Energy Conservation of Air Compressor : การอนุรักษ์พลังงานในระบบอากาศอัด

2. การตรวจประเมินเบื้องต้นด้านพลังงาน

เป็นการตรวจสอบเบื้องต้นโดยอาศัย การสังเกตุเทียบกับมาตรฐานเป็นหลัก, การบันทึกข้อมูลพื้นฐานและการตรวจวัดข้อมูลที่จำเป็น ตามรายการ Checklist ในตารางที่ 1 เพื่อวินิจฉัยความผิดปกติของระบบเบื้องต้นและเป็นการเตรียมข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการคำนวณดัชนีการใช้พลังงานของเครื่องอัดอากาศและการศักยภาพของการประหยัดพลังงานในขั้นตอนต่อไป

ตารางที่ 1 รายการ Checklist ของระบบอากาศอัด

3. การตรวจวิเคราะห์ด้านประสิทธิภาพพลังงาน

ในการประเมินสมรรถนะการทำงานและประสิทธิภาพของระบบอัดอากาศจำเป็นต้องมีรายการตรวจวัดดังต่อไปนี้

3.1 การตรวจวัดค่าพลังไฟฟ้า

สามารถตรวจวัดได้โดยใช้เครื่องมือวัดค่าพลังไฟฟ้า (Power Meter) ซึ่งสามารถอ่านค่าพลังไฟฟ้าซึ่งมีหน่วยเป็น กิโลวัตต์ (kW) ได้โดยตรง หรือคำนวณค่าพลังไฟฟ้าจาก สมการ

พลังไฟฟ้า = แรงดัน x กระแส x ค่าตัวประกอบกำลัง                    (กรณีไฟฟ้า 1 เฟส)
พลังไฟฟ้า = x แรงดัน x กระแส x ค่าตัวประกอบกำลัง                (กรณีไฟฟ้า 3 เฟส)

3.2 การตรวจวัดค่าอัตราการผลิตอากาศอัด

สามารถตรวจวัดได้ 2 วิธี ดังนี้

3.2.1 ตรวจวัดจากปริมาณลมดูด (Free Air Delivery : FAD)
ตรวจวัดได้โดยใช้เครื่องมือวัดความเร็วลม (เมตร/นาที) และพื้นที่ช่องลมเข้า (ตารางเมตร) และคำนวณหาปริมาณลมจากสมการ

อัตราการผลิตอากาศอัด (ลูกบาศก์เมตร/นาที) = ความเร็วลม x พื้นที่ช่องลมเข้า

รูปแสดงตัวอย่างการตรวจวัดอัตราการผลิตอากาศอัด

3.2.2 ตรวจวัดจากการจับเวลาการอัดอากาศเข้าถังลม
เป็นวิธีการที่สามารถตรวจวัดอัตราการผลิตอากาศอัดได้แม่นยำมาก แต่ต้องทำการทดสอบในช่วงเวลาที่ไม่มีการใช้อากาศอัดของเครื่องจักร โดยขั้นตอนดังนี้

• • • • • • หยุดเครื่องอัดอากาศ และปิดวาล์วด้านจ่ายอากาศออกจากถัง

• • • • • • เดรนน้ำในถังลมออกให้หมด และอ่านค่าความดันจากเกจวัดให้ต่ำกว่าความดันใช้งานอย่างน้อย 1 บาร์ (เช่นใช้งานที่ความดัน 7 บาร์ ให้เดรนลมจนเกจวัดความดันที่ถังต่ำกว่า 6 บาร์)

• • • • • • เดินเครื่องอัด และจับเวลาที่ใช้ในการอัดอากาศจาก 6-7 บาร์

อัตราการผลิตอากาศอัด = (ปริมาตรถัง+ท่อก่อนถึงวาล์ว)/เวลาที่ใช้ หน่วย m³/min

รูปแสดงการอ่านค่าความดันขณะทดสอบ

ตารางปริมาตรความจุอากาศภายในท่อขนาดต่างๆ ตามระยะความยาว 1, 2, 5 และ 10 เมตร

3.2.3 การหาประสิทธิภาพของพลังงานของเครื่องอัดอากาศ

ในขั้นตอนนี้จะเป็นการตรวจสอบค่าดัชนีการใช้พลังงานของเครื่องอัดอากาศ ซึ่งเป็นเครื่องมือสำหรับติดตามการทำงานให้มีประสิทธิภาพอยู่ตลอดเวลาโดยใช้การเปรียบเทียบกับค่าพิกัด

