技术学院审计发现能源和水使用节省了4.5万美元
作为能量减少努力的一部分，加拿大技术学院聘请了一项压缩的空中审计员，以便对其大型校园进行泄漏审计，其中包括30多个混合使用建筑，包括实验室，研究设施，商店和教室。审计发现泄漏很少，减少将降低最小的节省;然而，在研究期间注意到了一些令人惊讶的兴趣物质，这表明营业成本节省64％的潜力，每年估计为45,000美元，降低能源和水费。本文讨论了一些调查结果以及如何在轻度装载的压缩空气系统上实现节省。
向多个建筑物提供压缩空气
自20世纪60年代以来，研究的校园已经存在，现在是加拿大最大的大学。超过48,000名学生每年都在大学里注册。提供的课程是为工作场所而设计的，包括应用和自然科学，商业和媒体，计算和信息技术，工程，健康科学和交易的学位，文凭和证书，大多数受试者需要用压缩空气供电工具和机器。此外，在校园内应用研究活动，以帮助将新产品带到市场和地址特定的行业问题;该功能还需要压缩空气来运行组装和测试设备。
校园和学校原来的位置，开始时很小，但多年来扩大了很多。随着各个教学区域的增加，专门为教学活动而设计的教学楼一个接一个地建了起来，现在总共有30多栋独立的教学楼。在大多数建筑中，在其他公用设施中，至少有一个100 psi的压缩空气系统。该系统由往复式、涡旋式和润滑螺杆式空气压缩机组成，它们被选择来匹配建筑物内压缩空气使用的期望职责。大多数系统使用制冷空气干燥机，但有一个主厂房系统为包含实验室和研究设施的建筑提供仪器质量的空气，通过干燥剂空气干燥机处理。
与工业场所不同，在空气压缩机供应典型的八小时班次上循环负荷，每周五天，每年52周，基于学校学期，该学院在课堂周期上或多或少地运营。这意味着由于培训商店的需求，当实际的实际动手学习活动正在进行时，这可能会遇到高峰，但大多数时候，当学生在教室里或晚上和周末时，有很少的压缩空气要求。在这些停机期间，该设施中的空气压缩机仍然有效，为建筑提供压力，但仅喂养压缩空气操作的HVAC控制和各种配电管，连接的软管，阀门，配件和通电机引起的漏气引起的小流量。
这种光负荷在效率方面对一些安装的空气压缩机具有问题。在负载/卸载模式下运行的润滑螺杆空气压缩机的一个特性是它们通常需要在负载周期后关闭之前在卸载条件下运行一段时间。选择该运行时间以防止可能会燃烧空压机电机的过度开始，通常调整，使得该装置从未从每小时开始超过六次。但在卸载条件下，风冷的润滑螺杆式空气压缩机将消耗25至40％的满载功率，同时生产不足，产生压缩空气的效率非常低。根据安装特性，通常空气压缩机存储器接收器是最关键的组件，甚至可以在卸载状态下花费大部分寿命，浪费显着的能量并过早地佩戴空气压缩机。
使用小时表显示效率低下
作为泄漏研究的一部分，压缩空气审核员要求校园内所有空气压缩机和烘干机的名单。从该列表中，根据空气压缩机尺寸和类型选择特定的系统，螺丝单元是最兴趣的。由于具有压缩空气系统的少数建筑物，并且预定的审计时间短，审计员需要某种方式优先考虑时间的时间。一旦识别了关键空气压缩机，接下来的审计员将集中在空气压缩机的运行时间;装载和运行时间由现场工作人员拍摄，这些人用于确定哪些校园压缩空气系统消耗最多的空气，以及最大的力量。
图1:如果润滑螺杆空压机的控制存储接收器容量有限，从小时表读数计算的平均功率可能是不准确的。简单的计算使用一条直线近似线，如绿色线所示。但实际功率取决于存储的数量和压力带设置的宽度。对于容积为10%、每cfm容量为1加仑的空压机，计算功率为满负荷的30%，而实际功率为58%。
大多数现代空压机在机载控制中都有内部计时器，可以跟踪设备已加载的小时数和空压机已运行的总小时数。使用这些计时器读数，在某些已知的时间和日期之间，可以粗略计算空压机流量输出、能源消耗、平均功率和比功率。这就像一个小型审计，只是没有使用测量工具。
该方法的一个例子如校园上指定为GA18 + FF的空气压缩机的遵循。该装置是25马力（18 kW）润滑螺杆空压机，内部空气烘干机内部空气压缩机外壳。当最初调查时，发现该单位有1,672个装载小时和11,083个运行时间。这是第一次效率低下的提示。具有载入到运行比率小于10％的螺旋空气压缩机将是非常效率的，但是，由于这些是寿命时间而不能依赖初始小时计测量，而且机器可能在不同的条件下运行，即使在其前一生中的大部分生活中也在不同的位置。
