سیستم رطوبت زنی و رطوبت گیری در دستگاه هواساز (Humidification and Dehumidification Systems)

دستگاه هواساز به‌عنوان دستگاهی با راندمان عملکردی بالا یکی از محبوب‌ترین دستگاه­های سیستم تهویه مطبوع می­باشد. یکی از مهم‌ترین وظایف دستگاه هواساز به‌عنوان یکی از مهم‌ترین دستگاه‌های سیکل تهویه مطبوع علاوه بر تولید و توزیع هوا با دمای مطلوب، تنظیم رطوبت هوا با توجه به شرایط آسایش افراد یا نیاز صنعتی برای کاربری خاص (رطوبت زنی یا رطوبت‌زدایی) می‌باشد. رطوبت نسبی یکی از تأثیرگذارترین و مهم­ترین پارامترهای محیطی می‌باشد که تأثیر مستقیمی بر فعالیت­های افراد و عملکرد تجهیزات و سیستم‌های موجود در محیط دارا می­باشد.  رطوبت را می‌توان از دو طریق رطوبت نسبی و رطوبت مطلق اندازه‌گیری کرد. رطوبت نسبی به‌صورت مقدار رطوبت موجود در یک حجم هوا با دمای مشخص به حداکثر رطوبتی است که آن هوا می‌تواند در همان دما داشته باشد، تعریف می­شود.

تأثیرات رطوبت بر راحتی، آسایش و سلامتی افراد

خارش و ترک‌خوردگی پوست در نواحی مختلف بدن نظیر دست‌ها، زانو­ها و آرنج­ها که در زمستان رخ می‌دهد، عموماً به دلیل رطوبت ناکافی در سطح پوست می‌باشد. با داشتن رطوبت نسبی در حدود 60%-40% در محیط می‌توان بر مشکلات پوستی این‌چنینی فائق آمد. کنترل دمایی بدن دارای ارتباط نزدیکی با درجه حرارت و رطوبت محیط می‌باشد. در صورت بالا بودن رطوبت، بدن فرد قادر به خنک‌سازی خود نبوده و فرد احساس گرمای بیشتری می­کند. این وضعیت در افراد مختلف با توجه به شرایط جسمی می‌تواند به‌صورت تنگی نفس، تشدید آسم، احساس بی‌حسی و ضعف، خستگی و یا از دست رفتن تعادل نمایان گردد.

تأثیرات رطوبت بر شرایط کاری صنعتی و کاربری‌های خاص

عملکرد بسیاری از تجهیزات و سیستم‌های صنعتی و کاربری‌های خاص صنعتی تحت تأثیر رطوبت محیطی می­باشد. کنترل رطوبت محیط در کاربری‌های خاص نظیر سالن‌های پرورش قارچ، سالن‌های نگهداری میوه و سبزیجات، پرورش طیور و جوجه‌کشی، گلخانه‌ها، پرورش گیاهان و …بسیار حائز اهمیت می­باشد. بالا بودن میزان رطوبت سبب افزایش سرعت فرآیند زنگ زدن قطعات و تجهیزات فلزی و هم‌چنین فرآیند پوسیدگی قطعات چوبی می‌شود. هم‌چنین بالا بودن میزان رطوبت موجب اختلال و بروز مشکلات زیادی در عملکرد سیستم‌ها و تجهیزات الکتریکی خاص و پایین بودن بیش‌ازحد رطوبت سبب افزایش شکنندگی تجهیزات می‌گردد. لذا کنترل میزان رطوبت محیطی در صنایع مختلف امری مهم به شمار می­رود.

لذا با توجه به اهمیت این موضوع در سیستم‌های تهویه مطبوع مدرن نظیر دستگاه‌های هواساز، سیستم‌های رطوبت زنی و یا سیستم‌های رطوبت‌گیری به‌کاررفته‌اند که قادرند با حساسیت‌های متفاوت میزان رطوبت موجود در هوای توزیع‌شده را تنظیم و به حد مطلوب برسانند.

