Podczas projektowania systemów odpylania główny nacisk kładzie się niejednokrotnie na urządzenie filtrujące (odpylacz). Wskutek tego istnieje ryzyko, iż projektanci systemów mogą przeoczyć inne czynniki, takie jak opcje, które należy uwzględnić w odniesieniu do powietrza opuszczającego odpylacz. W tym artykule wyjaśniono niektóre możliwości i wyzwania związane z powietrzem odprowadzanym przez urządzenia filtrujące. Starsze systemy odpylania odprowadzały powietrze wylotowe z odpylaczy, bazując na bardzo prostym rozwiązaniu: usuwały je po prostu na zewnątrz, do atmosfery. Podejście to stosowano niezależnie od tego, czy odpylacze znajdowały się wewnątrz, czy też na zewnątrz. Choć tego rodzaju metoda może nadal sprawdzać się w niektórych zastosowaniach, obecne wyzwania związane z potrzebą oszczędności energii, palnym pyłem i wymogiem utrzymania zgodności z przepisami ochrony środowiska wskazują, iż należy zachować tutaj wzmożoną ostrożność.

1. Oszczędność energii – konieczność wymiany odprowadzonego powietrza

Podczas pracy systemu odpylania powietrze umożliwiające odessanie pyłu do odpylacza pozostawia po sobie pustą przestrzeń, którą należy wypełnić zastępczym powietrzem. W przypadku użytkowników zamieszkujących strefę klimatu umiarkowanego sprawa może przedstawiać się prosto, ale wiele zakładów musi ponieść znaczne nakłady finansowe oraz energetyczne pozwalające utrzymać komfortowe warunki pracy instalacji. Oznacza to, że wypuszczanie kondycjonowanego powietrza na zewnątrz i zastępowanie go nowym zwiększa obciążenie układów przetwarzania powietrza uzupełniającego, a także powoduje wzrost kosztów operacyjnych.

Aby utrzymać korzyści płynące z inwestycji w ogrzewanie lub chłodzenie, można podjąć decyzję o doprowadzeniu kondycjonowanego powietrza z powrotem do budynku po jego przetworzeniu przez odpylacz. Tę opcję stosuje się zazwyczaj w przypadku wysoce wydajnych mediów filtracyjnych, co umożliwia skuteczne usuwanie cząstek stałych, a tym samym przeprowadzenie procesu recyrkulacji. Jeśli zakład jest zlokalizowany w obszarze o skrajnych warunkach atmosferycznych, takie podejście może potencjalnie przełożyć się na znaczne oszczędności. Przed rozpoczęciem odprowadzania powietrza do instalacji należy jednak w niektórych przypadkach przeanalizować ew. dodatkowe koszty kapitałowe.

Wiele dobrych praktyk w zakresie projektowania zaleca, aby w systemach recyrkulacji powietrza do pomieszczeń, w których przebywają ludzie, zainstalować systemy monitorujące pozwalające utrzymać odpowiednią jakość powietrza powracającego do danej przestrzeni. Stosunkowo często stawia się w takiej sytuacji na filtry HEPA lub ASHRAE pełniące rolę filtrów monitorujących między odpylaczem a wylotem do budynku. Filtry HEPA i ASHRAE charakteryzują się stosunkowo szybkim wzrostem spadku ciśnienia przy wychwytywaniu względnie niewielkich ilości pyłu. Umieszczenie ich za głównym odpylaczem umożliwia monitorowanie zawartości pyłu w powietrzu powrotnym i sygnalizowanie wzrostu spadku ciśnienia w celu ostrzeżenia operatora o widocznym wycieku w filtrze głównym. Pył przechodzący przez filtr główny jest nadal wychwytywany (przez filtr HEPA) i w ten sposób nie zostaje przywrócony do zajmowanej przez ludzi przestrzeni. W normalnych warunkach filtr HEPA lub ASHRAE wychwytuje tak niewielkie ilości pyłu, że spadek ciśnienia pozostaje na niskim i stabilnym poziomie, a okres żywotności filtra jest nadal odpowiedni. Pozwala to ograniczyć wydatki na konserwację filtrów monitorujących.

Czy oszczędności wynikające z recyrkulacji powietrza pozwalają zrekompensować dodatkową inwestycję kapitałową? Szacunkowe oszczędności energii w przypadku systemu odpylania o wydajności 10 000 cfm (stóp sześciennych na minutę) eksploatowanego przez 168 godzin tygodniowo w Madison (stan Wisconsin) przedstawiają się następująco:

Koszty ogrzewania powietrza uzupełniającego można oszacować, posługując się następującym wzorem:

Oszczędność kosztów = (0,154 x Q x T x D x C) ÷ q

W naszym przykładzie roczne koszty ogrzewania wynoszą zatem:

 = (0,154 x 10,000 x 168 x 7673 x 6,11) ÷ 824,000 = koszty ogrzewania 14 720 USD w skali roku

Koszty chłodzenia można z kolei oszacować, korzystając z następującego wzoru:

Koszty chłodzenia = (0,0000258 x Q x T x H x C)

W naszym przykładzie roczne koszty chłodzenia wynoszą zatem:

= (0,0000258 x 10 000 x 168 x 293 x 0,0804) = koszty chłodzenia 1021 USD w skali roku

Powrót przefiltrowanego powietrza i uniknięcie konieczności wymiany kondycjonowanego powietrza odprowadzanego przez sprzęt filtracyjny pozwalają zaoszczędzić w skali roku prawie 16 000 USD na ogrzewaniu i chłodzeniu niezbędnego powietrza uzupełniającego. Oszczędności te są widoczne w każdym roku użytkowania tego rodzaju urządzeń.

