PROGRAMKRAV TRYCKLUFT

Transkript

1 PROGRAMKRAV TRYCKLUFT 1999:11

2 Förord Inom ramen för ett av Statens energimyndighet (tidigare NUTEK) initierat arbete om teknikupphandling på området industriella tryckluftssystem har föreliggande programkrav utarbetats i samarbete med representanter för svensk industri. Avsikten med Statens energimyndighets programkrav är att de skall tillämpas vid upphandling av kompletta eller valda delar av ett tryckluftssystem. Statens energimyndighet medverkar till att riktlinjer utarbetas för att uppnå hög energieffektivitet i tryckluftsinstallationer. Möjligheten att påverka energianvändningen för en viss utrustning under dess livslängd är störst i samband med upphandling. De programkrav som redovisas i denna skrift är främst avsedda att användas vid upphandling och därmed bidra till valet av energieffektiva lösningar, vilket i regel ger följdeffekter i form av god funktion och långsiktig gynnsam ekonomi. Programkraven kan även användas som stöd vid upprättande av lång- och kortsiktiga driftstrategier i allmänhet och framför allt vid driftförändringar. Området tryckluftssystem är i dessa programkrav uppdelat på tre grupper: Användning som avser förbrukare i form av maskiner som nyttjar tryckluft för att utföra ett nyttigt arbete. Distribution som avser ett ledningsnät med dess fyra huvuddelar, stamledning, distributionsledning, serviceledning och tryckluftsarmatur. Produktion som avser kompressor och där till hörande luftbehandlingsutrustning. För en mer grundläggande studie av hur tryckluftssystem fungerar rekommenderas exempelvis Atlas Copcos tryckluftshandbok. Programkraven har tagits fram i en arbetsgrupp bestående av: Anders Birath, Fundia Special Bar AB, Arne Ponténius, Electrolux AB, Oswald Wijeratne, Volvo Lastvagnar Komponenter AB, Anders Lewald, Statens energimyndighet, Olof Jepson, Statens energimyndighet, Lars Johansson, Tellus Ekoteknik AB, Lars Sjögren, Tellus Ekoteknik AB. Vid upphandling av tryckluftanläggningar (användning, distribution och produktion av tryckluft) kan man låta avsnittet Programkrav Tryckluft, ingå i förfrågningsunderlaget. Energimyndigheten har tagit fram programkrav för industrianläggningar inom följande områden: fläktar pumpar kylanläggningar belysning kylkompressorer Programkraven kan beställas från: Energimyndigheten, Box 310, Eskilstuna, fax , tel , Fakta 3 % av den totala elenergin som Sveriges industri använder går till tryckluftsproduktion, vilket motsvarar ca 1,7 TWh. 8 % av den totala elenergin som Sveriges verkstadsindustri använder går till tryckluftsproduktion, vilket motsvarar ca 0,6 TWh. FÖRORD 1

3 INNEHÅLL Innehåll Förord... 1 Energikostnaderna viktigast... 3 Tryckluftsproduktionens verklighet i en föränderlig värld... 3 Energi... 3 Nulägesanalys... 8 Användare... 8 Distribution... 8 Produktion... 9 Strategiskt tänkande vid uppbyggande av kompressorcentral Tryckluft med hänsyn till LCC Programkrav Användare Distribution Produktion Alternativ teknik Handverktyg Andra tillämpningar Jämförelse elverktyg och tryckluftsverktyg... 19

4 Energikostnaderna viktigast Tryckluftsproduktionens verklighet i en föränderlig värld Behoven varierar Det enda man vet om framtiden är att den förändras. När det gäller tryckluftsproduktion finns det en mängd olika faktorer som påverkar driftsförhållandena. Produktionstid, kanske övergång från enskift till tvåskift. Förändrat uttagsmönster, vissa produktionsavsnitt går för fullt på nya tider, förändring av schemalagda raster etc. Förändrat tryckluftsbehov avseende flöde, kanske med anledning av utbyte eller renovering av stora tryckluftsförbrukare. Förändring av tryckluftsbehov avseende kvalitet, kraven på tryckluftskvaliteten kan variera från avdelning till avdelning. Nya tryckluftsverktyg ställer kanske andra krav på tryckluftskvaliteten etc. Alla dessa faktorer påverkar hur effektivt man nyttjar sitt tryckluftssystem och sina kompressorer. Dvs hur mycket av den tillförda energin till kompressoranläggningen man tillgodogör sig som nyttigt arbete i sin produktion. Energi Om man tittar på den totala kostnaden för sin tryckluftsproduktion under en 15-årsperiod eller kompressorns livstid så är merparten av kostnaden energikostnad. Därför är det viktigt att man förvaltar sin energi så effektivt som möjligt för att få ut det mesta möjliga. Exemplet Diagram 1 visar livscykelkostnaden, dvs förhållandet mellan kostnaderna i nuvärde (15 år) för investering, underhåll och energi. Energi 70% Underhåll 10% Investering 20% Diagram 1 Förhållandet mellan kostnaden för investering/underhåll och energi under en livscykel av 15 år är typiskt för en eller flera kompressorer verkligen används optimalt. Att kompressorerna används så energieffektivt som möjligt med avseende på trycknivåer och driftsätt, exempelvis så liten tid som möjligt på avlastad drift. Återvunnen energi, dvs att ta till vara så mycket som möjligt av den värme som annars kyls bort och att hitta lämpliga och varaktiga objekt som kan tillgodogöra sig den återvunna värmen. Nyttig energi Läckage av tryckluft förekommer sannolikt i alla tryckluftssystem. Ett läckage på ca % av luftbehovet under ordinarie drift är inte ovanligt och då förekommer oftast % av läckaget närmast förbrukaren i slangar, kopplingar och armaturer. Även läckaget i förbrukarna (maskinerna) kan vara betydande. ENERGIKOSTNADERNA VIKTIGAST 3 Nedan belyses energitänkandet ur tre aspekter. Nyttig energi, dvs att den producerade luften verkligen går till ett nyttigt arbete i ett verktyg eller dylikt och inte som läckage ut till den fria luften. Att man använder rätt verktyg och där tryckluft är det mest gynsamma alternativet. Att inte använda tryckluft för exempelvis kylning. Effektiv energi, dvs att den tillförda energin till kompressor och övrig luftbehandlingsutrustning Har man ett läckage på ca 25 % av den luftmängd som produceras under ordinarie produktion så blir läckaget förhållandevis större om man har ett trycksatt nät även under icke produktionstid. Kompressorn kommer under icke produktionstid bara producera luft till alla läckor. Diagram 2 visar hur stor del av den totalt tillförda energin som går till läckage vid olika drifttider för kompressorer jämfört med olika produktionstider.

