气动与电动工具计算和考虑因素|manbetx王者荣耀压缩空气最佳实践

Jerry Zolkowski, PE, CEM，消费者能源业务高级工程师解决方案

气动工具由压缩空气供电，而电动工具通过电力作为动力供电。气动工具通常用于整个化工工艺，建筑，木工，金属加工等许多应用。压缩空气系统是大多数植物操作的必要部分。但是，根据美国能源部压缩空气挑战压缩空气系统的说法^(1）：

通常是工厂中效率最低的能源
通常是工厂电力的最大最终用途
经常使用不恰当

要操作一台1马力的压缩空气马达，空气压缩机需要大约7马力的电力。当压力高于典型的90psi压力时，甚至需要更多的动力。

对于这个例子，比较了0.5马力的气动和电动工具能量使用。使用400小时/年的刀具运行时间 - 展示所有计算，以便在考虑其他变化时可以轻松替换其他情况的节省。

要计算从气动工具到电动工具的转换所节省的能源，需要估算每种情况下的能源消耗。在一个大型的压缩空气系统中，更换几个工具的效果可能太小，无法通过对空压机的功率监控来检测。然而，这仍然是一个很好的实践，当一个更大的计划的一部分来减少空气消耗时，综合努力将达到一些可衡量的结果。另一个积极的方面可能是压缩空气的使用减少了所需的空压机容量。

计算压缩空气工具能量使用

在这个过程中，我们做了一些假设。其一，工具在气动情况下以满负荷流量运行，在电动情况下以满负荷功率运行。显然，这并不总是正确的，如果已知一个更接近的负荷曲线，那么可以将每个负荷在其年度运行小时的能源消耗加在一起，以得到一个更好的估计。

此外，每当考虑负载减少时，都存在部分负载空气压缩机效率，并且设施在空气压缩机效率曲线上运行。虽然此示例使用接近典型全卷效率的值，但实际结果可能很大。如果网站仅向下移动调制的入口叶片空气压缩机的效率曲线，则节省将适度。然而，如果从系统中取出足够的压缩空气动力工具以允许轻质负载的空气压缩机完全关闭，那么节省要大得多。

在最近的工厂能源审计中，建议用电动工具取代气动工具。现场有两台125马力的有载/空载空压机，第二台空压机大部分时间都在空载运行。该站点只有一台空压机的干燥能力。除了基本的储蓄推荐(假设满载效率),它是强调改变足够工具允许第二个空气压缩机仍将larger-than-calculated储蓄和带来的好处允许该网站使用干燥的空气到处都没有额外的资本支出。在这一点之后的节省将比计算的少一点。

分析

以下等式可用于计算现有气动工具的年需求：

AED_气动= ed._气动X T.

地点:

AED_气动=在kWh /年度的每年电力使用气动工具

艾德_气动= kW中气动工具的电气需求

t=气动工具的年运行小时数(在这家工厂，每年400小时)

＊t可以考虑一个班次（2000小时/年）运行20％的利用率，两班（4,000小时/年）运营的10％，三班（6,000小时/年）的利用率为6.7％，等等。

然后可以使用以下等式来计算现有气动工具的电气需求：

艾德_气动= CFM_气动h_空气_筹码

地点:

艾德_气动= kW中气动工具的电气需求

h_空气COMP.=压缩空气发电效率（0.16千瓦/ CFM）^（2)

CFM_气动= CFM使用气动工具

典型的0.5 hp气动工具的平均cfm计算如下表所示:

操作期间典型气动工具的额定CFM
气动工具/模型	CFM
Speedaire / 2 ypr1^（3）	18
芝加哥气动/ CP9288^（4)	24
Desoutter / DR350 P20000^(5）	20.
平均	20.7

以下计算结果显示，一台0.5马力气动工具的平均耗电量为20.7 cfm。

艾德_气动= 20.7 cfm x (0.16 kW/cfm) =3.31 kW.