Ponoszone wydatki można dodatkowo ograniczyć, instalując automatyczny system sterowania przepływem powietrza z napędem o zmiennej prędkości, który pozwala utrzymać wymagany przepływ powietrza i równomierne obciążenie systemu powietrza uzupełniającego. Ten system pomaga zwiększyć skalę oszczędności dzięki wykorzystaniu medium obciążanego powierzchniowo, które charakteryzuje się mniejszym spadkiem ciśnienia. Jeżeli system działa przy ciśnieniu niższym o dwa cale słupa wody i przy zastosowaniu ulepszonego medium obciążonego powierzchniowo w porównaniu do medium towarowego w tym samym systemie o przepływie na poziomie 10 000 cfm, szacunkowe roczne oszczędności energii uzyskiwane za sprawą niższego spadku ciśnienia wynoszą 2262 USD.

Wspomniane oszczędności nie uwzględniają mniejszych nakładów kapitałowych niezbędnych do działania systemu powietrza uzupełniającego. Rozważając realizację nowego projektu, warto zasięgnąć informacji w lokalnych przedsiębiorstwach użyteczności publicznej, które oferują niekiedy ulgi i realizują programy zachęt, mające na celu skłonienie użytkowników do inwestycji w energooszczędne systemy. 

2. Kwestie dotyczące palnego pyłu

Systemy kontroli zapylenia obsługujące palny pył mogą wymagać realizacji dodatkowych inwestycji kapitałowych, które pozwalają zapobiegać powrotowi energii lub dymu z pożaru do wnętrza budynku.  Bramka przerywająca to jedna z kilku strategii minimalizacji zagrożenia, które pomagają zmniejszyć ryzyko powrotu procesu spalania z odpylacza do przestrzeni zajmowanej przez ludzi. (Patrz Rysunek 1)

Bramka przerywająca odbiera sygnał z pewnego rodzaju czujnika umieszczonego na odpylaczu lub w jego pobliżu. Gdy czujnik uruchomi bramkę przerywającą, ulega ona zamknięciu. W tym położeniu powietrze odprowadzane z odpylacza jest kierowane na zewnątrz, a nie z powrotem do budynku. Do uruchomienia bramki przerywającej mogą posłużyć różnego rodzaju czujniki, przy czym najczęściej stosuje się detektory wykrywające iskry lub dym za odpylaczem.

Jeśli dana instalacja znajduje się w miejscu, gdzie warunki atmosferyczne mają kluczowe znaczenie, mogą zdarzać się okresy w roku, w których lepiej byłoby unikać doprowadzania powietrza z powrotem do budynku. Być może powietrze towarzyszące realizowanym procesom jest gorące, a w lecie zdecydowanie lepiej byłoby się go pozbyć z terenu zajmowanego przez maszynę. W takich warunkach niejednokrotnie zdarza się, że bramka przerywająca jest uruchamiana ręcznie, przez co gorące powietrze zostaje wypuszczone na zewnątrz, a nie zawrócone do wnętrza budynku. Należy pamiętać, że uruchomienie odpylacza z funkcją odprowadzania powietrza na zewnątrz zwiększy zapotrzebowanie na powietrze uzupełniające.

Niezależnie od tego, czy rozważasz montaż filtra monitorującego, bramki przerywającej lub obu tych urządzeń w kanale wydechowym, trzeba mieć na względzie, że nakłady inwestycyjne na sprzęt to nie jedyny wydatek. Należy też pokryć koszty energii zużywanej na tłoczenie powietrza przez urządzenie(a). Obliczając koszty energii (ciśnienia statycznego) potrzebnej do utrzymania przepływu powietrza w oryginalnym systemie, uwzględniono koszty energii wymaganej do przyspieszenia przepływu powietrza wokół urządzeń i skierowania go do okapów w celu odessania pyłu do odpylacza. Wzięto również pod uwagę koszty ciśnienia statycznego, pozwalającego utrzymać ruch powietrza i pyłu przez zwoje, łączenia i proste odcinki kanału aż do odpylacza. Pamiętano również o kosztach energii związanych z oporem w kanałach od odpylacza do punktu wydechowego. Na koniec uwzględniono koszty energii statycznej potrzebnej do przepływu powietrza przez odpylacz i filtry. Te straty energii odpylacza powinny uwzględniać wystarczającą pojemność ciśnienia statycznego, aby umożliwić przepływ powietrza przez filtry, nawet jeśli w końcu ulegną zabrudzeniu w takim stopniu, że trzeba będzie je wymienić. Zsumowanie wszystkich tych kosztów energii pozwoliło z łatwością dokonać wyboru wentylatora, który najlepiej spełnia konkretne potrzeby.

