Vzduchové zařízení absorbující vodu testované v pouštním klimatu

Nadměrná vlhkost je jednou z hlavních příčin poškození a destrukce budov, zejména v ruských podmínkách, kdy vlhké stěny pod vlivem nízkých teplot zamrzají, v důsledku čehož beton a cihlové zdivo podléhá praskání, což vede k předčasnému selhání konstrukcí. Ne tak katastrofální, ale přesto významné jsou důsledky nadměrné vlhkosti při skladování různých druhů materiálů a výrobků. Pro všechny materiály existuje stav, ve kterém jsou v rovnováze s prostředím. Kolísání vlhkosti je nejčastěji jediným nebo nejdůležitějším faktorem způsobujícím nestabilitu vlastností materiálu.

Níže uvádíme několik příkladů negativního dopadu vysoké vlhkosti:

• rezavé kovové výrobky;
• zapečené prášky a cukr;
• zkorodované spínače a kontakty;
• snížený elektrický odpor izolačních materiálů;
• plísně na textiliích a kožešinách;
• změkčené a zničené lepenkové krabice;
• ztráta barvy a vzhled skvrn na obalech a hotových výrobcích. Použitím účinných metod a prostředků boje s nadměrnou vlhkostí se dosáhne následujících výsledků:
• Trvanlivost se zvyšuje, protože je inhibován vývoj různých procesů, které způsobují zhoršení spotřebitelských vlastností;
• Stabilita obalového materiálu je zachována;
• Dosáhne se optimálního obsahu vlhkosti ve výrobku a zabrání se jeho koagulaci. Spolu s výše uvedeným je udržení požadované úrovně vlhkosti klíčovým faktorem pro zajištění řady technologických výrobních procesů. Tím se dosáhne následujícího:
• Původní vlastnosti aktivních složek v surovinách a polotovarech jsou zachovány;
• Snižuje růst bakterií;
• Snížené náklady na údržbu a prostoje tím, že se zabrání přilepení zpracovaných produktů na procesní zařízení a jejich ucpání;
• Odpadají kolísání kvality v důsledku změn vlhkosti nebo teploty.

Existují tři hlavní metody boje proti nadměrnému obsahu vlhkosti ve vzduchu uvnitř budov a konstrukcí.

Metoda je založena na fyzikální schopnosti teplého vzduchu pojmout více vodní páry než studeného vzduchu. Uvedený způsob je realizován pomocí ventilace s předohřevem čerstvého vzduchu. Schéma sušení vzduchu asimilační metodou je na obr. 1. Obr.

Tato metoda v řadě případů (bazény, sklepy, sklady, galvanovny atd.) není dostatečně účinná ze dvou důvodů:

1. Schopnost vzduchu absorbovat vodní páru je omezená a není konstantní, v závislosti na ročním období, teplotě a absolutní vlhkosti atmosférického vzduchu.
2. Uvažovaná metoda se vyznačuje zvýšenou spotřebou energie v důsledku přítomnosti nevratných ztrát citelného (vynaloženého na ohřev přiváděného vzduchu) a latentního (obsaženého ve vodní páře odváděné se vzduchem) tepla. Je třeba poznamenat, že latentní část tepla (entalpie), určená výparným teplem vody, tvoří významný podíl na celkových ztrátách. S každým kilogramem vlhkosti se ztratí 580 kcal (2,4 mJ).

Tato metoda je založena na sorpčních (vlhkostních) vlastnostech některých sorbentů. Sorbenty mají porézní kapilární strukturu s chemickou impregnací a extrahují vodní páru ze vzduchu. S nasycením sorbentu vlhkostí se účinnost sušení snižuje. Sorbent je proto nutné periodicky regenerovat, tedy odpařovat z něj vlhkost foukáním proudu horkého vzduchu. Schéma sušení vzduchem adsorpční metodou je na obr. 2. Obr.

