Система туманообразования применяется для охлаждения террас, веранд, беседок и открытых площадок ресторанов и кафе.
Данная система создаёт эффект искусственного тумана за счёт распыления воды под высоким давлением через специальные форсунки. Воздух охлаждается за счёт затраты своей внутренней энергии на испарение воды.
Рассмотрим каким образом система туманообразования может уменьшить негативное воздействие жары на посетителей летнего кафе в один из московских июльский дней.
Данные Яндекс.Погода:
Температура воздуха +35 С, относительная влажность 28%, 25 С - это температура воды в непонятно каком водоёме.
Приблизительно определим необходимый расход воды на охлаждение воздуха. Уменьшение температуры воздуха рассчитывается по формуле:
dt = Q / c_в, где
dt - снижение температуры воздуха, С; Q - количество затраченной воздухом удельной внутренней энергии на испарение воды, Дж/кг; c_в - удельная теплоёмкость воздуха, Дж/кг/С.
Для испарения 1 кг воды нужно затратить около 2500 кДж теплоты (внутренней энергии) воздуха, 1 грамма воды - 2,5 кДж. Приняв c_в = 1,0 кДж/кг/С получим, что при испарении 1 грамма воды 1 кг воздуха охлаждается на 2,5 градуса.
Примем, что 1 кг воздуха при нормальном атмосферном давлении занимает объём 1,2 м3. Летнее кафе с размерами 10х4х3 метров заключает в себе объём 120 м3.
Для охлаждения воздуха внутри кафе на 10 градусов (4 раза по 2,5) нужно равномерно по его объёму распылить 4 * 120 / 1,2 = 400 грамм воды.
При скорости воздушных масс вдоль кафе, например 2 м/с (скорость ветра в прогнозе Яндекс.Погода на рис. 2), охлаждённый объём воздуха полностью покинет кафе через 10 / 2 = 5 секунд, поэтому 400 грамм воды нужны распылять каждые 5 секунд и охлаждать требуемый объём воздуха следует перед кафе по ходу воздушных масс.
До какой минимальной температуры можно охладить воздух с помощью впрыска в его объём мелких капель воды? До температуры мокрого термометра, в нашем случае до 21 C [см. 1], при этом расход воды составит 5,7 г на кг сухого воздуха. Охлаждённый до 21 С воздух будет иметь относительную влажность 100%, т.е. в воздух будет насыщен влагой на 100% и больше принять её в себя не сможет. Дополнительное распыление воды не приведёт к её испарению, а значит охлаждению воздуха, - вода в пар не превратится и останется водой вне зависимости от размера распыляемых капель.
В теории идея охлаждать воздух пространства кафе с помощью распыления в нём мелких капель воды с последующим её испарением выглядит разумной, но эффективность практической реализации этой идеи в городских условиях вызывает большие сомнения.
Чтобы вода не попадала на посетителей, распыление воды производится в сторону от пространства кафе. Плотность охлаждённого воздуха выше плотности окружающего воздуха, поэтому холодный воздух будет опускаться вниз. Нет такой силы (кроме случайных порывов ветра), которая может заставить более холодный воздух снаружи кафе двигаться в направлении кафе, а не растекаться по открытому пространству, где он не испытывает никаких препятствий (в виде крыши кафе и стены прилегающего здания) для вытеснения тёплого воздуха.
Также потки воздушных масс обычно движутся вдоль улиц, поэтому основная масса охлаждённого воздуха уносится вниз (по направлению ветра) по улице вдоль кафе.
Единственный способ заставить охлаждённый снаружи кафе воздух поступать внутрь кафе - это установить крышный вентилятор, который будет забирать воздух из пространства под крышей и выбрасывать его наружу, тем самым создавая под крышей зону низкого давления, к которой будет направляться холодный воздух с периметра. Но вентилятор шумит и мешает посетителям.
Таким образом система туманообразования, установленная по периметру крыши открытого городского кафе или ресторана - это не система для создания комфортных условий для посетителей, а наружная реклама, утверждающая, что заведение заботится о комфорте посетителей.
Ссылки
1. Адиабатическое охлаждение воздуха