ตัวอย่าง 1

เครื่องอัดอากาศชนิดสกรูขนาด 37 kW มีขนาดถัง 300 ลิตร การใช้พลังไฟฟ้าในช่วง Load 35 kW สามารถจับเวลาในช่วงอัดอากาศ (Load) จาก 7 Bar_g ไปที่ 8 Bar_g ได้ 3 วินาที เครื่องอัดอากาศจะมีค่าประสิทธิภาพเท่าใด? (ใช้วิธีวัดประสิทธิภาพแบบจับเวลา)

ตัวอย่าง 2

เครื่องอัดอากาศชนิดสกรูขนาด 75 kW มีการใช้พลังไฟฟ้าในช่วง Load 78 kW พื้นที่หน้ากากด้านลมเข้า 0.35 m2 ความเร็วลมเฉลี่ย 4 จุด 0.65 m/s เครื่องอัดอากาศจะมีค่าประสิทธิภาพเท่าใด? (ใช้วิธีวัดประสิทธิภาพแบบตรวจวัดความเร็วลม)

4. มาตรการอนุรักษ์พลังงาน

หัวข้อสุดท้ายนี้ จะกล่าวถึงแนวทางการอนุรักษ์พลังงานสำหรับระบบอากาศอัด โดยจะกล่าวถึงมาตรการพื้นฐาน ซึ่งสามารถดำเนินการได้ในทุกๆ หน่วยงาน พร้อมตารางช่วยในการประเมินผลประหยัดที่ได้รับจากการดำเนินการ ดังนี้

4.1  การเปลี่ยนเครื่องอัดอากาศประสิทธิภาพสูง

ประสิทธิภาพของเครื่องอัดอากาศ เป็นตัวแปรที่สำคัญมากต่อการใช้พลังงานในระบบอากาศอัดเนื่องจากเครื่องอัดอากาศมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวทำให้เกิดการสึกหรอตลอดเวลา และเมื่อมีอายุการใช้งานนาน อาจส่งผลให้เกิดความสูญเสียเนื่องจากประสิทธิภาพที่ต่ำลงได้มากกว่า 50% เมื่อเทียบกับเครื่องอัดอากาศชุดใหม่ เนื่องจากสาเหตุหลัก 2 ประการ คือ ประสิทธิภาพของตัวเครื่องที่ต่ำลง และเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้น

ดังนั้น จึงควรตรวจสอบประสิทธิภาพจริงของเครื่องอัดอากาศอยู่สม่ำเสมอ เพื่อประเมินความคุ้มค่าในการเปลี่ยนไปใช้เครื่องอัดอากาศที่มีประสิทธิภาพสูง และสามารถประเมินผลการประหยัดพลังงานไฟฟ้าต่อปี สำหรับการเปลี่ยนเครื่องอัดอากาศประสิทธิภาพสูงได้ โดยใช้ตารางดังนี้

ตารางแสดงการประหยัดพลังงานไฟฟ้าต่อปี (kWh/y) เมื่อเปลี่ยนไปใช้เครื่องอัดอากาศประสิทธิภาพสูง       

4.2 การลดการรั่วไหลอากาศอัด

ความสูญเสียส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นในระบบอากาศอัด นอกเหนือจากการสูญเสียความดันแล้วจะเกิดจากการรั่วไหลของอากาศอัด ซึ่งแทบไม่มีระบบอากาศอัดที่ใดเลยที่จะไม่มีการรั่วไหล และโดยมาตรฐานแล้วจะยอมให้มีอากาศอัดรั่วไหลได้ไม่เกิน 5% ของปริมาณอากาศอัดที่ผลิตได้ทั้งหมด

การตรวจสอบการรั่วไหลของอากาศอัด

ต้องดำเนินการในขณะที่ไม่มีการใช้งานอากาศอัดในเครื่องจักร/อุปกรณ์ โดยมีขั้นตอนดังต่อไปนี้

• หยุดเดินเครื่องอัด, เปิดวาล์วด้านจ่ายอากาศออกจากถังรวมถึงวาล์วทั้งหมดในระบบ
• เดินเครื่องอัดและจับเวลาที่ใช้ในขณะเครื่องทำงาน (T_Load) และหยุดทำงาน (T_Unload)
• คำนวณ % การรั่ว = [T_Load / (T_Load+ T_Unload)] x 100
• คำนวณปริมาณอากาศอัดที่รั่วไหล = เปอร์เซ็นต์การรั่ว x อัตราการผลิตอากาศอัด

