# 可降低 35% 成本的 7 大氣動節能系統

> Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/7-best-pneumatic-energy-saving-systems-that-cut-costs-by-35/
> Language: zh-Hant

## Summary

利用 ISO 11011 邊界、DOE 洩漏與熱能資料及成本基準，比較 7 種氣動節能系統，再驗證是否真正降低 35% 成本。

## Page Content

# 可降低 35% 成本的 7 大氣動節能系統

七大氣動節能系統包括計量與建立基準、洩漏管理、壓力分區、低損失配氣、儲氣搭配空壓機排序、末端需求控制，以及可利用熱回收。 在條件適合的工廠中，這些系統合併後可能降低 35% 成本，但 35% 並不是有保證的產業平均值，必須以正規化的前後比較邊界證明。

ISO 11011 把壓縮空氣評估分成 供應、輸送及需求三個功能子系統 。這項全系統邊界可防止專案只宣稱某一個閥件節能，卻忽略空壓機功率、配氣損失、生產變化或其他能源（[ISO 11011:2013](https://www.iso.org/standard/46580.html)）。

> 重點摘要 DOE 表示，維護不良的系統可能因洩漏浪費空壓機輸出的 20% 至 30%。 只有確認關鍵末端的動態壓力後，才能降低壓力。 卸載運轉的螺旋式空壓機仍可能消耗滿載功率的 15% 至 35%。 應以正規化能源成本驗證 35%，不能把型錄估算值直接相加。

氣動節能系統 是相互協調的量測、控制、維護、配氣及末端措施，用於降低完成一定有用產量所需的外購能源。本文是七種系統的選型與實施指南。若需設定目標、計算碳排及建立更完整的專案清單，請參閱[降低 42% 成本與永續規劃指南](/zh-hant/blog/how-to-cut-pneumatic-system-energy-costs-by-42-while-achieving-sustainability-goals/)；若需了解熱力學邊界與有效功計算，請參閱[氣動能量轉換指南](/zh-hant/blog/how-can-you-maximize-energy-conversion-efficiency-in-pneumatic-systems/)。

## 1. 為什麼計量是第一套氣動節能系統？

ISO 11011 使用 三個評估子系統 ，並要求分析、報告、文件及節能量估算。計量必須最先進行，因為只看空壓機 kW，無法區分有效生產需求、洩漏、壓力損失、待機運轉，或把壓縮空氣用在不適當用途所消耗的氣量（[ISO 11011:2013](https://www.iso.org/standard/46580.html)）。

建立另一位工程師也能重現的基準。至少記錄：

- 空壓機機組總 kW，包括選定邊界內的輔助設備；

- 供應流量與參考條件；

- 空壓機出口、儲氣桶、主管、支管及關鍵使用點壓力；

- 加載、卸載、停機及變頻運轉狀態；

- 產量、產品組合、班別及系統加壓時數；

- 乾燥機、過濾器、排水器、冷卻及熱回收輔助功率；

- 環境與進氣條件，若其會實質改變空壓機輸出。

基準涵蓋的生產循環必須足以代表正常需求、低需求、計畫停機及最大的間歇事件。單次非生產班次量測可以揭露洩漏，卻不能正規化一整個月的混合生產。

第一階段的年度電力成本邊界可用：

C a i r = P a v g   h   r C_{\mathrm{air}} = P_{\mathrm{avg}} \, h \, r

其中， C a i r C_{\mathrm{air}} 是以所選幣別表示的年度壓縮空氣電力成本； P a v g P_{\mathrm{avg}} 是平均機組輸入功率，單位為 kW； h h 是年度運轉時數； r r 則是每 kWh 電價。若適用，需量電費、時間電價及熱能抵減應分開加入。

[Tool Compressed air Compressed Air Energy Cost Calculator 先依空壓機功率、加載與卸載運轉、年度時數及電價，估算年度壓縮空氣能源與成本，再評估七項措施。 Energy Cost = Air Flow x Specific Power x Hours x Energy Price Average flow Duty cycle Annual hours Specific power Open calculator ->](/zh-hant/online-tools/compressed-air-energy-cost-calculator/)

DOE 的 [MEASUR 壓縮空氣評估工具](https://www.energy.gov/cmei/ito/measur)可建立現行運轉基準、模擬擬議變更，並評估節能量與金額。財務計算應以廠內電表或公用事業資料為真實來源。模型負責預測，專案後獲接受的量測則負責驗證。

單一基準通常不夠。應同時保留能源基準、按產量正規化的基準，以及運轉狀態基準。如果總 kWh 只是因工廠減產而下降，只有第一項基準改善；如果產量相近而卸載時數下降，控制系統才產生了工程成果。

