ایرواشر (Air Washer): نحوه کارکرد، قطعات، محاسبات، انتخاب و کاربردها

مقدمه

ایرواشر یا دستگاه شستشوی هوا، یکی از سیستم‌های تهویه مطبوع است که همزمان هوا را خنک، مرطوب و تصفیه می‌کند. این دستگاه به دلیل راندمان بالا، مصرف انرژی کم و توانایی کنترل دما و رطوبت، در صنایع، مراکز تجاری، بیمارستان‌ها، دیتاسنترها و سالن‌های تولید کاربرد گسترده دارد.

نحوه کارکرد ایرواشر

ایرواشر با ترکیب فرآیند تبخیر آب و جریان هوا کار می‌کند. هوا از داخل دستگاه عبور کرده و با برخورد به نازل‌ها یا پکینگ‌های مرطوب، دمای هوا کاهش می‌یابد و رطوبت به آن افزوده می‌شود. دو بخش اصلی در ایرواشر وجود دارد:

1. بخش مرطوب (Wet Section):

   • هوا از روی پکینگ‌ها عبور کرده و با آب در تماس قرار می‌گیرد.

   • دما کاهش یافته و رطوبت افزایش می‌یابد (Cooling & Humidifying).

2. بخش خشک (Dry Section):

   • هوا پس از مرطوب شدن، از فیلترهای مکانیکی و UV عبور می‌کند تا ذرات معلق و باکتری‌ها حذف شوند.

نکته: در ایرواشرها، فرآیند تبخیر به صورت adiabatic cooling اتفاق می‌افتد و باعث کاهش دما بدون نیاز به کمپرسور می‌شود.

قطعات اصلی ایرواشر

1. فن یا بلوئر: جهت حرکت هوا در مسیر دستگاه.

2. پکینگ‌ها (Packing Media): سطح تماس آب و هوا برای تبخیر.

3. نازل‌های پاشش آب: برای توزیع یکنواخت آب روی پکینگ.

4. پمپ آب: برای گردش آب بین مخزن و نازل‌ها.

5. مخزن آب: محل جمع‌آوری آب برگشتی.

6. فیلترها و UV: برای حذف ذرات و میکروارگانیسم‌ها.

7. کنترلر و سنسورها: برای اندازه‌گیری دما، رطوبت و جریان هوا.

نحوه انتخاب ایرواشر

انتخاب ایرواشر باید بر اساس نیازهای سایکومتریک محیط انجام شود. مراحل انتخاب به شرح زیر است:

1. تعیین شرایط ورودی هوا: دما، رطوبت نسبی و میزان ذرات معلق.

2. مشخص کردن شرایط خروجی هوا: دما و رطوبت مطلوب برای محیط.

3. محاسبه ظرفیت تبخیر آب: با استفاده از نمودار سایکومتریک، دبی هوا و دمای ورودی و خروجی.

4. انتخاب پکینگ مناسب: بر اساس فشار استاتیک فن، دبی هوا و جنس پکینگ.

5. انتخاب فن و پمپ: برای تأمین جریان هوا و آب مناسب.

6. انتخاب تجهیزات جانبی: مانند فیلترها، سنسورها و کنترلرها.

توجه: انتخاب ایرواشر با محاسبات سایکومتریک دقیق باعث صرفه‌جویی انرژی و عملکرد بهینه می‌شود.

محاسبات ایرواشر

محاسبات ایرواشر شامل موارد زیر است:

1. محاسبه دبی هوا (Air Flow Rate):

   Q=LoadΔhQ = \frac{\text{Load}}{\text{Δh}}Q=ΔhLoad​

   که Load بر حسب kcal/h و Δh تغییرات آنتالپی هوا است.

2. محاسبه دبی آب (Water Flow Rate):

   W=Q×ΔhhvaporizationW = \frac{Q \times Δh}{\text{h}_{\text{vaporization}}}W=hvaporization​Q×Δh​

   که h_vaporization گرمای نهان تبخیر است.

3. انتخاب فن و پمپ بر اساس دبی و افت فشار:

   • افت فشار پکینگ‌ها و فیلترها محاسبه شده و فن با فشار استاتیک کافی انتخاب می‌شود

کاربردهای ایرواشر

• صنایع دارویی و غذایی: کنترل رطوبت و دما برای تولید استاندارد.

• مراکز تجاری و اداری: خنک کردن و مرطوب کردن هوا با مصرف کم انرژی.

• دیتاسنترها: کنترل دما و رطوبت برای سرورها و تجهیزات حساس.

• سالن‌های تولید و کارخانه‌ها: کاهش گرد و غبار و ذرات معلق هوا.

