壓縮空氣系統(tǒng)因其元器件造價(jià)低廉、系統(tǒng)易維護(hù)等特點(diǎn)，從20世紀(jì)70年代開始在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用漸漸擴(kuò)大，至今已在鋼鐵、石油、天然氣、食品、紡織、半導(dǎo)體、液晶、藥品、醫(yī)療、分析儀器、洗凈等行業(yè)中發(fā)揮著日益重要的作用。壓縮空氣的應(yīng)用幾乎遍布每―個(gè)工廠，從小型的機(jī)加工車間，到大型的化工企業(yè)都擁有相應(yīng)的壓縮空氣系統(tǒng)。

　　然而，隨之帶來(lái)的是壓縮空氣系統(tǒng)的能耗問(wèn)題，其已成為現(xiàn)代工業(yè)中的主要耗能系統(tǒng)之一。美國(guó)等國(guó)家在壓縮空氣系統(tǒng)上的能耗占其全國(guó)工業(yè)總耗電量的9 %左右，而歐洲空壓機(jī)耗電約占其工業(yè)總耗電量的10°%.在我國(guó)，2010年壓縮機(jī)的耗電量高達(dá)到2700億度，約占全國(guó)工業(yè)總用電量的8.7°%.如今，壓縮空氣系統(tǒng)普遍存在的效率低下、浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題引起了人們的關(guān)注。無(wú)論是研究機(jī)構(gòu)還是用戶企業(yè)都將更多的注意力放在壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能工作上。

　　本文通過(guò)介紹壓縮空氣的主要耗能形式，分析了節(jié)能的基本潛力點(diǎn)；隨后介紹了國(guó)內(nèi)外壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能現(xiàn)狀；同時(shí)針對(duì)當(dāng)前壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能存在的問(wèn)題，針對(duì)性地提出了四大主要節(jié)能措施，并指出我國(guó)壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的前景。

　　1基本節(jié)能潛力點(diǎn)個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)典型壓縮空氣系統(tǒng)的構(gòu)成如所示。其工作流程為：空氣壓縮機(jī)將大氣壓下的空氣吸入后壓縮并以較高的壓力輸出；輸出的壓縮空氣經(jīng)儲(chǔ)氣罐緩沖，并且初步除水除油后，輸入到干燥機(jī)等的教學(xué)與研究工作。

　　空氣凈化設(shè)備中進(jìn)行進(jìn)一步的除水、除油等凈化；之后潔凈的壓縮空氣通過(guò)管道輸送至末端用氣設(shè)備，如噴槍、氣缸等'因此，整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)可大致分為三個(gè)部分：⑴壓縮空氣的制造；（2）壓縮空氣的輸送；（3）壓縮空氣的使用。

　　相較于煤氣、天然氣這種有成本需要購(gòu)入后才能使用的能源，用戶普遍存有壓縮空氣來(lái)自大氣，取之不盡，用之不竭，生產(chǎn)、使用壓縮空氣是不需要成本的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)；而國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者關(guān)于壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的研究較少。由此導(dǎo)致了在生產(chǎn)工作中壓縮空氣能源的大量浪費(fèi)，參照壓縮空氣系統(tǒng)的構(gòu)成，其能源浪費(fèi)主要表現(xiàn)為：空壓機(jī)（群）的運(yùn)行負(fù)載不匹配空壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)或設(shè)備選型一般都遵循*大負(fù)荷條件（即100°%負(fù)荷）原則。但在實(shí)際使用中，工況都不會(huì)是滿負(fù)荷運(yùn)行。因此空壓機(jī)的實(shí)際產(chǎn)氣量需要匹配負(fù)載用氣流量，以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行工況要求。

　　管網(wǎng)配置及管理不合理主要包括泄漏以及供給壓力不合理。

　　在泄漏問(wèn)題上，工廠中的泄漏量通常占供氣量的1030%，而管理不善的工廠甚至可能高達(dá)50%.有時(shí)一個(gè)汽車組裝車間的泄漏點(diǎn)就有2萬(wàn)個(gè)，其中，泄漏量的90%以上來(lái)自設(shè)備使用中的零部件老化或破第2頁(yè)損間。

　　由于管道壓力損失不確定，設(shè)備啟動(dòng)存在流量高峰等原因，壓縮機(jī)的供氣壓力有時(shí)比現(xiàn)場(chǎng)要求壓力高出0.2~0.3MPa，浪費(fèi)非常嚴(yán)重。

