Recherche expérimentale et analyse économique de la durée de vie des filtres à air

Abstraction

Des tests ont été effectués sur la résistance et l'efficacité pondérale du filtre, et les règles de changement de la résistance à la rétention de poussière et de l'efficacité du filtre ont été explorées, la consommation d'énergie du filtre a été calculée selon la méthode de calcul de l'efficacité énergétique proposée par Eurovent 4/11.

Il a été constaté que les coûts d'électricité du filtre augmentent avec l'augmentation du temps d'utilisation et de la résistance.

Sur la base de l’analyse du coût de remplacement du filtre, du coût d’exploitation et du coût global, une méthode permettant de déterminer quand le filtre doit être remplacé est proposée.

Les résultats ont montré que la durée de vie réelle du filtre est supérieure à celle spécifiée dans la norme GB/T 14295-2008.

Le moment du remplacement du filtre dans un bâtiment civil général doit être décidé en fonction des coûts de remplacement du volume d'air et des coûts de consommation d'énergie de fonctionnement.

Présentations

L’influence de la qualité de l’air sur la santé humaine est devenue l’un des problèmes les plus importants qui préoccupent la société.

Actuellement, la pollution de l'air extérieur par les PM2,5 est très importante en Chine. Par conséquent, le secteur de la purification de l'air se développe rapidement, et les équipements de purification d'air frais et les purificateurs d'air sont largement utilisés.

En 2017, environ 860 000 appareils de ventilation et 7 millions de purificateurs d'air ont été vendus en Chine. Avec une meilleure sensibilisation aux PM2,5, le taux d'utilisation des équipements de purification va encore augmenter et ils deviendront bientôt indispensables au quotidien. La popularité de ce type d'équipement est directement liée à son coût d'achat et de fonctionnement ; il est donc crucial d'en étudier la rentabilité.

Les principaux paramètres du filtre comprennent la perte de charge, la quantité de particules collectées, l'efficacité de collecte et la durée de fonctionnement. Trois méthodes permettent d'évaluer la fréquence de remplacement du filtre d'un purificateur d'air frais. La première consiste à mesurer la variation de résistance avant et après le filtre grâce à un capteur de pression ; la deuxième consiste à mesurer la densité des particules à la sortie grâce à un capteur de particules ; la troisième méthode consiste à mesurer la durée de fonctionnement de l'équipement.

La théorie traditionnelle du remplacement des filtres consiste à équilibrer le coût d'achat et le coût de fonctionnement en fonction de l'efficacité. Autrement dit, l'augmentation de la consommation d'énergie est due à l'augmentation de la résistance et du coût d'achat.

comme le montre la figure 1

Figure 1 : courbe de résistance et de coût du filtre

Le but de cet article est d'explorer la fréquence de remplacement du filtre et son influence sur la conception de ces équipements et systèmes en analysant l'équilibre entre le coût énergétique de fonctionnement causé par l'augmentation de la résistance du filtre et le coût d'achat produit par le remplacement fréquent du filtre, dans des conditions de fonctionnement de petit volume d'air.

1. Tests d'efficacité et de résistance du filtre

1.1 Installation d'essai

La plate-forme de test de filtre est principalement composée des éléments suivants : système de conduits d'air, dispositif de génération de poussière artificielle, équipement de mesure, etc., comme illustré à la figure 2.

Figure 2. Installation d'essai

Adoption du ventilateur à conversion de fréquence dans le système de conduits d'air du laboratoire pour ajuster le volume d'air de fonctionnement du filtre, afin de tester les performances du filtre sous différents volumes d'air.

1.2 Échantillon de test

Afin d'améliorer la répétabilité de l'expérience, trois filtres à air du même fabricant ont été sélectionnés. Les filtres H11, H12 et H13 étant largement répandus sur le marché, un filtre H11, de dimensions 560 mm × 560 mm × 60 mm, à fibres chimiques denses et pliables en V, a été utilisé pour cette expérience, comme illustré à la figure 3.

