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汽車噴漆車間高效空氣過濾器使用要求參考

發布時間：2015-08-31 11:18:28 瀏覽：9105

汽車噴漆表面涂裝過程中使用的空氣過濾器的能耗量巨大且常被忽視。節約空氣過濾器的能耗可作為控制涂裝制造成本的新思路和突破口！

1、汽車噴漆表面涂裝過程能耗現狀

　　隨著表面涂裝市場（尤其是轎車市場）競爭的日益加劇，提高質量、降低成本是適應市場競爭的重要手段。涂裝成本占整車制造成本中可控制成本的比例較大，已成為各大廠商成本控制的重點。而由于動能成本一般占到整個涂裝制造成本（不含設備和廠房折舊）的25%左右，所以降低涂裝中的動能成本是一條行之有效的途徑。

　　根據表面涂裝工藝相關的潔凈度要求，必須有足夠的空調箱（Air HandlingUnit）凈化大量的外界空氣為涂裝工作區域（如噴漆室、潔凈間和烘干爐）提供潔凈的空氣，這就需要大量的空氣過濾器。以汽車廠四大車間中公認的耗能大戶涂裝車間為例：國內奇瑞公司涂裝車間的耗能比例占到全廠的60％左右；即使號稱世界首個“綠色涂裝車間”的美國BMWManufacturing Co.涂裝車間耗能也占到全廠的50％。其中噴漆室、烘干爐是涂裝車間主要的耗能裝置，在電力方面分別占到42％和6.8%，在熱能方面占到49.7%和27.3%。

　　圖1是歐洲通風協會（EUROVENT）對連續運行的空調箱進行的生命周期成本（Life Cycle Cost）分析的結果。結果顯示：能源成本在整個空調箱的生命周期成本中占到80％左右，其中約50％是被風機消耗的。

　　圖1空氣處理單元生命周期成本

　　風機是作為克服空調箱中主要部件（如加濕器、冷凝盤管、換熱器和空氣過濾器等）的阻力而提供能量的，也就是說，風機提供的能量絕大部分是被各部件的阻力總和所消耗掉的，而其中空氣過濾器的阻力約占到了風機全壓頭的50％左右。所以，在大量使用空調箱的表面涂裝行業的供風系統中，空氣過濾器的能耗是不容忽視的！

　　2、空氣過濾器能耗分析

　　根據歐洲通風協會對空氣過濾器的生命周期成本分析結果：空氣過濾器的購買費用僅占4.5%，維護/更換費用占14％、處理費用僅占0.5％，而能耗占到了81%！

　　空氣過濾器的能耗是與其阻力（壓差值）相關的。空調箱中過濾器的壓差值變化趨勢一般是：使用新過濾器后壓差值剛開始時是緩慢上升的，隨著運行時間的增長，過濾器捕集了大量的灰塵，其壓差值快速上升直到達到其終壓差值。而空調箱中的風機為了克服空氣過濾器不斷增加的阻力，其功率也將持續增大，相應的能耗也將增大。其耗電量可以表征為風量、平均壓差值、風機效率和運行時間的函數：

　　[1]式中E: 耗電量, kwh

　　: 風量，m?3;/s

　　: 平均壓差值， Pa，在此

　　[2]t:運行時間， h

　　h: 風機效率

　　按照一個過濾器在0.944m?3;/s（3400m3/h）的標準風量下運行，風機效率以70％計，如果過濾器的壓差值平均升高100Pa，則風機為克服該過濾器阻力而運行1年（以8400小時計）的耗電量約為1133kwh！

　　以近年來在國內東北地區新建的兩個由歐系設計公司建造的汽車廠涂裝車間為例，為整條噴涂線（包括1條中涂線、1條色漆線、1條清漆線和點補線）噴漆室及烘干爐供風的所需的袋式、耐高溫盒式空氣過濾器數量平均在1800個左右。如果這些過濾器的年平均壓差值同比上升幅度只要降低50Pa，每年就可省電約100萬kwh！節省電費約100萬元人民幣（電費以1.00元/kwh計）！

　　可見，控制空氣過濾器的能耗為表面涂裝行業（尤其是汽車制造廠商）節約制造成本提供了一個新的思路和突破口！

　　3、空氣過濾器能效分級簡介

　　3.1 空氣過濾器的能效指標

　　一般地，涂裝行業在選擇空氣過濾器時主要關注的是其過濾級別，而忽視了其能耗！但即使相同過濾級別的過濾器，它們的特征參數也是有區別的。目前通行的空氣過濾器過濾性能測試標準主要是歐洲的EN779標準和美國的ASHREA52.2標準。這些標準對過濾器的性能分級都只規定了一個范圍，如新實施的EN779：2010標準的M6過濾級別就是指在3400m3/h風量、450Pa終阻力的測試條件下，過濾器對0.4μm氣溶膠顆粒的平均捕集效率在60%－80％（計數效率）范圍。如此大的效率范圍為各過濾器制造廠商推廣產品提供了很大的發揮空間；而不同廠商的同級別過濾器的初始壓差值就相差更大了――但這個指標恰恰是關系到過濾器能耗的！

