壓力與流量的控制對車間進行合理精確的壓力及流量供給是保證車間高效生產(chǎn)、減少浪費的重要手段之。管道供氣節(jié)能管理單元能自動采集高、低壓管道的供氣壓力及其溢流流量，及時有效地進行高、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)的壓力波動及供氣盈余所造成的浪費，對供氣管網(wǎng)進行綜合節(jié)能管理。

4.4末端節(jié)能用氣設備氣動噴嘴廣泛地應用于工業(yè)自動化現(xiàn)場，尤其是在機械加工行業(yè)。在能源問題日益突出的今天，氣動噴嘴的節(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，增強噴吹效果，降低空氣消耗量。另外，基于科恩達原理的節(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)場中的能耗已不容忽視，對其進行節(jié)能改造，提高其運行效率，將成為工業(yè)節(jié)能的一個重要工作。目前，我國大部分企業(yè)在壓縮空氣系統(tǒng)使用中還存在效率偏低、浪費嚴重、欲實施節(jié)能也無從下手和缺乏經(jīng)驗等問題。無論是工廠企業(yè)還是專家學者，都在不斷探尋著行之有效的節(jié)能技術(shù)。北京愛社時代汩COSO）公司采取從源頭到末端的節(jié)能診斷改造服務，在20余家企業(yè)的應用中，取得了節(jié)能率20%以上、每年削減了5000萬度用電的節(jié)能效果，值得借鑒。

壓縮空氣系統(tǒng)因其元器件造價低廉、系統(tǒng)易維護等特點，從20世紀70年代開始在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應用漸漸擴大，至今已在鋼鐵、石油、天然氣、食品、紡織、半導體、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。壓縮空氣的應用幾乎遍布每―個工廠，從小型的機加工車間，到大型的化工企業(yè)都擁有相應的壓縮空氣系統(tǒng)。

然而，隨之帶來的是壓縮空氣系統(tǒng)的能耗問題，其已成為現(xiàn)代工業(yè)中的主要耗能系統(tǒng)之一。美國等國家在壓縮空氣系統(tǒng)上的能耗占其全國工業(yè)總耗電量的9 %左右，而歐洲空壓機耗電約占其工業(yè)總耗電量的10°%.在我國，2010年壓縮機的耗電量高達到2700億度，約占全國工業(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、浪費嚴重等問題引起了人們的關(guān)注。無論是研究機構(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；隨后介紹了國內(nèi)外壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能現(xiàn)狀；同時針對當前壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能存在的問題，針對性地提出了四大主要節(jié)能措施，并指出我國壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的前景。

1基本節(jié)能潛力點個工業(yè)現(xiàn)場典型壓縮空氣系統(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)儲氣罐緩沖，并且初步除水除油后，輸入到干燥機等的教學與研究工作。
空氣凈化設備中進行進一步的除水、除油等凈化；之后潔凈的壓縮空氣通過管道輸送至末端用氣設備，如噴槍、氣缸等'因此，整個壓縮空氣系統(tǒng)可大致分為三個部分：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入后才能使用的能源，用戶普遍存有壓縮空氣來自大氣，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誤認識；而國內(nèi)外的專家學者關(guān)于壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能運行的研究較少。由此導致了在生產(chǎn)工作中壓縮空氣能源的大量浪費，參照壓縮空氣系統(tǒng)的構(gòu)成，其能源浪費主要表現(xiàn)為：空壓機（群）的運行負載不匹配空壓機系統(tǒng)設計或設備選型一般都遵循最大負荷條件（即100°%負荷）原則。但在實際使用中，工況都不會是滿負荷運行。因此空壓機的實際產(chǎn)氣量需要匹配負載用氣流量，以適應工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的運行工況要求。

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50%.有時一個汽車組裝車間的泄漏點就有2萬個，其中，泄漏量的90%以上來自設備使用中的零部件老化或破第2頁損間。
由于管道壓力損失不確定，設備啟動存在流量高峰等原因，壓縮機的供氣壓力有時比現(xiàn)場要求壓力高出0.2~0.3MPa，浪費非常嚴重。

