Luchtbehandelingsunits. In dit artikel zullen we leren hoe luchtbehandelingskasten, of AHU’s, werken. We bekijken verschillende voorbeelden van typische AHU’s samen met animaties voor componenten zoals dempers, verwarmings- en koelbatterijen, warmtewielen, bevochtigers, rondloopbatterijen, warmtewisselaars en meer, om u te helpen HVAC engineering te leren.
Schuif naar beneden voor YouTube video tutorial
🏆 Wilt u meer gratis HVAC cursussen? Maak uw gratis Danfoss Learning-profiel aan door hier te klikken
Teken in bij Danfoss Learning en krijg toegang tot honderden online cursussen over een breed scala aan technische onderwerpen. Aanmelden is gratis en u kunt inloggen wanneer u maar wilt, wat betekent dat u in uw eigen tempo kunt leren. Voor veel cursussen kunt u examens afleggen en certificaten verdienen.
Start nu met leren. Maak uw gratis Danfoss-leerprofiel aan – http://bit.ly/AHUDanfossLearning
Waar vinden we luchtbehandelingskasten?
Luchtbehandelingskasten, die meestal de afkorting A.H.U. hebben, zijn te vinden in middelgrote tot grote commerciële en industriële gebouwen.
Ze bevinden zich meestal in de kelder, op het dak of op de verdiepingen van een gebouw. AHU’s bedienen een bepaald gebied of een bepaalde zone binnen een gebouw, zoals de oostkant, of verdiepingen 1 – 10 of misschien een enkel doel, zoals alleen de toiletten van het gebouw. Daarom is het heel gebruikelijk om meerdere AHU’s in een gebouw te vinden.
Sommige gebouwen, vooral oude hoogbouw, hebben slechts één grote AHU, meestal gelegen op het dak. Deze voedt het hele gebouw. Ze hebben misschien geen luchtafvoerkanaal, sommige oudere ontwerpen vertrouwen erop dat de lucht gewoon uit het gebouw lekt. Dit ontwerp is niet meer zo gebruikelijk in nieuwe gebouwen omdat het erg inefficiënt is, nu is het gebruikelijk om meerdere kleinere AHU’s te hebben die verschillende zones van lucht voorzien. De gebouwen zijn ook meer luchtdicht, zodat we een retourleiding nodig hebben om de druk in het gebouw te regelen.
Dus, wat is het doel van een luchtbehandelingskast?
Luchtbehandelingskasten conditioneren en distribueren lucht in een gebouw. Ze nemen verse buitenlucht aan, reinigen die, verwarmen of koelen die, bevochtigen die en voeren die dan door kanalen naar de daarvoor bestemde ruimten in een gebouw. De meeste units zullen een extra leiding hebben om de gebruikte vuile lucht uit de kamers terug te voeren naar de AHU, waar een ventilator de lucht terug in de atmosfeer blaast. Een deel van deze afvoerlucht kan worden gerecirculeerd in de toevoer van verse lucht om energie te besparen, we zullen daar later in het artikel op terugkomen. In andere gevallen, waar dat niet mogelijk is, kan thermische energie worden onttrokken en teruggevoerd naar de toevoer van verse lucht.
Laten we eens kijken naar een eenvoudig, typisch ontwerp, en dan naar wat meer geavanceerde ontwerpen.
In dit zeer eenvoudige model hebben we de twee AHU-behuizingen voor toevoer- en afvoerlucht. Helemaal vooraan op de inlaat en de uitlaat van elke behuizing bevindt zich een rooster om te voorkomen dat er voorwerpen of dieren in de mechanische componenten van de AHU terechtkomen.
Op deze foto kunt u zien dat de inlaat van de AHU een hele hoop afval zou hebben aangezogen als het rooster er niet was geweest, daarom is het zo belangrijk.
Aan de inlaat van de verse-luchtbehuizing en aan de uitlaat van de retourluchtbehuizing hebben we een aantal dempers. De dempers zijn meerdere metalen platen die kunnen draaien. Ze kunnen sluiten om te voorkomen dat lucht naar binnen of naar buiten stroomt, ze kunnen openen om lucht volledig toe of uit te laten, en ze kunnen ook hun stand ergens daartussenin variëren om de hoeveelheid lucht die naar binnen of naar buiten kan te beperken.
Na de dempers hebben we een aantal filters. Deze zijn er om te proberen al het vuil en stof enz. op te vangen dat de ahu en het gebouw binnenkomt. Als we deze filters niet hebben, zal het stof zich ophopen in het leidingwerk en in de mechanische apparatuur, het zal ook het gebouw binnenkomen en ingeademd worden door de bewoners en het gebouw vuil maken. Dus, we willen zoveel mogelijk hiervan verwijderen. Tegenover elke filterbank hebben we een druksensor. Deze meet hoe vuil de filters zijn en waarschuwt de technici wanneer het tijd is om de filters te vervangen. Als de filters vuil oppikken, wordt de hoeveelheid lucht die erdoor kan stromen beperkt en dit veroorzaakt een drukval over de filters. Normaal gesproken hebben we enkele paneelfilters of voorfilters om de grootste stofdeeltjes op te vangen. Dan hebben we zakfilters om de kleinere stofdeeltjes op te vangen. We hebben al eerder zeer gedetailleerd over ahu filters gesproken. U kunt een instructievideo daarover bekijken door hier te klikken.
