Во второй части обзора потребления энергии в процессе закалки стекла я бы хотел углубиться в детали и объяснить некоторые принципы, связанные с нагревом и охлаждением.

Зная, как рассчитываются различные показатели, вы сможете лучше понять процесс закалки стекла и расходы, связанные с потреблением энергии. Знание — сила, так что больше никто не сможет ввести вас в заблуждение, предоставив неуместные или чрезмерно оптимистичные цифры.

Законы физики в области потребления энергии

Энергия нагрева

Энергия, требуемая для нагрева стекла, может быть рассчитана по следующей формуле:

E = ΔT * c * m, где

E = энергия, требуемая для нагрева стекла;
ΔT = изменение температуры;
c = удельная теплоемкость стекла;
m = масса стекла.

Возьмем для примера лист стекла толщиной 4 мм и площадью 1 m². В этом случае значения будут следующими:

ΔT = 610 °C (от 20 °C до 630 °C)
c =  1.1 kJ / kg * °C
m = 1 m² * 2500 kg/m³ * 0,004 m = 10 kg

*Учтите, что удельная теплоемкость стекла является функцией температуры! Значение c при комнатной температуре составляет примерно 0.78 kJ / kG * °C, тогда как средняя удельная теплоемкость между +20 °C и +630 °C составляет около 1.1 kJ / kG * °C. 

Подставив эти значения в приведенную выше формулу, получим:

E = 610 °C x 1.1  kJ / kg * °C * 10 kg = 6710 kJ = 1.9 kWh = 0.475 kWh/m²*mm

Из результатов расчетов мы видим, что невозможно нагреть 4-миллиметровый лист стекла от +20 °C до +630 °C, израсходовав меньше 1,9 кВт•ч энергии. Говоря более общими словами, это означает, что для нагрева требуется не менее  0.475 kWh/m²*mm. Умножив это значение на толщину стекла, мы получаем минимальную энергию, необходимую для нагрева данного листа стекла.

Учтите, что это еще не все. Чтобы рассчитать общее потребление энергии, к приведенным выше цифрам необходимо добавить потери энергии, а также затраты на конвекционные воздуходувки и процесс закалки стекла.

Энергия закалки

Вторым этапом закалки стекла является собственно процесс закалки. Именно на этом этапе производители стекла могут сильнее всего влиять на общее потребление энергии на квадратный метр обработанного стекла. Почему? Современные печи обычно работают таким образом, что количество закаляемого стекла не влияет на энергоэффективность машины. Это означает, что неважно, используете вы 5 % или 90 % максимальной зоны загрузки. Потребление энергии на квадратный метр будет примерно одинаковым в обоих случаях.

В процессе закалки эффективность загрузки играет гораздо большую роль. Камеры охлаждения обычно используют одну и ту же зону обдува при любой загрузке. Если использовать только 5 % зоны загрузки, большинство энергии, создаваемой воздуходувками закалки, будет теряться.

Количество энергии, требуемой для закалки, зависит прежде всего от используемой зоны загрузки и только потом — от технологии воздуходувки. Приближенно можно считать, что при 90%-ной эффективности загрузки и использовании современной технологии воздуходувки требуемая энергия составит примерно 0.125 kWh/m²*mm.

В приведенной ниже таблице показано, какое влияние оказывает эффективность загрузки на общее потребление энергии в расчете на квадратный метр стекла толщиной 4 мм. Расчеты приведены для максимальной зоны загрузки 2,4 х 4,8 м.

Эффективность загрузки	9%	61%	87%
Использованная площадь загрузки	1 m2	7 m2	10 m2
Энергия нагрева	1.9 kWh	13.3 kWh	19.0 kWh
Потери энергии	0.6 kWh	0.6 kWh	0.6 kWh
Энергия закалки	5.8 kWh	5.8 kWh	5.8 kWh
Потребление энергии на квадратный метр*	8.3 kWh	2.8 kWh	2.5 kWh

*В приведенном выше примере не учитывается энергия, необходимая для конвекции, поскольку разные технологии используют разное количество энергии, так что в действительности цифры будут несколько выше. Цель этого примера — продемонстрировать влияние эффективности загрузки и показать минимальные уровни, которые можно наблюдать в реальной ситуации.

Как видите, эффективность загрузки оказывает огромное влияние на потребление энергии в расчете на квадратный метр.

Технология печи имеет решающее значение

Из приведенного выше примера мы видим, что наибольшая экономия энергии связана с камерой охлаждения. Чем больше загрузка, тем сильнее сокращается потребление энергии на квадратный метр.

Однако решающее значение для возможности обработки больших партий имеет технология печи. При выборе печи закалки убедитесь, что она позволяет максимально эффективно использовать зону загрузки без ущерба для качества стекла.

Здесь также играет роль подключенная мощность машины. Если мощности печи недостаточно, печь не может обрабатывать большие партии в непрерывном режиме, даже если она способна обрабатывать одиночные загрузки. Необходимо, чтобы печь как можно быстрее восстанавливалась после предыдущей партии. Если при поступлении следующей партии температура печи будет недостаточно высокой, это вызовет проблемы. Организовав производство без лишних задержек в процессе загрузки, вы сможете добиться большей производительности и снизить потребление энергии на квадратный метр, потому что при включенной печи происходит постоянное рассеивание некоторого количества энергии — независимо от того, есть ли в печи стекло.

Итак, вы ознакомились с обзором потребления энергии на каждом этапе закалки стекла. Надеюсь, теперь вы сможете лучше понимать термины, используемые поставщиками. Также я надеюсь, что эти знания пригодятся вам при выборе следующей линии закалки. Однако прежде всего я хочу, чтобы вы могли грамотно оценить любые цифры, которые могут быть представлены не в ваших интересах.

Чтобы закрепить знания, можете посмотреть анимацию Потребление энергии при закалке стекла, которую мы опубликовали некоторое время назад.

Хотите узнать больше?

Поделиться историей

Об авторе