Охлаждение испарением: мифы и факты.

Существует ряд заблуждений касательно принципа работы охлаждающих панелей, которые могут повлечь за собой перегрев птицы, а также сократить срок службы панелей. К наиболее распространенными заблуждениям относятся:

• «Максимальная производительность панели достигается непосредственно перед высыханием»
• «Перенасыщение панели водой, снижает ее производительность»
• «Десятиминутные интервалы в работе охлаждающей панели помогают увеличить производительность»

В основе всех заблуждений касательно работы охлаждающих панелей лежит неправильное понимание того, как охлаждающая панель испарением понижает температуру воздуха, проходящего в птичник в условиях высокой внешней температуры. Правильное понимание того, что происходит с горячим воздухом, когда он проходит сквозь влажную панель, позволит более эффективно использовать систему охлаждения.

График на рисунке 1 отображает температуру и относительную влажность входящего воздуха до того, как к стандартной шести дюймовой системе панелей охлаждения была добавлена вода. Перед добавлением к системе воды температура воздуха была 33,3 С°, относительная влажность воздуха 40%.

В 13:23 были включены циркуляционные насосы охлаждающей системы, в результате чего наблюдалось резкое падение температуры в птичнике и повышение показателя относительной влажности. Уже после пятнадцати минут работы системы температура входящего воздуха снижается на 6,5 С°, в то время как относительная влажность увеличивается на 30%.

На графике 2 выстраиваются линейные отношения между охлаждением, производным системой, и повышением относительной влажности. Это объясняется испарением воды с поверхности охлаждающих панелей, что и снижает температуру воздуха. На каждые 4 литра воды, испарившихся в результате работы системы и попавшей во входящий воздух, приходится около 8967,5 кДж теплоты (температура воздуха), которая превращается в потенциальную теплоту (влажность воздуха). Изменение удельной теплоты влечет за собой понижение температуры воздуха, но соответствующее увеличение потенциальной теплоты повышает относительную влажность воздуха. Истинная температура воды не имеет значительного влияния на процесс охлаждения.

Рисунок 2.Зависимость температуры от относительной влажности воздуха.

Рисунок 3.Охлаждение и влажность панели в увлажненном состоянии.

Хотя, процесс охлаждения начинается как только запускается циркуляция воды, максимальный охладительный эффект не достигается до тех пор, пока пластины полностью не станут влажными, что обычно занимает 10 или 15 минут, в зависимости от типа панели и количества воды в циркуляции. В процессе насыщения влагой бумажная панель подобна губке, которая впитывает в себя значительное количество воды, циркулирующей в системе. Например, новая 1,5х0,3х0,15 панель в сухом состояниии весит почти 1,13кг. Во влажном состоянии вес панели будет составлять 3,4кг. Таким образом, в расчете на 12,2х152,4 здание две системы охлаждения с панелями 18,3х1,5, способны удерживать свыше 265 литров воды. Так, даже если циркуляционные насосы выключены, 265 литров воды все еще удерживается в пластинах, которые способны охладить значительное количество горячего воздуха. Допустим, внешняя температура 32,2 С°, и относительная влажность 40% показано на рисунке 1, вода будет испаряться с охлаждающей системы (36,6х1,5х1,8) со скоростью около 19 литров в минуту. Это значит, что даже после отключения циркуляционных насосов, пластины технически способны поддерживать прежний уровень охлаждения на протяжении 15 минут. Конечно, после отключения циркуляции в системе, уровень охлаждения не может быть постоянным. По мере того, как пластины высыхают, охлаждение входящего воздуха постепенно снижается, так происходит до тех пор, пока пластины не высохнут и система перестает работать. Процесс показан на рисунке 3. Несмотря на то, что система циркуляции была отключена в 13:38 существенных изменений в производительности пластин не наблюдалось в течение пяти минут. С высыханием пластин интенсивность охлаждения постепенно снижалась до тех пор, пока пластины не стали совершенно сухими. Данный процесс занял 30 минут с момента отключения системы циркуляции воды.

На рисунке 1 также можно заметить, что циркуляция воды сквозь пластины была приостановлена в 13.38, что никак не повлияло на интенсивность охлаждения. По сути, циркуляция воды в пластинах не оказывает отрицательного воздействия на производительность пластин, а так же не оказывает влияния на объемы воздуха, проходящего через вентиляторы. Статическое давление было измерено до включения циркуляции воды и после завершения работы системы, но показатель остался неизменным.Таким образом, мы пришли к выводу, что циркуляция воды через пластины не влияет на работу вентиляторов и не сказывается на прохождении воздуха в птичник. Значительные изменения статического давления после приостановки циркуляции воды являются показателем того, что пластины нуждаются в очистке. В некоторых случаях скопление влаги и пыли на пластинах в условиях повышенной влажности может привести к засорению и забиванию пластин, что станет препятствием для прохождения воздуха в птичник. Решению данной проблемы может помочь простая очистка пластин, а так же установление интервалов в работе системы. Важно помнить, что высокий напор воды, который проходит сквозь пластины, наряду с тем, что интенсивно увлажняет пластины, помогает сохранить их чистоту.

