Författare: Myconds tekniska avdelning
Bland olika tekniker för luftavfuktning är adsorptionsavfuktare med sorptionsrotor den mest effektiva lösningen för att uppnå låga daggpunkter i industriella och kommersiella tillämpningar. Även om olika konfigurationer av adsorptionsavfuktare historiskt har använts – från packade torn med granulärt kiselgel till horisontella roterande tråg och vertikala flernivåsystem med spärrdrift – har det roterande hjulet med en veckad halvkeramisk struktur blivit den dominerande lösningen på marknaden.
Honeycombe®-tekniken (kallas ibland även DEW, Desiccant Wheel) kombinerar fördelarna med alla tidigare typer: kontinuerlig drift som i trågsystem, extremt låga daggpunkter som i packade torn och enastående energieffektivitet tack vare den låga roterande massan. Denna balans mellan prestanda, tillförlitlighet och ekonomi förklarar varför sorptionshjul har blivit standard i avfuktningsindustrin för kritiska tillämpningar.
Honeycombe®-hjulets konstruktion
Den centrala innovationen i Honeycombe®-rotorn är dess unika halvkeramiska struktur baserad på en glasfibermatris. Visuellt påminner hjulet om wellpapp som rullats till en cylindrisk form. De veckade kanalerna (flutes) bildar tusentals parallella luftkanaler med liten diameter, vars väggar är belagda med ett finfördelat adsorbent – i typiska konstruktioner främst kiselgel (mer än 82% i massfraktion).
En nyckelkaraktäristik hos denna veckade halvkeramiska rotorstruktur är den kolossala interna specifika ytan hos kiselgelen, som uppgår till 21 000–22 700 m² per uns (228 864–244 121 kvadratfot per uns). Detta säkerställer ett mycket lågt partiellt ångtryck av vattenånga vid sorbentytan och skapar optimala förhållanden för avfuktning.
Den fysiska funktionsprincipen för sorbenten bygger på grundläggande termodynamiska lagar: vattenånga diffunderar naturligt från områden med högre partiellt tryck (fuktig luft) till områden med lägre tryck (sorbentytan). Det är viktigt att notera att tack vare de rätlinjiga kanalerna är luftflödet genom rotorn laminärt, till skillnad från i packade bäddar där flödet är turbulent. Det innebär att det aerodynamiska motståndet bara ökar proportionellt med hjulens djup, och inte med kvadraten på flödeshastigheten, vilket avsevärt minskar fläktarnas energiförbrukning.
Adsorptions–desorptionscykeln
Avfuktningsprocessen i en sorptionsrotor sker tack vare en kontinuerlig cykel av adsorption och desorption. En nyckelfunktion i konstruktionen är uppdelningen av hjulet i två tydligt avgränsade zoner: en avfuktningszon som upptar 270° (tre fjärdedelar av ytan) och en regenereringszon – 90° (en fjärdedel). Dessa zoner är fysiskt isolerade från varandra med täta packningar.
Den typiska rotationshastigheten för ett sorptionshjul är 5–30 varv per timme för aktiv adsorption (till skillnad från 20–60 rpm för passiva entalpihjul). En fullständig arbetscykel kan beskrivas i tre faser:
Fas 1 (adsorption): Kall, torr sorbent med lågt ytångtryck absorberar fukt från processluften, mättas gradvis och värms upp av den frigjorda sorptionsvärmen.
Fas 2 (regenerering): Den mättade sorbenten går in i regenereringszonen där den upphettas av het luft från en PTC-regenerationsvärmare (typiskt upp till 120°C / 248°F). Det ytmässiga vattenångtrycket stiger kraftigt, och fukten frigörs till regenereringsflödet.
Fas 3 (kylning): Den heta, torra sorbenten återgår till avfuktningszonen, där den kyls av en del av processluften och återställer ett lågt ytångtryck för en ny adsorptionscykel.
Det är viktigt att notera att regenereringsluftflödet vanligtvis är cirka 1/3 av processflödet (flödesförhållande 3:1) och går i motström för maximal effektivitet. Vid fuktavskiljning frigörs sorptionsvärme (kondensationsvärme plus kemisk bindningsvärme) motsvarande 2510–3050 kJ per kg borttagen fukt, vilket värmer upp processluften proportionellt mot den avlägsnade fuktmängden. Exempelvis kan luft med 21°C och 50% relativ fuktighet, efter djupavfuktning till en daggpunkt på 7°C, värmas upp till 49°C, vilket ofta kräver ytterligare kylning.
Typer av sorbenter och deras sorptionsegenskaper
Effektiviteten hos en adsorptionsavfuktare beror i hög grad på vilken sorbent som används. Nedan visas jämförande sorptionskapacitet för de vanligaste sorbenterna vid 25°C (77°F) och 20% relativ fuktighet:
- Kiselgel Typ 5 — 2,5%
- Kiselgel Typ 1 — 15%
- Molekylsikt — 20%
- Litiumklorid — 35%
Dessa värden visar att för att avlägsna 22,7 kg vattenånga ur luft vid 20% RH krävs teoretiskt: 907 kg kiselgel Typ 5, 151 kg kiselgel Typ 1, 113 kg molekylsikt eller 65 kg litiumklorid. I praktiken behövs större mängder på grund av processdynamiken.
Genom att kombinera olika sorbenter strategiskt kan man uppnå optimala resultat. Kiselgel Typ 1 ger hög kapacitet vid lägre fuktighetsnivåer, medan Typ 5 adsorberar vatten bättre vid fuktigheter över 90% RH. En sådan kombination möjliggör både låg daggpunkt och hög kapacitet.
Molekylsikt är särskilt anmärkningsvärd för mycket låga daggpunkter och uppvisar den högsta kapaciteten av alla sorbenter vid avfuktning till extremt låga fuktnivåer (under 10% RH eller −40°C daggpunkt).
