Технічні заходи по економії електроенергії в насосах та вентиляторах

 

Насоси

Насоси - це пристрої, що знаходяться в складі більшості нагрівальних чи охолоджувальних систем, а також систем водопостачання, передачі різних рідин і суспензій. Якщо керування насосами неправильно організовано, то вони можуть серйозно збільшувати споживання енергії. Якщо насоси працюють довго вхолосту, то вони також істотно впливають на загальне споживання енергії.

Споживання електроенергії насосами W досить просто оцінити, базуючись тривалість їх роботи. При цьому зручно користуватися наступною формулою:

 

,                     (3.3)  

де Q – продуктивність або діюча подача насосу, М³/год

Н – повний напір з врахуванням висоти всмоктування, М

γ – густина рідини, кг/см³

η₁, η₂, η₃ – ККД передачі, насосу, двигуна.

Досить важливим є вивчення реальної потреби в перекачуванні насоса. Слід дослідити, чи змінилося навантаження після того, як була спроектована і встановлена система насосів, розглянути основне навантаження (теплове, охолоджувальне чи транспортне) та часовий графік цього навантаження протягом дня, тижня, року. Дуже часто системи експлуатуються з надмірною продуктивністю протягом тривалого часу, або навпаки, вони довго працюють недовантаженими, тому грунтуючись на реальному навантаженні насоса, потрібно відповідним чином підкорегувати його продуктивність. Найчастіше керування продуктивністю ґрунтується на принципі тимчасової залежності. Це досягається шляхом ручного керування чи автоматично, за допомогою годинникового механізму. У випадку ручного керування важливо, щоб органи керування знаходилися в межах досяжності операторів. Досвід показує, що керування продуктивністю повинне бути автоматизоване, і установки цієї автоматики повинні перевірятися досить часто. Керування швидкістю потоку для підтримки визначеного рівня тиску може привести до дуже значної економії.

Розроблена енергозберігаюча система керування режимами роботи насосної установки, яка базується на використанні регульованих електроприводів. Система забезпечує автоматичну зміну водоподачі насосної установки відповідно до зміни водоспоживання. При збільшенні останнього, частота обертання регульованих агрегатів зростає, відповідно підвищується водоподача і тиск усієї насосної установки. Якщо водоспоживання збільшується настільки, що робота насосних агрегатів на максимальній частоті обертання не забезпечує необхідної водоподачі, система видає сигнал оперативному персоналу про необхідність вмикання в роботу додаткових насосних агрегатів. При необхідності сигнал може бути перетворений у команду на автоматизований пуск додаткового агрегату. У випадку зменшення водоспоживання, система автоматично знижує частоту обертання регульованих агрегатів і при необхідності видає сигнал на зменшення кількості працюючих агрегатів. У результаті насосна установка працює без зайвих напорів і, отже, без втрат енергії на їх створення.

Рекомендовані заходи по економії електроенергії в насосах:

1) заміняти насоси з низьким ККД на агрегати з більш високим ККД(якісний ремонт насосів, ретельне балансування робочих коліс, нові ущільнення забезпечують підтримання ККД насосів на рівні паспортних;

2) максимально завантажувати насоси; найменша питома витрата електроенергії спостерігається при максимальній подачі насоса;

3) якщо характеристика трубопроводу не відповідає його паспортним даним, то для забезпечення максимальної подачі необхідне узгодження паспортних даних насоса з опором трубопроводів системи водопостачання;

4) підвищувати ККД насосів до їхніх паспортних значень установкою нових ущільнень і ретельним балансуванням робочих коліс;

5) ККД передачі набагато вище, якщо робоче колесо знаходиться  безпосередньо на валу мотора;

6) якщо потужність електродвигуна вище потужності, споживаної   насосом, у 1,2 - 1,25 рази, то він працює в режимі з максимальним ККД;

7) якщо продуктивність контролюється за допомогою дросельної заслонки, необхідно розглянути інші способи керування продуктивністю (кілька невеликих насосів, що працюють паралельно, керування швидкістю потоку - безупинне, чи ступеневе);

8) якщо продуктивність насосної системи постійно завищена, потрібно спробувати змінити передаточне число ремінної чи іншої передачі. При цьому важливим є дотримання наступних модельних законів:

З метою економії електроенергії необхідно також:

- уникати кавітації;

- розміщати насос якнайнижче чи рідину якнайвище;

- у простих замкнутих системах, наприклад, у випадку бойлера, розміщати діафрагмений розширювальний бак як перший елемент системи, а потім насос у прямій лінії теплорозподільної системи;

- робити забірні патрубки як можна більш короткими з мінімальною кількістю з'єднань у них, щоб уникнути стрибків тиску;

- по можливості збільшувати діаметр забірних патрубків;

- знижувати температуру рідини.

У системах водопостачання з насосними агрегатами, розрахованими на максимальне споживання води при максимальному напорі, доцільна установка нагромаджувача води на висоті необхідного напору з пристроєм автоматичного відключення насосного агрегату при заповненні нагромаджувача водою. Це врахує той факт, що потреба в максимальній потужності на практиці буває короткочасна.

Для того, щоб забезпечити ефективну, з погляду енергетики, роботу насосів на підприємстві, необхідно забезпечити їх постійне і систематичне обслуговування. Система насосів повинна бути включена в загальну систему енергетичного менеджменту підприємства, і ключові дані по них повинні збиратися й оброблятися.