Следует отметить, циркуляция воды в пластинах не ведет к перенасыщению воздуха влагой. В независимости от того, была включена циркуляция воды (13:36) или нет (13:40), влажные пластины давали неизменное охлаждение и уровень относительной влажности (рисунок 1).

Рисунок 4.Давление воды на панель в течение 2-х минут.

На рисунке 4 наглядно изображено, что происходит, когда циркуляция воды в пластинах включается только на непродолжительный период времени или с интервалами в 10 минут. Насосы были включены в 14:10 и выключены в 14:12. Даже после отключения циркуляционных насосов, температура входящего воздуха продолжает опускаться в течение трех минут. Это происходит благодаря тому, что после отключения насосов вода продолжает просачиваться из глубины пластины, тем самым, поддерживая влажность пластины и уровень охлаждения. Однако, если пластины недостаточно увлажнены показатель увлажнения и относительной влажности снижается (рисунок1). Подобное же явление можно наблюдать на рисунке 5. Процесс охлаждения можно наблюдать и после выключения циркуляционных насосов, однако в целом количество прохладного воздуха в птичнике снижается. Оба графика показывают, что снижение охлаждения вызывает снижение относительной влажности. Чем выше показатель охлаждения, тем выше относительная влажность. Чем меньше охлаждение, тем ниже относительная влажность. Невозможно увеличить показатель охлаждения и при этом снизить относительную влажность при использовании данной системы охлаждения, потому что именно повышение относительной влажности (поступление влаги в воздух) приводит к охлаждению.

Рисунок 5.Работа циркуляционных насосов в течение 2-х минут.

Использование интервалов в работе системы не всегда приводит к снижению охлаждения. Когда охлаждающая система на протяжении длительного периода времени работает с интервалами в десять минут, то полное высыхание панелей не достигается ( в зависимости от климата для высыхания панели требуется от 20 до 30 минут). Таким образом, даже если после первого цикла панель остается частично сухая, то после второго, третьего цикла панель намокает полностью. Это говорит о том, что циркуляционный насос работает уже в течение двух минут. В итоге, интервалы в работе системы не сказываются на производительности. Но что же происходит в том случае, если время работы системы между интервалами недостаточное, размеры циркуляционного насоса слишком малы, или внешний климат слишком жаркий и сухой и включение таймера значительно повлияет на процесс охлаждения. Более того, отсутствие постоянной циркуляции в пластинах способствует их загрязнению, что в дальнейшем снизит пропускную способность вентиляторов, создаст трудности с прохождением воздуха в птичник, а так же сократит срок службы панелей.

Существует мнение, что пластины обладают наибольшей производительностью перед началом процесса высыхания, а не во время циркуляции воды. Это мнение частично основывается на том, высыхание пластин происходит медленно с внешней поверхности к внутренней. Так, даже если на поверхности пластины заметны следы высыхания, 95% или более пластины все еще остается влажной, и дает тоже охлаждение, что и во время циркуляции воды. Необходимо учитывать так же и то, что температура продолжает падать и после выключения циркуляционных насосов, а максимум производительности системы будет достигнут при первых признаках высыхания (рисунок 5, 14:50). Но это относится только к тем случаем, когда система работает с интервалами. Если же интервалов в работе системы нет и пластины постоянно остаются влажными, то производительность значительно повышается (рисунок 1, 1:40).

Рисунок 6.Тепловизионные снимки испарений охлаждающих панелей.

Снимки на рисунке 6 были сделаны в период времени, отображенный на рисунке 1. В 13:32 циркуляционный насос включен и температура поверхности пластины составляет 21,4 С°, (температура по влажному термометру). В 13:42, спустя четыре минуты после отключения циркуляционного насоса, на поверхности пластины появляются следы высыхания (рисунок 6). Несмотря на то, что температура поверхности пластины возрастает до 26,7 С°, температура входящего воздуха не изменилась по сравнению с 13:32, когда была включена циркуляция (рисунок 1). Таким образом, даже если на поверхности пластины начинают появляться следы высыхания, охлаждение, производимое пластиной, не уменьшается благодаря тому, что большая часть пластины все еще остается влажной.

По сути дела, работа охлаждающих пластин с интервалами имеет ряд преимуществ только в том случае, если система призвана поддерживать климат в птичнике в жаркую погоду. Если цикл таймера очень короткий и пластина остается влажной на протяжении всего цикла, то охлаждение, влажность и объем испаряемой воды останутся на том же уровне, что и при постоянной циркуляции. С другой стороны, отсутствие постоянной циркуляции в пластинах приведет к загрязнению поверхности пластины, что значительно сокращает срок службы пластины, а так же препятствует поступлению воздуха в птичник. Важно понимать, каждый раз, когда пластина высыхает или только начинает высыхать, все загрязнения концентрируются в воде. Чем выше концентрация загрязнений, тем более они разрушительны для пластины. Таким образом, каждый цикл сокращает срок службы панели. Именно по этой причине производители панелей не дают гарантий на работу системы охлаждения в режиме таймера. Результатом работы длительными циклами, когда пластины полностью или частично высыхают, является высокая температура воздуха в птичнике. Наконец, если вы хотите добиться максимального срока службы панелей и эффективного снижения температуры, испаряющие охлаждающие пластины должны постоянно функционировать в условия достаточно высокой внешней температуры.