تجهیزات و قطعات جانبی

• کنترلر PLC: کنترل دما، رطوبت و فشار.

• سنسور دما و رطوبت: برای پایش و تنظیم شرایط هوا.

• مخزن و پمپ آب: برای تأمین آب مرطوب‌کننده.

• فیلترهای HEPA یا الیافی: برای تصفیه ذرات معلق.

• UV یا ازن ژنراتور: برای حذف میکروارگانیسم‌ها.

نمودار سایکومتریک

ایرواشر (Air Washer): نحوه کارکرد و فرآیندهای سایکومتریک

ایرواشر دستگاهی است که هوا از میان مه آب (Spray of Water) عبور می‌کند. بسته به دمای آب، هوا می‌تواند خنک یا گرم، مرطوب یا خشک شود و یا به‌صورت اشباع آدیاباتیک عمل کند.

فرآیند جریان آب و هوا

• آب می‌تواند به‌صورت خارجی گرم یا سرد شود یا تنها توسط پمپ گردش مجدد شود.

• در صورت افزایش رطوبت هوا (Humidification)، آب تازه (Make-up Water) به سیستم اضافه می‌شود.

تغییرات ترمودینامیکی هوا در ایرواشر

شکل زیر مسیرهای مختلف تغییرات هوا در ایرواشر را نشان می‌دهد (مسیر 1→2).

• دمای واقعی آب: tst_sts​

• دمای خشک هوا: t1t_1t1​

• دمای تر مرطوب هوا (WBT): t1′t’_1t1′​

• نقطه شبنم (DPT): tdt_dtd​

فرآیندهای سایکومتریک در ایرواشر

1-2A: گرم‌کردن و مرطوب‌سازی (Heating & Humidification)

• شرط: ts>t1t_s > t_1ts​>t1​

• توضیح: دمای آب بیشتر از دمای خشک هوا است و آب به‌صورت خارجی گرم می‌شود.

1-2B: مرطوب‌سازی خالص (Humidification)

• شرط: ts=t1t_s = t_1ts​=t1​

• توضیح: دمای آب برابر با دمای خشک هواست. آنتالپی هوا افزایش می‌یابد و نیاز به گرمایش خارجی آب دارد.

1-2C: خنک‌سازی و مرطوب‌سازی (Cooling & Humidification)

• شرط: t1′<ts<t1t’_1 < t_s < t_1t1′​<ts​<t1​

• توضیح: دمای آب کمتر از دمای خشک هوا اما بیشتر از دمای تر مرطوب هوا است. هوا خنک می‌شود اما به‌دلیل مرطوب‌سازی، آنتالپی آن افزایش می‌یابد؛ بنابراین آب باید به‌صورت خارجی گرم شود.

1-2D: اشباع آدیاباتیک (Adiabatic Saturation)

• شرط: t1′=tst’_1 = t_st1′​=ts​

• توضیح: آب تنها توسط پمپ گردش مجدد می‌شود و هیچ گرمایش یا سرمایش خارجی لازم نیست. دمای آب با دمای تر مرطوب هوا برابر می‌شود.

1-2E: خنک‌سازی و مرطوب‌سازی (Cooling & Humidification)

• شرط: td<ts<t1′t_d < t_s < t’_1td​<ts​<t1′​

• توضیح: مشابه فرآیند 1-2C است اما آنتالپی هوا کاهش می‌یابد و آب باید به‌صورت خارجی سرد شود.

1-2F: خنک‌سازی (Cooling)

• شرط: ts=tdt_s = t_dts​=td​

• توضیح: دمای آب برابر با نقطه شبنم هوا است و آب باید سرد شود.

1-2G: خنک‌سازی و خشک‌سازی (Cooling & Dehumidification)

• شرط: ts<tdt_s < t_dts​<td​

• توضیح: دمای آب کمتر از نقطه شبنم هواست و هوا همزمان خنک و خشک می‌شود.

منابع معتبر بین‌المللی

برای مطالعه بیشتر و دسترسی به منابع معتبر بین‌المللی، می‌توانید به لینک‌های زیر مراجعه کنید:

• Climate Grip – Psychrometric Process in Air Washer

• Air Conditioning Psychrometrics
•  

نتیجه‌گیری

ایرواشرها یک راهکار صرفه‌جوی انرژی و چند منظوره برای تهویه، خنک‌سازی و مرطوب کردن هوا هستند. انتخاب صحیح بر اساس محاسبات سایکومتریک، ظرفیت هوا و شرایط محیطی باعث بهبود عملکرد، کاهش هزینه و افزایش عمر تجهیزات می‌شود.