　　用氣端如氣槍噴嘴等低效氣槍在制造加工的精修、機(jī)加工等工藝現(xiàn)場(chǎng)被廣泛使用，其耗氣量在某些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域達(dá)到總供氣量的50%.通常，氣槍在使用過(guò)程中存在供氣管道過(guò)長(zhǎng)、供給壓力過(guò)高、用直銅管做噴嘴等問(wèn)題。

　　2國(guó)內(nèi)外壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能現(xiàn)狀為了降低壓縮空氣系統(tǒng)的能耗，提高其工作效率，世界各國(guó)紛紛設(shè)立專項(xiàng)科研項(xiàng)目，如美國(guó)的CAC（CompressedAirChallenge）項(xiàng)目、澳大利亞的EEAP項(xiàng)目、新西蘭的CAS（CompressedAirSystem）優(yōu)化運(yùn)行項(xiàng)目等。其中以美國(guó)的CAC項(xiàng)目*為知名，該項(xiàng)目1997年10月由美國(guó)能源部發(fā)起設(shè)立，它由來(lái)自于壓縮空氣系統(tǒng)硬件供應(yīng)商的主要的財(cái)政及人力資源支持，其主要目的是為工廠工程師教育提供一個(gè)針對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的培訓(xùn)框架。CAC項(xiàng)目?jī)H僅針對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)，基于用戶的投資，它整合了壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和評(píng)估等方面的信息，為企業(yè)提高壓縮空氣系統(tǒng)的效率提供較為全面的理論指導(dǎo)及建議，為美國(guó)每年節(jié)約用電約為30億度。但由于該項(xiàng)目缺少具體技術(shù)手段及設(shè)備成果，其推廣收益有限。

　　中國(guó)"十五"十大重點(diǎn)節(jié)能工程中就包含電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程這項(xiàng)，另外，中國(guó)臺(tái)灣財(cái)團(tuán)法人中技社對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行研究，指出了該系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題，如壓力不足、壓力波動(dòng)過(guò)大、壓縮空氣泄漏、空壓機(jī)卸載時(shí)間長(zhǎng)、管路任意延伸等，提出了診斷方法，并研發(fā)了簡(jiǎn)單的壓縮空氣管網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)。由于缺少壓縮空氣系統(tǒng)能量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及先進(jìn)的控制方法，其研究成果缺少足夠理論依據(jù)，控制節(jié)能效果有限，對(duì)整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能作用有限。

　　在壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的研究和實(shí)施上，日本走在世界的前列。1997年防止地球溫室效應(yīng)的京都協(xié)議簽訂以來(lái)，日本全國(guó)開始了聲勢(shì)浩大的節(jié)能運(yùn)動(dòng)，這其中也包括對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)實(shí)施的節(jié)能活動(dòng)。根據(jù)2002年日本流體動(dòng)力工業(yè)會(huì)的調(diào)查，各企業(yè)實(shí)施節(jié)能后，氣動(dòng)能耗削減了10%30%，如以日本壓縮空氣系統(tǒng)總耗電量400億度為基數(shù)來(lái)計(jì)算的話，就可節(jié)省用電40~120億度。

　　3當(dāng)前壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能存在的問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)制造業(yè)直是以粗放型為主的發(fā)展模式，在大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)中，壓縮空氣系統(tǒng)的效率較低，普遍存在著嚴(yán)重的浪費(fèi)。因此，為了提高企業(yè)利潤(rùn)，降低能耗，很多企業(yè)紛紛開展了簡(jiǎn)單節(jié)能活動(dòng)，例如管道堵漏、空壓機(jī)加裝變頻裝置等。但是，由于缺少系統(tǒng)化的整體節(jié)能手段與技術(shù)的支持，節(jié)能活動(dòng)取得的效果十分有限。目前國(guó)內(nèi)壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能主要面臨能耗評(píng)價(jià)不合理、空壓站運(yùn)行不科學(xué)、供氣節(jié)能管理待優(yōu)化和末端設(shè)備節(jié)氣待提高四個(gè)問(wèn)題：目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)普遍采用的壓縮空氣系統(tǒng)能量消耗指標(biāo)是空氣消耗量?？諝庀牧坎痪哂心芰繂挝?，不能獨(dú)立于整個(gè)系統(tǒng)而表示各個(gè)設(shè)備能耗，因此使用該評(píng)價(jià)體系無(wú)法對(duì)氣源輸出端到設(shè)備使用端中間環(huán)節(jié)的能量損失進(jìn)行量化，無(wú)法明確壓縮空氣系統(tǒng)內(nèi)部的能量損失，壓縮空氣系統(tǒng)效率偏低的問(wèn)題也就得不到根本解決。另外，世界各國(guó)在壓縮空氣系統(tǒng)能耗評(píng)價(jià)及測(cè)量上沒(méi)有統(tǒng)一的科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，從而無(wú)法引導(dǎo)用戶優(yōu)先選用能源利用效率高的壓縮空氣元器件和設(shè)備。

