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

气动工具以压缩空气为动力，电动工具以电力为动力。气动工具通常用于整个化工过程工业，建筑，木工，金属加工和许多其他应用。压缩空气系统是大多数工厂操作的必要部分。然而，根据美国能源部的压缩空气挑战赛，压缩空气系统是^(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。

本例比较了0.5马力气动工具和电动工具的能量使用情况。使用了400小时/年的工具运行时间，并给出了所有的计算结果，因此在考虑其他变化时，可以很容易地替代为其他情况节省的时间。

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。

计算压缩空气工具的能量使用

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，每当考虑负荷降低时，都存在部分负荷空压机效率的问题，且设施在空压机效率曲线上运行。虽然本例使用的值接近典型的全容量效率，但实际结果可能有很大不同。如果站点仅仅移动到一个可调进口叶片空压机的效率曲线下，节省将是适度的。然而，如果从系统中取出足够多的压缩空气驱动工具，允许轻负荷空气压缩机完全关闭，那么节省的成本就会大得多。

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

可用下式计算现有气动工具的年用电需求:

AED_气动=艾德_气动x t

地点:

AED_气动=气动工具年用电量为千瓦时/年

艾德_气动气动工具的电气需求，单位为kW

t=气动工具的年运行小时数(在这家工厂，每年400小时)

＊t一个班次(2000小时/年)的利用率为20%，两个班次(4000小时/年)的利用率为10%，三个班次(6000小时/年)的利用率为6.7%，以此类推。

则可用下式计算现有气动工具的电气需求:

艾德_气动= CFM_气动h_空气_{电脑及相关知识}

地点:

艾德_气动气动工具的电气需求，单位为kW

h_空气比较=压缩空气产生效率(0.16 kW/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:

典型气动工具运行时的额定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) =3.31千瓦

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)

与气动工具相同输出功率为0.5马力的绳状电动工具所需的电力考虑了输出功率和电机效率。典型的电机效率为一个0.5马力的电机是65%^(6）．满载时的电力需求如下:

艾德_电= (0.5 hp)(0.746 kW/hp) / 65% =0.574千瓦

电动工具的年用电量可由以下公式确定:

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=电动工具用电需求(0.574 kW)

t_电=每年电动工具运行小时数(400小时/年)

以下计算揭示了电动工具的年用电量:

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 kWh/年)- (230 kWh/年)=1090千瓦时/年

在本例中，如果平均电力成本为0.10美元/千瓦时，每个工具每年将节省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”是充电系统损耗的能量除以电池中的可用能量。这个比率从接近零到大约15。作为一个节约的例子，考虑一个带有平均能量比(ER)为2.5的充电器的工具。以上绞线工具的计算显示了在考虑电机效率和运行时间的情况下，该工具所需要的能量，即230 kWh/年。ER为2.5表示充电时使用的非有功能量如下:

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

总能量包括电池中有用的能量，因此总能量使用计算如下:

(230千瓦时的有用能量)+(575千瓦时的非有功能量)=805千瓦时

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。

使用电动工具

可以使用电子表格对设施的机会进行初步评估。这个调查和初步分析可以通过显示在哪些地方尝试新工具的工作最有成效来开始工作。以下图表显示了这项调查的一个例子:

计算表

虽然可能不可能用电动工具取代所有的气动工具，但如图所示的评估可以让我们开始讨论从哪里开始。

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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。

如需更多信息，请访问https://new.consumersenergy.com或联系Jerry Zolkowski，电话:(517)481-2972，电子邮件:Gerard.Zolkowski@dnvgl.com。

阅读更多关于系统评估,请访问airbestpractices.com/system-assessments．

参考文献