การวิจัยเชิงทดลองและการวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ของอายุการใช้งานตัวกรองอากาศ

สิ่งที่เป็นนามธรรม

ทำการทดสอบความต้านทานและประสิทธิภาพน้ำหนักของตัวกรอง และสำรวจกฎการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานการกักเก็บฝุ่นและประสิทธิภาพของตัวกรอง การใช้พลังงานของตัวกรองคำนวณตามวิธีการคำนวณประสิทธิภาพพลังงานที่เสนอโดย Eurovent 4 /11.

พบว่าค่าไฟฟ้าของตัวกรองเพิ่มขึ้นตามการใช้เวลาและความต้านทานที่เพิ่มขึ้น

จากการวิเคราะห์ต้นทุนการเปลี่ยนแผ่นกรอง ต้นทุนการดำเนินงาน และต้นทุนที่ครอบคลุม จึงเสนอวิธีการกำหนดว่าเมื่อใดควรเปลี่ยนแผ่นกรอง

ผลการวิจัยพบว่าอายุการใช้งานจริงของตัวกรองสูงกว่าที่ระบุใน GB/T 14295-2008

เวลาในการเปลี่ยนแผ่นกรองในอาคารโยธาทั่วไปควรตัดสินใจตามต้นทุนการเปลี่ยนปริมาณอากาศและต้นทุนการใช้พลังงานในการดำเนินงาน 

ผู้เขียนShanghai Institute of Architecture Science (Group) Co., LtdZhang Chongyang, Li Jingguang

บทนำ

อิทธิพลของคุณภาพอากาศที่มีต่อสุขภาพของมนุษย์ได้กลายเป็นประเด็นที่สำคัญที่สุดประเด็นหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับสังคม

ในปัจจุบัน มลพิษทางอากาศภายนอกที่ PM2.5 เป็นตัวแทนนั้นกำลังร้ายแรงมากในประเทศจีน ดังนั้นอุตสาหกรรมฟอกอากาศจึงพัฒนาอย่างรวดเร็วและมีการใช้อุปกรณ์ฟอกอากาศบริสุทธิ์และเครื่องฟอกอากาศอย่างกว้างขวาง

ในปี 2560 มีการจำหน่ายเครื่องระบายอากาศบริสุทธิ์ประมาณ 860,000 เครื่องและเครื่องกรอง 7 ล้านเครื่องในประเทศจีน ด้วยการรับรู้ถึง PM2.5 ที่ดีขึ้น อัตราการใช้อุปกรณ์ทำให้บริสุทธิ์จะเพิ่มขึ้นอีก และในไม่ช้าก็จะกลายเป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นในชีวิตประจำวัน ความนิยมของอุปกรณ์ประเภทนี้ได้รับผลกระทบโดยตรงจากต้นทุนการจัดซื้อและต้นทุนการดำเนินงาน ดังนั้นการศึกษาเศรษฐกิจของอุปกรณ์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

พารามิเตอร์หลักของตัวกรอง ได้แก่ แรงดันตก ปริมาณอนุภาคที่รวบรวม ประสิทธิภาพการรวบรวม และเวลาทำงาน สามารถใช้สามวิธีในการตัดสินเวลาเปลี่ยนแผ่นกรองของเครื่องฟอกอากาศบริสุทธิ์ อย่างแรกคือการวัดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานก่อนและหลังตัวกรองตามอุปกรณ์ตรวจจับแรงดัน ประการที่สองคือการวัดความหนาแน่นของอนุภาคที่ทางออกตามอุปกรณ์ตรวจจับอนุภาค สิ่งสุดท้ายคือโดยเวลาทำงาน นั่นคือ การวัดเวลาการทำงานของอุปกรณ์ 

ทฤษฎีดั้งเดิมของการเปลี่ยนไส้กรองคือการสร้างสมดุลระหว่างต้นทุนการจัดซื้อและต้นทุนการดำเนินงานตามประสิทธิภาพ กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเพิ่มขึ้นของการใช้พลังงานเกิดจากการเพิ่มความต้านทานและต้นทุนการซื้อ

