Egy vegyi üzem tizenkét hónapon keresztül követte nyomon egy 5 kW-os PTFE merülőfűtőelem energiafogyasztását. A fűtőtestet negyedévente vízkőtelenítették. Az energiaadatok egyértelmű mintát mutattak: a fogyasztás folyamatosan nőtt a tisztítások között, majd minden vízkőmentesítés után meredeken csökkent. Az átlagos energiafogyasztás az év során 12%-kal volt magasabb, mint a tiszta{5}}burkolat alapértéke. A növekedésért a szennyeződési réteg volt a felelős, nem maga a fűtőtest.
A köpeny elszennyeződése a lerakódások felhalmozódása a fűtőfelületen. A lerakódások lehetnek ásványi lerakódások, fém-hidroxidok, szerves maradékok vagy ezek kombinációja. Minden szennyeződési rétegnek alacsonyabb a hővezető képessége, mint a PTFE-nek, így hőellenállást ad a burkolat és a technológiai folyadék között. A fűtőberendezésnek melegebben kell működnie, hogy ugyanazt a hőt szállítsa, és a magasabb hőmérséklet növeli az energiaveszteséget.
A szennyeződéses réteg hőállósága
A szennyezőréteg növeli az ellenállást a PTFE burkolattal és a konvektív határréteggel sorba kapcsolva. A teljes hőellenállás határozza meg a köpeny---tömb hőmérsékleti különbségét. Adott hőáram esetén a nagyobb összellenállás magasabb burkolathőmérsékletet jelent.
A szennyezőréteg hővezető képessége annak összetételétől és porozitásától függ. A kalcium-karbonát vízkő hővezető képessége 0,5-2,0 W/m·K. A fém-hidroxid lerakódások kisebbek, 0,2-0,5 W/m·K tartományban. A szerves maradványok a legalacsonyabbak, gyakran 0,2 W/m·K alatt vannak. Ezen lerakódások bármelyikének 1 mm-es rétege jelentős ellenállást biztosít.
| Elszennyeződés típusa | Hővezetőképesség | 1 mm Ellenállás | Köpeny ΔT Növekedés 1,0 W/cm²-nél | Energiavesztés |
|---|---|---|---|---|
| Kalcium-karbonát | 1.0–2.0 W/m·K | Alacsony – Közepes | 5-10 fok | 5–10% |
| Kalcium-szulfát | 0.8–1.5 W/m·K | Mérsékelt | 7-12 fok | 7–12% |
| Fém-hidroxid | 0.2–0.5 W/m·K | Magas | 20-50 fok | 15–25% |
| Szerves maradék | <0.2 W/m·K | Nagyon magas | 50-100 fok | 20–35% |
| Vegyes betét | 0.3–1.0 W/m·K | Közepes – Magas | 10-30 fok | 10–20% |
Hőellenállás és energiaveszteség a szennyeződés típusa szerint
Miért növeli a szennyeződés az energiafogyasztást?
A kályha által fogyasztott energia a fürdőbe szállított hasznos hő és a veszteségek összege. A hasznos hőt a folyamat terhelése határozza meg, és független a szennyeződéstől. A veszteségek a burkolat hőmérsékletének emelkedésével nőnek.
A veszteségek a kapocsházon, a karimán és a tartályfalakon keresztül jelentkeznek. Minél magasabb a köpeny hőmérséklete, annál nagyobb a hőmérsékletkülönbség a fűtőelem és a környezet között, és annál nagyobb a veszteség. A tisztanál 20 fokkal melegebben működő fűtőberendezés 10-15%-kal több energiát veszíthet ezeken az útvonalakon.
A fűtőberendezés tovább működik az alapjel fenntartása érdekében. A vezérlő látja, hogy a fürdő hőmérséklete csökken, vagy nem éri el az alapértéket, és feszültség alatt tartja a fűtőtestet. A nagyobb veszteségek és a hosszabb üzemidő kombinációja növeli a teljes energiafogyasztást.
Az idő múlásával történő elszennyeződés összetett hatása
A szennyeződés fokozatosan halmozódik fel. A vékony réteg kevés hatással van a hőátadásra. De ahogy a réteg vastagodik, a burkolat hőmérséklete emelkedik, ami felgyorsítja a további lerakódást. A folyamat önerősítő-.
