压缩空气系统耗能与节能分析

于菲

摘 要：压缩空气系统是当今社会一种重要的能源动力系统，其应用范围十分的广泛，在当今社会能源系统中的重要性仅次于电力系统。随着社会企业的发展和能源供给的紧张，对压缩空气系统的优化调整是十分必要可行的。文章通过阐述压缩空气系统的组成及能源损耗的原因，针对性地对压缩空气系统提出相应的节能措施，从而对压缩空气系统进行能量方面的解析。

关键词：压缩空气系统；组成；耗能；节能

由于空气具有可压缩的特性，经压缩空气系统的机械功使本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。压缩空气系统是一种重要动力源系统。由它产生的压缩空气能与其它能源比，具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。其原理是：在密闭的容器中对空气施加压力时，空气就会被压缩，使其压力增大；当外力撤消时，空气又会自动恢复到原来的状态，在这一过程中，空气的能量都会发生变化。压缩空气能是仅次于电力的第二大动力能源，又是具有多种用途的工艺气源，其应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等行业和部门，但其能源利用率又受到自身设备选型、系统管路设计及运行条件等问题的限制，因此，在如今提倡“环保与节能”的社会下，研究其耗能与节能是很有必要的。

1 压缩空气系统的耗能分析

一般而言，压缩空气系统具有不同的组成、管道分布结构以及使用环境，但大体的运用机制可以用如下的图1来表示，通过其原理、组成等因素进行分析，一般压缩空气系统的能源消耗体现在以下几个方面：

1.1 压缩过程中的能量损失。压缩空气系统里，空气的压缩由于部件之间的摩擦，往往是伴随着热量的产生，这些热量以散热形式排放到环境当中，对压缩空气系统的能源损失来说是主要的一个原因。以阿特拉斯科普柯GA 系列螺杆式压缩系统为例，压缩过程产生的热能可高达 44% 左右。

1.2 系统入口空气的温湿度影响。压缩空气系统里，在相同条件下，湿空气的压缩比干燥空气而言，由于水分子的势能较大，压缩起来所需要消耗的能量是比较大的；此外，如果空气的湿度太大，会在压缩过程中产生凝结的现象，对设备的损伤比较大，也会增加能源的损耗。在同样的条件下，空气的温度越高，所需的能量也越大，能量的损耗也越大；经实验表明：空气的温度每降低3℃，可以减少2%的能源损耗。

1.3 不同压力下的能源损耗。从表1中可以看出，在不同的工作压力下，压缩空气系统的能量损失不同。在相同条件下，选择工作压力比较低的系统可以减少能量的损失。

1.4 传输管道的能源损耗。一般而言，对于一个压缩空气系统而言，管道方面的能源消耗存在两种问题。一种是由于压缩空气系统的管道由于使用时间过久，加之企业对设备管理维护的不重视，管道老化而导致管道的泄漏，造成能源的损失；另一种是由于传输管道的分布不合理，出现较多压力的沿程损失、局部损失等问题，这些问题主要由于管道存在过多的弯头、三通、变径、过滤网、阀门等问题，造成路径压力的损失，从而导致压缩空气系统的能源损失。

2 压缩空气系统的节能分析

2.1 压缩空气系统的能源回收利用。对于压缩过程当中，由于摩擦生热受阻导致的能量损耗，目前采用最普遍的做法是用冷空气或者冷水的方式，将这部分热量通过热泵技术加以回收和利用。热泵技术是一种热量的逆循环技术，它通过外界的其他辅助能量驱动压缩机，驱动机内制冷系统的内循环，将热量从低温源向高温源传递。通过热泵技术的热量循环变化和传递，可以很好的为压缩空气系统达到降温的需求。

2.2 改善入口空气的温湿度。压缩空气系统如果从室内直接采集空气，空气的温度会因为设备的工作时间长而温度较高，我们可以直接采集室外的空气，相对而言，室外的空气的温度变化不大，相对稳定；也可以在机房内增加通风口，让设备工作的温度能及时的散出去，保持压缩机采集的空气温度相对稳定。对于湿度造成的能源损耗，我们可以在空气采集之前，先进过一个简单可逆吸收的干燥设备，在吸附水分的同时，也可以去除空气中其他杂质对设备造成的影响。

2.3 合理的管道设计与布局。在压缩空气设备安装时，用设备单位应该考虑自身的厂地，对管道作合理的设计与布局。原则上，管道布局应当以直接为主，减少不必要的转接，即使需要转接也尽量采取螺纹的接头，方便以后的维护，从而保证空气经过管道时的正常压力；对于管道的施工，应该加强对施工质量的监管，减少设备系统中因焊渣、铁屑、沙子等污染物污染用气源。对于压缩空气设备经常使用的情况，用设备单位应该定期维护，如果使用时间过长，应考虑更换或者整修。

2.4 采用变频压缩机或者设立专门的储气罐防止压力带来的能源损耗。通常来说，用气单位应该尽量采取低压的系统来供自身使用，但是如果用气单位存在对设备压力有很高要求的情况下，可以专门配备一个专用的存蓄罐，这样可以有效降低设备在高压使用的情况下所遭受的损伤，也可以防止压缩空气系统回流问题造成的損失。

3 结语

在我国，压缩空气系统在工业领域的需求量十分巨大，对于提高压缩空气系统的节能改进，是一个艰巨而重大的工程。对降低企业成本和缓解国家电力供应紧张而言，压缩空气系统的节能改进具有一定重要的作用和意义。文章主要对压缩空气系统的耗能和节能两个方面进行分析，对于常见的造成压缩空气系统耗能增加的原因提出针对性的措施。对于实际上造成压缩空气系统耗能的主要原因，还得根据用气单位自身情况和实际设备运行条件来分析，并选择出合理有效的对应措施。合理降低能耗，争取提高经济效益，这是每个企业应该树立的观念，只有这样，企业才能做到节能、减排、降耗的目标。

参考文献

[1] 何明勋，陈国娟.压缩空气系统耗能与节能分析[J].流体机械，2012 （02）：46-48.