以下计算揭示了该气动工具供应压缩空气的年用电量:

AED_气动= 3.31 kW x(400小时/年)=1320千瓦时/年

电线电缆电动工具的能源使用和节约

有些应用不适合从气动工具转换为电动工具。一个原因是更高动力的工具使用更大的电动马达，如果没有工具平衡器，频繁使用可能会太重。另一个原因是电动和气动之间的耐久性可能也是一个问题。频繁使用的手动工具可能每隔几个月就会更换一次，因此，在这种情况下，跟踪工具成本和更换频率，以创建一个总运营成本比较，包括压缩空气和电力的使用。虽然有线电动工具在能源方面总是占上风，但如果电动工具的寿命和成本与气动工具不同，那么总运营成本可能会有所不同。

分析

用电动工具代替气动工具每年的节能计算公式如下:

AES_电= AED._气动- AED._电

地点:

AES_电=年省电千瓦时/年

AED_气动=气动工具年用电量以千瓦时/年计

AED_电=电动工具年用电量(千瓦时)

随着气动工具的输出和电机效率，具有相同0.5马力输出的有线电器的电力。0.5马力电动机的典型电动机效率为65％^（6）．然后全负荷电脑需求成为以下内容：

艾德_电= (0.5 hp)(0.746 kW/hp) / 65% =0.574 kW.

以下等式可用于确定电动工具的年需求：

AED_电＝艾德_电xt_电

地点:

AED_电=电动工具年用电量(千瓦时)

艾德_电=电动工具的电气需求（0.574 kW）

t_电=每年电动工具运行小时数(400小时/年)

以下计算显示了电动工具的年电力使用：

AED_电= 0.574 kW x(400小时/年)=230千瓦时/年

以下计算揭示了用电动工具替换气动工具每年节省的电能:

AES_电=（1320千瓦时/年） - （230 kWh /年）=1090千瓦时/年

对于这个例子，如果平均功率成本为0.10美元/千瓦时，每年的储蓄将是每辆工具109美元。

计算电动工具的能耗

电池驱动的工具和有线工具一样高效，但电池充电系统会带来一些损失。电池驱动的工具可以(但不一定)提供比压缩空气更高的效率，在某些情况下可能是首选。美国环境保护署(Environmental Protection Agency)的“能源之星”(Energy Star)计划公布了充电系统的能源损耗量，这一衡量标准根据“能源之星”公布的数值对充电器进行了认证^（7）．

能源之星的“平均能量比”是充电系统损失的能量量除以电池中的有用能量。该比率从近零到约15变化。作为储蓄例子，考虑一个具有平均能量比（ER）的充电器的工具为2.5。上面的有线工具的计算显示了当考虑电机效率和运行时间时工具所需的能量，这是230千瓦时/年。2.5的ER表示充电中使用的非活动能量的量如下：

非有功能量=(能量比)(电池中可用能量)

对于这个例子，非有功能量可以用以下方法计算:

（2.5）（230千瓦时/年）=575千瓦时

总能量包括电池中的有用能量，导致以下计算总能量使用：

(230千瓦时的有用能量)+(575千瓦时的非有功能量)=805 kwh.

为了获得相对于使用气动工具的年节能，将1320千瓦时/年的压缩空气能量代入下式:

(1320kwh /年)-(电池工具805kwh /年)=节约能源515千瓦时/年

如果平均电力成本为0.10美元/千瓦时，那么对于本例来说，每个工具每年将节省51.50美元。在假定电池驱动的工具比气动工具更有效之前，一定要检查充电器的效率。

使开关到电动工具

可以使用电子表格进行评估首先查看设施的机会。此调查和初始分析可以通过显示尝试新工具的努力最大限度地开始努力。以下图表中显示了该调查的示例：

计算表

虽然可能无法用电动工具替换所有气动工具，但是如本图表所示的评估可以在开始的位置开始讨论。

点击在这里扩大。

使用有绳的电动工具代替气动工具可以节省能源，在任何可能的情况下，都应将其作为最佳实践。计划好的方法可以确定气动工具的使用位置、运行时间、成本以及工具的负载。然后对更换的电动工具进行选择和测试。可以预测更换工具的能量消耗，并考虑成本来计算每个工具的回报。更换的工具将带来节约，并减少工厂所需的压缩空气量。

有关更多信息访问https://new.consumersenergy.com或联系Jerry Zolkowski，Tel：（517）481-2972，电子邮件：Gerard.Zolkowski@dnvgl.com。

阅读更多信息系统评估，请拜访airbestpractices.com/system-assessments．

参考文献