מחקר ניסיוני וניתוח כלכלי של חיי מסנן אוויר

הַפשָׁטָה

נערכו בדיקות להתנגדות ויעילות המשקל של המסנן, ונבדקו כללי השינוי של התנגדות החזקת האבק ויעילות המסנן, צריכת האנרגיה של המסנן חושבה לפי שיטת חישוב יעילות האנרגיה שהוצעה על ידי Eurovent 4 /11.

נמצא שעלויות החשמל של המסנן עולות עם עליית צריכת הזמן וההתנגדות.

בהתבסס על ניתוח עלות החלפת המסנן, עלות התפעול והעלות הכוללת, מוצעת שיטה לקבוע מתי יש להחליף את המסנן.

התוצאות הראו כי חיי השירות בפועל של המסנן גבוהים מזה המצוין ב-GB/T 14295-2008.

יש להחליט על זמן החלפת המסנן בבניין אזרחי כללי לפי עלויות ההחלפה של נפח האוויר ועלויות צריכת החשמל התפעולית. 

מְחַבֵּרShanghai Institute of Architecture Science (Group) Co., Ltdג'אנג צ'ונגיאנג, לי ג'ינגגואנג

הקדמות

השפעת איכות האוויר על בריאות האדם הפכה לאחד הנושאים החשובים ביותר המודאגים על ידי החברה.

נכון לעכשיו, זיהום אוויר חיצוני המיוצג על ידי PM2.5 הוא חמור מאוד בסין. לכן, תעשיית טיהור האוויר מתפתחת במהירות, ונעשה שימוש נרחב בציוד לטיהור אוויר צח ובמטהר אוויר.

בשנת 2017 נמכרו בסין כ-860,000 אוורור אוויר צח ו-7 מיליון מטהרים. עם המודעות הטובה יותר ל-PM2.5, שיעור הניצול של ציוד הטיהור יגדל עוד יותר, ובקרוב הוא יהפוך לציוד הכרחי בחיי היומיום. הפופולריות של ציוד מסוג זה מושפעת ישירות מעלות הרכישה והעלות השוטפת שלו, ולכן ישנה חשיבות רבה לחקור את הכלכלה שלו.

הפרמטרים העיקריים של המסנן כוללים את ירידת הלחץ, כמות החלקיקים שנאספו, יעילות האיסוף וזמן הריצה. ניתן לאמץ שלוש שיטות כדי לשפוט את זמן החלפת המסנן של מטהר האוויר הצח. הראשון הוא למדוד את שינוי ההתנגדות לפני ואחרי המסנן לפי מכשיר חישת הלחץ; השני הוא למדוד את צפיפות החלקיקים ביציאה לפי מכשיר החישה של החלקיקים. האחרון הוא לפי זמן הריצה, כלומר מדידת זמן הריצה של הציוד. 

התיאוריה המסורתית של החלפת מסנן היא לאזן את עלות הרכישה והעלות השוטפת על סמך יעילות. במילים אחרות, העלייה בצריכת האנרגיה נגרמת מהעלייה בהתנגדות ובעלות הרכישה.

כפי שמוצג באיור 1

איור 1 עקומת ההתנגדות והעלות של המסנן 

מטרת מאמר זה היא לחקור את תדירות החלפת המסנן והשפעתה על תכנון ציוד ומערכת כאלה על ידי ניתוח האיזון בין עלות האנרגיה התפעולית הנגרמת מהעלייה בהתנגדות המסנן לבין עלות הרכישה הנובעת מהחלפה תכופה של מסנן, בתנאי הפעלה של נפח אוויר קטן.

1. בדיקות יעילות והתנגדות מסנן

1.1 מתקן בדיקה

פלטפורמת בדיקת המסנן מורכבת בעיקר מהחלקים הבאים: מערכת תעלות אוויר, מכשיר לייצור אבק מלאכותי, ציוד מדידה וכו', כפי שמוצג באיור 2.

 איור 2. מתקן בדיקה

אימוץ מאוורר המרת התדר במערכת תעלות האוויר של המעבדה כדי להתאים את נפח האוויר התפעולי של המסנן, ובכך לבחון את ביצועי המסנן תחת נפח אוויר שונה. 

1.2 מדגם בדיקה

על מנת לשפר את יכולת החזרה של הניסוי, נבחרו 3 מסנני אוויר המיוצרים על ידי אותו יצרן. מכיוון שמסננים מסוג H11, H12 ו-H13 נמצאים בשימוש נרחב בשוק, נעשה שימוש בפילטר בדרגת H11 בניסוי זה, בגודל של 560 מ"מ × 560 מ"מ × 60 מ"מ, סוג V מסוג קיפול סיבים כימיים צפופים, כפי שמוצג באיור 3.

