Air Handling Units. In diesem Artikel werden wir lernen, wie Luftbehandlungsgeräte oder AHUs funktionieren. Wir sehen uns verschiedene Beispiele typischer RLT-Geräte an, zusammen mit Animationen für Komponenten wie Klappen, Heiz- und Kühlregister, Wärmeräder, Befeuchter, Rohrschlangen, Wärmetauscher und mehr, um Ihnen das Erlernen der HLK-Technik zu erleichtern.
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So, wo finden wir Air handling units?
Lüftungsgeräte, die meist die Abkürzung A.H.U. abgekürzt werden, sind in mittleren bis großen Gewerbe- und Industriegebäuden zu finden.
Sie befinden sich meist im Keller, auf dem Dach oder in den Etagen eines Gebäudes. RLT-Geräte versorgen einen bestimmten Bereich oder eine Zone innerhalb eines Gebäudes, wie z. B. die Ostseite oder die Stockwerke 1 – 10 oder vielleicht einen einzelnen Zweck, wie z. B. nur die Toiletten des Gebäudes. Daher ist es sehr üblich, mehrere RLT-Geräte in einem Gebäude zu finden.
Einige Gebäude, besonders alte Hochhäuser, haben nur ein großes RLT-Gerät, das sich normalerweise auf dem Dach befindet. Diese versorgen das gesamte Gebäude. Sie haben möglicherweise keinen Rückführungskanal, einige ältere Designs verlassen sich darauf, dass die Luft einfach aus dem Gebäude entweicht. Diese Bauweise ist in neuen Gebäuden nicht mehr so üblich, da sie sehr ineffizient ist. Heute ist es üblich, mehrere kleinere RLT-Geräte zu haben, die verschiedene Zonen versorgen. Die Gebäude sind auch luftdichter, so dass wir einen Rückführungskanal benötigen, um den Druck im Gebäude zu regulieren.
Was ist der Zweck eines Lüftungsgeräts?
Lüftungsgeräte konditionieren und verteilen die Luft innerhalb eines Gebäudes. Sie nehmen frische Umgebungsluft von außen auf, reinigen sie, heizen oder kühlen sie, befeuchten sie eventuell und leiten sie dann durch ein Kanalsystem zu den vorgesehenen Bereichen innerhalb eines Gebäudes. Die meisten Geräte verfügen über einen zusätzlichen Kanal, um die verbrauchte, verschmutzte Luft aus den Räumen zurück zum RLT-Gerät zu führen, wo ein Ventilator sie zurück in die Atmosphäre bläst. Ein Teil dieser Rückluft kann in die Frischluftzufuhr zurückgeführt werden, um Energie zu sparen; wir werden uns das später im Artikel ansehen. Andernfalls, wo das nicht möglich ist, kann thermische Energie abgesaugt und in die Frischluftzufuhr eingespeist werden. Auch darauf gehen wir später näher ein.
Lassen Sie uns einen Blick auf eine einfache, typische Konstruktion werfen und dann einige fortschrittlichere betrachten.
In diesem sehr einfachen Modell haben wir die beiden AHU-Gehäuse für Zu- und Abluft. Ganz vorne am Ein- und Auslass jedes Gehäuses haben wir ein Gitter, um zu verhindern, dass Gegenstände und wildes Leben in die mechanischen Komponenten im Inneren des RLT-Geräts gelangen.
Auf diesem Foto können Sie sehen, dass das Ansauggitter der AHU einen ganzen Haufen Müll angesaugt hätte, wenn das Gitter nicht da wäre, deshalb ist es so wichtig.
Am Einlass des Frischluftgehäuses und am Auslass des Abluftgehäuses haben wir einige Klappen. Die Klappen sind mehrere Bleche, die sich drehen können. Sie können sich schließen, um zu verhindern, dass Luft ein- oder austritt, sie können sich öffnen, um Luft vollständig ein- oder auszuströmen, und sie können auch ihre Position irgendwo dazwischen variieren, um die Luftmenge zu begrenzen, die ein- oder austreten kann.
Nach den Dämpfern haben wir einige Filter. Diese sind dazu da, um zu versuchen, den ganzen Schmutz und Staub usw. vom Eindringen in das Ahu und in das Gebäude abzufangen. Wenn wir diese Filter nicht haben, wird sich der Staub in den Kanälen und in der mechanischen Ausrüstung ansammeln, er wird auch in das Gebäude gelangen und von den Bewohnern eingeatmet werden und das Gebäude verschmutzen. Wir wollen also so viel wie möglich davon entfernen. Über jeder Filterreihe befindet sich ein Drucksensor. Dieser misst den Verschmutzungsgrad der Filter und warnt die Ingenieure, wenn es an der Zeit ist, die Filter auszutauschen. Wenn die Filter Schmutz aufnehmen, wird die Luftmenge, die durchströmen kann, eingeschränkt, was zu einem Druckabfall über den Filtern führt. Normalerweise haben wir einige Plattenfilter oder Vorfilter, um die größten Staubpartikel aufzufangen. Dann haben wir einige Taschenfilter, um die kleineren Staubpartikel aufzufangen. Wir haben die Ahu-Filter schon einmal sehr ausführlich beschrieben. Sie können sich ein Video-Tutorial dazu ansehen, indem Sie hier klicken.
