エアハンドラー

エアハンドラー、またはエアハンドリングユニット（略してAHUと呼ばれることが多い）は、暖房、換気、空調（HVAC）システムの一部として空気を調節および循環させるために使用される装置です。^{[1]エアハンドラーは通常、}送風機、炉または空調要素、フィルターラックまたはチャンバー、消音器、およびダンパーを含む大きな金属製の箱です。^{[2]エアハンドラーは通常、調整された空気を建物全体に分配して AHU に戻す}ダクト 換気システムに接続され、空気を大気中に排出して新鮮な空気を取り込むこともあります。^[3] AHU は、ダクトなしでサービスされるスペースに直接空気を 排出（供給）およ​​び吸入（戻り）することもあります^[4]

局所的に使用する小型のエアハンドラーはターミナルユニットと呼ばれ、エアフィルター、コイル、ブロワーのみで構成される場合もあります。このようなシンプルなターミナルユニットは、ブロワーコイルまたはファンコイルユニットと呼ばれます。100% 外気を調整し、再循環空気を使用しない大型のエアハンドラーは、補給空気ユニット( MAU ) または外気処理ユニット( FAHU ) と呼ばれます。屋外 (通常は屋根の上) で使用するように設計されたエアハンドラーは、パッケージユニット( PU )、暖房および空調ユニット( HCU )、または屋上ユニット( RTU ) と呼ばれます。

エアハンドラーは通常、コンポーネントの構成に合わせて必要に応じて金属充填パネルを備えたフレームシステムの周りに構築されます。最も単純な形式では、フレームは金属チャネルまたはセクションで作られ、単層の金属充填パネルが使用されています。金属部分は、長期保護のために通常亜鉛メッキされています。屋外ユニットには、何らかの耐候性蓋とジョイント周りの追加のシーリングが提供されます。^[2]

大型の空調機は、二重構造で断熱された充填パネルを備えた角型断面の鉄骨フレームシステムで製造されます。このような構造は、空調機からの熱損失や熱増加を減らすとともに、音響減衰も提供します。^[2]大型の空調機は数メートルの長さになることもあり、断面で製造されるため、強度と剛性を確保するために、ユニットの下に鉄骨断面のベースレールが設けられています。^[2]

バランスのとれた換気システムのために給気と排気が同量必要な場合、給気と排気のエアハンドラーを並列または積み重ねた構成で結合するのが一般的です。

空調設備の分類には 6 つの要素があり、次の要素に基づいて空調設備の種類が決まります。

1. アプリケーション（空調ユニットの使用）
2. 空気流量制御（CAV または VAV エアハンドラー）
3. ゾーン制御（単一ゾーンまたは複数ゾーンのエアハンドラー）
4. ファンの位置（ドロースルーまたはブロースルー）
5. 排気口の空気の流れの方向（前、上、下）
6. パッケージモデル（水平または垂直）

しかし、最初の方法はHVAC市場では非常に一般的です。実際、ほとんどの企業は、空気処理ユニットの用途別に製品を宣伝しています。

1. 普通
2. 衛生的
3. 天井取り付け

ここでは、戻りダクト（AHUへの入力）からユニットを通り、供給ダクト（AHUの出力）まで、主要なコンポーネントの種類を大まかな順序で説明します。^{[1] [2]}

建物の居住者に清潔でほこりのない空気を提供するために、空気ろ過がほぼ常に行われています。単純な低 MERVプリーツ メディア、HEPA、静電、または技術の組み合わせを介して行われます。ガス相および紫外線空気処理も使用される場合があります。

ろ過は通常、すべての下流コンポーネントを清潔に保つために、AHU の最初に配置されます。必要なろ過のグレードに応じて、通常、フィルターは 2 つ (またはそれ以上) の連続バンクに配置され、粗いグレードのパネル フィルターが細かいグレードのバッグ フィルターまたはその他の「最終」ろ過媒体の前に配置されます。パネル フィルターは交換と保守が安価であるため、より高価なバッグ フィルターを保護します。^[1]

フィルターの寿命は、設計空気流量におけるフィルター媒体の圧力低下を監視することで評価できます。これは、圧力計を使用した視覚表示、または建物制御システムの警報ポイントにリンクされた圧力スイッチによって行うことができます。フィルターを交換しないと、ファンによってフィルターに作用する力がフィルターの本来の強度を超え、フィルターが破損してエアハンドラーと下流のダクトが汚染される可能性があります。

空調設備は、場所や用途に応じて、供給空気の温度と湿度レベルを変更するために、温風、冷風、またはその両方を供給する必要がある場合があります。このような調整は、空調設備の空気流内の熱交換コイルによって行われ、このようなコイルは、加熱または冷却効果を提供する媒体に対して直接的または間接的である場合があります。 ^{[1] [2]}

