Thiết bị xử lý không khí AHU

TKT Company Info
Tháng Mười Hai 30, 2018
Kiến thức vệ sinh

📅 Cập nhật Bài Viết “Thiết bị xử lý không khí AHU” lần cuối ngày 12 tháng 9 năm 2021 tại Công ty vệ sinh TKT Cleaning

Bài viết này TKT Cleaning tiếp tục đi sâu tìm hiểu về thiết bị xử lý không khí (hay gọi là điều hòa không khí) AHU. Có rất nhiều bài viết trên mạng về AHU, nhưng chúng tôi thấy tài liệu viết chưa thực sự sát và dễ hiểu cho người đọc thông thường và đậm tính kỹ thuật.

Chúng tôi cố gắng dịch và viết lại bài viết đầy đủ nhất về thiết bị xử lý không khí AHU (tiếng anh gọi là An air handler, or air handling unit)

Hình ảnh: đường đi không khí trong thiết bị xử lý không khí AHU

NỘI DUNG / CONTENT

1. Định nghĩa thiết bị xử lý không khí AHU là gì?

Có rất nhiều định nghĩa của các công ty M&E và cung cấp thiết bị AHU đưa ra định nghĩa đó là thiết bị trao đổi nhiệt thường được dùng trong hệ thống HVAC. Điều này chúng tôi rất không đồng ý, và cho rằng đó là một định nghĩa thiếu, không trọng tâm, không đúng bản chất và vai trò của thiết bị xử lý không khí.

Bản chất AHU với nghĩa tiếng anh là Air Handling Unit, là một thiết bị dùng để điều hòa và tần hoàn không khí, là một phần của hệ thống HVAC (làm nóng, thông gió, điều hòa không khí). Như vậy 2 chức năng chính của thiết bị này là Điều Hòa và Tần Hoàn Không khí, chứ không phải thiết bị trao đổi nhiệt không đơn thuần.

Trao đổi nhiệt chỉ là 1 mục đích của thiết bị này. Mục đích của nó là tạo ra Không Khí với các tiêu chuẩn mong muốn:

Nhiệt độ
Độ sạch
Độ ẩm.

Thiết bị xử lý không khí AHU được kết nối với hệ thống đường ống thông gió. Hệ thống đường ống dẫn khí này sẽ đưa không khí đã được xử lý đạt tiêu chuẩn vào tòa nhà, và hệ thống ống dẫn khí cũng sẽ lấy lại không khí đó trở lại thiết bị xử lý không khí AHU. Một vài thiết bị AHU cấp khí và thu hồi khí trực tiếp trong không gian sử dụng mà không có hệ thống ống dẫn khí.

Hình ảnh: hệ thống thiết bị xử lý không khí AHU

1.1 Về mặt cấu tạo nó sẽ bao gồm 8 cấu thành chính

Ống cấp khí nối vào thiết bị điều hòa không khí AHU
Hộp kim loại chứa quạt thổi cao áp (tuần hoàn không khí)
Bộ phận giảm âm, giảm rung
Hệ thống làm nóng, lạnh thường là các dàn trao đổi nhiệt (thường dùng trao đổi nhiệt giữa nước lạnh đi qua các ống đồng và không khí thổi qua nó) (đảm bảo nhiệt độ không khí)
Bộ lọc không khí (đảm bảo khí sạch)
Hệ thống điều khiển gồm cảm biến nhiệt, van ba ngã actuator…
Hệ thống ống dẫn khí
Ống cấp khi đầu ra và tuần hoàn

Đối với thiết bị điều hòa không khí nhỏ (terminal units or small air handlers), cho việc sử dụng tại chỗ, thường được gọi là thiết bị đầu cuối chỉ bao gồm: lọc không khí, giàn trao đổi nhiệt, quạt thổi.

Một dạng thiết bị xử lý không khí lớn hơn, lấy khí 100% phía ngoài, không thu hồi không khí, được gọi là “đơn vị làm sạch không khí” (makeup air unit – MAU). Một dạng thiết bị xử lý không khí khác được thiết kế cho xử lý không khí ngoài trời, điển hình là trên mái được gọi là đơn vị đóng gói (pagaked unit – PU) hay rooftop unit (RTU)

Khi nhiệt độ phòng lớn hơn nhiệt độ đặt thì van 3 ngã mở cho nước lạnh chảy qua dàn trao đổi nhiệt đến khi nhiệt độ tụt xuống nhiệt độ đặt thì van 3 ngã đóng lại nước lạnh chảy qua đường bypass về thiết bị làm lạnh nước (chiller). Không khí trước khi đưa vào AHU thường được lọc qua bộ phận tiền lọc và lọc túi. Khi cần độ sạch cao thì sử dụng cả lọc HEPA.

