Linia galwaniczna zauważyła, że zużycie energii elektrycznej wzrosło o prawie 12% w ciągu sześciu miesięcy, bez jakiejkolwiek zmiany wielkości produkcji. Zbiornik osiągał nastawę, a prąd grzałki był zgodny z tabliczką znamionową. Rachunek za media mówił co innego. Grzejnik zużywał więcej energii, aby dostarczyć takie samo ciepło do wanny. Różnica polegała na warstwie łusek na pochwie o grubości 1,8 mm.
Efektywność energetyczna grzałki zanurzeniowej z PTFE nie jest cechą stałą. Zmienia się on wraz ze stanem powierzchni osłony. Czysta grzałka skutecznie przekazuje ciepło do płynu procesowego. Grzejnik ze skalą przekazuje mniej ciepła i traci więcej do środowiska-lub zużywa więcej energii, aby utrzymać tę samą temperaturę kąpieli.
Bilans energetyczny grzejnika
Energia elektryczna wprowadzona do grzejnika jest równa ciepłu dostarczonemu do płynu procesowego powiększonym o straty. W czystym grzejniku straty są minimalne, a prawie cała energia jest przeznaczana na ogrzewanie wanny. W grzejniku z kamienia warstwa kamienia zwiększa opór cieplny, co podnosi temperaturę osłony. Wyższa temperatura płaszcza zwiększa straty przez obudowę przyłącza, kołnierz i ściany zbiornika.
Energia, która nie dociera do płynu procesowego, jest marnowana. Licznik mediów mierzy całkowity pobór energii, a nie dostarczone ciepło użyteczne. Skalowany grzejnik pobiera ten sam prąd, ale dostarcza mniej ciepła, więc wydajność-stosunek ciepła użytecznego do całkowitego poboru energii-spada.
| Grubość skali | Zwiększenie ΔT powłoki | Dostarczone ciepło | Wejście energii | Efektywność | Odpady energetyczne |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 mm (czysty) | Linia bazowa | 100% | 100% | 95–98% | 2–5% |
| 0,5 mm | 6–9 stopni | 97% | 100% | 92–95% | 5–8% |
| 1,0 mm | 12–18 stopni | 93% | 100% | 88–92% | 8–12% |
| 2,0 mm | 25–35 stopni | 85% | 100% | 80–85% | 15–20% |
| 3,0 mm | 38–52 stopnie | 75% | 100% | 70–78% | 22–30% |
Efektywność energetyczna i odpady w funkcji grubości kamienia na grzałkach zanurzeniowych PTFE
Dlaczego skala zwiększa zużycie energii
Warstwa kamienia działa jak warstwa izolacyjna pomiędzy osłoną a płynem procesowym. Aby ten sam strumień ciepła przekroczył tę dodatkową rezystancję, temperatura powłoki musi wzrosnąć. Wyższa temperatura płaszcza zwiększa różnicę temperatur pomiędzy grzejnikiem a otoczeniem, co powoduje większe straty.
Straty następują kilkoma drogami. Obudowa zaciskowa, która jest połączona z grzejnikiem poprzez strefę zimną, odprowadza ciepło z osłony. Kołnierz przykręcany do ściany zbiornika przewodzi ciepło do konstrukcji zbiornika. Ściany i powierzchnia zbiornika tracą więcej ciepła, ponieważ temperatura kąpieli jest utrzymywana na zadanym poziomie przez grzejnik, który pracuje dłużej i jest gorętszy.
Efektem netto jest to, że grzejnik musi zużyć więcej energii, aby dostarczyć do kąpieli to samo ciepło użyteczne. Strata wydajności jest niewielka w przypadku cienkich warstw, ale szybko rośnie w miarę gęstnienia kamienia.
Złożony efekt dłuższych czasów działania
Zakamieniony grzejnik nie tylko traci wydajność,-ale działa dłużej. Sterownik widzi, że temperatura kąpieli spada lub nie osiąga wartości zadanej, i utrzymuje grzejnik pod napięciem. Nagrzewnica pracuje z większym cyklem pracy, zużywając więcej energii w ciągu większej liczby godzin.
