Experimentelle Forschung und wirtschaftliche Analyse der Lebensdauer von Luftfiltern

Abstraktion

Es wurden Tests zum Widerstand und zur Gewichtseffizienz des Filters durchgeführt und die Änderungsregeln des Staubrückhaltewiderstands und der Effizienz des Filters untersucht. Der Energieverbrauch des Filters wurde gemäß der von Eurovent 4/11 vorgeschlagenen Methode zur Berechnung der Energieeffizienz berechnet.

Es wurde festgestellt, dass die Stromkosten des Filters mit zunehmender Nutzungsdauer und Widerstand steigen.

Basierend auf der Analyse der Filteraustauschkosten, der Betriebskosten und der Gesamtkosten wird eine Methode vorgeschlagen, um zu bestimmen, wann der Filter ausgetauscht werden sollte.

Die Ergebnisse zeigten, dass die tatsächliche Lebensdauer des Filters höher ist als die in GB/T 14295-2008 angegebene.

Der Zeitpunkt für den Filterwechsel in allgemeinen Zivilgebäuden sollte entsprechend den Austauschkosten des Luftvolumens und den Betriebsstromverbrauchskosten festgelegt werden.

Einführungen

Der Einfluss der Luftqualität auf die menschliche Gesundheit ist zu einem der wichtigsten Themen der Gesellschaft geworden.

Derzeit ist die Luftverschmutzung im Freien durch PM2,5 in China sehr schwerwiegend. Daher entwickelt sich die Luftreinigungsindustrie schnell und Frischluftreinigungsgeräte und Luftreiniger werden häufig eingesetzt.

Im Jahr 2017 wurden in China rund 860.000 Frischluftventilatoren und 7 Millionen Luftreiniger verkauft. Mit dem zunehmenden Bewusstsein für PM2,5 wird die Nutzung von Luftreinigern weiter steigen, und sie werden bald zu einem unverzichtbaren Gerät im Alltag werden. Die Beliebtheit dieser Geräte hängt direkt von ihren Anschaffungs- und Betriebskosten ab, daher ist es wichtig, ihre Wirtschaftlichkeit zu untersuchen.

Zu den wichtigsten Parametern des Filters zählen Druckabfall, Menge der gesammelten Partikel, Abscheideleistung und Laufzeit. Drei Methoden können angewendet werden, um den Filterwechselzeitpunkt des Frischluftreinigers zu bestimmen. Die erste besteht darin, die Widerstandsänderung vor und nach dem Filter anhand des Drucksensors zu messen. Die zweite besteht darin, die Partikeldichte am Auslass anhand des Partikelsensors zu messen. Die letzte Methode ist die Laufzeit, d. h. die Messung der Betriebsdauer des Geräts.

Die traditionelle Theorie des Filterwechsels besteht darin, die Anschaffungskosten und die Betriebskosten anhand der Effizienz abzuwägen. Mit anderen Worten: Der Anstieg des Energieverbrauchs wird durch den erhöhten Widerstand und die Anschaffungskosten verursacht.

wie in Abbildung 1 dargestellt

Abbildung 1: Die Kurve des Filterwiderstands und der Kosten

Der Zweck dieses Dokuments besteht darin, die Häufigkeit des Filteraustauschs und seinen Einfluss auf die Konstruktion solcher Geräte und Systeme zu untersuchen. Dazu wird das Gleichgewicht zwischen den durch den Anstieg des Filterwiderstands verursachten Betriebsenergiekosten und den durch den häufigen Filteraustausch verursachten Anschaffungskosten unter Betriebsbedingungen mit geringem Luftvolumen analysiert.

1.Filtereffizienz- und Widerstandstests

1.1 Prüfeinrichtung

Die Filtertestplattform besteht hauptsächlich aus den folgenden Teilen: Luftkanalsystem, Gerät zur künstlichen Stauberzeugung, Messgerät usw., wie in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. Testanlage

Durch den Einsatz eines Frequenzumwandlungslüfters im Luftkanalsystem des Labors kann das Betriebsluftvolumen des Filters angepasst und so die Filterleistung bei unterschiedlichen Luftvolumina getestet werden.

1.2 Testprobe

Um die Wiederholbarkeit des Experiments zu verbessern, wurden drei Luftfilter desselben Herstellers ausgewählt. Da Filter der Typen H11, H12 und H13 marktüblich sind, wurde für dieses Experiment ein Filter der Klasse H11 mit den Abmessungen 560 mm × 560 mm × 60 mm verwendet, der aus V-förmig gefalteten Chemiefasern besteht (siehe Abbildung 3).

