Pesquisa Experimental e Análise Econômica da Vida Útil do Filtro de Ar

Abstração

Foram realizados testes de resistência e eficiência de peso do filtro, e as regras de mudança da resistência de retenção de pó e eficiência do filtro foram exploradas, o consumo de energia do filtro foi calculado de acordo com o método de cálculo de eficiência energética proposto pela Eurovent 4/11.

Verifica-se que o custo da eletricidade do filtro aumenta com o aumento do tempo de uso e da resistência.

Com base na análise do custo de substituição do filtro, custo operacional e custo abrangente, é proposto um método para determinar quando o filtro deve ser substituído.

Os resultados mostraram que a vida útil real do filtro é maior do que a especificada em GB/T 14295-2008.

O momento da substituição do filtro em construções civis em geral deve ser decidido de acordo com os custos de substituição do volume de ar e os custos de consumo de energia operacional.

Apresentações

A influência da qualidade do ar na saúde humana se tornou uma das questões mais importantes da sociedade.

Atualmente, a poluição do ar externo representada por PM2,5 é muito grave na China. Por isso, a indústria de purificação do ar se desenvolve rapidamente, e equipamentos de purificação de ar fresco e purificadores de ar têm sido amplamente utilizados.

Em 2017, cerca de 860.000 ventiladores de ar fresco e 7 milhões de purificadores foram vendidos na China. Com a maior conscientização sobre PM2,5, a taxa de utilização de equipamentos de purificação aumentará ainda mais, e em breve eles se tornarão um equipamento necessário no dia a dia. A popularidade desse tipo de equipamento é diretamente afetada por seu custo de aquisição e operação, por isso é de grande importância estudar sua economia.

Os principais parâmetros do filtro incluem a queda de pressão, a quantidade de partículas coletadas, a eficiência da coleta e o tempo de operação. Três métodos podem ser adotados para avaliar o tempo de troca do filtro do purificador de ar fresco. O primeiro método consiste em medir a variação da resistência antes e depois do filtro, de acordo com o sensor de pressão; o segundo método consiste em medir a densidade de partículas na saída, de acordo com o sensor de partículas. O último método consiste em medir o tempo de operação, ou seja, o tempo de operação do equipamento.

A teoria tradicional de substituição de filtros é equilibrar o custo de aquisição e o custo operacional com base na eficiência. Em outras palavras, o aumento do consumo de energia é causado pelo aumento da resistência e do custo de aquisição.

conforme mostrado na Figura 1

Figura 1 curva de resistência e custo do filtro

O objetivo deste artigo é explorar a frequência de substituição do filtro e sua influência no projeto desses equipamentos e sistemas, analisando o equilíbrio entre o custo de energia operacional causado pelo aumento da resistência do filtro e o custo de compra produzido pela substituição frequente do filtro, sob a condição operacional de pequeno volume de ar.

1. Testes de eficiência e resistência do filtro

1.1 Instalação de Teste

A plataforma de teste de filtro é composta principalmente pelas seguintes partes: sistema de duto de ar, dispositivo gerador de poeira artificial, equipamento de medição, etc., conforme mostrado na Figura 2.

Figura 2. Instalação de testes

Adotando o ventilador de conversão de frequência no sistema de dutos de ar do laboratório para ajustar o volume de ar operacional do filtro, para testar assim o desempenho do filtro sob diferentes volumes de ar.

1.2 Amostra de teste

Para aumentar a repetibilidade do experimento, foram selecionados três filtros de ar produzidos pelo mesmo fabricante. Como os filtros dos tipos H11, H12 e H13 são amplamente utilizados no mercado, utilizou-se neste experimento o filtro H11, com dimensões de 560 mm x 560 mm x 60 mm, do tipo V, com dobramento denso de fibras químicas, conforme mostrado na Figura 3.

