Испарительные воздухоохладители: эффективность, плюсы и минусы, риски, связанные с плесенью, и техническое обслуживание

Что такое испарительный воздухоохладитель и как он работает?

Испарительный воздухоохладитель, обычно называемый болотным охладителем, охлаждает воздух посредством термодинамического процесса испарения воды. Горячий сухой воздух прогоняется вентилятором через водонасыщенные охлаждающие подставки; Когда воздух проходит через влажную среду, молекулы воды поглощают тепло из воздушного потока и испаряются, понижая температуру воздуха перед его выбросом в помещение. Никакой хладагент, компрессор или конденсатор не задействованы — весь эффект охлаждения создается за счет скрытой теплоты испарения воды, которая поглощает примерно 2260 джоулей на грамм испаряемой воды.

Основными компонентами испарительного воздухоохладителя являются резервуар для воды, циркуляционный насос, который смачивает охлаждающие пластины, жесткая или целлюлозная охлаждающая среда (панели испарителя) и вентилятор, который втягивает окружающий воздух через пластины в помещение. В испарительном охладителе — наиболее распространенном типе жилых помещений — охлажденный увлажненный воздух доставляется непосредственно в жилое помещение. Косвенные и двухступенчатые испарительные охладители используют теплообменник для охлаждения приточного воздуха без добавления влаги, но они в основном используются в коммерческих и промышленных целях.

Теоретически максимально достижимое охлаждение определяется депрессия по влажному термометру - разность между температурой окружающей среды по сухому термометру и температурой по влажному термометру. В среде с температурой 38°C (100°F) и относительной влажностью 15% температура по влажному термометру составляет примерно 21°C (70°F), а это означает, что хорошо спроектированный испарительный охладитель теоретически может доставлять воздух прохладой до 21°C, то есть падение температуры на 17°C. На практике хорошо обслуживаемые жилые дома достигают 70–80 % от этого теоретического максимума, обеспечивая приточный воздух на 10–15 °C холоднее, чем окружающий воздух в идеальных условиях.

Есть Испарительные воздухоохладители Эффективно?

Испарительные охладители действительно эффективны, но только при правильных климатических условиях. Их эффективность напрямую и математически связана с относительной влажностью окружающей среды. Чем ниже влажность, тем больше депрессия по влажному термометру и тем больше охлаждения может обеспечить агрегат. В засушливом и полузасушливом климате — на юго-западе Америки, на Ближнем Востоке, в Северной Африке, во внутренних районах Австралии и на Тибетском нагорье — испарительные охладители очень эффективны и на протяжении нескольких поколений были доминирующей технологией охлаждения жилых помещений.

Полезное правило: Испарительные охладители хорошо работают, когда относительная влажность наружного воздуха постоянно ниже 50–60%. При относительной влажности 30–40 % качественный блок может снизить воспринимаемую температуру на 10–15°C и обеспечить настоящий тепловой комфорт. При относительной влажности 50–60 % охлаждение является незначительным — приточный воздух может быть всего на 3–5 °C холоднее окружающего воздуха, а дополнительная влажность компенсирует падение температуры с точки зрения воспринимаемого комфорта (измеряемого индексом тепла). При относительной влажности выше 70% разрежение по влажному термометру слишком мало для обеспечения значимого охлаждения, и устройство в основном работает как вентилятор с побочным эффектом увлажнения.

Эффективность также зависит от вентиляции. В отличие от кондиционеров, которые рециркулируют и охлаждают один и тот же герметичный воздух в помещении, испарительные охладители требуют откройте окна или вентиляционные отверстия, чтобы обеспечить выход увлажненного отработанного воздуха. . Без вентиляции в помещении быстро растет влажность, впадина по смоченному термометру на пластинах сужается, и эффективность охлаждения падает. Общая рекомендация — обеспечить от одного до двух квадратных футов площади открытых окон или вентиляционных отверстий на 1000 кубических футов в минуту более холодного воздушного потока.

