trzykrotnie więcej kondensatu. To świetna wiadomość, jeśli naszym celem jest osuszanie powietrza. Ale uwaga – „drugi koniec tego kija” to dużo większa ilość wody do odprowadzenia oraz potrzeba bardziej przemyślanej konstrukcji tacy i syfonów. Co więcej, cieplejszy czynnik chłodniczy oznacza mniejsze wykraplanie, ale za to większą wilgotność powietrza nawiewanego, które może „przynosić wilgoć” do pomieszczeń i powodować jej kondensację już w strefie użytkowej.

Niewłaściwe zasyfonowanie lub błędne usytuowanie wentylatora względem chłodnicy może skutkować nie tylko blokadą odpływu, ale też zasysaniem zapachów z kanalizacji. To częsty, ale niestety nadal ignorowany problem projektowy. Syfon kulowy okazuje się tu rozwiązaniem praktycznym, które nie tylko zabezpiecza instalację przed podciąganiem powietrza, ale i poprawia eksploatację centrali.

Skropliny to nie „produkt uboczny” – to integralna część procesu chłodzenia.

I trzeba je traktować poważnie.