Het volgende dat we zullen aantreffen zijn de koel- en verwarmingsspiralen. Deze zijn er om de lucht te verwarmen of te koelen. De luchttemperatuur van de toevoerlucht wordt gemeten wanneer deze de LBK verlaat en het leidingwerk binnenkomt. Deze moet op een bepaalde temperatuur zijn om het de mensen in het gebouw comfortabel te maken. Als de luchttemperatuur onder deze waarde is, zal de verwarmingsspiraal warmte toevoegen om de luchttemperatuur te verhogen en op het setpoint te brengen. Als de lucht te warm is, zal de koelbatterij warmte afnemen om de luchttemperatuur te verlagen en het instelpunt te bereiken. De batterijen zijn warmtewisselaars, binnenin de batterij bevindt zich een warme of koude vloeistof, meestal iets als verwarmd of gekoeld water, koelmiddel of stoom. We hebben deze al eerder in detail besproken, u kunt daarover een instructievideo bekijken door hier te klikken.
Volgende hebben we een ventilator. Deze zuigt de lucht van buiten naar binnen, gaat door de kleppen, filters en spoelen en duwt deze dan naar buiten in de kanalen rond het gebouw. Centrifugaalventilatoren zijn heel gebruikelijk in oude en bestaande AHU’s, maar EC-ventilatoren worden nu geïnstalleerd en ook achteraf gemonteerd voor een hogere energie-efficiëntie. Aan de overkant van de ventilator zit ook een druksensor, die aanvoelt of de ventilator draait. Als de ventilator draait, creëert hij een drukverschil, dat we kunnen gebruiken om een storing in de apparatuur te detecteren en de technici te waarschuwen voor het probleem. We hebben waarschijnlijk ook een kanaaldruksensor kort na de ventilator, deze leest de statische druk en in sommige ahu’s wordt de snelheid van de ventilator geregeld als gevolg van de druk in het kanaal, dus we zullen ook heel vaak een frequentieregelaar aangesloten op de ventilator vinden voor variabele volumesystemen. We hebben VAV systemen apart behandeld, u kunt een instructievideo bekijken door hier te klikken.
Dan hebben we het kanaalwerk dat de lucht door het gebouw naar de ontworpen ruimtes stuurt. Er komt ook wat leidingwerk terug dat alle gebruikte lucht uit het gebouw terugbrengt naar een apart deel van de AHU. Deze retour LBK bevindt zich meestal in de buurt van de toevoer, maar dat hoeft niet, hij kan ook elders worden geplaatst. Als u wilt leren hoe u kanalen moet dimensioneren en ontwerpen, kunt u een instructievideo bekijken door hier te klikken.
De AHU-retourleiding heeft in zijn eenvoudigste vorm slechts een ventilator en een klep binnenin. De ventilator zuigt de lucht van het gebouw naar binnen en duwt deze vervolgens het gebouw uit. De klep bevindt zich aan de uitgang van de AHU en sluit wanneer de AHU wordt uitgeschakeld.
Dat is een heel eenvoudige en typische AHU. Wat kunnen we nog meer aantreffen?
Als je in een koud deel van de wereld bent waar de luchttemperatuur het vriespunt bereikt of daar dicht bij komt. Dan zal er waarschijnlijk een voorverwarmer aan de inlaat van de verse lucht zitten. Dit is meestal een elektrisch verwarmingselement. Als de buitenlucht ongeveer 6*c (42.8F) wordt, gaat het verwarmingselement aan en verwarmt de lucht om de onderdelen binnen te beschermen tegen vorst. Anders kunnen de verwarmings- en koelingsspiralen binnen bevriezen en barsten.
Hoe zit het met de vochtigheidsregeling? In sommige gebouwen moet de vochtigheid van de lucht die het gebouw binnenkomt, worden geregeld. Aan de uitgang van de LBK zit een vochtigheidssensor om de vochtigheid van de toevoerlucht te meten, deze heeft ook een setpoint voor hoeveel vocht er in de lucht moet zitten.
Als het vochtgehalte van de lucht onder deze waarde ligt, moeten we vocht in de lucht brengen met behulp van een luchtbevochtiger, dit is meestal een van de laatste dingen in de LBK. Dit apparaat zal meestal ofwel stoom toevoegen of een waternevel in de lucht spuiten. Veel standaard kantoorgebouwen in Noord-Europa en Noord-Amerika hebben hun luchtbevochtigers uitgeschakeld of niet geïnstalleerd om energie te besparen. Hoewel ze nog steeds van cruciaal belang zijn voor plaatsen zoals opslag van documenten en computerruimten.