用氣端如氣槍噴嘴等低效氣槍在制造加工的精修、機加工等工藝現(xiàn)場被廣泛使用，其耗氣量在某些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域達到總供氣量的50%.通常，氣槍在使用過程中存在供氣管道過長、供給壓力過高、用直銅管做噴嘴等問題。
2國內(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，世界各國紛紛設立專項科研項目，如美國的CAC（CompressedAirChallenge）項目、澳大利亞的EEAP項目、新西蘭的CAS（CompressedAirSystem）優(yōu)化運行項目等。其中以美國的CAC項目最為知名，該項目1997年10月由美國能源部發(fā)起設立，它由來自于壓縮空氣系統(tǒng)硬件供應商的主要的財政及人力資源支持，其主要目的是為工廠工程師教育提供一個針對壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的培訓框架。CAC項目僅僅針對壓縮空氣系統(tǒng)，基于用戶的投資，它整合了壓縮空氣系統(tǒng)設計、運行和評估等方面的信息，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及建議，為美國每年節(jié)約用電約為30億度。但由于該項目缺少具體技術(shù)手段及設備成果，其推廣收益有限。
中國"十五"十大重點節(jié)能工程中就包含電機系統(tǒng)節(jié)能工程這項，另外，中國臺灣財團法人中技社對壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)進行研究，指出了該系統(tǒng)存在的主要問題，如壓力不足、壓力波動過大、壓縮空氣泄漏、空壓機卸載時間長、管路任意延伸等，提出了診斷方法，并研發(fā)了簡單的壓縮空氣管網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)。由于缺少壓縮空氣系統(tǒng)能量評價標準以及先進的控制方法，其研究成果缺少足夠理論依據(jù)，控制節(jié)能效果有限，對整個壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能作用有限。

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

3當前壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能存在的問題長期以來，我國制造業(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，普遍存在著嚴重的浪費。因此，為了提高企業(yè)利潤，降低能耗，很多企業(yè)紛紛開展了簡單節(jié)能活動，例如管道堵漏、空壓機加裝變頻裝置等。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)能活動取得的效果十分有限。目前國內(nèi)壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能主要面臨能耗評價不合理、空壓站運行不科學、供氣節(jié)能管理待優(yōu)化和末端設備節(jié)氣待提高四個問題：目前工業(yè)現(xiàn)場普遍采用的壓縮空氣系統(tǒng)能量消耗指標是空氣消耗量?？諝庀牧坎痪哂心芰繂挝?，不能獨立于整個系統(tǒng)而表示各個設備能耗，因此使用該評價體系無法對氣源輸出端到設備使用端中間環(huán)節(jié)的能量損失進行量化，無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)效率偏低的問題也就得不到根本解決。另外，世界各國在壓縮空氣系統(tǒng)能耗評價及測量上沒有統(tǒng)一的科學的標準，從而無法引導用戶優(yōu)先選用能源利用效率高的壓縮空氣元器件和設備。

空壓站運行不科學壓縮機的合理配置及合理運行對節(jié)能非常重要。通常，很多工業(yè)現(xiàn)場的壓縮機采用的是吸氣閥調(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在沒有供氣的情況下也仍需消耗3070%額定功率的電力，浪費嚴重。為此，為削減能源浪費，目前比較有效的措施有變頻調(diào)速、壓縮機群臺數(shù)控制等。而這些在工廠的實際生產(chǎn)中基本都被忽略，保證壓力成為大多數(shù)工廠對壓縮機管理的唯一要求提出了種新的壓縮空氣能耗評價指標：氣動功率。該指標通過分析壓縮空氣狀態(tài)變化與外界機械能轉(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，用以表示空氣相對大氣環(huán)境的做功能力。該指標能直接量化氣動設備的用氣能耗，其表示及測量方法在2008年被日本流體動力協(xié)會采用為行業(yè)標準FPS2018：2008，已在日本企業(yè)中使用，并于2011年12月被中國國家標準委確定立項為GB國標立項項目。