5 Diagram 2 Andel läckage av totalt producerad luftmängd på årsbasis ENERGIKOSTNADERNA VIKTIGAST 4 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Dagskift 8 tim/dag mån-fre 2-skift 16 tim/dag mån-fre Förutsättning för Diagram 2 är att man har ett läckage som är 25 % av total mängd producerad luft under ordinarie produktionstid i verkstad och att nätet är trycksatt året om. Nedanstående tabell visar vad olika läckage orsakar i förluster. Läckageflödet gäller vid 7 bar = 8 bar (a) och att luftproduktionen går årets alla dagar dygnet runt. Effektbehovet baseras på 0,1 kwh/m 3. 3-skift 24 tim/dag mån-fre Luftproduktion under ordinarie arbetstid Luftproduktion mån kl fre kl Luftproduktion kontinuerligt 365 dagar per år 5-skift 24 tim/dag mån-fre Vad göra? Ha inte distributionsnätet trycksatt längre tid än nödvändigt. Sänk trycket. Lägre tryck ger lägre läckage. Stamnätet och distributionsnätet ska vara helsvetsat och därmed helt tätt. Stamnät bör sektioneras mellan olika byggnader och större produktionsavsnitt. Eftersom stamnät och distributionsnät ska vara tätt, anordnas hellre automatiska avstängningsventiler mot förbrukare och uttag som ej behöver luft kontinuerligt. Tabell 1 Håldiameter Flöde m 3 /min Effektbehov Energikostnad per år naturlig storlek mm kompressorer kw 25 öre/kwh kr 1 0,06 0, , ,

6 Vid anslutning av maskiner med eget styrsystem, förregla ventil mot maskinlinjens driftsignal. Vanligen förekommer tryckreduceringar internt på maskiner så använd därför inte snabböppnande magnetventiler. Låsbar förbigångsventil bör finnas. Relatera tryckluftförbrukningen till en kostnad för respektive produktionsavdelning, helst bör man använda flödesmätare vilket kräver att tryckluftsnätets geografiska utsträckning överensstämmer med respektive produktionsavdelning. Undvik långa slangledningar med hänsyn till tryckfall och läckagerisk. Det absolut största tryckfallet i en anläggning uppstår i servicer, tryckluftarmatur, slangar, kopplingar och slangsocklar. Slangar av PVC åldras, mister sin elasticitet och krymper, särskilt vid närvaro av olja. En vanlig följd är att slangklämmor lossnar när slangen krymper med läckage som följd. Ställ frågan om tryckluft är det absolut bästa för detta ändamål, det kanske finns effektivare lösningar för att uppnå önskad funktion. T ex vid kylning använd fläktar etc. Använd alltid avstängningsventil vid uttag. Utför läckagekontroll som en återkommande underhållsåtgärd, helst veckovis. Utför läckagekontroll under icke produktionstid minst 1 gång per månad. Effektiv energi Hur mycket av den tillförda energin som blir till komprimerad luft är till stor del beroende på hur kompressorerna styrs och hur pass optimalt kompressorerna används i förhållande till aktuellt luftuttag. Kompressorer med interna pressostater ger större tryckvariation, vilket ofta leder till att man har ett lågt tryck vid stora uttag och ett onödigt högt tryck vid låga uttag och framför allt under icke produktionstid när kompressorn endast tätar läckor. Viktigt är också att hålla tryckdifferensen inom ett så snävt register som möjligt eftersom drifttrycket påverkar energiförbrukningen. Överslagsmässigt ökar energiförbrukningen med 8 % för varje bar ökning av drifttrycket inom intervallet 5 10bar(e). Effektbehov vid avlastad drift är ca % av effekten vid pålastad drift. När kompressorn går avlastad så produceras ingen luft, dvs den tillförda energin går inte till någon praktisk nytta mer än att hålla kompressorn i stand by-läge. Om man har fler kompressorer så brukar det alltid vara den som kom in sist som ligger och reglerar på topp, dvs som regleras på-/av-lastad respektive avstängd. Här kommer ett styrsystem verkligen till sin rätt dels för att se till att det alltid är en liten kompressor som ligger på topp och reglerar och dels håller trycket på en jämn nivå inom 0,5 bar eller lägre. Figur 2 visar kompressorernas gångtid under ett dygn samt tryckluftsflödet under ett dygn. Varje fyrkant visar kapacitet och drifttid för respektive kompressor. I detta fall är kompressor 1 och 2 lika stora. Kompressor 3 och 4 tillsammans motsvarar kompressor 1 eller 2. I princip kan man säga att den del av respektive fyrkant som ligger under uttagskurvan motsvarar pålast och den delen som ligger över motsvarar avlast. Givetvis påverkas uttagskurvan av hur stor luftvolym som finns i nätet och inom vilken tryckdifferens kompressorerna arbetar. I figur 3 används samma uttagskurva som ovan men den totala kompressorkapaciteten är uppdelad på två lika stora kompressorer. Skillnaden mot exemplet ovan är att avlasttiden blir betydligt större och därmed blir hela tryckluftsproduktionen mindre energieffektiv. Dvs hur stor del av den totalt tillförda energin som kommer ut i tryckluftsledningen. Vad göra? Styra sin kompressoranläggning inom ett så snävt tryckregister som möjligt (0,5 bar eller mindre). Identifiera och kategorisera sin kompressorpark efter användning; vilka ska ligga som baskompressorer och vilka ska ligga på topp och regleras efter uttagskurvan. Vid köp av ny(a) kompressorer väljs de sedan efter kategori. Backupbehovet kan på små anläggningar klaras av med mobila kompressorer som tillfälligt ställs upp utanför kompressorcentral och anslutes via extern koppling. När anläggningen sedan är lite större behöver inte backupbehovet vara större än den största kompressorn. Hålla nere avlastläge, tillse att det alltid är den för tillfället effektivaste kompressorn som jobbar. Tillse att kompressormotorn stoppar automatiskt efter längre sammanhängande avlasttid. ENERGIKOSTNADERNA VIKTIGAST 5

