Охлаждение туманом

В этом разделе мы постараемся объяснить, как и почему система туманообразования охлаждает воздух. Рассмотрим основные принципы физики процесса, влияние различных факторов, как сделать систему охлаждения туманом более эффективной.

И так немного физики (не бойтесь, здесь не будет занудных формул и математических выкладок на несколько листов, только необходимые знания для понимания сути процесса).

Для начала вспомним основные агрегатные состояния вещества:

  1. Твердое
  2. Жидкое
  3. Газообразное
  4. Плазма

Нас интересуют второе и третье, а именно переход от жидкого состояния к газообразному, попросту говоря испарение. Любой фазовый переход от низкого агрегатного состояния к более высокому происходит с поглощением энергии т.е. для того чтобы вода испарилась ей нужно сообщить необходимое количество энергии, для осуществления фазового перехода, в нашем случае нагреть. Таким образом мы подошли к сути работы системы туманообразования, как охлаждающей системы. Весь смысл в том, что вода должна испарится. Не осесть, впитаться или остаться в виде капельно-воздушной взвеси, а именно испариться. Поскольку коэффициент теплоемкости фазового перехода воды очень высок, это создает как положительный, так и отрицательный момент для создания охлаждающих систем на основе испарения воды. Испарить воду быстро, а именно этого мы и добиваемся, достаточно сложно, из-за относительно невысокой температуры окружающей среды (значительно ниже температуры кипения воды.) Поэтому нам для получения необходимого эффекта нужно создать такие условия при которых вода сможет максимально быстро испариться. Но если мы добились, испарения снижение температуры окружающего воздуха будет значительным.

Но что кроме температуры влияет на процесс испарения воды? Самый важный фактор относительная влажность воздуха, чем выше этот показатель, тем хуже будет испаряться вода. Чем больше насыщение воздуха водяными парами, тем хуже процесс испарения, воде просто некуда испаряться, именно поэтому, невзирая на высокую температуру, системы туманообразования малоэффективны в замкнутых помещениях с низким воздухообменом. Также важен фактор запыленности, на первый взгляд возникает вопрос как пыль влияет на испарение воды? Ответ очень прост. Чем больше воды поглотится при увлажнении пыли, тем меньше ее испарится и соответственно меньше энергии уйдет на процесс испарения, что приведет к меньшему охлаждению окружающего воздуха.

Вернемся к испарению.

Рассмотрим такой пример: возьмем чашку воды и поставим на стол в солнечный день, вода будет испаряться, но этот процесс займет значительное количество времени, а теперь такое же количество воды размажем тонким слоем по поверхности стола, вода испариться в значительной мере быстрей, почему так происходит? А происходит так потому, что над поверхностью воды образовалась прослойка воздуха уже насыщенная водяным паром, т.е. относительная влажность воздуха над поверхностью воды значительно увеличилась, и процесс испарения замедлился.
Так почему вода в стакане и вода разлитая на стол будут испаряться с разной скоростью. Потому что площадь соприкосновения воды с воздухом в стакане и площадь соприкосновения воды с воздухом в случае разлитой по столу отличается во много раз, а следовательно испарится воды за единицу времени может гораздо большее количество. Таким образом приходим к выводу что, чем больше площадь поверхности испарения, тем эффективней процесс.

Исходя из вышеизложенного приходим к выводу что, для того чтобы добиться эффективной системы туманного охлаждения,  нужно максимально увеличить поверхность испарения воды. Для этого воду измельчают в мелкодисперсную водяную пыль-«создают туман». Вода превращается в миллионы мельчайших шариков, которые всей своей поверхностью соприкасаются с воздухом, и соответственно суммарная поверхность испарения многократно увеличивается, что и вызывает эффект мгновенного испарения воды, за счет которого происходит охлаждение окружающего воздуха. Хочется подчеркнуть-чем меньше размер капель, тем выше коэффициент охлаждения туманообразующей системы. Оптимальный размер капли соответствует 7-15 мкм.

Подведем итоги:

Максимальная эффективность работы систем туманного охлаждения будет наблюдаться при максимальной температуре, невысокой относительной влажности воздуха и невысоким уровнем запыленности. Графики снижения температуры туманообразующей системой в зависимости от влажности и температуры воздуха приведены в диаграмме.