Figure 2. TestÉchantillon

1.3 Exigences de test

Conformément aux dispositions pertinentes de la norme GB/T 14295-2008 « Filtre à air », en plus des conditions d'essai requises dans les normes d'essai, les conditions suivantes doivent être incluses :

1) Pendant le test, la température et l'humidité de l'air propre envoyé dans le système de conduits doivent être similaires ;

2) La source de poussière utilisée pour tester tous les échantillons doit rester la même.

3) Avant de tester chaque échantillon, les particules de poussière déposées dans le système de conduits doivent être nettoyées avec une brosse ;

4) Enregistrement des heures de fonctionnement du filtre pendant l'essai, y compris le temps d'émission et de suspension des poussières ;

2. Résultat du test et analyse

2.1 Modification de la résistance initiale en fonction du volume d'air

L'essai de résistance initial a été réalisé avec un volume d'air de 80 140 220 300 380 460 540 600 711 948 m3/h.

L'évolution de la résistance initiale en fonction du volume d'air est illustrée sur la FIG. 4.

Figure 4.Le changement de la résistance initiale du filtre sous différents volumes d'air

2.2 Le changement de l’efficacité pondérale en fonction de la quantité de poussière accumulée.

Ce passage étudie principalement l'efficacité de filtration des PM2,5 selon les normes d'essai des fabricants de filtres. Le volume d'air nominal du filtre est de 508 m³/h. Les valeurs d'efficacité pondérale mesurées des trois filtres pour différentes quantités de poussières déposées sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1 Variation de l'arrêt en fonction de la quantité de poussière déposée

L'indice d'efficacité pondérale (d'arrêt) mesuré de trois filtres sous différentes quantités de dépôt de poussière est présenté dans le tableau 1.

2.3La relation entre la résistance et l'accumulation de poussière

Chaque filtre a été utilisé pour 9 émissions de poussières. Les 7 premières émissions de poussières individuelles ont été contrôlées à environ 15,0 g, et les 2 dernières émissions de poussières individuelles ont été contrôlées à environ 30,0 g.

La variation de la résistance à la rétention de poussière change avec la quantité d'accumulation de poussière de trois filtres sous le débit d'air nominal, est illustrée sur la FIG.5

FIG.5

3. Analyse économique de l'utilisation des filtres

3.1 Durée de vie nominale

La norme GB/T 14295-2008 « Filtre à air » stipule que lorsque le filtre fonctionne à sa capacité nominale et que la résistance finale atteint le double de sa résistance initiale, il est considéré comme ayant atteint sa durée de vie et doit être remplacé. Après avoir calculé la durée de vie des filtres dans les conditions de fonctionnement nominales lors de cette expérience, les résultats montrent que la durée de vie de ces trois filtres a été estimée à 1 674, 1 650 et 1 518 h respectivement, soit 3,4, 3,3 et 1 mois respectivement.

3.2 Analyse de la consommation de poudre

Le test répété ci-dessus montre que les performances des trois filtres sont cohérentes, le filtre 1 est donc pris comme exemple pour l'analyse de la consommation d'énergie.

FIG. 6 Relation entre la charge électrique et les jours d'utilisation du filtre (volume d'air 508 m3/h)

À mesure que le coût de remplacement du volume d'air change considérablement, la somme du filtre lors du remplacement et de la consommation d'énergie change également considérablement, en raison du fonctionnement du filtre, comme le montre la figure 7. Sur la figure, le coût global = coût de l'électricité de fonctionnement + coût de remplacement du volume d'air unitaire.

FIG. 7

Conclusions

1) La durée de vie réelle des filtres à faible volume d'air utilisés dans les bâtiments publics est bien supérieure à celle stipulée dans la norme GB/T 14295-2008 « Filtres à air » et recommandée par les fabricants actuels. La durée de vie réelle du filtre peut être estimée en fonction de l'évolution de sa consommation électrique et de son coût de remplacement.

2) La méthode d'évaluation du remplacement du filtre basée sur des considérations économiques est proposée, c'est-à-dire que le coût de remplacement par unité de volume d'air et la consommation d'énergie de fonctionnement doivent être pris en compte de manière exhaustive pour déterminer le temps de remplacement du filtre.

(Le texte intégral a été publié dans HVAC, Vol. 50, No. 5, pp. 102-106, 2020)