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空压机能效等级说明(GB19153-2019版)

发表时间:2020-09-12 15:00

  对于空压机行业,国家实施了严格及科学的能效等级规范,2003年我国发布《容积式空气压缩机能效限定值和能效等级》国家标准GB19153-2003,2009年第二版GB19153-2009版发布,实施十年后,2019年再次升级发布了GB19153-2019版,该版本将于2020年7月1日实施。

       2019版相对比2009版有众多的改变。变化的主要内容在前言中做了表述。如标准的适用范围做了详细的规定,部分术语做了调整,增加了变转速压缩机的能效评价,提高了部分产品的能效指标。下面分别针对几个重要变化作出解读。

      1、统一了一般用喷油回转空气压缩机的能效

        新标准将一般用喷油螺杆、喷油涡旋、喷油滑片空压机统一为一般喷油回转式压缩机能效指标。

       2、增加了变频压缩机的能效评级
  增加了对变转速回转空压机的能效指标要求,也就是说变频压缩机能效也可以评级了!一般用变转速喷油回转空气压缩机的能效等级,按0.3MPa、0.5MPa、0.7MPa、0.8MPa、1.0MPa、1.25MPa六个压力段,驱动电动机额定功率为2.2kW~315kW,分别给出了风冷和水冷两种方式的1,2,3级能效的限定值。比如驱动电机功率45kW, 压力0.7MPa的风冷变频压缩机的1,2,3级能效的限值分别为6.4,6.9,7.7kW/( m³/min)。

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  不同于定频机的固定转速,变频机的转速是可变的,它的能效就不能按最大转速时的值来简单定义,要在一个经济合理的转速范围内都达到较高的能效水平才能真正体现变频机的能效等级。事实上,标准的制定是考虑到了变频机实际的使用工况。标准中规定了一般用变转速空压机机组输入比功率的取值是个加权值,是由满负荷机组容积流量的100%、70%和40%的机组输入比功率,分别乘上相应的权重系数25%、50%和25%,然后求和得到。这充分考虑了整个压缩机组在不同负载情况下的能效水平,要求在低频或者低速情况下能效也要达到较高的水平,而不是单纯在高频或高转速时达到较高的水平。
    变转速能效等级的增加是新标准重要的变化之一。通常所说的变频压缩机就是属于变转速压缩机。由于变转速在不同的转速下排气量不同所需功耗不同。假如评价最大气量的能效值那是不合理的。如下图中的两台机器。红色在最大气量明显是占优的。

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        但是对于变转速压缩机来讲,大多数时间是运行在60~80%负荷的。GB19153-2019 采用了 加权评价的方法。用该方法前文中的蓝色是有优势的。


        3、对电机服务系数滥用的约束

       标准2009版能效评价依据驱动电动机输入额定功率,但是没有对驱动电动机的输入功率做严格的规定,如75KW电动机如果服务系数为1.2,那么输入功率即为75KW*1.2=90KW,应该按90KW输入功率进行评价,但是对此标准2009版并没有作出严格规定。新标准GB29152-2019对此有了要求,在新标准”4.3a)回转空气压缩机的机组功率试验值,应小于驱动电动机额定功率大一档的值。机组额率试验值按式(4)计算;其中“机组功率”在新标准3.2机组功率中的定义为“空气压缩机机组完成压缩空气输出所需总的输入功率”。新标准的此定义非常重要,也就是用机组功率而不是电动机额定功率选择评价标准,如前文举例的75kW电动机采用1.2服务系数的风冷空气压缩机,电机的输入功率考虑电机效率已经超过90kW,再加上风扇电机功率,机组功率是超过90kW的,按新标准应该按90kW进行评价而不是之前的75kW。同时新标准条目6.5.2式(4Pc=evc· qv,corr ,式中,Pc为机组功率,evc为比功率,qv,corr为气量,给了机组功率的验证方式,如某75kW空气压缩机在8bar下的气量为15m3/min,加入声称比功率为6.3能效一级,那么机组总功率为15*6.3=94.5kW,应该按90kW进行评价,能效等级为二级。

    
      4增加了机组比功率与机组等熵效率、输功效率换算

  虽然说这部分是一个附录,但是增加了输功效率这个重要概念,输功效率已经在团体标准T/CGMA033001-2018《压缩空气站能效分级指南》唱了主角,而比功率作为换算在附录中存在。比功率体现了方便性,输功效率体现了学术性。输功效率的定义是压缩空气对外的做功能力与生产该压缩空气所需的功耗的比值,也就是?效率。输功效率更体现了能源利用效率,而不要考虑不同压力下不同的值。比如比功率6.0kw/m3/min,在7bar下的输功效率是57.8%,比功率6.2kw/m3/min8bar下输功效率是59.1%。那么后者的能源效率更高,统一用输功效率,那么空气压缩机的能源利用效率也可以在不同压力下进行比较了。

       
   这里可以思考一个问题一般用喷油螺杆空气压缩机的输功效率在60%左右,那么近40%的能源是被浪费掉了。理论计算获取7bar压缩空气等温压缩与一般喷油螺杆的理论功耗相差约10%,即使现在最新的喷水螺杆压缩机,排气温度温升仅25℃非常接近等温压缩,7bar的输功效率也仅57%。另外从标准中的同压力的能效来看,机器越小能效越差,也就是输功效率越低,7bar压力11kW一级能效的输功效率仅50%,大小不同功率是因为压缩效率导致的不同吗?显然不是,这主要是由损失不同造成的。由此看来要提升能源效率的主要途径是如何减少摩擦、泄漏、压降等众多损失。

       

       5,总结看一下,新版标准有哪些升级改进:

①所有一般用喷油的回转式空压机统一能效指标;

② 能效指标把定转速的空压机和变转速的空压机分别开来;

③ 增加了0.3MPa和0.5MPa两个额定排气压力等级;

④ 将“实际容积流量”改为“机组容积流量”,“机组输入功率”改为“机组功率”,“机组输入比功率”改为“机组比功率”;

⑤GB19153-2019的能效指标全面严格于GB19153-2009;

⑥ 回转空气压缩机的机组功率试验值,应小于驱动电机额定功率大一档的值;

⑦ 变转速喷油回转空压机的机组输入比功率为100%、70%和40%满负荷机组容积流量分别对应的机组比功率与权重的乘积之和;

⑧ 增加了机组比功率按试验吸气温度修正的计算。


  新标准GB19153-2019体现了最新的空气压缩机的能源效率概念,也体现了能效的发展方向。


附:中国能效标识网能效查询网址:https://www.energylabelrecord.com



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