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技術專文

空壓機進氣環境溫度 降、含水量增加致使空壓機產出的壓縮空氣量會減少， 2.1.3 空壓機控制模式探討 線上運轉空壓機異常跳機有壓降時，如系統壓力持續掉到
過高
所以欲達到相同產量的壓縮空氣下，空壓機就必須耗費 低於休眠備機的追壓設定點，備機就會啟動支援供氣。
空壓機各壓縮段卻水 文獻 指出壓縮空氣系統的空壓機控制模式會隨著
[4]
時之吹洩損耗 更多的能源。此外，文獻 亦指出空壓機入口溫度每提 • 主供/副供控制(Master-Slave Control)：使用壓力階梯
[2]
緩衝槽卻水時之 系統中空壓機的型式、空壓機的台數及工廠用氣的變化
吹洩損耗 空壓機空車運轉時電 高10℃會減少壓縮空氣產量2~3%且耗電量會增加1~3% 設定方式，一台運轉中空壓機當副供，其壓力設定點等於
配置端 供應端 能損耗 程度而有不同的搭配，茲以單機控制與多機控制兩大類
管路設計不良之 。因此適當的空壓機房環境溫度對空壓機節能是非常重 空壓機主管壓力，藉由入口閥和排氣閥的部分開關調節控
壓降損耗 空壓機局部單機控制
造成的電能損耗 分述如下：
工具或生產設 要的。 壓；其餘運轉中空壓機當主供，壓力設定點高於空壓機主
需求端
備管線洩漏 加熱式乾燥機再生時 ① 單機控制包括 管壓力，入口閥最大開度和排氣閥最大關度使其為重車全
吹洩損耗與壓降損耗
2.1.2 空壓機卻水吹洩探討 載狀態供氣。
過濾器壓降損耗 • 空車/重車控制(Unload/Load)：在運作上其實是類似
在壓縮空氣系統中，空氣經過空壓機壓縮以後達到 於ON/OFF的一種控制方式，它與ON/OFF控制間唯一的 • 中央多機連鎖控制(Multi-LAN Control)：引入微電腦
差別就在於系統壓力到達高壓設定點時ON/OFF控制是對 控制器至壓縮空氣系統，其會將實際的用氣資訊進行數據
飽和空氣的狀態，原先空氣中多餘的水分會析出即為冷
空壓機進行停機的動作，而空車/重車控制則是對空壓機進 運算處理，待處理完畢後微電腦控制器會向每一台空壓機
卻水。此液態水若不即時排除會沿著空氣管路送至後端
圖1、壓縮空氣系統能耗來源示意圖 的乾燥機造成額外的吸附劑吸水負擔減少使用壽命和增 行卸載的動作，停止壓縮空氣的製造與輸出但此時空壓機 機下達開機或關機的指令。由於此種控制方式，微電腦控
的驅動馬達還是保持在運轉的狀態。雖然說空車/重車控制 制器會將原先各別執行空/重車的每台空壓機只集中整合成
加乾燥機加熱再生除水能耗，因此卻水器在空壓機上是
2. 文獻探討 可以減輕空壓機因頻繁啟停所帶來的損壞威脅，但是由於 一台或兩台，其餘的空壓機不是全載運轉不然就是關機，
不可或缺的。傳統上排除冷卻水作法為手動常開卻水器
空車卸載時驅動馬達還是持續保持運轉但停止供氣，因此 因此可有效減少因空車台數過多所造成的能源浪費問題。
[3]
2.1 供應端空壓機節能技術理論背景 球閥使其持續排放，但文獻 指出這種錯誤的卻水器使 仍會有15％∼35％的耗電量，就能源的觀點上是相當不經 一般來說，此種控制方式非常適合使用於廠內用氣變化較
用方式會使壓縮空氣和冷卻水一起排出造成卻水吹洩排 濟。
2.1.1 空壓機機房環境溫度探討 大的場合，其所表現出來的節能效果將會十分優異。
放損失，如 表1，4mm的卻水器排放洞直徑於6kg/cm
• 容調控制(Volume Control)：利用調整空壓機進氣閥
壓力且每年8,000hr運轉情況下卻水吹洩，每年將浪費
如 圖2，由熱力學的空氣飽和含水率與溫度之關係圖 門的開度，藉此來調節空氣進入空壓機的空氣量以改變空 3. 研究方法
知 : 在不同溫度下，空氣中水份含量與溫度成正比(例如 : NTD117,000元的電費，故如何正確的使用卻水器對空 壓機輸出排氣量的方式來維持系統壓力的穩定。也就是說
35℃下飽和含水率為39g/m ；30℃下飽和含水率為30g/ 壓機節能是非常重要的。 當系統壓力較高時，此時進氣閥門開度會變小以減少輸出 3.1 空壓機機房環境溫度改善方法
3
m )。代表著空壓機吸入外界空氣進行壓縮時，會因為環境 排氣量；當系統壓力較低時，此時進氣閥門開度會變大以 本研究先利用熱顯像儀(Fluke TiX580)找出可能造
3
表1、卻水器排放洞直徑與能耗損失關係
溫度的高低有不同水分含量進而影響到產出壓縮空氣中水 增加輸出排氣量。此種控制方式可帶來穩定系統壓力的優 成空壓機機房環境溫度過高的熱源，確認乾燥機再生時
