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Die schwerwiegenden Ungenauigkeiten in der Kompressoreffizienzbewertung

Gegenwärtig werden Null-Stunden-Daten, die CAGI * verifiziert sind, üblicherweise verwendet, um die Lebenszykluskosten (LCC) eines Luftkompressors zu berechnen. Diese Zahlen gehen jedoch davon aus, dass der Wirkungsgrad eines Verdichters unabhängig davon, wie lange er verbraucht wurde, konstant bleibt. In der Realität ändert sich die spezifische Energie eines Kompressors - ein Maß seines Energieverbrauchs - im Laufe der Zeit.

Andy Jones, Managing Director bei Mattei, erklärt, wie sich dies signifikant auf den Entscheidungsprozess auswirkt, wenn verschiedene Optionen verglichen werden und bewertet wird, ob in eine Ausrüstung investiert werden soll.

Andy Jones

Andy Jones - Geschäftsführer, Mattei

Die jüngste "Clean Growth Strategy" der Regierung legte ihre Vorschläge zur Dekarbonisierung der britischen Wirtschaft in der Zukunft dar und erhöhte gleichzeitig das nationale Einkommen des Landes.

In Anerkennung der Tatsache, dass 25% der CO2-Emissionen von Unternehmen und Industrie generiert werden, hat die Regierung versprochen, ein Maßnahmenpaket zu entwickeln, um Unternehmen bei der Verbesserung ihrer Energieproduktivität um mindestens 20% von 2030 zu unterstützen und mit sieben der meisten Energieträger zu arbeiten intensive Industriesektoren über gemeinsame Energieeffizienzpläne.

Wie kommen Kompressoren dazu? Laut einem 2016-Papier über das Energiesparpotenzial bestehender Luftkompressoren macht der Stromverbrauch des Industriesektors über 50 Prozent der globalen Nutzung aus, und bis zu 20 Prozent davon können der Luftkompression und der Lieferung an Endverbraucher zugeschrieben werden .

1 Es ist daher sicher, dass dies ein Bereich ist, in dem die Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung ist und dass Kompressoren eine Schlüsselrolle dabei spielen, den gesamten Energieverbrauch in der Industrie zu senken. Dies geht den politischen Entscheidungsträgern nicht verloren, und in naher Zukunft werden wahrscheinlich Rechtsvorschriften in Kraft treten, die ineffiziente Kompressoren vom Markt nehmen.

An diesem Punkt, an dem die Kompressoreffizienz bewertet wird, treten jedoch Probleme auf und es müssen Fragen dazu gestellt werden, wie wir die Lebensdauerleistung analysieren.

Ungenauigkeiten bei der Bewertung des Kompressors

Ein Whitepaper von Mattei in diesem Jahr, Luftkompressoren - Die tatsächlichen wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen der Anwendung der aktuellen Lebenszykluskostenanalyse - hat die gravierenden Ungenauigkeiten bei der Bewertung des Verdichterwirkungsgrads festgestellt, insbesondere im Hinblick auf den Unterschied zwischen der Schaufel- und der Schaufeltechnologie.

Im Mittelpunkt steht die Genauigkeit der Berechnung der Lebenszykluskosten (LCC). Gegenwärtig berücksichtigt dies drei Faktoren - Investitionsausgaben (CAPEX), ordentliche Instandhaltungskosten und energetische Verbrauchskosten. Diese Informationen basieren auf unabhängig verifizierten CAGI-Datenblättern und werden kombiniert, um eine LCC für einen Kompressor zu erstellen. Aber wie in Mattei's Whitepaper angesprochen, geht diese Berechnung davon aus, dass die spezifische Energie des Luftkompressors im Zeitverlauf konstant bleibt.