　　空壓站運(yùn)行不科學(xué)壓縮機(jī)的合理配置及合理運(yùn)行對(duì)節(jié)能非常重要。通常，很多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的壓縮機(jī)采用的是吸氣閥調(diào)節(jié)方式，目的在于保證輸出壓力穩(wěn)定。然而這種方式使得壓縮機(jī)在沒(méi)有供氣的情況下也仍需消耗3070%額定功率的電力，浪費(fèi)嚴(yán)重。為此，為削減能源浪費(fèi)，目前比較有效的措施有變頻調(diào)速、壓縮機(jī)群臺(tái)數(shù)控制等。而這些在工廠的實(shí)際生產(chǎn)中基本都被忽略，保證壓力成為大多數(shù)工廠對(duì)壓縮機(jī)管理的**要求提出了種新的壓縮空氣能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)：氣動(dòng)功率。該指標(biāo)通過(guò)分析壓縮空氣狀態(tài)變化與外界機(jī)械能轉(zhuǎn)換的關(guān)系，基于焓與熵的變化，考慮了不同溫度下的影響，用以表示空氣相對(duì)大氣環(huán)境的做功能力。該指標(biāo)能直接量化氣動(dòng)設(shè)備的用氣能耗，其表示及測(cè)量方法在2008年被日本流體動(dòng)力協(xié)會(huì)采用為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FPS2018：2008，已在日本企業(yè)中使用，并于2011年12月被中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委確定立項(xiàng)為GB國(guó)標(biāo)立項(xiàng)項(xiàng)目。

　　該能量評(píng)價(jià)指標(biāo)可揭示壓縮空氣系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能量損失，為壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能診斷尤其是節(jié)能率的計(jì)算奠定了理論基礎(chǔ)，為選用能效高的氣動(dòng)元器件和設(shè)備提供了計(jì)算依據(jù)。

　　4.2空壓機(jī)群運(yùn)行優(yōu)化管理對(duì)于空壓站空壓機(jī)群系統(tǒng)控制的問(wèn)題，按現(xiàn)有的控制技術(shù)，大致分為壓力控制和流量控制，下面對(duì)其做簡(jiǎn)單的介紹。

　　目前，世界上各主要的空壓機(jī)制造商都開發(fā)出各自不同的空壓機(jī)群控制系統(tǒng)。但對(duì)于通過(guò)縮小空壓機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行壓差，降低系統(tǒng)的運(yùn)行壓力，僅有少數(shù)幾家空壓機(jī)制造商推出了相關(guān)產(chǎn)品，但其應(yīng)用范圍有限，對(duì)于有些壓縮空氣量變化較大的場(chǎng)合，其系統(tǒng)壓差依然較大，不能有效地降低系統(tǒng)的運(yùn)行壓力，而且大多數(shù)控制器僅起到自動(dòng)控制或順序控制的作用，對(duì)第3頁(yè)于如何使整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)高效可靠的運(yùn)行，各空壓機(jī)制造商研究甚少。

　　年底推出空壓機(jī)群節(jié)能控制器ES+，該控制器采集后部壓縮空氣貯罐的壓力，通過(guò)Profibus或是硬線連接與空壓機(jī)進(jìn)行通訊，根據(jù)傳統(tǒng)邏輯選擇的原則，通過(guò)壓力的變化來(lái)輪換啟動(dòng)或停止臺(tái)空壓機(jī)。

　　成控制系統(tǒng)X81系統(tǒng)，就采用了硬線與空壓機(jī)進(jìn)行連接，通過(guò)采集后部壓縮空氣的壓力，進(jìn)而依次控制空壓機(jī)的啟動(dòng)、加載、卸載及停機(jī)的控制技術(shù)。