ตัวอย่างจุดที่มักเกิดการรั่วไหลของอากาศอัด

ยอมรับอากาศรั่วไหลในระบบได้ไม่เกิน 5%

ดังนั้นจึงควรตรวจสอบการรั่วไหลอย่างสม่ำเสมอ และรีบดำเนินการซ่อมแซมตามลักษณะการชำรุดที่ตรวจพบ ซึ่งผลประหยัดที่ได้จากการลดการรั่วไหลของอากาศอัดคำนวณได้ตามสมการ

ตารางการประเมินผลประหยัดพลังงาน (kWh/ปี) จากการลดการรั่วไหลของอากาศอัด

4.3 การปรับลดความดัน

การปรับตั้งความดันที่เหมาะสมกับการใช้งาน มักจะถูกละเลยอย่างมากในการใช้งาน โดยมักตั้งความดันที่สูงเกินความจำเป็น ซึ่งนอกจากเป็นการสิ้นเปลืองพลังงานโดยเปล่าประโยชน์แล้วยังส่งผลให้ปริมาณอากาศอัดที่ผลิตได้ต่ำลงอีกด้วยดังนั้นจึงควรตรวจสอบความดันใช้งานที่ปรับตั้งไว้ที่เครื่องอัดอากาศว่าเหมาะสมกับความต้องการใช้งานหรือไม่ โดยตรวจสอบจากความต้องการความดันสูงสุดของอุปกรณ์และปรับตั้งความดันให้สูงกว่าประมาณ 1 บาร์ หรือ ทดลองปรับลดความดันลดลงทีละน้อย (ประมาณ 0.5 บาร์) และตรวจสอบว่าสามารถใช้งานอุปกรณ์ต่างๆ ได้ตามปกติหรือไม่จนกระทั่งได้ความดันที่ต่ำสุดที่ยังสามารถใช้งานได้อีกแนวทางหนึ่งที่ช่วยให้เกิดการประหยัดพลังงานได้ ในกรณีที่บางอุปกรณ์มีความต้องการความดันต่ำ คือ การติดตั้งอุปกรณ์ปรับลดความดันที่ท่ออากาศอัด ก่อนเข้าเครื่องจักร/อุปกรณ์ นั้นๆ

รูปอุปกรณ์ปรับลดความดัน (Pressure Regulator)

สมการสำหรับประเมินผลประหยัดที่เกิดขึ้นจากการปรับลดความดันขาออก

ตารางการประเมิน % ผลการประหยัดที่เกิดขึ้นจากการปรับลดความดันอากาศด้านขาออก

4.4 การปรับลดอุณหภูมิอากาศเข้าเครื่องอัดอากาศ

เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิสูงอากาศจะมีความหนาแน่นน้อย จึงต้องใช้พลังงานในการดูดอากาศเพื่อให้ได้ปริมาตรตามที่ต้องการมาก ในขณะที่อากาศเย็นความหนาแน่นจะสูงจึงใช้พลังงานในการดูดอากาศน้อยลงนั่นเอง ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิอากาศขาเข้าและงานกลที่ใช้ในการอัดอากาศซึ่งเป็นกระบวนการ Adiabatic เป็นไปตามสมการต่อไปนี้

ตารางการประเมิน % ผลประหยัดที่เกิดขึ้นจากการปรับลดอุณหภูมิอากาศเข้าเครื่อง

4.5 การใช้เครื่องอัดอากาศแบบปรับความเร็วรอบได้ (VSD)

เครื่องอัดอากาศชนิดปรับความเร็วรอบได้ มีประสิทธิภาพดีกว่าเครื่องอัดอากาศทั่วไป สามารถให้ผลประหยัดได้สูงถึง 30 % หรือมากกว่า โดยหลักการทำงานของ VSD ของเครื่องอัดอากาศจะถูกควบคุมโดยความดันในระบบ ถ้าความดันในระบบลดต่ำลงกว่าที่กำหนด เครื่องควบคุมความเร็วรอบจะเพิ่มความเร็วรอบของมอเตอร์เครื่องอัดอากาศ ในทางกลับกันความเร็วรอบของเครื่องอัดอากาศจะถูกลดลงเมื่อความดันเพิ่มถึงระดับที่กำหนด

กราฟการใช้พลังงานไฟฟ้าของเครื่องอัดอากาศแบบเดิม และแบบใหม่ (VSD)

Download

หนังสือคู่มือ (E-book) ด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อม 

ที่มา : กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน กระทรวงพลังงาน. (2555). In คู่มือการตรวจวิเคราะห์การอนุรักษ์พลังงานสำหรับวิสาหกิจขนาดกลางและขนาดย่อม. หน้า 6-7 - 6-17