Εξάτμιση

Η εξάτμιση του νερού είναι η διαδικασία με την οποία το νερό από υγρά μορφή μετατρέπεται σε αέρια χωρίς βρασμό, δηλαδή μόνο επιφανειακά και όχι από όλη την μάζα του. Πρακτικά αυτό συμβαίνει όταν έχουμε μετατροπή του νερού από υγρή μορφή σε αέρια και η θερμοκρασία είναι μικρότερη από την θερμοκρασία βρασμού. Κατά την εξάτμιση απορροφάται θερμότητα επομένως έχουμε ψύξη. Όσο μεγαλύτερή είναι η ελεύθερη επιφάνεια του νερού τόσο πιο έντονο είναι το φαινόμενο της εξάτμισης και επομένως και της παραγωγής ψύξης.

Γράφει ο Μπάμπης Δαλαβούρας, Πολιτικός μηχανικός ΕΜΠ MEng ASHRAEBEAPCERTIFIED
CERTIFIED PASSIVE HOUSE DESIGNER Τεχνικός σύμβουλος στην ΓΕΝΙΚΗ ΨΥΚΤΙΚΗ ΑΤΕΚΕ

Ένας άλλος παράγοντας που επηρεάζει την εξάτμιση είναι η σχετική υγρασία του αέρα σε επαφή με το νερό. Αν για παράδειγμα ο αέρας είχε 100% σχετική υγρασία, τότε συνολικά δεν θα είχαμε καθόλου εξάτμιση. Πάνω από την επιφάνεια του νερού σε κατάσταση ισορροπίας, δημιουργείται ένα στρώμα αέρα με μεγάλη σχετική υγρασία, το οποίο περιορίζει το φαινόμενο. Όταν λοιπόν έχουμε κίνηση του αέρα πάνω από την επιφάνεια του νερού, συμπαρασύρει τον σχεδόν κορεσμένο αέρα αντικαθιστώντας τον με ακόρεστο και έτσι ενισχύεται η εξάτμιση και άρα και η ψύξη.

Μηχανήματα Αδιαβατικής Ψύξης

Το φαινόμενο της εξάτμισης εκμεταλλεύονται τα αδιαβατικά ψυκτικά μηχανήματα για να μετατρέψουν την αισθητή θερμότητα σε λανθάνουσα. Ακόρεστος αέρας ψύχεται όταν έρχεται σε επαφή με νερό, το οποίο εξατμιζόμενο μετατρέπει μέρος της αισθητής θερμότητας του αέρα σε λανθάνουσα. Το συνολικό αποτέλεσμα είναι αδιαβατικό, δηλαδή η συνολική θερμότητα παραμένει σταθερή αλλά η θερμοκρασία του αέρα πέφτει αφού η αισθητή θερμότητα μετατρέπεται σε λανθάνουσα. Η μετατροπή της αισθητής θερμότητας σε λανθάνουσα, συνεχίζει μέχρι ο αέρας να φτάσει σε κορεσμό.

Η ψύξη που μπορεί να προκαλέσει η εξάτμιση του νερού σε συνήθεις θερμοκρασίες, είναι 2450 kJ/kg. Έτσι για παράδειγμα αν ένα μηχάνημα εξατμίζει 1 kg νερό μέσα σε μία ώρα τότε το ψυκτική του ισχύς είναι 2450 kJ/h(0,68kW), η οποία επαρκεί να ελαττώσει την θερμοκρασία μιας παροχής αέρα 0,05 m3/s κατά 10°C.

Ο βαθμός απόδοσης των ψυκτικών μηχανημάτων αδιαβατικής ψύξης, εξαρτάται από το πόσο ο αέρας που εξέρχεται από το μηχάνημα έχει πλησιάσει την θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου ή αλλιώς πόσο ο αέρας έχει φτάσει τον κορεσμό. Ο βαθμός απόδοσης (κορεσμού) δίνεται από τον τύπο:

n: Βαθμός απόδοσης (κορεσμού) %
ΘΑ: Θερμοκρασία ξηρού βολβού
εισερχόμενου αέρα σε °C
ΘΒ: Θερμοκρασία ξηρού βολβού εξερχόμενου αέρα σε °C
ΘΑwb: Θερμοκρασία υγρού βολβού εισερχόμενου αέρα σε °C

Τα παραπάνω απεικονίζονται σχηματικά στο παρακάτω σκαρίφημα του ψυχρομετρικού χάρτη:

Μέθοδοι Αδιαβατικής Ψύξης

Τα μηχανήματα αδιαβατικής ψύξης χωρίζονται σε δύο κύριες κατηγορίες :

  • Μηχανήματα με υδρονέφωση (Spray)
  • Μηχανήματα με βρεγμένα φίλτρα (PADs)

Στα μηχανήματα με υδρονέφωση (Spray) γίνεται χρήση ψεκασμού νερού υψηλής πίεσης μέσω λεπτών ακροφυσίων. Το νερό όπως περνάει μέσα από τα ακροφύσια μετατρέπεται σε πολύ μικρά σταγονίδια με αποτέλεσμα να εξατμίζεται και να απορροφά θερμότητα. Τοποθετώντας τα ακροφύσιαστην είσοδο του αέρα, η εξάτμιση κρυώνει τον αέρα εισαγωγής. Τα συστήματα αυτά έχουν ακροφύσιανεφοποίησης και αντλίες υψηλής πίεσης (50-90bar) ώστε να μπορούν να δημιουργούν σταγονίδια μικρότερα των 10 microns. Όταν τα σταγονίδια αυτά έρχονται σε επαφή με τον θερμό αέρα εξατμίζονται. Οι παράγοντες που επηρρεάζουν αυτά τα συστήματα είναι:

  • Παροχή νερού
  • Ομοιομορφία ψεκασμού
  • Γεωμετρία και προσανατολισμός των ακροφυσίων
  • Θερμοκρασία νερού

Τα μηχανήματα PADs χρησιμοποιούν μια διάταξη όπου τα PADs καταβρέχονται ομοιόμορφα από την κεφαλή στο πάνω μέρος τους και ο αέρα τα διαπερνά κάθετα. Το νερό συλλέγεται στο κάτω μέρος των PADs και επανακυκλοφορεί μέσω αντλίας. Υπάρχουν δύο είδη PADS:

• Εύκαμπτα (Random-Media).

