البحث التجريبي والتحليل الاقتصادي لعمر فلتر الهواء

التجريد

تم إجراء اختبارات على مقاومة وكفاءة وزن المرشح، وتم استكشاف قواعد تغيير مقاومة احتجاز الغبار وكفاءة المرشح، وتم حساب استهلاك الطاقة للمرشح وفقًا لطريقة حساب كفاءة الطاقة المقترحة بواسطة Eurovent 4/11.

وجد أن تكاليف الكهرباء للفلتر تزداد مع زيادة مدة الاستخدام والمقاومة.

بناءً على تحليل تكلفة استبدال الفلتر وتكلفة التشغيل والتكلفة الشاملة، تم اقتراح طريقة لتحديد موعد استبدال الفلتر.

وأظهرت النتائج أن العمر الافتراضي الفعلي للمرشح أعلى من المحدد في GB/T 14295-2008.

يجب تحديد وقت استبدال الفلتر في المباني المدنية العامة وفقًا لتكاليف استبدال حجم الهواء وتكاليف استهلاك الطاقة التشغيلية.

المقدمات

لقد أصبح تأثير جودة الهواء على صحة الإنسان أحد أهم القضايا التي تهم المجتمع.

في الوقت الحالي، يُعد تلوث الهواء الخارجي، المتمثل في الجسيمات PM2.5، خطيرًا للغاية في الصين. لذلك، تشهد صناعة تنقية الهواء تطورًا سريعًا، وتُستخدم على نطاق واسع معدات تنقية الهواء النقي وأجهزة تنقية الهواء.

في عام ٢٠١٧، بِيعَ في الصين حوالي ٨٦٠ ألف جهاز تهوية هواء نقي و٧ ملايين جهاز تنقية. ومع ازدياد الوعي بجسيمات PM2.5، سيزداد استخدام أجهزة التنقية، وستصبح قريبًا من المعدات الضرورية للحياة اليومية. ويتأثر رواج هذا النوع من المعدات بشكل مباشر بتكلفة شرائها وتشغيلها، لذا من الأهمية بمكان دراسة جدواها الاقتصادية.

تشمل المعايير الرئيسية للمرشح انخفاض الضغط، وكمية الجسيمات المجمعة، وكفاءة التجميع، ومدة التشغيل. يمكن استخدام ثلاث طرق لتحديد مدة استبدال مرشح جهاز تنقية الهواء النقي. الطريقة الأولى هي قياس تغير المقاومة قبل وبعد المرشح باستخدام جهاز استشعار الضغط؛ والثانية هي قياس كثافة الجسيمات عند المخرج باستخدام جهاز استشعار الجسيمات. أما الطريقة الثالثة فهي قياس مدة تشغيل الجهاز.

النظرية التقليدية لاستبدال المرشحات هي موازنة تكلفة الشراء وتكلفة التشغيل بناءً على الكفاءة. بمعنى آخر، زيادة استهلاك الطاقة ناتجة عن زيادة المقاومة وتكلفة الشراء.

كما هو موضح في الشكل 1

الشكل 1 منحنى مقاومة الفلتر والتكلفة

يهدف هذا البحث إلى استكشاف تكرار استبدال الفلتر وتأثيره على تصميم مثل هذه المعدات والنظام من خلال تحليل التوازن بين تكلفة الطاقة التشغيلية الناجمة عن زيادة مقاومة الفلتر وتكلفة الشراء الناتجة عن الاستبدال المتكرر للفلتر، في ظل ظروف التشغيل لحجم الهواء الصغير.

1. اختبارات كفاءة ومقاومة المرشح

1.1 منشأة الاختبار

تتكون منصة اختبار الفلتر بشكل أساسي من الأجزاء التالية: نظام مجرى الهواء، وجهاز توليد الغبار الاصطناعي، ومعدات القياس، وما إلى ذلك، كما هو موضح في الشكل 2.

الشكل 2. منشأة الاختبار

اعتماد مروحة تحويل التردد في نظام مجرى الهواء في المختبر لضبط حجم الهواء التشغيلي للمرشح، وبالتالي اختبار أداء المرشح تحت حجم هواء مختلف.

1.2 عينة الاختبار

لتحسين إمكانية تكرار التجربة، تم اختيار ثلاثة مرشحات هواء من نفس الشركة المصنعة. ونظرًا لانتشار استخدام مرشحات H11 وH12 وH13 في السوق، فقد استُخدم في هذه التجربة مرشح من فئة H11، بأبعاد 560 مم × 560 مم × 60 مم، وهو من النوع V-type، مصنوع من ألياف كيميائية كثيفة قابلة للطي، كما هو موضح في الشكل 3.

