การอนุรักษ์พลังงานเครื่องสูบน้ำ
เครื่องสูบน้ำ (Pump) คือ อุปกรณ์เครื่องกลที่สร้างแรงดันในการขับเคลื่อนของไหลเพื่อส่งไปยังพื้นที่ที่ต้องการใช้งาน โดยแรงดันที่เครื่องสูบน้ำสร้างจะต้องเอาชนะแรงเสียดทานจากท่อน้ำ, ข้องอ, วาล์ว และอุปกรณ์ประกอบท่อน้ำต่างๆ เพื่อให้ได้ปริมาณน้ำตามความต้องการ
เครื่องสูบน้ำสามารถแบ่งได้เป็น 3 ชนิด ได้แก่
1. เครื่องสูบน้ำชนิดลูกสูบ (Reciprocating Pump)
2. เครื่องสูบน้ำชนิดโรตารี่ (Rotary Pump)
3. เครื่องสูบน้ำชนิดหอยโข่ง, แรงเหวี่ยง (Centrifugal Pump)
รู้จักกับ Pump Performance Curve และ System Curve
Pump Performance Curve หรือ Pump Curve คือ เส้นที่แสดงความสัมพันธ์ ความดัน-อัตราการไหล ของเครื่องสูบน้ำ
System Curve คือ เส้นที่แสดงคุณลักษณะของระบบท่อ เช่น แรงเสียดทาน ความต้านทานของอุปกรณ์ และความสูง เป็นต้น
จุดที่กราฟตัดกันเรียกว่า “จุดทำงาน (Operating Point)” ณ ที่จุดทำงาน ความดันที่เครื่องสูบน้ำสร้าง = ความดันสูญเสียในระบบท่อ นั่นหมายความว่าจุดทำงานนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ หากความดันสูญเสียในระบบท่อมีการเปลี่ยนแปลง เช่น การหรี่วาล์ว หรือ ท่อมีตะกรัน เป็นต้น
ข้อสังเกต :
1. ปริมาณน้ำจะเพิ่มขึ้นหากความดันที่เครื่องสูบน้ำต้องสร้างเพื่อเอาชนะความสูญเสีย มีค่าน้อยลง
2. ปริมาณน้ำจะน้อยลงหากความดันที่เครื่องสูบน้ำต้องสร้างเพื่อเอาชนะความดันสูญเสีย มีค่าเพิ่มขึ้น
รูปที่ 1 Pump Performance Curve และ System Curve [1]
เทคนิคการอนุรักษ์พลังงานเครื่องสูบน้ำ ที่มีการติดตั้งใช้งานอยู่แล้ว
การอนุรักษ์พลังงานเครื่องสูบน้ำที่มีการติดตั้งใช้งานอยู่แล้ว จะใช้วิธีการควบคุมปริมาณน้ำให้เหมาะสมเป็นหลัก วิธีการควบคุมปริมาณน้ำที่แตกต่างกัน จะส่งผลต่อการอนุรักษ์พลังงานที่แตกต่างกัน ดังตัวอย่างต่อไปนี้
1. การอนุรักษ์พลังงานเครื่องสูบน้ำ โดยใช้วิธีควบคุมปริมาณน้ำด้วย 2-way Control Valve
การควบคุมแบบนี้ เป็นวิธีที่ง่ายและประหยัดค่าลงทุนแรกเริ่ม ในขณะที่วาล์วถูกหรี่ กำลังไฟฟ้าของ Pump จะลดลง ความดันของระบบขณะใช้งานจะเปลี่ยนแปลงค่อนข้างมาก
รูปที่ 2 ระบบท่อที่ติดตั้ง 2-way Control Valve (เปิดสุด)
รูปที่ 3 ระบบท่อที่ติดตั้ง 2-way Control Valve (หรี่วาล์ว)
รูปที่ 4 จุด Operating Point ที่เกิดขิ้นของระบบท่อที่ติดตั้ง 2-way Control Valve
2. การอนุรักษ์พลังงานเครื่องสูบน้ำ โดยใช้วิธีควบคุมปริมาณน้ำด้วย 3-way Control Valve
ปริมาณน้ำส่วนเกิน จะถูก Bypass อัตราการไหลของน้ำในระบบจะไม่เปลี่ยนแปลง การควบคุมแบบนี้นอกจากจะมีค่าใช้จ่ายที่ติดตั้งที่สูงกว่า 2-way control valve แล้วยังไม่ก่อให้เกิดการอนุรักษ์พลังงาน อย่างไรก็ตามความดันของระบบจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก
รูปที่ 5 ระบบท่อที่ติดตั้ง 3-way Control Valve (เปิดสุด)
รูปที่ 6 ระบบท่อที่ติดตั้ง 3-way Control Valve (หรี่วาล์ว)
รูปที่ 7 จุด Operating Point ที่เกิดขิ้นของระบบท่อที่ติดตั้ง 3-way Control Valve
3. การอนุรักษ์พลังงานเครื่องสูบน้ำ โดยใช้วิธีควบคุมปริมาณน้ำด้วย VSD
การใช้เครื่องควบคุมความเร็วรอบ (VSD) เพื่อปรับเปลี่ยนความถี่และแรงดัน เพื่อควบคุมความเร็วรอบให้สัมพันธ์กับความต้องการของระบบ เมื่อมีการลดความเร็วรอบกำลังไฟฟ้าจะลดลงเป็นกำลัง 3
รูปที่ 8 สมการ Affinity Laws (Pump Laws)
รูปที่ 9 ระบบท่อที่ติดตั้ง VSD (ความเร็วรอบ 100%)
รูปที่ 10 ระบบท่อที่ติดตั้ง VSD (ความเร็วรอบ 50%)
รูปที่ 11 จุด Operating Point ที่เกิดขิ้นของระบบท่อที่ติดตั้ง VSD
จากเทคนิคการอนุรักษ์พลังงานเครื่องสูบน้ำด้วยวิธีการควบคุมปริมาณน้ำดังที่กล่าวมา พบว่า วิธีการใช้อุปกรณ์ลดความเร็วรอบ (Variable Speed Drive, VSD) เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด ตามมาด้วยวิธีการใช้ 2-way Control Valve ส่วนวิธีการใช้ 3-way Control Valve ไม่ก่อให้เกิดผลการอนุรักษ์พลังงานเครื่องสูบน้ำแต่อย่างใด
ZERO ENERGY มีเปิดอบรมหลักสูตร “การอนุรักษ์พลังงานเครื่องสูบน้ำ” สามารถอ่านรายละเอียดหลักสูตรได้ที่เพจ “อบรมอนุรักษ์พลังงาน”
เรียบเรียงข้อมูลโดย: ชลทศ ประเทืองสุขพงษ์
เอกสารอ้างอิง
1. ASHRAE Handbook, Centrifugal Pumps
2. Training Manual on Energy Efficiency, Energy Efficiency in Pumps
3. ตำราฝึกอบรมผู้รับผิดชอบด้านพลังงานความร้อน, ระบบอัดอากาศ ปั๊มน้ำและพัดลม