Cấu tạo AHU - cơ chế hoạt động và cách lắp đặt

AHU là một tổ hợp bao gồm 1 hoặc nhiều quạt và các thiết bị cần thiết khác để thực hiện một hoặc nhiều chức năng lưu thông, làm sạch, sưởi ấm, làm mát, làm ẩm, hút ẩm và trộn không khí …

AHU (Air Handling Unit) về cấu tạo thì AHU tương tự FCU nhưng có công suất lớn hơn nhiều. AHU thực chất là dàn trao đổi nhiệt để xử lý ẩm không khí. AHU thường được lắp ghép từ nhiều modul như sau: buồng hòa trộn, bộ lọc bụi, dàn trao đổi nhiệt và hộp quạt. Trên buồng hòa trộn có hai cửa, một cửa lấy gió tươi trực tiếp có gắn van điều chỉnh lưu lượng, một cửa nối với đường ống hồi gió.

– Phân biệt AHU và FCU

Thiết bị AHU (Air Handing Unit): Thiết bị xử lý không khí là 1 trong những thiết bị quan trọng đối với quá trình kiểm soát điều kiện vi khí hậu cho phòng sạch. Thường được sử dụng trong hệ thống HVAC.

AHU có nhiệm vụ kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm, bội số tuần hoàn, độ ồn, nồng độ bụi, virus, vi khuẩn cho phòng sạch

AHU được sử dụng để kiểm soát các yếu tố sau:

– Nhiệt độ – độ ẩm
– Luồng không khí
– Mức độ sạch của không khí

1. Vị trí lắp đặt

Các thiết bị xử lý không khí thường có từ viết tắt của AHU, dễ dàng nhận biết trong các nhà máy công nhiệp và thương mại từ quy mô trung bình cho đến lớn.

Chúng thường được lắp đặt ở tầng hầm, mái nhà hoặc vị trí tại các tầng của toà nhà. AHU phục vụ 1 khu vực nhất định trong kiến trúc toà nhà.

Một số toà nhà cao tầng cũ chỉ có 1 AHU lớn, thường nằm trên mái hoặc tầng thượng.

2. Chức năng của AHU

AHU sẽ là điều hoà và phân phối luồng không khí trong toà nhà. Dẫn không khí từ bên ngoài, xung quanh toà nhà sau đó làm sạch, làm nóng, hoặc làm mát hay làm ẩm không khí. Sau đó dẫn khí đi qua một số ống thông gió được thiết kế đến các khu vực trong toà nhà.

Hầu hết các AHU đều có một ống dẫn bổ sung để dẫn không khí đã qua sử dụng trở lại AHU – nơi một thiết bị hấp xả rồi xử lý và đưa phần lớn ra bên ngoài toà nhà. Một phần ít không khí còn lại sẽ được dẫn trở lại vòng tuần hoàn và được xử lý trong vòng tiếp theo để tiết kiệm năng lượng vận hành.

3. Cấu tạo AHU

Cấu tạo AHU:

Khoang hòa trộn
Khoang phin lọc
Dàn lạnh (dàn lạnh chạy bằng gas hoặc nước)
Bộ thu hồi nhiệt: heat plate exchanger (tấm trao đổi nhiệt hoặc heatwheel (bánh xe hồi nhiệt)
Bộ sưởi
Bộ phun ẩm (nếu cần tăng ẩm cao)
Bộ khử virus, vi khuẩn, mùi PCO (Đèn UV + Tittan dioxit (TIO2))
Quạt
Khung vỏ panel
Hệ điều khiển

AHU chủ yếu gồm 2 thành phần chính là AHU gió tươi và gió thải. Trước đầu vào và đầu ra có bộ phận lọc để ngăn cản các vật thể và sinh vật sống có thể lọt vào.

– Van điều tiết
– Bộ lọc

Phía sau van điều tiết là một số bộ lọc, ngăn cách các hạt bụi (bụi mịn), sinh vật sống (côn trùng), rác thải trong không khí… khi dẫn không khí vào theo luồng gió tươi. Tránh trường hợp tích tụ vật chất phía trong thiết bị ảnh hưởng đến quá trình vận hành và tuổi thọ của thiết bị cũng như chất lượng không khí đưa vào. Trên mỗi lưới lọc sẽ được bố trí các cảm biến áp suất, đo mức độ chất lượng không khí đầu vào và cảnh báo nếu có dấu hiệu bất thường để kịp thời thay thế các bộ lọc hoặc bảo trì hệ thống. Tất nhiên, qua thời gian sử dụng sẽ có hiện tượng sụt áp trên các bộ lọc do bụi bẩn hạn chế luồng không khi lưu thông qua bộ lọc.

