ירון הנדסה

האם אויר דחוס הוא בחינם ?

האם אויר דחוס הוא בחינם ?
לא ! למרות שזה רק "אויר" זה ממש לא בחינם. להפך הוא הנכון.  אויר דחוס מהווה את אחת  מצורות האנרגיה היקרות. רק  10% ל- 20% מהאנרגיה החשמלית שמושקעת מגיעה לצרכן הסופי. שאר האנרגיה הופכת לחם מבוזבז.

איך ניתן להוזיל את עלות האויר הדחוס ?
בכדי לענות על שאלה זו, כדאי ראשית להבין את חלוקת העלויות. נחשב עלויות מדחס אויר בורגי סטנדרטי למשך מחזור חיים של 40,000 שעות עבודה.
נקבל את החלוקה הבאה:

עלויות מחזור חיים - 5 שנים למערך אוויר דחוס

בתעשייה בישראל קיימים מדחסים רבים שעבדו למעלה מ-40,000  ש"ע וחלקם הגיעו אף ל-100,000 ש"ע. ככל ש'נאריך' את אורך חיי המדחס, אחוזי ההשקעה הראשונית יקטנו על חשבון נתח האנרגיה והתחזוקה.

ברור אם כן שההתמקדות לחסכון צריכה להתמקד בחסכון באנרגיה.
ישנן דרכים רבות להוזיל את עלויות האויר הדחוס. להלן הדרכים העיקריות:

1. דליפות אויר
ניתן לומר שאין כמעט בנמצא מערכת אטומה לחלוטין בתעשייה. דליפות אויר מהוות בד"כ  את הדרך האטרקטיבית, הקלה ביותר ובעלת זמן החזר הקצר ביותר לחסכון. מערכות אויר דחוס עם דליפות בסדר גודל של 20%-30% הנן שכיחות, אך נתקלנו לא פעם במערכות עם דליפות של כ- 50% !!!  מצב בו שעור הדליפות הנו  5%-10% מוגדר כמצב טוב. הקטנת שעור הדליפות יחסוך אנרגיה, יקטין את הוצאות התחזוקה של המדחסים ולעיתים אף יחסוך את הצורך לרכוש מדחס נוסף.
בהערכה גסה כל [L/sec] 1  עולה כ – 500 דולר בשנה.

2. שימוש שגוי – Miss-use
כפי שהזכרנו, אויר דחוס הנו אחת מצורות האנרגיה היקרות. מומלץ לבחון כל שימוש קיים באויר דחוס במפעל ולבחון את האלטרנטיבות הקיימות. לדוגמה שימוש במרעדים (ויברטורים) חשמליים במקום פנאומטיים, שימוש במפוחי אויר לקירור במקום באויר דחוס, מנועים חשמליים במקום פנאומטיים, משאבות חשמליות במקום פנאומטיות,   שמשו בנחירי ונטורי להורדת הספיקה, שימוש במשאבות ואקום חשמליות במקום מחוללי ואקום בזבזניים ועוד.

3. הקטנת מפלי הלחץ ולחץ העבודה למינימום

מפל הלחץ הנו הפרש הלחצים בין הלחץ שיוצא מהמדחס לבין הלחץ שמגיע לצרכן הסופי.

מפל הלחץ נוצר מכל ההפרעות לזרימה בדרך, מייבש, מסננים, צנרת ואביזרים למיניהם.

מפל לחץ של פחות מ-10% נחשב למפל לחץ מקובל. כאשר מפל הלחץ במערכת גבוה, אנו נאלצים לכוון את עבודת המדחסים ללחץ גבוה יותר בכדי להתגבר על מפל הלחץ.

במערכות סטנדרטיות בהן לחץ העבודה הנו [barg] 7, עבודה בלחץ של [barg] 8 תצרך כ- 7% יותר אנרגיה. בנוסף, שעור ספיקת הדליפות יגדל בכ- 18%.

על מנת להנמיך את לחצי העבודה של המדחסים צריך מערכת בעלת מפל לחץ נמוך, בקרת מדחסים מתאימה ונפח אכסון מתאים.

במקרים בהם קיימים צרכנים בודדים בעלי דרישה ללחץ גבוה יותר, יש לשקול לספק להם את האויר ממדחס ייעודי במקום להעלות את לחץ העבודה במפעל כולו.

4. גודל המדחסים והבקרה
בתכנון אופטימלי של מערכת האויר הדחוס, יש להביא בחשבון את הספיקה המקסימלית הצפויה. על המערכת להיות מסוגלת לספק ספיקה זו. את יעילות המערכת כדאי לתכנן בספיקות ממוצעות. לדוגמא, מפעל שמשתמש פעם במשמרת למשך זמן קצר בספיקת אויר גדולה לשימוש מסוים (נניח 100%) ובשאר הזמן רק ב-30%. על המערכת להיות מסוגלת לספק ספיקה של 100%, אך אנו נחפש מערכת שתדע לספק את ה- 30% ביעילות מרבית. על כן לא נבחר מדחס אחד של 100%, אלא שני מדחסים של 50%, או אם יש בידינו נתונים מדויקים יותר, אולי אפילו מדחס של 70% ומדחס של 30%. (בדוגמא זו לא הכנסנו שיקולי גיבוי).