1.2 Cấu trúc bộ khung thiết bị điều hòa không khí

Thiết bị xử lý không khí thường được xây dựng dựa trên một hệ thống khung với các tấm kim loại theo yêu cầu để phù hợp với cấu hình của các thành phần. Ở dạng đơn giản nhất, khung có thể được làm từ các kênh hoặc phần kim loại, với các tấm kim loại bằng da đơn. Các kim loại thường được mạ kẽm để bảo vệ lâu dài.

Đối với các thiết bị xử lý không khí ngoài trời, một số hình thức chống chịu thời tiết và bổ sung mối kín xung quanh các khớp.

Các bộ xử lý không khí lớn hơn sẽ được sản xuất từ một hệ thống khung thép hình vuông với các tấm thấm đôi và cách nhiệt. Cách cấu tạo như vậy giúp giảm mất nhiệt hoặc tăng nhiệt từ bộ xử lý không khí, cũng như giúp giảm âm thanh. Bộ xử lý không khí lớn hơn có thể dài vài mét và được sản xuất theo các khối để tăng độ bền và độ cứng. Thiết bị sẽ được đặt trên các đường ray.

Trong trường hợp cần cấp và rút khí theo tỷ lệ bằng nhau cho một hệ thống thông gió được cân bằng, thì thông thường các thiết bị cung cấp và thu hồi khí sẽ được nối với nhau, trong cấu hình song song hoặc cấu hình xếp chồng lên nhau.

2. Các thành phần của thiết bị xử lý không khí

Trong đa số các thiết bị xử lý không khí thì đều theo tuần tự như sau: Đường Dẫn Khí Thu Hồi (đầu vào của AHU), đi qua thiết bị xử lý không khí, tới Đường Dẫn Khi Cung Cấp (đầu ra của AHU)

2.1 Bộ phận lọc Không Khí

Lọc không khí là bộ phận quan trọng để cung cấp không khí sạch bụi và trong tòa nhà. Nó bao gồm một trong các kỹ thuật sau đây hoặc kết hợp các kỹ thuật với nhau:

Bộ lọc xếp có chỉ số MERV thấp (MERV 1-20, tức lọc các phần tử từ >10 μm -> < 0.3 μm)
HEPA (99.97% of phần tử có kích thước >= 0.3 µm không được lọt qua)
Electrostatic

Các phương pháp lọc khí phức tạp hơn như Pha Gas, Tia cực tím cũng có thể được sử dụng.

Hình ảnh: tấm lọc không khí sử dụng trong thiết bị xử lý không khí AHU

Thiết bị lọc thường được đặt đầu tiên trong AHU để giữ cho tất cả các thành phần hạ nguồn sạch sẽ. Tùy thuộc vào cấp độ lọc cần thiết, các bộ lọc thông thường sẽ được sắp xếp thành hai (hoặc nhiều) ngăn kế tiếp với các tấm lọc thô, đặt trước túi lọc tinh. Tấm lọc thô rẻ, dễ thay thế và bảo dưỡng giúp bảo vệ các túi lọc tinh đắt tiền.

Hình ảnh: bộ phận lọc không khí công nghệ tĩnh điện trong thiết bị điều hòa không khí AHU

Tuổi thọ của bộ lọc có thể được đánh giá bằng cách theo dõi độ sụt áp qua môi trường lọc ở tốc độ dòng khí thiết kế. Điều này có thể được thực hiện bằng màn hình hiển thị bằng cách sử dụng đồng hồ đo áp suất hoặc bằng công tắc áp suất được liên kết với điểm báo động trên hệ thống điều khiển tòa nhà.

Việc không thay thế bộ lọc có thể dẫn đến sự sụp đổ hệ thống lọc, vì các lực tác động lên nó bởi quạt vượt khả năng chống chịu của nó, dẫn đến sự sụp đổ và do đó làm ô nhiễm bộ xử lý không khí và ống dẫn hạ lưu.