## 2. 洩漏管理系統如何把發現轉化為節省？

DOE 表示，維護不良的系統可能因洩漏浪費 空壓機輸出的 20% 至 30% ；主動管理則可把洩漏降至系統總流量的 5% 至 10% 以下。這些是初步篩選範圍，不能取代量測工廠的實際損失（[DOE 資料手冊](https://www.energy.gov/sites/prod/files/2016/03/f30/Improving%20Compressed%20Air%20Sourcebook%20version%203.pdf)）。

洩漏管理系統不只是一支超音波偵測器，而是包含明確的巡檢邊界、唯一洩漏編號、可重複的位置證據、流量或壓力衰減量化、修復責任及結案驗證。

採用以下作業循環：

- 在已知壓力下量測非生產時段或隔離區域流量。

- 巡檢同一邊界，並標記每一個實體洩漏點。

- 區分外部洩漏與閥件或氣缸內部旁通。

- 使用已聲明的參考條件估算或量測流量。

- 以機組比功率及實際加壓時數計算成本。

- 按機械能源隔離程序進行修復。

- 重新掃描並重複邊界量測。

- 如果需求下降足以讓一台機組卸載或停機，調整空壓機控制。

聲學工具能定位聲源，但不會自動提供可用於帳單計算的流量。若溫度、納入容積、生產活動及閥狀態都受控，在支管上使用流量計，或進行受控壓力衰減測試，可提供更強的邊界證據。

[壓縮空氣洩漏偵測指南](/zh-hant/blog/how-can-pneumatic-leak-detection-save-your-facility-50000-annually/)詳細說明量測層級與 DOE 計算範例。若需估算單一元件，可使用[洩漏成本計算器](/zh-hant/online-tools/compressed-air-leak-cost-calculator/)；若能安全測試隔離容積，則可使用[壓力衰減洩漏率計算器](/zh-hant/online-tools/pressure-decay-leak-rate-calculator/)。

在機組功率確實降低前，不要把完整的洩漏成本計算值當成公用事業費用節省。固定轉速空壓機在修復後可能繼續卸載運轉；只有控制與儲氣能讓機組改變狀態時，工廠才在回收產能之外真正縮短卸載時間。

## 3. 壓力分區應如何降低人為需求？

DOE 資料手冊指出，在未調壓需求占用氣量 30% 至 50% 的系統中， 在約 100 psig 附近每降低 2 psi，可節省約 1% 至 1.6% 能源 。這項關係附有條件，因為空壓機類型、控制、洩漏、開放吹氣、調壓閥行為及生產要求都會改變結果（[DOE 資料手冊](https://www.energy.gov/sites/prod/files/2016/03/f30/Improving%20Compressed%20Air%20Sourcebook%20version%203.pdf)）。

從末端用途開始，不要從空壓機設定值開始。記錄正確推力、速度、夾緊、吹氣、真空及品質所需的最低動態壓力，再於機械執行最不利的同時用氣事件時，向上游追查壓力分布。

如果少數用氣設備需要比工廠其他部分更高的壓力，就建立分區。壓力流量控制器、尺寸正確的調壓閥、獨立支管、局部儲氣桶或專用增壓器，可避免由高壓用氣設備決定整條主管壓力。

只有在確認高壓需求量小且間歇發生後，才使用增壓器。為大量連續流量增壓可能增加耗氣，並掩蓋尺寸不足的配氣路徑。[壓力增壓器工程指南](/zh-hant/blog/how-can-pneumatic-pressure-boosters-transform-your-industrial-operations-and-slash-equipment-costs/)說明絕對壓力與流量之間的取捨。

在受控觀察下逐步降低壓力：

- 確認每個關鍵末端用途的基準壓力；

- 以小幅且有記錄的增量降低設定值；

- 重複最不利的負載循環與品質檢查；

- 觀察空壓機狀態、洩漏、吹氣流量及調壓閥壓降；

- 到達第一個經驗證的製程裕度時停止；

- 恢復上一個已接受設定並記錄。

目標不是最低靜態壓力，而是在所有已驗證運轉狀態下都能滿足要求的最低 穩定動態壓力 。為補償單一節流點而提高主管壓力，會讓每一個未調壓用途與洩漏都更加昂貴。

## 4. 低損失配氣如何防止付費取得的壓力消失？

CAGI 表示，設計良好的壓縮空氣系統從空壓機出口到任何使用點的壓降應不超過 10% 。這是系統設計指引，不是所有暫態事件的自動驗收限值（[CAGI](https://www.cagi.org/working-with-compressed-air?ap4=1_1)）。