7 Figur 2 ENERGIKOSTNADERNA VIKTIGAST Luftflöde Kompressor 1 Kompressor 2 Kompressor 3 Kompressor Figur 3 Tid på dygnet Luftflöde Kompressor 1 Kompressor 2 6 Tid på dygnet Använda luftbehandlingsutrustning anpassad till rätt behov. Undvika exempelvis alltför fina filter som ger ytterligare tryckfall, undvika torkar ex AD tork om det är möjligt. För att samordna underhållskostnader, låta lika kompressorer inom samma storlek ha ungefär samma drifttid. Om möjligt inte köra kompressorcentralen 24 tim/dygn utan bara under produktionstid samt för underhåll. Driftsuppföljning av kompressorcentral bör utföras en gång per vecka med avseende på energiförbrukning. Varvtalsreglerad kompressor på topp med god energieffektivitet över hela arbetsområdet. Återvunnen energi Allmänt När kompressorn komprimerar luften bildas det värme som framför allt binds i den komprimerade luften. Denna värme kyls sedan bort innan luften går ut i ledningssystemet. Kompressorerna kyls med en kombination av luft och vatten. Dessa kylmedier har olika temperaturnivåer dels beroende på var i kompressorn man kyler och dels beroende på kompressortyp. Generellt så kan ca % av tillförd energi återvinnas i form av värme. Med hänsyn till att all tillförd energi omvandlas till värme förbättras driftekonomin betydligt om värmen från kompressionen nyttiggöres för uppvärmningsändamål.

8 Värmeåtervinning i någon form är vid modern tryckluftteknik en självklarhet. Luftburen Vid luftburen återvinning tillvaratas varmluften direkt från kompressorns kylluftsutlopp och efterkylare. Luften leds i kanalsystem till värmesänkan. De flesta kompressorfabrikanterna har färdiga system med hjälpfläktar, spjällarrangemang och reglerautomatik för denna applikation. Vid luftburen värmeåtervinning kan all tillförd energi återvinnas, utom restvärmen i tryckluften. Vattenburen Från en vattenkyld kompressor kan kylvattnet nyttiggöras för uppvärmningsändamål i ett slutet kylsystem. Ingående temperatur till kompressorn bör inte överstiga 30 C för efterkylning och C när efterkylningen sker separat, däremot är det möjligt att erhålla en utgående temperatur från 80 C upp till 95 C för oljefria skruvkompressorer. Äldre vattenkylda kompressorer kan vara konstruerade för låga kylvattentemperaturer runt C vilket försvårar möjligheten till rationell återvinning. I oljeinsprutade kompressorer där efterkylning sker med luft kan olja/vatten-värmeväxlare installeras. Ca 80 % av den tillförda energin kan tillvaratas vid framledningstemperatur 80 C och returtemperatur 70 C. Dessa temperaturer passar för förvärmning av returvatten till panncentraler, tappvarmvattenberedning och förvärmning av spädvatten till ångpannor m m. Vad göra? Identifiera tänkbara värmeåtervinningsobjekt. Värmeåtervinningsobjekten bör vara hållbara över tiden. Gärna ha värmebehov som följer produktionstider. Bra om värmeåtervinningsobjekt har behov året runt. Tillse att returtemperaturen från värmesystemet är tillräckligt låg. ENERGIKOSTNADERNA VIKTIGAST 7

9 NULÄGESANALYS 8 Nulägesanalys Nulägesanalysen är en viktig grund för beslut om nyinvesteringar oberoende av om det gäller att ersätta befintlig utrustning vid oförändrat luftbehov eller om det gäller nyinvesteringar på grund av förändrat luftbehov. Nulägesanalys har till syfte att skapa en bild av var man står idag och därifrån lägga upp sina mål för framtiden. Användare En nulägesanalys av användare bör ha en koppling till olika produktionsavsnitt och kan sedan sammanställt tjäna som rättesnöre för framtida förändringar och/eller ge indikationer på åtgärder. Finna en lämplig nivå och sedan sätta den som standard. En nulägesanalys av användare bör omfatta följande: Under vilka produktionstider behövs tryckluft? Finns det produktionsutrustning som använder luft även utanför ordinarie produktionstid? Vilket är lägsta acceptabla lufttryck? Om behov finnes utanför ordinarie produktionstid, kan lufttrycket sänkas (nattsänkning)? Uppfattning om luftmängd (nm 3 /min). Detta blir oftast en skattning då det kan vara svårt att bedöma sammanlagring av olika förbrukare. Vilken kvalitet erfodras? Använd ISO för att bestämma kvalitetsklass (se tabell 3). Distribution En nulägesanalys av sitt distributionsnät har till huvudsyfte att klarlägga nyttjandet av hela tryckluftsnätet. Ett större tryckluftsnät kan indelas i fyra huvuddelar: Stamledningar som transporterar luften från kompressorcentralen till förbrukningsstället/verkstadsenheten. Distributionsledningar som fördelar luften inom verkstadsenheten. Serviceledningar som matar ut luften från distributionsledningen till användaren/arbetsplatsen. Tryckluftarmatur för anslutning mellan serviceledning och tryckluftsförbrukare. En nulägesanalys av sitt distributionsnät bör klarlägga följande: Används alla delar av tryckluftsnätet? Finns det stamledningar/serviceledningar som idag inte används, så bör dessa inte vara trycksatta. Demonteras. Tabell 3 Tryckluftkvalitet enligt ISO Kvalitets- Föroreningar Föroreningar Vatten Olja Exempel på tillämpning klass partikel- max. konc. max tryckdagg- max. konc. storlek (µm) (mg/m 3 ) punkt ( C) (mg/m 3 ) 1 0,1 0,1-70 0,01 Instrumentluft (och utomhusledning) ,1 Andningsluft ,0 Produktionsluft livsmedelsind ,0 Produktionsluft, instrumentluft, sprutmålning, blästring Produktionsluft, luft-verktyg, motorer kontinuerlig drift Arbetsluft,luftverktyg, motorer intermittent drift