Εύκαμπτα φίλτρα (PADs) είναι συνήθως από ροκανίδι ξύλου ή απορροφητικές πλαστικές ίνες/αφρό. Το νερό τρέχει από πάνω στο σύστημα διανομής και συλλέγεται στο κάτω μέρος για ανακυκλοφορία. Τα καθαρά και καλοσυντηρημένα εύκαμπτα φίλτρα έχουν βαθμό απόδοσης συνήθως στο 80%. Υπάρχει η επιλογή για χημική επεξεργασία για αύξηση την απορροφητικότητας. Επίσης μπορούν να εισαχθούν ειδικές ίνες για προστασία από βακτήρια, μύκητες και άλλους μικροοργανισμούς. Συνήθως οι εφαρμογές αυτού του είδους έχουν ταχύτητα αέρα από 0,5m/sέως 1,3m/s ενώ η πτώση πίεσης είναι περίπου 25Pa. Το συμπυκνωμένο ροκανίδι έρχεται σε πλάκες των 5 εκατοστών με βάρος 1,5 με 2 kg/m2.

• Δύσκαμπτα (Rigid-Media).

Τα δύσκαμπτα φίλτρα (PADs) είναι συνήθως από χαρτόνι, πλαστικό και ίνες γυαλιού, επεξεργασμένα για καλύτερη απορροφητικότητα. Το υλικό έχει διασταυρούμενες αυλακώσεις για μεγιστοποίηση της επιφάνειας εξάτμισης. Το σύνηθες πάχος που χρησιμοποιείται είναι 30 εκατοστά. Το υλικό έχει την επιθυμητή μικρή αντίσταση του αέρα που περνάει από την μάζα του, υψηλούς βαθμούς απόδοσης κορεσμού και αυτοκαθαριστικές ιδιότητες.Οι βαθμοί απόδοσης κορεσμού κυμαίνονται από 70% έως 95% ανάλογα το πάχος και την ταχύτητα του αέρα.

Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ψύξη με PADs είναι πολλοί και παρακάτω παρατίθενται οι σημαντικότεροι:

  • Επιφάνεια
  • Πάχος
  • Υλικό
  • Μέγεθος και γεωμετρία των κενών των PADs
  • Ταχύτητα και σχετική υγρασία του αέρα στην είσοδο
  • Παροχή του νερού
  • Αριθμός επιπέδων τωνPADs

Χρήσεις

Η αδιαβατική ψύξη έχει πολλά είδη εφαρμογών και τα κύρια είναι τα παρακάτω:

  • Μηχανήματα άμεσης αδιαβατικής ψύξης, όπου ο αέρας ψύχεται αποκλειστικά από την εξάτμιση του νερού και οδηγείται στο χώρο χρήσης. Αυτός ο τρόπος εξασφαλίζει οικονομική λειτουργία αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε θερμά και ξηρά κλίματα και επίσης ανεβάζει υψηλά την σχετική υγρασία.
  • Μηχανήματα έμμεσης αδιαβατικής ψύξης, όπου ο αέρας ψύχεται αποκλειστικά από την εξάτμιση του νερού και οδηγείται σε εναλλάκτη θερμότητας να κρυώσει μια δεύτερη παροχή αέρα η οποία και θα οδηγηθεί στο χώρο χρήση. Αυτός ο τρόπος είναι λιγότερο αποδοτικός και οικονομικός από τα άμεσης αδιαβατικής ψύξηςκαι μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε θερμά και ξηρά κλίματα αλλά ανεβάζει λιγότερο την σχετική υγρασία.
  • Σε Εξατμιστικούς Συμπυκνωτές. Χρησιμοποείται η εξατμιση του νερού για να χαμηλώσει την θερμοκρασία του αέρα που εισέρχεται στην συμπυκνωτή με αποτέλεσμα να μειώνεται η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ συμπύκνωσης και εξάτμισης του ψυκτικού κύκλου. Αυτό φυσικά αυξάνει την απόδοση και αποδοτικότητα του ψυκτικού κύκλου με αντίστοιχα οφέλη στην οικονομία και το περιβάλλον.

Συμπεράσματα

Η αδιαβατική ψύξη είναι ένας οικονομικός τρόπος ψύξης σε μεγάλο αριθμό εφαρμογών είτε ως αποκλειστική πηγή ψύξης είτε για πρόψυξη του αέρα άλλων συστημάτων. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε νέα και υφιστάμενα συστήματα ψύξης επιφέροντας εξοικονόμηση έως και 70%. Στα μειονεκτήματα συγκαταλέγονται η κατανάλωση νερού, η υψηλή σχετική υγρασία στην άμεση αδιαβατική ψύξη και η μείωση της αποδοτικότητας σε υγρά κλίματα. Επίσης θα πρέπει να μελετηθεί ο κίνδυνος λεγεωνέλλας στις εφαρμογές με ψεκασμό και όχι PADs.

Image by freepik.com