Mezi nevýhody uvažovaného způsobu, stejně jako v předchozím případě, patří zvýšená spotřeba energie v důsledku přítomnosti nevratných ztrát citelného a latentního tepla. Nutno podotknout, že v tomto případě se relativně malé množství vzduchu v regeneračním rameni (cca 25–30 % množství vzduchu cirkulujícího v hlavním okruhu) ohřeje na výrazně vyšší teploty (cca 150 °C). Mezi nevýhody dále patří omezená životnost sorbentu, zejména v případě použití solí lithia, které podléhají vyplavování při odchylce od nominálních technologických provozních režimů. Praktičtější je použití silikagelu na sklolaminátovém nosiči. Princip činnosti adsorpčních sušiček vyráběných firmou HB COTES A/S (Dánsko) je na obr. 3. Obr.

Tato metoda je založena na principu kondenzace vodní páry obsažené ve vzduchu při jeho ochlazení pod rosný bod. Sušení vzduchu pomocí kondenzační metody je schematicky znázorněno na obr. 4.

Metoda je realizována na principu tepelného šoku vzniklého při provozu chladicího okruhu s výparníkem a kondenzátorem umístěným přímo za sebou. Princip činnosti kondenzačních sušiček vyráběných firmou DANTHERM A/S (Dánsko) je znázorněn na obr. 5. Obr.

Odvlhčovač kondenzačního typu se skládá z kompresorové chladicí jednotky používané k vytvoření chlazeného povrchu a ventilátoru, který dodává vzduchové hmoty na tento povrch, aby zajistil kontakt vlhkého vzduchu s ním. Vzduch, který prošel odvlhčovacím systémem, a tím ztratil určitou část vlhkosti, je opět přiváděn do místnosti a smíchán s tam přítomným vzduchem. Postupně tak klesá absolutní i relativní vlhkost vzduchu v místnosti. Charakteristickým znakem způsobu je skutečnost, že příslušné energetické přechody jsou prováděny v rámci uzavřeného konzervativního cyklu vytvořeného v obsluhovaných prostorách, uvnitř kterých probíhá recirkulační výměna vzduchu. Jednotlivými složkami tepelné bilance jsou regenerace energie v důsledku přeměny latentního tepla na citelné teplo při kondenzaci odebrané vlhkosti a dále přeměna elektrické a mechanické energie spojené s provozem kompresoru a ventilátorů na citelné teplo. V důsledku toho množství tepla vydávaného kondenzátorem převyšuje množství tepla odebraného ve výparníku. V důsledku toho se spolu s vysoušením vzduchu také zahřívá. V tomto případě je teplotní rozdíl na vstupu a výstupu sušičky do 35 °C.

Porovnání kondenzačních a sorpčních metod sušení vzduchu je na obr. 6. Obr.

Je pozoruhodné, že se zvyšující se teplotou vzduchu dochází u kondenzačních sušiček ke zvýšení odvodu vlhkosti na 1 kW spotřebované energie. U adsorpčních sušiček je tato závislost inverzní a méně výrazná ve srovnání s kondenzačními sušičkami. Navíc účinnost kondenzačních sušiček prudce klesá s klesající relativní vlhkostí, zatímco u adsorpčních sušiček je tato závislost mnohem slabší. Díky tomu je možné jednoznačně identifikovat oblasti přednostního použití každého z porovnávaných typů odvlhčovačů, jak je na obr. 6 vyznačeno stínováním. Z ekonomického hlediska je kondenzační metoda efektivnější než sorpční metoda při vysokých teplotách a relativní vlhkosti. Sorpční odvlhčovače jsou zároveň schopny udržet extrémně nízkou relativní vlhkost až do 2% při teplotách do 20°C. Použití sorpčních odvlhčovačů má své opodstatnění na kluzištích, v mlékárnách, vinných a pivních sklepech, chladicích tunelech, mrazírnách, skladech zeleniny apod. V bazénech, kde podle platných předpisů musí být teplota vody minimálně 26 °C a teplota vzduchu ji musí překročit o 12 °C, mají odvlhčovače kondenzačního typu výhody. Obdobná situace nastává při sušení řeziva, provádění kosmetických oprav prostor, v muzeích, posluchárnách, kotelnách, prádelnách a řadě dalších podobných zařízení.

