單一的壓縮空氣裝置節能不一定可以使壓縮空氣系統節能，本章節帶您瞭解壓縮空氣系統的節能誤區。
一、國家政策導向
提問：什麼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裝置發展的方向。
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、淘汰落後產能、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，最後價格。見圖1。
三、行業發展方向
壓縮空氣是高能產品，根據能量守恆，它的生產註定是高耗能的。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裝置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裡？壓縮空氣系統耗功我們可以關注四個方面：
1.系統裝置耗功
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裝置的耗功，見圖3。
①空壓機85%～95%；
②乾燥器3%～15%：
2.空壓機耗功
在壓縮空氣系統中耗功佔比最大的是空壓機，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：
√主機軸功率耗功佔比最大；
√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、製造及系統匹配有關。在後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，其效率對於空壓機節能也是影響很大。工頻和變頻電機的採用，在後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《什麼因素會影響比功率》中講到每檔主機都有一個最佳轉數，見圖7。
①當轉數低時，洩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）。
通常主機的內洩漏是不可避免的，提高主機轉速可以改善相對洩漏量，提高效率。而增加主機壓力，也會使主機的內洩露加大，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，機頭內溫遠高於排氣溫度，潤滑油加速老化，潤滑效能降低。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（內洩露和機械損失在某段轉數下主機能耗處於低值，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於設計和製造的水平不一樣，也會出現某些主機的比功率曲線低窪線段較陡，對於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，忽略使用週期成本
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，兩級壓縮由於級間壓縮比小，主機洩露少（壓力低），同時第二級進氣溫度由於中間冷卻作用變低，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，但是由於兩級壓縮採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儘量接近環境溫度，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，級間透過噴液（油）冷卻，但是由於壓力露點的影響，進入二級壓縮主機的空氣不會低於60℃，此時壓縮距離等溫壓縮有一定差距。
無論是兩級（或兩段）壓縮的耗功小於單級壓縮的耗功，但是其關鍵零部件數量翻倍（相比單級的2.3倍），零部件越多故障率機率越高，從而導致機器的可靠性和安全性大幅下降。
從產品的使用生命週期來看，隨著使用時間的推移，兩級壓縮的效能降低及維護成本也遠大於單級壓縮。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效能的實驗研究成果，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以下機組可採用單級壓縮，而追求1級能效的90kW以上機組則採用兩級壓縮，這將有助於提高機組能效，降低成本，提高穩定性。
誤區三：變頻空壓機滿載使用
大多數使用者使用空壓機時並不是時時刻刻滿負荷工作時，此時變頻空壓機的參與可以透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。
由於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。對於A生產線來說，不但不節能，反而更耗能。為什麼？
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，明顯大於工頻螺桿機耗能。
我們再看GB19153-2019《容積式空氣壓縮機能效限定值和能效等級》標準中關於1級能效空壓機工頻和變頻的限定值比較(10m3/min-7bar)：
對於B生產線來說，由於氣量變化大，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，由於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，電機反覆加速和減速（制動）耗電顯著大於恆速運轉，折算到每一立方壓縮空氣的耗電量和生產成本，明顯大於工頻空壓機。
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。
筆者曾經看見有些使用者的空壓機房裡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。
誤區五：永磁電機最節能
永磁電機雖然在額定電壓的時候有很好的節能效果，但是在實際使用者現場電壓經常會偏離額定電壓，而當電壓大於或者小於感應電壓時，電流都會急劇增大，功率因數變小，節能效果大幅度變差。（見圖13）。由圖中可以看出：偏差在±3%電壓範圍內時，電機功率因數大於或等於0.9，否則，功率因數較低。
永磁電機雖然在額定電壓的時候有很好的節能效果，但是在實際電壓偏離額定電壓的時候，節能效果大幅度變壞。另外，對於常規結構的永磁電機，在不同負載下的執行特性差別很大，負載率低於25%，功率因數變很低。見圖14。
永磁電機在使用者電壓波動小<±2%且負載率>25%時才節能!