　　德國(guó)凱撒空壓機(jī)（Kaeser）公司在2001年推出了基于ProfibusDP通訊的西格瑪空氣系統(tǒng)控制器，其主要作用是通過(guò)監(jiān)測(cè)后部壓力的變化來(lái)順序控制相應(yīng)空壓機(jī)的運(yùn)行與停止。該控制器遵循先進(jìn)先出的控制原則，并在空壓機(jī)系統(tǒng)內(nèi)配置不同大小的空壓機(jī)，始末用大功率的空壓機(jī)作為基載，用小功率空壓機(jī)作為峰載空壓機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)用氣量的變化。這樣使大功率的空壓機(jī)始末得到*好的利用，從而達(dá)到效率*高。

　　該控制器在歐盟與北美洲取得了很好的使用效果。

　　用的控制器為SmartAir8，該控制器可采用RS485與空壓機(jī)進(jìn)行通訊，通過(guò)監(jiān)控后部壓力的變化，輪換啟動(dòng)或停止系統(tǒng)內(nèi)的空壓機(jī)。該控制器實(shí)現(xiàn)輪換啟動(dòng)與控制，其主要目的是自動(dòng)控制與運(yùn)行。

　　曰本日立（HITACHI公司開發(fā)了臺(tái)數(shù)控制器（MultirollerEX.該控制器對(duì)空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)臺(tái)數(shù)的啟、停控制的功能。臺(tái)數(shù)控制器每隔一定的時(shí)間計(jì)算當(dāng)前*佳的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，與實(shí)際的運(yùn)行臺(tái)數(shù)進(jìn)行比較，增減空壓機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。其計(jì)算壓縮空氣系統(tǒng)內(nèi)*佳的運(yùn)行臺(tái)數(shù)原則是判斷空壓機(jī)群內(nèi)卸載運(yùn)行的空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)其卸載運(yùn)行時(shí)間超過(guò)設(shè)定值時(shí)，臺(tái)數(shù)控制器認(rèn)為壓縮空氣系統(tǒng)內(nèi)不需要如此多的空壓機(jī)運(yùn)行，因而將其停下。當(dāng)監(jiān)測(cè)到供氣管網(wǎng)壓力下降時(shí)，計(jì)算壓力下降的速度、預(yù)測(cè)壓力的到達(dá)點(diǎn)，在壓力下降至下限值之前，提前起動(dòng)空壓機(jī)，以控制壓力下降。空壓機(jī)的啟、?？梢酝ㄟ^(guò)PLC相應(yīng)數(shù)字量的ON/OFF來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　相對(duì)于以壓力匹配為控制目標(biāo)的空壓機(jī)群控制系統(tǒng)，提出了基于流量控制的空壓機(jī)群控制方法，即在滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)所需壓力的基礎(chǔ)上，根據(jù)用氣流量變化優(yōu)化空壓機(jī)群的運(yùn)行組合及各空壓第4頁(yè)機(jī)產(chǎn)氣負(fù)荷的分配，以提高空壓機(jī)群運(yùn)行效率，降低其運(yùn)行能耗。

　　北京愛(ài)社時(shí)代03COSO）公司針對(duì)螺桿空壓機(jī)的控制需求，對(duì)未來(lái)用氣流量采用了分鐘級(jí)預(yù)測(cè)方法，通過(guò)采集空壓站儲(chǔ)氣罐的壓力波動(dòng)率來(lái)計(jì)算；針對(duì)離心空壓機(jī)的控制需求，對(duì)未來(lái)用氣流量采用基于支持向量機(jī)算法進(jìn)行小時(shí)級(jí)預(yù)測(cè)方法。

　　針對(duì)各螺桿式空壓機(jī)卸載壓力恒值設(shè)定不能適應(yīng)流量變化的問(wèn)題，提出了*優(yōu)卸載壓力線的控制方法，即動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)空壓機(jī)卸載壓力設(shè)定值，在設(shè)定值偏低時(shí)頻繁加卸載與設(shè)定值偏高時(shí)能耗增加之間尋找平衡點(diǎn)；并根據(jù)用氣量預(yù)測(cè)值，綜合考慮空壓機(jī)功率大小、產(chǎn)氣效率、運(yùn)行時(shí)間等因素，按總能耗*小目標(biāo)實(shí)施專家決策，制定空壓機(jī)群加卸載序列。

　　4.3供氣環(huán)節(jié)節(jié)能監(jiān)控管理壓縮空氣泄漏點(diǎn)的定位是氣動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能領(lǐng)域的重要技術(shù)，當(dāng)氣體通過(guò)小孔向大氣環(huán)境泄漏時(shí)，氣體產(chǎn)生的紊流將在小孔處產(chǎn)生超聲波，超聲波沿直線傳播，具有良好的指向性，通過(guò)檢測(cè)壓縮空氣泄漏位置產(chǎn)生的超聲波信號(hào)能夠快速地定位泄漏點(diǎn)。

