Air Handling Units. W tym artykule dowiemy się, jak działają centrale wentylacyjne, czyli AHU. Przyjrzymy się różnym przykładom typowych jednostek AHU wraz z animacjami komponentów, takich jak przepustnice, wężownice grzewcze i chłodzące, koła grzewcze, nawilżacze, wężownice obwodowe, wymienniki ciepła i inne, aby pomóc Ci w nauce inżynierii HVAC.
Scroll to bottom for YouTube video tutorial
🏆 Chcesz więcej darmowych kursów HVAC? Utwórz swój darmowy profil Danfoss Learning klikając tutaj
Dołącz do Danfoss Learning i uzyskaj dostęp do setek kursów online z szerokiej gamy tematów inżynierskich. Rejestracja jest bezpłatna i możesz zalogować się kiedy tylko chcesz, co oznacza, że możesz uczyć się we własnym tempie. Przystąp do egzaminów i zdobądź certyfikaty w wielu kursach.
Zacznij naukę już teraz. Utwórz swój bezpłatny profil Danfoss Learning – http://bit.ly/AHUDanfossLearning
Więc gdzie znajdziemy centrale wentylacyjne?
Centrale wentylacyjne, które zazwyczaj mają skrót A.H.U znajdują się w średnich i dużych budynkach komercyjnych i przemysłowych.
Znajdują się one zazwyczaj w piwnicy, na dachu lub na piętrach budynku. AHU’s będzie służyć określony obszar lub strefę w budynku, takich jak wschodniej stronie, lub piętra 1 – 10 lub może pojedynczy cel, takich jak tylko budynki toalety. W związku z tym bardzo często można znaleźć wiele central wokół budynku.
Niektóre budynki, szczególnie stare, wysokie budynki, będą miały tylko jedną dużą centralę, zwykle znajdującą się na dachu. Będzie ona zasilać cały budynek. Mogą one nie mieć kanału powrotnego, niektóre starsze projekty polegają na powietrzu po prostu wyciekającym z budynku. Ten projekt nie jest już tak powszechny w nowych budynkach, ponieważ jest bardzo nieefektywny, teraz najczęściej stosuje się wiele mniejszych central AHU zaopatrujących różne strefy. Budynki są również bardziej szczelne, więc musimy mieć kanał powrotny, aby regulować ciśnienie wewnątrz budynku.
Więc, jaki jest cel centrali wentylacyjnej?
Centrale wentylacyjne kondycjonują i rozprowadzają powietrze w budynku. Pobierają one świeże powietrze z zewnątrz, oczyszczają je, ogrzewają lub chłodzą, być może nawilżają, a następnie przetłaczają je przez niektóre kanały do zaprojektowanych obszarów w budynku. Większość jednostek będzie miała dodatkowy kanał, który będzie wyciągał zużyte, zanieczyszczone powietrze z pomieszczeń z powrotem do AHU, gdzie wentylator odprowadzi je z powrotem do atmosfery. Część z tego powietrza powrotnego może być recyrkulowana z powrotem do świeżego powietrza w celu zaoszczędzenia energii, przyjrzymy się temu w dalszej części artykułu. W przeciwnym razie, gdy nie jest to możliwe, energia cieplna może zostać wyekstrahowana i dostarczona do wlotu świeżego powietrza. Ponownie przyjrzymy się temu bardziej szczegółowo w dalszej części artykułu.
Przyjrzyjrzyjmy się prostym, typowym projektom, a następnie przyjrzyjmy się niektórym bardziej zaawansowanym.
W tym bardzo podstawowym modelu mamy dwie obudowy AHU dla powietrza zasilającego i powrotnego. Z przodu na wlocie i wylocie każdej z obudów mamy kratkę zabezpieczającą przed dostaniem się przedmiotów i dzikich zwierząt do podzespołów mechanicznych wewnątrz centrali.
Na tym zdjęciu widać, że wlot AHU zasysałby całą masę śmieci, gdyby nie było tej kratki, dlatego jest ona tak ważna.