Spezifische Energie basiert im Allgemeinen auf der Anzahl von kW, die benötigt wird, um 1 m³ / min Luft zu komprimieren. Dies wird dann mit der Freiluftlieferung (FAD), den Betriebsstunden und den örtlichen Stromkosten multipliziert, um die gesamten laufenden Kosten des Kompressors zu erzeugen. Wie bereits erwähnt, kann dies jedoch nur dann Teil einer genauen LCC sein, wenn wir annehmen, dass sich diese spezifische Energie nicht im Laufe der Zeit ändert - und dies ist bei Flügel- oder Schraubenkompressoren nicht korrekt.

Effizienzbewertung des Schraubenkompressors

Effizienzbewertung des Schraubenkompressors

Im Fall von Schraubenkompressoren verschlechtert sich der Wirkungsgrad von Beginn des Betriebs an. Dies ist im Wesentlichen auf Verschleiß im Zusammenhang mit dem grundlegenden Design dieser Technologie zurückzuführen.

Es ist eine anerkannte Tatsache, dass Wälzlager und Drucklager einem Verschleiß unterliegen und dass die Geschwindigkeit davon abhängig ist von Geschwindigkeit und Last. Um dem entgegenzuwirken, empfehlen die Hersteller von Schraubenkompressoren nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden - häufig zwischen 40,000 und 50,000 - den Austausch aller wichtigen Roll- und Schubelemente.

Dieser Verschleiß führt zu einer Verschlechterung der Leistung im Laufe der Zeit, insbesondere wenn sich die Einheit dem Punkt nähert, an dem Teile ersetzt werden müssen. Obwohl es einen überraschenden Mangel an Forschung zu diesem Thema gibt, gibt es kleine Studien von Energie-Audit-Unternehmen, die das Phänomen veranschaulichen.

Zum Beispiel ergab ein solches Audit, bei dem 27-Schraubenkompressoren getestet wurden, die sich im Alter von bis zu zehn Jahren unterscheiden, dass der durchschnittliche Verschlechterungsgrad 30% betrug, wobei der schlechteste Kompressor bei 55 Prozent Degradation stand.

Dies hat deutliche Auswirkungen auf den LCC einer Schraubeneinheit. Da die Standardberechnung die Null-Stunden-Daten verwendet, die vom CAGI-verifizierten Datenblatt des Herstellers zur Verfügung gestellt werden, zeichnet es ein sehr irreführendes Bild, da es den unvermeidlichen Verschleiß nicht berücksichtigt und wie es sich auf den spezifischen Energiepegel der Einheit im Laufe der Zeit bezieht .

Dies stellt ein echtes Problem dar, da es bedeutet, dass diejenigen, die einen Kompressor kaufen oder politische Entscheidungsträger energiebezogene Vorschriften erstellen, einen falschen LCC verwenden, der weit von den tatsächlichen Kosten und der Effizienz dieser Einheiten über ihre Lebensdauer entfernt ist.

Vane Kompressor Effizienzbewertung


Vane Kompressor Effizienzbewertung

Umgekehrt verbessert sich der Wirkungsgrad eines Drehschieberverdichters über eine Einlaufphase hinaus.

Die Konstruktion von Drehschieberkompressoren bedeutet, dass keine Wälz- und Axiallager zu Verschleiß innerhalb der Einheit führen, so dass das technische Datenblatt während der gesamten Lebensdauer des Kompressors unabhängig von den Betriebsstunden korrekt bleibt. Dies bedeutet auch, dass keine Teile ersetzt werden müssen, so dass Drehschieberhersteller wie Mattei erweiterte Garantien anbieten können, ohne die Betriebsstunden zu begrenzen.

Darüber hinaus werden die Schaufeln von dem Moment an, an dem ein Drehschieberkompressor eingeschaltet wird, bis etwa zur 1,000-Stunde-Markierung einem Polierprozess unterzogen. Dies führt zu weniger Reibung und folglich zu besserem Betrieb und reduziertem Energiebedarf. Tests, die von Mattei in 2016 durchgeführt wurden, ergaben, dass nach den Betriebsstunden von 1,000 die beiden analysierten Mattei-Einheiten (Maxima 75 Xtreme, Maxima 55) bemerkenswerte Verbesserungen der spezifischen Energiewerte mit einer Verbesserung von bis zu 5 zeigten.