10 Vilken rördimension och vilka eventuella strypningar i form av armatur som finns på nätet? Rördimensionen med hänsyn till tryckfall och flöde. Är nätet ihopkopplat för ringmatning? Ringmatning av tryckluft ger avsevärt lägre tryckfall. Är nätet helsvetsat? Rörnätet bör vara helsvetsat minst fram till serviceledning och varje avstick för serviceledning ska börja med en avstängningsventil. Finns sektioneringsventiler? Om så är fallet vilken typ av ventil, har ventilerna motordrift? Kan tryckluftsnätet sektioneras så att endast begränsade delar behöver hållas trycksatta med tanke på olika avdelningars produktionstider? Finns annan armatur typ kondensavtappare etc? Är dessa nödvändiga och ingår denna typ av armatur i något underhållsschema? (I ett modernt tryckluftsnät behövs normalt inga kondensatavtappare och oljeavskiljare?) Produktion En nulägesanalys av sin tryckluftproduktion har till syfte att ge en bild av hur energieffektivt den arbetar. Viktigast är att skapa sig en bild av tryckluftsflödet. Hur stor del som är läckage, hur stor del som går till användarna och när det går till användarna. Därefter kartlägga hur kompressorerna jobbar och inom vilka tryckintervall. Hur fördelar sig tillförd energi avlast/pålast, finns det någon form av värmeåtervinning och i så fall hur mycket energi återvinns? Hur jobbar kompressorerna och i vilken ordning kommer de in? Har kompressorerna samma drifttider med tanke på service etc? Läs av drifttider på kompressorer, vanligen kan man läsa av totalt antal timmar och timmar pålast. Genom att använda kända data för kompressorerna kan man här igenom få fram flöde. Läs av via manometer helst placerad efter all luftbehandlingsutrustning dock inom kompressorcentralen, högsta respektive lägsta drifttryck. Jämför detta med motsvarande avlästa värden ute i produktion, framförallt under produktionstider när det sker stora uttag, för att få ett begrepp om tryckfall och tryckintervall. Använd samma manometer eller kalibrerade manometrar. Försök att bedöma läckage genom att läsa av drifttidsmätarna under icke produktionstid exempelvis nattetid eller under helger. Genom att använda kända data för kompressorerna kan man här igenom få fram nyckeltal för läckage. Försök skapa dig en uppfattning om i vilken ordning kompressorerna går in respektive ur vid förändrat uttag. Det är absolut inte energieffektivt att ha den största kompressorn liggande på topp och reglera. Läs av el(energi)förbrukningen för kompressorcentralen och om möjligt för respektive kompressor. Genom att använda kända data för kompressorerna kan man här igenom få fram nyckeltal för totalt förbrukad energi per producerad luftmängd (kwh/m 3 ). Gör en dataloggad mätning av luftförbrukning vartannat år. Detta ger en klar och entydig bild över uttagsmönster och läckage. NULÄGESANALYS 9

11 STRATEGISKT TÄNKANDE 10 Strategiskt tänkande vid uppbyggande av kompressorcentral Vid planering av sin kompressorcentral bör man först tänka på placering. Finns det möjlighet att ha luftintag på norrsida för att få så kall luft som möjligt? Är luften förhållandevis ren vid luftintagen? detta kan påverka val av filter vid luftbehandling. Med tanke på värmeåtervinning, finns det värmeåtervinningsobjekt i dess närhet? Återvinning via luft till produktionslokaler eller återvinning via vatten till exempelvis returledning panncentral. Vid behov av reservkompressor bör plats finnas utanför byggnaden för en mobil kompressor. Anslutningspunkt till tryckluftsnätet skall vara före luftbehandling. Kompressorer som avger värme direkt till rummet får ej ställas i kylda lokaler. Val av kompressorer är från start behovsstyrt. Komp 1 Motsvarar aktuellt behov, maximalt två års framförhållning. Backup med extern mobil kompressor. Komp 2 Motsvarar huvudskift alternativt kvällsskift, dock inte större än 60 % av komp1. Denna kompressor skall alltid ligga på topp och reglera efter uttagskurvan. Backup med extern mobil kompressor. Komp 3 Samma kriterier som komp 2 vilket ger att dessa två tillsammans motsvarar komp 1. Komp 4 Skall motsvara antingen komp 1 eller komp 1 + komp 2 eller komp1 + komp2 + komp3 beroende på backupkrav. Här finns möjlighet att lägga in backup upp till ca 100 %. Denna kompressor kommer att ligga som bas och mestadels i pålastläge. Komp 5 Skall motsvara komp 1 eller komp 4. När det är fler än två kompressorer som jobbar tillsammans eller när kompressorerna har olika storlek så krävs elektronisk styrning som tillser att den mest ekonomiska kompressorn ligger på topp. För luftbehandling väljs kyltork i första hand och dimensioneras med framförhållning mer än två år. Utgående tryckluftstammar dimensioneras rikligt med hänsyn till framtida utbyggnadsmöjligheter. Rörvolymen är en del av ackumuleringsvolymen. Figur 4 Uppbyggnad av kompressorer blir i princip enligt figur 4 Behov Skede 1 Skede 2 Skede 3 Skede 4

