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國際推動空氣壓縮機能源效率介紹暨國內能源效率管理方向

工研院機械所劉永隆

中華民國104年9月15日

大綱

歐盟空壓機節能推動的作法

中國大陸空壓機節能推動的作法

歐盟與大陸空壓機節能規定的差異分析

國內能源效率管理方向

結論與建議 ITRI

歐盟空壓機節能推動的作法

歐盟空壓機節能推動_ENER Lot 31，Lot 31基於歐盟生態

設計指令2009/125/EC要求而設立。

Lot 31共有8個主要任務(Product Definition, Standards and

Legislation, Marketing,Technology… … )，由多個面向考量

，提出建議草案。

始於2012年12月21日，2014年6月6日公佈最終研究報告

─DRAFT ECODESIGN REGULATION _ Possible

requirements for compressors for standard air applications

概況說明

歐盟空氣壓縮機的定義

歐盟空氣壓縮機能效管制範圍

管制範圍

固定轉速迴轉式空壓機及可變轉速迴轉式空壓機且其流量

為5~1280 公升/秒(l/s)，活塞式空壓機其流量為2~64公升/秒(l/s)

除外項目

用於處理有毒氣體之空壓機

使用於有潛在爆炸環境的空壓機

使用於環境溫度超過40℃，或者空壓機入口空氣溫度高於100℃或低於－15℃

歐盟空氣壓縮機能效管制範圍(續)

迴轉式空壓機：為容積式空壓機的一種，在有噴射油的狀況下，藉由壓縮機內之一個或數個轉子的轉動，連續性地壓縮空氣體積及傳送，又可稱為固定轉速迴轉式空壓機；如該空壓機主馬達配備有變頻器，則稱可變轉速迴轉式空壓機。

活塞式空壓機：亦為容積式空壓機的一種，在有油潤滑之油壓缸的作動下，藉由壓縮機內之一個活塞的往復運動，連續性地壓縮空氣體積及傳送。

型式活塞式固定轉速迴轉式可變轉速迴轉式

油潤滑方式油潤滑油噴射油噴射

段數單段單段單段

速度固定固定變速

冷卻方式氣冷氣冷氣冷

冷卻風扇有(必要的話) 有有

傳動件(皮帶、齒輪、聯軸器⋯⋯)

有有(必要的話) 有(必要的話)

入口過濾有有有

入口閥無有有

低壓止迴閥有有有

油分離無有有

氣管有有有

油泵無有(必要的話) 有(必要的話)

歐盟空氣壓縮機基本架構配置

型式活塞式固定轉速迴轉式可變轉速迴轉式

油過濾器無有有

油冷卻無有有

恒溫控制閥無有有

馬達啟動盤無有有

變頻器無無有

冷卻後壓縮無有有

壓縮控制裝置有有有

壓力調整有無無

儲氣筒有無無

排水閥有無無

歐盟空氣壓縮機基本架構配置(續)

歐盟預定實施管制時程

歐盟預定分兩階段實施管制

2018年1月1日開始第一階段管制

2020年1月1日為第二階段管制(要求更高之能源效率)

第一階段管制標準草案

空壓機最低能效標準

固定轉速迴轉式空壓機

(-0.928 ln2(V1)+13.911 ln(V1)+27.110)+(100-(-0.928 ln2(V1)+13.911 ln(V1)+27.110))*d/100

可變轉速迴轉式空壓機

(-1.549 ln2(V1)+21.573 ln(V1)+0.905)+(100-(-1.549

ln2(V1)+21.573 ln(V1)+0.905))*d/100

V1:空壓機入口之體積流量(l/sec)

d:比例損失因子(Proportional loss factor)，d=-5

第一階段管制標準草案(續)

活塞式空壓機空壓機

(8.931 ln(V1)+31.477)+(100-(8.931 ln(V1)+31.477))*d/100

d:比例損失因子(Proportional loss factor)，d=-5

第二階段管制標準草案

固定轉速迴轉式空壓機(-0.928 ln2(V1)+13.911 ln(V1)+27.110)+(100-(-0.928 ln2(V1)+13.911 ln(V1)+27.110))*d/100

(-1.549 ln2(V1)+21.573 ln(V1)+0.905)+(100-(-1.549

ln2(V1)+21.573 ln(V1)+0.905))*d/100

d:比例損失因子(Proportional loss factor)，d=014

第二階段管制標準草案(續)

活塞式空壓機

(8.931 ln(V1)+31.477)+(100-(8.931 ln(V1)+31.477))*d/100

d:比例損失因子(Proportional loss factor)，d=0

管制標準_資料雲

資料來源:美國壓縮空氣及氣體協會之空壓機的公開資訊(Compressed Air and Gas Institute；CAGI)

比例損失因子

17d 值越大，效率越高

d=-5:市場上約淘汰22~27%的產品

d=0:市場上約淘汰39~45%的產品

能源效率計算

固定轉速迴轉式及活塞式空壓機

ηisen=0.35*V1*(p20.2857-1)/Preal

ηisen : 等熵效率

V1:入口之體積流量(l/sec)

p2 :在全負載下之出口壓力(bar)

Preal :在全負載下之輸入功率(kW)IT

能源效率計算(續)

ηisen= ηisen,i * fi)

ηisen,i=0.35 * V1,i * (p2,i0.2857-1)/Preal,i

V1,i:入口之體積流量(l/sec)

p2,i:在不同負載下之出口壓力(bar)