W czystym systemie grzejnik może pracować przez 40% czasu, aby utrzymać nastawę. Przy warstwie zgorzeliny o grubości 2 mm może działać przez 55–60% czasu. Połączenie niższej wydajności i dłuższego czasu pracy zwiększa całkowite zużycie energii o 30–50%.
| Grubość skali | Cykl pracy nagrzewnicy | Dzienne godziny pracy | Dzienne zużycie energii | W stosunku do Czystego |
|---|---|---|---|---|
| 0 mm | 40% | 9,6 godziny | 48 kWh | 1.0× |
| 0,5 mm | 44% | 10,6 godziny | 53 kWh | 1.1× |
| 1,0 mm | 50% | 12,0 godz | 60 kWh | 1.25× |
| 2,0 mm | 58% | 13,9 godziny | 70 kWh | 1.45× |
| 3,0 mm | 68% | 16,3 godziny | 82 kWh | 1.7× |
Zużycie energii w funkcji grubości zgorzeliny dla grzejnika o mocy 5 kW w pracy ciągłej
Koszt marnowania energii
Koszt marnowania energii zależy od stawki za energię elektryczną, mocy grzejnika i godzin pracy. W przypadku grzejnika o mocy 5 kW pracującego 6000 godzin rocznie przy cenie 0,10 dolara za kWh roczny koszt energii wynosi 3000 dolarów za czysty grzejnik. Warstwa łuski o grubości 2 mm zwiększa tę kwotę do 4350 USD, co oznacza dodatkowe 1350 USD rocznie.
W zakładzie wyposażonym w 20 grzejników straty energii wynikające z kamienia mogą wynieść 27 000 dolarów rocznie. To więcej niż koszt programu konserwacji zapobiegawczej, który utrzymuje grzejniki w czystości.
| Moc grzejnika | Roczne godziny | Koszt czystej energii | Koszt skali 1 mm | Koszt skali 2 mm | Roczne odpady |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 kW | 6,000 | $1,800 | $2,250 | $2,610 | $810 |
| 5 kW | 6,000 | $3,000 | $3,750 | $4,350 | $1,350 |
| 8 kW | 6,000 | $4,800 | $6,000 | $6,960 | $2,160 |
| 12 kW | 6,000 | $7,200 | $9,000 | $10,440 | $3,240 |
Roczny koszt energii i straty energii według mocy grzejnika i grubości zgorzeliny wynoszą 0,10 USD za kWh
Odkamienianie jako sposób-oszczędności energii
Odkamienianie przywraca sprawność wymiany ciepła grzejnika. Po odkamienianiu temperatura powłoki spada, cykl pracy wraca do normy, a zużycie energii spada do czystego poziomu bazowego. Oszczędności energii wynikające z odkamieniania często uzasadniają koszt czyszczenia w ciągu kilku miesięcy.
Grzejnik z odkamienianą warstwą o grubości 2 mm pozwala zaoszczędzić 1350 dolarów rocznie na energii w przypadku jednostki o mocy 5 kW. Jeśli odkamienianie kosztuje 500 dolarów za robociznę i materiały, zwrot z inwestycji zajmie mniej niż pięć miesięcy. Następnie oszczędności będą kontynuowane, aż skala ponownie się odbuduje.
Monitorowanie efektywności energetycznej
Najprostszym sposobem monitorowania wydajności jest śledzenie cyklu pracy lub czasu pracy grzejnika. Grzejnik, który działa dłużej niż wtedy, gdy był nowy, traci wydajność. Dane dostarcza bieżący dziennik lub licznik-czasu działania.
Bardziej bezpośrednią metodą jest pomiar temperatury płaszcza przy obciążeniu roboczym. Temperatura powłoki, która wzrosła o 10–15 stopni powyżej czystej linii bazowej, wskazuje, że osadza się kamień i spada wydajność.
Kiedy marnotrawstwo energii-związane ze skalą sygnalizuje problem ze specyfikacją
Powtarzające się osadzanie się kamienia i straty energii w tym samym zbiorniku wskazują, że grzejnik pracuje przy gęstości watów, która jest zbyt wysoka w stosunku do warunków chemicznych i przepływu. Grzejnik o niższej-watowej-gęstości jest chłodniejszy, wolniej gromadzi kamień i dłużej utrzymuje swoją wydajność. Niestandardowa konfiguracja grzałki zanurzeniowej z PTFE o niskiej gęstości watów, dużej powierzchni i lepszym dostępie przepływu ogranicza tworzenie się kamienia i związane z tym straty energii. Proces specyfikacji wymaga składu chemicznego kąpieli, temperatury roboczej, twardości wody i wymaganej mocy.
