קו ציפוי הבחין שצריכת החשמל שלו עלתה בכמעט 12% במשך שישה חודשים ללא שינוי בנפח הייצור. המיכל הגיע לנקודת ההגדרה, וזרם המחמם התאים ללוחית השם. חשבון החשמל סיפר סיפור אחר. המחמם צרך יותר אנרגיה כדי להעביר את אותו החום לאמבטיה. ההבדל היה שכבה בקנה מידה של 1.8 מ"מ על הנדן.
יעילות אנרגטית בתנור טבילה מסוג PTFE אינה תכונה קבועה. זה משתנה עם מצב משטח הנדן. מחמם נקי מעביר חום ביעילות לנוזל התהליך. מחמם בקנה מידה מעביר פחות חום ומאבד יותר לסביבה-או צורך יותר אנרגיה כדי לשמור על אותה טמפרטורת אמבטיה.
מאזן האנרגיה של דוד
הזנת האנרגיה החשמלית למחמם שווה לחום המועבר לנוזל התהליך בתוספת ההפסדים. בתנור חימום נקי, ההפסדים מזעריים, וכמעט כל האנרגיה הולכת לחימום האמבטיה. במחמם בקנה מידה, שכבת האבנית מוסיפה התנגדות תרמית, מה שמעלה את טמפרטורת הנדן. טמפרטורת הנדן הגבוהה מגדילה את ההפסדים דרך המתחם המסוף, האוגן וקירות המיכל.
האנרגיה שאינה מגיעה לנוזל התהליך מתבזבזת. מד השירות מודד את כמות האנרגיה הכוללת, לא את החום השימושי הנמסר. מחמם בקנה מידה שואב את אותו זרם אך מספק פחות חום, כך שהיעילות-היחס בין חום שימושי לסך קלט האנרגיה-יורד.
| עובי אבנית | הגדלה של מעטפת ΔT | חום נמסר | קלט אנרגיה | יְעִילוּת | בזבוז אנרגיה |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 מ"מ (נקי) | קו בסיס | 100% | 100% | 95–98% | 2–5% |
| 0.5 מ"מ | 6-9 מעלות | 97% | 100% | 92–95% | 5–8% |
| 1.0 מ"מ | 12-18 מעלות | 93% | 100% | 88–92% | 8–12% |
| 2.0 מ"מ | 25-35 מעלות | 85% | 100% | 80–85% | 15–20% |
| 3.0 מ"מ | 38-52 מעלות | 75% | 100% | 70–78% | 22–30% |
יעילות אנרגטית ופסולת כפונקציה של עובי האבנית בתנורי טבילה מסוג PTFE
מדוע קנה מידה מגדיל את צריכת האנרגיה
שכבת האבנית פועלת כשמיכה מבודדת בין הנדן לנוזל התהליך. כדי שאותו שטף חום יחצה את ההתנגדות הנוספת, טמפרטורת הנדן חייבת לעלות. טמפרטורת הנדן הגבוהה מגדילה את הפרש הטמפרטורות בין המחמם לסביבה, מה שגורם להפסדים גבוהים יותר.
ההפסדים מתרחשים בכמה מסלולים. מארז הטרמינל, המחובר למחמם על ידי האזור הקר, מוליך חום מהמעטפת. האוגן, המוברג לקיר המיכל, מוליך חום למבנה המיכל. קירות המיכל והמשטח מאבדים יותר חום מכיוון שטמפרטורת האמבט נשמרת בנקודת ההגדרה על ידי תנור חימום שפועל יותר ויותר.
ההשפעה נטו היא שהמחמם חייב לצרוך יותר אנרגיה כדי לספק את אותו חום שימושי לאמבטיה. אובדן היעילות קטן עבור שכבות אבנית דקות אך גדל במהירות ככל שהאבנית מתעבה.
ההשפעה המהווה של זמני ריצה ארוכים יותר
מחמם בקנה מידה לא רק מאבד יעילות-הוא פועל יותר. הבקר רואה את טמפרטורת האמבטיה יורדת או לא מצליחה להגיע לנקודת ההגדרה ושומר על תנור החימום. המחמם פועל במחזור עבודה גבוה יותר, צורך יותר אנרגיה במשך יותר שעות.