誤區六：透過簡單改造把工頻空壓機改為變頻空壓機
前面講了，無論是主機軸功率還是電機效率，都有其額定轉數（最佳轉數），偏離了最佳轉數，其效率都會降低。（見圖15a、15b）
在空壓機滿載時，工頻空壓機的設計是主機和電機轉數一般都處於最佳轉數狀態下，其能耗也處於最低。而變頻空壓機由於設計時更多地考慮變負荷執行，其主機轉數最佳值放在70%左右的負荷。再加上變頻電機的特殊構造，不是簡單的普通電機+變頻器=變頻空壓機。
因此簡單使用變頻器對工頻空壓機進行改造，不但不會對節能產生幫助，反而增加了空壓機的風險，比如電機散熱和壽命問題，機器的可靠性及變頻器的耗能和散熱等等。
變頻器對電機的影響：
①電動機的效率和溫升的問題：使電動機在非正弦電壓、電流下執行會產生很大的轉子損耗，這些損耗都會使電動機額外發熱，效率降低，輸出功率減小。
②電動機絕緣強度問題：載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，會對電動機對地絕緣構成威脅，對地絕緣在高壓的反覆衝擊下會加速老化。
③諧波電磁噪聲與震動：普通非同步電動機採用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和噪聲變的更加複雜。當電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時，將產生共振現象，從而加大噪聲。
④電動機對頻繁啟動、制動的適應能力：採用變頻器供電後，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無衝擊電流的方式啟動，給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化問題。
⑤低轉速時的冷卻問題：普通非同步電動機再轉速降低時，冷卻風量與轉速的三次方成比例減小，致使電動機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實現恆轉矩輸出。
⑥在設計結構及選材上都有些區別，主要是為了考慮散熱及高/低頻轉矩等問題：變頻電機可在0.1HZ～130HZ範圍長期執行，普通電機可在：2極的為20～65hz範圍長期執行，4極的為25～75hz範圍長期執行。
誤區七：忽略了電機的差異性
電機是空壓機裡除了主機外，成本佔比最大的零部件。想節省成本的方法很多：
①材料差異：v矽鋼板：熱軋/冷軋
◆線圈：粗細/含銅量
◆端子：大小/黃銅/紫銅
◆殼體：鑄鐵/鋁合金
◆軸承：國產/進口/SKF
②絕緣等級：
如果超出上限溫度10℃並持續一段時間， 絕緣材料將會減少大約一半的使用壽命。絕緣等級（見圖16）越高，採購成本越大。
③防護等級
根據IEC 60034-5標準，電動機的防護等級表示防塵、防水以及防碰撞的能力，用字母IP以及後面兩位數字表示。這跟電機的採購成本有關。數字越大，成本越高。
④機座號選取
機座號是衡量電機採購成本的重要指標，同樣功率的電機可能會有兩種中心高度，數值越大，可靠性越好，價格也越高。
⑤電機效率：
通常電機也分能效等級1～3級，每級電機效率相差不大，但價格卻是差距很大。
通常工頻空壓機採用三相非同步電動機一般為IE3，變頻空壓機採用永磁電機一般為IE4以上；各級效率η相差1～2%；
電機功率越大，節能效果越好。從空壓機使用週期來看：能用高壓不用低壓，能用節能電機不用入門電機。
誤區八：只要有節能空壓機，乾燥機配什麼都無所謂
例3，某工廠配置一臺10m3/min冷幹機，一天工作的平均負載情況如圖19。
大多數乾燥機都是採用固定輸出功率且按最大負荷配置，當壓縮空氣處理量發生變化時，乾燥機的耗功卻固定不變，就造成了乾燥機耗能的浪費。
相當於浪費了10kW/天，3000kW/年。（見圖20）
另外對於乾燥器的選配原則應根據客戶使用氣體品質對七個壓力露點的不同需求來選配乾燥機。（見圖21）
乾燥機的選型原則：能用冷幹機就不用吸乾機，再生方式能用電就不用氣，能用熱就不用電。（見圖22）
在多臺空壓機的系統中，不要一臺乾燥器兜底，最好是一對一配置！
誤區九：忽略機房環境溫度的影響
空壓機進氣溫度越高，其耗功也越高；（見圖23）
例4，一臺75kW空壓機，如果進氣溫度降低10℃，大約可以節約15138度電/年。
GB50029《壓縮空氣站設計規範》站房溫度1-40℃；當環境溫度增加5℃。
①空壓機排氣量減少1.5%左右；
②乾燥器增加25%的負荷
誤區十：一味強調節能，忽視了空壓機的質量和安全
無論機器多麼節能，如果質量和安全得不到保障，客戶省下來的節能成本還不夠花費的。國家對產品的質量安全監督只會越來越嚴格。
空壓機的質量是客戶賺錢的基礎，螺桿空壓機生產製造驗收專案主要有以下13項：
空壓機的檢測專案13項中有9項涉及到安全指標，任何一項不達標，產品會被視為不合格產品。在現代空壓機生產製造中，任何一件合格產品都需要有規範、標準、作業指導書和測試報告。如果一味強調節能，忽視了質量和安全，賺的還不夠賠的。不出事還好，出事就是大事。
