Een galvaniseerlijn merkte op dat het elektriciteitsverbruik in zes maanden tijd met bijna 12% was gestegen, zonder enige verandering in het productievolume. De tank bereikte het instelpunt en de verwarmingsstroom kwam overeen met het typeplaatje. De energierekening vertelde een ander verhaal. De verwarming verbruikte meer energie om dezelfde warmte aan het bad te leveren. Het verschil was een schilferlaag van 1,8 mm op de schede.
Energie-efficiëntie bij een PTFE-dompelverwarmer is geen vaste eigenschap. Het verandert met de toestand van het omhulseloppervlak. Een schone verwarmer draagt warmte efficiënt over aan de procesvloeistof. Een geschaalde verwarming draagt minder warmte over en verliest meer aan de omgeving-of verbruikt meer energie om dezelfde badtemperatuur te behouden.
De energiebalans van een verwarming
De elektrische energie-invoer naar een verwarmer is gelijk aan de warmte die wordt afgegeven aan de procesvloeistof plus de verliezen. Bij een schone verwarming zijn de verliezen minimaal en gaat bijna alle energie naar het verwarmen van het bad. In een geschaalde verwarmer voegt de schaallaag thermische weerstand toe, waardoor de temperatuur van de mantel stijgt. De hogere manteltemperatuur vergroot de verliezen via de terminalbehuizing, de flens en de tankwanden.
De energie die de procesvloeistof niet bereikt, gaat verloren. De energiemeter meet de totale energie-input, niet de geleverde nuttige warmte. Een geschaalde verwarming trekt dezelfde stroom, maar levert minder warmte, dus de efficiëntie-de verhouding tussen nuttige warmte en totale energie-input-neemt af.
| Schaaldikte | Schede ΔT Toename | Warmte geleverd | Energie-invoer | Efficiëntie | Energieverspilling |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 mm (schoon) | Basislijn | 100% | 100% | 95–98% | 2–5% |
| 0,5 mm | 6–9 graden | 97% | 100% | 92–95% | 5–8% |
| 1,0 mm | 12–18 graden | 93% | 100% | 88–92% | 8–12% |
| 2,0 mm | 25-35 graden | 85% | 100% | 80–85% | 15–20% |
| 3,0 mm | 38-52 graden | 75% | 100% | 70–78% | 22–30% |
Energie-efficiëntie en verspilling als functie van de schaaldikte op PTFE-dompelaars
Waarom schaal het energieverbruik verhoogt
De kalklaag fungeert als een isolerende deken tussen de mantel en de procesvloeistof. Om dezelfde warmteflux die extra weerstand te laten overschrijden, moet de temperatuur van de mantel stijgen. De hogere manteltemperatuur vergroot het temperatuurverschil tussen de verwarmer en de omgeving, wat tot grotere verliezen leidt.
De verliezen vinden plaats via verschillende routes. De terminalbehuizing, die via de koude zone met de verwarmer is verbonden, geleidt de warmte weg van de mantel. De flens, die met bouten aan de tankwand is bevestigd, geleidt warmte naar de tankconstructie. De tankwanden en het oppervlak verliezen meer warmte omdat de badtemperatuur op de ingestelde waarde wordt gehouden door een verwarming die heter en langer draait.
Het netto-effect is dat de verwarming meer energie moet verbruiken om dezelfde bruikbare warmte aan het bad te leveren. Het efficiëntieverlies is klein voor dunne schaallagen, maar groeit snel naarmate de schaal dikker wordt.
Het samengestelde effect van langere looptijden
Een verwarming op schaal verliest niet alleen zijn efficiëntie-hij werkt ook langer. De controller ziet de badtemperatuur dalen of het instelpunt niet bereiken en houdt de verwarming bekrachtigd. De verwarming werkt met een hogere inschakelduur en verbruikt meer energie over meer uren.