該能量評價指標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)能率的計算奠定了理論基礎，為選用能效高的氣動元器件和設備提供了計算依據(jù)。
4.2空壓機群運行優(yōu)化管理對于空壓站空壓機群系統(tǒng)控制的問題，按現(xiàn)有的控制技術(shù)，大致分為壓力控制和流量控制，下面對其做簡單的介紹。
目前，世界上各主要的空壓機制造商都開發(fā)出各自不同的空壓機群控制系統(tǒng)。但對于通過縮小空壓機系統(tǒng)的運行壓差，降低系統(tǒng)的運行壓力，僅有少數(shù)幾家空壓機制造商推出了相關(guān)產(chǎn)品，但其應用范圍有限，對于有些壓縮空氣量變化較大的場合，其系統(tǒng)壓差依然較大，不能有效地降低系統(tǒng)的運行壓力，而且大多數(shù)控制器僅起到自動控制或順序控制的作用，對第3頁于如何使整個壓縮空氣系統(tǒng)高效可靠的運行，各空壓機制造商研究甚少。
年底推出空壓機群節(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Profibus或是硬線連接與空壓機進行通訊，根據(jù)傳統(tǒng)邏輯選擇的原則，通過壓力的變化來輪換啟動或停止臺空壓機。
成控制系統(tǒng)X81系統(tǒng)，就采用了硬線與空壓機進行連接，通過采集后部壓縮空氣的壓力，進而依次控制空壓機的啟動、加載、卸載及停機的控制技術(shù)。

德國凱撒空壓機（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，其主要作用是通過監(jiān)測后部壓力的變化來順序控制相應空壓機的運行與停止。該控制器遵循先進先出的控制原則，并在空壓機系統(tǒng)內(nèi)配置不同大小的空壓機，始末用大功率的空壓機作為基載，用小功率空壓機作為峰載空壓機來調(diào)節(jié)用氣量的變化。這樣使大功率的空壓機始末得到最好的利用，從而達到效率最高。
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與空壓機進行通訊，通過監(jiān)控后部壓力的變化，輪換啟動或停止系統(tǒng)內(nèi)的空壓機。該控制器實現(xiàn)輪換啟動與控制，其主要目的是自動控制與運行。
曰本日立（HITACHI公司開發(fā)了臺數(shù)控制器（MultirollerEX.該控制器對空壓機的運轉(zhuǎn)進行控制，實現(xiàn)空壓機臺數(shù)的啟、停控制的功能。臺數(shù)控制器每隔一定的時間計算當前最佳的運行臺數(shù)，與實際的運行臺數(shù)進行比較，增減空壓機的運行臺數(shù)。其計算壓縮空氣系統(tǒng)內(nèi)最佳的運行臺數(shù)原則是判斷空壓機群內(nèi)卸載運行的空壓機運行時間，當其卸載運行時間超過設定值時，臺數(shù)控制器認為壓縮空氣系統(tǒng)內(nèi)不需要如此多的空壓機運行，因而將其停下。當監(jiān)測到供氣管網(wǎng)壓力下降時，計算壓力下降的速度、預測壓力的到達點，在壓力下降至下限值之前，提前起動空壓機，以控制壓力下降?？諌簷C的啟、?？梢酝ㄟ^PLC相應數(shù)字量的ON/OFF來實現(xiàn)。
相對于以壓力匹配為控制目標的空壓機群控制系統(tǒng)，提出了基于流量控制的空壓機群控制方法，即在滿足工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)所需壓力的基礎上，根據(jù)用氣流量變化優(yōu)化空壓機群的運行組合及各空壓第4頁機產(chǎn)氣負荷的分配，以提高空壓機群運行效率，降低其運行能耗。