在有流量的情況下，量測空壓機出口、空氣處理設備、濕式與乾式儲氣桶、主管、支管、軟管、調壓閥、閥入口及致動器處的壓力。即使過濾器、快速接頭、管路、歧管流道或消音器已成為主要限制，靜態壓力仍可能看似正常。

依壓降、流量及年度運轉時數排列損失：

| 限制位置 | 應收集的證據 | 典型改善方向 |
| --- | --- | --- |
| 乾燥機或過濾器機組 | 代表性流量下的差壓 | 依製造商限值維護或重新選型 |
| 主管或支管 | 流量、內徑、等效長度、壓力分布 | 增加管徑、縮短路徑或建立環狀管路 |
| 軟管與快速接頭 | 組件前後的動態壓力 | 增加有效內徑並移除不必要接頭 |
| 使用點調壓閥 | 入口壓力、出口壓降、所需流量 | 選擇容量足夠的溢流型或非溢流型 |
| 閥件與歧管 | 有效流路的流量資料及接口壓力 | 提高流導能力或分隔同時用氣需求 |
| 排氣路徑 | 排氣接口壓力與行程時間 | 在不犧牲安全降噪下移除非預期節流 |

[氣動壓降故障排除指南](/zh-hant/blog/what-causes-pressure-drop-in-pneumatic-systems-and-how-to-fix-it/)詳述量測順序與系統配置邊界。

不要用提高空壓機出口設定值來購買壓力。修復過濾器或軟管的 7 psi 損失，再讓主管回到原本的末端壓力，可在不改變機械需求下減少所需壓縮。

## 5. 儲氣與空壓機排序如何降低卸載功率？

DOE 報告指出，卸載運轉的螺旋式空壓機即使沒有供應有效空氣，仍可能消耗 滿載馬力的 15% 至 35% 。因此，只要需求有變動，尤其是多台空壓機以重疊壓力帶運轉時，有效儲氣與控制就很重要（[DOE 資料手冊](https://www.energy.gov/sites/prod/files/2016/03/f30/Improving%20Compressed%20Air%20Sourcebook%20version%203.pdf)）。

儲氣可供應短時間高流量事件，不必讓每一台空壓機追隨事件。排序控制則分配基載、調節、備用及緊急角色，使最適合的機組追隨實際需求分布。

從實測事件開始：

- 高於穩態需求的必要流量；

- 事件持續時間與重複頻率；

- 儲氣桶至末端用途之間的允許壓降；

- 下一次事件前的恢復時間；

- 空壓機最低調節範圍及控制反應；

- 包括管路容積在內的總有效儲氣量；

- 空氣處理與壓力流量控制位置。

儲氣桶不會產生能源，只會改變空壓機供氣的時間，並可穩定控制系統所見壓力。過大的儲氣桶若搭配不良排序，可能只延長低效率的卸載時段。變頻空壓機在低於有效調節範圍時運轉，也可能浪費功率。

在共同時間基準上記錄每一台機組：kW、供應流量、出口壓力、負載狀態、轉速及進氣閥位置。接著測試生產、休息時段、夜班、週末及最大的間歇需求。目標是減少加載機組數、縮短卸載時間、縮窄有效壓力帶，同時保留足夠備用容量。

> Figure: 這個順序可避免在未受控需求仍消耗空氣時，就先最佳化空壓機供應。

## 6. 末端需求控制移除生產不需要的空氣

DOE 目前的壓縮空氣頁面整理了 14 個改善主題 ，包括不當用途、最高效率末端用途、儲氣、控制、洩漏、壓力穩定、維護及冷凝水排放。如此廣泛的範圍說明末端需求必須經過工程設計，不能把它當成無法避免的工廠負載（[DOE 壓縮空氣系統](https://www.energy.gov/cmei/ito/compressed-air-systems)）。

按運轉狀態稽核每一個用氣設備：

| 末端用途 | 浪費訊號 | 更好的控制或替代方案 |
| --- | --- | --- |
| 吹氣噴嘴或開口管 | 連續流動、壓力過高、方向不良 | 工程噴嘴、較低壓力、感測器、脈衝控制、鼓風機 |
| 文氏管真空產生器 | 工件已吸住後仍持續用氣 | 真空開關、省氣迴路、局部閥、長時間工作改用電動泵 |
| 氣動缸 | 缸徑過大、壓力過高、循環率過高 | 適當選擇缸徑、縮短死容積、關閉閒置區域 |
| 氣動馬達或攪拌機 | 在穩定負載下連續運轉 | 與電動馬達或較低壓鼓風機比較 |
| 控制箱冷卻 | 開放吹氣或不受控渦流冷卻器 | 恆溫器、熱交換器、風扇或空調 |
| 冷凝水排水器 | 定時排水同時排出有效空氣 | 依污染情況選型的零氣耗或需求式排水器 |
| 廢棄機械 | 支管仍保持加壓 | 可上鎖供氣隔離、安全排氣或洩壓、零壓驗證，以及審查所有安全功能 |