2.2 Bộ phận làm nóng và làm lạnh

Thiết bị xử lý không khí có thể cần cung cấp hệ thống sưởi, làm mát hoặc cả hai để thay đổi nhiệt độ không khí cung cấp và mức độ ẩm tùy thuộc vào vị trí và ứng dụng. Điều hòa như vậy được cung cấp bởi (các) cuộn trao đổi nhiệt trong luồng không khí của bộ xử lý không khí, các cuộn dây này có thể trực tiếp hoặc gián tiếp liên quan đến môi trường cung cấp hiệu ứng làm nóng hoặc làm mát.

Bộ trao đổi nhiệt trực tiếp bao gồm những thiết bị cho lò sưởi đốt nhiên liệu bằng khí đốt hoặc thiết bị bay hơi làm lạnh, được đặt trực tiếp trong luồng không khí. Máy sưởi điện trở và bơm nhiệt cũng có thể được sử dụng. Làm mát bằng bay hơi là có thể ở vùng khí hậu khô.

Với phương pháp gián tiếp, cuộn dây gián tiếp sử dụng nước nóng hoặc hơi nước để sưởi ấm, và nước lạnh để làm mát (năng lượng chính để sưởi ấm và làm mát được cung cấp bởi nhà máy trung tâm ở nơi khác trong tòa nhà). Cuộn dây thường được sản xuất từ đồng cho các ống, với vây bằng đồng hoặc nhôm để hỗ trợ truyền nhiệt.

Cuộn làm mát cũng sẽ sử dụng các tấm khử để loại bỏ và thoát nước ngưng. Nước nóng hoặc hơi nước được cung cấp bởi một lò hơi trung tâm, và nước lạnh được cung cấp bởi một máy làm lạnh trung tâm. Cảm biến nhiệt độ hạ lưu thường được sử dụng để theo dõi và kiểm soát nhiệt độ “tắt cuộn”, kết hợp với van điều khiển cơ giới thích hợp trước cuộn dây.

Nếu cần hút ẩm, thì cuộn làm mát được sử dụng để làm mát quá mức đến điểm sương đạt được và ngưng tụ xảy ra. Một cuộn dây gia nhiệt được đặt sau cuộn làm mát làm nóng lại không khí (do đó được gọi là cuộn nhiệt lại) đến nhiệt độ cung cấp mong muốn. Quá trình này có tác dụng làm giảm độ ẩm tương đối của không khí cung cấp.

Ở vùng khí hậu lạnh hơn, nơi nhiệt độ mùa đông thường xuyên xuống dưới mức đóng băng, sau đó các cuộn băng giá hoặc cuộn nhiệt trước thường được sử dụng như là giai đoạn đầu tiên của xử lý không khí để đảm bảo rằng các bộ lọc hạ lưu hoặc cuộn nước lạnh được bảo vệ chống đóng băng.

Việc điều khiển cuộn dây sương giá là nếu không đạt được nhiệt độ không khí ngoài cuộn nhất định thì toàn bộ bộ xử lý không khí sẽ ngừng hoạt động để bảo vệ.

Hình ảnh: tấm lọc HEPA trong thiết bị xử lý không khí AHU

2.3 Thành phần bộ làm ẩm

Độ ẩm thường là cần thiết ở vùng khí hậu lạnh, nơi sưởi ấm liên tục sẽ làm cho không khí khô hơn, dẫn đến chất lượng không khí khó chịu và tăng tĩnh điện. Nhiều loại độ ẩm có thể được sử dụng:

Bay hơi: không khí khô thổi qua một hồ chứa sẽ làm bay hơi một phần nước. Tốc độ bay hơi có thể tăng lên bằng cách phun nước lên các vách ngăn trong luồng không khí.

Hóa hơi: hơi hoặc hơi từ nồi hơi được thổi trực tiếp vào luồng không khí.

Phun sương: nước được khuếch tán bằng vòi hoặc các phương tiện cơ học khác thành các giọt nhỏ và được mang theo không khí.

Siêu âm: Một khay nước ngọt trong luồng khí được kích thích bởi một thiết bị siêu âm tạo thành sương mù hoặc sương mù nước.