الشكل 2. الاختبارعينة

1.3 متطلبات الاختبار

وفقًا للأحكام ذات الصلة في GB/T 14295-2008 "فلتر الهواء"، بالإضافة إلى شروط الاختبار المطلوبة في معايير الاختبار، يجب تضمين الشروط التالية:

1) أثناء الاختبار، يجب أن تكون درجة الحرارة والرطوبة للهواء النظيف المرسل إلى نظام القناة متشابهة؛

2) يجب أن يظل مصدر الغبار المستخدم لاختبار كافة العينات هو نفسه.

3) قبل اختبار كل عينة، يجب تنظيف جزيئات الغبار المترسبة في نظام القناة باستخدام فرشاة؛

4) تسجيل ساعات عمل الفلتر أثناء الاختبار، بما في ذلك وقت انبعاث الغبار وتعليقه؛

2. نتيجة الاختبار والتحليل

2.1 تغير المقاومة الأولية مع حجم الهواء

تم إجراء اختبار المقاومة الأولي عند حجم هواء 80،140،220،300،380،460،540،600،711،948 م3 / ساعة.

يظهر التغير في المقاومة الأولية مع حجم الهواء في الشكل 4.

الشكل 4.تغير المقاومة الأولية للمرشح تحت حجم هواء مختلف

2.2 تغير كفاءة الوزن مع كمية الغبار المتراكمة.

يدرس هذا المقطع بشكل رئيسي كفاءة ترشيح PM2.5 وفقًا لمعايير اختبار مُصنِّعي المرشحات، حيث يبلغ حجم الهواء المُصنَّف للمرشح 508 متر مكعب/ساعة. يُظهر الجدول 1 قيم كفاءة الوزن المُقاسة للمرشحات الثلاثة عند كميات مختلفة من ترسب الغبار.

الجدول 1 تغير الاحتجاز مع كمية الغبار المترسب

يظهر مؤشر كفاءة الوزن المقاس (المقاومة) لثلاثة مرشحات تحت كمية مختلفة من ترسب الغبار في الجدول 1

2.3العلاقة بين المقاومة وتراكم الغبار

استُخدم كل مرشح لتسع مرات من انبعاث الغبار. في المرات السبع الأولى، تم ضبط انبعاث الغبار المفرد عند حوالي 15.0 غرام، وفي المرتين الأخيرتين، تم ضبط انبعاث الغبار المفرد عند حوالي 30.0 غرام.

يظهر في الشكل 5 التغير في مقاومة احتجاز الغبار مع كمية تراكم الغبار في ثلاثة مرشحات تحت تدفق الهواء المقدر.

الشكل 5

3. التحليل الاقتصادي لاستخدام الفلتر

3.1 عمر الخدمة المقدر

تنص المواصفة GB/T 14295-2008 "فلتر الهواء" على أنه عند تشغيل الفلتر بسعته الهوائية المقدرة ووصول مقاومته النهائية إلى ضعفي مقاومته الأولية، يُعتبر الفلتر قد بلغ عمره الافتراضي، ويجب استبداله. بعد حساب عمر خدمة الفلاتر في ظروف التشغيل المقدرة في هذه التجربة، أظهرت النتائج أن عمر خدمة هذه الفلاتر الثلاثة قُدّر بـ 1674 و1650 و1518 ساعة على التوالي، أي ما يعادل 3.4 و3.3 وشهر واحد على التوالي.

3.2 تحليل استهلاك المسحوق

يوضح اختبار التكرار أعلاه أن أداء المرشحات الثلاثة متسق، لذا يتم أخذ المرشح 1 كمثال لتحليل استهلاك الطاقة.

الشكل 6 العلاقة بين شحن الكهرباء وأيام استخدام الفلتر (حجم الهواء 508 م3/ساعة)

وبما أن تكلفة استبدال حجم الهواء تتغير بشكل كبير، فإن مجموع تكلفة استبدال الفلتر واستهلاك الطاقة يتغير أيضًا بشكل كبير، بسبب تشغيل الفلتر، كما هو موضح في الشكل 7. في الشكل، التكلفة الشاملة = تكلفة تشغيل الكهرباء + تكلفة استبدال حجم الهواء الوحدوي.

الشكل 7

الاستنتاجات

١) العمر الافتراضي الفعلي للمرشحات ذات حجم الهواء الصغير في المباني المدنية العامة أعلى بكثير من العمر الافتراضي المنصوص عليه في المعيار GB/T 14295-2008 "مرشح الهواء" والموصى به من قبل الشركات المصنعة الحالية. ويمكن تحديد العمر الافتراضي الفعلي للمرشح بناءً على تغير قانون استهلاك طاقة المرشح وتكلفة استبداله.

2) تم اقتراح طريقة تقييم استبدال الفلتر بناءً على الاعتبارات الاقتصادية، أي يجب النظر في تكلفة الاستبدال لكل وحدة حجم الهواء واستهلاك الطاقة التشغيلية بشكل شامل لتحديد وقت استبدال الفلتر.

(تم نشر النص الكامل في مجلة HVAC، المجلد 50، العدد 5، الصفحات 102-106، 2020)