มาตรการปรับปรุงประสิทธิภาพระบบหล่อเย็น (Cooling) ในอุตสาหกรรมฉีดพลาสติก

ชื่อมาตรการการอนุรักษ์พลังงาน: มาตรการปรับปรุงประสิทธิภาพระบบหล่อเย็น (Cooling) ในอุตสาหกรรมฉีดพลาสติก

 ความเป็นมาและลักษณะการใช้งาน
โรงงานผลิตพลาสติกมีการใช้พลังงานไฟฟ้ารวม 12 เดือน จากเดือนมกราคม 2554 ถึงเดือนธันวาคม 2554 รวมทั้งสิ้น 3,499,000kWh/ปี คิดเป็นค่าไฟฟ้า 11,639,666บาท/ปี มีค่าไฟฟ้าเฉลี่ยเท่ากับ 3.33 บาทต่อหน่วย โดยโรงงานมีเวลาทำงาน 24 ชั่วโมงต่อวัน และทำงาน 300 วันต่อปี ใช้ระบบหล่อเย็นในกระการผลิตของเครื่องฉีดพลาสติก

 ปัญหาของอุปกรณ์/ระบบก่อนปรับปรุง

จากการสำรวจพบว่าระบบหล่อเย็นของโรงงานเป็น Cooling 175 T 3 Sell และ PVC filling เสื่อมสภาพแล้ว ทำให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนไม่ดี และในระบบท่อน้ำก็มีอากาศอยู่มากเนื่องจากเกิดการตันในระบบ ทำให้ปั๊มจ่ายน้ำหลายตัวชำรุด

รูปแสดง สภาพ PVC filling และ Pump ก่อนปรับปรุง

กราฟแสดง การใช้พลังงานของมอเตอร์พัดลม Cooling ขนาด 5 HP

แนวคิด และขั้นตอนการดำเนินการ
หากมีการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบหล่อเย็นให้ดี อาจทำให้อุณหภูมิน้ำไปและกลับไม่ต่างกันมาก ซึ่งจะสามรถประหยัดพลังงานได้โดยการลดจำนวนพัดลม Cooling ลงได้ ดั้งนั้นจึงมีแนวคิดให้โรงงานปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบหล่อเย็นดังนี้

1. เปลี่ยน PVC filling
2. ซ่อมปั๊มน้ำ
3. แก้ไขระบบที่ตันทำให้เกิดอากาศในระบบ
4. ติดตั้งแอร์เว้นวาล์วท่อน้ำเพื่อไล่อากาศออกจากระบบ

สภาพหลังปรับปรุง

โรงงานได้ดำเนินการให้ผู้รับเหมาเข้าปรับปรุงระบบหล่อเย็น ซึ่งหลังจากปรับปรุงแล้วทำให้อุณหภูมิน้ำที่จ่ายเข้าเครื่องจักรอยู่ที่ 28.5 °C และอุณหภูมิน้ำกลับเข้า Cooling อยู่ที่ 31.5 °C ซึ่งหลังจากได้ทดลองหยุดพัดลมระบายอากาศของ Cooling แล้วอุณหภูมิน้ำยังต่างกันไม่ถึง 4 °C

รูปแสดง สภาพ PVC filling และ Pump หลังปรับปรุง

วิธีการคำนวณผลการอนุรักษ์พลังงาน

การใช้พลังงานก่อนปรับปรุง
กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของพัดลม Cooling 5 HP                  
=             2.4          kW
กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของพัดลม Cooling 5 HP 3 เครื่อง  
=             2.4 x 3   kW
ดังนั้นกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยก่อนปรับปรุง                             
=             7.2          kW
=             7.2 x 24 ช.ม. x 330 วัน
=             57,024   kWh/ปี

การใช้พลังงานหลังปรับปรุง
หลังปรับปรุงสามารถหยุดพัดลมระบายความร้อนได้ 1 เครื่อง
ดังนั้นกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยหลังปรับปรุง                             
=             2.4 x 2 kW
=             4.8          kW
=             4.8 x 24 ช.ม. x 330 วัน
=             38,016   kWh/ปี

ผลประหยัดพลังงาน
พลังงานไฟฟ้าที่ประหยัดได้                                            
=            57,024 – 38,016
=            19,008                   kWh/ปี
ค่าไฟฟ้าที่ประหยัดได้                                                     
=            19,008   x 3.33    บาท/ปี
=            63,296.64             บาท/ปี
คิดเป็นผลประหยัดจากพลังงาน                                     
=             1.620                     toe/ปี