 

سیستم رطوبت زنی دستگاه هواساز (Humidification Systems)

رطوبت ­زن، سیستمی جهت افزایش رطوبت جریان هوا برحسب نیاز می‌باشد. در فصول سرد سال بخارآب موجود در هوا با حرارت کاهش‌ یافته و سبب خشکی هوا می‌شود لذا بایستی رطوبت موردنیاز به هوا تزریق شود. دو نوع سیستم رطوبت زنی آدیاباتیک و ایزوترمال می­تواند در دستگاه هواساز مورد استفاده قرار گیرد. در رطوبت زنی آدیاباتیک، انرژی گرمایی برای تبخیر آب به طریق خارجی تأمین نمی‌گردد اما در روش رطوبت زنی ایزوترمال نیازمند انرژی حرارتی خارجی می‌باشند. به طور کلی سیستم‌های رطوبت زنی دستگاه هواساز به چند دسته زیر تقسیم‌بندی می­شوند:

1-سیستم رطوبت زن تبخیری توسط واسط مرطوب:

این نوع سیستم از نوع رطوبت زن‌های آدیاباتیک می‌باشد. در این روش ماده متخلخل که توانایی جذب آب را دارد در دستگاه هواساز قرار گرفته و به وسیله آب مرطوب شده و سطح نمداری رو تشکیل می‌دهد. هوای عبوری از این سطح، رطوبت را از طریق تبخیر آب به دست می‌آورد و هم‌چنین دمای آن کاهش می‌یابد. لذا کاربری آن در زمستان رطوبت زنی و در تابستان وظیفه سرمایش رو بر عهده دارد. این سیستم همانند کولر آبی در تابستان می­باشد. شکل‌دهی ماده بکار رفته به‌عنوان واسط مرطوب به‌عنوان‌مثال ایجاد پروفیل لانه‌زنبوری شکل، سبب افزایش سطح و نرخ تبخیر و لذا افزایش راندمان می­گردد. پد­های سلولوزی یکی از انواع واسط‌های مرطوب می‌باشد. در این حالت، آب توسط پمپ بر بروی پدهای سلولوزی پاشیده شده و هوا با عبور از این پدها مرطوب و خنک می­گردد. پدها از لایه­های متعدد ورق‌های نازک و موجدار کاغذ کرافت با خاصیت جذب آب بالا تشکیل‌شده‌اند. جهت جلوگیری از خرابی این ورق­ها در مواجهه با آب این ورق­ها توسط رزین اشباع و مقاوم می‌شوند. این نوع سیستم فقط به سیگنال خاموش و روشن جهت فعال‌سازی دستگاه رطوبت زن نیاز دارد.

2-سیستم رطوبت زن نوع اسپری و پاشش آب:

این نوع سیستم نیز از انواع رطوبت زن‌های آدیاباتیک می‌باشد در این روش نازل‌ها، قطرات آب را به داخل هوا اسپری می‌کنند و رطوبت هوا را افزایش می‌دهند. رطوبت زن‌های اسپری آب خود انواع مختلفی دارند و به نوع رطوبت زن‌های اسپری فشار بالا و ایرواشر تقسیم‌بندی می­­شوند.

2-1 ایرواشر (Air Washers):

نازل‌های دستگاه ایرواشر وظیفه ایجاد و پخش قطرات آب در مسیر جریان را بر عهده دارند. تعداد نازل­های ایرواشر بسته به میزان رطوبت مورد نیاز متفاوت و معمولا از جنس PVC با دهانه استیل ضدزنگ و ضد رسوب ساخته می‌شوند و با بست کمربندی از جنس استیل ضدزنگ به هدرهای ایرواشر که از جنس PVC فشار قوی و یا لوله‌های گالوانیزه می‌باشند، نصب می‌گردد. پمپ آب و سیستم آب‌رسانی معمولاً بیرون از محفظه ایرواشر قرار می‌گیرد و باید بتواند فشار و حجم موردنیاز برای پاشش مناسب آب را فراهم کند. هنگام پاشش آب در مسیر جریان هوا تمام قطرات آب تبخیر نمی‌شوند و مقداری از آن‌ها همراه جریان به حرکت درمی‌آیند و مقداری از آن­ها داخل تشتک موجود در پایین قسمت پاشش ریزش می‌کنند و برای استفاده دوباره به کار گرفته می‌شوند. تشتک ایرواشر از ورق گالوانیزه ساخته می­شود. هم‌چنین این دستگاه شامل قطره گیر (الیمینیتور)می‌باشد. تیغه­های قطره گیر جهت جلوگیری از خروج قطرات آب که از نازل­ها ایجادشده و توسط فن به محیط توزیع می­شوند، بکار می­روند.