Môi trường ướt: Một môi trường nhiều sợi xơ mịn trong luồng khí được giữ ẩm bằng nước sạch từ ống với một loạt các rãnh nước nhỏ. Khi không khí đi qua môi trường này, nó sẽ cuốn nước vào những giọt nhỏ. Loại máy tạo độ ẩm này có thể nhanh chóng bị tắc nếu quá trình lọc không khí sơ cấp không được duy trì theo thứ tự tốt.

2.4 Bộ phận Buồng hỗn hợp

Để duy trì chất lượng không khí trong nhà, thiết bị xử lý không khí thường có sự cung cấp cho phép đưa không khí bên ngoài vào và hút hết không khí từ tòa nhà. Ở vùng khí hậu ôn đới, có thể sử dụng một lượng không khí lạnh bên ngoài phù hợp với không khí nóng hơn để tiếp cận nhiệt độ không khí cung cấp mong muốn. Do đó, một buồng trộn được sử dụng có các bộ giảm chấn kiểm soát tỷ lệ giữa trở lại, bên ngoài và khí thải.

2.5 Bộ phận quạt, máy thổi khí

Thiết bị xử lý không khí thường sử dụng một máy thổi lồng sóc lớn được điều khiển bởi động cơ điện cảm ứng xoay chiều để di chuyển không khí. Máy thổi có thể hoạt động ở một tốc độ duy nhất, cung cấp nhiều tốc độ cài đặt hoặc được điều khiển bởi một ổ tần số thay đổi để cho phép một loạt các tốc độ dòng khí. Tốc độ dòng chảy cũng có thể được kiểm soát bởi các van đầu vào hoặc giảm chấn đầu ra trên quạt.

Một số bộ xử lý không khí dân dụng ở Hoa Kỳ (“lò” trung tâm hoặc “máy điều hòa không khí”) sử dụng động cơ điện DC không chổi than có khả năng thay đổi tốc độ.

Một số bộ xử lý không khí ở Châu Âu và Úc và New Zealand hiện nay thường sử dụng quạt đường cong ngược mà không cần cuộn hoặc “cắm quạt”. Chúng được điều khiển bằng cách sử dụng động cơ EC (giao tiếp điện tử) hiệu quả cao với tích hợp kiểm soát tốc độ.

Nhiều máy thổi có thể có mặt trong các đơn vị xử lý không khí thương mại lớn, thường được đặt ở cuối AHU và đầu ống cung cấp khí (do đó còn được gọi là “quạt cung cấp”). Chúng thường được tăng cường bởi các quạt trong ống dẫn khí quay trở lại (“quạt quay trở lại”) đẩy không khí vào AHU.

2.6 Bộ phận cân bằng

Quạt thổi khí nếu không cân bằng sẽ dẫn đến bị chao đảo và rung động. Đối với quạt điều hòa không khí gia đình, đây có thể là một vấn đề lớn: lưu thông không khí bị giảm đáng kể ở các lỗ thông hơi (vì sự chao đảo bị mất năng lượng), hiệu quả bị tổn hại và tiếng ồn được tăng lên. Một vấn đề lớn khác ở quạt không cân bằng là tuổi thọ của vòng bi (gắn với quạt và trục) bị tổn hại hoặc rút ngắn đáng kể.

Vật nặng có thể được đặt một đúng cách để điều chỉnh cho quạt quay mượt mà. Quạt điều hòa không khí tại nhà hoặc trung tâm hoặc quạt lớn khác thường phải được kiểm tra tại nơi cung cấp, nơi có bộ cân bằng đặc biệt để cân bằng phức tạp hơn (thử nghiệm và lỗi có thể gây ra thiệt hại trước khi tìm thấy điểm chính xác). Động cơ quạt thường không rung.

2.7 Bộ phận thu hồi nhiệt

Một bộ trao đổi nhiệt thiết bị thu hồi nhiệt có thể được trang bị cho bộ xử lý không khí giữa cung cấp và trích xuất luồng khí để tiết kiệm năng lượng và tăng công suất. Những loại phổ biến hơn bao gồm:

Bộ thu hồi hoặc bộ trao đổi nhiệt dạng tấm: Đặt dạng sandwich bằng các tấm nhựa hoặc kim loại có đường dẫn khí xen kẽ. Nhiệt được truyền giữa các luồng khí từ bên này sang bên kia. Các tấm thường cách nhau từ 4 đến 6 mm. Hiệu suất thu hồi nhiệt lên tới 70%.

