1. ทำไมอากาศร้อนทำให้ใช้ไฟมากขึ้น
งานที่ใช้อัดอากาศ 1 กิโลกรัม (กรณีอุดมคติแบบอะเดียแบติก) แปรตามอุณหภูมิสัมบูรณ์ของอากาศขาเข้า [1][2]
เมื่อ T₁ คืออุณหภูมิอากาศขาเข้าในหน่วยเคลวิน (K) และ p₂/p₁ คืออัตราส่วนความดัน ถ้าความดันและปริมาณลม (เป็นกิโลกรัม) ที่โรงงานต้องใช้เท่าเดิม พลังงานจึงเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน T₁ ตรง ๆ
| อากาศขาเข้า | T₁ (K) | พลังงานเทียบกับ 30 °C |
|---|---|---|
| 28 °C | 301.15 | −0.7 % |
| 30 °C | 303.15 | ฐาน |
| 38 °C | 311.15 | +2.6 % |
| 42 °C | 315.15 | +4.0 % |
ตัวเลขนี้สอดคล้องกับตำราฝึกอบรมผู้รับผิดชอบด้านพลังงานของ พพ. ที่ระบุว่า "อากาศที่มีอุณหภูมิต่ำลง 3 °C จะทำให้ใช้พลังงานลดลง 1%" [1] เพราะ 3 K หารด้วยราว 300 K ก็คือประมาณ 1 %
ตัวอย่างคิดเป็นเงิน
เครื่องอัดอากาศใช้ไฟเฉลี่ย 60 kW เดิน 6,000 ชั่วโมงต่อปี = 360,000 kWh/ปี ถ้าอากาศขาเข้าลดจาก 38 °C เหลือ 30 °C พลังงานลดลงประมาณ 1 − 303.15/311.15 = 2.6 % หรือราว 9,300 kWh/ปี ถ้าค่าไฟเฉลี่ย 4.50 บาท/kWh (ค่าสมมติเพื่อแสดงวิธีคิด) จะประหยัดได้ราว 42,000 บาทต่อปี ก่อนนับผลทางอ้อมในหัวข้อถัดไป
2. ผลทางอ้อมที่มักใหญ่กว่าตัวเลขข้างบน
- เครื่องทำลมแห้งเสียกำลัง: พิกัดของเครื่องทำลมแห้งแบบทำความเย็นมักกำหนดที่ลมเข้า 100 °F (38 °C) และอุณหภูมิแวดล้อม 100 °F ถ้าร้อนกว่านั้นความสามารถจะลดลง ผู้ผลิตจึงมีตัวคูณแก้ค่าให้ [4] ตัวอย่างในคู่มือ Atlas Copco เมื่อห้อง 30 °C เครื่องพิกัด 450 l/s เหลือใช้ได้ราว 406 l/s [3]
- มอเตอร์และเครื่องตัดเพราะร้อน: มอเตอร์มาตรฐานมักออกแบบให้ทำงานที่อุณหภูมิแวดล้อมไม่เกิน 40 °C ถ้าสูงกว่านั้นต้องลดพิกัด [3] ห้องที่ร้อนจึงเสี่ยงให้เครื่องตัดการทำงานกลางกะ
- ต้องเปิดเครื่องเพิ่ม: เมื่อปริมาณลมที่ผลิตได้ลดลง หลายโรงงานแก้ด้วยการเดินเครื่องอัดเพิ่มอีกเครื่อง ซึ่งเพิ่มการใช้พลังงานมากกว่าผลโดยตรงของอุณหภูมิ [5]
3. แก้อย่างไรให้ถูกจุด
- วัดก่อน: วัดอุณหภูมิที่ช่องดูดอากาศของเครื่องแต่ละเครื่อง ไม่ใช่ค่าเฉลี่ยของห้อง เพราะลมร้อนที่ปล่อยออกมักวนกลับเข้าช่องดูดของเครื่องข้าง ๆ
- ต่อท่อลมร้อนออกนอกอาคาร: ลมระบายความร้อนของเครื่องระบายด้วยอากาศพาความร้อนเกือบ 100 % ของพลังงานที่มอเตอร์ใช้ [3] เมื่อไม่ต้องการความร้อนนี้ ให้ต่อท่อทิ้งออกนอกอาคาร [4]
- ดูดอากาศเย็นจากภายนอก: ต่อท่อดูดอากาศจากภายนอกเข้าเครื่องโดยตรงได้ [1][3][5]
- ระบายอากาศให้พอ: คู่มือ Atlas Copco แนะนำให้ปริมาณลมระบายพอจำกัดอุณหภูมิห้องให้สูงขึ้นไม่เกิน 7–10 °C และความเร็วลมที่ช่องเข้าไม่เกิน 4 m/s [3]
การติดพัดลมหรือท่อผิดตำแหน่งอาจทำให้ลมร้อนวนกลับมากขึ้น การจำลองการไหล (CFD) ช่วยดูทางเดินของลมร้อนก่อนลงทุน Con-En กำลังพัฒนาโปรแกรม CFD สำหรับห้องเครื่องอัดอากาศโดยเฉพาะ ขณะนี้ยังอยู่ระหว่างพัฒนา ยังไม่เปิดให้ใช้วิเคราะห์
แหล่งอ้างอิง
- กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน (พพ.). ตำราฝึกอบรมผู้รับผิดชอบด้านพลังงาน (โรงงาน) ตอนที่ 2 บทที่ 5 ระบบอากาศอัด หัวข้อการออกแบบท่อดูดอากาศ และสูตรงานอัดอากาศ
- NASA Glenn Research Center. Compressor Thermodynamics (Beginner's Guide to Aeronautics) · grc.nasa.gov
- Atlas Copco Airpower NV. Compressed Air Manual, 9th edition (2019) ข้อ 3.5.4–3.5.5 หน้า 86–89 (ท่อดูด/การระบายอากาศ) · หน้า 95 (มอเตอร์) · หน้า 118–119 (ตัวอย่างเลือกเครื่องทำลมแห้ง) · atlascopco.com
- U.S. Department of Energy. Improving Compressed Air System Performance: A Sourcebook for Industry, 3rd edition (2016) หน้า 12 (พิกัดเครื่องทำลมแห้ง) · หน้า 58 (ต่อท่อลมร้อนออกนอกอาคาร) · energy.gov
- U.S. Department of Energy. Compressed Air Tip Sheet #14: Effect of Intake on Compressor Performance (2004) · energy.gov