Da der spezifische Energiepegel eines Schraubenkompressors von Beginn an degeneriert, während sich ein Drehschieber verbessert, ist es klar, dass die spezifische Stunde Null dieser Einheiten nicht als Teil eines maßgeblichen LCC verwendet werden sollte.

Dies ist keine Kleinigkeit - ein 75kW-Schraubenkompressor, der in zehn Jahren eine Leistungsminderung von 10 Prozent erleidet, kann einen Eigentümer 12-Prozent mehr kosten, einschließlich der Teileaustauschkosten, als ein 75kW-Flügelzellenkompressor, der eine identische Null-Stunden-Leistung aufweist für den Anwender des Schraubenverdichters ergeben sich zusätzliche Kosten von fast £ 150,000.

Wenn die Effizienzänderungen im Laufe der Zeit übersehen werden, können die Käufer die wahren Kosten für den Besitz und Betrieb eines Luftkompressors während seiner Lebensdauer nicht sehen. Nicht nur werden Anlageentscheidungen aufgrund irreführender Informationen getroffen. Die Wirksamkeit möglicher Rechtsvorschriften zur Verbesserung der Effizienz der industriellen Luftkompression kann ebenfalls beeinträchtigt sein.

Aus diesem Grund ist es an der Zeit, Informationen zur spezifischen Energie zu verwenden, die die Energieleistung eines Kompressors genauer widerspiegeln, und zu verbessern, wie der LCC von Kompressoren berechnet wird, um sowohl der Industrie als auch der Umwelt zu nutzen.

1.https: //www.edie.net/news/11/Engineering-sector-energy- efficiency-must-play-central- role-in-Industrial-Strategy /
* Compressed Air and Gas Institute, mit Sitz in Nordamerika. Dieser Text enthält nur Informationen für 60Hz-Luftkompressormodelle. Da jedoch keine unabhängig verifizierten 50Hz-Daten im gleichen Format veröffentlicht werden, werden diese häufig als Leitfaden bezeichnet

Gegenwärtig werden Null-Stunden-Daten, die CAGI * verifiziert sind, üblicherweise verwendet, um die Lebenszykluskosten (LCC) eines Luftkompressors zu berechnen. Diese Zahlen gehen jedoch davon aus, dass der Wirkungsgrad eines Verdichters unabhängig davon, wie lange er verbraucht wurde, konstant bleibt. In der Realität ändert sich die spezifische Energie eines Kompressors - ein Maß seines Energieverbrauchs - im Laufe der Zeit. Andy Jones, Managing Director bei Mattei, erklärt, wie sich dies signifikant auf den Entscheidungsprozess auswirkt, wenn verschiedene Optionen verglichen werden und bewertet wird, ob in eine Ausrüstung investiert werden soll.

Die jüngste "Clean Growth Strategy" der Regierung legte ihre Vorschläge zur Dekarbonisierung der britischen Wirtschaft in der Zukunft dar und erhöhte gleichzeitig das nationale Einkommen des Landes. In Anerkennung der Tatsache, dass 25% der CO2-Emissionen von Unternehmen und Industrie erzeugt werden, hat die Regierung versprochen, ein Maßnahmenpaket zu entwickeln, um Unternehmen bei der Verbesserung ihrer Energieproduktivität um mindestens 20% von 2030 zu unterstützen und mit sieben der meisten Energieträger zu arbeiten intensive Industriesektoren über gemeinsame Energieeffizienzpläne.
Wie kommen Kompressoren dazu? Laut einem 2016-Papier über das Energiesparpotenzial bestehender Luftkompressoren macht der Stromverbrauch des Industriesektors über 50 Prozent der weltweiten Nutzung aus, und bis zu 20 Prozent davon können der Luftkompression und der Lieferung an Endverbraucher zugeschrieben werden . 1 Es ist daher sicher, dass dies ein Bereich ist, in dem die Energieeffizienz von entscheidender Bedeutung ist und dass Kompressoren eine Schlüsselrolle dabei spielen, den gesamten Energieverbrauch in der Industrie zu senken. Dies geht den politischen Entscheidungsträgern nicht verloren, und in naher Zukunft werden wahrscheinlich Rechtsvorschriften in Kraft treten, die ineffiziente Kompressoren vom Markt nehmen.