Az energiafogyasztás ugyanazt a mintát követi. Eleinte lassan emelkedik, majd a szennyeződésréteg vastagodásával felgyorsul. A negyedévente vízkőmentesített fűtőberendezés az első hónapban 5%-kal, a másodikban 10%-kal, a harmadikban pedig 15-20%-kal emelkedhet. A negyedév átlaga 10-12%-kal haladja meg az alapértéket.
| Vízkőmentesítés óta eltelt idő | Elszennyeződés vastagsága | A köpeny ΔT növekedése | Relatív energiafogyasztás |
|---|---|---|---|
| 0 hét (tiszta) | 0 mm | Alapvonal | 1.00× |
| 2 hét | 0,2-0,4 mm | 3-6 fok | 1.03–1.06× |
| 4 hét | 0,4-0,8 mm | 6-12 fok | 1.06–1.12× |
| 8 hét | 0,8-1,5 mm | 12-20 fok | 1.12–1.20× |
| 12 hét | 1,5-2,5 mm | 20-35 fok | 1.20–1.35× |
| 16+ hét | >2,5 mm | >35 fok | >1.35× |
Az energiafogyasztás növekszik, ahogy a tisztítások között felhalmozódik a szennyeződés
A{0}}az energiahulladék elszennyeződésének költsége
Az elpazarolt energia költsége a fűtőteljesítménytől, az üzemóráktól és a villamosenergia-díjtól függ. Egy 5 kW-os fűtőberendezés évi 6000 órát üzemel 0,10 USD/kWh áron, a tiszta-fűtő energiaköltsége 3000 USD. A szennyeződésből származó átlagos 12%-os növekedés évi 360 dollárt jelent.
Egy 20 fűtőtesttel rendelkező üzemben a szennyeződésekkel kapcsolatos energiapazarlás évente 7200 dollár lehet. Ez több, mint a fűtőtesteket tisztán tartó megelőző karbantartási program költsége.
| Fűtőteljesítmény | Éves óra | Tiszta energia költsége | 10% elszennyeződési költség | 15% elszennyeződési költség | Éves hulladék |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 6,000 | $1,800 | $1,980 | $2,070 | $180–270 |
| 5 kW | 6,000 | $3,000 | $3,300 | $3,450 | $300–450 |
| 8 kW | 6,000 | $4,800 | $5,280 | $5,520 | $480–720 |
| 12 kW | 6,000 | $7,200 | $7,920 | $8,280 | $720–1,080 |
Éves energiaköltség és hulladék fűtőteljesítmény és szennyeződési szint szerint
Az elszennyeződéssel kapcsolatos{0}}energiapazarlás csökkentése
A szennyeződéssel kapcsolatos energiapazarlás csökkentésének leghatékonyabb módja a vízkőmentesítés, mielőtt a szennyeződési réteg megvastagodna. A negyedéves vízkőmentesítési ütemterv az átlagos szennyeződési szintet 1 mm alatt tartja, és az energianövekedést 10% alatt. A havi vízkőmentesítés ütemezése 5% alatt tartja az energianövekedést, de növeli a munkaerő- és állásidő-költségeket.
A wattsűrűség csökkentése csökkenti a burkolat hőmérsékletét és lelassítja a szennyeződés mértékét. A 0,9 W/cm²-en működő fűtőtest lassabban halmoz fel vízkövet, mint egy 1,4 W/cm²-nél, meghosszabbítva a tisztítások közötti intervallumot és csökkentve az átlagos energiapazarlást.
A köpeny felületén az áramlás javítása csökkenti a határréteg vastagságát és a burkolat hőmérsékletét. A fűtőtestre irányított szívócső vagy szívócső 10-15 fokkal csökkentheti a burkolat hőmérsékletét, ami lassítja a szennyeződést és csökkenti az energiapazarlást.
Amikor a szennyeződés{0}}az energiahulladékkal kapcsolatos jelek specifikációs problémát jeleznek
Ugyanabban a tartályban ismétlődő elszennyeződés és energiapazarlás azt jelzi, hogy a fűtőberendezés a kémiai és áramlási viszonyokhoz képest túl magas watt-sűrűséggel működik. Az egyedi PTFE merülő fűtőberendezés kis wattsűrűséggel, nagy felülettel és jobb áramlási hozzáféréssel csökkenti a szennyeződést és a kapcsolódó energiapazarlást. A specifikációs folyamat megköveteli a fürdő kémiáját, az üzemi hőmérsékletet, a víz keménységét és a szükséges teljesítményt.