במערכת נקייה, המחמם עשוי לפעול 40% מהזמן כדי לשמור על נקודת ההגדרה. עם שכבת קנה מידה של 2 מ"מ, הוא עשוי לפעול 55-60% מהזמן. השילוב של יעילות נמוכה יותר וזמן ריצה ארוך יותר מגדיל את צריכת האנרגיה הכוללת ב-30-50%.
| עובי אבנית | מחזור עבודה של מחמם | שעות פעילות יומיות | צריכת אנרגיה יומית | יחסית לנקות |
|---|---|---|---|---|
| 0 מ"מ | 40% | 9.6 שעות | 48 קילוואט | 1.0× |
| 0.5 מ"מ | 44% | 10.6 שעות | 53 קילוואט | 1.1× |
| 1.0 מ"מ | 50% | 12.0 שעות | 60 קילוואט | 1.25× |
| 2.0 מ"מ | 58% | 13.9 שעות | 70 קילוואט | 1.45× |
| 3.0 מ"מ | 68% | 16.3 שעות | 82 קילוואט | 1.7× |
צריכת אנרגיה כפונקציה של עובי אבנית עבור דוד 5 קילוואט בשירות רציף
העלות של בזבוז אנרגיה
עלות בזבוז האנרגיה תלויה בתעריף החשמל, בהספק המחמם ובשעות הפעילות. עבור דוד 5 קילוואט הפועל 6,000 שעות בשנה ב-0.10 דולר לקוט"ש, עלות האנרגיה השנתית היא 3,000 דולר עבור דוד נקי. שכבה בקנה מידה של 2 מ"מ מגדילה את זה ל-4,350 דולר - 1,350 דולר נוספים לשנה.
במפעל עם 20 מחממים, בזבוז האנרגיה מהאבנית עשוי להסתכם ב-27,000 דולר בשנה. זה יותר מהעלות של תוכנית תחזוקה מונעת ששומרת על תנורי החימום.
| מחמם הספק | שעות שנתיים | עלות אנרגיה נקייה | עלות קנה מידה 1 מ"מ | עלות קנה מידה 2 מ"מ | בזבוז שנתי |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 קילוואט | 6,000 | $1,800 | $2,250 | $2,610 | $810 |
| 5 קילוואט | 6,000 | $3,000 | $3,750 | $4,350 | $1,350 |
| 8 קילוואט | 6,000 | $4,800 | $6,000 | $6,960 | $2,160 |
| 12 קילוואט | 6,000 | $7,200 | $9,000 | $10,440 | $3,240 |
עלות אנרגיה שנתית ובזבוז לפי הספק תנור ועובי אבנית ב-$0.10 לקוט"ש
הסרת אבנית כאמצעי-חיסכון באנרגיה
הסרת אבנית משחזרת את יעילות העברת החום של המחמם. לאחר הסרת האבנית, טמפרטורת הנדן יורדת, מחזור העבודה חוזר לקדמותו וצריכת האנרגיה יורדת בחזרה לקו הבסיס הנקי. החיסכון באנרגיה מהסרת אבנית מצדיק לרוב את עלות הניקוי תוך מספר חודשים.
תנור חימום עם אבנית של 2 מ"מ שמסיר אבנית חוסך 1,350 דולר בשנה באנרגיה ליחידה של 5 קילוואט. אם הסרת האבנית עולה 500 דולר בעבודה וחומרים, ההחזר הוא פחות מחמישה חודשים. לאחר מכן, החיסכון נמשך עד שהקנה מידה מצטבר שוב.
ניטור יעילות אנרגטית
הדרך הפשוטה ביותר לנטר את היעילות היא לעקוב אחר מחזור העבודה או זמן הפעולה של המחמם. תנור חימום שפועל זמן רב יותר ממה שפעל כשחדש מאבד מיעילותו. יומן נוכחי או מד זמן ריצה- מספקים את הנתונים.
שיטה ישירה יותר היא למדוד את טמפרטורת הנדן בעומס ההפעלה. טמפרטורת מעטפת שעלתה ב-10-15 מעלות מעל קו הבסיס הנקי מצביעה על כך שאבנית בונה והיעילות יורדת.
כאשר בזבוז אנרגיה קשור בקנה מידה- מאותתת על בעיה במפרט
הצטברות אבנית חוזרת ובזבוז אנרגיה באותו מיכל מצביעים על כך שהמחמם פועל בצפיפות וואט גבוהה מדי לתנאי הכימיה והזרימה. מחמם בצפיפות-וואט- נמוכה יותר פועל קריר יותר, צובר אבנית לאט יותר ושומר על יעילותו זמן רב יותר. תצורת דוד טבילה מותאמת אישית של PTFE עם צפיפות וואט נמוכה, שטח פנים גדול וגישה משופרת לזרימה מפחיתה את היווצרות האבנית ואת בזבוז האנרגיה הנלווה. תהליך המפרט דורש את כימיה האמבטיה, טמפרטורת הפעולה, קשיות המים והספק הנדרש.