 

Вентилятори

Вентиляційні системи споживають значну частину від загального споживання енергії на підприємстві. Вони звичайно є елементами технологічних установок і засобом забезпечення у виробничих приміщеннях необхідних санітарно-гігієнічних умов. У той же самий час, ці системи значно впливають на споживання енергії системами опалення чи охолодження будинків. Можна припустити, що в зв'язку з прийняттям нових стандартів у відношенні кліматичних умов усередині виробничих і інших будинків, у майбутньому буде встановлюватися усе більша  кількість вентиляційних систем.

Споживання енергії працюючими вентиляторами дуже просто оцінити, виходячи з часу їхнього наробітку. Однак загальне споживання енергії з урахуванням нагрівання повітряного потоку може бути значно великим. Як приклад, можна сказати, що споживання електроенергії постійно діючою вентиляцією при потоці 1 кГ/г (чи 3000 М^з/година ) складе близько 20 000 квт∙год/рік. Однак, якщо врахувати і споживання енергії на нагрівання повітря в холодні дні, то загальне споживання енергії буде близько100 000 квт∙год/рік.

Ґрунтуючись на даних про споживання енергії на потреби вентиляції, можна приймати рішення щодо того, які міри варто починати у відношенні економії. Для початку необхідно розглянути необхідне навантаження, з'ясувати, яка реальна потреба у вентиляції, а також чи змінилася ця потреба з того моменту, коли конструювалася і споруджувалася вентиляційна система. Перед тим варто визначити параметри нового навантаження: теплове навантаження, вологість, наявність викидів різних газів у вентильованому приміщенні, наявність в повітрі твердих часток і т.д. Необхідним є також визначення цих параметрів у часі протягом дня, тижня, року. Занадто часто системи вентиляції працюють з надлишковою продуктивністю.

Іноді теплове навантаження чи, наприклад, деякі гази, які генеруються одним якимось пристроєм, що знаходиться в вентиляційній зоні, вимагають майже всієї потужності вентиляційної системи. Модифікуючи такий пристрій чи процес, можна одержати деякі переваги як в ефективності самого технологічного процесу, так і витрати за рахунок підвищення ефективності вентиляції. Типовий приклад: заміна застарілих освітлювальних систем у приміщеннях, які кондиціонуються. Економія, скажімо, 100 000 квт∙год у рік на освітлювальній системі приведе, крім того, до додаткової економії близько 30000 квт∙год у рік на установці кондиціювання повітря, при цьому потік повітря від системи вентиляції може бути також зменшений.

При охолодженні чи обігріві будинків за допомогою вентиляційних систем великі втрати можуть виникнути за рахунок інфільтрації зовнішнього повітря. Мінімізуючи час, протягом якого двері знаходяться у відкритому стані, використовуючи можливості створити закриті перехідні "камери" на двері, застосовуючи пластикові завіси чи інші пристрої, можна ці втрати значно скоротити.

Аналогічним чином витоки з вентиляційних труб можуть збільшувати втрати і тим самим збільшувати навантаження на вентилятори. Витоки повітря можуть бути особливо значними з погано з’єднаних труб прямокутного перетину.

Потрібно враховувати необхідність відключення вентиляторів у нічний час, коли не виконуються роботи. Частину вентиляторів також варто відключати на час обідніх перерв.

Необхідно узгодити існуючу продуктивність вентиляторів і необхідне навантаження. Після того, як буде знижене навантаження, необхідно знову узгодити продуктивність вентиляційної системи з навантаженням. Найчастіше керування продуктивністю повинне залежати від часу доби. Відповідне керування робиться або вручну, або за допомогою простого годинного механізму, чи таймера. Якщо керування ручне, то важливо, щоб вимикачі і перемикачі знаходилися в межах досяжності операторів. Досвід говорить, що ефективність набагато краще, якщо керування продуктивністю автоматичне. Стан і установки цієї автоматики повинні перевірятися якнайчастіше. Автоматика керування вентиляційними системами повинна враховувати температуру зовнішнього повітря.

У багатьох виробничих компаніях рекомендується, щоб була встановлена одна центральна вентиляційна система, доповнена декількома місцевими витяжними пристроями. Використання місцевих витяжних пристроїв дозволяє зменшити навантаження на основну вентиляційну систему.

Бажано, щоб автоматичне керування вентиляційними системами враховувало температуру зовнішнього повітря.

При роботі над поліпшенням ефективності вентиляційної системи необхідно звернути увага на наступні аспекти:

- потрібно розглянути, проаналізувати тиск в системі, так як підвищення цих втрат може призвести до збільшення споживання електроенергії;

- у випадку, якщо продуктивність керується шляхом дроселювання заслонки, потрібно розглянути якісь інші способи керування продуктивністю: кілька невеликих вентиляторів, що працюють у паралель (керування шляхом вмикання /вимикання необхідної кількості вентиляторів), керування швидкістю потоку повітря – безупинно чи дискретними ступенями;

- дуже ефективно можна керувати продуктивністю вентиляторів шляхом зміни частоти їхнього обертання; це особливо корисно у випадках, коли вентиляційні системи тривалий час працюють зі зниженою продуктивністю;

- якщо продуктивність постійно занадто висока, то потрібно спробувати змінити передаточне число ремінного приводу вентиляторів.

Для того, щоб ефективно використовувати вентиляційну систему, необхідно її добре і систематично обслуговувати. Наприклад, дуже важлива, хоча і часто недооцінювана операція – це очищення.

Вентиляційні системи повинні бути включені в загальну систему енергетичного менеджменту підприємства, так, щоб ключові дані з неї збиралися та оброблялися.