12 Tryckluft med hänsyn till LCC När tryckluftsbehovet har definierats och en projektering av tryckluftsutrustning har genomförts återstår att handla upp den utrustning som skall anskaffas. Ett förfrågningsunderlag utarbetas och utskickas sedan till aktuella offertgivare. De offerter som infordras kommer att vara baserade på uppgifter från både beställare och leverantör. I kapitel 5 redogörs för de olika uppgifter som bör ingå i en offert. Tabell 4 Exempel på Nusummefaktor från Programkrav Kylkompressorer Hur beräknas LCC? De tre viktigaste komponenterna att ta hänsyn till är: investeringskostnaderna för tryckluftsystem energikostnader under tryckluftsutrustningens livslängd underhållskostnader (inklusive stilleståndskostnader) under tryckluftsutrustningens livslängd Inkomna offerter skall sedan värderas. Som tidigare påpekats (se figur 1) är energikostnaderna under framförallt tryckluftskompressorernas livslängd i regel mycket större än investeringskostnaden. Genom att göra den ekonomiska värderingen av offerter med hjälp av beräknad livscykelkostnad (LCC) för exempelvis den aktuella kompressordriften kan de totala kostnaderna under kompressordriftens livslängd läggas till grund för valet av leverantör. Tabell 1. Nusummefaktorn I vid olika räntenivå och ekonomisk livslängd År 4% 6% 8% 10% 12% 15% 20% 2 1,89 1,83 1,78 1,74 1,69 1,63 1,53 3 2,78 2,67 2,58 2,49 2,40 2,28 2,11 4 3,63 3,47 3,31 3,17 3,04 2,85 2,59 5 4,45 4,21 3,99 3,79 3,60 3,35 2,99 TRYCKLUFT MED HÄNSYN TILL LCC 11 Energikostnader och underhållskostnader kan givetvis variera under årens lopp. Det är mycket svårt att förutsäga hur stora dessa variationer kommer att bli. För enkelhetens skull görs antagandet att kostnaderna för drift och underhåll är lika stora varje år. För att kunna jämföra energi- och underhållskostnader under tryckluftsutrustningens livslängd, kanske 15 år, med investeringskostnader som uppstår första året måste de löpande energi- och underhållskostnaderna räknas om till i dag med hjälp av den s k nusummefaktorn, I. I tabell 1 redovisas värdet på I för ett antal olika värden på livslängd och räntenivå. Formeln för att beräkna LCC är: LCC = investering + (årlig energikostnad + årlig underhållskostnad) x I Nusummefaktorn I bestäms av utrustningens ekonomiska livslängd n (år) och av räntenivån r (%). Den reala kalkylräntan r = nominella räntan - inflation - förväntad energiprishöjning. 6 5,24 4,92 4,62 4,36 4,11 3,78 3,33 7 6,00 5,58 5,21 4,87 4,56 4,16 3,60 8 6,73 6,21 5,75 5,33 4,97 4,49 3,84 9 7,44 6,80 6,25 5,76 5,33 4,77 4, ,11 7,36 6,71 6,14 5,65 5,02 4, ,39 8,38 7,54 6,81 6,19 5,42 4, ,12 9,71 8,56 7,61 6,81 5,85 4, ,59 11,47 9,82 8,51 7,47 6,26 4,87 Anm: Beräkning av LCC kan även göras med hänsyn tagen till årliga förändringar av energipriser m m. Principerna för genomförande av mer kompletta LCC-kalkyler framgår av ENEU 94, kapitel 6 samt bilagor.

13 TRYCKLUFT MED HÄNSYN TILL LCC Hur beräknas LCC? De viktigaste komponenterna att ta hänsyn till är: Investeringskostnader för tryckluftsutrustning Energikostnader under tryckluftsutrustningens livstid Underhållskostnader (inklusive stilleståndstid) under tryckluftsutrustningens livslängd Värmeåtervinningsintäkt under tryckluftsutrustningens livslängd Hur gör man en LCC beräkning? Följande exempel visar på hur en LCC beräkning kan genomföras. Exempel Electrolux i Mariestad behövde förnya sin maskinpark avseende kompressorer och luftbehandlingsutrustning. Tryckluftsflödet loggades med datalogger och den insamlade datamängden behandlades och presenterades i diagramform dels som en uttagskurva över en vecka och dels som en varaktighetskurva (varaktighetsdiagram visar uttagen luftmängd per avläsningsperiod sorterad från den högsta till den lägsta) över en veckas produktionstimmar. Med detta material som underlag prövades sedan olika sammansättningar av kompressorer för att finna den mest energieffektiva sammansättningen. Genom att lägga in kompressorernas flödeskapacitet i varaktighetsdiagrammet kunde sedan respektive kompressors drifttid för på- och avlast bedömas. Uppgifterna sammanställdes sedan enligt tabell 5 och LCC beräknades enligt tabell 6. Följande uppgifter från leverantörsofferter användes för att beräkna en LCC kostnad: Kompressorkapacitet m 3 /min (fri avgiven luftmängd enligt Cagi 1 ) Energibehov pålast kwh/m 3 (energieffektivitet vid ett bestämt sluttryck) Energibehov avlast kwh/m 3 Underhållskostnad/kompressor h investeringkostnader Återvinningsbar del från oljekylare pålast Återvinningsbar del från oljekylare avlast 12 Tabell 5 Energi Energi Energi Procent Energi/m 3 Energi/m 3 pålast avlast totalt drifttid pålast * totalt ** kwh/år kwh/år kwh/år pålast % kwh/m 3 kwh/m 3 Torkutrustning Kompressor Summa ,095 0,098 * Nyckeltal som visar hur energieffektiva kompressorer och övrig utrustning är. ** Nyckeltal som visar hur energioptimalt kompressorer och utrustning nyttjas. Övriga uppgifter: Investeringsbelopp: kr (varav avser värmeåtervinningsutrustning) Underhållskostnader: kr/år Energikostnad: 0,25 kr/kwh Värmeåtervinning: 70 % av tillförd Nusummefaktor: 15 år, 4 % (I=11,12) -faktor för värmeåtervinning: 0,5 (reduktionsfaktor)