　　如何能使客戶通過簡便的方法選擇到既有“極可能高的過濾效率”、又有“盡可能低的壓差值”的空氣過濾器，便成為具有實際意義的事情。德國科德寶過濾技術公司和歐洲通風協會（EUROVENT）經過長期的試驗研究，分別開發出一種結合了過濾效率和平均壓差值兩個指標在內的空氣過濾器能效分級系統。

　　3.2 空氣過濾器能效分級系統簡介

　　空氣過濾器能效分級系統是基于過濾器過濾效率和平均壓差值基礎上的，其中的過濾效率可采用現有的EN779：2010標準中的分級，而平均壓差值是如式[2]所示隨過濾器在運行周期內不斷容塵而變化的，不易確定。這時就需要建立一種模擬測試方法，這種方法要能體現出空氣過濾器在實際使用過程中隨著不斷捕集環境空氣中的大氣塵使得其壓差值上升的趨勢。

　　a.Rfilter能效分級系統

　　通過比較在德國不同地區（包括西北部的魯爾工業區、西南部的BASF附近的工農業集中區等）長達近2年的不同級別空氣過濾器使用狀況及在試驗室EN779試驗臺的大量測試結果，德國Rfilter公司得到了一個結論：實際中捕集了800g大氣塵的空氣過濾器壓差值變化趨勢與在EN779試驗臺測試中3400m3/h風量下采用標準ISOA2測試塵測試容塵量達到800g時的空氣過濾器的壓差值變化趨勢相吻合！由此，使用標準測試塵ISOA2、容塵量800g便可用于過濾器能效分級系統所要建立的模擬測試方法中。而式[2]的平均壓差值就可表達如下：

　　[3]

　　這樣，用于定量反映空氣過濾器能效分級的關鍵能效數（key energy performance number）被定義如下式：

　　[4]式中

　　: 0.4μm顆粒的平均效率@3400m3/h, (EN779標準)

　　: 容納ISOA2測試塵的平均壓差值@3400m3/h, 如式[3], Pa

　　: 反映過濾器實際性能的經驗系數，取22Pa

　　[4]式表明：關鍵能效數kep值越大，說明過濾器是在額定風量下節能的運行，這反映在當過濾器效率給定時，其壓差值很低。所以，可用kep值來對過濾器的能效分級。這里，定義了五個等級（如表1）：1級表示過濾器在運行期間能耗最低；5級表示能耗最高。

　　b.EUROVENT能效分級系統

　　歐洲通風協會開發的過濾器能效分級系統，主要依賴實驗室測試數據。它先規定好測試條件：風量3400m3/h、測試塵采用ASHRAE52/76、終止壓差――粗效G過濾器250Pa、中效M/F過濾器450Pa；隨后在實驗室按照歐洲標準EN779：2010對過濾器整體性能進行測試，并根據過濾器在不同發塵階段壓差值曲線得出可反映壓差值曲線趨勢的方程式（如圖2中的多項式）；最后根據式[1]計算出過濾器的能耗值。

　　圖2發塵階段壓差值變化曲線

　　對于計算所需的的平均壓差值

　則規定按照下式計算：

　　a, b, c, d:[5]

　　式中a, b, c, d:反映壓差曲線變化趨勢的多項式系數

　　△Pi: 干凈過濾器的初始壓差值， Pa

　　Mx: 不同級別過濾器的年容塵量規定值，克ASHRAE塵/年

　　對粗效過濾器：MG＝350g/年

　　對中效過濾器： MM＝250g/年

　　對中高效過濾器： MF＝100g/年

　　表2就是根據歐洲通風協會的規定，計算得到的各個級別空氣過濾器的EUROVENT能效分級（計算條件為：風量0.944 m?3;/s（3400m3/h）、風機效率50％、運行時間6000小時/年）：共分為A、B、C、D、E、F、G七個級別，其中A級別能耗較低，G級別能耗較高。從該表中的數據可直觀地看到各級過濾器的年耗電量情況。

　　表2 EUROVENT空氣過濾器能效等級

　　c.兩種能效分級系統的關系

　　科德寶過濾技術公司和歐洲通風協會各自開發的空氣過濾器能效分級系統，雖然表達形式不同，但都能反映過濾器的過濾級別和能耗等級，具有異曲同工之處。相對而言，科德寶的Viledon分級系統是建立在實際運行和實驗室測試基礎上的，而EUROVENT分級系統主要依賴實驗室測試數據，并規定相應測試條件和計算條件得到。

　　對于用戶選擇具有能效分級的過濾器時，一般可認為科德寶分級系統的1－2級節能過濾器產品相當于EUROVENT分級系統的A－C級產品（如表3所示）。

　　表3 Viledon和EUROVENT空氣過濾器能效等級對照表