Badania eksperymentalne i analiza ekonomiczna żywotności filtrów powietrza

Abstrakcja

Przeprowadzono testy wytrzymałości i wydajności wagowej filtra, zbadano zasady zmiany oporu zatrzymywania pyłu i wydajności filtra, a zużycie energii przez filtr obliczono zgodnie z metodą obliczania wydajności energetycznej zaproponowaną przez Eurovent 4/11.

Stwierdzono, że koszty energii elektrycznej filtra rosną wraz ze wzrostem czasu jego użytkowania i oporu.

Na podstawie analizy kosztów wymiany filtra, kosztów eksploatacji i kosztów całkowitych zaproponowano metodę określania momentu, w którym należy wymienić filtr.

Wyniki pokazały, że rzeczywista żywotność filtra jest dłuższa od podanej w normie GB/T 14295-2008.

Czas wymiany filtrów w ogólnym budownictwie cywilnym powinien być ustalany na podstawie kosztów wymiany objętości powietrza i kosztów zużycia energii elektrycznej.

Wprowadzenia

Wpływ jakości powietrza na zdrowie człowieka stał się jednym z najważniejszych problemów nurtujących społeczeństwo.

Obecnie zanieczyszczenie powietrza zewnętrznego reprezentowane przez PM2.5 jest bardzo poważne w Chinach. Dlatego przemysł oczyszczania powietrza rozwija się szybko, a urządzenia do oczyszczania świeżego powietrza i oczyszczacze powietrza są szeroko stosowane.

W 2017 r. w Chinach sprzedano około 860 000 urządzeń do wentylacji świeżego powietrza i 7 milionów oczyszczaczy. Dzięki lepszej świadomości PM2,5 wskaźnik wykorzystania urządzeń oczyszczających będzie dalej wzrastał i wkrótce stanie się niezbędnym wyposażeniem w życiu codziennym. Popularność tego rodzaju urządzeń jest bezpośrednio uzależniona od kosztów zakupu i eksploatacji, dlatego tak ważne jest zbadanie ich ekonomii.

Główne parametry filtra obejmują spadek ciśnienia, ilość zebranych cząstek, wydajność zbierania i czas pracy. Można przyjąć trzy metody oceny czasu wymiany filtra oczyszczacza świeżego powietrza. Pierwsza z nich polega na zmierzeniu zmiany rezystancji przed i za filtrem zgodnie z czujnikiem ciśnienia; Druga polega na zmierzeniu gęstości cząstek stałych na wylocie zgodnie z czujnikiem cząstek stałych. Ostatnia metoda polega na czasie pracy, czyli na zmierzeniu czasu pracy urządzenia.

Tradycyjna teoria wymiany filtrów polega na zrównoważeniu kosztów zakupu i kosztów eksploatacji w oparciu o wydajność. Innymi słowy, wzrost zużycia energii jest spowodowany wzrostem oporu i kosztu zakupu.

jak pokazano na rysunku 1

Rysunek 1. Krzywa oporu filtra i kosztu

Celem niniejszego artykułu jest zbadanie częstotliwości wymiany filtrów i jej wpływu na konstrukcję tego typu urządzeń i systemów, poprzez analizę równowagi między kosztami energii operacyjnej spowodowanymi wzrostem oporu filtra a kosztami zakupu spowodowanymi częstą wymianą filtra w warunkach pracy przy małej objętości powietrza.

1. Testy wydajności i rezystancji filtra

1.1 Obiekt testowy

Platforma testowa filtrów składa się głównie z następujących części: systemu kanałów powietrznych, sztucznego urządzenia generującego pył, sprzętu pomiarowego itp., jak pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Obiekt testowy

Zastosowanie wentylatora z konwersją częstotliwości w systemie kanałów powietrznych laboratorium w celu regulacji roboczej objętości powietrza filtra, a tym samym przetestowania wydajności filtra przy różnej objętości powietrza.

1.2 Próbka testowa

Aby zwiększyć powtarzalność eksperymentu, wybrano 3 filtry powietrza wyprodukowane przez tego samego producenta. Ponieważ filtry typu H11, H12 i H13 są szeroko stosowane na rynku, w tym eksperymencie zastosowano filtr klasy H11 o rozmiarze 560 mm × 560 mm × 60 mm, gęsto składany typ włókien chemicznych typu v, jak pokazano na rysunku 3.

