Μια γραμμή επιμετάλλωσης παρατήρησε ότι η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας είχε αυξηθεί κατά σχεδόν 12% σε διάστημα έξι μηνών χωρίς καμία αλλαγή στον όγκο παραγωγής. Το ρεζερβουάρ έφτασε στο σημείο ρύθμισης και το ρεύμα του θερμαντήρα ταίριαζε με την πινακίδα. Ο λογαριασμός κοινής ωφέλειας έλεγε μια διαφορετική ιστορία. Ο θερμαντήρας κατανάλωνε περισσότερη ενέργεια για να μεταφέρει την ίδια θερμότητα στο μπάνιο. Η διαφορά ήταν ένα στρώμα κλίμακας 1,8 mm στη θήκη.
Η ενεργειακή απόδοση σε έναν εμβαπτιζόμενο θερμαντήρα PTFE δεν είναι σταθερή ιδιότητα. Αλλάζει ανάλογα με την κατάσταση της επιφάνειας του περιβλήματος. Ένας καθαρός θερμαντήρας μεταφέρει αποτελεσματικά τη θερμότητα στο ρευστό διεργασίας. Ένας θερμαντήρας με κλίμακα μεταφέρει λιγότερη θερμότητα και χάνει περισσότερη στο περιβάλλον-ή καταναλώνει περισσότερη ενέργεια για να διατηρήσει την ίδια θερμοκρασία μπάνιου.
Το ενεργειακό ισοζύγιο ενός θερμαντήρα
Η ηλεκτρική ενέργεια που εισάγεται σε έναν θερμαντήρα ισούται με τη θερμότητα που παραδίδεται στο ρευστό διεργασίας συν τις απώλειες. Σε μια καθαρή θερμάστρα, οι απώλειες είναι ελάχιστες και σχεδόν όλη η ενέργεια πηγαίνει στη θέρμανση του μπάνιου. Σε ένα θερμαντήρα με κλίμακα, το στρώμα αλάτων προσθέτει θερμική αντίσταση, η οποία αυξάνει τη θερμοκρασία του περιβλήματος. Η υψηλότερη θερμοκρασία περιβλήματος αυξάνει τις απώλειες μέσω του περιβλήματος ακροδεκτών, της φλάντζας και των τοιχωμάτων της δεξαμενής.
Η ενέργεια που δεν φτάνει στο ρευστό διεργασίας σπαταλάται. Ο μετρητής κοινής ωφέλειας μετρά τη συνολική εισερχόμενη ενέργεια, όχι τη χρήσιμη θερμότητα που παρέχεται. Ένας κλιμακωτός θερμαντήρας αντλεί το ίδιο ρεύμα αλλά αποδίδει λιγότερη θερμότητα, επομένως η απόδοση-ο λόγος της χρήσιμης θερμότητας προς τη συνολική εισροή ενέργειας-μειώνεται.
| Πάχος κλίμακας | Θήκη ΔT Αύξηση | Παράδοση θερμότητας | Εισροή Ενέργειας | Αποδοτικότητα | Απόβλητα Ενέργειας |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 mm (καθαρό) | Βασική γραμμή | 100% | 100% | 95–98% | 2–5% |
| 0,5 χλστ | 6-9 βαθμοί | 97% | 100% | 92–95% | 5–8% |
| 1,0 χλστ | 12-18 βαθμοί | 93% | 100% | 88–92% | 8–12% |
| 2,0 χλστ | 25–35 μοίρες | 85% | 100% | 80–85% | 15–20% |
| 3,0 χλστ | 38–52 μοίρες | 75% | 100% | 70–78% | 22–30% |
Ενεργειακή απόδοση και σπατάλη σε συνάρτηση με το πάχος της κλίμακας σε θερμαντήρες εμβάπτισης PTFE
Γιατί η κλίμακα αυξάνει την κατανάλωση ενέργειας
Το στρώμα αλάτων λειτουργεί ως μονωτική κουβέρτα μεταξύ της θήκης και του ρευστού διεργασίας. Για να διασχίσει η ίδια ροή θερμότητας αυτή την πρόσθετη αντίσταση, η θερμοκρασία του περιβλήματος πρέπει να αυξηθεί. Η υψηλότερη θερμοκρασία του περιβλήματος αυξάνει τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του θερμαντήρα και του περιβάλλοντος, γεγονός που οδηγεί σε μεγαλύτερες απώλειες.