INTECH je strojírenská společnost. Na našem zdroji air-ventilation.ru můžete zjistit potřebné informace a obdržet obchodní nabídku.

Inženýři testovali kovově-organické rámové zařízení v suchých podmínkách Arizony, které dokáže absorbovat vodu ze vzduchu pouze pomocí slunečního světla. Experimenty ukázaly, že zařízení dokáže shromáždit 250 mililitrů vody na kilogram aktivního materiálu za den, uvádí časopis. Nature Communications.

Mnoho regionů světa trpí trvalým nedostatkem pitné vody nebo sezónními suchy. Kvůli tomu musí jejich obyvatelé dovážet vodu z jiných regionů nebo ji získávat lokálně, přičemž vodu čistí pomocí drahých a energeticky náročných filtračních systémů. Jako alternativu k tomu inženýři navrhují sběr vody z atmosféry, například zmrazováním vzduchu. Ale takové systémy vyžadují vysokou úroveň vlhkosti vzduchu nebo vysoké náklady na energii, aby absorbovaly vodu ze suchého vzduchu.

V roce 2017 vytvořili inženýři z Massachusettského technologického institutu pod vedením Evelyn Wang zařízení, které dokáže absorbovat vlhkost ze vzduchu i v suchých klimatických podmínkách a využívat teplo ze slunce jako jediný zdroj energie. Nyní zařízení otestovali v podnebí, pro které bylo navrženo – ve vyprahlé poušti Arizony.

Pohlcovač vlhkosti je navržen zcela jednoduše a neobsahuje jedinou mechanickou část. Jedná se o komoru s adsorpční deskou umístěnou v horní části. Jedná se o vysoce porézní měděný plech s kovově organickou kostrou MOF-801 uloženou na vnitřních strukturách. Vědci zvolili tuto sloučeninu kvůli její vysoké schopnosti absorbovat vodu. Horní část této porézní desky je natřena černou barvou pro maximální účinnost solárního ohřevu. Aby se toto teplo nerozptýlilo, je pokryta vrstvou průhledného tepelně izolačního aerogelu, který propouští sluneční světlo na desku, ale nepropouští teplo z ní. Na dně komory je instalován kondenzátor, z něhož je teplo odváděno tepelnými trubicemi.

Zařízení pracuje během jednoho nočního denního cyklu a jeho provoz se skládá ze dvou stupňů. Večer je třeba otevřít boční stěnu komory a odstranit vrstvu aerogelu. Díky tomu bude vzduch v noci procházet porézním absorbérem a nasytit jej vlhkostí. Poté se komora uzavře a vrstva aerogelu se vrátí na své místo pro denní provoz. V této fázi slunce ohřívá absorbér, voda, ve které se odpařuje a kondenzuje na ochlazeném dně komory. Poté je třeba tuto vodu shromáždit a zařízení použít pro nový sběrný cyklus.

Stojí za zmínku, že prototyp zařízení obsahoval pouze asi tři gramy absorpční kovově-organické konstrukce. Na základě dat získaných během experimentu autoři vypočítali, jak by fungovalo větší zařízení. Za stejných podmínek jako během testů v Arizoně (relativní vlhkost asi 30 procent a noční teploty 15-25 stupňů Celsia) by zařízení mělo vyprodukovat 250 mililitrů vody na kilogram kovově-organické konstrukce za cyklus provozu.

Vědci také testovali nezávadnost vody, kterou konzumovali. Vzorky výsledné vody zkoumali pomocí hmotnostního spektrometru a našli pouze ionty zirkonia, které jsou součástí kovově-organické kostry, ale jejich obsah byl menší než jedna ppm.