正確選型必須保留所需推力與運動裕度。較小氣缸可降低每循環耗氣量，但在摩擦、供氣壓力、排氣背壓或負載變化時可能變得不穩定。變更致動器前，先使用[缸徑與運轉成本指南](/zh-hant/blog/how-does-pneumatic-cylinder-bore-size-affect-air-consumption-and-operating-costs/)，並檢查[死容積能量損失](/zh-hant/blog/the-impact-of-dead-volume-on-pneumatic-cylinder-energy-efficiency/)。

應量測每一件良品的耗氣量，而不只是每個循環。即使機械循環率看似不變，不良品、重複夾緊、閒置吹氣及吹掃程序仍可能提高每件可銷售產品的耗氣量。

把需求分成生產、輔助、保護及浪費。固定工件的夾具屬於生產需求；保護感測器的吹掃可能屬於輔助需求；安全相關氣流可以屬於保護需求；廢棄支管則是浪費。這項分類可避免節能目標移除風險評估或製程真正需要的空氣。

## 7. 熱回收何時能真正降低成本？

DOE 表示， 工業空壓機輸入電能的 80% 至 93% 會轉化成熱 ，設計適當的回收系統可能回收其中 50% 至 90% 的可用熱能。但可回收熱本身不會自動變得有用或具有財務價值（[DOE 資料手冊](https://www.energy.gov/sites/prod/files/2016/03/f30/Improving%20Compressed%20Air%20Sourcebook%20version%203.pdf)）。

滿足以下四項條件時，熱回收才構成節能系統：

- 空壓機運轉時，工廠同時有熱需求。

- 可用空氣或水溫足以服務該需求。

- 已把風管、熱交換器、泵、風扇、控制及備援加熱納入。

- 回收熱確實取代了實測的外購電力或燃料。

常見用途包括空間供暖、製程空氣加熱、水預熱、鍋爐補水預熱、乾燥及清洗。季節性空間供暖應按每月同時性評估，不能直接使用全年空壓機時數。

應計入被取代的熱源，不能把空壓機電力重複計算。如果空壓機仍使用相同電力，回收專案降低的是加熱費用，不會同時降低空壓機 kWh。還要扣除泵與風扇能源、維護，以及任何生產或空壓機冷卻損失。

降低需求仍應優先。修復洩漏會降低空壓機功率，也會減少可用廢熱。若按原有浪費量設計回收系統，熱交換器可能過大，或在夏季形成不良運轉條件。

熱源、熱利用端及運轉時程應納入同一個逐時或逐月模型。即使回收比例很高，沒有可利用端時，避免能源的價值仍為零。

## 如何驗證七種系統降低 35% 成本？

ISO 11011 要求對 三個功能子系統 進行全系統評估，DOE 的 MEASUR 工具則建立現行運轉基準並模擬未來節省。因此，要驗證 35% 結果，實施前後必須具有固定邊界、正規化方法及可比較的成本輸入（[ISO 11011](https://www.iso.org/standard/46580.html)；[DOE MEASUR](https://www.energy.gov/cmei/ito/measur)）。

使用同一條公式表達主張：

R v e r i f i e d = C b a s e , n o r m − C p o s t , n o r m C b a s e , n o r m × 100 % R_{\mathrm{verified}} = \frac{C_{\mathrm{base,norm}} - C_{\mathrm{post,norm}}}{C_{\mathrm{base,norm}}} \times 100\%

其中， R v e r i f i e d R_{\mathrm{verified}} 為經驗證的成本降低百分比； C b a s e , n o r m C_{\mathrm{base,norm}} 是專案前已定義邊界內的正規化成本； C p o s t , n o r m C_{\mathrm{post,norm}} 則是可比較的專案後成本。兩者必須採用相同的產量、運轉時間、費率及納入能源規則。

如果 R v e r i f i e d R_{\mathrm{verified}} 等於或高於 35%，就代表該工廠與期間已證明標題門檻。若低於門檻，應報告實測結果。不要把七個預估百分比相加，因為多項措施會影響相同氣流與空壓機運轉狀態。