במערכות בעלות מספר מדחסים מומלץ להוסיף בקרה מרכזית שתפקד על המדחסים ותכניס לעבודה את המדחסים המתאמים לאותה הספיקה – Base Load  ו- Trim.
שימוש במדחסים בעלי בקרת ספיקה מסוג פרופורציונלי -  Modulating Control מומלץ אך ורק אם המדחס נמצא רב הזמן בעומס שבין 80%-100%.

שימוש במדחסים בעלי בקרת ספיקה מסוג דחיסה מלאה/סרק מומלץ כאשר נפח האכסון גדול דיו, כאשר נפח האכסון קטן, המדחסים עובדים בצורה לא יעילה.

למדחסי ‘Trim’ מומלץ להשתמש במדחסים בעלי בקרה מתקדמת כדוגמת מהירות הניע משתנה או בקרת נפח משתנה (שינוי האורך האקטיבי של יחידת הדחיסה).

5. איכות האויר
ככל שאיכות האויר הנדרשת גבוהה יותר, עלות המערכת ובד"כ גם צריכת האנרגיה גבוהה יותר. יש להתאים את המערכת לדרישת האיכות האמיתית ולא להתפתות לאיכות גבוהה יותר כשאין צורך. באיכות אויר גבוהה יותר נדרשים מסננים בעלי כושר סינון גבוה יותר – אלו מטבעם גורמים למפל לחץ גבוה שעליו אנו משלמים באנרגיה. בבחירת מייבשי אויר, ובעיקר כשמדובר במייבשי ספיחה, קביעת נקודת הטל וטכנולוגית רענון המייבש משפיעים רבות הן על עלות המייבש והן על צריכת האנרגיה שלו. במייבשי ספיחה גדולים מומלץ להשתמש במידת האפשר במייבשים שמוגדרים כ- Heat Of Compression  מסוג Zero Loss, או במייבשים מסוג Heat Regenerated. לא מומלץ להשתמש במייבשים מסוג Heatless שצורכים אנרגיה רבה לרענון. במקרים בהם יש צרכן בודד שדורש איכות אויר גבוהה יותר, כדאי לטפל באויר בצורה מרכזית ל'מכנה המשותף הנמוך ביותר' ולהוסיף טיפול מקומי לצרכן בעל הדרישה המיוחדת.

6. אוורור חדר המדחסים
אויר קר צפוף יותר ובמדחסים מסוג Positive Displacement Compression אנו יכולים להרוויח ביעילות כשטמפרטורת הסביבה קרה יותר. חסכון זה יכול להתבטא גם במייבשי האויר. על כן מומלץ לאוורר את חדר המדחסים בצורה יעילה. במקרה הצורך אפשר להפנות את יניקת המדחסים מחוץ לחדר.
7. תחזוקה
תחזוקה ירודה של מדחסים ומערכת אויר דחוס יכולה לגרום לעלויות אנרגיה מוגברות בגלל דליפות אויר, טמפרטורות עבודה גבוהות, מפלי לחץ, מסננים סתומים מחליפי חום סתומים או מלאים באבנית ולא יעילים ועוד.
8. ניקוזים
מומלץ להשתמש בניקוזים מסוג Zero Air Loss – בעלי חיישן גובה או מצוף. לפני כל מנקזת אוטומטית כזו מומלץ להתקין מסנן הגנה. שימוש במנקזות מסוג טיימר בד"כ מבזבזות אנרגיה רבה. שימוש במנקזות ידניות גורם פעמים רבות לאנשי התחזוקה להשאירם באופן קבוע פתוחות חלקית. בכדי לסבר את האוזן, דליפת אויר דרך חור בקוטר של שני מילימטר ובלחץ עבודה של  [barg] 7 עולה למעלה מ-2,000 דולר בשנה.

9. מערכת להשבת חם – Heat Recovery System
כ-80%-90% מהאנרגיה החשמלית שמושקעת בדחיסת האויר הופכת לחם ומתבזבזת לאטמוספירה. בתכנון מערך נכון להשבת אנרגית החם, ניתן לנצל בין 50% ל- 90% מאנרגיה מבוזבזת זו ולנצלה לשימושים שונים כגון חימום אויר או מים, חימום מים לשימוש (מקלחות) או חימום מקדמי של מים לתהליך כגון קיטור, הפעלת צ'ילרים בטכנולוגית ספיגה וכדומה.
למרות שברב מערכות האויר הדחוס לא נעשה שימוש בחם שיורי זה, זמן ההחזר הצפוי להשקעה במערכת להשבת האנרגיה יכול להיות אפילו קטן משנה אחת.