Koszt sprężonego powietrza nie wynika z mocy zapisanej na tabliczce silnika. Liczy się energia rzeczywiście pobrana z sieci, ilość powietrza dostarczonego w warunkach odniesienia, czas pracy bez obciążenia, spadki ciśnienia, osuszanie oraz straty w instalacji. Pominięcie choćby dwóch z tych pozycji potrafi zaniżyć wynik o 30–50%.
W prawidłowo działającej instalacji przemysłowej samo zużycie energii przez sprężarkę śrubową odpowiada zwykle za około 0,09–0,13 kWh na 1 m³ powietrza przy ciśnieniu roboczym 7–8 bar. Przy całkowitej cenie energii wynoszącej 1,00 zł/kWh oznacza to 9–13 gr za metr sześcienny jeszcze przed doliczeniem osuszacza, serwisu, amortyzacji i wycieków. Realny koszt na wyjściu sprężarkowni częściej zamyka się w granicach 0,12–0,20 zł/m³ netto, a w źle dopasowanym systemie może przekroczyć 0,25 zł/m³.
Najpierw ustal rzeczywiste zużycie energii i wydajność sprężarki
Podstawą obliczenia jest moc właściwa, czyli liczba kilowatów potrzebna do uzyskania wydajności 1 m³/min. Parametr ten powinien być wyliczony na podstawie całkowitej mocy pobieranej przez urządzenie, a nie wyłącznie znamionowej mocy silnika.
Wzór wygląda następująco:
Moc właściwa = pobór mocy elektrycznej [kW] ÷ wydajność FAD [m³/min]
Następnie moc właściwą trzeba podzielić przez 60, ponieważ wydajność sprężarki podawana jest na minutę, a energia rozliczana w kilowatogodzinach:
Zużycie energii na 1 m³ = moc właściwa ÷ 60
Przykład dla sprężarki śrubowej:
- rzeczywisty pobór mocy: 66 kW,
- wydajność FAD przy 7,5 bar: 10 m³/min,
- moc właściwa: 66 ÷ 10 = 6,6 kW/(m³/min),
- zużycie energii: 6,6 ÷ 60 = 0,11 kWh/m³.
Jeżeli całkowity zmienny koszt energii wynosi 1,00 zł/kWh netto, koszt prądu potrzebnego do wytworzenia jednego metra sześciennego wyniesie:
0,11 kWh/m³ × 1,00 zł/kWh = 0,11 zł/m³
To dopiero pierwszy poziom kalkulacji. Wynik jest poprawny wyłącznie wtedy, gdy wydajność została podana jako FAD, czyli ilość powietrza odniesiona do warunków na ssaniu sprężarki. Nie wolno podstawiać objętości powietrza znajdującego się w instalacji pod ciśnieniem. Jeden metr sześcienny powietrza przy 7 bar nadciśnienia zawiera w przybliżeniu osiem razy więcej masy powietrza niż metr sześcienny przy ciśnieniu atmosferycznym.
Wydajność należy odczytywać dla rzeczywistego ciśnienia pracy. Sprężarka osiągająca 10 m³/min przy 7 bar może dostarczać zauważalnie mniej przy 10 bar. Jednocześnie pobiera więcej energii. Posługiwanie się najlepszą wartością z katalogu, ale dla innego ciśnienia, prowadzi do sztucznie niskiego kosztu jednostkowego.
Najlepszy wynik daje pomiar przeprowadzony równocześnie:
- analizatorem energii na zasilaniu sprężarki,
- przepływomierzem zamontowanym za układem uzdatniania,
- rejestratorem ciśnienia,
- licznikiem godzin pracy pod obciążeniem i na biegu jałowym.
Pomiar powinien trwać co najmniej pełny tydzień produkcyjny, a przy zmiennym profilu zamówień dwa tygodnie. Krótka próba wykonana podczas jednej zmiany nie pokaże pracy weekendowej, postojów, przedmuchów osuszacza ani nocnych wycieków.
Do kosztu energii dolicz uzdatnianie, serwis i zakup urządzeń
Sprężarka nie pracuje sama. Energia jest zużywana również przez osuszacz chłodniczy lub adsorpcyjny, wentylatory, separatory kondensatu, pompy obiegowe i układ chłodzenia. Koszty te trzeba przypisać do tej samej ilości powietrza, która została zmierzona na wyjściu sprężarkowni.
Pełny wzór można zapisać następująco:
Koszt 1 m³ = (energia + serwis + materiały + amortyzacja + pozostałe koszty sprężarkowni) ÷ liczba wytworzonych m³
Załóżmy, że instalacja produkuje rocznie 2 400 000 m³ sprężonego powietrza. Roczne koszty wynoszą:
- energia sprężarek: 264 000 zł,
- energia osuszaczy i wentylatorów: 18 000 zł,
- przeglądy, olej, filtry i separatory: 32 000 zł,
- naprawy i rezerwa remontowa: 12 000 zł,
- amortyzacja urządzeń: 36 000 zł.
Łączny koszt to 362 000 zł rocznie.