Als nächstes finden wir die Kühl- und Heizschlangen. Diese sind dazu da, die Luft zu heizen oder zu kühlen. Die Lufttemperatur der Zuluft wird gemessen, wenn sie das RLT-Gerät verlässt und in das Kanalsystem eintritt. Diese muss eine bestimmte Temperatur haben, damit sich die Menschen im Gebäude wohlfühlen; diese Temperatur wird als Sollwert bezeichnet. Wenn die Lufttemperatur unter diesem Wert liegt, fügt das Heizregister Wärme hinzu, um die Lufttemperatur zu erhöhen und sie auf den Sollwert zu bringen. Wenn die Luft zu warm ist, führt das Kühlregister Wärme ab, um die Lufttemperatur zu senken und den Sollwert zu erreichen. Die Wärmetauscher sind Wärmetauscher, in denen sich eine heiße oder kalte Flüssigkeit befindet, normalerweise so etwas wie erhitztes oder gekühltes Wasser, Kältemittel oder Dampf. Wir haben diese bereits ausführlich besprochen, Sie können sich ein Video-Tutorial dazu ansehen, indem Sie hier klicken.
Als Nächstes haben wir einen Ventilator. Dieser saugt die Luft von außen an und drückt sie dann durch die Klappen, Filter und Wärmetauscher in das Kanalsystem des Gebäudes. Zentrifugalventilatoren sind in alten und bestehenden RLT-Geräten sehr verbreitet, aber EC-Ventilatoren werden jetzt installiert und auch nachgerüstet, um die Energieeffizienz zu erhöhen. Auf der anderen Seite des Ventilators befindet sich ein Drucksensor, der erkennt, ob der Ventilator in Betrieb ist. Wenn er läuft, erzeugt er eine Druckdifferenz, die wir nutzen können, um einen Fehler in der Anlage zu erkennen und die Techniker vor dem Problem zu warnen. In einigen Ahu-Systemen wird die Drehzahl des Ventilators in Abhängigkeit vom Druck im Kanal geregelt, so dass bei Systemen mit variabler Lautstärke häufig auch ein Antrieb mit variabler Drehzahl an den Ventilator angeschlossen ist. Wir haben VAV-Systeme separat behandelt, Sie können sich ein Video-Tutorial dazu ansehen, indem Sie hier klicken.
Dann haben wir das Kanalsystem, das die Luft um das Gebäude herum zu den vorgesehenen Bereichen leitet. Wir haben auch ein Kanalnetz, das die gesamte verbrauchte Luft aus dem Gebäude zurück zu einem separaten Teil des RLT-Geräts bringt. Dieses Rücklaufgerät befindet sich normalerweise in der Nähe des Zuluftgeräts, aber das muss nicht sein, es kann sich auch an einem anderen Ort befinden. Wenn Sie erfahren möchten, wie Sie die Dimensionierung und Auslegung von Lüftungskanälen vornehmen, können Sie sich ein Video-Tutorial ansehen, indem Sie hier klicken.
Das Rücklauf-AHU in seiner einfachsten Form hat nur einen Ventilator und eine Klappe im Inneren. Der Ventilator saugt die Luft aus dem Gebäude an und drückt sie dann aus dem Gebäude. Die Klappe befindet sich am Ausgang des Ahu-Gehäuses und schließt sich, wenn sich das RLT-Gerät ausschaltet.
Das ist ein sehr einfaches und typisches RLT-Gerät. Was könnten wir also noch finden?
Wenn Sie sich in einem kalten Teil der Welt befinden, wo die Lufttemperatur den Gefrierpunkt erreicht oder nahe daran ist. Dann ist es wahrscheinlich, dass sich am Einlass der Frischluftansaugung eine Vorheizung befindet. Dies ist normalerweise eine elektrische Heizung. Wenn die Außenluft auf etwa 6*c (42.8F) kommt, schaltet sich die Heizung ein und heizt die Luft auf, um die Komponenten im Inneren vor Frost zu schützen. Andernfalls könnten die Heiz- und Kühlschlangen im Inneren einfrieren und platzen.
Was ist mit der Feuchteregelung? In manchen Gebäuden muss die Luftfeuchtigkeit der ins Gebäude eingeleiteten Luft geregelt werden. Am Auslass des RLT-Gerätes befindet sich ein Feuchtigkeitssensor, der die Feuchtigkeit in der Zuluft misst. Dieser hat auch einen Sollwert, wie viel Feuchtigkeit die Luft haben sollte.
Wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Luft unter diesem Wert liegt, muss der Luft Feuchtigkeit zugeführt werden, indem ein Befeuchter verwendet wird. Dieses Gerät fügt normalerweise entweder Dampf hinzu oder sprüht einen Wassernebel in die Luft. Viele Standard-Bürogebäude in Nordeuropa und Nordamerika haben ihre Befeuchtungsgeräte abgeschaltet oder deinstalliert, um Energie zu sparen. Obwohl sie für Orte wie Dokumentenlager und Computerräume immer noch wichtig sind.
