کاهش مصرف انرژی پمپ آب

امروزه پمپ ها تقریبا در تمام ابعاد زندگی مدرن جای خود را باز کرده اند. از پمپ برای جابجا کردن مایعاتی مثل آب و همچنین گازها استفاده می شود. پمپ ها در صنعت و تجارت، خانه ها و ادارات به نوعی وجود دارند. در واقع پمپ آب یا انواع دیگر پمپ، یکی از اجزای کلیدی در جهت تامین آسایش در ساختمان، آپارتمان، ویلا و خانه محسوب می شوند. پمپ آب، وظیفه دارد آب تصفیه شده ی شهری را تحویل بگیرد و توزیع کند و در عین حال پسماندها و آلودگی ها را برطرف کند. پمپ آب در بیشتر صنایع حضور گسترده ای دارد. می توان گفت دنیا به نوعی به وجود پمپ آب وابسته است. البته برخی از انواع پمپ به شدت باعث هدررفت انرژی می شوند و میزان زیادی کربن از خود به جا می گذارند. این در حالی است که پمپ ها لااقل 10 درصد از برق دنیا را مصرف می کنند در حالی که بیشتر برق مصرفی هنوز از سوخت فسیلی تولید می شود.

همان طور که گفته شد، امروزه پمپ ها حدود 10 درصد از برق دنیا را مصرف می کنند. دو سوم پمپ ها بیش از 60 درصد انرژی اضافی مصرف می کنند. اگر تمام صنایع و شرکت ها به استفاده از سیستم پمپ با بهره وری بالا روی بیاورند، حدود 4 درصد از کل مصرف برق صرفه جویی می شود.

مبحث صرفه جویی در انرژی آنقدر گسترده است که گاه سخت می توان فهمید از کجا باید آن را آغاز کرد.

دلایل مختلفی وجود دارد که شما بخواهید تا حد امکان در مصرف انرژی صرفه جویی کنید. درست است که صرفه جویی در انرژی به معنی صرفه جویی در هزینه می باشد اما سهم عمده ای در بهبود محیط پیرامون مان هم دارد.

طیق آمار 80 درصد پمپ ها را پمپ های سانتریفیوژی تشکیل می دهند. یک واقعیت پذیرفته شده در مورد پمپ های سانتریفیوژی این است که 20 تا 30 درصد این پمپ ها ظرفیت اضافی دارند. بر اساس محاسبات انجام شده، انرژی که پمپ های در حال کار در کشورهای اروپای شرقی هدر می دهند سالانه 46 تراوات  در ساعت است. این به چه معناست؟ بزرگترین نیروگاه هلند، “امسنترال”، ظرفیت تولید 2400 مگاوات انرژی را دارد. حتی اگر این نیروگاه هر 365 روز سال به طور 24 ساعت با بالاترین ظرفیت خود کار کند، کل تولید برق آن، سالانه از 21 تراوات در ساعت تجاوز نمی کند. بنابراین معادل بیش از دو یا چند نیروگاه کوچکتر که به طور مداوم کار کنند نیاز است تا مصرف آن با انرژی هدر شده توسط پمپ ها در اروپا برابر شود.

 

چند واقعیت درباره ی مصرف انرژی پمپ ها

  1. امروزه پمپ ها 10 درصد از کل انرژی دنیا را مصرف می کنند.
  2. روزی نیست که در آن از پمپ استفاده نشود.
  3. روی آوردن به پمپ های با بهر وری انرژی بالا، معادل صرفه جویی در مصرف برق یک میلیارد آدم است.
  4. دو سوم پمپ ها باعث هدررفت انرژی می شوند.
  5. در صنایع شیمیایی، تعداد پمپ های نصب شده از تعداد پمپ هایی که کار می کنند بیشتر است.
  6. امروزه ساختمان ها 40 درصد از انرژی دنیا را مصرف می کنند.
  7. به طور متوسط، بهینه سازی پمپ، بین 1 تا 5 سال شما را از نظر زمانی پیش می اندازد.
  8. بیش از 20 درصد کل انرژی که موتورها مصرف می کنند برای پمپ ها استفاده می شود.

 

 

نقش سازندگان پمپ

اروپاییان، به عنوان یک مسوولیت اجتماعی، توجه زیادی به صرفه جویی در پمپ ها دارند. البته سازندگان پمپ، تمام تلاششان را می کنند که پمپ های جدید را با بیشترن میزان بهره وری تولید کنند. اما در خیلی از موارد این گونه است که بیشترین صرفه جویی در انرژی می تواند تنها با بهبود در اصول طراحی نصب انجام شود. پس موضوعی که امروزه مطرح است، موضوع بهره وری است.

