一、為什么要去進(jìn)行 壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能改造 呢？

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一）、國(guó)家政策導(dǎo)向

提問(wèn)：什么是現(xiàn)階段中國(guó)社會(huì)主要矛盾？

答：人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要和發(fā)展不平衡不充分之間的矛盾。

十九大報(bào)告強(qiáng)調(diào)要全面推進(jìn)綠色發(fā)展這一闡述，要構(gòu)建包含生產(chǎn)、生活、技術(shù)、融資等在內(nèi)的綠色發(fā)展系統(tǒng)；要著力解決我國(guó)面臨的環(huán)境突出問(wèn)題。因此，高品質(zhì)與節(jié)能型產(chǎn)品將是未來(lái)空壓系統(tǒng)設(shè)備發(fā)展的方向。

二）、市場(chǎng)導(dǎo)向

我們的客戶正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)和供給側(cè)改革，因此他們正在或?qū)⒁龅氖虑槭牵浩焚|(zhì)化發(fā)展、淘汰落后產(chǎn)能、節(jié)能增效。耗能大戶，量大利薄，看重節(jié)能增效。而追求高品質(zhì)的客戶，先看品質(zhì)，再看節(jié)能，最后價(jià)格。

三）、行業(yè)發(fā)展方向

壓縮空氣是高能耗產(chǎn)品，壓縮空氣節(jié)能改造 如果能從高耗能中省下百分之幾，每年節(jié)能量是很可觀的。

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二、目前的 空壓機(jī)節(jié)能改造、壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能改造?已經(jīng)從單一設(shè)備節(jié)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s空氣系統(tǒng)節(jié)能。討論壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能，我們必須要清楚耗功在哪里？壓縮空氣系統(tǒng)耗功我們可以關(guān)注四個(gè)方面：

1.系統(tǒng)設(shè)備耗功

我們看看壓縮空氣系統(tǒng)能流圖（從能源輸入端和輸出端來(lái)看），能源輸入端主要是壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的耗功，

①空壓機(jī)85%～95%；

②干燥器3%～15%：

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2.空壓機(jī)耗功

在壓縮空氣系統(tǒng)中耗功占比最大的是空壓機(jī)，因此對(duì)空壓機(jī)的耗功節(jié)省可以立竿見(jiàn)影。

《軸功率對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)節(jié)能影響》空壓機(jī)耗功主要在：

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√主機(jī)軸功率耗功占比最大；

√其次是電機(jī)效率；

√再就是傳動(dòng)效率

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3.軸功率耗功

主機(jī)軸功率大小，跟主機(jī)選型、設(shè)計(jì)、制造及系統(tǒng)匹配有關(guān)。在后面的節(jié)能誤區(qū)會(huì)有詳細(xì)描述，

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4.電機(jī)效率

電機(jī)作為空壓機(jī)的主要輸入動(dòng)力，其效率對(duì)于空壓機(jī)節(jié)能也是影響很大。工頻和變頻電機(jī)的采用，在后面的節(jié)能誤區(qū)會(huì)有詳細(xì)描述。

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三、壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能改造?的節(jié)能誤區(qū)

誤區(qū)一：空壓機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)越高或越低越節(jié)能

每檔主機(jī)都有一個(gè)最佳轉(zhuǎn)數(shù)。

①當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)低時(shí)，泄露會(huì)影響到比功率值上升 ；

②當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)高時(shí)，機(jī)械損失也會(huì)影響到比功率值上升（ ；

③所以，當(dāng)空壓機(jī)工作在最佳主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，最節(jié)能 。

通常主機(jī)的內(nèi)泄漏是不可避免的，提高主機(jī)轉(zhuǎn)速可以改善相對(duì)泄漏量，提高效率。而增加主機(jī)壓力，也會(huì)使主機(jī)的內(nèi)泄露加大，排氣量減少，主機(jī)耗能增加。