 

محفظه ایرواشر به همراه نازل‌های آب‌پاش

 

2-2 رطوبت زن‌های اسپری فشار بالا (High Pressure Spray Humidifiers):

هنگامی که رطوبت زنی آدیاباتیک برای مرطوب ساختن هوای تولیدی مورد نیاز باشد، سیستم رطوبت زنی اسپری فشار بالا ممکن است مورد استفاده قرار بگیرد. رطوبت زن اسپری فشار از شبکه‌ای از نازل‌های پاشش تشکیل‌شده که آب را با فشار بالا به‌صورت پودری به داخل هوا تزریق می­کنند. لذا فضایی مه مانند را در محفظه رطوبت زنی ایجاد کرده و سبب افزایش رطوبت هوا می‌گردند. این نوع رطوبت زن‌ها برای هواسازهای هایژنیک با حساس‌ترین الزامات بهداشتی DIN1940-4 نیز بکار می­روند. محفظه رطوبت زنی و تمامی اجزا از استیل ضدزنگ ساخته می­شوند.

2-3 رطوبت زن‌های اولتراسونیک (Ultrasonic Humidifiers)

رطوبت زن‌های اولتراسونیک برای افزایش رطوبت نسبی هوا از یک مبدل پیزوالکتریک که درون آب فاقد املاح معدنی غوطه­ور می­باشد، تشکیل شده است. سیستم الکترونیکی سبب نوسان سریع پیزوالکتریک ها با فرکانس بالا شده و این نوسان‌ها سبب گسسته شدن پیوند مولکولی آب و تبدیل شدن این مولکول­ها از حالت مایع به بخار می­شود. در واقع ارتعاش‌های اولتراسونیک یا فراصوت عامل اصلی ایجاد ذرات پودری آب می­باشد. بخار تولیدشده در محفظه هواساز سبب افزایش میزان رطوبت نسبی هوا می‌گردد. غالباً رطوبت ایجادشده توسط رطوبت زن اولتراسونیک دارای مقادیر ناخالصی می‌باشد.

3-سیستم رطوبت زن نوع تشتکی(Pan Type Humidifier)

این سیستم دارای تشتک آب می­باشد که به‌وسیله مبدل حرارتی تغذیه شونده با بخار یا آب گرم، گرم می­گردد. روش کار در این سیستم بدین‌صورت می‌باشد که هوای خشک را از روی آب گرم تشتک عبور داده‌شده و آب داخل مخزن تبخیر شده و رطوبت به هوا افزوده می‌شود. سطح آب درون تشک توسط شناوری تنظیم می­گردد.

همان‌طور که در شکل نشان داده‌شده است، این سیستم رطوبت زنی می‌تواند به‌طور مستقیم در زیر کانال هواساز یا در محلی دیگر نصب شده و بخار تولیدشده توسط لوله­ی پخش‌کننده بخار (منیفولد) توزیع ‌گردد. مبدل‌های بخار در سیستم‌های رطوبت زن تشتکی یا محدوده فشار 35 تا 105 کیلو پاسکال مورد استفاده قرار می­گیرند.

4-سیستم رطوبت زن بخار(Steam Humidifiers)

سیستم رطوبت زن بخار از جمله پرکاربرترین سیستم‌ها برای افزایش رطوبت هوای توزیع‌شده توسط دستگاه هواساز می‌باشد و محدوده گسترده از ظرفیت‌ها را شامل می­باشد. بخار در این حالت تحت‌فشار و دمای بالا می‌باشد و لذا فرآیند رطوبت زنی می‌تواند به‌سادگی با تزریق مستقیم بخار به درون هوا انجام بگیرد. روش این نوع سیستم رطوبت زنی از نوع ایزوترمال می‌باشد؛ زیرا دما در انجام این فرآیند ثابت مانده و فقط رطوبت افزوده می‌شود. این سیستم از 2 قسمت مجزا تشکیل‌شده است. قسمت اول منبع تأمین بخار و قسمت دوم سیستم توزیع‌کننده بخار. منبع بخار در این سیستم از یک دیگ بخار مرکزی کم‌فشار تأمین می­گردد. بخار تولیدشده توسط منبع تأمین بخار توسط افشانک‌های بخار به هوای عبوری تزریق شده و سبب افزایش رطوبت هوا می­شود.

