Čisté prostory – design (část 2) – Klimatizační systémy s nízkou vlhkostí

Zavedení nezávislého odvlhčovacího zařízení v čistých prostorách vybudovaných podle normy ISO 14644-1 je významným rozhodnutím ve vztahu ke spotřebě energie.  Před rozhodnutím o nejefektivnějším uspořádání by měl projektant zvážit následující skutečnosti: 

– Vymezení oblastí, které vyžadují nižší úroveň vlhkosti. Měla by být zvážena relativní vlhkost (RH) a rozsah teplot pro stanovení provozní “obálky” na psychometrickém grafu. Je “hnacím motorem” relativní vlhkost nebo obsah vlhkosti? 

– Vyžaduje nízkou relativní vlhkost celá výrobní místnost nebo proces, nebo ji lze lokalizovat? 

– Mohou být oblasti vyžadující nízkou relativní vlhkost shromážděny do souboru, který bude řešen specializovaným zařízením? 

– Může systém pracovat s recirkulací? Přidání HEPA filtru do recirkulační cesty bude ve většině případů opodstatněné z důvodu snížení zátěže přiváděného čerstvého vzduchu/odvlhčování. 

 

Venkovní letní podmínky (zejména vlhký teploměr) je třeba pečlivě zvážit ve vztahu ke “kritičnosti” teploty a relativní vlhkosti vzduchu v prostoru, např. zda má být zařízení dimenzováno tak, aby zvládlo všechny pravděpodobné vnější podmínky.   

Návrh by měl minimalizovat vnikání vzduchu s vysokým rosným bodem.  Mělo by se minimalizovat vedení potrubí pod podtlakem a systémy by měly být tlakově zkoušeny, aby se snížil únik indukčního vzduchu. 

Všechny klimatizované prostory ve výrobních prostorech budou navrženy tak, aby udržovaly návrhový rozdíl tlaku +15 Pa ( 0,06 “wg). Pokud by měl být prostor z důvodů ochrany proti znečištění pod tlakem, měla by být v jeho okolí vytvořena “nárazníková zóna” s nízkým tlakem. 

Pokud není konstrukce pečlivě provedena, mohou nastat rozsáhlé problémy s difuzí vodní páry stavební hmotou, avšak jakýkoli neúmyslný přenos by měl být minimalizován; to zahrnuje netěsnosti ze stavebních prvků kolem parotěsné fólie nebo bariéry, zejména mezi kanály a stavební hmotou, dveřmi, kanály atd.  

Aby se zmenšila velikost potřebného odvlhčovače, měl by být veškerý venkovní vzduch, kdykoli je to možné a ekonomicky odůvodnitelné, předem odvlhčen pomocí vysoce účinného chladicího výměníku. 

Měla by být také zahrnuta rezerva s vhodnou rezervou pro následující účely: 

– Otevírání dveří/poklopů. 

– Řízené úniky vzduchu dveřmi s ohledem na zařízení “v provozu”. 

– Odpařování z mokrých povrchů. 

– Uvolňování vlhkosti z výrobku nebo procesu. 

– Osoby, které se v budově nacházejí. 

Je třeba zvážit vznik statické elektřiny v systémech zásobujících prostory vyžadující relativní vlhkost nižší než 30 %, zejména tam, kde dochází k přenosu prášku a/nebo by mohla být přítomna rozpouštědla.

 

Systémy, které z technologických důvodů nebo pro jejichž funkci je v místnosti projektovaná relativní vlhkost 40 % nebo nižší při teplotě 21 °C nebo nižší. 

Systémy, které pracují při teplotě rosného bodu přívodního potrubí nižší než +5 °C. 

Systémy jiné než komerční chladírny, chladničky atd., u nichž hrozí riziko vzniku námrazy na chladicích spirálách. 

Systémy, ve kterých by se teplota rosného bodu chladicího výměníku pohybovala do 1,2 °C od teploty průtoku chladicí vody/glykolu nebo ve kterých se očekává pokles teploty průtoku vody/glykolu pod +0,5 °C. 

 

 

Chladicí vodní cívky 

 

Se sníženou teplotou chladicí vody/glykolu nebo přímou expanzí chladiva při vypařování. Tato metoda se používá ve většině obecných systémů HVAC, které vyžadují odvlhčování vzduchu, a je zřejmé, že čím nižší je teplota chladicího média, tím více vlhkosti se ze vzduchu uvolňuje.  Vzduch po odvlhčení se před dodáním do klimatizovaného prostoru znovu ohřeje, aby byly splněny požadavky na “citelné” teplo prostoru při nižších než normálních úrovních relativní vlhkosti.  Měla by se vyjasnit volba chladicího systému s chlazenou vodou/glykolem nebo s chladicím médiem DX; zejména například systémy DX obvykle pracují s mnohem nižšími teplotami v chladicí spirále, aby dosáhly stejné výstupní teploty jako chladicí voda/glykol, což vytváří riziko tvorby ledu na spirále. 