主機(jī)在高轉(zhuǎn)速下，軸承和軸封磨損加劇；潤(rùn)滑油的冷卻效果降低，機(jī)頭內(nèi)溫遠(yuǎn)高于排氣溫度，潤(rùn)滑油加速老化，潤(rùn)滑性能降低。此時(shí)主機(jī)機(jī)械損失引起的能耗會(huì)隨轉(zhuǎn)數(shù)增加而加大。

當(dāng)主機(jī)在某個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)下，其能效值可以達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)（內(nèi)泄露和機(jī)械損失在某段轉(zhuǎn)數(shù)下主機(jī)能耗處于低值，某個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)點(diǎn)為最佳）。當(dāng)偏離該區(qū)域值時(shí)，無(wú)論增加轉(zhuǎn)數(shù)或減少轉(zhuǎn)數(shù)，都會(huì)引起主機(jī)增加能耗。

因此在設(shè)計(jì)節(jié)能型空壓機(jī)時(shí)，我們?cè)O(shè)定主機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)是根據(jù)主機(jī)的比功率曲線圖來(lái)選擇而不是轉(zhuǎn)數(shù)越高越好或越多越好！

另外，不同的空壓機(jī)主機(jī)由于設(shè)計(jì)和制造的水平不一樣，也會(huì)出現(xiàn)某些主機(jī)的比功率曲線低洼線段較陡，對(duì)于變頻空壓機(jī)的節(jié)能是不利的。

因此，在各流量段的空壓機(jī)有不同主機(jī)來(lái)搭配，同時(shí)工頻和變頻機(jī)型也是根據(jù)需要來(lái)選型主機(jī)。

市場(chǎng)上，為了競(jìng)爭(zhēng)的需要，拼命提高主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)會(huì)有“小馬拉大車”的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，一味強(qiáng)調(diào)大主機(jī)、低轉(zhuǎn)數(shù)，也不一定節(jié)能。

誤區(qū)二：推崇兩級(jí)壓縮，忽略使用周期成本

“空壓機(jī)組壓縮比增大，容積效率降低，比功率值增高。”

從理論上來(lái)說(shuō)，兩級(jí)壓縮由于級(jí)間壓縮比小，主機(jī)泄露少（壓力低），同時(shí)第二級(jí)進(jìn)氣溫度由于中間冷卻作用變低，因而在相同空壓機(jī)能效限定值，兩級(jí)比單級(jí)壓縮的所需的絕熱效率更低。為單級(jí)和雙級(jí)壓縮達(dá)到1級(jí)能效時(shí)主機(jī)所需的絕熱效率。

從理論上，兩級(jí)壓縮可減小主機(jī)能耗，提高絕熱效率，以求達(dá)到相關(guān)能效比功率限定值，從而提高空壓機(jī)能效等級(jí)，但是由于兩級(jí)壓縮采用中間冷卻的方式不同卻有可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)理論上的等溫壓縮。

兩級(jí)壓縮：當(dāng)空氣經(jīng)過(guò)兩個(gè)主機(jī)壓縮時(shí)，級(jí)間設(shè)有中間冷卻器和汽水分離器。此時(shí)，進(jìn)入二級(jí)壓縮主機(jī)的空氣可以盡量接近環(huán)境溫度，從而使得壓縮更接近等溫壓縮。

兩段壓縮：當(dāng)空氣經(jīng)過(guò)兩個(gè)主機(jī)壓縮時(shí)，級(jí)間通過(guò)噴液（油）冷卻，但是由于壓力露點(diǎn)的影響，進(jìn)入二級(jí)壓縮主機(jī)的空氣不會(huì)低于60℃，此時(shí)壓縮距離等溫壓縮有一定差距。

無(wú)論是兩級(jí)（或兩段）壓縮的耗功小于單級(jí)壓縮的耗功，但是其關(guān)鍵零部件數(shù)量翻倍（相比單級(jí)的2.3倍），零部件越多故障率概率越高，從而導(dǎo)致機(jī)器的可靠性和安全性大幅下降。

