Определение эффективности работы вентиляционных установок

Определение эффективности  работы вентиляционных установок.

 

 

При энергетических обследованиях  промышленных объектов установлено, что  вентиляционными установками различного назначения потребляется около 8% от всего  количества потребляемой электрической  энергии. Поэтому возникает необходимость определения эффективности их работы. Анализ эффективности работы вентиляторов производится с использованием их аэродинамических характеристик. Аэродинамические  характеристики вентилятора  это графическая связь между основными параметрами его работы. Аэродинамические характеристики вентилятора определенных геометрических размеров при перемещении воздуха неизменной плотности и неизменной частоте вращения выражают зависимость между производительностью, полным, динамическим и статическим давлением, потребляемой мощностью, полным и статическим коэффициентом полезного действия. Типовые аэродинамические характеристики вентилятора представлены на рис.1.

 

                         

                                                                    

                                    А                              Б              С

 

Рис.1.

h - коэффициент полезного действия вентилятора;

h_ст – статический коэффициент полезного действия вентилятора;

Р – полное давление вентилятора;

Р_ст – статическое давление вентилятора;

N –мощность на валу вентилятора;

Р_дин – динамическое давление вентилятора;

Q –  производительность вентилятора.

 

С точки зрения энергоэффективности, важнейшим параметром работы вентилятора является его коэффициент полезного действия, КПД. Производительность вентилятора соответствующая его максимальному КПД, h_мах , называется оптимальной, а режим работы оптимальным.

При практическом использовании  вентиляторов различают КПД паспортное и КПД фактическое,  h_ф. Значение паспортного КПД равно значению h_мах. Значение h_ф определяется  точкой пересечения характеристики сети с характеристикой вентилятора.

                           p

                                          

                                                      

                                      а              в                                                                                                    

                                                                  с

                                                                        h  

 

                                                                                      Q

Рис.2.

В зависимости от характеристики сети h_ф может принимать значения меньше или равные h_мах, точки а,в,с рис.2. Применять вентиляторы при режимах работы с КПД h_ф < 0,9 * h_мах с точки зрения энергоэффективности не рекомендуется. Область производительности вентилятора соответствующая h_ф > 0,9 * h_мах  называется рабочей зоной или областью эффективной работы вентиляторов, отрезок АБ на рис.1. Коэффициент полезного действия вентиляторов вычисляют по  формуле 

h =

 Однако не всегда  КПД является критерием эффективной  работы вентиляторов. При работе  вентилятора с Р_ст = 0, т.е. в сети с малым сопротивлением или вообще без сети значение h_ст = 0, а h = (Q* Р_дин)/ N не может являться критерием эффективной работы вентиляторов. В подобных случаях за критерий эффективности целесообразно принять удельную производительность вентиляторов. Удельная производительность равна отношению гидравлической мощности вентилятора, определенной по производительности Q и условному динамическому давлению 0,5 * r * u², подсчитанному по окружной скорости, к потребляемой мощности N на валу вентилятора.

q = 0,5 * r * u² *

где: u – окружная скорость;

        r - плотность воздуха.

u =

где: n - частота вращения вентилятора;

        D  –  диаметр рабочего колеса вентилятора.

Определение эффективности работы систем вентиляции  производится по результатам измерения скорости воздушного потока, полного давления, площади воздуховодов в точке измерения скорости воздушного потока,   активной мощности потребляемой из сети, с использованием  паспортных данных и аэродинамических характеристик вентиляторов.

Фактический КПД вентилятора  определяется по формуле:

h_ф =

где: Qф (м³/сек) – производительность вентилятора;

Рф (ПА) – полное давление создаваемое вентилятора;

h_дв – кпд электродвигателя;

h_пер – кпд передачи;

       Ncф (кВт) – фактическая электрическая мощность, потребляемая электродвигателем из сети.

Производительность вентиляторов определяется по формуле:

Qф = V * F

где: V (м/сек) – скорость воздушного потока

        F (м²) – площадь поперечного сечения воздуховода.

Если значение фактического КПД вентилятора находится на характеристике h, в пределах рабочей зоны, то работу вентилятора можно считать эффективной. В случае если h_ф < 0,9h_мах режим работы вентилятора является не эффективным, т.к. из-за снижения КПД увеличивается значение удельного расхода электрической энергии. Тем не менее, для большинства вентиляторов одного и того же типа, имеющих h_ф < 0,9h_мах , можно получить необходимые рабочие параметры при оптимальном КПД. Для этого, например, можно изменить диаметр и частоту вращения рабочего колеса вентилятора таким образом, чтобы рабочая точка вентилятора переместилась в область с h_ф > 0,9 * h_мах.

