Autorius: Mycond techninis skyrius
Oro sausavimo sistemų projektavimas visada balansuoja tarp kapitalo (first cost) ir eksploatacinių (operating cost) sąnaudų. Šie rodikliai dažnai konfliktuoja: pigesnė sistema paprastai suvartoja daugiau energijos, tuo tarpu energiją taupanti įranga reikalauja didesnių pradinių investicijų. Pagrindinis kapitalo išlaidų minimizavimo principas – pašalinti tik minimaliai reikalingą drėgmės kiekį pačiu efektyviausiu būdu.
Neveiklumas drėgmės kontrolės klausimais turi didelę alternatyvią kainą: įrangos korozija (dešimtys tūkstančių eurų), gamybos prastovos (iki 5000 eurų per parą), produkcijos kokybės praradimas. Atsižvelgiant į tai, kad tipinis sausintuvų įrangos tarnavimo laikas yra 15–20 metų, sukauptas sutaupymas per šį laikotarpį gali daug kartų viršyti pradines investicijas.
Sausavimo sistemos optimizavimas suteikia keturias ekonominės naudos kategorijas: mažesnes eksploatacines sąnaudas, mažesnes kapitalo investicijas į kitą įrangą, geresnę produkcijos kokybę ir didesnį operacinį lankstumą.
Drėgmės apkrovų minimizavimas
Pagrindinė priklausomybė sausavimo sistemų projektavime: sistemos dydis ir kaina yra tiesiogiai proporcingi drėgmės apkrovai. Apkrovą sumažinus 50%, kapitalo išlaidos gali sumažėti 50–60%. Todėl apkrovos mažinimas yra pirmasis optimizavimo žingsnis.
Tipinio pramoninio pastato drėgmės apkrovų šaltinių hierarchija atrodo taip:
- Atviros durys ir vartai: 50–70%
- Tiekiamas vėdinimo oras: 15–30%
- Infiltracija per plyšius: 5–15%
- Konvejerių ir technologinės angos: 3–8%
- Žmonių kvėpavimo ir išgaravimo drėgmė: 2–5%
- Garo skvarba per atitvaras: 1–3%
Apsvarstykime -18°C temperatūros šaldytą sandėlį. Jei pakrovimo vartai kiekvienam sunkvežimio įvažiavimui/išvažiavimui atidaromi 3 minutėms (15 ciklų per valandą), drėgmės apkrova siekia apie 135 kg/val vandens garų, tam prireiktų sausintuvo su daugiau kaip 15000 m³/val oro srautu. Sutrumpinus atvėrimo laiką iki 1 minutės, apkrova sumažėja iki maždaug 20 kg/val (oro srautas 2500 m³/val) — tai 85% sumažėjimas, leidžiantis naudoti 6 kartus mažesnės galios ir kainos sausintuvą.
Veiksmingi durų sukeliamų apkrovų mažinimo metodai:
- Greitaeigiai ruloniniai vartai (atsivėrimo laikas mažiau nei 3 s) — sumažina apkrovą 40–60%
- Oro užuolaidos (srauto greitis 8–12 m/s) — 30–50%
- Tambūrai–šliuzai (15–30 m³ tūris) — 60–80%
- Plastikinės juostinės užuolaidos — 20–40%
Infiltracija per plyšius dažnai turi didesnę įtaką nei konstrukcijų garo skvarba. 1,5 mm pločio ir 1 m ilgio plyšys esant 10 Pa slėgio skirtumui praleidžia apie 50 g/val drėgmės, tuo tarpu 50 m² dažytos 200 mm storio betoninės sienos – tik 5–8 g/val.
Kontrolės lygių ir tolerancijų optimizavimas
Sausinimo sistemos kaina eksponentiškai priklauso nuo sausumo gylio. Pavyzdžiui, esant vidinei apkrovai 5 kg/val vandens garų, norint palaikyti +5°C rasos tašką (drėgnio kiekis 5,4 g/kg), reikia apie 1200 m³/val oro srauto. Rasos taškui -10°C (1,8 g/kg) jau reikia 3500 m³/val, o rasos taškui -25°C (0,5 g/kg) — daugiau kaip 12000 m³/val. Tai 10 kartų augimas sumažinus rasos tašką 30 laipsnių!
Pagrindinis optimizavimo principas — „pakankamai sausa“. Būtina nustatyti minimaliai reikalingą drėgmės lygį, kuris užtikrina technologinį rezultatą be perteklinės atsargos.
Ypatinga problema — dviprasmiškos specifikacijos. Pavyzdžiui, techninė užduotis reikalauja 2 g/kg drėgnio ±0,7 g/kg, bet nenurodo, kur tiksliai matuoti. Jei kontrolė reikalinga ties difuzoriaus išėjimu, pakaktų 10 kg/val našumo sausintuvo. Tačiau jei reikalaujama užtikrinti vienodą drėgnio kiekį visame 500 m³ patalpos tūryje, kad skirtumas tarp bet kurių dviejų taškų neviršytų 0,7 g/kg, reikalinga sistema su 8000–10000 m³/val oro srautu ir 25–30 kg/val našumu.
Tiekiamo oro išankstinis sausinimas
Lauko oras daugelyje patalpų yra dominuojantis drėgmės šaltinis. Tipinėje pramoninėje patalpoje, esant -10°C rasos taško kontrolei ir 2000 m³/val vėdinimui, tiekiamas oras vasaros sąlygomis (30°C, 18 g/kg) įneša apie 43 kg/val drėgmės, o tai gali sudaryti 70–90% bendros apkrovos.