An diesem Punkt, an dem die Kompressoreffizienz bewertet wird, treten jedoch Probleme auf und es müssen Fragen dazu gestellt werden, wie wir die Lebensdauerleistung analysieren.
Ein Whitepaper von Mattei in diesem Jahr, Luftkompressoren - Die realen wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen der Verwendung der aktuellen Industriestandard Life Cycle Cost - Analyse hat die gravierenden Ungenauigkeiten in Bezug auf die Bewertung der Verdichtereffizienz, insbesondere in Bezug auf den Unterschied zwischen Flügelrad und Schraubentechnologien.
Im Mittelpunkt steht die Genauigkeit der Berechnung der Lebenszykluskosten (LCC). Gegenwärtig berücksichtigt dies drei Faktoren - Investitionsausgaben (CAPEX), ordentliche Instandhaltungskosten und energetische Verbrauchskosten. Diese Informationen basieren auf unabhängig verifizierten CAGI-Datenblättern und werden kombiniert, um eine LCC für einen Kompressor zu erstellen. Aber wie in Mattei's Whitepaper angesprochen, geht diese Berechnung davon aus, dass die spezifische Energie des Luftkompressors im Zeitverlauf konstant bleibt.

Spezifische Energie basiert im Allgemeinen auf der Anzahl von kW, die benötigt wird, um 1 m³ / min Luft zu komprimieren. Dies wird dann mit der Freiluftlieferung (FAD), den Betriebsstunden und den örtlichen Stromkosten multipliziert, um die gesamten laufenden Kosten des Kompressors zu erzeugen. Wie bereits erwähnt, kann dies jedoch nur dann Teil einer genauen LCC sein, wenn wir annehmen, dass sich diese spezifische Energie nicht im Laufe der Zeit ändert - und dies ist bei Flügel- oder Schraubenkompressoren nicht korrekt.

Schraubenkompressoren

Im Fall von Schraubenkompressoren verschlechtert sich der Wirkungsgrad von Beginn des Betriebs an. Dies ist im Wesentlichen auf Verschleiß im Zusammenhang mit dem grundlegenden Design dieser Technologie zurückzuführen.

Es ist eine anerkannte Tatsache, dass Wälzlager und Drucklager einem Verschleiß unterliegen und dass die Geschwindigkeit davon abhängig ist von Geschwindigkeit und Last. Um dem entgegenzuwirken, empfehlen die Hersteller von Schraubenkompressoren nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden - häufig zwischen 40,000 und 50,000 - den Austausch aller wichtigen Roll- und Schubelemente.
Dieser Verschleiß führt zu einer Verschlechterung der Leistung im Laufe der Zeit, insbesondere wenn sich die Einheit dem Punkt nähert, an dem Teile ersetzt werden müssen. Obwohl es einen überraschenden Mangel an Forschung zu diesem Thema gibt, gibt es kleine Studien von Energie-Audit-Unternehmen, die das Phänomen veranschaulichen. Zum Beispiel ergab ein solches Audit, bei dem 27-Schraubenkompressoren getestet wurden, die sich im Alter von bis zu zehn Jahren unterscheiden, dass der durchschnittliche Verschlechterungsgrad 30% betrug, wobei der schlechteste Kompressor bei 55 Prozent Degradation stand.