從產(chǎn)品的使用生命周期來(lái)看，隨著使用時(shí)間的推移，兩級(jí)壓縮的性能降低及維護(hù)成本也遠(yuǎn)大于單級(jí)壓縮。犧牲安全性和可靠性換取節(jié)能在小型機(jī)器上有點(diǎn)得不償失。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外螺桿空壓機(jī)性能的實(shí)驗(yàn)研究成果，我們發(fā)現(xiàn)常見(jiàn)主機(jī)（7～8bar機(jī)組中）250kW以上使用單級(jí)壓縮達(dá)到1級(jí)能效已有較大難度。

綜合考慮到國(guó)內(nèi)主機(jī)的設(shè)計(jì)及加工水平和能力，建議：在90kW以下機(jī)組可采用單級(jí)壓縮，而追求1級(jí)能效的90kW以上機(jī)組則采用兩級(jí)壓縮，這將有助于提高機(jī)組能效，降低成本，提高穩(wěn)定性。

誤區(qū)三：變頻空壓機(jī)滿載使用

大多數(shù)用戶使用空壓機(jī)時(shí)并不是時(shí)時(shí)刻刻滿負(fù)荷工作時(shí)，此時(shí)變頻空壓機(jī)的參與可以通過(guò)調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)氣量，保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。從而達(dá)到節(jié)能的效果。

然而在市場(chǎng)上，許多供需雙方都認(rèn)為購(gòu)買變頻空壓機(jī)一定比工頻空壓機(jī)節(jié)能。即使客戶大部分時(shí)間其用氣量在滿載的情況下，也在為小部分時(shí)間變負(fù)載而糾結(jié)。

例1，某工廠有兩條氣量要求不一樣的生產(chǎn)線。原有空壓機(jī)想進(jìn)行節(jié)能改造。A生產(chǎn)線的滿載用氣量為10m3/min且?guī)缀鯖](méi)有波動(dòng)；而B生產(chǎn)線的滿載用氣量為8m3/min但經(jīng)常波動(dòng)，

由于兩條線都是獨(dú)立管網(wǎng)。如果按滿載流量給A和B生產(chǎn)線都改造為變頻空壓機(jī)。對(duì)于A生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，不但不節(jié)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(chǎn)成本，明顯大于工頻螺桿機(jī)耗能。

我們?cè)倏碐B19153-2019《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值和能效等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于1級(jí)能效空壓機(jī)工頻和變頻的限定值比較(10m3/min-7bar)：

對(duì)于B生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，由于氣量變化大，使用變頻空壓機(jī)是適合的。

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誤區(qū)四：變頻空壓機(jī)做主力機(jī)型用

例2，某生產(chǎn)線一天的用氣量在10～12m3/min，

如果只用一臺(tái)12m3/min變頻空壓機(jī)，由于變頻器自身消耗輸入功率的5%，機(jī)頭和電機(jī)偏離設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，效率降低5%左右，電機(jī)反復(fù)加速和減速（制動(dòng)）耗電顯著大于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，折算到每一立方壓縮空氣的耗電量和生產(chǎn)成本，明顯大于工頻空壓機(jī)。

所以在空壓機(jī)配置上，推薦1臺(tái)10m3/min工頻機(jī)+1臺(tái)2m3/min變頻機(jī)。工頻空壓機(jī)作為主力機(jī)型，變頻空壓機(jī)為輔助機(jī)。

在2臺(tái)空壓機(jī)以上的系統(tǒng)，工頻空壓機(jī)永遠(yuǎn)為主力，變頻為輔助。

有些用戶的空壓機(jī)房里十幾臺(tái)空壓機(jī)全是清一色的變頻空壓機(jī)，這是對(duì)變頻空壓機(jī)節(jié)能的誤解。

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誤區(qū)五：永磁電機(jī)最節(jié)能

永磁電機(jī)雖然在額定電壓的時(shí)候有很好的節(jié)能效果，但是在實(shí)際用戶現(xiàn)場(chǎng)電壓經(jīng)常會(huì)偏離額定電壓，而當(dāng)電壓大于或者小于感應(yīng)電壓時(shí)，電流都會(huì)急劇增大，功率因數(shù)變小，節(jié)能效果大幅度變差。由圖中可以看出：偏差在?3%電壓范圍內(nèi)時(shí)，電機(jī)功率因數(shù)大于或等于0.9，否則，功率因數(shù)較低。