 

 

Vysoušecí odvlhčovače 

 

Zavedení odvlhčovacích systémů vysoušecího typu je významným závazkem ve vztahu ke spotřebě energie a tam, kde je to možné, by se mělo zvážit zpětné získávání tepla (např. na okruhu reaktivačního vzduchu).   

Existují dva typy vysoušecích odvlhčovačů:     

SUCHÝ TYP:  Typicky se jedná o průchod vzduchu přes rotující kolovou matrici obsahující buď silikagel, nebo chlorid lithný, který pohlcuje vlhkost.  Vlhkost se odstraňuje foukáním horkého vzduchu přes segment kola, čímž se vlhkost před vypuštěním do vnějšího prostředí odsaje.  Při opětovné aktivaci vzduchu je možné šetřit energií. Nejčastěji se používá suchý typ vysoušecího odvlhčovače a tento průvodce návrhem je napsán na základě tohoto typu. 

MOKRÝ TYP:  Je zajímavé poznamenat, že existuje “mokrý” typ odvlhčovače, který využívá kapalný vysoušecí prostředek, jímž vzduch prochází, aby odevzdal vlhkost.  Vlhkost se opět odvádí přidáním tepla do vzduchu, čímž se vlhkost uvolní do atmosféry.  Výhody mokrého systému je třeba posoudit na základě projektu.   

 

 

Latentní tepelné zisky u systémů Low-RH by se neměly podceňovat.  Je třeba počítat s provozním zhoršením systému, zejména se stárnutím a ztrátou vzduchotěsnosti. 

Měly by se použít meteorologické údaje zveřejněné CIBSE, ASHRAE nebo místní meteorologickou stanicí.  Pokud nejsou k dispozici údaje o počasí, které jsou sestaveny podle extrémních hodnot teploty suchého teploměru, je třeba s nimi zacházet opatrně, protože nejvyšší teploty rosného bodu se obvykle vyskytují 

při nižších teplotách suchého teploměru, než jsou maximální teploty. Mělo by se stanovit umístění zařízení ve vztahu ke zdrojům vody, aby se zajistilo, že se v návrhu zohlední “místní” podmínky vlhkého teploměru.  Pokud nejsou k dispozici spolehlivé informace, měla by být návrhová venkovní vlhkost vzduchu v g/kg (zrna/lb) stanovená na základě zveřejněných klimatických údajů zvýšena o 10 %. 

Průtoková kapacita procesního vzduchu odvlhčovače (odvlhčovačů) by měla být vhodně zvýšena, aby absorbovala vypočtené latentní tepelné zisky s ohledem na: 

– úniků vzduchu v potrubí 

– úniky vzduchu z odvlhčovače 

– konstrukce systému 

 

“Úniky vzduchu v potrubí” by neměly být zaměňovány s mírou úniku vzduchu zjištěnou při zkouškách potrubí. 

Všechny prvky systémů s nízkou relativní vlhkostí by měly splňovat minimálně třídu vzduchotěsnosti [AT:2].  To platí stejně pro potrubí, související vzduchotechnické jednotky a všechny součásti potrubí/systému. 

Únik vzduchu směrem ven by měl být kompenzován odpovídajícím zvýšením přívodu čerstvého vzduchu, který může být předem odvlhčen. 

Únikům vzduchu směrem dovnitř je třeba se vyhnout, protože tyto úniky jsou obvykle na úrovni vnější výpočtové vlhkosti.  

 

Je třeba počítat se čtyřmi následujícími způsoby úniku; směr a závažnost závisí na provozních tlacích: 

– vnitřní únik reaktivačního vzduchu před kolem. 

– vnitřní únik reaktivačního vzduchu za kolečkem. 

– únik z pláště před kolem. 

– únik z pláště za kolem. 

Konstrukce systému by měla zajistit, aby byl tlakový rozdíl mezi proudy procesního a reaktivačního vzduchu uvnitř jednotky odvlhčovače za všech provozních podmínek minimalizován. Mělo by se zabránit tlakovým rozdílům větším než 150 Pa (0,6 “wg).  Tlakové rozdíly mezi systémy procesního a reaktivačního vzduchu lze vytvořit následujícím způsobem: 

 

Výstup z odvlhčovače může být do systému obsahujícího HEPA filtry na svorkách.  Ventilátor v odvlhčovači by měl být schopen zvládnout požadavky na konstantní průtok vzduchu při zvyšujícím se tlaku HEPA filtru. Toto zvýšení tlaku v procesním systému vystaví těsnění kol většímu tlaku ve srovnání s reaktivačním systémem. 

