Von Tom Godbey, Anwendungsspezialist Donaldson Torit, und Dan Johnson, Anwendungsingenieur Donaldson Torit
Die Industrie verbraucht 27 % der in den USA produzierten Elektroenergie im Einzelhandel, und 40 % dieser 27 % entfallen auf Lüfter und Pumpen – wobei der Großteil dieser 40 % auf Lüfter entfällt.(Ref. 1, 2) Doch wann hat Ihr Unternehmen zum letzten Mal eine Luftprüfung durchgeführt, um zu sehen, wie viel Luft Sie jeden Tag bewegen und wie viel Energie dafür notwendig ist? Die meisten Anlagen bewegen mehr Pfund Luft als produzierte Produkte, und beträchtliche Energie wird beim Bewegen dieser Luft verwendet. Da Energie Geld ist, können wir Geld sparen und die Kosten für das produzierte Produkt senken, wenn wir die Energie einsparen können, die für die Bewegung von Luft verwendet wird.
Luft hat Gewicht und weil sie Gewicht hat, müssen wir ein gutes technisches Urteilsvermögen ausüben, wenn es um Abgassysteme geht. Standardluft ist definiert als ein Gas, das Folgendes enthält:
- 78,1 % Stickstoff,
- 21 % Sauerstoff,
- 0,9 % Argon und
- keine Feuchtigkeit, in Meereshöhe und bei einer Temperatur von 70 °F.
Bei Standardbedingungen wiegt die Luft 0,075 Pfund pro Kubikfuß. Ein typisches Staubabsaugsystem mit einer Einlassleitung mit einem Durchmesser von 30 Zoll zu einem Lüfter bewältigt etwa 17.000 Kubikfuß Luft pro Minute (CFM). Oder, in Bezug auf das Gewicht ausgedrückt, bewältigt der Lüfter über 335.000 Tonnen Luft pro Jahr, basierend auf einem Rund-um-die-Uhr-Betrieb. Viele Einrichtungen verfügen über mehrere Systeme wie dieses.
Wie viel Geld geben wir für den Lufttransport in einer Anlage aus? Energie ist Geld, also ist die Umsetzung von Veränderungen, die Energie sparen, wie Geld in der Bank anzulegen. Dieses Dokument konzentriert sich auf die Kosten, um die Luft durch das System zu bewegen – im Grunde die Kosten für den Betrieb des Lüfters und nicht die Kosten für die Beheizung, Kühlung oder Befeuchtung der Luft im Arbeitsbereich.
Die auf der Welle eines Lüfters benötigte Leistung wird allgemein als die Nutzleistung (Bhp) des Lüfters bezeichnet. Die Bhp kann mit dieser Formel berechnet werden:(Ref. 3)
bhp = (Q x ∆P / 6356 x Nf) x df
Wobei Folgendes gilt:
bhp Pferdestärke Lüfterwelle
Q Luftstrom in Kubikfuß pro Minute (cfm)
∆P Druckverlust/-anstieg über das Gebläse in Zoll Wassersäule (“wg)
6356 Konstante
Nf Gebläseeffizienz als Dezimalzahl ausgedrückt
df Dichtefaktor definiert als die tatsächliche Dichte/Dichte der Standardluft
Für die Zwecke dieser Veröffentlichung wird angenommen, dass Luft unter Standardbedingungen vorliegt, sodass df = 1 ist.
Typische Lüfterwirkungsgrade betragen 60 bis 68 % für radial beschaufelte Lüfter und 70 bis 80 % für rückwärts geneigte Lüfterausführungen. Der in einem industriellen Lüftungssystem verwendete Lüftertyp sollte durch seine Nutzungs- und Leistungsanforderungen bestimmt werden. Radial beschaufelte Lüfterkonstruktionen werden in der Regel in schmutzigen Luftströmen verwendet, und rückwärts geneigte Lüfterkonstruktionen werden in relativ sauberen Luftströmen verwendet, wie auf der sauberen Seite einer Entstaubungsanlage. Leider sind viele ältere Lüfter ineffiziente radial beschaufelte Konstruktionen. Sie können mit robusten Leistungsmerkmalen aufwarten, wurden aber mit wenig bis gar keiner Berücksichtigung ihres Energieverbrauchs installiert, da Energie zu dem Zeitpunkt, an dem sie zuerst gekauft wurden, billig war.
Energie ist Kosten – basierend auf Kilowatt (kW) nicht Bhp; daher muss der Bhp in kW umgerechnet werden. Um Bhp in kW umzurechnen, multiplizieren Sie einfach Bhp mit 0,746. Um jedoch die Gesamtenergie in den Motor zu bringen, muss diese Wellenenergie durch die Motoreffizienz geteilt werden, Nm.
Die Motoreffizienz hängt von der Motorkonstruktion ab, beträgt aber in der Regel etwa 90 Prozent [0,9]. Es gibt oft zusätzliche elektrische Verluste in den Startern und Übertragungsverluste in den Leitungen zwischen dem elektrischen Zähler und dem Motor. Diese Verluste sind klein und aus Gründen der relativen Einsparung unbedeutend genug, um in die Motoreffizienz von 90 % eingeordnet zu werden. Multiplizieren Sie nun den angepasste kW-Wert mit den Betriebsstunden und den Stromkosten pro kWh.
Jährliche Kosten = (Q x P x 0,746 x H x 52 x C)/(6356 x Nf x Nm)
Wobei Folgendes gilt:
52 Wochenbetrieb pro Jahr
H Betriebsstunden pro Woche
C Kosten pro kW-Stunde
Ja, 6356 und 0,746 können zu einer einzigen Konstante kombiniert werden, aber dann ist die logische Zeichenkette unterbrochen. Das beantwortet die Frage: Was macht Luftenergiekosten aus?
Welche Teile der Energiekostenformel können wir steuern?
Von allen Elementen in dieser Formel sind die einzigen zwei, die von Ingenieuren und Betreibern industrieller Lüftungssysteme beeinflusst werden können, Luftstrom und Druckverlust.
Wie steuern wir diese Variablen?
Wenn das Ziel darin besteht, die Energie zu minimieren, sollte der Gesamtluftstrom im System minimiert werden und die Konstruktion sollte den Druckverlust (oder den Strömungswiderstand) so weit wie möglich so lange wie möglich reduzieren.
Beispiele dafür, wie Sie diese Steuerungen durchführen und Energie sparen können
Gute Konstruktionspraktiken
Eine Möglichkeit, die Luftmenge zu minimieren und Druckverluste in einem Filtrationssystem zu reduzieren, besteht darin, von Anfang an gute Konstruktionspraktiken anzuwenden. Konstruktionsdesign ist ein zu großes und zu umfangreiches Thema, als dass es in diesem Dokument vollständig abgedeckt werden könnte. Es gibt aber viele gute Quellen für Konstruktionspraktiken wie die Industrial Ventilation Conferences (http // www.michiganivc.org) und andere. Diese Konferenzen bieten Schulungen zur Konstruktion von Abgassystemen, die mit der geringsten Gesamtluftmenge arbeiten, mit einem minimalen statischen Verlust/Widerstand des Systems und einer maximierten Lüfterleistung.
Viele Anlagen haben ähnliche Installationen wie die in Abbildung 1.