14 Tabell 6 Energi kostnad kr/år värmeåtervinningsintäkt kr/år pålast kompressorer avlast kompressorer tork Summa Cagi = Compressed Air And Gas Institute, Inc.( I skriften CAGI-PNEUROP PN2CPTC2 anges standard för hur kapacitet och energieffektivitet skall definieras för eldrivna enhetskompressorer LCC = investeringskostnad + ((underhållskostnad + nettoenergikostnad) x I) Netto energikostnad med värmeåtervinning: = kr LCC = (( ) x 11,12) = Nusummefaktorn beräknas enligt följande. I = [1 (1 + 0,01 x r) n ]/(0,01 x r) TRYCKLUFT MED HÄNSYN TILL LCC 13

15 PROGRAMKRAV Programkrav Användare Tillgänglig tryckluftkvalitet i anslutningsledning: Lägsta tryck i anslutningsledning:... bar(6,0 bar(e) om ej annat anges) Högsta tryck i anslutningsledning:... bar(6,5 bar(e) om ej annat anges) Tryckluftens kvalitetsklass enligt ISO : *... (klass 5 om ej annat anges) Om specifika krav ställs på föroreningar enligt ISO * ange klass här:... Om specifika krav ställs på vatten enligt ISO * ange klass här:... Om specifika krav ställs på olja enligt ISO * ange klass här:... Sammanlagrat erforderligt flöde under produktionstid:... m 3 /min (exkl läckage) Sammanlagrat erforderligt flöde under icke produktionstid:... m 3 /min (exkl läckage) Kan alternativ teknik användas istället för tryckluftdriven utrustning? Effektiviteten för en tryckluftdriven utrustning är låg, <15 %. Se vidare kapitel 7 Alternativ Teknik 14 Följande krav skall gälla: 1 Tryckfall i serviceenhet med slang får ej överstiga 0,4 bar vid dimensionerande flöde. 2 Maskiner och verktyg dimensioneras för ett tryck vid förbrukningsstället motsvarande lägstatryck i anslutningsledning minus tryckfall i serviceenhet med slang. 3 Slangar, kopplingar och serviceenheter skall vara täta. Använd slangar och kopplingar av hög kvalitet. Byt ut skadade komponenter. 4 Enskild utrustning som anslutes till tryckluftsnätet skall ha automatisk avstängningsventil på ledning för tryckförsörjning under förutsättning att utrustningen har minst 5 st tryckluftsanslutna komponenter eller uttag. Gäller om nätet är trycksatt när maskin eller verktyg ej användes. 5 Avstängningsventil skall stänga då utrustningen inte behöver någon tryckluftsförsörjning. Gäller om nätet är trycksatt när maskin eller verktyg ej används. 6 Erfordras ställvis högre luftkvalitet än ovan angiven skall i första hand lokal tilläggsbehandling tillgripas. Definiera luftkvalitet enligt ISO Specificera verktyg för mindre än eller lika med 6 bar(e), ställ krav på verktyg och maskiner. Beakta tryckfall i serviceenhet och slang. *Se tabell 3

16 Distribution Erforderlig tryckluftkvalitet i anslutningsledningar: Lägsta tryck i anslutningsledning: Högsta tryck i anslutningsledning: Tryckluftens kvalitetsklass enligt ISO : *... bar (6,0 bar(e) om ej annat anges)... bar (6,5 bar(e) om ej annat anges)...(klass 5 om ej annat anges) Om specifika krav ställs på föroreningar enligt ISO * ange klass här:... Om specifika krav ställs på vatten enligt ISO * ange klass här:... PROGRAMKRAV Om specifika krav ställs på olja enligt ISO * ange klass här:... Erforderligt tryck och flöde i utgående huvudledning vid tryckluftscentral eller motsvarande: Lägsta tryck i utgående huvudledning:... bar(6,1 bar(e) om ej annat anges) Högsta tryck i utgående huvudledning: Max erforderligt flöde:... bar(6,5 bar(e) om ej annat anges)... m 3 /min fri luft (exkl läckage) Läckage:... m 3 /min fri luft (fördelas på deluttagen) Framtida reserv:... m 3 /min fri luft (lägges på anvisad plats i nätet) Summa momentant flöde:... m 3 /min fri luft Följande krav skall gälla: 1 Rörsystem för tryckluft utformas om möjligt som ringmatningssystem och skall dimensioneras för maximalt 0,1 bar tryckfall mellan utgående ledning från tryckluftscentral och längst bort belägna tryckluftsuttag. 2 Max tillåtet tryckfall får fördela sig enligt följande: Stamledning: 0,03 bar Distributionsledning: 0,03 bar Serviceledning: 0,04 bar 3 Rörsystemet utförs med svetsade skarvar och insvetsad armatur så långt som möjligt och helst med ringmatning. 4 Rörsystemet skall vara fritt från läckage. 5 Rörsystemet bör sektioneras med hänsyn till servicemöjlighet och de olika fabriksdelarnas luftbehov. Exempelvis separat matning till del som behöver luft under tider då övriga fabriken står stilla. 6 Uttagspunkter från distributionsnätet (stålrörsnätet) förses med avstängningsventiler som med fördel kan manövreras automatiskt. Exempelvis en kulventil med långsamtgående elektriska ställdon som kopplas till maskinlinjens manöverkrets eller huvudbelysning. 7 I uttagspunkter med kortvarigt höga flöden skall inplacering av lokalaluftbehållare övervägas. Dimensioneras med avseende på uttagsprofil. Lokala topplastkompressorer skall undvikas. 8 Distributionssystem med högre trycknivå än 7 bar bör undvikas. Behövs små mängder med högre tryckbehov bör separat kompressor användas. 9 Stamledningsnätet dimensioneras rikligt med hänsyn till maximal utbyggnad i fabrik och eventuella nyutbyggnader. 15 *Se tabell 3

