空壓機的「輸功效率」,更適合比較不同空壓機的效率?

2020-12-06 空壓機頭條

◤ 壓縮機是電機系統四大耗能設備之一，壓縮空氣也是現代工業四大動力之一，其節能工作受到各方面重視，其能源效率也受到大家關注。

近幾年在餘熱回收的一些文中出現以下幾種關於壓縮機效率的說法:

(1) 空壓機的90%以上的軸功率最終沒有做功產生壓縮空氣，而是轉化成了熱能被排放到周圍環境中;(2) 在空壓機所消耗的能源中，只有19% 被轉化成了可供使用的功，而其他81% 均以熱量的形式損耗掉了;(3) 空壓機在運行時，真正用於增加空氣勢能所消耗的電能，在總耗電量中只佔很小的一部分，約15%左右。約85%的耗電轉化為熱量;(4) 只有不到10%的電機輸入功率被轉化為可用的壓縮空氣動力能，見圖1。(2) 在空壓機所消耗的能源中，只有19% 被轉化成了可供使用的功，而其他81% 均以熱量的形式損耗掉了;(3) 空壓機在運行時，真正用於增加空氣勢能所消耗的電能，在總耗電量中只佔很小的一部分，約15%左右。約85%的耗電轉化為熱量;(4) 只有不到10%的電機輸入功率被轉化為可用的壓縮空氣動力能，見圖1。(2) 在空壓機所消耗的能源中，只有19% 被轉化成了可供使用的功，而其他81% 均以熱量的形式損耗掉了;(3) 空壓機在運行時，真正用於增加空氣勢能所消耗的電能，在總耗電量中只佔很小的一部分，約15%左右。約85%的耗電轉化為熱量;(4) 只有不到10%的電機輸入功率被轉化為可用的壓縮空氣動力能，見圖1。

由於熱力學的複雜性，壓縮機的輸出能量不易為大家認識，上述幾種均是錯誤說法（錯誤原因見後文），誤導了對壓縮機能源效率和壓縮空氣做功能力的認識，不利於壓縮空氣氣動系統節能。

——《動力用空氣壓縮機能源效率探討》

空氣壓縮機的成果是壓縮空氣，成本是電耗。如參考製冷設備的COP計算方式：壓縮空氣生產量/電耗，可以解釋為單位電耗生產的壓縮空氣量。

在國標和實際中人們採用了電耗/壓縮空氣生產量，也就是生產單位體積的壓縮空氣所消耗的電能，該數值越低越好，其單位kW/(m/min）。嚴格的說kW/(m/min）並不準確，因為m3/min和kW都是時間單位的效率值，準確表達應該是焦耳/m或者焦耳/升，但是kW/(m/min）計算極其方便，也就被人們廣泛使用了。

但是，不同壓力下的壓縮空氣如果用比功率來衡量，並不能比較能源效率的高低。為了認清空壓機輸出壓縮空氣的做功能力，這裡引入「輸功效率」這一概念，因為輸功效率已經包含了壓力的因素在內，以此就可以比較任意機型的效率高低。

此概念，在團標《壓縮空氣站能效分級指南》中得到應用。

輸功效率

空壓機的壓縮過程實際也是一個能量的轉換過程，也可以用效率的方式表達。傳統計算壓縮機效率的方式是理論絕熱壓縮功/實際電耗，這種計算方式是錯誤的。理論絕熱壓縮功並不是能量轉換的結果，在壓縮過程中，系統對外排出的熱量等值於系統輸入的電能，但是並不是說電能全部轉換為熱能，其轉換的重要部分是壓縮空氣對外的做功能力，也就是對外所作的膨脹功, 工程熱力學上稱為，又叫有效能。

●輸功效率計算

其計算公式為:

式中：p1是壓縮後的壓力；p0是對外做功的環境壓力；v0是環境壓力下的空氣流量。

空壓機機組輸入比功率為行業習慣使用，輸功效率與機組輸入比功率換算關係式為:

η = Np /q

式中：q——機組輸入比功率Np——大氣狀態下流量為1m/min 的壓縮空氣氣動動力。

●常用空壓機輸功效率

現用壓縮空氣系統中，螺杆空壓機用量佔絕大多數，以GB19153-2009《容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級》中噴油螺杆空氣壓縮機能效值( 風冷) 計算，輸功效率最高值為63%，最低值為31%。

以75kW風冷螺杆空壓機為例，1、2、3級能效指標值輸功效率見表2：

由上述可以看出，空壓機指示功用於壓縮空氣，軸功率的功大部分轉化為指示功，空壓機有用功效率較高。壓縮空氣散發的熱量等於空壓機對其做的功，與空壓機輸出壓縮空氣有效能沒有直接關係。空壓機輸入能的50% 左右，可以轉化為有效能，作為動力使用。所以本文開頭列舉的幾種說法顯然是錯誤的。

本文提出的空壓機輸功效率，合理地反映了空氣壓縮機的能量效率，使得大家認清壓縮空氣的做功能力，更合理地分析系統能量損失，開展壓縮空氣系統節能工作。

參考資料：

【1】孫曉明，彭恆，林子良，《動力用空氣壓縮機能源效率探討》 流體機械

【2】崑山昆泰克空氣系統技術有限公司 《壓縮機效率》

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