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      空氣知識課堂

      壓縮機效率
      [2019-07-19]

      效率efficiency,最初只是有用功率對驅動功率的比值?,F在也用于眾多的領域來體現經濟性。由于應用的需要,不同能量之間會進行轉換。通常采用能量轉換效率來衡量轉換的經濟性,其計算方法是指能量轉換設備所輸出的可利用的能量相對其輸入能量的比值。它是一個無量綱無單位的百分比值。如電機的效率是指對外輸出的機械功與消耗的電能的比值。能量轉換效率不會超過100%。也有一些場合采用了另外的一些指標,如制冷設備采用了COP(Coefficient of Performance),其計算方法是生成冷量/消耗電能,該數值超過1,通常會達到3左右,這是怎么回事呢?其實制冷的過程并不是一個能量轉換過程,而是一個能量轉移過程,所以無法用效率來衡量。衡量經濟性有一個通常的方法,就是成果/成本。制冷設備就是采用了這樣的方式,冷量是成果,電耗是成本。COP數值越大說明該制冷設備經濟性越好。類似的方式也用于其他的設備,如空氣壓縮機,但是空氣壓縮機采用了相反的計算方式。 

      空氣壓縮機的成果是壓縮空氣,成本是電耗,如參考制冷設備的COP計算方式是壓縮空氣生產量/電耗,可以解釋為單位電耗生產的壓縮空氣量。但實際中人們采用了電耗/壓縮空氣生產量,也就是生產單位體積的壓縮空氣所消耗的電能,簡稱為用電單耗SER,該數值越低越好。其單位有kw/(m3/min),嚴格的說kw/(m3/min)并不準確,因為m3/min和kw都是時間單位的效率值,準確表達應該是焦耳/m3或者焦耳/升,但是kw/(m3/min)計算極其方便,也就被人們廣泛使用了。也有其他領域采用該方式,比如汽車采用油耗/百公里,可以簡稱為用油單耗。

      壓縮機的壓縮過程實際也是一個能量的轉換過程,也可以用效率的方式表達。傳統計算壓縮機效率的方式是理論絕熱壓縮功/實際電耗,這種計算方式是錯誤的。理論絕熱壓縮功并不是能量轉換的結果,在壓縮過程中,系統對外排出的熱量等值于系統輸入的電能,但是并不是說電能全部轉換為熱能,其轉換的重要部分是壓縮空氣對外的做功能力,也就是對外所作的膨脹功, 工程熱力學上稱為?,又叫有效能,英文名稱為exergy,數值上等于

      其中p1是壓縮后的壓力,p0是對外做功的環境壓力,v0是環境壓力下的空氣流量。獲得該壓力等溫壓縮功耗也恰好是該數值。那按成果/成本,也就是對外可做功/壓縮總功耗,這個就是能源效率,業內稱為輸功效率,也稱?效率。比如比功率為 6.0kw/m3/min,按準確單位應該是360kJ/m3,按前文公式計算7bar(表壓) 1m3的壓縮空氣對外可做功為208KJ,那么輸功效率為 208/360=57.8%,如果是8bar(表壓)的1m3的壓縮空氣對外可做功為220KJ,SER為6.0的輸功效率為220/360=61.1%,實際上8bar的比功率做到6.0是非常難的。不同壓力下的壓縮空氣如果用比功率來衡量,并不能比較能源效率高低,但是輸功效率就可以,因為輸功效率已經包含了壓力的因素在內。比如5bar下SER為5.0 kw/m3/min,那么輸功效率是60%,比8bar下的6.0 kw/m3/min效率要低。

      輸功效率會作為一個概念在越來越多的應用中體現,2018年頒布的行業標準《壓縮空氣站能效分級指南》就采用了該概念。

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