Авторы: Том Годби (Tom Godbey), специалист по применению в компании Donaldson Torit, и Дэн Джонсон (Dan Johnson), инженер по применению в компании Donaldson Torit
Промышленность потребляет 27 % производимой в США электроэнергии для розничного рынка. 40 % от этих 27 % потребляют вентиляторы и насосы, причем большая часть энергии расходуется вентиляторами(ссылки 1, 2). Знаете ли вы, когда в последний раз ваша компания проводила проверку вентиляционных систем, чтобы выяснить, сколько воздуха они ежедневно перемещают, и мощность, расходуемую ими? На большинстве предприятий масса перемещаемого воздуха превышает массу произведенной продукции. На перемещение воздуха тратится значительная часть энергии. Сократив энергозатраты на перемещение воздуха, можно сэкономить средства и снизить себестоимость продукции.
Так как воздух имеет определенную массу, при проектировании вентиляционных систем необходимо принимать обоснованные технические решения. Стандартный воздух — это газ со следующим составом:
- 78,1 % азота;
- 21 % кислорода;
- 0,9 % аргона;
- влага на уровне моря и при температуре 21 °C (70 °F) отсутствует.
В стандартных условиях масса воздуха составляет 1,2 кг/м³ (0,075 фунта/фут³). Типовая система отведения пыли с входным каналом диаметром 76 см (30 дюймов), подсоединенным к вентилятору, пропускает через себя около 28 900 м³/ч (17 000 футов³/мин) воздуха. Если вентилятор работает круглосуточно, за год он перемещает более 335 000 т воздуха. На многих предприятиях работает несколько подобных систем.
Сколько же денег тратится на перемещение воздуха на предприятии? На приобретение энергии тратятся значительные средства, поэтому все изменения, которые экономят энергию, позволят предприятиям снизить расходы. В этом документе основное внимание уделено расходам на перемещение воздуха через систему (стоимости работы вентилятора), а не расходам на обогрев, охлаждение или увлажнение воздуха в рабочей зоне.
За мощность, потребляемую вентилятором, обычно принимается мощность на валу вентилятора в лошадиных силах [Bhp]. Значение Bhp можно рассчитать по следующей формуле:(ссылка 3)
Bhp = (Q x ∆P / 6356 x Nf) x df
где
Bhp мощность на валу вентилятора в лошадиных силах
Q поток воздуха в кубических футах в минуту (фут³/мин)
∆P перепад давления на вентиляторе в дюймах водяного столба
6356 постоянная
Nf КПД вентилятора, выраженная в виде десятичной дроби
df коэффициент плотности, определяемый как отношение фактической плотности к плотности стандартного воздуха
В этой статье предполагается, что воздух находится в стандартных условиях, поэтому df = 1.
Типовое значение КПД вентилятора составляют 60–68 % для вентиляторов с прямыми лопатками и 70–80 % для вентиляторов с наклоненными назад лопатками. Тип вентилятора для промышленной вентиляционной системы выбирается в зависимости от характера его использования и требований к рабочим характеристикам. Вентиляторы с прямыми лопатками обычно используются для перемещения потоков загрязненного воздуха. Вентиляторы с наклоненными назад лопатками используются для относительно чистых воздушных потоков, например на чистой стороне пылесборника. К сожалению, многие старые вентиляторы имеют неэффективную конструкцию с прямыми лопатками. Они отличаются высокими рабочими характеристиками, однако почти никогда не оснащались средствами регулирования энергопотребления. Они приобретались и устанавливались в то время, когда энергия была дешевой.
При оплате электроэнергии она измеряется в киловаттах (кВт), а не в лошадиных силах, поэтому значение Bhp необходимо преобразовать в киловатты. Для этого значение Bhp необходимо умножить на 0,746. Чтобы рассчитать полную энергию, потребляемую двигателем, энергию на валу необходимо разделить на КПД двигателя Nm.
КПД двигателя зависит от его конструкции и обычно составляет около 90 процентов [0,9]. Часто в пускателях возникают дополнительные электрические потери. Кроме того, в линиях между электросчетчиком и двигателем возникают потери при передаче электроэнергии. Эти потери незначительны с точки зрения относительной экономии и их можно учесть в КПД двигателя, равном 90 %. Теперь умножьте скорректированное значение в киловаттах на часы работы и стоимость электроэнергии за киловатт-час.
Годовая стоимость = (Q x ∆P x 0,746 x H x 52 x C) / (6356 x Nf x Nm)
где
52 недели эксплуатации в год
H часы работы в неделю
C стоимость энергии за кВт·ч
Коэффициенты 6356 и 0,746 можно было бы объединить, но тогда будет нарушена логика вычислений. Приведенная формула отвечает на вопрос: «Из чего складывается стоимость энергии для перемещения воздуха?»
Какие переменные в формуле расчета стоимости энергии можно контролировать?
Из всех элементов этой формулы разработчики и операторы промышленных систем вентиляции могут контролировать только два: поток воздуха и перепад давления.
Как можно контролировать эти переменные?
Если требуется свести к минимуму потребление энергии, необходимо понизить общий воздушный поток в системе, а конструкция системы должна как можно дольше поддерживать низкий перепад давления (или сопротивление потоку).
Примеры контроля воздушного потока и перепада давления для экономии энергии
Принятые нормы проектирования
Одним из способов понизить поток воздуха и уменьшить потери давления в системе фильтрации является изначальное использование принятых норм проектирования системы. В этом документе невозможно охватить все аспекты проектирования. Чтобы ознакомиться с подробным описанием методов проектирования, используйте такие ресурсы, как конференции по промышленной вентиляции (http//www.michiganivc.org) и т. д. На этих конференциях проводится обучение проектированию систем отведения с минимальным объемом воздуха, минимальными статическими потерями (сопротивлением потоку) и максимальной эффективностью вентилятора.
На многих предприятиях используются установки, аналогичные показанной на рис. 1.