ข้อเสนอแนะเพิ่มเติม
โรงงานควรปรับให้ระบบสามารถทำงานเปิดปิดพัดลมได้อัตโนมัติ โดยการตรวจสอบอุณหภูมิน้ำจากบ่อมาสั่งการทำงานของพัดลม หรือนำระบบ Inverter เข้ามาใช้ในการควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์พัดลมระบายอากาศ เพื่อเป็นการรักษาอุณหภูมิน้ำให้นิ่งยิ่งขึ้น

มาตรการปรับปรุงประสิทธิภาพเครื่องทำน้ำเย็น (Chiller) ขนาดเล็กของโรงงานเป่าถุงพลาสติก

ชื่อมาตรการการอนุรักษ์พลังงาน : มาตรการปรับปรุงประสิทธิภาพเครื่องทำน้ำเย็น (Chiller) ขนาดเล็กของโรงงานเป่าถุงพลาสติก

 ความเป็นมาและลักษณะการใช้งาน
โรงงานผลิตถุงพลาสติกมีการใช้พลังงานไฟฟ้ารวม 12 เดือน จากเดือนมกราคม 2553 ถึงเดือนธันวาคม 2554 รวมทั้งสิ้น 374,167.86 kWh/ปี คิดเป็นค่าไฟฟ้า 5,719,422.17 บาท/ปี มีค่าไฟฟ้าเฉลี่ยเท่ากับ 3.38 บาทต่อหน่วย โดยโรงงานมีเวลาทำงาน 24 ชั่วโมงต่อวัน และทำงาน 300 วันต่อปี

 ปัญหาของอุปกรณ์/ระบบก่อนปรับปรุง
เครื่องทำน้ำเย็น(Chiller) ขนาด 4 ตัน และ 10 ตัน ทำงานสลับกันสัปดาห์ละครั้ง จากการตรวจวัดอัตราการไหลของน้ำและอุณหภูมิน้ำ พบว่าโรงงานยังไม่ได้มีการจัดการที่ดีพอ ทำให้สิ้นเปลืองพลังงาน

รูปแสดง สภาพเครื่องทำน้ำเย็น และการตรวจวัดก่อนการปรับปรุง

กราฟแสดง ค่ากำลังไฟฟ้าของมอเตอร์เครื่องสูบน้ำขนาด 2.2 kW ก่อนการปรับปรุง

แนวคิด และขั้นตอนการดำเนินการ
อุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดมีความต้องการพลังงานไฟฟ้าด้วยกันทั้งสิ้น  แต่หากมีการจัดการและควบคุมการใช้พลังงานอย่างเหมาะสม  ก็จะสามารถลดพลังงานไฟฟ้าหรือการใช้พลังงานไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด  โดยในที่นี้จะกล่าวถึงการควบคุมพลังงานไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์ภายในโรงงาน   หากเปรียบเทียบระหว่างระบบที่ใช้มอเตอร์ที่หมุนด้วยความเร็วรอบเกือบคงที่กับชนิดที่สามารถเปลี่ยนความเร็วรอบของมอเตอร์ที่ปรับความเร็วรอบตามภาระจะมีการใช้พลังงานไฟฟ้าที่น้อยกว่าตามกฎการทำงานของพัดลม (Affinity Laws)
1. อัตราการไหลจะแปรตามความเร็วรอบ
2. ความดันจะแปรตามความเร็วรอบยกกำลังสอง
3. กำลังงานที่ใช้จะแปรตามความเร็วรอบยกกำลังสาม

ดังนั้นหากพิจารณาตามความสัมพันธ์ข้างต้นจะเห็นได้ว่าถ้าลดอัตราการไหลลงโดยการลดความเร็วรอบจะทำให้กำลังไฟฟ้าที่ใช้ลดลง เช่น ลดอัตราการไหลลง 50 %  จะลดกำลังไฟฟ้าลงได้ 8 เท่า (ตามทฤษฎี)  ถ้าพบว่าในระบบขับเคลื่อนใดๆ ที่มีแนวโน้มที่จะประหยัดพลังงานได้มาก หากเปลี่ยนจากแบบ

