【壓縮機網】現代化工業生產和高品質生活都離不開壓縮空氣，空壓機作為壓縮空氣的制供設備，對于各行各業的使用者來說都非常重要，而談論空壓機都離不開壓力、流量（排氣量）、功率三大性能參數的表現。由于空壓機是耗能大戶，且其廣泛使用于工業生產的各個領域，空壓機的降耗增效意義非常重大，得到了業內及客戶一致認可。筆者通過設計，制造，使用和服務（售前、中、后）幾個方面來闡述了壓縮空氣節能的秘密，希望您能有所收獲。單一的壓縮空氣設備節能不一定可以使壓縮空氣系統節能，本章節帶您了解壓縮空氣系統的節能誤區。

　　一、國家政策導向

　　提問：什么是現階段中國社會主要矛盾？

　　答：人民日益增長的美好生活需要和發展不平衡不充分之間的矛盾。

　　十九大報告闡述的新時代、新征程、新變化，即中國社會的主要矛盾發生了變化，由過去落后的生產力與人民群眾日益增長的物質文化需要之間的矛盾，轉化為人民日益增長的美好生活需要和發展不平衡不充分之間的矛盾，這一闡述非常明確。

　　對于十九大報告提出的關于增長轉型的要求，即由高速增長階段向高質量發展階段轉變。第一，要堅持質量第一、效益優先；第二，要深化供給側結構性改革，推動質量變革、效率變革和動力變革，提高全要素生產力；第三，要建設實體經濟、科技創新、現代金融、人力資源協同發展的產業體系。

　　十九大報告強調要全面推進綠色發展這一闡述，要構建包含生產、生活、技術、融資等在內的綠色發展系統；要著力解決我國面臨的環境突出問題。因此，高品質與節能型產品將是未來空壓系統設備發展的方向。

　　二、市場導向

　　我們的客戶正在進行產業升級和供給側改革，因此他們正在或將要做的事情是：品質化發展、淘汰落后產能、節能增效。

　　耗能大戶，量大利薄，看重節能增效。而追求高品質的客戶，先看品質，再看節能，最后價格。見圖1。

　　三、行業發展方向

　　壓縮空氣是高能產品，根據能量守恒，它的生產注定是高耗能的。如果能從高耗能中省下百分之幾，每年節能量是很可觀的。

　　壓縮空氣的節能已經從單一設備節能轉變為壓縮空氣系統節能。討論壓縮空氣系統節能，我們必須要清楚耗功在哪里？壓縮空氣系統耗功我們可以關注四個方面：

　　1.系統設備耗功

　　我們看看壓縮空氣系統能流圖（從能源輸入端和輸出端來看），見圖2。

　　作者在文章《壓縮空氣系統選型對節能影響重要性分析》講到，能源輸入端主要是壓縮空氣系統設備的耗功，見圖3。

　　①空壓機85%～95%；

　　②干燥器3%～15%：

　　2.空壓機耗功

　　在壓縮空氣系統中耗功占比最大的是空壓機，因此對空壓機的耗功節省可以立竿見影。圖4為空壓機耗功分解。

　　作者在文章《軸功率對噴油螺桿空壓機節能影響》講到空壓機耗功主要在：

　　√主機軸功率耗功占比最大；

　　√其次是電機效率；

　　√再就是傳動效率

　　3.軸功率耗功

　　主機軸功率大小，跟主機選型、設計、制造及系統匹配有關。在后面的節能誤區會有詳細描述，見圖5。

　　4.電機效率

　　電機作為空壓機的主要輸入動力，其效率對于空壓機節能也是影響很大。工頻和變頻電機的采用，在后面的節能誤區會有詳細描述，圖6。

　　四、壓縮空氣系統的節能誤區

　　誤區一：空壓機的主機轉數越高或越低越節能

　　作者在文章《什么因素會影響比功率》中講到每檔主機都有一個最佳轉數，見圖7。

　　①當轉數低時，泄露會影響到比功率值上升（左邊曲線）；

　　②當轉數高時，機械損失也會影響到比功率值上升（右邊曲線）；

　　③所以，當空壓機工作在最佳主機轉數時，最節能（曲線最低點）。

　　通常主機的內泄漏是不可避免的，提高主機轉速可以改善相對泄漏量，提高效率。而增加主機壓力，也會使主機的內泄露加大，排氣量減少，主機耗能增加。

　　主機在高轉速下，軸承和軸封磨損加劇；潤滑油的冷卻效果降低，機頭內溫遠高于排氣溫度，潤滑油加速老化，潤滑性能降低。此時主機機械損失引起的能耗會隨轉數增加而加大。

　　正如圖8所示，當主機在某個轉數下，其能效值可以達到一個平衡點（內泄露和機械損失在某段轉數下主機能耗處于低值，某個轉數點為最佳）。當偏離該區域值時，無論增加轉數或減少轉數，都會引起主機增加能耗。

　　因此在設計節能型空壓機時，我們設定主機的轉數是根據主機的比功率曲線圖來選擇而不是轉數越高越好或越多越好！

　　另外，不同的空壓機主機由于設計和制造的水平不一樣，也會出現某些主機的比功率曲線低洼線段較陡，對于變頻空壓機的節能是不利的。

　　因此，在各流量段的空壓機有不同主機來搭配，同時工頻和變頻機型也是根據需要來選型主機。

　　市場上，為了競爭的需要，拼命提高主機轉數會有“小馬拉大車”的風險。同時，一味強調大主機、低轉數，也不一定節能。

　　誤區二：推崇兩級壓縮，忽略使用周期成本

　　作者在文章《絕熱效率對噴油螺桿空壓機節能影響》中談及：“空壓機組壓縮比增大，容積效率降低，比功率值增高。”

