MEMBRĀNU TEHNOLOĢIJA GAISA APSTRĀDES IEKĀRTĀM

AAF 40' testa konteinerā paralēli ir uzstādītas četras filtrēšanas sistēmas, katra ar divām pakāpēm. Katrā filtrēšanas sistēmā pirmajā pakāpē ir VariCel EcoPak ePM1 55% kompakts priekšfiltrs ar stikla šķiedras nesēju. Otrajā pakāpē katrā no divām filtrēšanas sistēmām ir uzstādīti tradicionālie H14 stikla šķiedras HEPA filtri AstroCel I HC un H14 eFRM membrāniskie HEPA filtri MEGAcel I. Tādējādi filtru kombinācija ir ePM1 55% filtrs, kam tieši seko H14 HEPA filtrs. Tilpuma plūsma tika kontrolēta ar tilpuma plūsmas atverēm. Ar AAF Sensor360^® sistēmas palīdzību attālināti tika uzraudzīts spiediena kritums tilpuma plūsmas diafragmās, kā arī attiecīgo filtra pakāpju spiediena kritums. Sensor360^® sistēmai bija pievienots arī komerciāls PM2,5 daļiņu sensors pie gaisa ieplūdes atveres tvertnē. Tur bija uzstādīts arī gaisa temperatūras un mitruma datu reģistrētājs. Attēlā Nr. 3 redzams testa konteiners Diniar rūpnīcā Olainē (Latvijā). Caurules kreisajā pusē ir četru konteinerā esošo filtrēšanas sistēmu gaisa izplūdes atveres.

Testa pirmajā daļā konteiners tika ekspluatēts AAF rūpnīcā Emmenē (Nīderlandē) 83 dienas 24/7 režīmā, pēc kapitālo remontu konteiners tika transportēts uz Dinair rūpnīcu Olainē (Latvijā) un tur tika ekspluatēts 24/7 režīmā 828 dienas. Filtri darbojās ar plūsmas ātrumu 3150 m³/h. Vajadzības gadījumā tilpuma plūsma tika manuāli noregulēta. Priekšfiltri tika ekspluatēti līdz slodzes robežai, vienā gadījumā pat virs tās, tāpēc filtra pakete pārtrūka. Spiediena zudums tad pārsniedza 550 Pa. Tie tika nomainīti aptuveni reizi 3 mēnešos. Pievienojot vēl vienu priekšfiltru efektivitātes diapazonā ePM2,5 vai ePM10, izmantotā VariCel EcoPak ePM1 55% kompaktā priekšfiltru kalpošanas laiku noteikti varētu pagarināt.

Temperatūra un relatīvais mitrums

Testa tvertne tika pakļauta ievērojamām sezonālām temperatūras un relatīvā gaisa mitruma svārstībām. Ziemā regulāri tika sasniegta -10 °C temperatūra, bet dažos gadījumos pat -20 °C. Tā rezultātā dažas reizes priekšfiltri apledoja (4. fotoattēls). Vasarā maksimālā temperatūra bija līdz 35 °C. Relatīvais mitrums ziemā bija dabiski zems - zem 10 %, bet vasarā sasniedza līdz pat 100 %. Dienas laikā relatīvais mitrums parasti ir savstarpēji saistīts ar temperatūru, t. i., tas samazinās, gaisam sasilstot dienas laikā, un palielinās, gaisam atdziestot naktī.

Daļiņu koncentrācija

Arī izmērītā daļiņu PM2,5 koncentrācija uzrāda lielas sezonālas svārstības (1. attēls). PM2,5 vidējā vērtība bija 37 µg/m³. Eiropas Vides aģentūra tuvumā esošajai Latvijas galvaspilsētai Rīgai norāda, ka PM2,5 vidējā vērtība 2018.-2020. gadam ir 12µg/m3. Abas vidējās vērtības ir robežās >7,5µg/m3 un tādējādi ietilpst āra gaisa kategorijas ODA 3 (āra gaiss ar ļoti augstu cieto daļiņu koncentrāciju) robežās saskaņā ar Eurovent vadlīnijām 4/23-2020, kurās ņemtas vērā Pasaules Veselības organizācijas jaunākās rekomendācijas (WHO global air quality guidelines 2021). Izmērītās PM2,5 maksimālās vērtības ir robežās no 200 līdz 370 µg/m³. Nevar izslēgt, ka kondensācijas efekts pie augsta relatīvā mitruma ir veicinājis maksimālās vērtības.

