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今天，幾乎所有的生產(chǎn)過程都離不開作為能源載體的壓縮空氣。根據(jù)熱動(dòng)力學(xué)的基本定律，壓縮空氣系統(tǒng)的能源利用率問題在節(jié)能方面有著非常重要的意義。利用Data-Logger檢測系統(tǒng)可以清楚測定空壓機(jī)的實(shí)際工作狀況。隨后的數(shù)據(jù)分析和模擬，則使系統(tǒng)的節(jié)能潛力變得一目了然。

幾乎沒有一個(gè)壓縮機(jī)用戶了解：空壓機(jī)站運(yùn)行費(fèi)用的87％都是電力費(fèi)用。事實(shí)上，如此高的能源費(fèi)用比例并不是必需的。通過對(duì)歐洲壓縮空氣系統(tǒng)的技術(shù)數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論是：

歐洲的壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)最多可平均節(jié)能35％。在某些特殊情況下，這一節(jié)能潛力還可以更大。德國使用的所有壓縮空氣系統(tǒng)每年消耗的電力約為140億 kWh。基于這一數(shù)字，35％的平均節(jié)能效率相當(dāng)于49億 kWh。但如何才能實(shí)現(xiàn)35%的節(jié)能呢？
 
對(duì)于很多企業(yè)來講，空壓機(jī)站就像一個(gè)“黑匣子”，很難清楚地了解其工作狀況。利用Data-Logger系統(tǒng)可以對(duì)空壓機(jī)站的實(shí)際工作情況進(jìn)行測定，而隨后的數(shù)據(jù)分析和模擬計(jì)算則使得空壓機(jī)站的節(jié)能潛力一目了然

能源費(fèi)用比例大

越來越高的能源費(fèi)用和越來越艱苦的全球化競爭，迫使每一個(gè)企業(yè)在利用電能供應(yīng)壓縮空氣時(shí)都盡可能的節(jié)約。若考慮一下能源費(fèi)用、初期投資和維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用在空壓機(jī)站總的生命周期費(fèi)用中所占的比例，就能得出下面的結(jié)論：不管一個(gè)空壓機(jī)站每年工作2000 h還是7500 h，在壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用中占較大比例的都是電力費(fèi)用。對(duì)于一個(gè)每年工作7500 h的空壓機(jī)站，支付的電費(fèi)占整個(gè)運(yùn)行費(fèi)用的87％（表1）。表中數(shù)據(jù)是根據(jù)電費(fèi)0.06 歐元/kWh、投資回收期5年和利率8％計(jì)算的。

數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)

系統(tǒng)優(yōu)化的前提是采集當(dāng)前系統(tǒng)所有的實(shí)際工作數(shù)據(jù)。只有在這一基礎(chǔ)之上，才能進(jìn)行下一步的優(yōu)化措施。然而不論是空壓機(jī)站的操作人員還是設(shè)計(jì)者都不能了解用戶企業(yè)當(dāng)前的壓縮空氣需求和空壓機(jī)的實(shí)際負(fù)載。對(duì)于空壓機(jī)站的操作者來講，最重要的是以下幾個(gè)問題：一周內(nèi)壓縮空氣的消耗量；每天不同時(shí)間段內(nèi)的壓縮空氣消耗量；各個(gè)班次中的壓縮空氣消耗和壓縮機(jī)負(fù)荷如何，周末時(shí)又如何；需要的壓縮空氣壓力；壓縮空氣的泄漏量等。

空壓機(jī)站工作時(shí)的邊界條件有著決定性作用，在企業(yè)的高效生產(chǎn)中是不可忽視的。

Almig公司研發(fā)生產(chǎn)的EBS壓縮空氣設(shè)備能源計(jì)算系統(tǒng)能夠幫助用戶回答上述問題，并為系統(tǒng)優(yōu)化提供服務(wù)。在對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，其采用了檢測、分析和模擬三個(gè)步驟，最終得出用戶的壓縮空氣系統(tǒng)如何才能在高能效的情況下運(yùn)行，來對(duì)付耗電量極大的“電老虎”（圖1）。

EBS系統(tǒng)可以在計(jì)算機(jī)輔助支持的Data-Logger檢測系統(tǒng)中運(yùn)行。其利用對(duì)電流的檢測確定壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)空壓機(jī)的耗電量，從而計(jì)算出它們的負(fù)荷。與壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的連接也非常簡單方便：只需將安培鉗放置在壓縮機(jī)的電纜上，鉗形電流表即可與檢測系統(tǒng)連接。利用檢測得到的數(shù)據(jù)和已知的各個(gè)壓縮機(jī)的額定供氣量，不僅可以推算出各空壓機(jī)產(chǎn)出的壓縮空氣量，也可以估算出整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)的壓縮空氣量（圖2）。這一供氣量是數(shù)學(xué)計(jì)算的結(jié)果，可以用下面的關(guān)系式來表示：供氣量＝壓縮機(jī)的負(fù)載時(shí)間（min）× 單機(jī)供氣量(m3/min)。