> Figure: 驗證會先比較相同邊界與運轉基準，再解讀百分比。

維持兩本台帳。壓縮空氣台帳記錄機組電力、流量、壓力及產量；熱能台帳記錄被取代的燃料或電力、輸送熱量及回收輔助設備。只有到最終邊界才合併兩者的正規化成本，避免把回收熱同時算成空壓機節省與加熱節省。

## 氣動節能系統選型工作表

DOE 壓縮空氣資源中心列出 14 個不同的改善主題 ，ISO 11011 則要求供應、輸送及需求都留在評估範圍內。因此，有效的工作表應在發出採購單前，為每一項措施指定邊界、量測、負責人、製程限制及驗收限值（[DOE](https://www.energy.gov/cmei/ito/compressed-air-systems)；[ISO 11011](https://www.iso.org/standard/46580.html)）。

| 系統 | 基準輸入 | 驗收證據 | 主要依賴條件 |
| --- | --- | --- | --- |
| 計量與基準 | kW、流量、壓力、狀態、產量、時數 | 可重複分布與已記錄不確定度 | 儀表位置與參考條件 |
| 洩漏管理 | 非生產流量、標籤、壓力、時數 | 標籤結案、邊界流量降低及機組反應 | 維修可達性與空壓機控制 |
| 壓力分區 | 各區末端動態壓力與需求 | 在品質與動作穩定下的最低驗證設定值 | 壓降與例外高壓用氣設備 |
| 低損失配氣 | 各串聯位置的流量與壓力 | 在不改變製程要求下降低損失 | 管路、處理設備、軟管、閥件、排氣 |
| 儲氣與排序 | 需求事件、儲氣量、控制帶、機組曲線 | 較低卸載功率與較少不必要運轉機組 | 有效儲氣容積與調節範圍 |
| 末端控制 | 每件良品耗氣與運轉狀態 | 在安全、品質及產能相同下降低需求 | 感測邏輯、致動器尺寸、替代方案 |
| 熱回收 | 空壓機熱量、利用端需求、同時性、被取代能源 | 實測有效熱減去輔助能源 | 季節與製程熱利用端可用性 |

以可量測的階段實施各項措施。重大需求變更後重新建立基準，因為空壓機控制點、儲氣需求及可回收熱都可能改變。所選順序應先降低需求，再投入供應端設備資本。

## 氣動節能系統常見問題

DOE 報告指出，維護不良系統的 洩漏損失可達 20% 至 30% ，空壓機輸入電力轉化為熱的比例則為 80% 至 93%。這些範圍代表改善機會，不保證降低 35% 成本。以下五個答案讓選型與驗證始終連結至工廠邊界（[DOE 資料手冊](https://www.energy.gov/sites/prod/files/2016/03/f30/Improving%20Compressed%20Air%20Sourcebook%20version%203.pdf)）。

### 每一家工廠都能降低 35% 的壓縮空氣成本嗎？

不能。能否降低 35% 取決於起始狀況、按產量正規化的基準、空壓機控制、洩漏、壓力、末端用途、運轉時程、費率及可利用熱需求。應使用可比較的前後成本計算結果；若正規化證據未達門檻，就報告較低的實測結果。

### 應先導入哪一種氣動節能系統？

計量應優先，因為其他六種系統都需要可辯護的基準。完成量測後，先移除不必要需求與洩漏，再最佳化儲氣、空壓機排序或替換設備。若安全、生產可靠度、故障元件或現成的熱利用端形成更強限制，確切順序可以調整。

### 降低主管壓力一定能節能嗎？

降低壓力可以減少空壓機作功、洩漏及未調壓需求，但前提是關鍵末端仍能獲得足夠動態壓力。應在最不利的同時用氣事件中量測壓力分布，修復過大節流，再逐步降低設定值。不要以空壓機房的靜態壓力表作為驗收證據。

### 七種系統的預估節省量可以直接相加嗎？

不能。洩漏修復、降壓、末端控制、儲氣及排序可能同時影響相同氣流與空壓機運轉狀態，因此各項估算會重疊。應依序實施措施，在重大變更後更新基準，再以正規化機組能源及獨立量測的熱能替代量計算最終結果。

### 何時可把熱回收納入 35% 的計算？

只有量測到的回收熱，在已聲明的成本邊界內取代外購燃料或電力時，才可納入。應比對空壓機運轉與熱利用端需求，再扣除泵、風扇、維護及備援能源。若沒有可用熱需求而將熱排放，就不能把可取得的壓縮熱列為節省。

需要協助定義壓縮空氣量測邊界或準備改善 RFQ 嗎？請透過[技術聯絡頁面](/zh-hant/contact/)提供系統壓力、空壓機資料、運轉時程、流量與功率趨勢、生產基準及擬議措施。