Dies hat deutliche Auswirkungen auf den LCC einer Schraubeneinheit. Da die Standardberechnung die Null-Stunden-Daten verwendet, die vom CAGI-verifizierten Datenblatt des Herstellers zur Verfügung gestellt werden, zeichnet es ein sehr irreführendes Bild, da es den unvermeidlichen Verschleiß nicht berücksichtigt und wie es sich auf den spezifischen Energiepegel der Einheit im Laufe der Zeit bezieht . Dies stellt ein echtes Problem dar, da es bedeutet, dass diejenigen, die einen Kompressor kaufen oder politische Entscheidungsträger energiebezogene Vorschriften erstellen, einen falschen LCC verwenden, der weit von den tatsächlichen Kosten und der Effizienz dieser Einheiten über ihre Lebensdauer entfernt ist.

Flügelverdichter

Umgekehrt verbessert sich der Wirkungsgrad eines Drehschieberverdichters über eine Einlaufphase hinaus.

Die Konstruktion von Drehschieberkompressoren bedeutet, dass keine Wälz- und Axiallager zu Verschleiß innerhalb der Einheit führen, so dass das technische Datenblatt während der gesamten Lebensdauer des Kompressors unabhängig von den Betriebsstunden korrekt bleibt. Dies bedeutet auch, dass keine Teile ersetzt werden müssen, so dass Drehschieberhersteller wie Mattei erweiterte Garantien anbieten können, ohne die Betriebsstunden zu begrenzen.

Darüber hinaus werden die Schaufeln von dem Moment an, an dem ein Drehschieberkompressor eingeschaltet wird, bis etwa zur 1,000-Stunde-Markierung einem Polierprozess unterzogen. Dies führt zu weniger Reibung und folglich zu besserem Betrieb und reduziertem Energiebedarf. Tests, die von Mattei in 2016 durchgeführt wurden, ergaben, dass nach den Betriebsstunden von 1,000 die beiden analysierten Mattei-Einheiten (Maxima 75 Xtreme, Maxima 55) bemerkenswerte Verbesserungen der spezifischen Energiewerte mit einer Verbesserung von bis zu 5 zeigten.

Da der spezifische Energiepegel eines Schraubenkompressors von Beginn an degeneriert, während sich ein Drehschieber verbessert, ist es klar, dass die spezifische Stunde Null dieser Einheiten nicht als Teil eines maßgeblichen LCC verwendet werden sollte.

Dies ist keine Kleinigkeit - ein 75kW-Schraubenkompressor, der in zehn Jahren eine Leistungsminderung von 10 Prozent erleidet, kann einen Eigentümer 12-Prozent mehr kosten, einschließlich der Teileaustauschkosten, als ein 75kW-Flügelzellenkompressor, der eine identische Null-Stunden-Leistung aufweist für den Anwender des Schraubenverdichters ergeben sich zusätzliche Kosten von fast £ 150,000.

Wenn die Effizienzänderungen im Laufe der Zeit übersehen werden, können die Käufer die wahren Kosten für den Besitz und Betrieb eines Luftkompressors während seiner Lebensdauer nicht sehen. Nicht nur werden Anlageentscheidungen aufgrund irreführender Informationen getroffen. Die Wirksamkeit möglicher Rechtsvorschriften zur Verbesserung der Effizienz der industriellen Luftkompression kann ebenfalls beeinträchtigt sein. Aus diesem Grund ist es an der Zeit, Informationen zur spezifischen Energie zu verwenden, die die Energieleistung eines Kompressors genauer widerspiegeln, und zu verbessern, wie der LCC von Kompressoren berechnet wird, um sowohl der Industrie als auch der Umwelt zu nutzen.

1.https: //www.edie.net/news/11/Engineering-sector-energy- efficiency-must-play-central- role-in-Industrial-Strategy /
* Compressed Air and Gas Institute, mit Sitz in Nordamerika. Dieser Text enthält nur Informationen für 60Hz-Luftkompressormodelle. Da jedoch keine unabhängig verifizierten 50Hz-Daten im gleichen Format veröffentlicht werden, werden diese häufig als Leitfaden bezeichnet

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