Als de lucht te vochtig is, kan dit worden verminderd door middel van de koelspiraal. Als de lucht de koelspiraal raakt, zal het koude oppervlak ervoor zorgen dat het vocht in de lucht condenseert en wegstroomt. Onder de koelspiraal bevindt zich een afvoerbak om het water op te vangen en af te voeren. De koelspiraal kan worden gebruikt om het vochtgehalte verder te verlagen door meer warmte af te voeren, maar dit zal natuurlijk de luchttemperatuur verlagen tot onder het instelpunt voor de toevoer, als dit gebeurt dan kan ook de verwarmingsspiraal worden ingeschakeld om de temperatuur weer omhoog te brengen, dit zal werken hoewel het zeer energie-intensief is.
Energierecuperatie
Als de toevoer- en afzuigluchtbehandelingskasten zich in verschillende ruimtes bevinden, is een veelgebruikte manier om een deel van de thermische energie terug te winnen, het gebruik van een run around coil. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een batterij in zowel de toevoer- als de afvoerkast, die via leidingen met elkaar zijn verbonden. Een pomp circuleert water tussen de twee. Hierdoor wordt de afvalwarmte van de afvoerkast opgevangen en aan de toevoerkast toegevoegd. Dit zal de verwarmingsvraag van de verwarmingsbatterij verminderen wanneer de buitenluchttemperatuur lager is dan de temperatuur van het instelpunt voor de toevoerlucht en de retourluchttemperatuur hoger is dan het instelpunt, de warmte zou anders worden afgevoerd naar de atmosfeer. We hebben daarom een luchttemperatuursensor nodig in de luchtafvoerkast bij de ingang en we zullen waarschijnlijk luchttemperatuursensoren hebben na de retourbatterij en voor de inlaat van verse lucht. Deze zullen worden gebruikt om de pomp te regelen en de effectiviteit te meten. Aangezien de pomp elektriciteit verbruikt, is het alleen kosteneffectief om de pomp aan te zetten als de bespaarde energie meer is dan de pomp zou verbruiken.
Een andere veel voorkomende versie die we tegenkomen, is een kanaal tussen de uitlaat en de inlaat van verse lucht. Hierdoor kan een deel van de uitlaatlucht worden teruggevoerd naar de inlaat van verse lucht, om de vraag naar verwarming of koeling te compenseren. Dit is veilig en gezond om te doen, maar u moet ervoor zorgen dat de uitlaatlucht een laag Co2-gehalte heeft, dus we hebben een aantal Co2-sensoren nodig om dat te controleren. Als het Co2-gehalte te hoog is, kan de lucht niet worden hergebruikt, de mengklep zal sluiten en alle retourlucht zal uit het gebouw worden verwijderd. In de recirculatiemodus zullen de hoofdinlaat- en uitlaatkleppen in deze opstelling niet volledig sluiten, omdat we nog steeds een minimale hoeveelheid verse lucht nodig hebben om het gebouw binnen te komen. We kunnen dit in de winter gebruiken als de retourlucht warmer is dan de buitenlucht en we kunnen dit in de zomer gebruiken als de retourlucht koeler is dan de buitenlucht, respectievelijk de temperatuur van de toevoerlucht, dus we hebben ook enkele temperatuursensoren nodig bij de inlaat, de retour en net na het menggebied. Sommige gebouwen vereisen 100% verse lucht, dus deze strategie kan niet overal worden toegepast, lokale wetten en voorschriften zullen dit dicteren.
Een andere variant die we kunnen tegenkomen, is het warmtewiel. Dit komt vaak voor in nieuwere compacte AHU’s. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een groot draaiend wiel, dat voor de helft in de afvoerluchtstroom en voor de andere helft in de toevoerluchtstroom zit. Het wiel draait, aangedreven door een kleine inductiemotor, en tijdens het draaien neemt het ongewenste warmte uit de afvoergasstroom op en absorbeert deze in het materiaal van het wiel. Het wiel draait dan in de inlaatstroom van verse lucht, deze lucht heeft een lagere temperatuur dan de uitlaatstroom, zodat de warmte van het wiel wordt overgedragen in de verse luchtstroom, die uiteraard de inkomende luchtstroom verwarmt en zo de vraag naar de verwarmingsbatterij vermindert. Dit is zeer effectief, maar er zal wat lucht van de uitlaat in de verse luchtstroom lekken, zodat dit niet in alle gebouwen kan worden toegepast.
Een andere versie die we tegen kunnen komen is de luchtplatenwarmtewisselaar. Hierbij worden dunne metalen platen gebruikt om de twee luchtstromen van elkaar te scheiden zodat ze niet met elkaar in contact komen of zich vermengen. Het temperatuurverschil tussen de twee luchtstromen zorgt ervoor dat de warmte van de hete uitlaatstroom door de metalen wanden van de warmtewisselaar heen wordt overgedragen naar de koude inlaatstroom.