平行于壓縮機(jī)耗電量曲線，也必須繪制出工作壓力隨時(shí)間變化的曲線。為此，需要一個(gè)向EBS系統(tǒng)傳遞信息的壓力傳感器，將其接入壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)中合適的接點(diǎn)處。該壓力傳感器可通過氣動(dòng)壓力容器或管道網(wǎng)絡(luò)中的快速接頭來連接。

匯總周末壓縮空氣消耗數(shù)據(jù)

為了盡可能準(zhǔn)確的采集到企業(yè)壓縮空氣的工作壓力和流量數(shù)據(jù)，考查的時(shí)間至少應(yīng)為7天。只有這樣才能了解所有壓縮空氣在使用過程中的真實(shí)情況（例如不同班次的不同需求以及周末的需求等等）。測試節(jié)拍，從采集數(shù)據(jù)到保存所有檢測數(shù)據(jù)之間的時(shí)間間隔，都對(duì)檢測質(zhì)量有著重要影響。這一時(shí)間間隔應(yīng)盡可能短，因?yàn)閿?shù)據(jù)間隔越短，對(duì)壓縮機(jī)真實(shí)的控制和調(diào)節(jié)過程的認(rèn)識(shí)也就越充分，數(shù)據(jù)表達(dá)的信息越準(zhǔn)確。在實(shí)踐中使用的時(shí)間間隔數(shù)值為2 s。數(shù)據(jù)采集工作結(jié)束后，將在評(píng)判分析軟件的幫助下進(jìn)行分析。

由壓縮空氣設(shè)備能源計(jì)算系統(tǒng)提供的分析結(jié)果有著多方面的應(yīng)用，能夠準(zhǔn)確給出空壓機(jī)站實(shí)際狀況的全貌以及檢測時(shí)間段內(nèi)的能源需求情況。

實(shí)際狀態(tài)的分析令壓縮空氣生產(chǎn)費(fèi)用變得非常透明，其能清楚的表示出使用者每年在壓縮空氣生產(chǎn)中所要支付的能源費(fèi)用。

為了明確表示檢測分析結(jié)果，系統(tǒng)可以以表格和圖形的形式顯示很多數(shù)據(jù)信息，如所有壓縮機(jī)和各個(gè)壓縮機(jī)一天和一周的流量數(shù)據(jù)；總的流量累積數(shù)據(jù)；壓縮機(jī)每天和每周的工作壓力數(shù)據(jù)；總的壓力累積數(shù)據(jù)；壓縮機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)間和空載運(yùn)行時(shí)間；負(fù)載運(yùn)行時(shí)間和空載運(yùn)行時(shí)間之比；負(fù)載變化時(shí)間間隔；壓縮機(jī)電機(jī)啟動(dòng)間隔；與生產(chǎn)時(shí)間和壓縮機(jī)工作時(shí)間相比較的泄漏率；按照負(fù)載運(yùn)行和空載運(yùn)行分?jǐn)偟礁鱾�(gè)壓縮機(jī)的能源消耗和電力消耗等。

縮短空壓機(jī)的空載運(yùn)行時(shí)間

完成了對(duì)壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)各個(gè)空壓機(jī)的檢測之后，就可以開始對(duì)空壓機(jī)站的工作情況和壓縮空氣的應(yīng)用情況進(jìn)行分析和優(yōu)化。通過分析，可以知道現(xiàn)有系統(tǒng)的節(jié)能潛力，來制定壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的措施。在這一階段中最重要的是所制定的措施與實(shí)際要求是否相適應(yīng)。只有系統(tǒng)中空壓機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)間最長，或者說空載運(yùn)行時(shí)間盡可能短的情況下才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化。另外，就是要盡可能的減少壓縮空氣的泄漏，降低壓縮空氣的工作壓力。因?yàn)榻档?.1 MPa的壓力相當(dāng)于節(jié)能6％～8％。通過采取措施可實(shí)現(xiàn)負(fù)載運(yùn)行時(shí)間盡可能長、空載運(yùn)行時(shí)間盡可能短并在最低壓力水平上恒定的壓力，即實(shí)現(xiàn)最佳的空壓機(jī)站配置。

首先是使用轉(zhuǎn)速可調(diào)的空氣壓縮機(jī)，并結(jié)合使用負(fù)載－空載運(yùn)行方式的空壓機(jī)。這種空壓機(jī)配置方式的優(yōu)點(diǎn)是空壓機(jī)站中基本負(fù)載的壓縮機(jī)覆蓋了基本壓力需求的范圍，不會(huì)使空壓機(jī)站在不經(jīng)濟(jì)的工作范圍內(nèi)工作。若系統(tǒng)要求的壓縮空氣量超過了基本負(fù)載需求，出現(xiàn)了壓縮空氣需求峰值時(shí)，可由轉(zhuǎn)速可調(diào)的壓縮機(jī)覆蓋此區(qū)域。利用這一解決方案，能夠使壓縮空氣系統(tǒng)提供的壓縮空氣量準(zhǔn)確的符合當(dāng)前的實(shí)際需要，避免了高能耗的空載運(yùn)行、費(fèi)用昂貴的卸荷時(shí)間和卸荷過程中壓縮空氣的損失，從而能夠?qū)崿F(xiàn)很高的節(jié)能，也消除了壓縮空氣系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的峰值負(fù)載，壓力范圍得到了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了恒定的工作壓力。