Na wlocie obudowy powietrza świeżego i wylocie obudowy powietrza powrotnego mamy przepustnice. Przepustnice są wieloma arkuszami metalu, które mogą się obracać. Mogą się zamknąć, aby zapobiec przedostawaniu się lub wydostawaniu powietrza, mogą się otworzyć, aby w pełni pozwolić powietrzu wejść lub wyjść, a także mogą zmieniać swoje położenie gdzieś pomiędzy, aby ograniczyć ilość powietrza, które może wejść lub wyjść.
Po przepustnicach będziemy mieli kilka filtrów. Są one tam po to, aby spróbować wyłapać wszystkie zanieczyszczenia, kurz itp. z przedostających się do ahu i budynku. Jeśli nie mamy tych filtrów, kurz będzie się gromadził w kanałach wentylacyjnych i w urządzeniach mechanicznych, a także dostanie się do budynku i będzie wdychany przez mieszkańców, a także zabrudzi budynek. Chcemy więc usunąć jak najwięcej tych zanieczyszczeń. W każdym banku filtrów znajduje się czujnik ciśnienia. Będzie on mierzył stopień zabrudzenia filtrów i ostrzegał inżynierów, kiedy nadejdzie czas na ich wymianę. W miarę jak filtry zbierają zanieczyszczenia, ilość powietrza, które może przez nie przepływać jest ograniczana, a to powoduje spadek ciśnienia na filtrach. Zazwyczaj mamy kilka filtrów panelowych lub wstępnych, które wyłapują największe cząsteczki kurzu. Następnie mamy kilka filtrów workowych, które wychwytują mniejsze cząsteczki kurzu. Wcześniej szczegółowo omówiliśmy filtry ahu. Możesz obejrzeć film instruktażowy na ten temat klikając tutaj.
Kolejną rzeczą, którą znajdziemy są wężownice chłodzące i grzewcze. Służą one do ogrzewania lub chłodzenia powietrza. Temperatura powietrza nawiewanego jest mierzona w momencie, gdy opuszcza ono centralę i wchodzi do przewodów wentylacyjnych. Temperatura ta musi być na określonym poziomie, aby zapewnić komfort osobom przebywającym w budynku, taka temperatura jest nazywana temperaturą zadaną. Jeśli temperatura powietrza jest niższa od tej wartości, nagrzewnica dodaje ciepła, aby zwiększyć temperaturę powietrza i doprowadzić ją do wartości zadanej. Jeśli powietrze jest zbyt gorące, wówczas wężownica chłodząca odbiera ciepło, aby obniżyć temperaturę powietrza i osiągnąć wartość zadaną. Wężownice są wymiennikami ciepła, wewnątrz wężownicy znajduje się gorący lub zimny płyn, zazwyczaj coś takiego jak podgrzana lub schłodzona woda, czynnik chłodniczy lub para. Omówiliśmy je szczegółowo wcześniej, możesz obejrzeć film instruktażowy na ten temat klikając tutaj.
Następnie będziemy mieli wentylator. Będzie on wciągał powietrze z zewnątrz przez przepustnice, filtry i wężownice, a następnie wypychał je do przewodów w całym budynku. Wentylatory odśrodkowe są bardzo powszechne w starych i istniejących centralach AHU, ale wentylatory EC są obecnie instalowane i modernizowane w celu zwiększenia efektywności energetycznej. Po drugiej stronie wentylatora znajduje się czujnik ciśnienia, który będzie wykrywał czy wentylator pracuje. Jeśli pracuje, wytworzy różnicę ciśnień, możemy to wykorzystać do wykrycia awarii w urządzeniu i ostrzec inżynierów o problemie. Prawdopodobnie tuż za wentylatorem znajduje się czujnik ciśnienia w kanale, który odczytuje ciśnienie statyczne, a w niektórych ahu prędkość wentylatora jest regulowana w zależności od ciśnienia w kanale, więc bardzo często do wentylatora podłączony jest napęd o zmiennej prędkości dla systemów o zmiennej objętości. Systemy VAV omówiliśmy osobno, możesz obejrzeć film instruktażowy na ten temat klikając tutaj.