氣與空氣之比例。 洞直徑 用氣量在6bar(g) 損失(NTD*) 點，對於離心式空壓機來說可有效防止高壓低流的喘振
壓力m /min 的熱排氣為造成環境溫度過高的熱源後，接著檢視廠房
3
1mm 0.065 0.3 5,400.- (Surge)現象發生。 硬體設計是否有不良之處，發現乾燥機熱排氣管與空壓
g/m3 80 2mm 0.240 1.7 30,600.- 這細小的洞
75 -70°C 0,0033 g/m 3 • 變頻控制(Variable Frequency Control)：空壓機內需 機吸入口均設計於建築物內部管道間，乾燥機再生時排
0.980
4mm
117,000.-
6.5
(4mm直徑)
70 65 60 -40°C 0.117 g/m 3 3 * Electricity costs : 2.25 NTD/kW-H 216,000.- 將令您每年損失 裝有變頻控制器，其依據壓縮空氣系統的實際用量進行演 放熱氣會積蓄於管道間內使空壓機吸入高溫高濕之空氣
12.0
2.120
6mm
Max. moisture content 55 50 45 40 35 39 g/m3 +20°C 5.6 g/m 3 3 3 Service hours : 8,000 h/year [3] 算並向驅動馬達下頻率調整的指令以調整電源頻率來改變 進而影響空壓機壓縮效能。為了達到文獻所述理想之空
NTD117,000
0.88 g/m
-20°C
+2°C
驅動馬達的轉速(頻率越高轉速越快；頻率越低轉速越慢)
壓機房環境溫度20℃~30℃，需移除熱源同時改善乾燥
17 g/m
藉此改變輸出排氣量。由於此種控制方式的驅動馬達轉速
因此欲改善空壓機卻水吹洩損耗，文獻 建議使用自
23 g/m
+25°C
機熱排氣管設計不良之處，故發包施作乾燥機熱排氣管
+50°C 82 g/m
式來說可減少因空車所造成的能源損失。惟使用變頻控制
制排水。一般市面上常見的自動卻水器型式為機械浮球排
20 30 25 30 g/m3 +35°C 39 g/m 3 3 動卻水器排水。如 圖3，其可分為液位控制排水和時間控 是會隨著系統的實際用量隨時進行調整，比起其他控制方 改善工程將乾燥機熱排氣管由建築物內部管道間移出至
15 戶外，如 圖4。
水、時間控制電磁閥排水和電子感應液位控制排水。至於 的空壓機需裝有變頻控制器且所用之驅動馬達必須為價格
10
5 較高的變頻式馬達，會增加建置工廠的成本。
0 如何選用自動卻水器需依照低投資成本、長效使用壽命和 3.2 空壓機卻水吹洩改善方法
-70 -40 -20 +2 +25 +50°C
Air dew point temperature 最低服務保養需求的經濟考量出發。
② 多機控制包括 本研究使用的Atlas ZH900型(60Hz/1250Hp/8000
圖2、空氣飽和含水率與溫度之關係圖
排水系統 • 手動控制(Manual Control)：依照實際系統的使用狀 CMH)空壓機為三段壓縮離心機有三段管徑為3/4"的卻
2
況，根據瞬時用量估算手動啟動或關閉多台空壓機。此種 水管，卻水吹洩壓力分別為1、4、7kg/cm ，其卻水手
手動 自動
文獻 指出一般空壓機房內所容許的環境溫度約是5
[1]
控制方式由於是透過人為判斷的方式來進行切換控制，因 閥開度常開20%排放冷卻水，為了改善此卻水吹洩，依
℃~40℃，而最理想的狀態是在20℃~30℃之間。當環 手動閥 液位控制 時間控制
此很容易會因為人為的疏忽而出現有多台空壓機同時處在 照文獻探討，我們選擇安裝無需額外耗電的機械浮球式
境溫度低於5℃時，管路與閥件會結冰，潤滑機油流動 電子式 機械式 電磁閥 空車的狀況。一旦系統空車的台數越多以及空車的時間越 自動卻水器，如 圖5。其原理利用浮球控制，當液位達
性很差(在環境溫度低於-10℃時必須額外添加抗凍劑)會
利用電子感應液位高低 電控浮球 浮球 久，相對所產生無謂的能源消耗也就越高。 到上限時，浮球上昇頂開閥門，開啟排放閥而將冷凝水
造成空壓機當機；而一旦機房內的環境溫度過高(如超 來控制排水
• 休眠控制(Motor Stop)：透過修改空壓機的追壓設定 排除，而當浮球下降至低液位時，再將閥門關閉。
過35℃以上)，此時空壓機吸入的高溫空氣因其密度下
圖3、卻水器排水系統之分類 點使其成為休眠模式當備機，平時類似停機零耗電，但遇
51 52 53 54 55 56

61 62 63 64 65 66

71 72 73 74 75 76

81 82 83 84 85 86

91 92 93 94 95 96