– Cuộn trao đổi nhiệt

Tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu về các cuộn làm mát, cuộn sưởi. Mục đích là để làm nóng hoặc làm mát không khí. Nhiệt độ không khí của không khí cung cấp được đo khi nó rời AHU và đi vào ống gió. Chúng cần phải ở đúng mức nhiệt độ được thiết kế để giữ cho mọi người bên trong tòa nhà thoải mái, nhiệt độ được thiết kế này được gọi là nhiệt độ điểm đặt.

Nếu nhiệt độ không khí dưới giá trị này, cuộn sưởi sẽ thêm nhiệt để tăng nhiệt độ không khí và đưa nó lên điểm đặt. Nếu không khí quá nóng thì cuộn mát sẽ loại bỏ nhiệt để hạ nhiệt độ không khí và đạt đến điểm đặt. Các cuộn là các bộ trao đổi nhiệt, bên trong cuộn là một chất lỏng nóng hoặc lạnh, thường là một thứ gì đó như nước nóng hoặc lạnh, chất làm lạnh hoặc hơi nước.

– Quạt

Bộ phận tiếp theo trong AHU là quạt. Quạt sẽ hút không khí từ bên ngoài và sau đó thông qua các van điều tiết, bộ lọc và các cuộn nhiệt và sau đó đẩy nó ra vào ống gió xung quanh tòa nhà. Quạt ly tâm rất phổ biến ở AHU cũ và cả hiện tại nhưng quạt EC hiện đang được lắp đặt và cũng được trang bị retro để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.

Sau đó, chúng ta sử dụng hệ thống ống gió để dẫn không khí đi xung quanh tòa nhà đến các khu vực được thiết kế. Chúng ta cũng có một số hệ thống ống dẫn gió thải quay trở lại, nó sẽ hút tất cả không khí đã sử dụng từ tòa nhà trở lại một phần riêng của AHU. AHU gió thải này thường được đặt gần AHU gió tươi , nhưng về mặt kỹ thuật, nó có thể được đặt ở bất kỳ nơi nào khác.

AHU gió thải ở dạng đơn giản nhất chỉ có một cái quạt thải và van điều tiết bên trong. Quạt thải sẽ hút không khí đang lưu thông bên trong tòa nhà và sau đó đẩy nó ra môi trường bên ngoài. Van điều tiết được đặt phần ngoài cùng của AHU và sẽ đóng lại khi AHU tắt.

4. AHU đặc biệt

– Trường hợp 1

Tại các khu vực có thời tiết lạnh thường xuyên, nơi nhiệt độ không khí đạt đến điểm đóng băng hoặc gần với nó. Chúng ta sẽ thường thấy một lò sưởi thô ở đầu vào của AHU cấp.

Đây thường là một lò sưởi điện. Khi không khí bên ngoài vào khoảng 6°c (42.8F), lò sưởi sẽ bật lên và làm nóng không khí để bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi sương giá. Nếu không, điều này có thể đóng băng các cuộn sưởi, cuộn làm mát bên trong và phá hủy chúng.

– Trường hợp 2

Kiểm soát độ ẩm

Một số tòa nhà cần kiểm soát độ ẩm của không khí mà chúng cung cấp vào tòa nhà. Chúng ta sẽ lắp đặt một cảm biến độ ẩm ở đầu ra của AHU gió tươi để đo độ ẩm trong không khí cung cấp, điều này cũng sẽ có một điểm đặt cho độ ẩm trong không khí theo thiết kế.

Nếu độ ẩm của không khí thấp hơn giá trị này thì chúng ta cần đưa độ ẩm vào không khí bằng máy tạo độ ẩm, đây thường là một trong những bộ phận cuối cùng trong AHU gió tươi. Thiết bị này thường sẽ thêm hơi nước hoặc phun sương vào không khí. Nhiều tòa nhà văn phòng tiêu chuẩn ở Bắc Âu và Bắc Mỹ đã tắt thiết bị tạo độ ẩm hoặc gỡ bỏ chúng để tiết kiệm năng lượng. Mặc dù vậy chúng vẫn rất quan trọng đối với những nơi như phòng lưu trữ tài liệu và phòng máy tính.

Cuộn làm mát – Cuộn hút ẩm:

Nếu không khí quá ẩm thì chúng ta có thể giảm thiểu chúng qua cuộn làm mát. Khi không khí chạm vào cuộn làm mát, bề mặt lạnh sẽ làm cho hơi ẩm trong không khí ngưng tụ và chảy đi, bạn sẽ tìm được một cái đĩa dưới cuộn làm mát để hứng nước và thải nước này ra.

Cuộn làm mát có thể được sử dụng để tiếp tục giảm độ ẩm bằng cách loại bỏ nhiều nhiệt hơn, nhưng tất nhiên điều này sẽ làm giảm nhiệt độ không khí dưới điểm đặt cấp, nếu điều này xảy ra thì cuộn sưởi cũng có thể được bật để đưa nhiệt độ trở lại. Quá trình này sẽ hiệu quả cho dù nó rất tốn năng lượng.