Potem mamy kanały, które będą wysyłać powietrze wokół budynku do zaprojektowanych obszarów. Mamy również kilka kanałów powrotnych, które doprowadzają całe zużyte powietrze z budynku z powrotem do oddzielnej części AHU. Ta centrala powrotna jest zazwyczaj umieszczona w pobliżu nawiewu, ale nie musi, może być umieszczona w innym miejscu. Jeśli chcesz dowiedzieć się, jak wymiarować i projektować kanały wentylacyjne, możesz obejrzeć film instruktażowy, klikając tutaj.
AHU powrotna w najprostszej formie ma tylko wentylator i tłumik wewnątrz. Wentylator zasysa powietrze z otoczenia budynku, a następnie wypycha je z budynku. Przepustnica znajduje się na wyjściu z obudowy ahu i zamyka się, gdy AHU się wyłączy.
To bardzo prosta i typowa AHU. Co jeszcze możemy znaleźć?
Jeśli znajdujemy się w zimnej części świata, gdzie temperatura powietrza osiąga punkt zamarzania lub jest do niego zbliżona. Wtedy prawdopodobnie na wlocie świeżego powietrza znajdziemy nagrzewnicę wstępną. Jest to zazwyczaj nagrzewnica elektryczna. Kiedy temperatura powietrza na zewnątrz osiągnie około 6*c (42.8F), nagrzewnica włączy się i podgrzeje powietrze, aby chronić elementy znajdujące się wewnątrz przed zamarznięciem. W przeciwnym razie mogłoby to spowodować zamarznięcie wężownic grzewczych i chłodzących w środku i ich rozerwanie.
Co z kontrolą wilgotności? Niektóre budynki muszą kontrolować wilgotność powietrza, które dostarczają do budynku. Znajdziemy czujnik wilgotności na wylocie z centrali nawiewnej, aby zmierzyć wilgotność powietrza nawiewanego, będzie on miał również wartość zadaną dla tego, ile wilgoci powinno być w powietrzu według projektu.
Jeśli wilgotność powietrza jest poniżej tej wartości, musimy wprowadzić wilgoć do powietrza za pomocą nawilżacza, jest to zazwyczaj jedna z ostatnich rzeczy w centrali. Urządzenie to zazwyczaj dodaje parę wodną lub rozpyla mgiełkę wodną do powietrza. Wiele standardowych budynków biurowych w północnej Europie i Ameryce Północnej wyłączyło swoje jednostki nawilżające lub nie zainstalowało ich w celu oszczędzania energii. Chociaż nadal są one niezbędne w miejscach takich jak magazyny dokumentów i sale komputerowe.
Jeśli powietrze jest zbyt wilgotne, można to zredukować za pomocą wężownicy chłodzącej. Gdy powietrze uderza w wężownicę chłodzącą, zimna powierzchnia powoduje skraplanie się wilgoci w powietrzu i jej odpływ, pod wężownicą znajduje się misa spustowa, która wyłapuje wodę i odprowadza ją. Wężownica chłodząca może być użyta do dalszego obniżenia zawartości wilgoci poprzez usunięcie większej ilości ciepła, ale oczywiście spowoduje to obniżenie temperatury powietrza poniżej wartości zadanej zasilania, jeśli to nastąpi to wężownica grzewcza może być również włączona, aby przywrócić temperaturę, będzie to działać, chociaż jest to bardzo energochłonne.