直接熱交換器には、ガス燃焼式燃料燃焼ヒーターや冷凍 蒸発器などがあり、空気流に直接設置されます。電気抵抗ヒーターやヒートポンプも使用できます。蒸発冷却は乾燥した気候で可能です。

間接コイルは、加熱に温水または蒸気を使用し、冷却に冷水またはグリコールを使用します (暖房と空調の主なエネルギーは、建物内の他の場所にある中央プラントによって供給されます)。コイルは通常、チューブ用に銅で製造され、熱伝達を助けるために銅またはアルミニウムのフィンが付いています。冷却コイルには、凝縮水を除去および排出するためのエリミネーター プレートも使用されます。温水または蒸気は中央ボイラーによって供給され、冷水は中央チラーによって供給されます。下流の温度センサーは通常、コイル前の適切な電動制御バルブと組み合わせて「コイル外」の温度を監視および制御するために使用されます。

除湿が必要な場合は、冷却コイルを使用して過冷却し、露点に達して結露が発生します。冷却コイルの後に配置されたヒーター コイル (再加熱コイルと呼ばれます) は、空気を希望の供給温度まで再加熱します。このプロセスにより、供給空気の相対湿度レベルが低下します。

冬の気温が定期的に氷点下になる寒冷な気候では、下流のフィルターや冷水コイルが凍結しないように保護するために、空気処理の第一段階としてフロストコイルや予熱コイルが使用されることがよくあります。フロストコイルの制御は、コイル外の空気温度が一定値に達しない場合、保護のためにエアハンドラー全体が停止されるようになっています。

寒冷な気候では、継続的な暖房により空気が乾燥し、不快な空気質や静電気の増加につながるため、加湿が必要になることがよくあります。次のようなさまざまな種類の加湿が使用できます。

• 蒸発: 貯水槽に吹き付けられた乾燥空気により、一部の水が蒸発します。空気流内のバッフルに水を噴霧することで、蒸発率を高めることができます。
• 気化器: ボイラーからの蒸気または蒸気が空気流に直接吹き込まれます。
• スプレーミスト: 水はノズルまたはその他の機械的手段によって微細な液滴に拡散され、空気によって運ばれます。
• 超音波: 気流中の真水のトレイが超音波装置によって励起され、霧またはミストが発生します。
• 湿潤媒体: 気流内の細かい繊維状の媒体は、一連の小さな出口を備えたヘッダー パイプからの真水で湿潤状態に保たれます。空気が媒体を通過すると、細かい水滴に水が混入します。このタイプの加湿器は、一次空気濾過が適切に維持されていないとすぐに詰まってしまいます。

室内の空気の質を維持するために、空調設備には通常、建物への外気の導入と建物からの排気を可能にする設備が備わっています。温暖な気候では、適量の冷たい外気と暖かい戻り空気を混合することで、希望する給気温度に近づけることができます。そのため、戻り空気、外気、排気空気の比率を制御する ダンパーを備えた混合室が使用されます。

エアハンドラーは通常、 AC 誘導電動モーターで駆動される大型のケージ型送風機を使用して空気を移動させます。送風機は単一速度で動作することも、さまざまな設定速度を提供することも、可変周波数ドライブで駆動して幅広い空気流量を可能にすることもできます。流量は、ファンの入口ベーンまたは出口ダンパーで制御することもできます。米国の住宅用エアハンドラー (中央「炉」または「エアコン」) の中には、可変速度機能を備えたブラシレス DC 電動モーターを使用しているものもあります。 ^[1] ヨーロッパ、オーストラリア、ニュージーランドのエアハンドラーは現在、スクロール ファンや「プラグ ファン」のない逆カーブ ファンを一般的に使用しています。これらは、速度制御が組み込まれた高効率 EC (電子整流) モーターを使用して駆動されます。RTU 温度が高いほど、空気の流れは遅くなります。RTU 温度が低いほど、空気の流れは速くなります。

大型の商業用空調ユニットには複数の送風機が設置されている場合があり、通常は AHU の終端と供給ダクトの始端に配置されます (そのため、「供給ファン」とも呼ばれます)。送風機は、空気を AHU に送り込む還気ダクトのファン (「還気ファン」) によって補強されることがよくあります。

バランスの取れていないファンは揺れたり振動したりします。家庭用 AC ファンの場合、これは大きな問題になる可能性があります。つまり、通気口での空気循環が大幅に減少し (揺れはエネルギーの損失)、効率が低下し、騒音が増加します。バランスの取れていないファンのもう 1 つの大きな問題は、ベアリング (ファンとシャフトに取り付けられている) の寿命が短くなることです。これにより、ベアリングの寿命よりもずっと前に故障が発生する可能性があります。