其次是采用由上一級(jí)控制的、與能耗有關(guān)的多壓縮機(jī)能耗控制配置方式。在這種配置方式中，大流量的壓縮空氣更多的是由多個(gè)負(fù)載－空載調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)來產(chǎn)生的。此時(shí)，智能化的能耗控制系統(tǒng)控制空壓機(jī)按所需壓縮空氣的多少開啟和停止，按照節(jié)能原則調(diào)節(jié)所有空壓機(jī)的壓力范圍。

常規(guī)的Data-Logger系統(tǒng)

目前，市場上所有的Data-Logger系統(tǒng)都達(dá)到了其應(yīng)用極限：因?yàn)槠渲荒苓M(jìn)行檢測和測量，沒有做到優(yōu)化壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。而且其也不能解決優(yōu)化壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)所面對(duì)的問題，包括空壓機(jī)的哪種配置方式能夠?qū)崿F(xiàn)多大的節(jié)能潛力；在空壓機(jī)站中使用一臺(tái)或多臺(tái)轉(zhuǎn)速可調(diào)的空壓機(jī)時(shí)節(jié)能狀況會(huì)有何不同；當(dāng)空壓機(jī)站中使用不同規(guī)格的固定轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)時(shí)會(huì)有什么表現(xiàn)（多機(jī)配置方案）；采用上一級(jí)控制的、根據(jù)能耗調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)會(huì)帶來什么結(jié)果；基本負(fù)載－可變負(fù)載控制會(huì)帶來什么結(jié)果；較大功率的系統(tǒng)有什么樣的優(yōu)點(diǎn)；較大的壓力容器能帶來什么結(jié)果；用戶能否把壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)的壓力降低等。

另外，即使空壓機(jī)站依據(jù)Data-Logger系統(tǒng)采取了不同的優(yōu)化措施，也總會(huì)帶來種種遺憾。現(xiàn)在這些遺憾都可以利用EBS壓縮空氣設(shè)備能源計(jì)算系統(tǒng)來解決了。其能夠非常細(xì)致的按照空壓機(jī)站的各種特性數(shù)據(jù)對(duì)不同的解決方案進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。模擬計(jì)算時(shí)最重要的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是：在新的空壓機(jī)配置方案中，哪種壓縮空氣總體系統(tǒng)方案所要支付的能源費(fèi)用的多少。

對(duì)空壓機(jī)站進(jìn)行詳細(xì)的性能計(jì)算和模擬

根據(jù)未來可能的能源費(fèi)用給出節(jié)能潛力的大小和投資費(fèi)用的相互對(duì)比，可以計(jì)算出投資－利用率的比值以及資本收益率（投資回收期）。表2顯示的就是基于已經(jīng)檢測到的數(shù)據(jù)模擬的情況（表2給出的數(shù)據(jù)是源于實(shí)踐的一個(gè)實(shí)例）。表中最右側(cè)一列表示的是一年內(nèi)的能源費(fèi)用預(yù)測數(shù)據(jù)，從中可知該廠一年耗費(fèi)在空壓機(jī)站中的費(fèi)用為171 103歐元。

經(jīng)過對(duì)不同特性參數(shù)和空壓機(jī)站工作數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析后，制定一個(gè)可行的節(jié)能優(yōu)化方案。參見表3，在這一節(jié)能優(yōu)化方案中，1號(hào)空壓機(jī)采用了一臺(tái)轉(zhuǎn)速可調(diào)的空壓機(jī)，其調(diào)節(jié)功能具有最高的優(yōu)先級(jí)。這一新的空氣壓縮機(jī)配置方案經(jīng)過可模擬軟件的模擬檢驗(yàn)。模擬分析后的數(shù)據(jù)使新的壓縮機(jī)配置方案帶來的變化變得非常明了。

通過評(píng)判分析得到最佳方案

此解決方案的效果參見表4。表中一年預(yù)計(jì)的數(shù)據(jù)表明：壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)的新方案每年的能源費(fèi)用為159670歐元，與優(yōu)化前的171103歐元相比，用戶通過采用Almig公司轉(zhuǎn)速可調(diào)的螺桿式空氣壓縮機(jī)優(yōu)化方案每年可以節(jié)約能源費(fèi)用11433歐元。

利用這種前后費(fèi)用對(duì)比的方式可以在投資前就測定出未來的能源費(fèi)用。在此基礎(chǔ)上，用戶可以迅速得出有說服力的投資回收期預(yù)測。

壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)的能耗檢測和模擬分析的效果非常明顯：壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)的工作情況更加透明，彌補(bǔ)了壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的缺陷和不足。因此可以說，壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化只能在對(duì)獲得的前期數(shù)據(jù)分析的前提下、對(duì)未來空壓機(jī)配置或壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)總體方案模擬的基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橐阎�總是要好于猜測。

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