Jeśli rozważasz zastosowanie filtra monitorującego lub bramki przerywającej, może okazać się, że będziesz potrzebować dodatkowej pojemności ciśnienia statycznego pod kątem energii niezbędnej do przepływu powietrza przez te urządzenia. Należy również sprawdzić, czy w celu utrzymania parametrów przepływu zgodnych z konkretnym projektem zachodzi konieczność modyfikacji lub wymiany obecnego wentylatora.

Dodatkową kwestią, jaką należy wziąć pod uwagę w związku z palnymi pyłami są wymagania norm, takich jak NFPA, dotyczące izolacji między urządzeniami procesowymi lub izolacji przewodów odprowadzających powietrze do pomieszczeń, w których przebywają ludzie. Urządzenia te pomagają ograniczyć ryzyko wystąpienia zjawiska deflagracji w odpylaczu, wskutek którego energia i płomień z powrotem przedostają się do zajmowanych przez użytkowników obszarów. Urządzenia izolujące wykorzystują czujniki umieszczone w pobliżu odpylacza w celu wykrycia początku zdarzenia w tym sprzęcie. Następnie uruchamiają one urządzenie izolujące, które zamyka kanał, uniemożliwiając tym samym przedostanie się płomieni i energii do pomieszczenia, w którym przebywają ludzie. Mechaniczne urządzenia izolujące zwykle wykorzystują bramki, które zamykają się w ułamku sekundy przy zastosowaniu mechanizmów zamykających o dużej energii, np. sprężonego gazu. Izolacja chemiczna to metoda izolacji wykorzystująca specjalne kanistry lub armaty w celu szybkiego rozprowadzenia środka gaśniczego w kanale przy użyciu sprężonego gazu. Urządzenia izolujące stosuje się nie tylko w kanale powietrza powrotnego docierającego z odpylacza, ale także w kanale wlotowym prowadzącym do odpylacza, co pozwala ograniczyć ryzyko cofnięcia się energii i płomienia do procesu.

3. Wymagania dotyczące zgodności z przepisami w zakresie monitorowania powietrza:

Jeśli w ramach realizowanego w danej instalacji procesu obsługiwane lub wytwarzane są niebezpieczne zanieczyszczenia powietrza, przepisy lokalne, federalne lub stanowe mogą wymagać monitorowania jakości powietrza emitowanego do atmosfery. W celu monitorowania zapylenia powietrza wylotowego z odpylacza i gromadzenia danych dotyczących wydajności tego urządzenia może być konieczne zastosowanie wykrywacza pękniętego worka z funkcją alarmu (patrz rysunek 2). Takiego rodzaju wykrywacze są zlokalizowane w kanale lub kominie odprowadzającym czyste powietrze i należy je odpowiednio skalibrować przy uwzględnieniu projektowej objętości powietrza. Po zainstalowaniu i kalibracji te wykrywacze można często skonfigurować nie tylko pod kątem funkcji monitorowania, ale także rejestracji obciążenia pyłem w określonych odstępach czasu, co pozwala stale śledzić wydajność odpylacza. Niektóre modele wykrywaczy pękniętych worków umożliwiają również monitorowanie sekwencji pulsacyjnego czyszczenia odpylacza i korelowanie zwiększonego zrzutu pyłu z konkretnym zdarzeniem pulsacyjnym. W przypadku tych konfiguracji urządzenia pełnią funkcję narzędzi do konserwacji zapobiegawczej, pomagając operatorowi odpylaczy zawęzić zakres poszukiwań uszkodzonych filtrów.

Urządzenia monitorujące są często wyposażone w obwody alarmów dźwiękowych lub wskaźników świetlnych, które służą do ostrzegania operatorów o niesprzyjających warunkach. Wykorzystuje się je również do uruchamiania urządzeń, takich jak bramki przerywające, w sytuacji, gdy poziom cząstek stałych gwałtownie wzrasta, na przykład w przypadku zadymienia powstającego w wyniku tlącego się ognia na powierzchni filtra.

Podsumowując:

Nie daj się zwieźć pokusie zignorowania powietrza wylotowego z odpylacza. Zdecydowanie warto podjąć proaktywne działania, które pozwolą upewnić się, że powietrze wylotowe odpylacza spełnia wszelkie federalne, stanowe i lokalne wymagania. Należy również wykorzystywać każdą nadarzającą się okazję do zwiększenia wartości odpylacza poprzez ograniczenie kosztów ogrzewania lub chłodzenia lub poprawę jego niezawodności za sprawą bardziej zaawansowanych funkcji monitorowania i konserwacji. Nie można tak po prostu pozwolić sobie na odprowadzenie powietrza wylotowego odpylacza poza dany budynek.