In een schoon systeem kan de verwarming 40% van de tijd draaien om het instelpunt te behouden. Met een kalklaag van 2 mm kan deze 55-60% van de tijd in werking zijn. De combinatie van een lager rendement en een langere looptijd verhoogt het totale energieverbruik met 30-50%.
| Schaaldikte | Werkcyclus verwarming | Dagelijkse openingstijden | Dagelijks energieverbruik | Ten opzichte van schoon |
|---|---|---|---|---|
| 0 mm | 40% | 9,6 uur | 48 kWh | 1.0× |
| 0,5 mm | 44% | 10,6 uur | 53 kWh | 1.1× |
| 1,0 mm | 50% | 12.0 uur | 60 kWh | 1.25× |
| 2,0 mm | 58% | 13,9 uur | 70 kWh | 1.45× |
| 3,0 mm | 68% | 16,3 uur | 82 kWh | 1.7× |
Energieverbruik als functie van de schaaldikte voor een 5 kW-verwarming in continubedrijf
De kosten van energieverspilling
De kosten van energieverspilling zijn afhankelijk van het elektriciteitstarief, het wattage van de verwarming en de bedrijfsuren. Voor een verwarming van 5 kW die 6.000 uur per jaar werkt tegen $ 0,10 per kWh, bedragen de jaarlijkse energiekosten $ 3.000 voor een schone verwarming. Een kalklaag van 2 mm verhoogt dat tot $4.350 - een extra $1.350 per jaar.
In een fabriek met twintig verwarmingstoestellen kan de energieverspilling door schaalvergroting oplopen tot $27.000 per jaar. Dat is meer dan de kosten van een preventief onderhoudsprogramma dat de verwarmingstoestellen schoon houdt.
| Verwarming Wattage | Jaarlijkse uren | Kosten voor schone energie | Schaalkosten van 1 mm | Schaalkosten van 2 mm | Jaarlijks afval |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Jaarlijkse energiekosten en verspilling per wattage van de verwarming en schaaldikte van $ 0,10 per kWh
Ontkalken als energiebesparende maatregel-
Ontkalken herstelt de efficiëntie van de warmteoverdracht van de verwarming. Na het ontkalken daalt de temperatuur van de mantel, keert de werkcyclus terug naar normaal en valt het energieverbruik terug naar de schone basislijn. De energiebesparing door het ontkalken rechtvaardigt vaak de schoonmaakkosten binnen een paar maanden.
Een verwarming met 2 mm kalk die wordt ontkalkt, bespaart $ 1.350 per jaar aan energie voor een apparaat van 5 kW. Als ontkalken $ 500 aan arbeid en materiaal kost, is de terugverdientijd minder dan vijf maanden. Daarna gaan de besparingen door totdat de schaal weer opbouwt.
Monitoring van de energie-efficiëntie
De eenvoudigste manier om de efficiëntie te controleren, is door de werkcyclus of looptijd van de verwarmer te volgen. Een verwarming die langer werkt dan toen hij nieuw was, verliest efficiëntie. Een actueel logboek of een hardlooptijdmeter- levert de gegevens.
Een directere methode is het meten van de manteltemperatuur bij bedrijfsbelasting. Een manteltemperatuur die 10-15 graden boven de schone basislijn is gestegen, geeft aan dat de schaal toeneemt en de efficiëntie afneemt.
Wanneer schaal-gerelateerde energieverspilling een specificatieprobleem signaleert
Herhaaldelijke kalkaanslag en energieverspilling in dezelfde tank geven aan dat de verwarmer werkt met een wattdichtheid die te hoog is voor de chemische en stromingsomstandigheden. Een verwarming met een lagere-watt-dichtheid werkt koeler, accumuleert langzamer kalkaanslag en behoudt zijn efficiëntie langer. Een op maat gemaakte PTFE-dompelverwarmerconfiguratie met een lage wattdichtheid, een groot oppervlak en verbeterde stromingstoegang vermindert de vorming van kalkaanslag en het bijbehorende energieverspilling. Het specificatieproces vereist de chemie van het bad, de bedrijfstemperatuur, de waterhardheid en het vereiste wattage.
