Autor: Mycondi tehniline osakond
Õhukuivatuse süsteemi projekteerimist peetakse tihti ekslikult pelgalt kataloogist õhukuivati valikuks. Ent inseneride kõige levinum viga on keskenduda üksnes mehaanilisele seadmele, eirates arhitektuurseid eripärasid ja juhtimisotsuseid, mis mõjutavad otseselt süsteemi niiskuskoormust. Süsteemne lähenemine projekteerimisele tagab mitte ainult tõhusa niiskuskontrolli, vaid ka kapitali- ja tegevuskulude optimaalse suhte kogu süsteemi elutsükli vältel.
Esimene etapp: Projekti eesmärgi määratlemine
Eesmärgi selge sõnastus on eduka kuivatamisprojekti vundament. Ilma arusaamata, miks niiskust tuleb kontrollida, on võimatu teha õigeid otsuseid nõutava täpsuse, seadmetüübi ja eelarve kohta.
Miks see on kriitiliselt oluline
Isegi väike muudatus eesmärgi sõnastuses võib projekti radikaalselt muuta. Näiteks „50% suhtelise niiskuse hoidmine“ versus „metallosade korrosiooni vältimine“ on põhimõtteliselt erinevad sihid, mis nõuavad erinevaid insenertehnilisi lahendusi.
Praktiline näide: erinevad eesmärgid — erinevad lahendused
Vaatleme kahte kontrastset juhtumit. Esimene — maisi ladustamine, kus piisab niiskuse hoidmisest mitte üle 60% RH ilma kondenseerumiseta. Siin võib süsteem olla maksimaalselt lihtne: tavaline õhukuivati lihtsa on/off-regulatsiooniga. Teine juhtum — liitiumakude tootmine, kus liitium reageerib veeauruga, eraldades juba 2% RH juures plahvatusohtlikku vesinikku. Sellisel juhul on ±5% RH täpsusega kontroller kategooriliselt vastuvõetamatu ning vajalik on spetsialiseeritud seadmestik sõltumata selle maksumusest.
Reaalne juhtum ebaõnnestunud projekteerimisest
Sõjaväe laskemoonaladu varustati süsteemiga, mille tehniline ülesanne oli „hoida maksimaalselt 40% RH“. Süsteem täitis nõudmise edukalt, kuid mõne kuu pärast hakkas laskemoon korrodeeruma. Põhjus: kondensaat metallkatusel, mis jahtus öösel alla kastepunkti. Kui eesmärk oleks sõnastatud kui „vältida laskemoona korrosiooni“, oleks insener kindlasti pööranud tähelepanu niiskuse kondenseerumise võimalusele külmadel pindadel.
Praktilised soovitused
Projekti eesmärki määratledes vastake järgmistele võtmeküsimustele: milline on lahendatav põhiprobleem; millised on ebapiisava niiskuskontrolli tagajärjed; kas lisaks kõrgele niiskusele võib olla muid põhjuseid; kui kriitilised on kõrvalekalded seatud parameetritest.
Teine etapp: Kontrolltasemete ja tolerantside määramine
Pärast eesmärgi määratlemist on järgmine samm seada konkreetsed niiskusparameetrid, mida süsteem peab hoidma.
Absoluutse niiskuse määratlemine
Levinud viga on niiskuse määramine ainult suhtelistes ühikutes (% RH) ilma temperatuuri täpsustuseta. Näiteks 30% RH juures 21°C vastab absoluutne niiskus 4,6 g/kg-le, samas kui 30% RH juures 10°C on see vaid 2,3 g/kg. Seetõttu oluline reegel: määrake niiskus alati absoluutühikutes või esitage RH koos temperatuuri vahemikuga.
Vaatleme tablettide farmaatsiatootmist. Protsess nõuab 10% RH-d temperatuuril 21°C, kuid ruumi temperatuur kõigub ±1,5°C. Sel juhul varieerub absoluutne niiskus vahemikus 1,4 g/kg 19,5°C juures kuni 1,7 g/kg 22,5°C juures. Seetõttu seab insener kontrolliks kastepunkti −7°C (1,6 g/kg) sõltumata temperatuuri kõikumisest.
Sisemised vs välised tingimused
Õhukuivatuse süsteemi projekteerimisel tuleb määrata kaks parameetrite komplekti: sisetingimused (mida süsteem peab hoidma) ja välised arvutuslikud tingimused (maksimaalsed koormused, millega süsteem peab toime tulema).
