《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值和能效等級(jí)》

GB19153-2019專業(yè)解讀

“能效是最重要的第一能源(Energy efficiency is the first fuel)”，這是國際能源署署長Fatih Birol 先生在2019年7月召開的第四屆“全球能效大會(huì)”上重申的理念。中國早就開始關(guān)注能源效率。容積式空氣壓縮機(jī)能效推廣更是走在了世界前列。2003年中國發(fā)布了《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值和能效等級(jí)》國家標(biāo)準(zhǔn)GB19153-2003，2009年升級(jí)了第二版GB19153-2009版，2019年再次升級(jí)發(fā)布了GB19153-2019版，該版本將于2020年7月1日實(shí)施。

2019版相比2009版有眾多的變化。變化的主要內(nèi)容在前言中做了表述。如標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍做了詳細(xì)的規(guī)定，部分術(shù)語做了調(diào)整，增加了變轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)的能效評(píng)價(jià)，提高了部分產(chǎn)品的能效指標(biāo)。下面分別針對(duì)幾個(gè)重要變化做出解讀。

統(tǒng)一了一般用噴油回轉(zhuǎn)空氣壓縮機(jī)的能效等級(jí)

新的標(biāo)準(zhǔn)將一般用噴油螺桿、噴油渦旋、噴油滑片空壓機(jī)統(tǒng)一為一般用噴油回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，能效等級(jí)在2009版表6 《一般用噴油螺桿空氣壓縮機(jī)和一般用噴油單螺桿空氣壓縮機(jī)的能效等級(jí)》基礎(chǔ)上部分產(chǎn)品做了提升，并在2019版新標(biāo)準(zhǔn)中列為表1。

對(duì)電機(jī)服務(wù)系數(shù)濫用的約束

標(biāo)準(zhǔn)2009版能效評(píng)價(jià)依據(jù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸入額定功率，但是沒有對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸入功率做嚴(yán)格的規(guī)定，如75kW電動(dòng)機(jī)如果服務(wù)系數(shù)為1.2，那么輸入功率即為75kW*1.2=90kW，應(yīng)該按90kW輸入功率進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)2009并沒有做出嚴(yán)格規(guī)定。新標(biāo)準(zhǔn)GB29152-2019對(duì)此有了要求，在新標(biāo)準(zhǔn)“4.3 a）回轉(zhuǎn)空氣壓縮機(jī)的機(jī)組功率試驗(yàn)值，應(yīng)小于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)額定功率大一檔的值。機(jī)組功率試驗(yàn)值按式（4）計(jì)算；”其中“機(jī)組功率”在新標(biāo)準(zhǔn)3.2機(jī)組功率中的定義為“空氣壓縮機(jī)機(jī)組完成壓縮空氣輸出所需總的輸入功率”。新標(biāo)準(zhǔn)的此定義非常重要，也就是用機(jī)組功率而不是電動(dòng)機(jī)額定功率選擇評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如前文舉例的75kW電動(dòng)機(jī)采用1.2服務(wù)系數(shù)的風(fēng)冷空氣壓縮機(jī)，電機(jī)的輸入功率考慮電機(jī)效率已經(jīng)超過90kW，再加上風(fēng)扇電機(jī)功率，機(jī)組功率是超過90kW的，按新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該按90kW進(jìn)行評(píng)價(jià)而不是之前的75kW。同時(shí)新標(biāo)準(zhǔn)條目6.5.2 式（4）Pc=evc · qv,corr，式中，Pc為機(jī)組功率，evc為比功率，qv,corr為氣量，給了機(jī)組功率的驗(yàn)證方式，如某75kW空氣壓縮機(jī)在8bar下的氣量為15m3/min，加入聲稱比功率為6.3能效一級(jí)，那么機(jī)組總功率為15*6.3=94.5kW，應(yīng)該按90kW進(jìn)行評(píng)價(jià)，能效等級(jí)為二級(jí)。