Испарительный воздухоохладитель во влажном климате: что происходит

Использование охладителя прямого испарения во влажном климате — на побережье Мексиканского залива, на юго-востоке США, в большей части Юго-Восточной Азии, прибрежном Китае или экваториальной Африке — практически не обеспечивает охлаждения и активно увеличивает дискомфорт в помещении. Физика проста: когда относительная влажность окружающей среды уже составляет 70–85%, воздух, приближающийся к охлаждающим подставкам, близок к насыщению. Дополнительное испарение происходит незначительно, поэтому скрытый теплообмен минимален, а температура приточного воздуха едва падает ниже температуры окружающей среды. Компонент вентилятора обеспечивает скромный комфорт движения воздуха, но конечным эффектом является немного более прохладная и заметно более влажная среда в помещении, что повышает индекс тепла, а не снижает его.

Помимо комфорта, эксплуатация испарительного охладителя в условиях высокой влажности создает материальные проблемы внутри здания. Устойчивая относительная влажность в помещении выше 65–70 % способствует размножению пылевых клещей, образованию конденсата на прохладных поверхностях и биологическому росту на пористых материалах — последствия, о которых говорится в разделе о плесени ниже. Для влажного климата подходящей технологией охлаждения является обычный кондиционер на основе хладагента или тепловой насос — он осушает по мере охлаждения, одновременно снижая как температуру, так и влажность.

Вызывают ли болотные охладители плесень?

Болотные охладители могут способствовать росту плесени, но это зависит от климата, практики технического обслуживания и условий строительства, а не от самой технологии. Путь риска прост: испарительные охладители повышают влажность воздуха в помещении. Если эта влажность постоянно повышает относительную влажность в помещении выше 65% и если эта влажность контактирует с пористыми поверхностями (гипсокартон, деревянный каркас, ковер, изоляция), споры плесени, которые всегда присутствуют в воздухе помещения, имеют условия для прорастания и роста.

В сухом климате, где предназначены для работы испарительные охладители, добавленная влажность в помещении обычно остается в пределах приемлемого диапазона (45–60 %), поскольку сухой наружный воздух поглощает влагу и выводится наружу. Риск повышается в трех конкретных сценариях:

• Эксплуатация во влажных условиях: Использование болотного охладителя, когда относительная влажность на открытом воздухе уже высока, приводит к увеличению влажности, что приводит к быстрому повышению влажности в помещении значительно выше безопасного уровня.
• Недостаточная вентиляция: Закрытие окон во время работы холодильника задерживает влажный воздух в помещении. Без воздухообмена влага накапливается независимо от внешних условий.
• Плохое обслуживание кулера: Застойная вода в резервуаре, грязные или поврежденные охлаждающие подставки, а также минеральная накипь на внутренних поверхностях создают условия для роста бактерий и плесени внутри самого устройства. Затем охладитель рассеивает споры плесени и бактерии вместе с охлажденным воздухом — это прямая проблема с качеством воздуха в помещении, независимая от вопроса влажности.

Профилактическое обслуживание в значительной степени устраняет риск образования плесени в устройстве: еженедельно сливайте воду и очищайте резервуар во время активного использования, заменяйте охлаждающие подушки в начале каждого сезона (или каждые 1–3 года для подушек из жесткого материала) и запускайте вентилятор без насоса на 30–60 минут в конце каждого дня, чтобы высушить подушки перед выключением. Также доступны антимикробные обработки подушечек и добавки для резервуаров, которые уменьшают биологический рост между циклами очистки.

Плюсы и минусы болотного охладителя

Испарительные охладители занимают особую нишу на рынке холодильного оборудования. Их преимущества существенны в правильном контексте; их ограничения одинаково значительны и в неправильном.

Преимущества

• Энергоэффективность: Испарительные охладители потребляют на 75–90% меньше электроэнергии, чем кондиционеры на основе хладагента сопоставимой холодопроизводительности. Болотный охладитель для всего дома производительностью 5000 кубических футов в минуту обычно потребляет 300–600 Вт; центральный кондиционер эквивалентной мощности потребляет 3000–5000 Вт. Для домохозяйств в засушливом климате, использующих охлаждение 4–6 месяцев в году, эта разница обеспечивает существенную экономию коммунальных услуг.
• Низкая стоимость покупки и установки: Приобретение и установка испарительных охладителей для жилых помещений обходится значительно дешевле, чем центральные системы кондиционирования. Блок для всего дома на крыше с установкой обычно стоит 1500–4000 долларов; Центральные системы кондиционирования с воздуховодами часто стоят 5 000–15 000 долларов и более.
• Без хладагента: Испарительные охладители не содержат гидрофторуглеродов (ГФУ) или других хладагентов — нет риска утечек, нет проблем с утилизацией хладагента и нет выхода из строя компрессора.
• Подача свежего воздуха: Поскольку испарительные охладители постоянно всасывают и циркулируют наружный воздух, они обеспечивают постоянную вентиляцию свежего воздуха — в отличие от герметичных систем кондиционирования, которые рециркулируют воздух в помещении. В хорошо вентилируемых помещениях это улучшает качество воздуха в помещении.
• Простое обслуживание: Основные исправные узлы — колодки, помпа, мотор, бачок — доступны и недороги. Большинство домовладельцев могут выполнять сезонное техническое обслуживание без профессионального обслуживания.