Arvutuslike ilmastikutingimuste valik
ASHRAE andmetel kasutatakse Euroopas kolme ilmastikutingimuste tagatust: 0,4% (ületatakse 35 tundi aastas), 1,0% (88 tundi) ja 2,0% (175 tundi). Näiteks Viinis on 1% tagatusega äärmuslik kastepunkt +16°C temperatuuri +30°C juures. Kriitiliste objektide puhul, nagu farmaatsia, kus seisak põhjustab üle €40 000 kahju päevas, kasutatakse 0,4%, madala kriitilisusega ladude puhul — 2%.
Tolerantside seadmine
Laiad tolerantsid ±3–5% RH või ±1,5°C kastepunkti puhul võimaldavad projekteerida lihtsamaid ja odavamaid süsteeme. Kitsad tolerantsid ±1% RH või ±0,5°C kastepunkti korral nõuavad kõrgelt täpseid andureid, keerukamaid algoritme, seadmete dubleerimist ja seega märgatavalt kõrgemat süsteemi maksumust.
Kolmas etapp: Niiskuskoormuste arvutamine
Täpne koormuste arvutus on võtmetähtsusega õhukuivatuse süsteemi õige seadmevaliku jaoks.
Niiskuse peamised allikad
Projekteerimisel tuleb arvestada seitsme peamise niiskuskoormuse komponendiga: difusioon läbi piirdetarindite, inimeste niiskuseraldus, materjalide ja toodete desorptsioon, aurumine avatud veepindadelt, põlemisproduktid, infiltratsioon lekkekohtade kaudu, sissepuhkeõhu niiskus.
Põhikoormuste arvutusvalemid
Difusioon läbi seinte arvutatakse valemiga W = A × μ × Δpᵥ, kus A — pindala, μ — auruläbilaskvuse koefitsient, Δpᵥ — veeauru osarõhu erinevus. 200 mm betoonseina puhul aurutõkkevärviga (μ = 0.054 g/(m²·h·Pa)), niiskusesisalduse erinevusega 16–4 g/kg ja pindalaga 100 m² saame: Δpᵥ = 12 × 133 = 1596 Pa, W = 100 × 0.054 × 1596 = 8.6 g/h. See näitaja on tühine võrreldes teiste allikatega.
Inimeste niiskuseraldus arvutatakse kui W = n × wₚ, kus n — inimeste arv, wₚ — ühe inimese niiskuseraldus. Tüüpilised wₚ väärtused: istuv töö 40–50 g/h, kerge füüsiline töö 90–120 g/h, raske füüsiline töö 150–200 g/h.
Neljas etapp: Seadmete valik
Arvutatud koormuste alusel valitakse õhukuivatuse süsteemile optimaalne seadmestik.
Süsteemi tüübi valik
On kaks peamist kuivatussüsteemi tüüpi. Külmutuspõhised süsteemid on tõhusad temperatuuridel üle 15°C ja kõrge niiskuse korral, praktilise kastepunkti piiriga +4…+7°C (madalamal tekib kondensaadi jäätumine). Desikant-süsteemid on tõhusad madalate kastepunktide puhul alla +5°C, töötavad mistahes temperatuuril ja võivad saavutada kastepunkti −40°C ja madalam.
Kombineeritud süsteemid
Optimaalse tõhususe saavutamiseks kasutatakse sageli kombineeritud süsteeme. Näiteks eeljahutus külmutusseadmega +16°C-lt +7°C-ni ning seejärel desikant-kuivatus +7°C-lt −7°C-ni. Eelised: iga alamsüsteem töötab oma optimaalses vahemikus ja koguelektrikulu on 30–40% madalam.
Vajaliku kuiva õhu vooluhulga arvutus
Kuivatatud õhu vooluhulk arvutatakse valemiga Q = W / [ρ × (wᵣₑₜᵤᵣₙ - wₛᵤₚₚₗᵧ)], kus W — niiskuskoormus, ρ — õhu tihedus, wᵣₑₜᵤᵣₙ ja wₛᵤₚₚₗᵧ — õhu niiskussisaldus ruumist väljuval ja ruumi siseneval õhul. Näiteks koormuse 200 g/h, kontrollitava niiskuse 4 g/kg ja kuivatuse tasemeni 0,7 g/kg korral: Q = 200 / [1.2 × 3.3] = 50.5 m³/h.
Viies etapp: Juhtimissüsteem
Tõhus juhtimine tagab mitte ainult parameetrite täpse hoidmise, vaid ka energiatarbimise minimeerimise.