362 000 zł ÷ 2 400 000 m³ = 0,151 zł/m³ netto
W tym przykładzie koszt samej energii sprężarek wynosi 0,11 zł/m³, ale pełny koszt wytworzenia rośnie do około 0,15 zł/m³. Różnica nie jest księgowym dodatkiem bez znaczenia. Przy zużyciu 10 mln m³ rocznie każde pominięte 0,02 zł oznacza błąd budżetowy na poziomie 200 000 zł.
W kalkulacji energii najlepiej stosować koszt zmienny wynikający z rachunku, obejmujący cenę energii czynnej i te opłaty dystrybucyjne, które rosną wraz z poborem. Opłaty stałe można ująć osobno jako koszt utrzymania sprężarkowni. W zakładach, w których sprężarki mają duży udział w mocy szczytowej, trzeba dodatkowo sprawdzić wpływ mocy umownej, opłat za jej przekroczenie i opłaty mocowej.
Na potrzeby pierwszego oszacowania w polskim zakładzie można przyjąć:
- 0,80–1,20 zł/kWh netto jako roboczy przedział całkowitego kosztu energii zależnego od zużycia,
- 0,10–0,14 kWh/m³ dla poprawnie dobranej sprężarki śrubowej pracującej przy 7–8 bar,
- dodatkowe 5–15% energii na osuszanie, wentylację i urządzenia pomocnicze,
- 0,01–0,03 zł/m³ na planowy serwis i części eksploatacyjne,
- 0,01–0,04 zł/m³ na amortyzację, remonty oraz utrzymanie infrastruktury.
Nie należy jednak automatycznie przyjmować średniej ceny z całego rachunku za energię. Gdy zakład ma piece elektryczne, fotowoltaikę, magazyn energii albo taryfę wielostrefową, średnia stawka może nie odpowiadać kosztowi pracy sprężarki w konkretnych godzinach.
Podobnie wygląda sprawa amortyzacji. Jeżeli nowa sprężarka z osuszaczem, zbiornikiem i automatyką kosztowała 500 000 zł i ma być użytkowana przez 10 lat, prosty koszt amortyzacji wynosi 50 000 zł rocznie. Gdy przez ten czas instalacja wytworzy 30 mln m³, zakup urządzeń dokłada około 0,017 zł do każdego metra sześciennego. Przy pracy jednozmianowej koszt jednostkowy będzie wyższy, ponieważ ta sama inwestycja rozłoży się na mniejszą produkcję.
Sprawdź, ile płacisz za powietrze, które nie wykonuje żadnej pracy
Najbardziej kosztownym błędem nie jest zwykle starsza sprężarka, lecz produkowanie powietrza, które ucieka przez nieszczelności albo jest rozprężane w źle dobranych zastosowaniach. W wielu zakładach wycieki pochłaniają 15–30% całej produkcji, szczególnie gdy sieć była wielokrotnie rozbudowywana, a szybkozłącza i przewody elastyczne nie są regularnie kontrolowane.
Jeżeli sprężarkownia wytwarza 2 400 000 m³ rocznie po 0,15 zł/m³, a straty wynoszą 20%, zakład płaci:
480 000 m³ × 0,15 zł/m³ = 72 000 zł rocznie
To koszt powietrza wyprodukowanego, osuszonego i przesłanego, które nie wykonało użytecznej pracy. Najbardziej irytujące jest to, że część nieszczelności pojawia się ponownie kilka tygodni po audycie. Przyczyną są zużyte szybkozłącza, drgania przewodów, prowizoryczne podłączenia maszyn oraz brak odpowiedzialności za usunięcie oznaczonych punktów.
Koszt powietrza dostarczonego do maszyny powinien więc uwzględniać sprawność całej sieci:
Koszt powietrza użytkowego = koszt wytworzenia ÷ sprawność instalacji
Przy koszcie wytworzenia 0,15 zł/m³ i stratach wynoszących 20% sprawność sieci wynosi 80%:
0,15 zł/m³ ÷ 0,80 = 0,188 zł/m³
Formalnie sprężarkownia nadal produkuje powietrze po 15 gr, ale jeden metr sześcienny faktycznie wykorzystany przez produkcję kosztuje już prawie 19 gr.
Drugim problemem jest nadmierne ciśnienie. Podniesienie nastawy z 7 do 8 bar zwiększa zużycie energii przez sprężarkę, a jednocześnie nasila wypływ powietrza przez każdą nieszczelność. Orientacyjnie obniżenie ciśnienia o 1 bar może zmniejszyć pobór energii sprężania o około 6–8%, lecz tylko wtedy, gdy odbiorniki nadal pracują prawidłowo.
Nie należy obniżać ciśnienia „na próbę” bez sprawdzenia spadków w instalacji. Jeżeli sprężarka utrzymuje 8 bar, a maszyna otrzymuje jedynie 6,3 bar, problemem może być za mała średnica rurociągu, zabrudzony filtr albo lokalny reduktor. Zmniejszenie nastawy sprężarki pogorszy wówczas pracę maszyny zamiast usunąć przyczynę strat.
Praktyczna kolejność działań jest następująca:
- Zmierzyć ciśnienie przy sprężarce i przy najbardziej oddalonych odbiornikach.