Οι απώλειες συμβαίνουν μέσω πολλών οδών. Το περίβλημα ακροδεκτών, το οποίο συνδέεται με τη θερμάστρα μέσω της ψυχρής ζώνης, μεταφέρει τη θερμότητα μακριά από το περίβλημα. Η φλάντζα, η οποία είναι βιδωμένη στο τοίχωμα της δεξαμενής, μεταφέρει τη θερμότητα στη δομή της δεξαμενής. Τα τοιχώματα και η επιφάνεια της δεξαμενής χάνουν περισσότερη θερμότητα επειδή η θερμοκρασία του μπάνιου διατηρείται στο σημείο ρύθμισης από έναν θερμαντήρα που λειτουργεί όλο και περισσότερο.
Το καθαρό αποτέλεσμα είναι ότι ο θερμαντήρας πρέπει να καταναλώνει περισσότερη ενέργεια για να παρέχει την ίδια χρήσιμη θερμότητα στο μπάνιο. Η απώλεια απόδοσης είναι μικρή για στρώματα λεπτής κλίμακας, αλλά αυξάνεται γρήγορα καθώς η κλίμακα παχαίνει.
Το σύνθετο αποτέλεσμα των μεγαλύτερων χρόνων εκτέλεσης
Ένας θερμαντήρας σε κλίμακα δεν χάνει απλώς την απόδοση-αλλά λειτουργεί περισσότερο. Ο ελεγκτής βλέπει τη θερμοκρασία του μπάνιου να πέφτει ή να μην φτάνει στο σημείο ρύθμισης και διατηρεί τη θερμάστρα ενεργοποιημένη. Ο θερμαντήρας λειτουργεί με υψηλότερο κύκλο λειτουργίας, καταναλώνοντας περισσότερη ενέργεια σε περισσότερες ώρες.
Σε ένα καθαρό σύστημα, ο θερμαντήρας μπορεί να λειτουργεί το 40% του χρόνου για να διατηρήσει το σημείο ρύθμισης. Με ένα στρώμα κλίμακας 2 mm, μπορεί να λειτουργεί το 55–60% του χρόνου. Ο συνδυασμός χαμηλότερης απόδοσης και μεγαλύτερου χρόνου λειτουργίας αυξάνει τη συνολική κατανάλωση ενέργειας κατά 30–50%.
| Πάχος κλίμακας | Κύκλος λειτουργίας θερμαντήρα | Καθημερινό Ωράριο Λειτουργίας | Ημερήσια κατανάλωση ενέργειας | Σε σχέση με το Clean |
|---|---|---|---|---|
| 0 mm | 40% | 9,6 ώρες | 48 kWh | 1.0× |
| 0,5 χλστ | 44% | 10,6 ώρες | 53 kWh | 1.1× |
| 1,0 χλστ | 50% | 12,0 ώρες | 60 kWh | 1.25× |
| 2,0 χλστ | 58% | 13,9 ώρες | 70 kWh | 1.45× |
| 3,0 χλστ | 68% | 16,3 ώρες | 82 kWh | 1.7× |
Κατανάλωση ενέργειας σε συνάρτηση με το πάχος της κλίμακας για έναν θερμαντήρα 5 kW σε συνεχή λειτουργία
Το κόστος της ενεργειακής σπατάλης
Το κόστος της σπατάλης ενέργειας εξαρτάται από την τιμή ηλεκτρικής ενέργειας, την ισχύ του θερμαντήρα και τις ώρες λειτουργίας. Για έναν θερμαντήρα 5 kW που λειτουργεί 6.000 ώρες ετησίως με 0,10 $ ανά kWh, το ετήσιο κόστος ενέργειας είναι 3.000 $ για έναν καθαρό θερμαντήρα. Ένα στρώμα κλίμακας 2 mm το αυξάνει σε 4.350 $ - επιπλέον 1.350 $ ετησίως.