Fördelar med Honeycombe®-konstruktionen
Jämfört med alternativa konfigurationer av adsorptionsavfuktare har Honeycombe®-tekniken ett antal betydande fördelar:
1. Energieffektivitet – Låg roterande massa i kombination med hög fuktavskiljningskapacitet. Eftersom energin som krävs för uppvärmning och kylning är direkt proportionell mot sorbentmassan ger den lätta hjulkonstruktionen avsevärda energibesparingar.
2. Lågt aerodynamiskt motstånd – Tack vare laminärt flöde genom raka kanaler ökar motståndet endast proportionellt mot hjuldjupet, till skillnad från turbulent flöde i packade bäddar där motståndet ökar med kvadraten på hastigheten.
3. Extremt låga daggpunkter – Möjlighet att uppnå daggpunkter ned till minus 68°C (−90°F) med lämpliga sorbenter.
4. Enkel konstruktion – Minimalt antal rörliga delar (endast hjul och drivning) minskar underhållskostnader och ökar tillförlitligheten.
5. Tillämpningsflexibilitet – Möjlighet att ladda både fasta och flytande sorbenter för specifika uppgifter.
6. Stabil prestanda – Frånvaro av ”sågtandseffekt” i utgående fuktighet som är typisk för packade torn med periodisk regenerering.
Den enda betydande nackdelen är den högre initiala tillverkningskostnaden för hjulet jämfört med bulkgranulat av torr sorbent, men denna skillnad kompenseras av driftfördelarna under en typisk livslängd på 15–30 år.
Faktorer som påverkar hjulets prestanda
Flera nyckelfaktorer påverkar effektiviteten hos en sorptionsrotor:
Hjuldjup: Ökat djup ökar kontaktytan mellan sorbent och luft samt mängden avlägsnad fukt, men det aerodynamiska motståndet ökar proportionellt, vilket höjer fläktens energibehov.
Rotationshastighet (5–30 varv/h): Den optimala rotationshastigheten är en kompromiss. Högre hastighet ökar mängden sorbent som cykliskt kommer i kontakt med luften och höjer kapaciteten. Samtidigt ökar värmeöverföringen från regenereringszonen till avfuktningszonen, vilket kräver extra kylning av processluften.
Regenereringstemperatur: En typisk reaktiveringtemperatur på 120°C säkerställer effektiv fuktborttagning. Högre temperatur ger fullständigare desorption men kräver mer energi. För energieffektivitet använder vissa tillverkare tvåstegsregenerering – 70–80% av fukten avlägsnas med lågtemperaturvärme, medan slutlig torkning sker med hög temperatur.
Användningsområden
Adsorptionsavfuktare med sorptionsrotorer används i en rad branscher där låg luftfuktighet är viktig:
Farmaceutisk produktion: Renrum för tablettpressning och förpackning kräver fuktkontroll ned till 10% RH med noggrannhet ±2% RH. Typisk daggpunkt är −11°C vid 21°C.
Livsmedelsindustrin: Förpackning av hygroskopiska produkter (karameller med majssirap, snabbkaffe, torra drycker) och spraytorkning, där uppvärmningen av luften vid avfuktning förbättrar processen.
Halvledartillverkning: Fuktkontroll är kritisk för fotoresister; minsta fuktupptag leder till defekter i mikrochip.
Arkivförvaring: Museer, bibliotek och dokumentarkiv kräver cirka 35% RH för att förhindra korrosion och mikrobiell tillväxt.
Industriell utrustning: Förvaring av elektronik och precisionsinstrument vid 30–35% RH minskar korrosionen på kopparkontakter till 10% av normal nivå.
Kyl- och fryslager: Förhindrar isbildning på förångare och ökar energieffektiviteten genom minskad latent last.
Vanliga frågor
Vad är skillnaden mellan passiv och aktiv adsorption?
Passiv adsorption utnyttjar endast fuktighetsskillnaden mellan luftströmmar utan extra uppvärmning (entalpihjul med 20–60 rpm). Aktiv adsorption använder uppvärmning av regenereringsluften för djupavfuktning (rotationshastighet 5–30 varv/h). Endast aktiva system kan torka luften till nivåer under rummets befintliga fuktighet.
Varför är Honeycombe® effektivare än packade bäddar?
Tack vare laminärt flöde genom raka kanaler, låg massa med hög kontaktyta, kontinuerlig drift utan fuktighetsfluktuationer samt möjlighet att kombinera sorbenter.
Vilken daggpunkt kan uppnås?
Med kiselgel kan man nå daggpunkter ned till −68°C, och med molekylsikt ännu lägre värden. För de flesta industriella tillämpningar räcker −40°C.
Vilken livslängd har ett sorptionshjul?
Typisk livslängd är 15–30 år med korrekt luftfiltrering. Gradvis degradering sker genom att porerna förorenas av damm och organiska ämnen.
Slutsatser
Honeycombe®-tekniken har blivit standard för adsorptionsavfuktning tack vare en optimal balans mellan prestanda, energieffektivitet och tillförlitlighet. Projekterande ingenjörer rekommenderas att:
1. Välja sorbenttyp utifrån måldaggpunkt – kiselgel för typiska tillämpningar, molekylsikt för ultradjup avfuktning.
2. Maximera återvinning av spillvärme för regenerering som huvudfaktor för att sänka driftkostnaderna.
3. Säkerställa korrekt filtrering av inkommande luft för att förlänga rotorns livslängd.
Sorptionshjul är den optimala lösningen när daggpunkter under 7–10°C krävs, vid hög latent last, låga driftstemperaturer eller när billiga värmekällor för regenerering finns tillgängliga.