Bánh xe nhiệt hoặc bộ trao đổi nhiệt quay: Một ma trận quay chậm của kim loại gấp nếp, hoạt động trong cả hai luồng khí đối nghịch. Khi thiết bị xử lý không khí ở chế độ sưởi ấm, nhiệt được hấp thụ khi không khí đi qua ma trận trong luồng khí thải, trong một nửa vòng quay và được giải phóng trong nửa vòng quay thứ hai vào luồng khí cung cấp trong một quá trình liên tục.

Khi bộ xử lý không khí ở chế độ làm mát, nhiệt được giải phóng khi không khí đi qua ma trận trong luồng khí thải, trong một nửa vòng quay và được hấp thụ trong nửa vòng quay thứ hai vào luồng khí cung cấp. Hiệu suất thu hồi nhiệt lên tới 85%. Bánh xe cũng có sẵn với một lớp phủ thủy tĩnh để cung cấp truyền nhiệt tiềm ẩn và cũng làm khô hoặc làm ẩm của không khí.

Chạy quanh cuộn dây: Hai cuộn dây trao đổi nhiệt từ không khí sang lỏng, trong các luồng khí đối diện, được bơm cùng với một bơm tuần hoàn và sử dụng nước hoặc nước muối làm môi trường truyền nhiệt. Thiết bị này, mặc dù không hiệu quả lắm, cho phép thu hồi nhiệt giữa điều khiển từ xa và đôi khi nhiều lần cung cấp và xả khí. Hiệu suất thu hồi nhiệt lên tới 50%.

Ống dẫn nhiệt: Hoạt động ở cả hai đường dẫn khí đối diện, sử dụng chất làm lạnh hạn chế làm môi trường truyền nhiệt. Ống dẫn nhiệt sử dụng nhiều ống kín được gắn trong cấu hình cuộn dây có vây để tăng khả năng truyền nhiệt. Nhiệt được hấp thụ ở một bên của đường ống, bằng cách bay hơi chất làm lạnh, và được giải phóng ở phía bên kia, bằng cách ngưng tụ chất làm lạnh. Chất làm lạnh ngưng tụ chảy theo trọng lực đến phía đầu tiên của đường ống để lặp lại quá trình. Hiệu suất thu hồi nhiệt lên tới 65%.

2.8 Hệ thống kiểm soát

Kiểm soát là cần thiết để điều chỉnh mọi khía cạnh của một bộ xử lý không khí, chẳng hạn như: tốc độ dòng khí, cung cấp nhiệt độ không khí, nhiệt độ không khí hỗn hợp, độ ẩm, chất lượng không khí. Chúng có thể đơn giản như một bộ điều chỉnh tắt / bật hoặc phức tạp như một hệ thống tự động hóa tòa nhà bằng BACnet hoặc LonWorks chẳng hạn.

Các thành phần điều khiển phổ biến bao gồm cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, công tắc buồm, bộ truyền động, động cơ và bộ điều khiển.

2.9 Bộ cách ly rung

Các máy thổi trong một bộ xử lý không khí có thể tạo ra rung động đáng kể và diện tích lớn của hệ thống ống dẫn sẽ truyền tiếng ồn và rung động này đến những người cư ngụ trong tòa nhà. Để tránh điều này, các bộ cách ly rung (phần linh hoạt) thường được đưa vào ống dẫn ngay trước và sau bộ xử lý không khí và thường là giữa khoang quạt và phần còn lại của AHU.

Vật liệu giống như vải cao su của các phần này cho phép các bộ phận xử lý không khí rung động mà không truyền chuyển động này đến các ống dẫn kèm theo.

Khoang quạt có thể được cách ly hơn nữa bằng cách đặt nó vào hệ thống treo lò xo, điều này sẽ giảm thiểu sự truyền rung động qua sàn.

Trên đây bạn đã cùng công ty vệ sinh TKT Cleaning tìm hiểu sâu về hệ thống xử lý không khí AHU, một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống điều hòa không khí tòa nhà HVAC.

Bài viết tiếp theo chúng tôi đi sâu vào các chỉ số lọc MERV các công nghệ lọc, công nghệ làm sạch không khí tòa nhà, thông qua qua thiết bị xử lý không khí AHU.