Temperatūra un relatīvais mitrums

Spiediena zuduma gaitā ir nepieciešams nošķirt īstermiņa ietekmi no ilgtermiņa attīstības. Īstermiņa spiediena krituma svārstības bieži novēroja dienas laikā (2. attēls).

Acīmredzama ir ievērojamā spiediena krituma atšķirība starp tradicionālajiem stikla šķiedras AstroCel I HEPA filtriem un MEGAcel I eFRM membrānas HEPA filtriem. Stikla šķiedras filtri ir 400-450 Pa līmenī, savukārt MEGAcel I eFRM membrānveida HEPA filtri ir ievērojami zemāki - 180-320 Pa. Tika konstatēta tieša korelācija starp relatīvā mitruma palielināšanos un spiediena krituma palielināšanos. Šis spiediena krituma pieaugums tika novērots gan stikla šķiedras filtriem, gan eFRM MEGAcel I filtriem. Tas ir atgriezenisks abos gadījumos, taču eFRM membrānu filtru gadījumā tas ir nedaudz lielāks. Iemesli varētu būt kondensācijas efekts pašā filtra materiālā, bet tas vēl tiek pētīts. Ilgtermiņa spiediena krituma attīstība no tā ir jānošķir.

attēlā parādīta tradicionālā stikla šķiedras HEPA filtra ilgtermiņa spiediena krituma attīstība salīdzinājumā ar MEGAcel I eFRM membrānas HEPA filtru. MEGAcel I eFRM membrānveida HEPA filtra sākotnējais spiediena kritums ir par 180 Pa mazāks nekā puse no tradicionālā stikla šķiedras HEPA filtra, kas ir 380 Pa robežās. Abiem filtriem ir periodiskas spiediena krituma svārstības, kas MEGAcel I eFRM membrānveida HEPA filtram ir nedaudz lielākas salīdzinājumā ar tradicionālajiem stikla šķiedras HEPA filtriem. Skaidrības labad iepriekš diagrammā norādītās vērtības ir vidējās vērtības vairāku dienu laikā. Palielinoties slodzei, abu filtru spiediena kritums palielinās, bet MEGAcel I eFRM membrānveida HEPA filtra vērtības vienmēr ir ievērojami zemākas nekā tradicionālā stikla šķiedras HEPA filtra vērtības. Testa beigās spiediena krituma starpība joprojām ir aptuveni 150 Pa.

Kopējās īpašumtiesību izmaksas (TCO)

Lai optimizētu filtrēšanas sistēmas darbību izmaksu ziņā, kopējās īpašumtiesību izmaksas TCO ir jāsamazina līdz minimumam. To būtībā veido ieguldījumu izmaksas CF par filtriem un enerģijas izmaksas par ventilatora CE darbību, kam jāpārvar filtru radītais spiediena kritums.

Enerģijas izmaksas

Filtra darbībai nepieciešamās enerģijas izmaksas ir tieši proporcionālas filtra spiediena kritumam:

Tā kā filtru uzstādīšanā parasti ir doti tādi pamatnosacījumi kā tilpuma plūsma, darbības laiks, ventilatora efektivitāte un elektroenerģijas izmaksas, enerģijas izmaksas var samazināt, tikai izvēloties filtru ar pēc iespējas mazāku spiediena kritumu. attēlā 4. attēlā parādīta elektroenerģijas izmaksu attīstība dažās Eiropas valstīs. Tās dažādās valstīs ievērojami atšķiras. Saistībā ar COVID pandēmiju 2021. gadā tās strauji pieauga visā Eiropā. Lai gan 2022. gada sākumā bija vērojama neliela atveseļošanās, būtiska atveseļošanās nav gaidāma saistībā ar Krievijas karu Ukrainā. Gluži pretēji, paredzams, ka elektroenerģijas izmaksas saglabāsies augstas, ja ne pat pieaugs.

Salīdzinājumā ar 2020. gada janvāri 2022. gada jūnijā elektroenerģijas izmaksas bija +376 % Zviedrijā, +524 % Vācijā un pat +555 % Francijā. Jāatzīmē, ka 4. attēlā parādītas tikai vairumtirdzniecības cenas. Atkarībā no patērētā apjoma tās var būt ievērojami augstākas komerciālajiem vai rūpnieciskajiem klientiem. Jāieskaita arī tīkla maksa un citas maksas. Neviena no tām 4. attēlā nav ņemta vērā. Tāpēc filtru ar iespējami mazāku spiediena kritumu izvēle ir ļoti svarīga, lai optimizētu filtru sistēmas darbību izmaksu ziņā.