- Wykonać pomiar przepływu poza godzinami produkcji.
- Oznaczyć wycieki i nadać im priorytet według wielkości straty.
- Usunąć spadki ciśnienia na filtrach, przewodach i armaturze.
- Dopiero wtedy obniżać ciśnienie w krokach po 0,1–0,2 bar.
- Po każdej zmianie sprawdzić jakość pracy najbardziej wymagających maszyn.
Trzeba też oddzielić koszt średni od krańcowego. Koszt średni obejmuje amortyzację i serwis, dlatego jest właściwy do wyceny produktu lub rozliczeń między działami. Koszt krańcowy pokazuje natomiast, ile firma zapłaci za wytworzenie kolejnego metra sześciennego. Przydaje się do oceny wycieków, przedmuchów i niepotrzebnych zastosowań — wtedy najważniejszym składnikiem jest energia.
Do typowych zastosowań, które należy zakwestionować w pierwszej kolejności, należą:
- stałe przedmuchiwanie detali bez elektrozaworu,
- chłodzenie szaf i produktów otwartą dyszą,
- czyszczenie stanowisk sprężonym powietrzem,
- wytwarzanie podciśnienia przez stale pracujące eżektory,
- transport materiału przy zbyt wysokim ciśnieniu,
- pozostawianie całej sieci pod ciśnieniem podczas weekendu.
Sprężone powietrze jest wygodne, ale energetycznie drogie. Do chłodzenia i osuszania często lepiej wykorzystać dmuchawę niskociśnieniową, wentylator albo nóż powietrzny z osobnym źródłem. Zamiana ma sens dopiero po porównaniu wymaganego przepływu, ciśnienia, czystości powietrza oraz czasu pracy. Sam fakt, że urządzenie elektryczne ma mniejszą moc znamionową, nie przesądza jeszcze o niższym koszcie procesu.
Więcej informacji na: walterpolska.pl
FAQ
Czy koszt 1 m³ należy liczyć przy ciśnieniu atmosferycznym czy roboczym?
Do porównań sprężarek i rozliczania produkcji należy stosować objętość FAD, odniesioną do warunków na ssaniu. Objętość powietrza w rurociągu pod ciśnieniem nie jest bezpośrednio porównywalna z wydajnością katalogową.
Ile energii zużywa wyprodukowanie 1 m³ sprężonego powietrza?
Przy ciśnieniu 7–8 bar sprawna sprężarka śrubowa zużywa zazwyczaj około 0,10–0,14 kWh/m³. Wynik rośnie przy wyższym ciśnieniu, pracy bez obciążenia, zabrudzonych filtrach i niekorzystnym punkcie pracy.
Czy do obliczeń wystarczy moc silnika sprężarki?
Nie. Trzeba znać rzeczywisty pobór mocy całego urządzenia oraz jednocześnie zmierzoną wydajność. Silnik o mocy znamionowej 75 kW może pobierać inną moc zależnie od obciążenia, sprawności i pracy urządzeń pomocniczych.
Jak policzyć koszt powietrza bez przepływomierza?
Można wykonać przybliżenie na podstawie wydajności FAD, czasu pracy pod obciążeniem i poboru energii. Wynik będzie jednak obarczony błędem, jeśli sprężarka często pracuje na biegu jałowym albo instalacja ma duże wycieki. Do decyzji inwestycyjnych potrzebny jest pomiar przepływu.
Czy sprężarka zmiennoobrotowa zawsze obniża koszt 1 m³?
Nie. Napęd VSD sprawdza się przy zmiennym zapotrzebowaniu i pracy w środkowym zakresie regulacji. Sprężarka pracująca stale blisko pełnego obciążenia może osiągać lepszy koszt jednostkowy w wersji stałoobrotowej. Najgorszy wariant to przewymiarowany VSD pracujący przez większość czasu przy minimalnej prędkości.
Czy koszt sprężonego powietrza powinien zawierać VAT?
Do kalkulacji kosztów produkcji przedsiębiorstwa będącego czynnym podatnikiem VAT stosuje się zwykle wartości netto. Przy analizie wydatków podmiotu, który nie odlicza VAT, należy użyć kwot brutto.
Jak często przeliczać koszt jednego metra sześciennego?
Minimum raz na kwartał oraz po każdej zmianie ceny energii, ciśnienia roboczego, konfiguracji sprężarek albo wielkości produkcji. W zakładzie z automatyką pomiarową wskaźnik powinien być monitorowany na bieżąco dla każdej zmiany produkcyjnej.
Pierwszym działaniem nie powinien być zakup nowej sprężarki. Najpierw trzeba przez pełny tydzień zmierzyć jednocześnie pobór energii, przepływ FAD i ciśnienie, a następnie policzyć udział pracy bez obciążenia oraz przepływ nocny. Jeżeli poza produkcją instalacja nadal zużywa więcej niż 10–15% przepływu z normalnej zmiany, w pierwszej kolejności należy usunąć wycieki. Dopiero po ich ograniczeniu można rzetelnie ocenić, czy problemem jest sprawność sprężarki, zbyt wysokie ciśnienie czy niewłaściwe sterowanie całym układem.
