ОХОЛОДЖЕННЯ ТУМАНОМ

У цьому розділі ми спробуємо пояснити, як і чому система туманоутворення охолоджує повітря. Розглянемо основні принципи фізики процесу, вплив різних факторів, як зробити систему охолодження туманом ефективнішою.

І так трохи фізики (не бійтеся, тут не буде занудних формул та математичних викладок на кілька аркушів, лише необхідні знання для розуміння суті процесу).

Для початку згадаємо основні агрегатні стани речовини:

Тверде

Рідке

Газоподібне

Плазма

Нас цікавлять друге та третє, а саме перехід від рідкого стану до газоподібного, просто кажучи випаровування. Будь-який фазовий перехід від низького агрегатного стану до вищого відбувається із поглинанням енергії тобто. щоб вода випарувалася їй потрібно повідомити необхідну кількість енергії, для здійснення фазового переходу, в нашому випадку нагріти. Таким чином ми підійшли до суті роботи системи туманоутворення, як системи охолодження. Весь сенс у тому, що вода має випаруватися. Не осісти, вбратися або залишитися у вигляді крапельно-повітряної суспензії, а саме випаруватися. Оскільки коефіцієнт теплоємності фазового переходу води дуже високий, це створює як позитивний, так і негативний момент для створення систем охолодження на основі випаровування води. Випарувати воду швидко, а саме цього ми й добиваємося, досить складно, через відносно невисоку температуру навколишнього середовища (значно нижче за температуру кипіння води.) Тому нам для отримання необхідного ефекту потрібно створити такі умови за яких вода зможе максимально швидко випаруватися. Але якщо ми досягли, випаровування зниження температури навколишнього повітря буде значним.

Але що, крім температури, впливає на процес випаровування води? Найважливіший фактор щодо вологості повітря, чим вище цей показник, тим гірше випаровуватиметься вода. Чим більше насичення повітря водяною парою, тим гірше процес випаровування, воді просто нікуди випаровуватися, саме тому, незважаючи на високу температуру, системи туманоутворення малоефективні в замкнених приміщеннях з низьким повітрообміном. Також важливий фактор запилення, на перший погляд виникає питання, як пил впливає на випаровування води? Відповідь дуже проста. Чим більше води поглинеться при зволоженні пилу, тим менше його випарується і менше енергії піде на процес випаровування, що призведе до меншого охолодження навколишнього повітря.

Повернемося до випаровування.

Розглянемо такий приклад: візьмемо чашку води і поставимо на стіл у сонячний день, вода випаровуватиметься, але цей процес займе значну кількість часу, а тепер таку ж кількість води розмажемо тонким шаром по поверхні столу, вода випарується значною мірою швидше, чому так відбувається ? А відбувається тому, що над поверхнею води утворився прошарок повітря вже насичена водяною парою, тобто. відносна вологість повітря над поверхнею води значно збільшилася, і процес випаровування сповільнився.

Так чому вода в склянці і вода, розлита на стіл, випаровуватимуться з різною швидкістю. Тому що площа зіткнення води з повітрям у склянці і площа зіткнення води з повітрям у разі розлитої по столу відрізняється у багато разів, а отже, випарується води за одиницю часу може набагато більша кількість. Таким чином приходимо до висновку, що чим більша площа поверхні випаровування, тим ефективніший процес.

Виходячи з вищевикладеного приходимо до висновку, що для того, щоб досягти ефективної системи туманного охолодження, потрібно максимально збільшити поверхню випаровування води. Для цього воду подрібнюють у дрібнодисперсний водяний пил — «створюють туман». Вода перетворюється на мільйони дрібних кульок, які всією своєю поверхнею стикаються з повітрям, і відповідно сумарна поверхня випаровування багаторазово збільшується, що викликає ефект миттєвого випаровування води, за рахунок якого відбувається охолодження навколишнього повітря. Хочеться підкреслити чим менше розмір крапель, тим вище коефіцієнт охолодження туманоутворюючої системи. Оптимальний розмір краплі відповідає 7-15 мкм.

Підведемо підсумки:

Максимальна ефективність роботи систем туманного охолодження спостерігатиметься за максимальної температури, невисокої відносної вологості повітря та невисокого рівня запиленості. Графіки зниження температури туманоутворюючої системи залежно від вологості та температури повітря наведені в діаграмі.

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.