ดังแสดงในรูปที่ 1

รูปที่ 1 เส้นโค้งของความต้านทานและต้นทุนของตัวกรอง 

บทความนี้มีจุดประสงค์เพื่อสำรวจความถี่ของการเปลี่ยนไส้กรองและอิทธิพลที่มีต่อการออกแบบอุปกรณ์และระบบดังกล่าว โดยการวิเคราะห์ความสมดุลระหว่างต้นทุนพลังงานในการดำเนินงานที่เกิดจากการเพิ่มขึ้นของความต้านทานตัวกรองและต้นทุนการซื้อที่เกิดจากการเปลี่ยนบ่อยครั้ง ตัวกรองภายใต้สภาวะการทำงานที่มีปริมาณอากาศน้อย

1. การทดสอบประสิทธิภาพและความต้านทานของตัวกรอง

1.1 สิ่งอำนวยความสะดวกการทดสอบ

แท่นทดสอบตัวกรองประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้: ระบบท่ออากาศ อุปกรณ์สร้างฝุ่นเทียม อุปกรณ์ตรวจวัด ฯลฯ ดังแสดงในรูปที่ 2

 รูปที่ 2 สิ่งอำนวยความสะดวกการทดสอบ

การนำพัดลมแปลงความถี่มาใช้ในระบบท่ออากาศของห้องปฏิบัติการเพื่อปรับปริมาตรอากาศในการทำงานของตัวกรอง เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของตัวกรองภายใต้ปริมาตรอากาศที่ต่างกัน 

1.2 ตัวอย่างการทดสอบ

เพื่อเพิ่มความสามารถในการทำซ้ำของการทดลอง ได้เลือกตัวกรองอากาศ 3 ตัวที่ผลิตโดยผู้ผลิตรายเดียวกัน เนื่องจากตัวกรองประเภท H11, H12 และ H13 มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในตลาด ตัวกรองเกรด H11 จึงถูกนำมาใช้ในการทดลองนี้ โดยมีขนาด 560 มม. × 560 มม. × 60 มม. ชนิดพับหนาแน่นของเส้นใยเคมีชนิด v ดังแสดงในรูปที่ 3

 รูปที่ 2. การทดสอบ ตัวอย่าง

1.3 ข้อกำหนดในการทดสอบ

ตามข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องของ GB/T 14295-2008 "ตัวกรองอากาศ" นอกเหนือจากเงื่อนไขการทดสอบที่กำหนดในมาตรฐานการทดสอบแล้ว ควรรวมเงื่อนไขต่อไปนี้ด้วย:

1) ระหว่างการทดสอบ อุณหภูมิและความชื้นของอากาศบริสุทธิ์ที่ส่งเข้าสู่ระบบท่อควรเท่ากัน

2) แหล่งฝุ่นที่ใช้สำหรับการทดสอบตัวอย่างทั้งหมดควรเหมือนเดิม

3) ก่อนทำการทดสอบตัวอย่างแต่ละตัวอย่าง ควรทำความสะอาดอนุภาคฝุ่นที่สะสมอยู่ในระบบท่อด้วยแปรง

4) บันทึกชั่วโมงการทำงานของตัวกรองระหว่างการทดสอบ รวมทั้งเวลาที่ปล่อยและระงับฝุ่น 

2. ผลการทดสอบและการวิเคราะห์ 

2.1 การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานเริ่มต้นกับปริมาตรอากาศ

การทดสอบความต้านทานเบื้องต้นได้ดำเนินการที่ปริมาตรอากาศ 80,140,220,300,380,460,540,600,711,948 m3/h

การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานเริ่มต้นกับปริมาตรอากาศจะแสดงในรูปที่ 4.

 รูปที่ 4 การเปลี่ยนแปลงความต้านทานเริ่มต้นของตัวกรองภายใต้ปริมาตรอากาศที่ต่างกัน

2.2 การเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพน้ำหนักตามปริมาณฝุ่นที่สะสม 

ข้อความนี้ส่วนใหญ่ศึกษาประสิทธิภาพการกรองของ PM2.5 ตามมาตรฐานการทดสอบของผู้ผลิตตัวกรอง ปริมาณอากาศที่กำหนดของตัวกรองคือ 508m3/h ค่าประสิทธิภาพน้ำหนักที่วัดได้ของตัวกรองสามตัวภายใต้ปริมาณการสะสมของฝุ่นที่ต่างกันแสดงไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 การเปลี่ยนแปลงการกักเก็บด้วยปริมาณฝุ่นที่สะสม

