Experimentální výzkum a ekonomická analýza životnosti vzduchového filtru

Abstrakce

Byly provedeny testy odporu a hmotnostní účinnosti filtru a byly zkoumány zákonitosti změny odporu proti zadržování prachu a účinnosti filtru. Spotřeba energie filtru byla vypočítána podle metody výpočtu energetické účinnosti navržené Eurovent 4/11.

Bylo zjištěno, že náklady na elektřinu filtru se zvyšují se zvyšující se spotřebou a odporem.

Na základě analýzy nákladů na výměnu filtru, provozních nákladů a komplexních nákladů je navržena metoda pro určení, kdy je třeba filtr vyměnit.

Výsledky ukázaly, že skutečná životnost filtru je vyšší než životnost specifikovaná v normě GB/T 14295-2008.

Doba výměny filtru v obecných občanských budovách by měla být stanovena podle nákladů na výměnu objemu vzduchu a provozních nákladů na spotřebu energie.

Úvody

Vliv kvality ovzduší na lidské zdraví se stal jedním z nejdůležitějších problémů, kterými se společnost zabývá.

V současné době je znečištění venkovního ovzduší v Číně částicemi PM2,5 velmi závažné. Proto se odvětví čištění vzduchu rychle rozvíjí a zařízení na čištění čerstvého vzduchu a čističky vzduchu se hojně používají.

V roce 2017 se v Číně prodalo přibližně 860 000 ventilačních jednotek pro čerstvý vzduch a 7 milionů čističek vzduchu. S lepším povědomím o PM2,5 se míra využití čisticích zařízení dále zvýší a brzy se stanou nezbytným vybavením v každodenním životě. Popularita tohoto druhu zařízení je přímo ovlivněna jeho pořizovací cenou a provozními náklady, proto je velmi důležité studovat jeho ekonomiku.

Mezi hlavní parametry filtru patří tlaková ztráta, množství zachycených částic, účinnost zachycení a doba provozu. Pro posouzení doby výměny filtru čističky čerstvého vzduchu lze použít tři metody. První je měření změny odporu před a za filtrem podle údajů ze senzoru tlaku; druhou je měření hustoty částic na výstupu podle údajů ze senzoru částic. Poslední je měření doby provozu, tj. měření doby provozu zařízení.

Tradiční teorie výměny filtrů spočívá v vyvážení pořizovacích a provozních nákladů na základě účinnosti. Jinými slovy, zvýšení spotřeby energie je způsobeno zvýšením odporu a pořizovací cenou.

jak je znázorněno na obrázku 1

Obrázek 1 křivka odporu filtru a ceny

Účelem této práce je prozkoumat četnost výměny filtrů a její vliv na konstrukci takového zařízení a systému analýzou rovnováhy mezi provozními náklady na energii způsobenými zvýšením odporu filtru a pořizovacími náklady způsobenými častou výměnou filtru za provozních podmínek malého objemu vzduchu.

1. Testy účinnosti a odporu filtru

1.1 Testovací zařízení

Testovací platforma filtrů se skládá hlavně z následujících částí: systém vzduchovodů, zařízení pro tvorbu umělého prachu, měřicí zařízení atd., jak je znázorněno na obrázku 2.

Obrázek 2. Testovací zařízení

Použití ventilátoru s frekvenčním měničem ve vzduchovodním systému laboratoře pro nastavení provozního objemu vzduchu filtru, a tím pro testování výkonu filtru při různých objemech vzduchu.

1.2 Testovací vzorek

Pro zvýšení opakovatelnosti experimentu byly vybrány 3 vzduchové filtry od stejného výrobce. Vzhledem k tomu, že filtry typu H11, H12 a H13 jsou na trhu široce používány, byl v tomto experimentu použit filtr třídy H11 o rozměrech 560 mm × 560 mm × 60 mm, s hustým skládáním chemických vláken ve tvaru V, jak je znázorněno na obrázku 3.