Dříve čínští vědci vytvořili zařízení na bázi oxidu grafenu, které také funguje na solární energii, ale ne pro sběr vody ze vzduchu, ale pro odsolování mořské vody. S jeho pomocí dokázali snížit slanost takové vody na úroveň nižší, než je norma akceptovaná pro pitnou vodu.

Grigorij Kopiev
Našli jste překlep? Vyberte fragment a stiskněte Ctrl + Enter.
3,2 miliardy let staré struktury podobné grafenu nalezené v Jižní Africe
Mohou vzniknout z mrtvých bakterií.

Japonští vědci našli v Jižní Africe struktury podobné grafenu, které jsou staré asi 3,2 miliardy let. Izotopové složení naznačuje, že struktury mohly vzniknout z mrtvých bakterií. Vědci o svém objevu informovali na geologické konferenci Goldschmidt 2023. Grafen jsou izolované vrstvy grafitu o tloušťce jednoho atomu. Grafen se již používá v mnoha moderních technologiích, od tranzistorů a palivových článků až po zařízení na odsolování vody. Budoucí laureáti Nobelovy ceny Andre Geim a Konstantin Novoselov jako první získali grafen ručně, přičemž jeho vrstvy oddělili na obyčejnou lepicí pásku. Tato technologie je však špatně reprodukovatelná a rozhodně není vhodná pro průmyslovou výrobu. Grafen se v současnosti vyrábí pomocí metod chemického nanášení z plynné fáze (CVD) nebo chemické exfoliace. Všechny tyto metody jsou složité a vyžadují použití vysokých teplot a drsných činidel. Objev grafenu v přírodě se proto donedávna zdál nepravděpodobný. Japonští geologové pod vedením Yoko Ohtomo nečekaně objevili struktury podobné grafenu v 3,2 miliardy let staré hornině. Vědci studovali horninové vzorky siliciklastické horniny obsahující železo získané v oblasti zlatého dolu Sheba v Jižní Africe. Siliciklastické horniny jsou nekarbonátové klastické a sedimentární horniny. V jednom vzorku Otomo a její kolegové našli průhledné filmy a vlákna o velikosti až stovek mikronů, sestávající především z uhlíku se stopovým množstvím dusíku a síry. Ukázalo se, že všechny filmy byly vrstvené a vrstvy měly strukturu podobnou grafenu. Nejčastěji takové struktury podobné grafenu vytvořily film kolem větších částic železa nebo titanu. Izotopová analýza naznačuje, že uhlík v grafenu může mít biologický původ. Může pocházet z mrtvých bakterií. Otomo a její kolegové však uznávají, že mechanismus, kterým struktury vznikají, vyžaduje podrobnější studium a role bakterií v něm zatím není jasná. Je zajímavé, že před několika lety již holandští chemici ukázali, že živé bakterie jsou schopny redukovat oxid grafenu na grafen za relativně mírných podmínek. Možná výsledky získané Otomo a jejími kolegy pomohou optimalizovat tento proces a najít jednodušší způsoby, jak získat grafen. Na začátku roku jsme psali o studii japonských a amerických fyziků, kteří vysvětlili supravodivost dvouvrstvého grafenu neobvyklou geometrií funkcí elektronových vln a strukturou elektronových pásů. O perspektivách a problémech používání grafenu si můžete přečíst v našem rozhovoru s nositelem Nobelovy ceny Konstantinem Novoselovem

© 2025 N + 1 Online publikace / Certifikát o registraci médií El No. FS77-67614

Použití všech textových materiálů bez úprav pro nekomerční účely je povoleno s odkazem na N + 1.

Všechna audiovizuální díla jsou majetkem jejich autorů a držitelů autorských práv a slouží pouze pro vzdělávací a informační účely.

Pokud jste vlastníkem konkrétního díla a nesouhlasíte s jeho umístěním na našem webu, napište nám na [email protected]

Stránky mohou obsahovat obsah, který není určen pro osoby mladší 18 let.