 

از کجا شروع کنیم؟

وقتی که ما می خواهیم مایعی را جابجا کنیم  یا وقتی می خواهیم گرما را با استفاده از گردش آب یا روغن از طریق سیستم سرمایشی یا گرمایشی منتقل کنیم، پمپ ها معمولا با افزایش فشار باعث جاری شدن مایعات در لوله ها می شوند.

البته هر محصولی که استفاده می کنیم باید منطبق بر نیازهایمان باشد. پمپ آب نباید خیلی کوچک یا خیلی بزرگ باشد. متاسفانه، اتفاقی که اغلب می افتد این است که پمپ آبی که انتخاب می کنیم، بزرگتر از آنچه نیاز داریم می باشد و ما فقط بخشی از آن را استفاده می کنیم; در نتیجه انرژی غیر ضروری زیادی مصرف می شود. بنابراین از مهم ترین مسایلی که باید رعایت کنیم این است که تا جایی که امکان دارد، هدفمان از استفاده ی یک پمپ آب و همچنین مقدار نیاز روزانه مان به آن را مشخص کنیم. وقتی این مساله را مشخص کنیم، می توانیم به نوعی در طراحی نهایی پمپ آب سهیم باشیم.

برای طراحی یک پمپ آب عمدتا دو فاکتور مهم لحاظ می شود: ظرفیت و ارتفاع دیفرانسیل. معمولا تشخیص ظرفیت در طراحی پمپ آب، کار مشکلی نیست. اما در مورد ارتفاع دیفرانسیل کار به این سادگی نیست. زیرا ارتفاع دیفرانسیل به فاکتورهای بسیاری بستگی دارد. بخشی از ارتفاع دیفرانسیل موردنیاز برمی گردد به فشارسنج و اختلاف عمودی در ارتفاعی که می خواهید پل بزنید. از طرفی به میزان کاهش اصطکاک در پمپ آب هم بستگی دارد. زیرا کاهش اصطکاک در پمپ آب مساله ی بسیار مهمی است.

مصرف انرژی پمپ آب

ارتفاع دیفرانسیلی که پمپ آب باید پل بزند، بدون درنظر گرفتن از دست دادن جریان در سیستم، از فشارسنج و اختلاف عمودی در ارتفاع تشکیل می شود. یک پمپ آب باید همیشه بتواند اختلاف بین فشار کم قسمت مکش (ps) و فشار بالای قسمت تخلیه (pd) را پل بزند.

هنگام پمپاژ کردن یک مقدار مشخص، اگر ظرفیت پمپ آب را در نظر نگیریم، باید دانست که همیشه مقدار انرژی معینی مصرف می شود. مثال:

ما می خواهیم با اختلاف فشار 1 بار 100 متر مکعب آب را پمپاژ کنیم. اگر ظرفیت پمپ 100 متر مکعب در ساعت باشد، پمپ به مدت یک ساعت کار می کند و قابلیت جذب 4 کیلووات برق را خواهد داشت. بنابراین در مجموع 4 کیلووات برق مصرف می کند. اما اگر پمپ آب، تنها 50 متر مکعب ظرفیت داشته باشد، جذب برق آن فقط 2 کیلووات خواهد بود. بنابراین در هر ساعتی که پمپ آب کار می کند فقط 2 کیلووات برق مصرف می کند. اگر همین پمپ آب بخواهد 100 متر مکعب پمپاژ کند، باید دو ساعت تمام کار کند و مجموع برقی که مصرف می شود، بدون در نظر گرفتن ظرفیت پمپ، همواره همان 4 کیلووات می ماند.

کاهش مصرف انرژی پمپ آب

برای کاهش مصرف انرژی پمپ آب همواره باید این اهداف را در نظر داشته باشیم:

  • ظرفیت پمپ آب تا آنجا که امکان دارد پایین باشد.
  • فشار دیفرانسیلی پمپ آب تا حد ممکن کم باشد.
  • نرخ بهره وری پمپ آب، قدرت انتقال و عملکرد آن بالاترین میزان خود باشد.