Preal,i:在不同全負載下之輸入之功率(kW)

fi :權重因子;如表

體積流量(在全負載下取其體積流量之百分比；V1,i)

權重因子(fi)

100% 25%

70% 50%

40% 25%

實例演練

實例:水冷式螺旋式空壓機，功率37kW ，吸氣流量為100 l/s (6.0m3/min)，排氣壓力7 bar

計算等熵效率: ηisen=0.35*V1*(p20.2857-1)/Preal

ηisen=0.35*100*(70.2857-1)/37=70.34%

實例演練(續)

計算效率要求:(-0.928 ln2(V1)+13.911 ln(V1)+27.110)+(100-(-0.928 ln2(V1)+13.911 ln(V1)+27.110))*d/100

2018年:

(-0.928 ln2(100)+13.911 ln(100)+27.110)+(100-(-0.928 ln2(100)+13.911 ln(100)+27.110))*-5/100

=70.07%

2020年:

(-0.928 ln2(100)+13.911 ln(100)+27.110)+(100-(-0.928 ln2(100)+13.911 ln(100)+27.110))*0/100

=71.49%

判斷:

70.34>70.07 符合歐盟2018空壓機最低能效要求

70.34<71.49 不符合歐盟2020空壓機最低能效要求

中國大陸空壓機節能推動的作法

大陸空氣壓縮機能效管制現況

2009年4月公布 GB 19153「容積式空氣壓縮機能效限定值及能效等級」，該標準中將能效分為三個等級，並於同年12月實施。

2010年3月實施強制性空壓機能源效率標識。

大陸空氣壓縮機能效管制範圍

GB19153所規定之空壓機

直結便攜式往復活塞空壓機

微型往復式活塞空壓機

全無油潤滑往復活塞空壓機

一般用固定的往復活塞空壓機

一般噴油螺桿空壓機

一般用噴油單螺桿空壓機

一般用噴油滑片空壓機

能源效率計算

測試依據

GB/T 3583 「一般容積式空氣壓縮機性試驗方法」

(參考ISO 1217 制定)

能源效率計算公式

qi :空壓機之比功率;單位為kW/(m3/min)

Pi :空壓機之輸入功率;單位為kW

Qi :空壓機之容積流量;單位為 m3/min

實例演練

實例:水冷式螺旋式空壓機，功率37kW ，吸氣流量為100 l/s (6.0m3/min)，排氣壓力7 bar

計算比功率:

qi=37/6.0=6.17 kW/(m3/min)

實例演練(續)

查表 GB 19153

空壓機類別

壓縮級數

額定輸出功率

額定排氣壓力

冷卻方式

效率標準：

判斷:6.17<6.2 該空壓機符合大陸一級能效標準

螺旋式空壓機

1級 2級 3級 T

比功率 6.2 7.0 8.0 7.9

T級效率在標準實施4年後取代3級(2013.12.01)ITRI

歐盟與大陸空壓機節能規定的差異分析

管制範圍差異分析

歐盟大陸

活塞式空壓機(流量為2~64公升/秒)

直結便攜式往復活塞空壓機、微型往復式活塞空壓機、全無油潤滑往復活塞空壓機、一般用固定的往復活塞空壓機(0.25~560kW)

固定轉速迴轉式空壓機(流量為5~1280公升/秒)

一般噴油螺桿空壓機、一般用噴油單螺桿空壓機、一般用噴油滑片空壓機(1.5~630kW)

可變轉速迴轉式空壓機(流量為5~1280公升/秒)

沒管制

能源效率計算及要求差異分析

項目歐盟大陸

效率表示

等熵效率單位:%

比功率單位:kW/(m3/min)

直接效率間接效率

效率標準公式計算查表

漸進式的變化階梯式的變化

效率要求僅管制最低能效分3级能效管制

測試依據ISO 1217 GB/T 3583

(參考ISO 1217)

國內能源效率管理方向

國內空壓機產業現況及銷售市場

國內實驗室測試能量(0.75kW-110kW)

國際法規調和

兼顧經濟發展與節能減碳

基本考量

國內未來可能作法

項目方案一方案二

參照依據歐盟中國大陸

管制功率 0.75kW~110kW 0.75kW~110kW

初期管制範圍

• 固定轉速迴轉式空壓機• 活塞式空壓機

• 直結便攜式往復活塞空壓機• 微型往復式活塞空壓機、全無油潤滑往復活塞空壓機

• 一般用固定的往復活塞空壓機• 一般噴油螺桿空壓機• 一般用噴油單螺桿空壓機

依據標準

CNS 10213 容積式壓縮機-允收試驗(已依據ISO 1217修訂，於103.9.29正式公布)

規劃實施日期

2019年 2019年

我國已實施高效率馬達的能效管制，但馬達為中間元件，

為擴大節能效益，馬達動力機械設備的能效管制已為國際

趨勢，中國大陸已於2009年實施空壓機能效管制，歐盟預

計2018年及2020年分兩階段實施空壓機能效管制。

中國大陸的能效標準與歐盟表達方式不同，計算方式不同

，我國在參照國際標準時，應考量效率標準使用及後續效

率更新的方便性、國內產品外銷市場等因素，制訂國內適

宜的能效標準。

建議我國參照國外空壓機能效管制系統，於2019年實施空

壓機最低能效管制。

結論與建議

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