5. Hệ thống hồi nhiệt

– Bơm tuần hoàn

Nếu AHU gió tươi và AHU gió thải nằm ở các khu vực khác nhau thì một cách phổ biến để phục hồi một phần năng lượng nhiệt là sử dụng cuộn tuần hoàn. Cách này yêu cầu 1 cuộn tuần hoàn ở trong cả AHU gió tươi và gió thải, được kết nối thông qua hệ thống đường ống. Một máy bơm sẽ tuần hoàn nước giữa 2 AHU qua đường ống.

Thiết bị này sẽ thu nhiệt từ AHU gió thải và bổ sung nhiệt này vào AHU gió tươi. Điều này sẽ làm giảm nhu cầu sưởi của cuộn sưởi khi nhiệt độ không khí bên ngoài thấp hơn nhiệt độ điểm đặt cung cấp và nhiệt độ không khí trở lại cao hơn điểm đặt, nhiệt sẽ bị loại bỏ khỏi khí quyển.

AHU Run Around Coil:

Một cảm biến nhiệt trong AHU gió thải ở lối vào được lắp đặt (hoặc sau cuộn hồi lưu). Chúng sẽ được sử dụng để kiểm soát máy bơm cũng như đo lường hiệu quả. Vì máy bơm sẽ tiêu thụ điện, nên hệ thống bổ sung này chỉ có hiệu quả về chi phí nếu năng lượng tiết kiệm được nhiều hơn so với lượng máy bơm sẽ tiêu thụ.

– Ống tuần hoàn

Một phiên bản rất phổ biến khác thường gặp phải là có một ống gió nằm giữa AHU gió tươi và AHU gió thải. Điều này cho phép một phần gió thải được tuần hoàn trở lại vào lượng gió tươi, để bù đắp cho nhu cầu sưởi hoặc làm mát. Việc này hoàn toàn đảm bảo kỹ thuật và rất an toàn. Nhưng cần đảm bảo gió thải có lượng CO2 thấp, các cảm biến CO2 sẽ làm nhiệm vụ này. Nếu mức CO2 quá cao thì không khí thải sẽ không được sử dụng lại, van điều tiết ở ống gió chung sẽ đóng lại và tất cả không khí quay trở lại sẽ bị loại khỏi tòa nhà.

Khi ở chế độ tuần hoàn, van điều tiết đầu vào và đầu ra sẽ không đóng hoàn toàn vì chúng ta vẫn cần một lượng không khí trong lành tối thiểu vào tòa nhà trong mỗi đợt tuần hoàn.

Chúng ta có thể sử dụng cơ chế này vào mùa đông, không khí tuần hoàn ấm hơn không khí bên ngoài và vào mùa hè khi không khí tuần hoàn trở lại mát hơn không khí bên ngoài, tương ứng với nhiệt độ điểm đặt. Vì vậy chúng ta cũng cần lắp đặt cảm biến nhiệt độ ở đầu vào, đầu ra và ngay sau ống gió liên kết 2 AHU. Cơ chế này sẽ không được sử dụng ở tất cả các tòa nhà do một số đòi hỏi khí tươi 100%.

– Bánh xe hồi nhiệt

Một biến thể khác mà chúng ta có thể tìm hiểu, là bánh xe hồi nhiệt. Cơ chế này rất phổ biến trong các AHU nhỏ gọn đời mới.

AHU dạng này sử dụng một bánh xe quay lớn, một nửa nằm trong ống gió thải và một nửa nằm trong ống gió tươi. Bánh xe sẽ quay, được điều khiển bởi một động cơ cảm ứng nhỏ. Khi quay, bánh xe lấy nhiệt không dùng đến từ dòng gió thải và hấp thụ vào vật liệu bánh xe. Bánh xe sau đó tiếp tục quay vào dòng gió tươi. Dòng gió tươi ở nhiệt độ thấp hơn dòng gió thải nên nhiệt sẽ truyền từ bánh xe vào dòng gió tươi. Điều này rõ ràng làm nóng dòng gió tươi và do đó làm giảm nhu cầu các cuộn sưởi.

Cơ chế này rất hiệu quả nhưng một số khí sẽ rò rỉ từ dòng gió thải vào dòng khí tươi nên cơ chế này không được áp dụng trong tất cả các tòa nhà.

– Tấm trao đổi nhiệt

Một phiên bản khác mà chúng ta có thể tìm hiểu thêm là các tấm trao đổi nhiệt. Điều này sử dụng các tấm kim loại mỏng để tách hai luồng không khí để chúng không tiếp xúc hoặc trộn lẫn với nhau. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai luồng không khí sẽ khiến nhiệt truyền qua luồng khí nóng qua các bức tường kim loại của trao đổi nhiệt và vào dòng lạnh.

Nguồn: TheEngineeringMindset.com

Chi tiết về thiết bị xử lý không khí:

Xem thêm sản phẩm và thiết bị phòng sạch: