Прежде чем перейти к практическому использованию увлажнителя воздуха в качестве кондиционера для охлаждения помещения, давайте рассмотрим теоретические основы этого процесса.
Согласно законам физики, при испарении вода забирает тепло из жидкости. Это происходит потому, что наиболее быстрые молекулы воды (то есть горячие) покидают жидкость, и оставшаяся жидкость охлаждается. При этом эти «горячие» молекулы теряют энергию на отрыв от поверхности жидкости, поэтому испарившаяся вода не нагревается. То есть, итоговым результатом является охлаждение общей массы пар + жидкость.
Закон сохранения энергии в этом процессе не нарушается: кинетическая энергия молекул превращается в потенциальную энергию пара, которая может быть выделена при конденсации пара на какой-либо поверхности.
Для воды энергия, необходимая для превращения её в пар, невероятно велика и составляет 2,44 мегаджоуля на килограмм при температуре 25 градусов!
Было бы неразумно не использовать этот физический принцип для охлаждения помещения в жаркий день.
Однако насколько значительным будет эффект охлаждения по сравнению с обычным кондиционером?
Поскольку наши чувства часто могут нас обманывать, не стоит полагаться на них, лучше провести научный расчёт.
Расчёт эквивалентной мощности охлаждения при применении увлажнителя в качестве кондиционера
Современный ультразвуковой увлажнитель - это сложное электронное устройство, дающее холодный (!) пар, который на самом деле - не пар, а туман. После выхода из "носика" увлажнителя микроскопические частицы воды в этом тумане, действительно, превращаются в пар.
В "навороченных" моделях увлажнителей используется микропроцессорное управление, благодаря чему прибор осуществляет и другие сопутствующие функции: измерение влажности окружающего воздуха, таймер и др.
Методика расчёта заключается в следующем:
- Определить количество тепла, которое выделяется при испарении воды за один час (исходя из производительности увлажнителя).
- Пересчитать это количество тепла в мощность (разделив на количество секунд в часе).
- Вычесть из полученной мощности мощность, потребляемую увлажнителем из сети (так как она не охлаждает воздух, а нагревает его).
Затем необходимо сравнить полученную мощность охлаждения с мощностью "ходовых" кондиционеров для помещений средних размеров. Это позволит определить, насколько увлажнитель может быть эффективен в сравнении с кондиционером — существенно или незначительно.
В качестве примера рассмотрим увлажнитель Boneco 7135, который изображён на первом фото в статье. В настоящее время он снят с производства, но на рынке представлено множество других моделей.
Вперёд, к расчёту!
- Оцениваем производительность увлажнителя. Согласно техническим характеристикам, она составляет для участника эксперимента от 400 до 550 граммов в час. Однако, учитывая склонность производителей техники к завышению характеристик, для расчётов будем использовать нижнюю границу — 400 граммов в час. Вряд ли мы ошибёмся.
- Теплота образования пара за час составляет 0,4 килограмма, умноженные на 2440000 Дж/кг, что равно 976000 Дж.
- Определяем эквивалентную мощность охлаждения, разделив теплоту образования пара за час на количество секунд в часе: 976000 Дж / 3600 с = 271,1 Вт.
- Измеряем мощность, потребляемую увлажнителем, с помощью ваттметра. Она составила 38 Вт.
- Вычитаем из мощности охлаждения потребляемую мощность и получаем реальную эффективную мощность охлаждения в 233 Вт.
- Сравниваем полученную мощность охлаждения с мощностью охлаждения кондиционеров для комнат средней площади. Для большинства моделей она составляет 2 кВт.
- Рассчитываем, что мощность охлаждения увлажнителя составляет 11,6% от мощности охлаждения кондиционера.
Итак, эффективность увлажнителя составляет примерно 12% от эффективности типового кондиционера. Это значит, что по производству холода увлажнитель примерно в 8-9 раз слабее кондиционера. Это немного, но и пренебрегать такой величиной тоже нельзя. Польза от увлажнителя есть!