重りを戦略的に配置することで、スムーズに回転するように修正できます (天井ファンの場合、通常は試行錯誤で問題を解決します)。家庭用/中央 AC ファンやその他の大型ファンは、通常、より複雑なバランス調整を行うための特別なバランサーを備えたショップに持ち込まれます (試行錯誤すると、正しいポイントが見つかるまで損傷する可能性があります)。ファン モーター自体は通常は振動しません。

エネルギーを節約し、容量を増やすために、給気流と排気流の間に熱回収装置熱交換器をエアハンドラーに取り付ける場合があります。これらのタイプには、次のような用途があります。

• 復熱装置、またはプレート熱交換器: 空気の通路が絡み合ったプラスチックまたは金属のプレートのサンドイッチ。熱はプレートの片側から反対側への空気流の間で伝達されます。プレートの間隔は通常 4 ～ 6 mm です。熱回収効率は最大 70% です。
• サーマルホイール、または回転式熱交換器: ゆっくりと回転する、細かく波形に加工された金属のマトリックスで、対向する両方の気流で動作します。空調ユニットが加熱モードの場合、半回転中に排気流で空気がマトリックスを通過するときに熱が吸収され、次の半回転中に連続プロセスで給気流に放出されます。空調ユニットが冷却モードの場合、半回転中に排気流で空気がマトリックスを通過するときに熱が放出され、次の半回転中に給気流に吸収されます。熱回収効率は最大 85% です。ホイールには吸湿性コーティングが施されており、潜熱伝達と気流の乾燥または加湿が可能です。
• ランアラウンドコイル: 2 つの空気対液体熱交換コイルが、循環ポンプで配管され、水または塩水を熱伝達媒体として使用して、反対方向の気流を形成します。このデバイスは、あまり効率的ではありませんが、離れた場所にある、場合によっては複数の給気流と排気流の間で熱を回収できます。熱回収効率は最大 50% です。
• ヒートパイプ: 閉じ込められた冷媒を熱伝達媒体として使用し、対向する両方の空気経路で動作します。ヒートパイプは、フィン付きのコイル構成で取り付けられた複数の密閉パイプを使用して、熱伝達を高めます。熱は、冷媒の蒸発によってパイプの片側で吸収され、冷媒の凝縮によって反対側で放出されます。凝縮した冷媒は重力によってパイプの最初の側に流れ、このプロセスを繰り返します。熱回収効率は最大 65% です。

空気の流量、供給空気温度、混合空気温度、湿度、空気の質など、空調設備のあらゆる側面を調節するには、制御が必要です。制御は、たとえば、オン/オフのサーモスタットのように単純なものから、 BACnetやLonWorks を使用したビル自動化システムのように複雑なものまであります。

一般的な制御コンポーネントには、温度センサー、湿度センサー、セイルスイッチ、アクチュエーター、モーター、コントローラーなどがあります。

空調機の送風機は大きな振動を発生する可能性があり、ダクト システムの広い範囲からこの騒音と振動が建物の居住者に伝わります。これを回避するには、通常、空調機の直前と直後のダクトに振動アイソレータ (フレキシブル セクション) を挿入します。また、ファン コンパートメントと AHU の残りの部分の間にも振動アイソレータを挿入します。これらのセクションのゴム引きキャンバスのような素材により、空調機コンポーネントが振動しても、この動きが接続されたダクトに伝わることはありません。

ファン コンパートメントは、スプリング サスペンション、ネオプレン パッド、またはスプリング ハンガーに吊るすことでさらに隔離でき、構造を通じた振動の伝達を軽減します。

空調機の送風機も騒音を発生するため、ダクトが騒音に敏感な部屋に入る前に騒音を減衰させる必要があります。比較的短い距離で有意な騒音低減を達成するには、音響減衰器が使用されます。^[1]減衰器は特殊なダクト付属品で、通常は吸音断熱材を備えた内側の穴あきバッフルで構成されています。音響減衰器はダクトの代わりに使用できますが、逆にインライン減衰器は送風機の近くに配置され、システムの影響を最小限に抑えるためにベルマウス形状になっています。

• AAON
• キャリア コー​​ポレーション(ブライアントおよびペイン ブランドも製造)
• CIATグループ
• ダイキン工業（ McQuay International、Goodman、Airfelブランドも製造）
• ジョンソンコントロールズ（ヨークインターナショナルブランドも製造）
• レノックスインターナショナル
• Rheem（Ruudも製造）
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