 

ظرفیت پمپ

ظرفیت پمپ آب انتخاب شده، هرگز نباید بدون دلیل زیاد باشد. همانطور که در مثال بالا مشاهده شد، انتخاب پمپ آب برای جابجایی مقدار معینی آب، تاثیری روی مصرف انرژی ندارد. اگرچه در پمپ آب هایی که ظرفیت کمتری دارند، قدرت موتور پمپ هم کمتر است و پمپ آب باید مدت زمان بیشتری کار کند. بنابراین مصرف انرژی در نهایت به همان اندازه است. البته کاهش ظرفیت پمپ آب در سیستم های بسته مانند سیستم گرمایشی و سرمایشی بسیار مهم است. وقتی مقدار مایع کمتری با اختلاف دمای بیشتری در سیستم به گردش درمی آید، انرژی کمتری نیز مورد نیاز است. به علاوه، این سیستم های گردشی مدت زمان کارشان هم طولانی تر است. بنابراین فقط با انتخاب پمپ آب کم ظرفیت، می توان ساعت های باارزش زیادی در مصرف انرژی صرفه جویی کرد.

 

فشار دیفرانسیلی پمپ آب

با فشار یکسان بر هر دو مخزن (مکش و تخلیه) هیچ اختلاف فشاری برای پمپ آب نمی ماند که بخواهد آن را برطرف کند. در واقع این مساله به این علت است که ما معمولا در فشار جوی، با مخزن باز کار می کنیم. در چنین مواردی باید اطمینان حاصل کنید که هوا در هر دو مخزن، آزادانه حرکت کند و از دریچه های باز وارد و خارج شود. اگر محل عبور کوچک باشد، فشار بسیار پایینی در مخزن مکش و فشار بسیار بالای در مخزن تخلیه همچنان می تواند ایجاد شود. این مساله به طور بالقوه خطرناک است و از نظر مصرف انرژی هم مطلوب نیست.

 

بهره وری پمپ آب

برای بالا بردن نرخ بهره وری پمپ، قبل از هر چیز باید هدفتان از استفاده ی پمپ آب را مشخص کنید. نرخ بهره وری و عملکرد پمپ باید تا جایی که امکان دارد بالا باشد. این یک راه حل ساده به نظر می رسد اما در عمل ممکن است انتخاب یک پمپ آب خوب سخت باشد. بهره وری المان های انتقال مانند کوپلینگ منعطف و تسمه (بدون در نظر گرفتن ماده ی انتقالی) همواره بالا بوده است; هرچند وقتی به الکترو موتورها و پمپ های آب می رسیم، این امر پیچیده می شود. برای صرفه جویی در انرژی شما قطعا می خواهید پمپ و یا الکترو موتوری خریداری کنید که نرخ بهره وری بالایی داشته باشد. اما این مساله به شدت به ماده ای که انتقال می یابد بستگی دارد. علاوه بر انتخاب دقیق پمپ، بسیار مهم است که پمپ و درایوی را انتخاب کنید که برای همان کاری که می خواهید طراحی شده باشد. این امر زمانی محقق می شود که نتیجه را در موقعیت های مختلف بسنجید.

نتیجه گیری

برای طراحی یک سیستم با بهره وری بالا، لازم است که ابتدا تعیین کنید که چه می خواهید. وقتی حجم مشخصی را پمپاژ می کنید، انتخاب ظرفیت پمپ آب، تفاوت چندانی در مصرف انرژی آب ایجاد نمی کند; اگرچه پمپ آب هایی که ظرفیت کمتری دارند، در هر ساعت انرژی کمتری مصرف می کنند. این به این معناست که پمپ آبی که ظرفیت کمتری دارد برای پمپاژ مقداری معادل با پمپ آب ظرفیت بالاتر، باید زمان طولانی تری کار کند. اما در مورد سیرکوله کردن سیستم ها ممکن است که با انتخاب پمپ آب کوچکتر و با ظرفیت کمتر، مصرف انرژی کاهش یابد.

برای کاهش مصرف انرژی همچنین مهم است که پمپ آب به گونه ای طراحی شود که اختلاف فشار در آن تا حد ممکن کم باشد. فراموش نکنید که برای اختلاف فشار 1 بار،  باید  4 کیلووات در ساعت برای هر 100 متر مکعب مایع انرژی مصرف کرد. بنابراین اگر بتوان اختلاف فشار را کمتر از 0.5 بار نگه داشت، می توان مصرف انرژی را 50 درصد (2 کیلووات) کاهش داد.