一周后再次以小时仪表确认空气压缩机运行效率低下。新读数为1,685小时，11,218个运行时间。做简单的减法，我们可以计算出在此期间，空气压缩机仅装入13小时，但在本周的前期经过的168小时内耗尽135小时。从运行时间加上加载的减去我们可以看到在空压机消耗功率的卸载条件下花了122小时的操作，但不会产生空气。
从这些时间开始，我们可以对空气压缩机的功耗和流量输出进行粗略估计。通常，通过将标称HP捕获并将空气压缩机的满负荷功率估计，在0.85的因子下倍数，在这种情况下，对于25-HP单元，将在21kW处估计满载功率。对于卸载条件，风扇的空气冷却空气压缩机将消耗约35％的全负载功率，或者在这种情况下为约7.4千瓦。螺杆空气压缩机流量可以通过将标称HP乘以四倍，或者在这种情况下大约100 CFM（4×25 HP）来粗略估计。为了更好的估计，或者如果需要实际测量，请咨询制造商。该空气压缩机的计算如下：
- 满载平均能量= FL KW X FL HRS = 21 kW x 13小时= 273千瓦时。
- 卸载的平均能量= 7.4 kW x 122 HRS = 903 kWh或期间总能量的77％。
- 总能量= 273 + 903 = 1,176千瓦时或在168小时持续时间内平均7千瓦。
- 流量输出= FL HRS /经过HRS X额定流量= 13/168 x 100 = 7.7 CFM。
- 比功率= kW/ 100cfm = 7.0 / 7.7 × 100 = 90kw / 100cfm。
注意这些只是粗略的估计，并且不考虑循环损耗如果空气压缩机安装有非常小的接收器，则循环损耗可能导致更效率。图1显示了计算的值是如何在10％负载下满载量的约30％，但每个CFM存储尺寸的实际功耗为满载的58％。在解释这个粗略的计算时，应该考虑这一点。
以前的计算显示该GA18 + FF空气压缩机运行非常效率（甚至考虑内部非循环干燥器电源）。典型的空气压缩机运行最佳地具有特定的功率数，这是每100 CFM的空气压缩机“气体里程额定值”的额定值，这取决于其排出压力和空气的尺寸压缩机。通常，较小的空气压缩机具有更高的特定功率水平，更大的单元，最受欢迎的空气压缩机的额定功率可以在大多数制造商网站上的压缩空气和气体（CAGI）数据表中找到。
具体功率差异很大
图2显示了来自设施的一些选定空气压缩机的调查结果。可以看出，对于使用VSD空气压缩机的电压为20的低于20的各种系统，对于具有非常小的储存的轻量负载单元的系统，特定功率对于来自20的低于20的各种系统，各种系统的特定功率很大。在一年（52周）中投射类似的操作估计的年度成本已经计算出2.一些系统每年的电力成本运行较少350美元，但其他系统每年耗费数千美元。可以迅速看出，在一个平均流量下的系统和良好的特定功率下，在系统上花费泄漏检测时间并不是非常富有成效的。但是解决空气压缩机控制问题的节省潜力很大。
图2：基于使用一周拍摄的加载和运行时间的简单计算，可以大致计算特定功率（黄色），能量（kWh）和运营成本（橙色）。这些计算允许审计员专注于具有最高成本的系统。
有了这些新知识，压缩空气审计师将注意力集中在流量和年成本最大的系统上。到目前为止，最大的一个是在校园中心发电厂，系统消耗了158 cfm的明显流量。
检查中心动力室系统机会
校园拥有一个中央动力区，生产热和冷水，用于各种建筑物，用于加热，冷却和热水。在该厂房的地下室是主要的空气压缩机，其供给电力系统系统使用的仪器空气，并在三座连接建筑物中使用实验室。
两个空气压缩机在冬季运行的替代职责中，一个50-HP，空气冷却的VSD单元，以及较大的75-HP，水冷螺旋空气压缩机，在负载/卸载模式下运行在较热的夏季。通过露点依赖性开关控制进入330-CFM额定无磁性干燥剂烘干机。露点控制设计成将不受控制的干燥器的恒定50 CFM吹扫降低到较低的昂贵水平与干燥器的较低平均负载成比例。
VSD空气压缩机被购买为引脚单元，75 HP单元旨在作为备份运行。不幸的是，空气压缩机的地下室位置具有很小的通风，导致空气冷却的VSD单元在温暖的天气和跳闸中过热，因此需要大型水冷空气压缩机运行。这款较大的机器效率低得多，并使用计量城市水，这几乎与空气压缩机能耗一样多。
发现空气干燥器露点依赖性切换是有缺陷的。尽管干燥器仅加工47％的额定流量，但干燥器上的露点从未达到负40oF送烘干机，在安装的露点仪表上的读数显示在负9之间of和减去15oF.这种高露点意味着干燥器继续消耗50个CFM额定吹扫流动，使净化率净化为总压缩空气流量32％，而不是适当控制的干燥剂干燥器的正常15至20％。最近改变了干燥器干燥剂以试图纠正问题。怀疑露点探针校准问题。
