Badania eksperymentalne i analiza ekonomiczna żywotności filtrów powietrza

Abstrakcja

Przeprowadzono testy wytrzymałości i wydajności wagowej filtra, zbadano zasady zmiany oporu zatrzymywania pyłu i wydajności filtra, a zużycie energii przez filtr obliczono zgodnie z metodą obliczania wydajności energetycznej zaproponowaną przez Eurovent 4/11.

Stwierdzono, że koszty energii elektrycznej filtra rosną wraz ze wzrostem czasu jego użytkowania i oporu.

Na podstawie analizy kosztów wymiany filtra, kosztów eksploatacji i kosztów całkowitych zaproponowano metodę określania momentu, w którym należy wymienić filtr.

Wyniki pokazały, że rzeczywista żywotność filtra jest dłuższa od podanej w normie GB/T 14295-2008.

Czas wymiany filtrów w ogólnym budownictwie cywilnym powinien być ustalany na podstawie kosztów wymiany objętości powietrza i kosztów zużycia energii elektrycznej.

Wprowadzenia

Wpływ jakości powietrza na zdrowie człowieka stał się jednym z najważniejszych problemów nurtujących społeczeństwo.

Obecnie zanieczyszczenie powietrza zewnętrznego reprezentowane przez PM2.5 jest bardzo poważne w Chinach. Dlatego przemysł oczyszczania powietrza rozwija się szybko, a urządzenia do oczyszczania świeżego powietrza i oczyszczacze powietrza są szeroko stosowane.

W 2017 r. w Chinach sprzedano około 860 000 urządzeń do wentylacji świeżego powietrza i 7 milionów oczyszczaczy. Dzięki lepszej świadomości PM2,5 wskaźnik wykorzystania urządzeń oczyszczających będzie dalej wzrastał i wkrótce stanie się niezbędnym wyposażeniem w życiu codziennym. Popularność tego rodzaju urządzeń jest bezpośrednio uzależniona od kosztów zakupu i eksploatacji, dlatego tak ważne jest zbadanie ich ekonomii.

Główne parametry filtra obejmują spadek ciśnienia, ilość zebranych cząstek, wydajność zbierania i czas pracy. Można przyjąć trzy metody oceny czasu wymiany filtra oczyszczacza świeżego powietrza. Pierwsza z nich polega na zmierzeniu zmiany rezystancji przed i za filtrem zgodnie z czujnikiem ciśnienia; Druga polega na zmierzeniu gęstości cząstek stałych na wylocie zgodnie z czujnikiem cząstek stałych. Ostatnia metoda polega na czasie pracy, czyli na zmierzeniu czasu pracy urządzenia.

Tradycyjna teoria wymiany filtrów polega na zrównoważeniu kosztów zakupu i kosztów eksploatacji w oparciu o wydajność. Innymi słowy, wzrost zużycia energii jest spowodowany wzrostem oporu i kosztu zakupu.

jak pokazano na rysunku 1

Rysunek 1. Krzywa oporu filtra i kosztu

Celem niniejszego artykułu jest zbadanie częstotliwości wymiany filtrów i jej wpływu na konstrukcję tego typu urządzeń i systemów, poprzez analizę równowagi między kosztami energii operacyjnej spowodowanymi wzrostem oporu filtra a kosztami zakupu spowodowanymi częstą wymianą filtra w warunkach pracy przy małej objętości powietrza.

1. Testy wydajności i rezystancji filtra

1.1 Obiekt testowy

Platforma testowa filtrów składa się głównie z następujących części: systemu kanałów powietrznych, sztucznego urządzenia generującego pył, sprzętu pomiarowego itp., jak pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Obiekt testowy

Zastosowanie wentylatora z konwersją częstotliwości w systemie kanałów powietrznych laboratorium w celu regulacji roboczej objętości powietrza filtra, a tym samym przetestowania wydajności filtra przy różnej objętości powietrza.

1.2 Próbka testowa

Aby zwiększyć powtarzalność eksperymentu, wybrano 3 filtry powietrza wyprodukowane przez tego samego producenta. Ponieważ filtry typu H11, H12 i H13 są szeroko stosowane na rynku, w tym eksperymencie zastosowano filtr klasy H11 o rozmiarze 560 mm × 560 mm × 60 mm, gęsto składany typ włókien chemicznych typu v, jak pokazano na rysunku 3.

