空壓機的耗電量約佔有整個工廠的20~40%不等，因此空壓機的節能顯得更加重要。如何將該耗能量降低至最小化，並控制在需求內的最低限度，便是空壓機節能的重點。在節能方案中，降低空壓機的控制壓力（低壓化）則是一項非常有效的節能方法，目前也被眾多廠家採用。然而另一方面，由於採取了低壓化措施，反而導致工廠內部設備和機械產生局部壓力不足的現象，而必須對該局部供給最適增壓後的空氣。
對於輸出壓力降低所造成之效率提昇而言，以下表所示之理論上計算出之數據而言。在常見之 7.0kg/cm2G 輸出壓力下，降低輸出壓力至 6.0kg/cm2G，效率約可提昇7.6～9.1%，此一數據較經驗上每降低1.0kg/cm2之輸出壓力可提昇效率4～8%相當。 由此可知空氣壓縮機輸出壓力的降低的確有助於效率上的提昇與能源上的節約。
空壓機系統低壓化有何效果?
且讓我們先來瞭解一下經常在製程設備上用的氣動閥, 氣壓缸, 吹掃或者霧化…等, 低於 5.0 bar 以下的需求約略85%左右; 也就是說, 只有15%左右才會需要到6.0 bar以上的壓縮空氣壓力需求.
空壓機廠商在設計的時候是以能夠滿足最大多數的需求工況來考量, 因此市面上的空壓機最常見的都設計以7.0 bar為主; 也就是說, 我們如果有合宜的方案來降低系統壓力就能夠滿足85%的需求, 每降低系統壓力1.0 bar就能夠減少平均8%的電力消耗. 空壓機系統壓力降低時, 對於舒緩佔有壓縮空氣消耗25%的管路洩漏假性需求也有極大的助益! 就讓我們來看看目前一般的空壓機系統壓力設計 (下圖左), 通常為了少數較高壓力的需求而將系統壓力設定為7.0 bar.
空壓機系統低壓化之後會產生三種效果–
- 減少空壓機的耗電量 : 空壓機操作壓力越低, 耗功越低.
- 減少空氣消耗量 : 壓力降低之後, 排氣的速率與流量會降低, 可以有效減少空氣消耗量.
- 降低空壓機負載 : 由於空壓機的負載降低, 空壓機的損耗跟著也會降低, 對於零件耗材的使用壽命有延長的效果.
既有系統實施空壓機系統低壓化的跨越障礙
當想要實施空壓機系統低壓化的時候，有幾個重點必須加以考慮; 而這幾個重點也是規畫執行時必須跨越的障礙–
- 肯定低壓化帶來節能效果的同時，也產生因壓力不足而導致生產效率下降的現象。
- 因壓力不足機器設備無法正常運轉。
- 為彌補壓力不足而進行增壓，卻又擔心不當的增壓帶來更多的耗能。
- 壓力越低流速越快，因此乾燥機與過濾器的處理量必須變大 (選型需要放大)。
空壓機系統低壓化的解決方案有哪些?
從需求面反推, 我們可以嘗試將系統壓力向下調整 (也就是空壓機系統低壓化), 然後再局部需要較高壓力的地方使用增壓的裝置, 目前常見的有兩種方案可以作為工具, 其中以第一種是最常見的工具方案 :
- 增壓缸 : 這個是在許多工廠或應用場合最常見的方式, 其主要訴求是不需要耗電; 但是最大的兩個約點是耗氣以及噪音.
- 增壓機 : 此種方案是採用電動機驅動增壓機體, 類似雙段壓縮的設計, 將空壓機系統壓力吸入機體後, 將壓縮空氣壓力往上昇高; 最大的優點是不浪費消耗壓縮空氣以及噪音相對低, 缺點當然是需要有馬達帶動以及新機成本較高.
我們以較高需求壓力6.5 bar以及需求風量400L/min為例, 壓力從4.0 bar要提升到6.5 bar時, 增壓缸必須消耗浪費掉580L/min而增壓機則不會浪費消耗掉壓縮空氣.
我們來看看兩種方案實際消耗壓縮器元的比較影片.
另外, 我們再來比較兩種方案的噪音困擾大小.
在採取任何方案之前, 我們必須先提醒; 末端壓力不足也很有可能是系統壓降過大造成的, 因此必須也同步瞭解整個空壓機系統管線配置與壓降情形.
考慮採用無油式增壓機的時機
- 應對採取空壓機系統低壓化策略, 局部需要較高於系統壓力的製程採用局部增壓方式.
- 目前採用許多增壓過程需要浪費壓縮空氣的增壓缸時 (請參考下圖).
為了達成系統全面低壓化但是克服局部較高壓需求的工況，於是日本岩田空壓機開發了可以局部增壓而將能耗抑制到最小的 “ESTIBO 無油式增壓機”。無油式增壓機相關資料, 可以參考本網站 無油式增壓機 章節!
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