Тепловой снимок подтверждает, что из «носика» увлажнителя действительно идёт поток прохладного воздуха:
Исследование температуры в потоке пара, выходящего из увлажнителя, выявило, что она на 5 градусов ниже, чем температура воздуха в помещении. Вероятно, результат был бы более заметным, если бы в резервуар с водой в увлажнителе были добавлены кубики льда из морозильной камеры. Однако этот эффект был бы кратковременным — лишь до тех пор, пока лёд не растает.
В следующем разделе мы рассмотрим, почему не всегда целесообразно использовать увлажнитель вместо кондиционера.
Почему не всегда можно применять увлажнитель воздуха для охлаждения помещения?
Давайте рассмотрим этот вопрос с точки зрения биологии.
Для твёрдых предметов влажность воздуха не имеет значения. Температура твёрдых тел в установившемся режиме соответствует температуре окружающей среды.
Однако человек и домашние животные — это не твёрдые тела, а жидкости (в особенности это относится к котам, но это уже другая тема)! Мы состоим примерно на 70% из воды, и водный обмен необходим для нашего функционирования. В том числе и потообразование участвует в регуляции температуры тела.
Когда становится жарко, потоотделение усиливается, что увеличивает испарение с поверхности тела и охлаждает его (аналогично тому, как работает увлажнитель воздуха, о котором мы говорим в этой статье).
Но есть нюанс! Испарение воды (в данном случае пота) происходит быстрее, когда воздух вокруг сухой (это закон физики).
Метеорологи даже ввели понятие «ощущаемая температура воздуха». Чем выше влажность воздуха, тем выше и ощущаемая температура. В интернете есть даже калькулятор «ощущаемой» температуры, который учитывает t` зависимость от влажности.
И вот здесь мы вспоминаем, что увлажнитель воздуха не только охлаждает воздух в помещении, но и выполняет свою основную функцию — увлажняет его!
И эта его работа может иметь обратный эффект — повышать ощущаемую температуру.
В большинстве источников оптимальная влажность для человека указывается в диапазоне 40–60%. Если в результате работы увлажнителя влажность превысит 60%, то его работа увлажнителя-кондиционера станет бесполезной: охлаждение воздуха будет снижать ощущаемую температуру, а повышение влажности — увеличивать её.
Повышение влажности может вызвать дискомфорт: даже небольшая физическая активность будет приводить к обильному потоотделению, которое не будет испаряться, а будет растекаться по телу. Нужно ли нам это?!
Вывод: при использовании увлажнителя воздуха в качестве кондиционера необходимо контролировать уровень влажности в помещении. При высокой влажности такой способ охлаждения не подходит.
Лучшее время для использования увлажнителя — это вечернее или ночное проветривание помещения. В этом случае образовавшаяся дополнительная влажность будет выходить наружу, а помещение будет охлаждаться двумя способами сразу: за счёт притока прохладного воздуха с улицы и за счёт работы увлажнителя.
Итоги и выводы
В условиях низкой и средней влажности в помещении увлажнитель может выполнять функцию кондиционера. Однако его эффективность будет значительно ниже, чем у условного типового кондиционера. Тем не менее, в жаркую погоду даже такой результат может быть полезен.
Если влажность воздуха высокая, то использование увлажнителя в качестве кондиционера не имеет смысла, так как ощущение духоты не исчезнет. Также нет необходимости включать несколько увлажнителей одновременно, поскольку они быстро повысят влажность воздуха, что может привести к нежелательным последствиям, особенно в небольших или плохо проветриваемых помещениях.
Кстати, в продаже есть даже серийно выпускаемые комбинированные аппараты "вентилятор - кондиционер - увлажнитель воздуха", основанные на рассмотренном способе охлаждения; например, этот или этот . Реклама. ООО «Яндекс Маркет», ИНН 9704254424.
Но производительность этих аппаратов в разы ниже, чем у увлажнителей, подобных рассмотренному здесь в качестве примера. Так что они подойдут только для создания персонального микроклимата вблизи пользователя; а для охлаждения всего помещения в целом не подойдут.
Всем спасибо за внимание!
Дополнительно - статья: Охлаждение без кондиционера в помещении (о других способах охлаждения в помещении без применения кондиционера)
Перейти на Главную страницу Smartpuls.ru