Rysunek 2. TestowaniePróbka

1.3 Wymagania testowe

Zgodnie z odpowiednimi postanowieniami normy GB/T 14295-2008 „Filtr powietrza” oprócz warunków testowych wymaganych w normach testowych należy uwzględnić następujące warunki:

1) Podczas testu temperatura i wilgotność czystego powietrza wprowadzanego do systemu kanałów powinny być podobne;

2) Źródło pyłu stosowane do badania wszystkich próbek powinno pozostać takie samo.

3) Przed przystąpieniem do badania każdej próbki należy oczyścić szczotką cząsteczki kurzu osadzone w systemie kanałów;

4) Rejestrowanie czasu pracy filtra podczas badania, w tym czasu emisji i zawieszenia pyłu;

2. Wynik testu i analiza

2.1 Zmiana oporu początkowego wraz ze zmianą objętości powietrza

Początkowe badanie wytrzymałości przeprowadzono przy objętości powietrza wynoszącej 80,140,220,300,380,460,540,600,711,948 m3/h.

Zmianę oporu początkowego w zależności od objętości powietrza pokazano na rys. 4.

Rysunek 4.Zmiana początkowego oporu filtra przy różnej objętości powietrza

2.2 Zmiana wydajności wagowej w zależności od ilości nagromadzonego pyłu.

Ten fragment bada głównie wydajność filtracji PM2.5 zgodnie ze standardami testowymi producentów filtrów, znamionowa objętość powietrza filtra wynosi 508 m3/h. Zmierzone wartości wydajności wagowej trzech filtrów przy różnej ilości osadzania pyłu przedstawiono w Tabeli 1.

Tabela 1 Zmiana zatrzymania w zależności od ilości osadzonego pyłu

Zmierzone wskaźniki wydajności wagowej (zatrzymywania) trzech filtrów przy różnej ilości osadu pyłu przedstawiono w tabeli 1

2.3Związek między oporem a gromadzeniem się kurzu

Każdy filtr był używany do 9-krotnej emisji pyłu. Pierwsze 7 razy pojedynczej emisji pyłu kontrolowano przy około 15,0 g, a ostatnie 2 razy pojedynczej emisji pyłu kontrolowano przy około 30,0 g.

Zmiana oporu zatrzymywania pyłu zmienia się wraz ze wzrostem ilości pyłu gromadzącego się na trzech filtrach przy znamionowym przepływie powietrza, co pokazano na rys. 5.

Rys.5

3.Analiza ekonomiczna wykorzystania filtrów

3.1 Znamionowy okres użytkowania

GB/T 14295-2008 „Filtr powietrza” stanowi, że gdy filtr pracuje przy znamionowej wydajności powietrza, a końcowy opór osiąga 2-krotność początkowego oporu, uznaje się, że filtr osiągnął swój okres użytkowania i należy go wymienić. Po obliczeniu okresu użytkowania filtrów w znamionowych warunkach pracy w tym eksperymencie, wyniki pokazują, że okres użytkowania tych trzech filtrów oszacowano odpowiednio na 1674, 1650 i 1518 godzin, co stanowiło odpowiednio 3,4, 3,3 i 1 miesiąc.

3.2 Analiza zużycia proszku

Powtórzony test powyżej pokazuje, że wydajność trzech filtrów jest spójna, dlatego filtr 1 przyjęto jako przykład do analizy zużycia energii.

Rys. 6 Zależność pomiędzy opłatą za energię elektryczną a liczbą dni użytkowania filtra (objętość powietrza 508 m3/h)

Wraz ze znacznymi zmianami kosztów wymiany objętości powietrza, suma kosztów wymiany filtra i zużycia energii również ulegają znacznym zmianom ze względu na działanie filtra, jak pokazano na FIG. 7. Na rysunku całkowity koszt = koszt energii elektrycznej zużywanej podczas eksploatacji + koszt wymiany jednostkowej objętości powietrza.

Rys. 7

Wnioski

1) Rzeczywista żywotność filtrów o małej objętości powietrza w budynkach użyteczności publicznej jest znacznie wyższa niż żywotność określona w GB/T 14295-2008 „Filtr powietrza” i zalecana przez obecnych producentów. Rzeczywistą żywotność filtra można rozpatrywać na podstawie zmieniającego się prawa zużycia energii przez filtr i kosztów wymiany.

2) Zaproponowano metodę oceny wymiany filtra opartą na rozważaniach ekonomicznych, tzn. koszt wymiany w przeliczeniu na jednostkę objętości powietrza i zużycie energii elektrycznej powinny być rozpatrywane kompleksowo, aby określić czas wymiany filtra.

(Pełny tekst opublikowano w HVAC, tom 50, nr 5, s. 102-106, 2020)