Rysunek 2. TestowaniePróbka

1.3 Wymagania testowe

Zgodnie z odpowiednimi postanowieniami normy GB/T 14295-2008 „Filtr powietrza” oprócz warunków testowych wymaganych w normach testowych należy uwzględnić następujące warunki:

1) Podczas testu temperatura i wilgotność czystego powietrza wprowadzanego do systemu kanałów powinny być podobne;

2) Źródło pyłu stosowane do badania wszystkich próbek powinno pozostać takie samo.

3) Przed przystąpieniem do badania każdej próbki należy oczyścić szczotką cząsteczki kurzu osadzone w systemie kanałów;

4) Rejestrowanie czasu pracy filtra podczas badania, w tym czasu emisji i zawieszenia pyłu;

2. Wynik testu i analiza

2.1 Zmiana oporu początkowego wraz ze zmianą objętości powietrza

Początkowe badanie wytrzymałości przeprowadzono przy objętości powietrza wynoszącej 80,140,220,300,380,460,540,600,711,948 m3/h.

Zmianę oporu początkowego w zależności od objętości powietrza pokazano na rys. 4.

Rysunek 4.Zmiana początkowego oporu filtra przy różnej objętości powietrza

2.2 Zmiana wydajności wagowej w zależności od ilości nagromadzonego pyłu.

Ten fragment bada głównie wydajność filtracji PM2.5 zgodnie ze standardami testowymi producentów filtrów, znamionowa objętość powietrza filtra wynosi 508 m3/h. Zmierzone wartości wydajności wagowej trzech filtrów przy różnej ilości osadzania pyłu przedstawiono w Tabeli 1.

Tabela 1 Zmiana zatrzymania w zależności od ilości osadzonego pyłu

Zmierzone wskaźniki wydajności wagowej (zatrzymywania) trzech filtrów przy różnej ilości osadu pyłu przedstawiono w tabeli 1

2.3Związek między oporem a gromadzeniem się kurzu

Każdy filtr był używany do 9-krotnej emisji pyłu. Pierwsze 7 razy pojedynczej emisji pyłu kontrolowano przy około 15,0 g, a ostatnie 2 razy pojedynczej emisji pyłu kontrolowano przy około 30,0 g.

Zmiana oporu zatrzymywania pyłu zmienia się wraz z ilością nagromadzonego pyłu na trzech filtrach przy znamionowym przepływie powietrza, co pokazano na rys. 5.

Rys.5

3.Analiza ekonomiczna wykorzystania filtrów

3.1 Znamionowy okres użytkowania

GB/T 14295-2008 „Filtr powietrza” stanowi, że gdy filtr pracuje przy znamionowej wydajności powietrza, a końcowy opór osiąga 2-krotność początkowego oporu, uznaje się, że filtr osiągnął swój okres użytkowania i należy go wymienić. Po obliczeniu okresu użytkowania filtrów w znamionowych warunkach pracy w tym eksperymencie, wyniki pokazują, że okres użytkowania tych trzech filtrów oszacowano odpowiednio na 1674, 1650 i 1518 godzin, co stanowiło odpowiednio 3,4, 3,3 i 1 miesiąc.

3.2 Analiza zużycia proszku

Powtórzony test powyżej pokazuje, że wydajność trzech filtrów jest spójna, dlatego filtr 1 przyjęto jako przykład do analizy zużycia energii.

Rys. 6 Zależność pomiędzy opłatą za energię elektryczną a liczbą dni użytkowania filtra (objętość powietrza 508 m3/h)

Wraz ze znacznymi zmianami kosztów wymiany objętości powietrza, suma kosztów wymiany filtra i zużycia energii również ulegają znacznym zmianom ze względu na działanie filtra, jak pokazano na FIG. 7. Na rysunku całkowity koszt = koszt energii elektrycznej zużywanej podczas eksploatacji + koszt wymiany jednostkowej objętości powietrza.

Rys. 7

Wnioski

1) Rzeczywista żywotność filtrów o małej objętości powietrza w budynkach użyteczności publicznej jest znacznie wyższa niż żywotność określona w GB/T 14295-2008 „Filtr powietrza” i zalecana przez obecnych producentów. Rzeczywistą żywotność filtra można rozpatrywać na podstawie zmieniającego się prawa zużycia energii przez filtr i kosztów wymiany.

2) Zaproponowano metodę oceny wymiany filtra opartą na rozważaniach ekonomicznych, tzn. koszt wymiany w przeliczeniu na jednostkę objętości powietrza i zużycie energii elektrycznej powinny być rozpatrywane kompleksowo, aby określić czas wymiany filtra.

(Pełny tekst opublikowano w HVAC, tom 50, nr 5, s. 102-106, 2020)