擴(kuò)展了回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的范圍

增加了0.3Mpa和0.5Mpa能效等級(jí)評(píng)價(jià)值，同樣增加在了表1。

增加了變轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)式空氣壓縮機(jī)

變轉(zhuǎn)速能效等級(jí)的增加是新標(biāo)準(zhǔn)重要的變化之一。通常所說的變頻壓縮機(jī)就是屬于變轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)。由于變轉(zhuǎn)速在不同的轉(zhuǎn)速下排氣量不同所需功耗不同。假如評(píng)價(jià)最大氣量的能效值那是不合理的。如下圖中的兩臺(tái)機(jī)器。紅色在最大氣量明顯是占優(yōu)的。

但是對(duì)于變轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)來講，大多數(shù)時(shí)間是運(yùn)行在60~80%負(fù)荷的。GB19153-2019 采用了表7 加權(quán)評(píng)價(jià)的方法。用該方法前文中的藍(lán)色機(jī)器是有優(yōu)勢(shì)的。

GB19153-2019的表2列出的就是一般用變轉(zhuǎn)速噴油回轉(zhuǎn)空氣壓縮機(jī)能效等級(jí)。表2也對(duì)于表1列出了不同的壓力評(píng)價(jià)值，也一同增加了0.3MPa和0.5MPa?？紤]到變轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)變頻器的能耗和在低載荷時(shí)的低能效，變轉(zhuǎn)速的能效評(píng)價(jià)值比同功率同等級(jí)的定轉(zhuǎn)速高3~5%。

對(duì)于變轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)來講，壓力可以在許可范圍內(nèi)任意設(shè)定，某些廠家的變轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)并不分7/8/10bar，那么怎么做能效評(píng)價(jià)呢？可以選定標(biāo)準(zhǔn)中的某一個(gè)壓力進(jìn)行能效評(píng)價(jià)。

增加了機(jī)組比功率與機(jī)組等熵效率、輸功效率換算（附錄A）

雖然說這部分是一個(gè)附錄，但是增加了輸功效率這個(gè)重要概念，輸功效率已經(jīng)在團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CGMA033001-2018《壓縮空氣站能效分級(jí)指南》唱了主角，而比功率作為換算在附錄中存在。比功率體現(xiàn)了方便性，輸功效率體現(xiàn)了學(xué)術(shù)性。輸功效率的定義是壓縮空氣對(duì)外的做功能力與生產(chǎn)該壓縮空氣所需的功耗的比值，也就是效率。輸功效率更體現(xiàn)了能源利用效率，而不要考慮不同壓力下不同的值。比如比功率6.0kw/m3/min，在7bar下的輸功效率是57.8%，比功率6.2kw/m3/min在8bar下輸功效率是59.1%。那么后者的能源效率更高，統(tǒng)一用輸功效率，那么空氣壓縮機(jī)的能源利用效率也可以在不同壓力下進(jìn)行比較了。

這里可以思考一個(gè)問題一般用噴油螺桿空氣壓縮機(jī)的輸功效率在60%左右，那么近40%的能源是被浪費(fèi)掉了。理論計(jì)算獲取7bar壓縮空氣等溫壓縮與一般噴油螺桿的理論功耗相差約10%，即使現(xiàn)在最新的噴水螺桿壓縮機(jī)，排氣溫度溫升僅25℃非常接近等溫壓縮，7bar的輸功效率也僅57%。另外從標(biāo)準(zhǔn)中的同壓力的能效來看，機(jī)器越小能效越差，也就是輸功效率越低，7bar壓力11kW一級(jí)能效的輸功效率僅50%，大小不同功率是因?yàn)閴嚎s效率導(dǎo)致的不同嗎？顯然不是，這主要是由損失不同造成的。由此看來要提升能源效率的主要途徑是如何減少摩擦、泄漏、壓降等眾多損失。

新標(biāo)準(zhǔn)GB19153-2019體現(xiàn)了最新的空氣壓縮機(jī)的能源效率概念，也體現(xiàn)了能效的發(fā)展方向。