17 PROGRAMKRAV Produktion Erforderligt dimensionerande tryck, flöde och kvalitet i utgående huvudledning vid tryckluftscentral eller motsvarande: Min tryck i utgående huvudledning:... bar (6,1 bar(e) om ej annat anges) Max tryck i utgående huvudledning:... bar(6,5 bar(e) om ej annat anges) Max erforderligt flöde:... m 3 /min fri luft (exkl läckage) Läckage:... m 3 /min fri luft (fördelas på deluttagen) Framtida reserv:... m 3 /min fri luft Dimensionerande flöde: m 3 /min fri luft (ev. flöde för adsorptionstork ingår ej 2 ) Tryckluftens kvalitetsklass enligt ISO : *... (klass 5 om ej annat anges) Om specifika krav ställs på föroreningar enligt ISO * ange klass här:... Om specifika krav ställs på vatten enligt ISO * ange klass här:... Om specifika krav ställs på olja enligt ISO * ange klass här: Följande krav skall gälla: 1 Specifikt energibehov som årsmedelvärde för produktion och behandling av luft får ej överstiga 0,11 kwh/m 3 fri luft. Definition enligt CAGI- Pneurop/PN2CPTC2 3. Förbrukning hos tork och eventuellt separat efterkylare skall ingå. Min tryck i utgående huvudledning samt övriga kvalitetskrav enligt ovan. 2 Max tryckfall över tork skall inte överstiga 0,35 bar. 3 Max tryckfall över respektive filter skall inte överstiga 0,1 bar. 4 Max tryckfall över eventuell separat efterkylare med vattenavskiljare skall inte överstiga 0,2 bar (tryckluftsida). 5 Max utgående trycklufttemp efter efterkylare skall inte överstiga 10 grader över kylmedlets temperatur. 6 Eventuell adsorptionstork skall ej användas om annan mindre energikrävande avfuktningsmetod kan användas. 7 Eventuell adsorptionstork skall vara försedd med daggpunktsstyrning. 8 Anläggning med flera kompressorer skall vara försedd med elektronisk styrutrustning för optimal styrning/val av kompressorer. 9 Trycknivån i systemet bör anpassas automatiskt till rådande behov och minst hållas inom +/- 0,2 bar på utgående ledning från kompressorcentral. Möjlighet bör finnas för nattsänkning. 10 Anläggningen skall vara försedd med kwhmätare för tillförd el till kompressorer och övrig hjälputrustning. 11 Respektive kompressor skall vara försedda med drifttidmätare för total drifttid och pålastad tid. 12 I det överordnade styrsystemet, alt i resp kompressor, bör luftproduktionen, m 3, kunna beräknas jämte energiförbrukning, kwh, och specifik förbrukning kwh/m 3. Utöver det ackumulerade värdet för respektive enhet bör det rullande veckovärdet kunna avläsas för de tre enheterna kwh/vecka, m 3 /vecka och kwh/m 3. *Se tabell 3 2 Notera att en adsorptionstork förbrukar tryckluft vilket ibland tolkas som läckage. Vid val av kompressorer måste adsorptionstorkens behov adderas till fabrikens dimensionerande flöde. 3 Cagi = Compressed Air And Gas Institute, Inc.( I skriften CAGI-PNEUROP PN2CPTC2 anges standard för hur kapacitet och energieffektivitet skall definieras för eldrivna enhetskompressorer.

18 13 Dellastverkningsgraden för respektive kompressorenhet i kwh/m 3 skall anges i kurvform för hela arbetsområdet. 14 Samtlig utrustning inkl övervakningsutrustning som placeras i kompressorcentralen skall minst ha skyddsklass IP Underhållsintervall och aktuella åtgärder skall specificeras (riktvärde h). Beräknad stopptid och kostnad vid varje underhållstillfälle anges. 16 Serviceintervall och aktuella åtgärder anges (exempelvis filterbyten, oljebyten etc). Årlig drift och underhållskostnad samt kostnad för smörjmedel, filter och övrig förbrukning skall anges. 17 En samordnad funktionsprovning skall utföras. Prestanda enligt ENEU 94 bilaga B3, blankett B:R-3 och B:R-3VÅV utfall vid provning. (Som ett enklare alternativ kan man begära att kompressorerna levereras med uppmätningsprotokoll från fabrik som anger energieffektivitet kwh/m 3 och angivande av toleranser för att innehålla garanti.) 18 Garantitid 2 år. 19 Elmotorer bör vara av högverkningsgrad typ. 20 Strömkurva och spänningskurva mot elnätet skall vara så sinusformad som möjlig. Halten övertoner skall anges. 21 Anläggningen skall vara förberedd för vätskeburen värmeåtervinning. Utgående vattentemp min 70 grader från mellankylare/oljekylare. Kylmedelsflödet begränsas vid dellast så att kylmedelstemperaturen inte understiger 60 grader. Utgående temperatur från efterkylare anges. 22 Kompressorer placeras på sådant sätt att kylluft och insugningsluft är så ren och sval som möjligt. 23 Anläggningens drifttillgänglighet skall vara 98 % inkl auktoriserad service. 24 Mätutgång från respektive levererad kompressor och kyltork, till bef styr och övervakningsdator med: energi (kwh) och drifttid (av-/ pålast). 25 Reglering av kompressorer bör vara antingen pålast/avlast eller varvtalsstyrning. Utvärdering Utvärdering kommer att ske med hänsyn till livscykelkostnad enligt ENEU94 där LCC e dämpningsfaktorn a=1,0 för elanvändningen. För besparing från värmeåtervinning sätts a=0,5. Årlig kostnad = Kostnad el x 1,0 0,5 x Intäkt våv Eget material inför en upphandling Förbrukning redovisad över tid i diagramform gärna med varje dag inkl helger inplottade som kurvor. Krav på tryckluftskvalitet enligt ISO * Krav på tillgänglighet (eventuell reservkapacitet). Företagets egna standard/krav för installationer. PROGRAMKRAV 17 *Se tabell 3