ดัชนีประสิทธิภาพน้ำหนักที่วัดได้ (การกักเก็บ) ของตัวกรองสามตัวภายใต้ปริมาณการสะสมของฝุ่นที่ต่างกันแสดงไว้ในตารางที่ 1

2.3 ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานและการสะสมของฝุ่น

ตัวกรองแต่ละตัวถูกใช้สำหรับการปล่อยฝุ่น 9 ครั้ง 7 ครั้งแรกของการปล่อยฝุ่นเดี่ยวถูกควบคุมที่ประมาณ 15.0 กรัม และ 2 ครั้งสุดท้ายของการปล่อยฝุ่นเดี่ยวถูกควบคุมที่ประมาณ 30.0 กรัม

ความแปรผันของความต้านทานการกักเก็บฝุ่นเปลี่ยนแปลงตามปริมาณของฝุ่นที่สะสมของตัวกรองสามตัวภายใต้กระแสลมที่กำหนด แสดงไว้ในรูปที่ 5

รูปที่ 5

3.การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ของการใช้ตัวกรอง

3.1 อายุการใช้งานที่กำหนด

GB/T 14295-2008 “ไส้กรองอากาศ” กำหนดว่าเมื่อแผ่นกรองทำงานที่ความจุอากาศที่กำหนดและความต้านทานขั้นสุดท้ายถึง 2 เท่าของความต้านทานเริ่มต้น จะถือว่าแผ่นกรองนั้นหมดอายุการใช้งานแล้ว และควรเปลี่ยนแผ่นกรอง หลังจากคำนวณอายุการใช้งานของตัวกรองภายใต้สภาวะการทำงานที่ได้รับการจัดอันดับในการทดลองนี้ ผลการวิจัยพบว่าอายุการใช้งานของตัวกรองทั้งสามนี้อยู่ที่ประมาณ 1674, 1650 และ 1518 ชม. ตามลำดับ ซึ่งเท่ากับ 3.4, 3.3 และ 1 เดือนตามลำดับ

3.2 การวิเคราะห์การบริโภคผง

การทดสอบซ้ำด้านบนแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของตัวกรองทั้งสามมีความสอดคล้องกัน ดังนั้นตัวกรอง 1 จึงเป็นตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์การใช้พลังงาน

รูปที่. 6 ความสัมพันธ์ระหว่างค่าไฟกับวันใช้งานของไส้กรอง (ปริมาณลม 508 ลบ.ม./ชม.)

เนื่องจากต้นทุนการเปลี่ยนปริมาณอากาศเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ผลรวมของตัวกรองในการเปลี่ยนและการใช้พลังงานก็เปลี่ยนแปลงอย่างมากเช่นกัน เนื่องจากการทำงานของตัวกรองดังแสดงในรูปที่ 7. ในรูป ต้นทุนรวม = ค่าไฟฟ้าใช้งาน + ค่าเปลี่ยนปริมาตรอากาศต่อหน่วย

รูปที่. 7

บทสรุป

1) อายุการใช้งานจริงของตัวกรองที่มีปริมาตรอากาศน้อยในอาคารโยธาทั่วไปนั้นสูงกว่าอายุการใช้งานที่กำหนดไว้ใน GB/T 14295-2008 “ตัวกรองอากาศ” และแนะนำโดยผู้ผลิตปัจจุบัน อายุการใช้งานที่แท้จริงของตัวกรองสามารถพิจารณาได้ตามกฎหมายที่เปลี่ยนแปลงของการใช้พลังงานของตัวกรองและค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยน

2) เสนอวิธีการประเมินการเปลี่ยนแผ่นกรองตามการพิจารณาทางเศรษฐกิจ กล่าวคือ ต้นทุนการเปลี่ยนตามปริมาณอากาศต่อหน่วยและการใช้พลังงานในการทำงานควรพิจารณาอย่างครอบคลุมเพื่อกำหนดเวลาในการเปลี่ยนแผ่นกรอง

(ฉบับเต็มเผยแพร่ใน HVAC, Vol. 50, No. 5, pp. 102-106, 2020)