Abbildung 2. TestenProbe

1.3 Testanforderungen

Gemäß den einschlägigen Bestimmungen von GB/T 14295-2008 „Luftfilter“ sollten zusätzlich zu den in den Prüfnormen geforderten Prüfbedingungen die folgenden Bedingungen enthalten sein:

1) Während des Tests sollten Temperatur und Feuchtigkeit der in das Kanalsystem eingeleiteten sauberen Luft ähnlich sein.

2) Die zum Testen aller Proben verwendete Staubquelle sollte dieselbe bleiben.

3) Vor der Prüfung jeder Probe sollten im Kanalsystem abgelagerte Staubpartikel mit einer Bürste gereinigt werden.

4) Aufzeichnen der Betriebsstunden des Filters während des Tests, einschließlich der Zeit der Staubemission und -suspension;

2. Testergebnis und Analyse

2.1 Änderung des Anfangswiderstandes mit dem Luftvolumen

Der erste Widerstandstest wurde bei einem Luftvolumen von 80,140,220,300,380,460,540,600,711,948 m3/h durchgeführt.

Die Veränderung des Anfangswiderstandes mit der Luftmenge ist in Abb. 4 dargestellt.

Abbildung 4.Die Änderung des Anfangswiderstands des Filters bei unterschiedlichem Luftvolumen

2.2 Die Änderung der Gewichtseffizienz mit der angesammelten Staubmenge.

In diesem Abschnitt wird hauptsächlich die Filtereffizienz von PM2,5 gemäß den Prüfnormen der Filterhersteller untersucht. Die Nennluftmenge des Filters beträgt 508 m³/h. Die gemessenen Gewichtswerte der drei Filter bei unterschiedlicher Staubablagerungsmenge sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1 Die Änderung des Abscheidegrades mit der Menge des abgelagerten Staubes

Der gemessene Gewichteffizienzindex (Abscheidegrad) von drei Filtern bei unterschiedlicher Staubablagerungsmenge ist in Tabelle 1 aufgeführt.

2.3Die Beziehung zwischen Widerstand und Staubansammlung

Jeder Filter wurde für neun Staubemissionen verwendet. Die ersten sieben einzelnen Staubemissionen wurden auf etwa 15,0 g kontrolliert, die letzten beiden einzelnen Staubemissionen auf etwa 30,0 g.

Die Variation des Staubrückhaltewiderstands ändert sich mit der Staubansammlungsmenge von drei Filtern unter dem Nennluftstrom, wie in Abb. 5 dargestellt.

Abb. 5

3. Wirtschaftliche Analyse der Filternutzung

3.1 Nennlebensdauer

GB/T 14295-2008 „Luftfilter“ legt fest, dass ein Filter seine Lebensdauer erreicht hat, wenn er bei Nennluftkapazität arbeitet und der Endwiderstand das Doppelte des Anfangswiderstands erreicht. In diesem Experiment wurde die Lebensdauer der Filter unter Nennbetriebsbedingungen berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass die geschätzte Lebensdauer dieser drei Filter 1674, 1650 bzw. 1518 Stunden beträgt, also 3,4, 3,3 bzw. 1 Monat.

3.2 Pulververbrauchsanalyse

Der obige Wiederholungstest zeigt, dass die Leistung der drei Filter konsistent ist, daher wird Filter 1 als Beispiel für die Analyse des Energieverbrauchs herangezogen.

Abb. 6 Verhältnis zwischen Stromkosten und Filternutzungstagen (Luftvolumen 508 m3/h)

Da sich die Kosten für den Austausch des Luftvolumens stark ändern, ändern sich aufgrund des Filterbetriebs auch die Gesamtkosten für den Filteraustausch und den Stromverbrauch stark, wie in Abb. 7 dargestellt. In der Abbildung sind die Gesamtkosten = Betriebsstromkosten + Austauschkosten pro Luftvolumeneinheit.

Abb. 7

Schlussfolgerungen

1) Die tatsächliche Lebensdauer von Filtern mit geringem Luftvolumen in allgemeinen zivilen Gebäuden ist deutlich höher als die in GB/T 14295-2008 „Luftfilter“ festgelegte und von aktuellen Herstellern empfohlene Lebensdauer. Die tatsächliche Lebensdauer des Filters kann anhand der sich ändernden Gesetze des Filterstromverbrauchs und der Austauschkosten berechnet werden.

2) Es wird eine Bewertungsmethode für den Filteraustausch vorgeschlagen, die auf wirtschaftlichen Überlegungen basiert. Das heißt, die Austauschkosten pro Luftvolumeneinheit und der Betriebsstromverbrauch sollten umfassend berücksichtigt werden, um den Zeitpunkt des Filteraustauschs zu bestimmen.

(Der vollständige Text wurde in HVAC, Vol. 50, No. 5, S. 102-106, 2020 veröffentlicht)