Odzyskiwanie energii
Jeżeli nawiewna i wywiewna centrala wentylacyjna znajdują się w różnych obszarach, wówczas powszechnym sposobem na odzyskanie części energii cieplnej jest zastosowanie run around coil. W tym przypadku wykorzystuje się wężownicę w obu centralach nawiewnych i powrotnych, które są połączone przewodami rurowymi. Pompa cyrkuluje wodę pomiędzy tymi dwoma urządzeniami. W ten sposób odbierane jest ciepło odpadowe z centrali wywiewnej i dodawane do centrali nawiewnej. Zmniejszy to zapotrzebowanie na ciepło dla nagrzewnicy, gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest niższa od temperatury zadanej zasilania, a temperatura powietrza powrotnego jest wyższa od temperatury zadanej, w przeciwnym razie ciepło zostałoby odrzucone do atmosfery. Dlatego będziemy potrzebować czujnika temperatury powietrza w centrali na powrocie na wejściu i prawdopodobnie będziemy mieć czujniki temperatury powietrza za wężownicą powrotną, jak również przed wlotem świeżego powietrza. Będą one używane do sterowania pompą, jak również do pomiaru efektywności. Ponieważ pompa będzie zużywać energię elektryczną, jej włączenie jest opłacalne tylko wtedy, gdy zaoszczędzona energia jest większa niż jej zużycie.
Inną bardzo powszechną wersją, z którą się zetkniemy, jest kanał umieszczony pomiędzy wylotem a wlotem świeżego powietrza. Pozwala to na recyrkulację części powietrza wylotowego z powrotem do wlotu świeżego powietrza, aby zrównoważyć zapotrzebowanie na ogrzewanie lub chłodzenie. Jest to bezpieczne i zdrowe rozwiązanie, ale należy upewnić się, że powietrze wylotowe ma niską zawartość Co2, więc potrzebujemy czujników Co2, aby to monitorować. Jeśli poziom Co2 jest zbyt wysoki, powietrze nie może być ponownie wykorzystane, przepustnica mieszająca zostanie zamknięta i całe powietrze powrotne zostanie odrzucone z budynku. W trybie recyrkulacji, główne przepustnice wlotowe i wylotowe nie zamykają się całkowicie w tym układzie, ponieważ nadal potrzebujemy minimalnej ilości świeżego powietrza, aby dostać się do budynku. Możemy to wykorzystać w zimie, jeśli powietrze powrotne jest cieplejsze niż powietrze zewnętrzne i możemy to wykorzystać w lecie, jeśli powietrze powrotne jest chłodniejsze niż powietrze zewnętrzne, odpowiednio do temperatury zadanej powietrza nawiewanego, więc będziemy potrzebować również czujników temperatury na wlocie, powrocie i tuż za obszarem mieszania. Niektóre budynki wymagają 100% świeżego powietrza, więc ta strategia nie może być stosowana wszędzie, lokalne prawo i przepisy będą to dyktować.
Innym wariantem, z którym możemy się spotkać, jest koło cieplne. Jest ono bardzo często spotykane w nowszych kompaktowych centralach wentylacyjnych. Wykorzystuje ono duże obracające się koło, którego połowa znajduje się w strumieniu powietrza wylotowego, a połowa w strumieniu powietrza świeżego. Koło obraca się napędzane małym silnikiem indukcyjnym, a obracając się odbiera niepożądane ciepło ze strumienia wywiewanego powietrza i absorbuje je w materiale koła. Koło następnie obraca się do strumienia wlotowego świeżego powietrza, powietrze to ma niższą temperaturę niż strumień wylotowy, więc ciepło zostanie przeniesione z koła do strumienia świeżego powietrza, które oczywiście ogrzewa ten strumień powietrza przychodzącego, a tym samym zmniejsza zapotrzebowanie na wężownicę grzewczą. Jest to bardzo efektywne, ale część powietrza będzie przeciekać z wyciągu do strumienia świeżego powietrza, więc nie może być stosowane we wszystkich budynkach.
Inną wersją, z którą możemy się zetknąć jest powietrzny płytowy wymiennik ciepła. Wykorzystuje on cienkie arkusze metalu do oddzielenia dwóch strumieni powietrza tak, aby się nie stykały ani nie mieszały, różnica temperatur pomiędzy dwoma strumieniami powietrza spowoduje przeniesienie ciepła z gorącego strumienia wydechowego przez metalowe ścianki wymiennika ciepła do zimnego strumienia wlotowego.