Obrázek 2. TestováníOchutnat

1.3 Požadavky na testování

V souladu s příslušnými ustanoveními normy GB/T 14295-2008 „Vzduchový filtr“ by měly být kromě zkušebních podmínek požadovaných ve zkušebních normách zahrnuty i následující podmínky:

1) Během zkoušky by měla být teplota a vlhkost čistého vzduchu přiváděného do potrubního systému podobná;

2) Zdroj prachu použitý pro testování všech vzorků by měl zůstat stejný.

3) Před každým testováním vzorku by měly být prachové částice usazené v potrubním systému očištěny kartáčem;

4) Zaznamenávání provozních hodin filtru během zkoušky, včetně doby emise a uvolňování prachu;

2. Výsledek testu a analýza

2.1 Změna počátečního odporu s objemem vzduchu

Počáteční zkouška odolnosti byla provedena při objemu vzduchu 80, 140, 220, 300, 380, 460, 540, 600, 711, 948 m3/h.

Změna počátečního odporu s objemem vzduchu je znázorněna na obr. 4.

Obrázek 4.Změna počátečního odporu filtru při různém objemu vzduchu

2.2 Změna hmotnostní účinnosti s množstvím nahromaděného prachu.

Tato pasáž se zabývá především účinností filtrace PM2,5 podle zkušebních norem výrobců filtrů, jmenovitý objem vzduchu filtru je 508 m3/h. Naměřené hodnoty hmotnostní účinnosti tří filtrů při různém množství usazeného prachu jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1 Změna aretační schopnosti s množstvím usazeného prachu

Naměřený index hmotnostní účinnosti (zachycení) tří filtrů při různém množství usazeného prachu je uveden v tabulce 1.

2.3Vztah mezi odporem a akumulací prachu

Každý filtr byl použit pro 9 měření emise prachu. Prvních 7 měření jednorázové emise prachu bylo regulováno na přibližně 15,0 g a poslední 2 měření jednorázové emise prachu bylo regulováno na přibližně 30,0 g.

Změna odporu proti zadržování prachu se mění s množstvím nahromaděného prachu ve třech filtrech při jmenovitém průtoku vzduchu, jak je znázorněno na obr. 5.

Obr. 5

3. Ekonomická analýza používání filtrů

3.1 Jmenovitá životnost

Norma GB/T 14295-2008 „Vzduchový filtr“ stanoví, že pokud filtr pracuje při jmenovitém objemu vzduchu a konečný odpor dosáhne dvojnásobku počátečního odporu, má se za to, že filtr dosáhl své životnosti a měl by být vyměněn. Po výpočtu životnosti filtrů za jmenovitých provozních podmínek v tomto experimentu výsledky ukazují, že životnost těchto tří filtrů byla odhadnuta na 1674, 1650 a 1518 hodin, což odpovídá 3,4, 3,3 a 1 měsíci.

3.2 Analýza spotřeby prášku

Výše uvedený opakovaný test ukazuje, že výkon všech tří filtrů je konzistentní, takže filtr 1 je použit jako příklad pro analýzu spotřeby energie.

Obr. 6 Vztah mezi poplatkem za elektřinu a počtem dní používání filtru (objem vzduchu 508 m3/h)

Vzhledem k výrazným změnám nákladů na výměnu objemu vzduchu se výrazně mění i součet nákladů na výměnu filtru a spotřeby energie v důsledku provozu filtru, jak je znázorněno na obr. 7. Na obrázku jsou komplexní náklady = provozní náklady na elektřinu + náklady na výměnu jednotkového objemu vzduchu.

Obr. 7

Závěry

1) Skutečná životnost filtrů s malým objemem vzduchu v běžných občanských budovách je mnohem vyšší než životnost stanovená v normě GB/T 14295-2008 „Vzduchové filtry“ a doporučená současnými výrobci. Skutečnou životnost filtru lze posuzovat na základě měnícího se zákona o spotřebě energie filtru a nákladů na výměnu.

2) Je navržena metoda hodnocení výměny filtru založená na ekonomickém zvážení, tj. náklady na výměnu na jednotku objemu vzduchu a spotřeba provozní energie by měly být komplexně zváženy pro určení doby výměny filtru.

(Celý text byl zveřejněn v časopise HVAC, sv. 50, č. 5, str. 102–106, 2020)