 

Пример . Паспортные данные вентилятора представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Q м3/ч	P Па	hвен	Рдв кВт	D м	n об/мин	hдв
4800	480	0,57	1,5	0,4	1450	0,90

 

Характеристика вентилятора представлена на рис.2.

 

     Р, Па                                                     N, кВт      h

                                                                              

        600 -                                                          2,4 - 0,6 -

                                                         

        500 -                                                          2,0 - 0,5 -

                           

        400 -                                         .                1,6 - 0,4 -

                                                           .

        300 -                                                          1,2 - 0,3 -

 

        200 -                                                          0,8 - 0,2 -

 

        100 -                                                          0,4 - 0,1 -

 

                        ï        ï        ï        ï         ï         ï

                    2000   4000  6000  8000  10000  12000      Q, м³/ч                        

         

Рис.2.

 

Данные исходной характеристики представлены в таблице 3.

Таблица 3.

hвен	0	0,27	0,4	0,49	0,55	0,57	0,55	0,5	0,45	0,4
Q м3/ч	0	1000	2000	3000	4000	4800	6000	7000	8000	9000
P Па	540	470	435	440	465	480	475	450	410	360
N кВт	0,4	0,48	0,6	0,74	0,92	1,1	1,42	1,7	1,98	2,27

Результаты измерений  фактических параметров вентилятора  представлены в таблице 4.

Таблица 4.

Qф м3/ч	Pф Па	Ncф кВт
8000	400	2,44

 

Фактический КПД вентилятора

 

h_ф =

 

 Режим работы вентилятора  не эффективный т.к. h_ф < 0,51 = 0,9 * h_вен

 Для того, что бы изменить  характеристики вентилятора изменим  диаметр и частоту вращения  его рабочего колеса. Пусть частота  вращения n = 1000 об/ мин, диаметр рабочего  колеса D = 0,5 м. Используя уравнения подобия,

,

,

,

где r- плотность воздуха, w - угловая скорость.

 Произведем пересчет  характеристик вентилятора

,

,

.

Данные пересчета представлены в таблице 5.

 

Таблица 5.

№ п/п	1	2	3	4	5	6
hвен	0	0,4	0,58	0,57	0,51	0,32
Q м3/ч	0	2660	5320	7980	10640	13300
P Па	401	313	343	350	306	219
N кВт	0,388	0,58	0,87	1,358	1,746	2,52

 

Исходя из данных представленных в таблице 4, в качестве рабочей точки выбираем точку 4 из таблицы 5. Определим для точки 4 значение потребляемой из сети электрической мощности Nс4_.

Nc4 =

= 1,51 кВт

По сравнению с предыдущим режимом работы вентилятора экономия электрической энергии составляет 38%.

Годовой перерасход электрической  энергии от снижения КПД можно  определить как

D Э = D Nс * Т (кВт * час)

где, D Nс = Nc_факт – Nc4

Т (час) – число часов работы системы вентиляции.

При проведении энергетических обследований промышленных предприятий часто возникает необходимость в обследовании вентиляторов различного типа и назначения. Но на предприятиях не всегда имеется возможность предоставить энергоаудиторам соответствующие, аэродинамические характеристики. Поэтому для определения DЭ можно воспользоваться выражением 

D N = Nc_факт – Nc_норм

где

Nc_норм =

Рассмотрим фактические  результаты инструментального обследования группы вентиляторов установленных  на одном из промышленных предприятий. При обследовании, измерения потребляемой электрической мощности производились анализатором количества и качества электрической энергии AR-5М. Одновременно с замерами электрической мощности проводились замеры параметров воздушного потока. Для измерения скорости воздушного потока использовался термоанемометр КМ4007. Давление измерялось при помощи напорной трубки, в комплекте с спиртовым микроманометром. Геометрические размеры воздуховодов определялись при помощи рулетки. Для пробивки отверстий в воздуховодах использовался молоток и пробойник. Данные результатов измерений и расчетов представлены в таблицах 6 и 7.

 

 

 

 

Таблица 6.

Тип вентилятора	F м2	V М/с	N паспдв кВт	h дв	nдв Об/ мин	Nс Фак кВт	hмах вен мах	hф вен фак	Qф М3/с	Рф ПА
ЦП7-40-№8	0,164	23,5	17	0,89	1450	5,5	0,57	0,29	3,854	368
ЦП7-40-№10	0,2	29	5,5	0,85	970	5,3	0,57	0,30	5,8	240
Ц-4-76-№8	0,315	7,0	30	0,9	735	5,2	0,68	0,23	2,2	500
Ц-4-76-№8	0,24	10,1	13	0,87	970	2,84	0,68	0,55	2,424	560
Ц7-40-№6	0,127	19	4,5	0,8	1450	3,8	0,7	0,56	2,413	700