Investigación experimental y análisis económico de la vida útil del filtro de aire

Abstracción

Se realizaron pruebas sobre la resistencia y la eficiencia de peso del filtro, y se exploraron las reglas de cambio de la resistencia de retención de polvo y la eficiencia del filtro, el consumo de energía del filtro se calculó de acuerdo con el método de cálculo de eficiencia energética propuesto por Eurovent 4/11.

Se ha descubierto que el coste de la electricidad del filtro aumenta con el aumento del tiempo de uso y de la resistencia.

Con base en el análisis del costo de reemplazo del filtro, el costo operativo y el costo integral, se propone un método para determinar cuándo se debe reemplazar el filtro.

Los resultados mostraron que la vida útil real del filtro es mayor que la especificada en GB/T 14295-2008.

El momento de reemplazar el filtro en un edificio civil en general debe decidirse de acuerdo con los costos de reemplazo del volumen de aire y los costos de consumo de energía operativa.

Introducciones

La influencia de la calidad del aire en la salud humana se ha convertido en uno de los temas más importantes que preocupan a la sociedad.

Actualmente, la contaminación del aire exterior causada por PM2.5 es muy grave en China. Por ello, la industria de la purificación del aire se está desarrollando rápidamente, y el uso de equipos y purificadores de aire fresco se ha generalizado.

En 2017, se vendieron en China cerca de 860.000 ventiladores de aire fresco y 7 millones de purificadores. Con una mayor concienciación sobre las PM2.5, la tasa de utilización de equipos de purificación seguirá aumentando, y pronto se convertirán en un equipo necesario en la vida diaria. La popularidad de este tipo de equipo se ve directamente afectada por su coste de adquisición y de funcionamiento, por lo que es fundamental estudiar su rentabilidad.

Los principales parámetros del filtro incluyen la caída de presión, la cantidad de partículas recolectadas, la eficiencia de recolección y el tiempo de funcionamiento. Se pueden adoptar tres métodos para determinar el tiempo de reemplazo del filtro del purificador de aire fresco. El primero consiste en medir el cambio de resistencia antes y después del filtro, según el sensor de presión; el segundo, en medir la densidad de partículas en la salida, según el sensor de partículas. El último método se basa en el tiempo de funcionamiento del equipo.

La teoría tradicional del reemplazo de filtros consiste en equilibrar el costo de adquisición y el costo de funcionamiento en función de la eficiencia. En otras palabras, el aumento del consumo energético se debe al aumento de la resistencia y del costo de adquisición.

como se muestra en la Figura 1

Figura 1 la curva de resistencia y costo del filtro

El propósito de este trabajo es explorar la frecuencia de reemplazo del filtro y su influencia en el diseño de dichos equipos y sistemas mediante el análisis del equilibrio entre el costo de energía operativa causado por el aumento de la resistencia del filtro y el costo de compra producido por el reemplazo frecuente del filtro, bajo la condición de operación de pequeño volumen de aire.

1. Pruebas de eficiencia y resistencia del filtro

1.1 Instalación de pruebas

La plataforma de prueba de filtro se compone principalmente de las siguientes partes: sistema de conductos de aire, dispositivo de generación de polvo artificial, equipo de medición, etc., como se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Instalación de pruebas

Adoptando el ventilador de conversión de frecuencia en el sistema de conductos de aire del laboratorio para ajustar el volumen de aire de funcionamiento del filtro, y así probar el rendimiento del filtro bajo diferentes volúmenes de aire.

1.2 Muestra de prueba

Para mejorar la repetibilidad del experimento, se seleccionaron tres filtros de aire del mismo fabricante. Dado que los filtros H11, H12 y H13 son ampliamente utilizados en el mercado, en este experimento se utilizó un filtro H11 de 560 mm × 560 mm × 60 mm, con fibra química de plegado denso tipo V, como se muestra en la Figura 3.

