Verdamping van wateroppervlak

De verdamping van water van een wateroppervlak – zoals een open tank, een zwembad of iets dergelijks – hangt af van de watertemperatuur, de luchttemperatuur, de luchtvochtigheid en de luchtsnelheid boven het wateroppervlak.

De hoeveelheid verdampt water kan worden uitgedrukt als:

gs = Θ A (xs – x) / 3600 (1)

of

gh = Θ A (xs – x)

waar

gs = hoeveelheid verdampt water per seconde (kg/s)

gh = hoeveelheid verdampt water per uur (kg/h)

Θ = (25 + 19 v) = verdampingscoëfficiënt (kg/m2h)

v = snelheid van de lucht boven het wateroppervlak (m/s)

A = oppervlakte van het water (m2)

xs = maximale vochtigheidsgraad van verzadigde lucht bij dezelfde temperatuur als het wateroppervlak (kg/kg) (kg H2O in kg droge lucht)

x = vochtigheidsgraad lucht (kg/kg) (kg H2O in kg droge lucht)

Noot! De eenheden voor Θ komen niet overeen, omdat het hier om een empirische vergelijking gaat – een resultaat van ervaring en experimenten.

Verplichte warmtetoevoer

Het grootste deel van de warmte of energie die voor de verdamping nodig is, wordt uit het water zelf gehaald. Om het water op temperatuur te houden – moet warmte aan het water worden toegevoerd.

De warmte die nodig is om de verdamping te dekken kan worden berekend als

q = hwe gs (2)

waar

q = geleverde warmte geleverd (kJ/s (kW))

hwe = verdampingswarmte van water (kJ/kg)

• 1 kW = 3412 Btu/h

Voorbeeld – Verdampt water uit een zwembad

Er is een zwembad van 50 m x 20 m met een watertemperatuur van 20oC. De maximale verzadigingsvochtigheidsgraad in de lucht boven het wateroppervlak is 0,014659 kg/kg. Bij een luchttemperatuur van 25oC en 50% relatieve vochtigheid is de vochtigheidsgraad in de lucht 0,0098 kg/kg – controleer het Mollier-diagram.

Met een luchtsnelheid boven het wateroppervlak van 0,5 m/s kan de verdampingscoëfficiënt worden berekend als

Θ = (25 + 19 (0,5 m/s))

= 34,5 kg/m2h

De oppervlakte van het zwembad kan worden berekend als

A = (50 m) (20 m)

= 1000 m2

De verdamping vanaf het oppervlak kan worden berekend als

gs = (34,5 kg/m2h) (1000 m2) ((0,014659 kg/kg) – (0,0098kg/kg)) / 3600

= 0,047 kg/s

De verdampingswarmte (enthalpie) van water bij temperatuur bij 20oC is 2454 kJ/kg. De warmtevoorziening die nodig is om het water in het zwembad op temperatuur te houden, kan worden berekend als

q = (2454 kJ/kg) (0,047 kg/s)

= 115.3 kW

Het energieverlies en de benodigde warmtelevering kunnen worden verminderd door

• verlaging van de luchtsnelheid boven het wateroppervlak – beperkt effect
• verlaging van de zwembadgrootte – niet echt praktisch
• verlaging van de watertemperatuur – geen comfortoplossing
• verlaging van de luchttemperatuur – geen comfortoplossing
• verlaging van de luchttemperatuur – geen comfortoplossing
• . geen comfortoplossing
• verhogen van het vochtgehalte in de lucht – kan leiden tot meer condensatie en schade aan de bouwconstructies voor overdekte zwembaden
• verwijderen van het natte oppervlak – mogelijk met plastic dekens op het wateroppervlak buiten de bedrijfstijd. Zeer doeltreffend en veel gebruikt

Note! – Tijdens de werkingstijd van het zwembad kan de activiteit de verdamping van het water en de vereiste warmtetoevoer sterk doen toenemen.

Om het energieverbruik te verminderen en vochtschade in bouwconstructies te voorkomen, wordt gewoonlijk gebruik gemaakt van warmteterugwinningsapparaten met warmtepompen die latente warmte uit de lucht naar het water in het zwembad verplaatsen.

Berekening van de verdamping van het wateroppervlak

A – wateroppervlak (m2)

xs – maximale verzadigingsvochtigheidsverhouding in de lucht (kg/kg) (kg H2O in kg droge lucht)

x – vochtigheidsgraad in lucht (kg/kg) (kg H2O in kg droge lucht) – Mollier – Psychrometrisch

hwe – verdampingswarmte (enthalpie) van water (kJ/kg)

v – snelheid van lucht boven wateroppervlak (m/s)

Belastingscalculator!