Wenn die Luft zu feucht ist, kann dies durch das Kühlregister reduziert werden. Wenn die Luft auf die Kühlschlange trifft, kondensiert die Feuchtigkeit in der Luft an der kalten Oberfläche und fließt ab. Unter der Kühlschlange befindet sich eine Auffangwanne, die das Wasser auffängt und ableitet. Das Kühlregister kann verwendet werden, um den Feuchtigkeitsgehalt weiter zu reduzieren, indem mehr Wärme abgeführt wird, aber natürlich sinkt dadurch die Lufttemperatur unter den Zuluftsollwert, wenn dies eintritt, kann auch das Heizregister eingeschaltet werden, um die Temperatur wieder zu erhöhen, dies funktioniert, obwohl es sehr energieintensiv ist.
Energierückgewinnung
Wenn sich die Zu- und Abluftgeräte in verschiedenen Bereichen befinden, ist eine gängige Methode zur Rückgewinnung eines Teils der Wärmeenergie die Verwendung eines Run around coil. Dabei wird ein Wärmetauscher in beiden RLT-Geräten verwendet, die über Rohrleitungen miteinander verbunden sind. Eine Pumpe lässt Wasser zwischen den beiden Geräten zirkulieren. Dadurch wird die Abwärme aus der Abluftanlage aufgenommen und der Zuluftanlage zugeführt. Dadurch wird der Heizbedarf des Heizregisters reduziert, wenn die Außenlufttemperatur unter der Zuluftsolltemperatur liegt und die Rücklufttemperatur höher als der Sollwert ist, da die Wärme sonst an die Atmosphäre abgegeben würde. Wir benötigen daher einen Lufttemperatursensor im Rücklauf-AHU am Eingang und wir werden wahrscheinlich Lufttemperatursensoren nach dem Rücklaufregister sowie vor dem Frischlufteinlass haben. Diese werden sowohl zur Steuerung der Pumpe als auch zur Messung der Effektivität verwendet. Da die Pumpe Strom verbraucht, ist es nur dann kosteneffektiv, sie einzuschalten, wenn die eingesparte Energie größer ist als der Verbrauch der Pumpe.
Eine weitere sehr häufig anzutreffende Variante ist, dass ein Kanal zwischen der Abluft und dem Frischlufteinlass sitzt. Dadurch wird ein Teil der Abluft in den Frischlufteinlass zurückgeführt, um den Heiz- oder Kühlbedarf auszugleichen. Dies ist sicher und gesund, aber Sie müssen sicherstellen, dass die Abluft einen niedrigen Co2-Gehalt hat, daher benötigen wir einige Co2-Sensoren, um dies zu überwachen. Wenn der Co2-Wert zu hoch ist, kann die Luft nicht wiederverwendet werden, die Mischklappe schließt sich und die gesamte Abluft wird aus dem Gebäude abgeleitet. Im Umluftbetrieb werden die Haupteinlass- und -auslassklappen bei dieser Einrichtung nicht vollständig geschlossen, da wir immer noch eine Mindestmenge an Frischluft benötigen, die in das Gebäude gelangt. Wir können dies im Winter nutzen, wenn die Rückluft wärmer ist als die Außenluft, und wir können dies im Sommer nutzen, wenn die Rückluft kühler ist als die Außenluft, entsprechend der Zuluftsollwert-Lufttemperatur, daher benötigen wir auch einige Temperatursensoren am Einlass, Rücklauf und direkt nach dem Mischbereich. Einige Gebäude erfordern 100 % Frischluft, so dass diese Strategie nicht überall angewendet werden kann, die örtlichen Gesetze und Vorschriften werden dies vorschreiben.
Eine weitere Variante, die uns begegnen kann, ist das Wärmerad. Dieses ist in neueren kompakten RLT-Geräten sehr verbreitet. Dabei wird ein großes rotierendes Rad verwendet, das zur Hälfte im Abluftstrom und zur Hälfte im Frischlufteinlass sitzt. Das Rad dreht sich, angetrieben von einem kleinen Induktionsmotor. Während der Drehung nimmt es unerwünschte Wärme aus dem Abluftstrom auf und absorbiert diese im Material des Rades. Diese Luft hat eine niedrigere Temperatur als der Abgasstrom, so dass die Wärme vom Rad in den Frischluftstrom übertragen wird, der natürlich den einströmenden Luftstrom erwärmt und so den Bedarf am Heizregister reduziert. Dies ist sehr effektiv, aber ein Teil der Luft entweicht aus dem Abluftstrom in den Frischluftstrom, so dass dies nicht in allen Gebäuden eingesetzt werden kann.
Eine weitere Version, die uns begegnen könnte, ist der Luftplattenwärmetauscher. Dieser verwendet dünne Metallbleche, um die beiden Luftströme zu trennen, so dass sie sich nicht berühren oder vermischen. Der Temperaturunterschied zwischen den beiden Luftströmen führt dazu, dass die Wärme vom heißen Abgasstrom durch die Metallwände des Wärmetauschers in den kalten Ansaugstrom übertragen wird.