ความเร็วรอบคงที่เป็นแบบปรับความเร็วได้  โดยการต่อ Frequency Converter เพิ่มเติมเข้าไป โดยวิธีการลดความเร็วรอบของมอเตอร์สามารถทำได้โดยการใช้ Frequency Inverter เป็นตัวควบคุมความถี่ตามสมการ
N =  ความเร็วรอบ
f  =  ความถี่
P = จำนวนขั้วของมอเตอร์
จากที่ได้กล่าวมาทั้งหมดข้างต้น  จะเห็นได้ว่าจะสามารถควบคุมการใช้พลังงานไฟฟ้าอย่างเหมาะสมและสัมพันธ์กับการใช้งานจริงและสามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติได้ สำหรับการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบน้ำหล่อเย็น จะดำเนินการ 3 อย่าง คือ

1. หุ้มฉนวนท่อน้ำเย็นด่านส่งจ่าย
2. ติดตั้ง Inverter (VSD) กับมอเตอร์เครื่องสูบน้ำเย็นขนาด 2.2 kW
3. เปลี่ยนระบบแนวเดินท่อน้ำเย็นให้บ่อไปและกลับต่อถึงกันเพื่อให้ง่ายในการควบคุมอัตราการไหลของน้ำ และลดการใช้เครื่องสูบน้ำได้ 1 เครื่อง

สภาพหลังปรับปรุง
จากการตรวจวัดพลังงาน และการสอบถามจากผู้แดเครื่องทำน้ำเย็น โรงงานสามารถติดตั้ง Inverter กับมอเตอร์เครื่องสูบน้ำขนาด 2.2 kW เพื่อปรับลดอัตราการไหลของน้ำ และปรับปรุงระบบบ่อน้ำเย็นเพื่อยกเลิกเครื่องสูบน้ำขนาด 1.5 kW ได้

กราฟ เปรียบเทียบการควบคุมการไหล โดยใช้วาล์วกับการใช้ VSD

รูปแสดงการติดตั้งทดสอบ Inverter กับเครื่องสูบน้ำขนาด 2.2 kW

  

รูปแสดง การปรับปรุงโดยการหุ้มฉนวนท่อน้ำเย็นด่านส่งจ่าย

ข้อเสนอแนะ
โรงงานควรพิจารณาเลือกเดินเครื่องทำน้ำเย็นขนาด 4 ตัน เป็นเครื่องหลักเนื่องจากใช้พลังงานไฟฟ้าต่ำกว่า จะทำให้ประหยัดไฟฟ้าได้มากกว่า

 แนวทางการขยายผล (ถ้ามี)

ควรมีการติดตั้ง Flow meter หรือ Temp เพื่อนำสัญญาณ Analog มาใช้สำหรับความคุมการปรับความถี่ของ Inverter

วิธีการคำนวณผลการอนุรักษ์พลังงาน

การใช้พลังงานก่อนปรับปรุง
กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของมอเตอร์เครื่องสูบน้ำขนาด 2.2 kW          
=             1.31        kW
กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของมอเตอร์เครื่องสูบน้ำขนาด 1.5 kW          
=             0.75        kW
ดังนั้นกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยก่อนปรับปรุงรวม                                 
=             2.06        kW
กำลังไฟฟ้าที่ใช้ต่อปี                                                                      
=             (กำลังไฟฟ้า x เวลาการทำงาน)
=             0.57 x 24 x 300
=             14,832                   kWh/ปี

การใช้พลังงานหลังปรับปรุง
กำลังไฟฟ้าเฉลี่ยของมอเตอร์เครื่องสูบน้ำขนาด 2.2 kW          
=             0.57       kW
หลังจากปรับปรุงแนวท่อน้ำเย็นสามารถหยุดเดินมอเตอร์เครื่องสูบน้ำขนาด 1.5 kW
ดังนั้นกำลังไฟฟ้าเฉลี่ยหลังปรับปรุงรวม                                     
=             0.57        kW
กำลังไฟฟ้าที่ใช้ต่อปี                                                                          
=             (กำลังไฟฟ้า x เวลาการทำงาน)
=             2.06 x 24 x 300
=             4,104     kWh/ปี

ผลประหยัดพลังงาน
พลังงานไฟฟ้าที่ประหยัดได้                                 
=     พลังงานไฟฟ้า _{(ก่อนปรับปรุง)} - พลังงานไฟฟ้า _{(หลังปรับปรุง)}
=             14,832 –  4,104
=             10,728                   kWh/ปี
ค่าไฟฟ้าที่ประหยัดได้                                                                       
=            10,728 x 3.38      บาท/ปี
=             36,260.64             บาท/ปี
คิดเป็นผลประหยัดจากพลังงาน                                              
=            0.914                     toe/ปี