图2中的粗糙计算分析显示了由于它具有更好的特定功率并且不使用昂贵的冷却水，因此可以连续使用VSD空气压缩机。在泄漏减少方面，剩余的大约100cfm的压缩空气流入三个连接的实验室建筑物，代表了校园的最大压缩空气成本。然而，这些建筑物的泄漏调查发现泄漏最小。据怀疑，通过隐藏的泄漏消耗压缩气流，可能是腐蚀的管道，或通过被遗弃的用途，或者在没有使用的设备上的压缩空气消耗，但是留下了加压。
由于这种重要但未知的使用，审核员建议进行进一步调查，并为每个建筑供气安装流量计，以隔离压缩空气需求的来源。在这种情况下，最容易解决的压缩空气废物是过量的空气干燥机清洗。
作为一个能效项目，电厂目前正在VSD空压机上安装一个热回收系统。空气压缩机制造商提供了一个油到水的热交换器，可以将压缩的热量转移到水流。由于发电厂为校园提供了所有的热水，对热水进行预热被认为是对热能的完美利用，这将补充天然气燃料。这种热回收系统的一个好处是，它将带走目前通风不良的空气压缩机房间过热的大部分热量。
内部冷藏干燥机的高能量成本
现场大部分螺杆空压机都有内部制冷空气干燥机(安装在空压机机壳内的干燥机)，以非循环方式运行。通常，制冷空气干燥机只消耗压缩空气系统总能量的一小部分，但对于轻负荷系统，干燥机消耗的总能量甚至可以超过空压机的能量。安装在空气压缩机外壳内的干燥器通常比普通外部干燥器的容量略大，以便处理内部外壳的热量。
图3显示了与空气压缩机操作成本相比的估计干燥器成本。该估计证实，4个系统中的四个消耗比相关的空气压缩机更多的能量。在较小的压缩空气系统的年度运营成本中22,000美元，非循环冷藏干燥器消耗约22％的能量。
图3：对于带内冷冻干燥机的空气压缩机，干燥器（棕色）的运行成本有时超过操作空气压缩机（橙色）的成本。与水冷空气压缩机的显着运营成本是计量城市水，其接近操作空气压缩机的总电气成本。
空气压缩机制造商确实为内部干燥机提供循环选项，如果可以进行修改，可以降低干燥器费用。
泄漏调查确定了额外的节能机会。在使用超声波泄漏检测器进行的调查中，选择大约25个泄漏的建筑物数量。基于每千瓦时10美分，如果这些是修理（以及空压机控制优化），可以获得的节省，导致每年节省约5,000美元。这足以支付泄漏评估的费用。与通过改善各种系统的空气压缩机和空气干燥器控制可以实现的节省，这种潜在的节省很小。
图4：发现少量泄漏，电气成本每年占5,000美元。到目前为止，泄漏的最大原因是密封胶和宽松的配件。
储蓄大约45,000美元的建议
在查看图1的分析中，我们发现一些空压机具有很好的比功率数，从而降低了运行成本。如果要改进这些系统，这是一个潜在的节省的线索。
系统的目视检查，例如在两个汽车商店建筑中，安装了大存储器，允许螺杆空气压缩机在开始/停止模式下几乎完全运行，大大降低特定功率水平，以及运营成本。为可怜的表演者添加存储是一种简单的解决方案，可以提高大部分螺杆空气压缩机系统的效率。一些推荐的解决方案：
- 安装大型存储以启用启动/停止操作。
- 尽可能将空气干燥器转换为循环模式。
- 用循环干燥机启动/停止单元替换旧的空气压缩机。应该注意的是，这个校区的往复式和涡旋式空气压缩机没有空载运行时间，将是未来更换的一个很好的选择。
- 课程不在会话中关闭空气压缩机。
- 纠正干燥剂烘干机上的脱向依赖性开关。
- 在Powerhouse VSD上安装热量恢复或改善通风。
- 继续对电厂系统进行泄漏调查。
- 安装空气压缩机流量和能量监控，以确保系统效率。
据估计，该网站的系统改进可以在降低的能量和水成本降低每年估计为45,000美元的64％的运营成本。
本文展示了如何通过允许经验丰富的压缩空气审计员评估压缩空气系统来获得意外的潜在节省。意外的潜在空气压缩机控制和空气烘干机储蓄通常可以检测，并且可能为这些远远超过一个简单泄漏调查的小额储蓄潜力。通常压缩空气系统操作员不知道他们的空气压缩机正在卸载卸载条件下浪费电力，但有些方法可以改善这种情况。
有关本文的更多信息，请联系Ron Marshall，Marshall压缩空气咨询，电话：204-806-2085，电子邮件：ronm@mts.net。
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