永磁電機(jī)雖然在額定電壓的時(shí)候有很好的節(jié)能效果，但是在實(shí)際電壓偏離額定電壓的時(shí)候，節(jié)能效果大幅度變壞。另外，對(duì)于常規(guī)結(jié)構(gòu)的永磁電機(jī)，在不同負(fù)載下的運(yùn)行特性差別很大，負(fù)載率低于25%，功率因數(shù)變很低。見(jiàn)圖14。

永磁電機(jī)在用戶電壓波動(dòng)小25%時(shí)才節(jié)能!

誤區(qū)六：通過(guò)簡(jiǎn)單改造把工頻空壓機(jī)改為變頻空壓機(jī)

前面講了，無(wú)論是主機(jī)軸功率還是電機(jī)效率，都有其額定轉(zhuǎn)數(shù)（最佳轉(zhuǎn)數(shù)），偏離了最佳轉(zhuǎn)數(shù)，其效率都會(huì)降低。

在空壓機(jī)滿載時(shí)，工頻空壓機(jī)的設(shè)計(jì)是主機(jī)和電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)一般都處于最佳轉(zhuǎn)數(shù)狀態(tài)下，其能耗也處于最低。而變頻空壓機(jī)由于設(shè)計(jì)時(shí)更多地考慮變負(fù)荷運(yùn)行，其主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)最佳值放在70%左右的負(fù)荷。再加上變頻電機(jī)的特殊構(gòu)造，不是簡(jiǎn)單的普通電機(jī)+變頻器=變頻空壓機(jī)。

因此簡(jiǎn)單使用變頻器對(duì)工頻空壓機(jī)進(jìn)行改造，不但不會(huì)對(duì)節(jié)能產(chǎn)生幫助，反而增加了空壓機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，比如電機(jī)散熱和壽命問(wèn)題，機(jī)器的可靠性及變頻器的耗能和散熱等等。

變頻器對(duì)電機(jī)的影響：

①電動(dòng)機(jī)的效率和溫升的問(wèn)題：使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗，這些損耗都會(huì)使電動(dòng)機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小。

②電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度問(wèn)題：載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動(dòng)機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)對(duì)地絕緣構(gòu)成威脅，對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。

③諧波電磁噪聲與震動(dòng)：普通異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的震動(dòng)和噪聲變的更加復(fù)雜。當(dāng)電磁力波的頻率和電動(dòng)機(jī)機(jī)體的固有振動(dòng)頻率一致或接近時(shí)，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。

④電動(dòng)機(jī)對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應(yīng)能力：采用變頻器供電后，電動(dòng)機(jī)可以在很低的頻率和電壓下以無(wú)沖擊電流的方式啟動(dòng)，給機(jī)械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來(lái)疲勞和加速老化問(wèn)題。

⑤低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問(wèn)題：普通異步電動(dòng)機(jī)再轉(zhuǎn)速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成比例減小，致使電動(dòng)機(jī)的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。

⑥在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及選材上都有些區(qū)別，主要是為了考慮散熱及高/低頻轉(zhuǎn)矩等問(wèn)題：變頻電機(jī)可在0.1HZ～130HZ范圍長(zhǎng)期運(yùn)行，普通電機(jī)可在：2極的為20～65hz范圍長(zhǎng)期運(yùn)行，4極的為25～75hz范圍長(zhǎng)期運(yùn)行。

誤區(qū)七：忽略了電機(jī)的差異性

電機(jī)是空壓機(jī)里除了主機(jī)外，成本占比最大的零部件。想節(jié)省成本的方法很多：

①材料差異：v硅鋼板：熱軋/冷軋

◆線圈：粗細(xì)/含銅量

◆端子：大小/黃銅/紫銅

◆殼體：鑄鐵/鋁合金

◆軸承：國(guó)產(chǎn)/進(jìn)口/SKF

②絕緣等級(jí)：

如果超出上限溫度10℃并持續(xù)一段時(shí)間， 絕緣材料將會(huì)減少大約一半的使用壽命。絕緣等級(jí)越高，采購(gòu)成本越大。

③防護(hù)等級(jí)