Juhtimise põhiprintsiibid
Juhtsüsteem peab tagama neli põhifunktsiooni: seatud parameetrite hoidmine, võimsuse moduleerimine muutuvate koormuste korral, energiatarbimise minimeerimine ja seadmete kaitse avariirežiimide eest.
Niiskusregulaatorite tüübid
Niiskuse kontrolliks kasutatakse erinevaid regulaatoreid: on/off-hügrostaat täpsusega ±3–5% RH mittekriitiliste ruumide jaoks; kastepunkti kontroller täpsusega ±0,5–1,0°C, mis ei sõltu õhutemperatuurist ja on soovitatav kastepunktidele alla +5°C; PID-regulaator modulatsiooniga, mis tagab täpsuse ±1% RH või ±0,3°C kastepunkti osas ning on vajalik kriitilistes rakendustes.
Andurite paigutus
Andurite õige paigutus on kriitiline täpse niiskuskontrolli jaoks. Andur peab paiknema hea õhu segunemise tsoonis vähemalt 3 m kaugusel väljalaske restidest, kõrgusel 1,5–2 m põrandast, vältides kohalikke niiskusallikaid ja äärmuslike temperatuuridega kohti. Mitmetsooniliste ruumide korral tuleks paigaldada mitu andurit paralleelselt, kusjuures süsteem reageerib kõrgeimale niiskusenäidule.
Süsteemi optimeerimine kulude vähendamiseks
Õhukuivatuse süsteemi optimeerimine võimaldab märkimisväärselt vähendada nii kapitali- kui ka tegevuskulusid.
Kapitalikulude vähendamine
Peamised suunad kapitalikulude vähendamiseks: niiskuskoormuste minimeerimine hoone tihendamise teel (tasuvus 3–12 kuud), uste avamiste juhtimine, õhukardinate või õhulüüside paigaldus; kontrolltasemete optimeerimine, arvestades et iga kastepunkti kraad madalamal tõstab maksumust 8–12%; kombineeritud süsteemide kasutamine, mis annavad 20–35% kokkuhoidu võrreldes monolahendustega.
Tegevuskulude vähendamine
Tegevuskulude vähendamiseks on soovitatav: regeneratsioonisoojuse taaskasutus (õhk-õhk-soojusvaheti tagastab 60–80% energiast), madalatemperatuursete energiaallikate kasutamine (kogeneratsioon, geotermilised allikad, külmutusseadmete jääksoojus) ning hooajaline optimeerimine, sest talvel on välisõhk siseõhust kuivem, mis vähendab koormust 40–70%.
Tüüpilised projekteerimisvead
Tüüpiliste vigade analüüs aitab neid tulevastes projektides vältida.
Viga 1 — infiltratsiooni alahindamine. Ühes projektis oli arvutuslik koormus 3 kg/h, kuid tegelik ulatus 8 kg/h-ni planeerimata väravate avamiste tõttu. Lahendus: kavandada tootmisruumide puhul 25–40% varu.
Viga 2 — algse kuivatusperioodi eiramine. Uutes hoonetes sisaldavad tarindid märkimisväärselt niiskust; betoon ja kipsplaat võivad 2–6 kuu jooksul eraldada 100–500 kg niiskust. Lahendus: ette näha intensiivse kuivatuse režiim või ajutine lisavõimsus.
Viga 3 — andurite vale paigutus. Ühes projektis näitas õhukuivati resti lähedal paiknev andur 5% RH, samal ajal kui tööalal oli niiskus 35% RH halva õhu segunemise tõttu. Lahendus: õhuvahetuse modelleerimine või ringlemisventilaatorite paigaldus.
Järeldused
Viieetapiline õhukuivatuse süsteemi projekteerimise metoodika annab süsteemse lähenemise niiskuskontrolli ülesannete lahendamiseks. Projekti selge eesmärk on kõigi otsuste alus; õiged kontrolltasemed loovad tasakaalu nõuete ja maksumuse vahel; koormuste täpne arvutus tagab õige seadmevaliku; optimaalne seadmevalik arvestab kogu elutsüklit; ning tark juhtimine minimeerib tegevuskulud.
Tähtis on meeles pidada, et edukas projekt ei ole kõige keerukam süsteem, vaid kõige lihtsam süsteem, mis täidab ülesande usaldusväärselt ja minimaalsete kuludega kogu tööea vältel. Hästi projekteeritud õhukuivatuse süsteemi keskmine tasuvusaeg on 1,5 kuni 4 aastat, mis teeb investeeringu kvaliteetsesse projekteerimisse kõrge tasuvusega.