　　從理論上來說，兩級壓縮由于級間壓縮比小，主機泄露少（壓力低），同時第二級進氣溫度由于中間冷卻作用變低，因而在相同空壓機能效限定值，兩級比單級壓縮的所需的絕熱效率更低。見圖9為單級和雙級壓縮達到1級能效時主機所需的絕熱效率。

　　從理論上，兩級壓縮可減小主機能耗，提高絕熱效率，以求達到相關能效比功率限定值，從而提高空壓機能效等級，但是由于兩級壓縮采用中間冷卻的方式不同卻有可能無法實現理論上的等溫壓縮。

　　兩級壓縮：當空氣經過兩個主機壓縮時，級間設有中間冷卻器和汽水分離器。此時，進入二級壓縮主機的空氣可以盡量接近環境溫度，從而使得壓縮更接近等溫壓縮。

　　兩段壓縮：當空氣經過兩個主機壓縮時，級間通過噴液（油）冷卻，但是由于壓力露點的影響，進入二級壓縮主機的空氣不會低于60℃，此時壓縮距離等溫壓縮有一定差距。

　　無論是兩級（或兩段）壓縮的耗功小于單級壓縮的耗功，但是其關鍵零部件數量翻倍（相比單級的2.3倍），零部件越多故障率概率越高，從而導致機器的可靠性和安全性大幅下降。

　　從產品的使用生命周期來看，隨著使用時間的推移，兩級壓縮的性能降低及維護成本也遠大于單級壓縮。犧牲安全性和可靠性換取節能在小型機器上有點得不償失。

　　根據國內外螺桿空壓機性能的實驗研究成果，我們發現常見主機（7～8bar機組中）250kW以上使用單級壓縮達到1級能效已有較大難度，見圖10。

　　綜合考慮到國內主機的設計及加工水平和能力，建議：

　　√在90kW以下機組可采用單級壓縮，

　　√而追求1級能效的90kW以上機組則采用兩級壓縮，這將有助于提高機組能效，降低成本，提高穩定性。

　　誤區三：變頻空壓機滿載使用

　　大多數用戶使用空壓機時并不是時時刻刻滿負荷工作時，此時變頻空壓機的參與可以通過調整主機轉數來調節氣量，保證管網壓力穩定。從而達到節能的效果。

　　然而在市場上，許多供需雙方都認為購買變頻空壓機一定比工頻空壓機節能。即使客戶大部分時間其用氣量在滿載的情況下，也在為小部分時間變負載而糾結。

　　例1，某工廠有兩條氣量要求不一樣的生產線。原有空壓機想進行節能改造。A生產線的滿載用氣量為10m3/min且幾乎沒有波動；而B生產線的滿載用氣量為8m3/min但經常波動，見圖11。

　　由于兩條線都是獨立管網。如果按滿載流量給A和B生產線都改造為變頻空壓機。對于A生產線來說，不但不節能，反而更耗能。為什么？

　　變頻器自身消耗輸入功率的5%，折算到每一立方壓縮空氣的耗電量和生產成本，明顯大于工頻螺桿機耗能。

　　我們再看GB19153-2019《容積式空氣壓縮機能效限定值和能效等級》標準中關于1級能效空壓機工頻和變頻的限定值比較(10m³/min-7bar)：

　　對于B生產線來說，由于氣量變化大，使用變頻空壓機是適合的。

　　誤區四：變頻空壓機做主力機型用

　　例2，某生產線一天的用氣量在10～12m³/min，見圖12。

　　如果只用一臺12m3/min變頻空壓機，由于變頻器自身消耗輸入功率的5%，機頭和電機偏離設計轉速，效率降低5%左右，電機反復加速和減速（制動）耗電顯著大于恒速運轉，折算到每一立方壓縮空氣的耗電量和生產成本，明顯大于工頻空壓機。

　　所以在空壓機配置上，推薦1臺10m3/min工頻機+1臺2m3/min變頻機。工頻空壓機作為主力機型，變頻空壓機為輔助機。

　　在2臺空壓機以上的系統，工頻空壓機永遠為主力，變頻為輔助。

　　筆者曾經看見有些用戶的空壓機房里十幾臺空壓機全是清一色的變頻空壓機，這是對變頻空壓機節能的誤解。

　　<注：本文未完待續，更多精彩內容見下期！>

　　作者簡介

　　梁柳生，1968年，男，廣西柳州，大學本科。

　　①高級工程師，1990開始從事空壓機行業工作。有在國企、合資及外企工作經歷，其中22年在AC集團工作。先后從事過空壓機及后處理設備的產品設計、產品工藝、生產管理、產品質量跟蹤服務等及全國銷售總監并有在歐洲學習和工作的經歷。2017年創辦上善氣體工作室，專業從事壓縮空氣系統研究，精益生產管理及銷售的培訓工作

　　②國家標準JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人

　　③全國壓縮機標準化技術委員會委員

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