Veiksminga strategija — giliai sausinti vėdinimo orą prieš jį maišant su recirkuliaciniu. Pavyzdžiui, lauko oras, kurio parametrai 32°C ir 21 g/kg, sausinant desikantu iki 1 g/kg, įgauna 20 g sausinamąją talpą kiekvienam sauso oro kilogramui. Tiekiant 1000 m³/val (oro tankis 1,15 kg/m³), tai leidžia pašalinti iki 23 kg/val vidinės drėgmės, kas pakanka 500–800 m² patalpai.
Kombinuotos sausinimo sistemos
Apkrovos paskirstymo pagal efektyvumą principas: šaldymo kondensacinis sausinimas ekonomiškai efektyvus esant rasos taškams virš +8...+12°C (drėgnis >6–8 g/kg), o desikantinis adsorbcinis — esant rasos taškams žemiau +8°C. Fizikinė šio skirtumo priežastis: esant žemiems rasos taškams, šaldytuvo garintuvas dirba ties +2...+5°C temperatūromis, kai COP tik 2,0–2,5, ir yra apledėjimo rizika, reikalaujanti atitirpinimo ciklų. Desikantas neturi temperatūrinių apribojimų ir jo efektyvumas net didėja gilesnio sausinimo sąlygomis.
Dažniausia kombinuota schema — tiekimo oro išankstinis atšaldymas iki 12–14°C šaldymo mašina ir desikantinis tiekimo bei recirkuliacinio oro mišinio sausinimas. Ji taikoma rasos taškams nuo 0 iki -15°C ir 10–50 kg/val apkrovoms, užtikrindama optimalų kapitalo ir eksploatacinių sąnaudų balansą.
Tinkamai suprojektuota kombinuota sistema gali būti 25–40% pigesnė pagal kapitalo išlaidas ir 20–35% ekonomiškesnė eksploatuojant, palyginti su viena technologija pagrįstu sprendimu, kai rasos taškas -5...-20°C diapazone.
Tipinės projektavimo klaidos
Dažniausios klaidos, lemiančios nepagrįstą kainos augimą:
- Per didelė galios atsarga (50–100%) – daugumą laiko sistema dirba su 30–50% apkrova, COP būna 20–30% mažesnis, o kapitalo išlaidos padidintos 40–80%.
- Operacinių veiksnių ignoravimas – skaičiavimas pagal esamą durų atvėrimo praktiką nebandant optimizuoti gali pervertinti skaičiuotinę apkrovą 50–200%.
- Per griežta rasos taško specifikacija – reikalavimas -40°C, kai technologiškai pakanka -25°C, padidina sistemos kainą 2–3 kartus.
- Pasirenkama tik viena technologija – vien desikantinio sausinimo naudojimas esant +5°C rasos taškui, kai šaldymo sprendimas būtų 40% pigesnis.
Eksploataciniai ir organizaciniai veiksniai
Durų angų valdymas — vienas veiksmingiausių būdų. Rekomenduojama parengti personalo tvarkas su reikalavimu uždaryti vartus per 60 sekundžių po transporto pravažiavimo, įrengti šviesos signalizaciją, kuri įsijungia po 30 sekundžių, ir garso — po 60 sekundžių nuo atvėrimo. Tambūrai–šliuzai (air lock) 20–40 m³ tūrio, kuriuose vienos durys neatsidaro, kol kitos neuždarytos, sumažina apkrovą 60–80%.
Sistemos moduliškumas suteikia optimizavimo galimybių: suprojektavus bazinę sistemą 70% tipinės apkrovos ir papildomą 40–50% modulį piko laikotarpiams, pagrindinė įranga dirbs dideliu 80–95% apkrovimu ir su geresniu COP.
DUK: dažniausiai užduodami klausimai apie kapitalo išlaidų optimizavimą
Nuo ko labiausiai priklauso sausinimo sistemos kapitalo kaina?
Du pagrindiniai veiksniai — drėgmės apkrova (kg/val) ir tikslinis rasos taškas (°C). Apkrovą padvigubinus, kaina paprastai padidėja 80–100%. Sumažinus rasos tašką nuo -10°C iki -25°C, sistemos kaina gali padidėti 2,5–3 kartus dėl eksponentiškai augančio reikalingo oro srauto ir sudėtingesnės sausinimo technologijos.
Kodėl sienų garo skvarba paprastai yra mažiau svarbi nei plyšiai ir angos?
Drėgmės srautas per plyšius vyksta daug intensyviau dėl konvekcijos procesų, o per vientisas atitvaras – tik difuzijos būdu. 1,5 mm pločio ir 1 m ilgio plyšys esant 10 Pa slėgio skirtumui praleidžia apie 50 g/val drėgmės, o 50 m² dažytos betoninės sienos – tik 5–8 g/val. Investicijos į brangias garo izoliacines membranas nėra pagrįstos, kol neišspręstos plyšių ir durų problemos.
Išvados
Sausinimo sistemų kapitalo išlaidų optimizavimas turėtų sekti trimis nuosekliais žingsniais:
- Sumažinti apkrovą sandarinant ir valdant duris
- Optimizuoti kontrolės lygį iki minimaliai būtino
- Pasirinkti optimalią technologijų kombinaciją
Prieš pradedant projektavimą inžinieriui reikia išsiaiškinti: kokia yra reali (o ne pervertinta) apkrova, koks minimaliai leistinas drėgmės lygis, ar apkrovą galima sumažinti organizacinėmis priemonėmis, kokia yra šiluminės energijos kaina regeneracijai, ar yra atliekamos šilumos šaltinių.
Didžiausią ekonominį efektą duoda patys paprasčiausi ir pigiausi veiksmai (plyšių sandarinimas, personalo tvarkos), o mažiausią — brangios medžiagos ir perteklinė automatizacija. Kritiškai svarbus dialogas tarp projektuotojo, užsakovo ir eksploatacijos personalo, kad apkrovos būtų įvertintos realistiškai.