– Pokud reaktivační systém odebírá vzduch z provozovny přes hrubý filtr, objem vzduchu se sníží, protože filtr se znečistí, a tlak na kolečku bude nižší, což tlakový rozdíl ještě zhorší. 

– Pokud je reaktivační vzduch odebírán z předem odvlhčeného přívodu vzduchu, bude kvalitně filtrován a zvýšený tlakový rozdíl nebude patrný. Procesní vzduch byl před vstupem do odvlhčovače filtrován na vysoké úrovni. Pokud je vzduch z odvlhčovače veden do technologické místnosti bez konečné filtrace, je třeba zvážit uvolňování částic z kola, zejména pokud není reaktivační vzduch dobře filtrován. V zásadě by měly být standardy filtrace reaktivačního vzduchu vysoké, pokud je vzduch veden do čisté místnosti bez koncové filtrace, a měl by být určen materiál “kola” ze silikagelu. 

Výběr zařízení by měl zohlednit všechny účinky úniku. Normální a abnormální provozní tlaky by měly být nastaveny tak, aby byly splněny následující podmínky: 

– Veškerý únik reaktivačního vzduchu do proudu procesního vzduchu by měl nastat dříve, než reaktivační vzduch projde kolečkem. 

– Veškerý únik procesního vzduchu do reaktivačního vzduchu by měl nastat dříve, než procesní vzduch projde kolem. 

– Psychrometrické vyhodnocení migrace vlhkosti a analýza průtoku vzduchu systémem by měly ukázat účinky těchto dvou proudů uniklého vzduchu. 

Ztráta výkonu s časem, způsobená stárnutím matrice odvlhčovače a zvýšeným vnitřním únikem, by měla být vyjasněna s výrobci a při výběru by měla být náležitě zohledněna. Tento příplatek by měl být jasně uveden v zadávací dokumentaci. 

Reaktivační vzduch by měl být předem filtrován alespoň na normu F9, aby se zabránilo kontaminaci kola.  Znečištění filtru by mělo být monitorováno, aby se zabránilo snížení průtoku vzduchu.  

Je třeba poznamenat, že výstup reaktivačního vzduchu by měl být pokud možno směrován ven. Teplota vzduchu by mohla být 100oc a měla by se zvážit koroze a odvod kondenzátu. 

Pokud je vzduch pro reaktivaci odebírán z hlavního klimatizačního systému, bude sice chladnější, ale také sušší. Specifika by měla být konzultována s výrobcem. 

Měla by se zvážit potřeba rozumné chladicí cívky na výstupu procesního vzduchu, která by odváděla teplo generované reaktivačním vzduchem před jeho vypouštěním do místnosti. 

Pokud je vyžadován nezávislý způsob odvodu latentního tepla, měl by být použit vysoušecí odvlhčovač s rotorem, který používá kolo impregnované silikagelem. 

 

 

Odvlhčovače by měly být uspořádány tak, aby pracovaly nepřetržitě. Řízení lze dosáhnout různými způsoby v závislosti na požadovaných podmínkách v místnosti.  Pro nepřetržitý provoz ventilátoru a přerušované odvlhčování by však měl být informován výrobce. 

Konečný výběr řídicího systému by měl být konzultován s výrobcem odvlhčovacího zařízení. Odvlhčovač může být sám o sobě na bypassu. Stupeň požadovaného odvlhčení v proudu procesního vzduchu lze řídit modulací množství procesního vzduchu obtékajícího odvlhčovač.  

Proud reaktivačního vzduchu by měl být modulován tak, aby bylo dosaženo konstantní teploty reaktivačního vzduchu mimo jednotku. Topná spirála dodávající reaktivační energii by měla být řízená, parní topná spirála s regulací zapnutí/vypnutí, která umožní vypnutí odvlhčovače.  Zdrojem tepla reaktivační spirály by měla být vysokoteplotní pára nebo HPHW.  Pokud je reaktivace prováděna pomocí elektrické topné spirály, neměl by být průtok reaktivačního vzduchu modulován pod 30 % jmenovitého průtoku vzduchu.  Během modulace průtoku vzduchu by měla být elektrická spirála modulována tak, aby byla zajištěna konstantní teplota vzduchu mimo spirálu v rozmezí 120-150 °C, přičemž průtok vzduchu by měl být modulován tak, aby bylo dosaženo jmenovité teploty reaktivačního vzduchu mimo jednotku.  Když se průtok vzduchu sníží na 30 %, elektrická cívka se moduluje (nebo stupňuje), aby se dosáhlo této teploty reaktivačního vzduchu mimo jednotku.