Figura 2. TesteAmostra

1.3 Requisitos de teste

De acordo com as disposições relevantes do GB/T 14295-2008 “Filtro de ar”, além das condições de teste exigidas nas normas de teste, as seguintes condições devem ser incluídas:

1) Durante o teste, a temperatura e a umidade do ar limpo enviado para o sistema de dutos devem ser semelhantes;

2) A fonte de poeira usada para testar todas as amostras deve permanecer a mesma.

3) Antes de cada amostra ser testada, as partículas de poeira depositadas no sistema de dutos devem ser limpas com uma escova;

4) Registro das horas de funcionamento do filtro durante o ensaio, incluindo o tempo de emissão e suspensão de pó;

2. Resultado do teste e análise

2.1 Mudança da Resistência Inicial com o Volume de Ar

O teste de resistência inicial foi realizado com volume de ar de 80.140.220.300.380.460.540.600.711.948 m3/h.

A variação da resistência inicial com o volume de ar é mostrada na FIG. 4.

Figura 4.A mudança da resistência inicial do filtro sob diferentes volumes de ar

2.2 A mudança da eficiência de peso com a quantidade de poeira acumulada.

Esta seção estuda principalmente a eficiência de filtragem de PM2,5 de acordo com os padrões de teste dos fabricantes de filtros. O volume de ar nominal do filtro é de 508 m³/h. Os valores de eficiência de peso medidos dos três filtros sob diferentes quantidades de deposição de poeira são mostrados na Tabela 1.

Tabela 1 A variação da retenção com a quantidade de poeira depositada

O índice de eficiência de peso medido (retenção) de três filtros sob diferentes quantidades de deposição de poeira é mostrado na Tabela 1

2.3A relação entre resistência e acúmulo de poeira

Cada filtro foi utilizado para 9 emissões de poeira. As primeiras 7 emissões de poeira única foram controladas em cerca de 15,0 g, e as últimas 2 emissões de poeira única foram controladas em cerca de 30,0 g.

A variação da resistência de retenção de poeira muda com a quantidade de acúmulo de poeira de três filtros sob o fluxo de ar nominal, conforme mostrado na FIG.5

FIG.5

3.Análise econômica do uso de filtros

3.1 Vida útil nominal

A norma GB/T 14295-2008 "Filtro de Ar" estipula que, quando o filtro opera na capacidade nominal de ar e a resistência final atinge o dobro da resistência inicial, considera-se que o filtro atingiu sua vida útil e deve ser substituído. Após o cálculo da vida útil dos filtros sob condições nominais de trabalho neste experimento, os resultados mostram que a vida útil desses três filtros foi estimada em 1674, 1650 e 1518 horas, respectivamente, ou seja, 3,4, 3,3 e 1 mês, respectivamente.

3.2 Análise de Consumo de Pó

O teste de repetição acima mostra que o desempenho dos três filtros é consistente, então o filtro 1 é usado como exemplo para análise de consumo de energia.

FIG. 6 Relação entre a tarifa de energia elétrica e os dias de utilização do filtro (volume de ar 508m3/h)

Como o custo de substituição do volume de ar muda muito, a soma do filtro na substituição e do consumo de energia também muda muito, devido à operação do filtro, conforme mostrado na FIG. 7. Na figura, o custo abrangente = custo operacional de eletricidade + custo unitário de substituição do volume de ar.

FIGURA 7

Conclusões

1) A vida útil real de filtros com pequeno volume de ar em edifícios civis em geral é muito superior à vida útil estipulada na norma GB/T 14295-2008 "Filtros de Ar" e recomendada pelos fabricantes atuais. A vida útil real do filtro pode ser calculada com base na lei de variação do consumo de energia do filtro e no custo de substituição.

2) É proposto o método de avaliação de substituição do filtro com base na consideração econômica, ou seja, o custo de substituição por volume de ar unitário e o consumo de energia operacional devem ser considerados de forma abrangente para determinar o tempo de substituição do filtro.

(O texto completo foi publicado em HVAC, Vol. 50, No. 5, pp. 102-106, 2020)