　　此外，提出了一種基于基準(zhǔn)流量的并聯(lián)接入式氣體泄漏量測(cè)量方法。導(dǎo)入基準(zhǔn)流量，可以消除未知容積的影響，在被測(cè)對(duì)象容積未知的條件下即可測(cè)量出管路設(shè)備的泄漏量。

　　壓縮空氣增壓技術(shù)采用局部增壓的方法，降低空壓機(jī)的輸出壓力是壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)體系重要的組成部分，具有重要的節(jié)能效果。目前常見的壓縮空氣增壓技術(shù)由于輸出流量小、效率低，限制著其在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的推廣應(yīng)用。為了提高壓縮空氣局部增壓技術(shù)及裝置的輸出流量及效率，滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需要，提出一種高效、大流量壓縮空氣增壓技術(shù)，利用了驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)壓縮空氣的膨脹能，有效地提高了增壓器的輸出流量計(jì)效率，能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求，具有較好的推廣前景。

　　壓力與流量的控制對(duì)車間進(jìn)行合理精確的壓力及流量供給是保證車間高效生產(chǎn)、減少浪費(fèi)的重要手段之。管道供氣節(jié)能管理單元能自動(dòng)采集高、低壓管道的供氣壓力及其溢流流量，及時(shí)有效地進(jìn)行高、低壓供氣管網(wǎng)之間的壓力調(diào)節(jié)與流量調(diào)度，穩(wěn)定高壓側(cè)或低壓側(cè)管網(wǎng)的壓力，保證壓縮空氣在各壓力管網(wǎng)間的有效分配和利用，減少供氣管網(wǎng)的壓力波動(dòng)及供氣盈余所造成的浪費(fèi)，對(duì)供氣管網(wǎng)進(jìn)行綜合節(jié)能管理。

　　4.4末端節(jié)能用氣設(shè)備氣動(dòng)噴嘴廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)場(chǎng)，尤其是在機(jī)械加工行業(yè)。在能源問(wèn)題日益突出的今天，氣動(dòng)噴嘴的節(jié)能有著重要的意義。傳統(tǒng)噴嘴是安裝減壓閥來(lái)降低噴嘴供氣壓力，減少流量，但是這種方法存在大量能量損失。為了提高噴嘴的效率，減少壓縮空氣的消耗，研究提出了一種將連續(xù)氣流轉(zhuǎn)化為矩形等不連續(xù)流量氣流的裝置，該裝置由于不使用減壓閥，可以減少減壓閥部分造成的壓力及能量損失，增強(qiáng)噴吹效果，降低空氣消耗量。另外，基于科恩達(dá)原理的節(jié)能增效噴嘴、節(jié)能氣幕等代替?zhèn)鹘y(tǒng)噴管、噴頭也能取得較大的節(jié)氣效果。

　　我國(guó)壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的前景壓縮空氣系統(tǒng)在現(xiàn)代工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的能耗已不容忽視，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造，提高其運(yùn)行效率，將成為工業(yè)節(jié)能的一個(gè)重要工作。目前，我國(guó)大部分企業(yè)在壓縮空氣系統(tǒng)使用中還存在效率偏低、浪費(fèi)嚴(yán)重、欲實(shí)施節(jié)能也無(wú)從下手和缺乏經(jīng)驗(yàn)等問(wèn)題。無(wú)論是工廠企業(yè)還是專家學(xué)者，都在不斷探尋著行之有效的節(jié)能技術(shù)。北京愛(ài)社時(shí)代汩COSO）公司采取從源頭到末端的節(jié)能診斷改造服務(wù)，在20余家企業(yè)的應(yīng)用中，取得了節(jié)能率20%以上、每年削減了5000萬(wàn)度用電的節(jié)能效果，值得借鑒。

　　目前，我國(guó)空壓機(jī)的耗電量已接近3 000億度。推進(jìn)壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能工作在全國(guó)每年可節(jié)約用電約600億度，折合標(biāo)煤2160萬(wàn)噸，減少二氧化碳排放5 700萬(wàn)噸，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。這對(duì)于我國(guó)工業(yè)節(jié)能事業(yè)將具有直接的貢獻(xiàn)。