Недостатки

• Климатические характеристики: Эффективность резко падает с повышением влажности. В климате с влажным летом или даже в сухом климате в сезон муссонов мощность охлаждения может упасть почти до нуля в течение длительных периодов времени.
• Постоянное потребление воды: Испарительный охладитель для всего дома использует 3–15 галлонов воды в час в зависимости от размера и климата. В регионах с дефицитом воды это является важным фактором, учитывающим ресурсы наряду с экономией электроэнергии.
• Накипь в жесткой воде: В районах с водой с высоким содержанием минералов отложения кальция и магния накапливаются на подушках, компонентах насоса и распределительных трубках, что снижает эффективность охлаждения и требует более частой очистки или использования добавок для очистки воды.
• Требуются открытые окна: Необходимость вентиляции означает, что здание невозможно герметизировать, что является недостатком, когда качество наружного воздуха плохое (пылевые бури, дым от лесных пожаров, большое количество пыльцы) или когда безопасность вызывает беспокойство.
• Риск появления плесени и качества воздуха при плохом обслуживании: Как подробно описано выше, заброшенные агрегаты могут стать источниками спор плесени и бактерий в потоке приточного воздуха.

Типы испарительных охладителей и обслуживание

Охлаждающая подставка — среда испарителя, через которую проходит воздух и испаряется вода — является наиболее важным компонентом для производительности и качества воздуха. В жилых и коммерческих помещениях используются два основных типа:

Целлюлозные (осиновые) подушечки

Традиционные подушечки из осинового волокна недороги, обеспечивают хорошую эффективность испарения и их легко заменить. Их недостатками являются более короткий срок службы (обычно один сезон), подверженность плесени и размножению бактерий при неправильной сушке между использованиями, а также склонность к впитыванию минерального налета, что требует частой очистки. Подушки из осины являются распространенным выбором для недорогих портативных и оконных холодильников.

Подушечки из жесткой целлюлозы (соты)

Жесткие поперечно-рифленые целлюлозные наполнители, иногда называемые сотовыми подушечками, обеспечивают более высокую эффективность испарения (до 90% эффективности насыщения против 75–80% у осины), более длительный срок службы (3–5 лет) и лучшую устойчивость к биологическому росту благодаря обработанным поверхностным покрытиям. Они являются стандартом качества испарительных охладителей для всего дома и коммерческого использования. Они стоят дороже, но обеспечивают лучшее охлаждение и меньшую частоту технического обслуживания в течение всего срока службы. Жесткие подушечки по-прежнему следует ежегодно проверять на предмет образования накипи и биологического роста на поверхности подушечек и заменять при заметном снижении эффективности или появлении запаха.

График сезонного технического обслуживания

В начале каждого сезона охлаждения: осмотрите и при необходимости замените колодки, очистите резервуар и сетку насоса, проверьте водораспределительную трубку на наличие засоренных отверстий, смажьте подшипники двигателя вентилятора, если они не герметичны, и проверьте поплавковый клапан на правильность регулирования уровня воды. В течение сезона: еженедельно сливайте и промывайте резервуар, ежемесячно проверяйте подушечки на наличие накипи или слизи и в конце дня включите режим «только вентилятор» как минимум на 30 минут, чтобы высушить носитель. В конце сезона: полностью слейте воду из резервуара, снимите и сохраните или замените подушки, накройте устройство снаружи, чтобы предотвратить проникновение грызунов, и смажьте все движущиеся части перед хранением. Последовательная процедура технического обслуживания устраняет риски, связанные с плесенью и качеством воздуха, связанные с испарительными охладителями, и сохраняет эффективность охлаждения в течение нескольких сезонов.