Σε ένα εργοστάσιο με 20 θερμαντήρες, η σπατάλη ενέργειας από την κλίμακα θα μπορούσε να ανέλθει σε 27.000 $ ετησίως. Αυτό είναι περισσότερο από το κόστος ενός προγράμματος προληπτικής συντήρησης που διατηρεί τις θερμάστρες καθαρές.
| Ισχύς θερμαντήρα | Ετήσιες ώρες | Κόστος Καθαρής Ενέργειας | Κόστος κλίμακας 1 mm | Κόστος κλίμακας 2 mm | Ετήσια Απόβλητα |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Ετήσιο κόστος ενέργειας και σπατάλη ανά ισχύ θερμαντήρα και πάχος κλίμακας 0,10 $ ανά kWh
Η αφαλάτωση ως μέτρο εξοικονόμησης ενέργειας-
Η αφαλάτωση αποκαθιστά την απόδοση μεταφοράς θερμότητας του θερμαντήρα. Μετά την αφαλάτωση, η θερμοκρασία του περιβλήματος πέφτει, ο κύκλος λειτουργίας επιστρέφει στο κανονικό και η κατανάλωση ενέργειας πέφτει στην καθαρή βασική γραμμή. Η εξοικονόμηση ενέργειας από την αφαλάτωση συχνά δικαιολογεί το κόστος καθαρισμού μέσα σε λίγους μήνες.
Ένας θερμαντήρας με κλίμακα 2 mm που αφαιρείται αλάτων εξοικονομεί 1.350 $ ετησίως σε ενέργεια για μια μονάδα 5 kW. Εάν η αφαλάτωση κοστίζει 500 $ σε εργασία και υλικά, η απόσβεση είναι μικρότερη από πέντε μήνες. Μετά από αυτό, η εξοικονόμηση συνεχίζεται μέχρι να δημιουργηθεί ξανά η ζυγαριά.
Παρακολούθηση Ενεργειακής Απόδοσης
Ο απλούστερος τρόπος παρακολούθησης της απόδοσης είναι η παρακολούθηση του κύκλου λειτουργίας ή του χρόνου λειτουργίας του θερμαντήρα. Ένας θερμαντήρας που λειτουργεί περισσότερο από ό,τι όταν ήταν καινούργιος χάνει την απόδοση του. Ένα τρέχον αρχείο καταγραφής ή ένας μετρητής χρόνου εκτέλεσης{2}} παρέχει τα δεδομένα.
Μια πιο άμεση μέθοδος είναι η μέτρηση της θερμοκρασίας του περιβλήματος στο λειτουργικό φορτίο. Μια θερμοκρασία περιβλήματος που έχει αυξηθεί κατά 10–15 βαθμούς πάνω από την καθαρή γραμμή βάσης δείχνει ότι η κλίμακα αυξάνεται και η απόδοση μειώνεται.
Όταν η κλίμακα-Σχετικά απόβλητα ενέργειας σηματοδοτεί ένα πρόβλημα προδιαγραφών
Η επαναλαμβανόμενη συσσώρευση αλάτων και η σπατάλη ενέργειας στην ίδια δεξαμενή υποδηλώνουν ότι ο θερμαντήρας λειτουργεί σε πυκνότητα watt που είναι πολύ υψηλή για τη χημεία και τις συνθήκες ροής. Ένας θερμαντήρας μικρότερης-watt-πυκνότητας λειτουργεί πιο ψυχρός, συσσωρεύει άλατα πιο αργά και διατηρεί την απόδοσή του περισσότερο. Μια προσαρμοσμένη διαμόρφωση θερμαντήρα εμβάπτισης PTFE με χαμηλή πυκνότητα watt, μεγάλη επιφάνεια και βελτιωμένη πρόσβαση ροής μειώνει το σχηματισμό αλάτων και τη σχετική σπατάλη ενέργειας. Η διαδικασία προδιαγραφής απαιτεί τη χημεία του μπάνιου, τη θερμοκρασία λειτουργίας, τη σκληρότητα του νερού και την απαιτούμενη ισχύ.