Figura 2. PruebaMuestra

1.3 Requisitos de prueba

De acuerdo con las disposiciones pertinentes de GB/T 14295-2008 “Filtro de aire”, además de las condiciones de prueba requeridas en las normas de prueba, se deben incluir las siguientes condiciones:

1) Durante la prueba, la temperatura y la humedad del aire limpio enviado al sistema de conductos deben ser similares;

2) La fuente de polvo utilizada para probar todas las muestras debe seguir siendo la misma.

3) Antes de analizar cada muestra, se deben limpiar con un cepillo las partículas de polvo depositadas en el sistema de conductos;

4) Registrar las horas de trabajo del filtro durante la prueba, incluyendo el tiempo de emisión y suspensión de polvo;

2. Resultado y análisis de la prueba

2.1 Cambio de la resistencia inicial con el volumen de aire

La prueba de resistencia inicial se realizó con un volumen de aire de 80,140,220,300,380,460,540,600,711,948 m3/h.

El cambio de la resistencia inicial con el volumen de aire se muestra en la FIG. 4.

Figura 4.El cambio de la resistencia inicial del filtro bajo diferentes volúmenes de aire.

2.2 El cambio de la eficiencia del peso con la cantidad de polvo acumulado.

Este texto estudia principalmente la eficiencia de filtración de PM2.5 según las normas de prueba de los fabricantes de filtros. El volumen de aire nominal del filtro es de 508 m³/h. Los valores de eficiencia ponderal medidos de los tres filtros con diferentes cantidades de deposición de polvo se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Cambio de arrestancia con la cantidad de polvo depositado

El índice de eficiencia de peso medido (detención) de tres filtros bajo diferentes cantidades de deposición de polvo se muestra en la Tabla 1.

2.3La relación entre la resistencia y la acumulación de polvo

Cada filtro se utilizó para 9 emisiones de polvo. Las primeras 7 emisiones de polvo se controlaron a aproximadamente 15,0 g, y las últimas 2 a aproximadamente 30,0 g.

La variación de la resistencia a la retención de polvo cambia con la cantidad de acumulación de polvo de los tres filtros bajo el flujo de aire nominal, como se muestra en la FIG. 5.

Figura 5

3. Análisis económico del uso de filtros

3.1 Vida útil nominal

La norma GB/T 14295-2008 “Filtro de aire” estipula que cuando el filtro funciona a su capacidad nominal de aire y la resistencia final duplica la resistencia inicial, se considera que ha alcanzado su vida útil y debe reemplazarse. Tras calcular la vida útil de los filtros en condiciones nominales de trabajo en este experimento, los resultados muestran que la vida útil de estos tres filtros se estimó en 1674, 1650 y 1518 h, respectivamente, lo que equivale a 3,4, 3,3 y 1 mes.

3.2 Análisis del consumo de pólvora

La prueba repetida anterior muestra que el rendimiento de los tres filtros es consistente, por lo que el filtro 1 se toma como ejemplo para el análisis del consumo de energía.

FIG. 6 Relación entre la tarifa eléctrica y los días de uso del filtro (volumen de aire 508 m³/h)

A medida que el costo de reemplazo del volumen de aire varía considerablemente, la suma del costo de reemplazo del filtro y el consumo de energía también varía considerablemente, debido al funcionamiento del filtro, como se muestra en la figura 7. En la figura, el costo total es igual al costo de electricidad de operación + el costo de reemplazo del volumen de aire unitario.

Figura 7

Conclusiones

1) La vida útil real de los filtros con pequeño volumen de aire en edificios civiles en general es mucho mayor que la estipulada en la norma GB/T 14295-2008 "Filtros de aire" y recomendada por los fabricantes actuales. La vida útil real del filtro puede calcularse en función de la ley cambiante del consumo de energía del filtro y el coste de reemplazo.

2) Se propone un método de evaluación de reemplazo de filtro basado en consideraciones económicas, es decir, se debe considerar de manera integral el costo de reemplazo por unidad de volumen de aire y el consumo de energía operativa para determinar el tiempo de reemplazo del filtro.

(El texto completo fue publicado en HVAC, Vol. 50, No. 5, págs. 102-106, 2020)