هم‌چنین بخار می‌تواند توسط بویلر های الکترودی که از انرژی الکتریکی برای تولید بخار استفاده می‌کنند، تأمین گردد. درواقع جریان الکتریکی تولیدشده به‌وسیله الکترود­ها سبب افزایش دمای آب و لذا تبدیل آب به بخار می‌گردد. بخار تولیدشده توسط سیستم توزیع‌کننده بخار به درون دستگاه تزریق‌شده و رطوبت را افزایش می‌دهد.

 

 

در شکل زیر به‌طور خلاصه سه روش اصلی و پرکاربرد رطوبت زنی در دستگاه هواساز به‌صورت شماتیک آورده شده است.

انتخاب سیستم رطوبت زن مناسب

یکی از پارامترهای مهم در انتخاب سیستم رطوبت زنی مناسب، ظرفیت دستگاه رطوبت زن می‌باشد. این پارامتر توسط سایکرومتریک چارت یا نمودار مشخصات هوا محاسبه می­شود.  سایکرومتریک ارتباط میان هوای خشک، رطوبت و انرژی را بیان می‌کند و کاربرد زیادی در تهویه مطبوع دارا می­باشد. ابتدا توسط مشخصات هوای ورودی نظیر دما و رطوبت نسبی، رطوبت مطلق هوای ورودی محاسبه‌شده و با توجه به میزان رطوبت مطلق هوای خروجی و اختلاف این دو مقدار، میزان رطوبت موردنیاز جهت تزریق به هوا و ظرفیت دستگاه رطوبت زن محاسبه می­گردد. نصب و راه اندازه سیستم رطوبت­زنی نیز از دیگر نکاتی است که باید مورد توجه قرار گیرد.

 

رطوبت گیری در دستگاه هواساز(Dehumidification Systems)

رطوبت‌گیر، سیستمی جهت کاهش رطوبت جریان هوا برحسب مورد نیاز می‌باشند. در برخی از مناطق جغرافیایی و یا بر حسب نیاز صنعتی و کاربری خاص نیاز است که رطوبت هوای توزیع‌شده توسط دستگاه هواساز کاهش یابد. این سیستم بعد از کویل سرمایشی در دستگاه هواساز قرار گرفته تا در تابستان رطوبت هوا را کنترل نماید. عموماً دو روش رطوبت‌گیری در دستگاه هواساز بکار گرفته می­شود.

در روش اول که پرکاربردترین روش رطوبت‌گیری در دستگاه هواساز می­باشد، رطوبت‌گیری در دستگاه در حد معمول توسط کویل سرمایشی با استفاده از آب سرد تأمین‌شده توسط چیلر انجام می‌گیرد. هنگامی که دمای سطح کویل برودتی از دمای شبنم محیط کمتر شود، تقطیر روی کویل انجام شده و بخار موجود در هوا به قطرات آب تغییر حالت داده و از قسمت تشت تخلیه دستگاه هواساز تخلیه می­شود و لذا رطوبت هوا گرفته می­شود. هر چه دمای سیال داخل کویل کمتر شود میزان حذف رطوبت بیشتر خواهد شد؛ اما برای رطوبت‌گیری بیشتر از کویل های گازی یا DX استفاده می­شود.

رطوبت‌گیری و تخلیه قطرات آب از قسمت تشت تخلیه

اما در روش دوم از روش شیمیایی برای کنترل رطوبت محیط استفاده می­شود. در واقع هوا از روی گردانه­ی بزرگی که در ضخامت‌های مختلف ساخته شده و به وسیله الکتروموتور به گردش درمی­آید، توسط فن عبور داده می­شود. این گردانه می­تواند ساختاری لانه زنبوری حاوی مواد شیمیایی جاذب رطوبت نظیر اتیلن گلیکول، سیلیکاژن و … داشته باشد. مواد جاذب رطوبت هوای مرطوب عبوری را جذب کرده و عمل رطوبت‌گیری انجام شده و هوای خشک از سمت دیگر محفظه خارج می ‌شود.

عملکرد گردانه جاذبِ رطوبت و ساختار آن