根據(jù)IEC 60034-5標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)機(jī)的防護(hù)等級(jí)表示防塵、防水以及防碰撞的能力，用字母IP以及后面兩位數(shù)字表示。這跟電機(jī)的采購(gòu)成本有關(guān)。數(shù)字越大，成本越高。

④機(jī)座號(hào)選取

機(jī)座號(hào)是衡量電機(jī)采購(gòu)成本的重要指標(biāo)，同樣功率的電機(jī)可能會(huì)有兩種中心高度，數(shù)值越大，可靠性越好，價(jià)格也越高。

⑤電機(jī)效率：

通常電機(jī)也分能效等級(jí)1～3級(jí)，每級(jí)電機(jī)效率相差不大，但價(jià)格卻是差距很大。

通常工頻空壓機(jī)采用三相異步電動(dòng)機(jī)一般為IE3，變頻空壓機(jī)采用永磁電機(jī)一般為IE4以上；各級(jí)效率η相差1～2%；

電機(jī)功率越大，節(jié)能效果越好。從空壓機(jī)使用周期來(lái)看：能用高壓不用低壓，能用節(jié)能電機(jī)不用入門電機(jī)。

誤區(qū)八：只要有節(jié)能空壓機(jī)，干燥機(jī)配什么都無(wú)所謂

例3，某工廠配置一臺(tái)10m3/min冷干機(jī)，大多數(shù)干燥機(jī)都是采用固定輸出功率且按最大負(fù)荷配置，當(dāng)壓縮空氣處理量發(fā)生變化時(shí)，干燥機(jī)的耗功卻固定不變，就造成了干燥機(jī)耗能的浪費(fèi)。

相當(dāng)于浪費(fèi)了10kW/天，3000kW/年。

另外對(duì)于干燥器的選配原則應(yīng)根據(jù)客戶使用氣體品質(zhì)對(duì)七個(gè)壓力露點(diǎn)的不同需求來(lái)選配干燥機(jī)。

干燥機(jī)的選型原則：能用冷干機(jī)就不用吸干機(jī)，再生方式能用電就不用氣，能用熱就不用電。

在多臺(tái)空壓機(jī)的系統(tǒng)中，不要一臺(tái)干燥器兜底，最好是一對(duì)一配置！

誤區(qū)九：忽略機(jī)房環(huán)境溫度的影響

空壓機(jī)進(jìn)氣溫度越高，其耗功也越高；

例4，一臺(tái)75kW空壓機(jī)，如果進(jìn)氣溫度降低10℃，大約可以節(jié)約15138度電/年。

GB50029《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》站房溫度1-40℃；當(dāng)環(huán)境溫度增加5℃。

①空壓機(jī)排氣量減少1.5%左右；

②干燥器增加25%的負(fù)荷

誤區(qū)十：一味強(qiáng)調(diào)節(jié)能，忽視了空壓機(jī)的質(zhì)量和安全

無(wú)論機(jī)器多么節(jié)能，如果質(zhì)量和安全得不到保障，客戶省下來(lái)的節(jié)能成本還不夠花費(fèi)的。國(guó)家對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量安全監(jiān)督只會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格。

空壓機(jī)的質(zhì)量是客戶賺錢的基礎(chǔ)，螺桿空壓機(jī)生產(chǎn)制造驗(yàn)收項(xiàng)目主要有以下13項(xiàng)：

空壓機(jī)的檢測(cè)項(xiàng)目13項(xiàng)中有9項(xiàng)涉及到安全指標(biāo)，任何一項(xiàng)不達(dá)標(biāo)，產(chǎn)品會(huì)被視為不合格產(chǎn)品。在現(xiàn)代空壓機(jī)生產(chǎn)制造中，任何一件合格產(chǎn)品都需要有規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)指導(dǎo)書和測(cè)試報(bào)告。如果一味強(qiáng)調(diào)節(jié)能，忽視了質(zhì)量和安全，賺的還不夠賠的。不出事還好，出事就是大事。