19 ALTERNATIV TEKNIK 18 Alternativ teknik Ett flertal tryckluftstillämpningar kan också utföras med annan teknik. Exempel är högtrycksfläktar för kylning och eldrivna handverktyg. Handverktyg Vinkelslipar, mutterdragare och borrmaskiner för produktionsändamål drivs ofta med tryckluft. För att få en mekanisk effekt av 1 kw i handverktyget går det åt ca 7 kw kompressoreffekt eller med andra ord, verkningsgraden är %. Eldrivna verktyg har betydligt högre verkningsgrad, åtminstone 50 %. När det gäller eldrivna handverktyg så finns det tre olika typer av maskiner: Universalmaskiner Trefasmaskiner Högfrekvensmaskiner Universalmaskiner Dessa maskiner är lätta att ansluta, kräver bara ett vanligt eluttag (220V). Nackdelen är dess vikt i förhållande till effekt och dess varvtalsminskning vid belastning. Trefasmaskiner Trefasmotorn är driftsäker, tål överbelastningar, men dess konstanta varvtal (3000 rpm) kräver mekaniska växlar om annat varvtal önskas t ex vinkelslip. Handverktygen får därigenom relativt hög vikt i förhållande till effekt. Högfrekvensverktyg Moderna elverktyg med högfrekvensdrift är inte nämnvärt tyngre eller mer svårarbetade än motsvarande för tryckluft och är således ofta ett likvärdigt alternativ. Högfrekvensdrift innebär att nätspänningen omformas till frekvensen 200 Hz eller 300 Hz. Därigenom kan man minska storleken hos asynkronmotorn och ändå få ut samma effekt med ett högre varvtal rpm vid 200 Hz och rpm vid 300 Hz. Önskas annat varvtal krävs mekaniska växlar. Kräver ett separat eldistributionsnät för högfrekvensdrift. På marknaden finns även mutterdragare för högfrekvensdrift med egen omformare som anslutes direkt till eluttag (230V). Dessa verktyg avger hög effekt trots låg vikt. Med hjälp av styrelektroniken kan åtdragningsförloppet regleras mycket noggrant. Andra tillämpningar Kylning Det är enkelt att kyla exempelvis motorer med tryckluft, men det är i längden ett tämligen oekonomiskt sätt att lösa problemet på. En extra fläkt kan i de flesta fall lösa problemet utan att man behöver tillgripa tryckluft. Renblåsning Om man behöver tryckluft för renblåsning bör man använda speciellt utformade munstycken som kan dra nytta av s k ejektorverkan (förmåga att dra med luften som omger munstycket). Jämfört med konventionella munstycken kan luftanvändningen reduceras upp till 50 %.

20 Jämförelse elverktyg och tryckluftsverktyg En jämförelse mellan motsvarande verktyg drivna med tryckluft respektive el. I listpris ingår ej kostnad för tryckluftanläggning eller omformaranläggning. Tryckluft El HF (300 Hz) EL Universal 220 V Vinkelslipmaskin Ø 180 Atlas Copco Bosch Bosch Beteckning LSV50 S HWS 77/180 GWS Varvtal 7700 r/min 8600 r/min 8500 r/min Förbrukning 31 l/s vid maxeff 1,45 kw nom 1 2,5 kw Avverkande effekt 1,2 kw max 1,05 kw nom 1 1,75 kw Kräver eleffekt 12,5 kw 1,6 kw till omform. 2,5 kw till kompressor (nom 1 ) Vikt 3,3 kg 4,3 kg 4,9 kg Listpris ) kr kr kr Skruvdragare M4 Atlas Copco Bosch Bosch Beteckning LUM21 PR14-P HSR 44-A GSR 6-25 TE Momentområde 0,5 2,4 Nm 0,9 3,0 Nm Uppgift saknas Varvtal 1400 r/min 1260 r/min 1700 r/min Förbrukning 4 l/s 125 W nom W Avverkande effekt Uppgift saknas 65 W nom W Kräver eleffekt 1,6 kw 0,14 kw 0,5 kw till kompressor till omformare (nom 1 ) Vikt 0,7 kg 0,8 kg 1,5 kg Listpris ) kr kr kr ALTERNATIV TEKNIK 19 1 Elverktygen kan kortvarigt överbelastas upp till 2,5 ggr. 2 I listpris ingår ej kostnad för tryckluftanläggning eller omformaranläggning.

21 EGNA ANTECKNINGAR Egna anteckningar 20

22 PROGRAMKRAV TRYCKLUFT Elanvändningen för tryckluft inom industrin uppgår till ca 1,7 TWh/år. Här finns en stor effektiviseringspotential, både för det enskilda företaget och för samhället i stort. Utrustning som nyttjar tryckluft är enkla till sin konstruktion och relativt prisbilliga jämfört med alternativ teknik. Däremot är kostnaden för produktion och distribution av tryckluft hög både beträffande investeringskostnad och driftkostnad. Vid framtagandet av dessa programkrav har tryckluftsystemet brutits ned i tre huvuddelar: användning, distribution och produktion. Vid effektivisering av en tryckluftanläggning är det väsentligt att inte endast studera produktionen av tryckluft med dess kompressorer utan hela kedjan. Upp till 70 % av livscykelkostnaden för en tryckluftkompressor är elkostnader. Dessa framtida kostnader bör vägas in vid investeringstillfället. I skriften finns exempel på hur livscykelkostnaden kan användas vid jämförelse av olika investeringsalternativ. Skriften vänder sig till såväl köpare som leverantörer med specificering av krav i såväl förfrågningsunderlag som offert. Energimyndigheten har även givit ut programkrav för kontor, skolor, vårdlokaler, verkstadsindustrin, flerbostadshus och sporthallar. Med programkraven vill Energimyndigheten förmedla en helhetssyn för att uppnå bra och energieffektiv tryckluft. Skrifterna kostar 50:- styck. Energimyndigheten, Box 310, Eskilstuna Tel Statens Energimyndighet, ET 66:1999/ Form: Ordförrådet, Tryck: Alfa Print, Sundbyberg. Foto: Annette Andersson/Vetenskapsjournalisterna.