AHU là gì ? Nguyên lý hoạt động của AHU trong phòng sạch

1. AHU là gì?

Theo tiêu chuẩn số 430-2009 của Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ (American National Standards Institute - ANSI),  AHU là một tổ hợp được sản xuất tại nhà máy 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 được sử dụng để kiểm soát các tham số sau: Nhiệt độ, độ ẩm, Luồng không khí, Mức độ sạch của không khí.

2. Vị trí lắp đặt AHU

Các thiết bị xử lý không khí, thường có từ viết tắt của A.H.U được tìm thấy trong các tòa nhà thương mại và công nghiệp từ trung bình đến lớn.
Chúng thường được đặt ở tầng hầm, trên mái nhà hoặc trên các tầng của tòa nhà. AHU sẽ phục vụ một khu vực hoặc khu vực được chỉ định trong một tòa nhà như phía đông, hoặc các tầng 1 - 10 hoặc có lẽ chỉ một mục đích như Nhà vệ sinh của các tòa nhà. Rất phổ biến để tìm thấy nhiều AHU xung quanh một tòa nhà.
Một số tòa nhà, đặc biệt là tòa nhà cao tầng cũ, sẽ chỉ có một AHU lớn, thường nằm trên mái. Chúng sẽ cung cấp cho toàn bộ tòa nhà. Chúng có thể không có ống dẫn trở lại, một số thiết kế cũ dựa vào không khí bị rò rỉ ra khỏi tòa nhà. Thiết kế kiểu này không còn phổ biến trong các tòa nhà mới bởi vì nó rất kém hiệu quả. Hiện tại phổ biến nhất là có nhiều khe kín khí nhỏ hơn, vì vậy chúng ta cần phải có ống dẫn trở lại để điều chỉnh áp suất bên trong tòa nhà.

3. Chức năng của AHU

Vì vậy, mục đích của một thiết bị xử lý không khí là gì?
AHU sẽ điều hòa và phân phối không khí trong chính tòa nhà được lắp đặt. Chúng lấy không khí xung quanh trong lành từ bên ngoài, làm sạch, làm nóng hoặc làm mát nó, thậm chí là làm ẩm và sau đó dẫn khí qua một số ống thông gió lắp xung quanh các khu vực được thiết kế trong tòa nhà. Hầu hết các AHU đều có một ống dẫn bổ sung để dẫn không khí đã sử dụng ra khỏi phòng, trở lại AHU, nơi một chiếc quạt sẽ xả nó trở lại môi trường bên ngoài. Một ít không khí đã tuần hoàn này có thể được tuần hoàn trở lại một lần nữa vào nguồn cung cấp không khí trong lành để tiết kiệm năng lượng , chúng ta sẽ xem xét điều này kỹ hơn ở phần tiếp theo trong bài viết. Ngược lại, nếu không thể, nhiệt lượng có thể được phân tách và đưa vào luồng khí tươi. Chúng ta sẽ xem xét chi tiết hơn về điều đó ở phần sau của bài viết.

4. Cấu tạo AHU 

Trong mô hình rất cơ bản này, chúng ta có hai AHU gió tươi và gió thải. Ở phía trước đầu vào và đầu ra của mỗi AHU, chúng ta có một lưới lọc để ngăn các vật thể và sự sống hoang dã xâm nhập vào các thành phần cơ học bên trong AHU.
Trong bức ảnh trên, bạn có thể thấy rằng AHU sẽ hút vào cả đống rác nếu không có lưới lọc ở đó, đó là lý do tại sao nó lại quan trọng.

a. Van điều tiết

Ở đầu vào của AHU gió tươi và đầu xả của AHU gió thải, chúng tôi có lắp đặt 1 số van điều tiết. Các van điều tiết gồm nhiều tấm kim loại có thể xoay. Chúng có thể đóng để ngăn không khí vào hoặc thoát ra, chúng có thể mở để cho phép không khí vào hoặc ra hoàn toàn, và nó cũng có thể thay đổi vị trí của chúng ở một nơi nào đó ở giữa để hạn chế lượng không khí có thể vào hoặc thoát ra.
b. Bộ lọc

Phía sau van điều tiết, chúng ta có lắp đặt một số bộ lọc. Những tấm lọc này có thể bắt giữ những hạt bui rất nhỏ v.v ... khi chúng vào ahu và tòa nhà theo luồng gió tươi. Nếu chúng ta không có những bộ lọc này thì bụi sẽ tích tụ bên trong ống dẫn và trong các thiết bị cơ khí, nó cũng sẽ đi vào tòa nhà và khiến người đang làm việc bên trong hít phải cũng như làm cho tòa nhà bị nhiễm bẩn. Vì vậy, chúng ta muốn loại bỏ càng nhiều thứ này càng tốt. Trên mỗi lưới lọc, chúng tôi sẽ có một cảm biến áp suất. Điều này sẽ đo mức độ bẩn của các bộ lọc và cảnh báo các kỹ sư khi thời gian thay thế các bộ lọc gần đến. Khi các bộ lọc thu gom bụi bẩn, lượng không khí có thể đi qua bị hạn chế và điều này gây ra sụt áp trên các bộ lọc. Thông thường, chúng ta có thể sử dụng 1 số bộ lọc sơ cấp để bắt các hạt bụi lớn nhất. Sau đó sử dụng lọc thứ cấp để bắt các hạt bụi nhỏ hơn. 
c. 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.
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. Trên toàn bộ quạt, chúng ta cũng sẽ có một cảm biến áp suất, điều này sẽ có ý nghĩa nếu quạt hoạt động bình thường. Nếu quạt đang chạy thì nó sẽ tạo ra chênh lệch áp suất, chúng ta có thể sử dụng điều này để phát hiện lỗi trong thiết bị và cảnh báo các kỹ sư về sự cố. 

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.

Trên đây là cấu tạo của 1 bộ AHU cơ bản và rất điển hình. Vậy trong thực tế, những dạng AHU nào có thể được sản xuất nữa đây?

5.Nguyên lý hoạt động của AHU trong phòng sạch

a. Trường hợp 1
Nếu bạn đang ở vùng lạnh của thế giới, nơi nhiệt độ không khí đạt đến điểm đóng băng hoặc gần với nó. Vậy thì có khả năng chúng ta sẽ tìm 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.

b. Trường hợp 2
Còn Kiểm soát độ ẩm thì sao? 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.
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.

6. Hệ thống hồi nhiệt

a. 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 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.
Do đó, chúng ta cũng sẽ cần một cảm biến nhiệt trong AHU gió thải ở lối vào và chúng ta cũng có thể cần cảm biến nhiệt sau cuộn hồi lưu cũng như trước khi luồng khí vào. 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.

b. Ống tuần hoàn
Một phiên bản rất phổ biến khác mà chúng tôi 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 bạn sẽ cần đảm bảo gió thải có lượng Co2 thấp, chính vì vậy chúng ta cần một số cảm biến Co2 để theo dõi điều đó. 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 trở lại 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%.

c. 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 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.

d. 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.