Katra elektroenerģijas ražošana ir saistīta ar noteiktām CO2 emisijām. To parasti dēvē par CO2 pēdu. CO2 emisiju līmenis un līdz ar to arī CO2 pēdas nospiedums ir atkarīgs no elektroenerģijas patērētāja enerģijas patēriņa. Fosilie enerģijas avoti (ogles, gāze, nafta), protams, rada lielākas CO2 emisijas nekā atjaunojamie enerģijas avoti (vējš, saule, ūdens). Tāpēc, patērējot vienu un to pašu elektroenerģiju, CO2 emisijas dažādās valstīs ievērojami atšķiras. Tabulā Nr. 1 parādīts CO2 emisiju līmenis, kas rodas, ražojot elektroenerģiju dažādās valstīs. Protams, valstīs, kurās plaši izmanto atjaunojamos enerģijas avotus vai kodolenerģiju, piemēram, Zviedrijā, Šveicē vai Francijā, CO2 emisijas elektroenerģijas ražošanā ir salīdzinoši zemas.

1. tabula: CO2 emisijas no elektroenerģijas ražošanas dažādās valstīs [2].

Piemērs

Pārbaudīsim enerģijas izmaksas, TCO un CO2 nospiedumu konkrētā lietojumā, pieņemot, ka apstākļi ir tādi paši, kā aprakstīts konteineru testā. Šim nolūkam mēs pieņemam šādus pieņēmumus:

Ņemot vērā iepriekš aprakstīto situāciju enerģijas tirgos, mēs pieņemam elektroenerģijas vairumtirdzniecības cenas 2022. gada jūnijā un vienkāršības labad neņemam vērā visas tīkla maksas un citus maksājumus.

2. tabula: Elektroenerģijas vairumtirdzniecības cenas 2022. gada jūnijā (bez tīkla maksas un citām nodevām) un pieaugums salīdzinājumā ar 2022. gada janvāri dažās valstīs [1].

5. attēlā salīdzinātas enerģijas izmaksas stikla šķiedras HEPA filtra darbināšanai ar eFRM membrānas HEPA filtru dažādās valstīs iepriekš minētajos apstākļos, kas aprēķinātas, izmantojot (2) formulu.

Atšķirīgās elektroenerģijas izmaksas dažādās valstīs rada ievērojami atšķirīgas enerģijas izmaksas filtra ekspluatācijai. Mūsu piemērā izmaksas Itālijā ir aptuveni 2,37 reizes lielākas nekā Zviedrijā. Neatkarīgi no tā, izmantojot eFRM membrānveida HEPA filtrus, katrā valstī ir iespējams ietaupīt aptuveni 50 % izmaksu. Aprēķinot kopējās īpašumtiesību izmaksas, saskaņā ar (1) formulu filtru ieguldījumu izmaksas pieskaita enerģijas izmaksām. Pieņemot šādas ieguldījumu izmaksas,

6. attēlā parādīta kopējās īpašumtiesību izmaksas attīstība laika gaitā dažādās valstīs.

Tā kā stikla šķiedras filtriem ir zemākas ieguldījumu izmaksas, to kopējās ekspluatācijas izmaksas sākotnēji ir zemākas nekā eFRM membrānu filtriem. Tomēr, tā kā eFRM membrānfiltriem ekspluatācijas laikā ir ievērojami zemākas enerģijas izmaksas, laika gaitā šī attiecība mainās (6. attēls). Punkts, kurā tas notiek, ir tā sauktais lūzuma punkts, no kura augstākas kvalitātes eFRM membrānu filtru ekspluatācija ekonomiski atmaksājas. Atšķirīgajām enerģijas izmaksām dažādās valstīs diez vai ir nozīme. Atmaksāšanās periods vienmēr ir tikai dažu mēnešu robežās (7. attēls).

attēlā 8. attēlā ir parādītas kopējās ekspluatācijas izmaksas 18 000 stundu darbības laikā.

Tā kā dažādās valstīs ir atšķirīgas enerģijas izmaksas, filtru kopējās ekspluatācijas izmaksas ievērojami atšķiras. Neatkarīgi no tā, visās valstīs ir ievērojams izmaksu ietaupījums no 35 % līdz pat vairāk nekā 42 %. Izmantojot enerģijas patēriņu, kas ir 5. attēla pamatā, var aprēķināt 9. attēlā parādītos CO2 ekvivalentus.