 איור 2. בדיקה לִטעוֹם

1.3 דרישות בדיקה

בהתאם להוראות הרלוונטיות של GB/T 14295-2008 "מסנן אוויר", בנוסף לתנאי הבדיקה הנדרשים בתקני הבדיקה, יש לכלול את התנאים הבאים:

1) במהלך הבדיקה, הטמפרטורה והלחות של אוויר נקי שנשלח למערכת התעלות צריכים להיות דומים;

2) מקור האבק המשמש לבדיקת כל הדגימות צריך להישאר זהה.

3) לפני כל דגימה נבדקת, יש לנקות חלקיקי אבק שהופקדו במערכת התעלות בעזרת מברשת;

4) רישום שעות העבודה של המסנן במהלך הבדיקה, לרבות זמן פליטת והשעיה של אבק; 

2. תוצאות בדיקה וניתוח 

2.1 שינוי התנגדות ראשונית עם נפח אוויר

בדיקת ההתנגדות הראשונית בוצעה בנפח אוויר של 80,140,220,300,380,460,540,600,711,948 m3/h.

השינוי של ההתנגדות הראשונית עם נפח האוויר מוצג באיור. 4.

 איור 4. שינוי ההתנגדות הראשונית של המסנן תחת נפח אוויר שונה

2.2 השינוי ביעילות המשקל עם כמות האבק שהצטברה. 

קטע זה בוחן בעיקר את יעילות הסינון של PM2.5 לפי תקני הבדיקה של יצרני המסננים, נפח האוויר המדורג של המסנן הוא 508m3/h. ערכי יעילות המשקל הנמדדים של שלושת המסננים בכמות שונה של שקיעת אבק מוצגים בטבלה 1

טבלה 1 שינוי המעצר עם כמות האבק שהופקדה

מדד יעילות המשקל הנמדד (מעצר) של שלושה מסננים בכמות שונה של שקיעת אבק מוצג בטבלה 1

2.3 הקשר בין התנגדות להצטברות אבק

כל מסנן שימש עבור 9 פעמים פליטת אבק. 7 הפעמים הראשונות של פליטת אבק בודד נשלטו בכ-15.0 גרם, ו-2 הפעמים האחרונות של פליטת אבק בודד נשלטו על כ-30.0 גרם.

השונות של התנגדות החזקת האבק משתנה עם כמות הצטברות האבק של שלושה מסננים מתחת לזרימת האוויר המדורגת, מוצגת באיור 5

איור 5

3. ניתוח כלכלי של שימוש במסננים

3.1 חיי שירות מדורגים

GB/T 14295-2008 "מסנן אוויר" קובע שכאשר המסנן פועל בקיבולת אוויר מדורגת וההתנגדות הסופית מגיעה לפי 2 מההתנגדות הראשונית, המסנן נחשב כאילו הגיע לחיי השירות שלו, ויש להחליף את המסנן. לאחר חישוב חיי השירות של המסננים בתנאי עבודה מדורגים בניסוי זה, התוצאות מראות כי חיי השירות של שלושת המסננים הללו נאמדו ב-1674, 1650 ו-1518 שעות בהתאמה, שהיו 3.4, 3.3 ו-1 חודש בהתאמה.

 

3.2 ניתוח צריכת אבקה

הבדיקה החוזרת למעלה מראה שהביצועים של שלושת המסננים עקביים, ולכן מסנן 1 נלקח כדוגמה לניתוח צריכת אנרגיה.

תאנה. 6 קשר בין טעינת החשמל לימי השימוש בפילטר (נפח אוויר 508m3/h)

מכיוון שעלות ההחלפה של נפח האוויר משתנה מאוד, גם סכום המסנן בהחלפה וצריכת החשמל משתנה מאוד, עקב פעולת המסנן, כפי שמוצג באיור. 7. באיור, העלות הכוללת = עלות חשמל תפעול + עלות החלפת נפח אוויר יחידה.

תאנה. 7

מסקנות

1) חיי השירות בפועל של מסננים בעלי נפח אוויר קטן בבניינים אזרחיים כלליים גבוהים בהרבה מחיי השירות הקבועים ב-GB/T 14295-2008 "מסנן אוויר" ומומלץ על ידי היצרנים הנוכחיים. ניתן לשקול את חיי השירות בפועל של המסנן בהתבסס על החוק המשתנה של צריכת החשמל של המסנן ועלות ההחלפה.

2) מוצעת שיטת הערכת החלפת המסנן המבוססת על שיקול כלכלי, כלומר יש לשקול באופן מקיף את עלות ההחלפה לפי יחידת נפח אוויר ואת צריכת החשמל התפעולית לקביעת זמן החלפת המסנן.

(הטקסט המלא פורסם ב-HVAC, כרך 50, מס' 5, עמ' 102-106, 2020)