# 如何計算壓縮機壓縮比，為什麼它對氣動系統效率很關鍵？

> Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/how-to-calculate-compressor-compression-ratio-and-why-its-critical-for-your-pneumatic-system-efficiency/
> Language: zh-Hant

## Summary

用絕對壓力、CAGI 10% 壓降檢查、DOE 1.6-2% 能源規則與工廠空氣海拔修正，計算壓縮機壓縮比。

## Page Content

# 如何計算壓縮機壓縮比，為什麼它對氣動系統效率很關鍵？

壓縮機壓縮比比較的是排氣絕對壓力與吸氣絕對壓力。對一台在海平面吸入大氣空氣、輸出 100 PSIG 的工廠壓縮機，壓縮比是 (100 + 14.7) / 14.7 = 7.8:1 。這個數字很重要，因為它會影響熱、功率、級數選擇，以及壓縮機曲線是否符合實際安裝條件。

最常見的錯誤，是把表壓直接放進公式。壓縮機入口的車間壓力錶常常顯示 0 PSIG，但壓縮機並不是從零絕對壓力抽氣，而是從當地大氣抽氣。在海平面，NOAA 列出的標準海平面壓力約為 1013.25 hPa，工程上常視為約 14.7 psi（[NOAA JetStream](https://prod-01-alb-www-noaa.woc.noaa.gov/jetstream/atmosphere/air-pressure)，2026）。

把壓縮比當作分類數字，而不是單獨的採購規則。7.8:1 的計算會告訴你熱力學工作量，但不會告訴你乾燥機是否太小、儲氣桶是否不足，或過濾器是否在使用點偷走壓力。我們通常會搭配三個現場量測：壓縮機吸氣壓力、處理後排氣壓力，以及致動器運動時的壓力。例如，一台機器的壓縮機壓縮比看起來合理，無桿軸仍可能缺氣，因為調壓閥、盤管軟管或消音器只在加速時造成壓降。如果這些數字互相不一致，壓縮比仍然有用，但它指向的是系統問題，而不只是壓縮機本身的問題。

> 重點摘要 使用絕對壓力： compression ratio = discharge PSIA / suction PSIA 。 100 PSIG 且海平面吸氣時，壓縮比約為 7.8:1。 DOE 表示，在接近 100 psig 時，每多 2 psi 排氣壓力，總能耗約可增加 1.6-2%。

[Video: Absolute Pressure vs Gauge Pressure - Fluid Mechanics - Physics Problems](https://www.youtube-nocookie.com/embed/XCiBaFp8L_M)

在 YouTube 觀看壓力基準說明影片：[Absolute Pressure vs Gauge Pressure - Fluid Mechanics - Physics Problems](https://www.youtube.com/watch?v=XCiBaFp8L_M)。

## 什麼是壓縮機壓縮比？

壓縮機壓縮比是排氣絕對壓力除以吸氣絕對壓力。Engineering ToolBox 將其定義為 CR = p_d / p_s ，並使用絕對單位的排氣與吸氣壓力（[Engineering ToolBox](https://www.engineeringtoolbox.com/free-compressed-air-d_1190.html)，2026）。在壓縮空氣工作中，這表示 PSIA 或 bara，而不是 PSIG 或 barg。

簡單說，這個比值告訴你壓縮機把入口空氣壓縮得多用力。7.8:1 不只是「100 psi」。它代表每一單位入口絕對壓力，在損失和控制加入之前，被提升到約 7.8 單位的排氣絕對壓力。

以我們的經驗，壓縮比錯誤通常不是從壓縮機房開始，而是從試算表開始。有人把欄位標成「pressure」，把 100 PSIG 和 14.7 PSIA 混在一起，算出來的比值看似無害。接著機器發熱、乾燥機承受更多水分負載，而氣動致動器仍然把問題怪到壓縮機身上。

| 名詞 | 使用這個數值 | 海平面範例 |
| --- | --- | --- |
| 吸氣絕對壓力 | 當地大氣壓加吸氣表壓 | 0 PSIG + 14.7 = 14.7 PSIA |
| 排氣絕對壓力 | 排氣表壓加當地大氣壓 | 100 PSIG + 14.7 = 114.7 PSIA |
| 壓縮比 | 排氣絕對壓力 / 吸氣絕對壓力 | 114.7 / 14.7 = 7.8:1 |
| 錯誤捷徑 | 排氣表壓 / 吸氣表壓 | 100 / 0 ，不可能 |

致動器選型時，如果計算的是對排氣側通大氣的氣缸推力，請使用表壓。壓縮機壓縮比、儲氣桶空氣質量、真空、氣體定律檢查和高度修正，則使用絕對壓力。如果這個差異看起來太細，這篇 [氣動系統中的絕對壓力](/zh-hant/blog/what-is-absolute-pressure-and-how-does-it-impact-pneumatic-system-performance/) 是合適的預讀文章。

## 如何用絕對壓力計算壓縮機壓縮比？

先把每一個壓力值都轉成絕對壓力。常見工程參考中，標準大氣壓是 101.325 kPa，約 14.696 psi（[Engineering ToolBox](https://www.engineeringtoolbox.com/pressure-d_587.html)，2026）。這能讓海平面與高海拔工況在讀壓縮機曲線前可比較。

計算很短：

壓縮比 = P_discharge_absolute / P_suction_absolute

P_absolute = P_gauge + P_atmosphere

海平面範例：
P_discharge_absolute = 100 PSIG + 14.7 = 114.7 PSIA
P_suction_absolute = 0 PSIG + 14.7 = 14.7 PSIA
壓縮比 = 114.7 / 14.7 = 7.8:1

如果壓縮機透過髒污的入口濾芯吸氣，入口稍微低於大氣壓怎麼辦？此時吸氣絕對壓力會更低，所以壓縮比會升高。即使排氣壓力錶沒有變，這個細節也可能改變排氣溫度和性能。

> Figure: 計算壓縮機壓縮比前，吸氣和排氣壓力都要先換成絕對壓力。

需要公制版本嗎？7 barg 排氣、1.013 bar 大氣吸氣時，壓縮比是 (7 + 1.013) / 1.013 = 7.91:1 。公式相同，只是單位改變。

## 高度修正與表壓錯誤

海拔會改變吸氣絕對壓力，因此在相同表壓排氣設定下也會改變壓縮比。NASA Glenn 指出，空氣壓力和密度會隨海拔升高而降低（[NASA Glenn](https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/air-properties-definitions/)，2026）。100 PSIG 壓縮機在海平面的壓縮比，會低於在 5,000 ft 的壓縮比。

海平面時，100 PSIG 排氣且大氣吸氣約為 7.8:1。接近 5,000 ft 時，標準大氣條件下的當地大氣壓常估為約 12.2 PSIA。同樣的 100 PSIG 排氣會變成 (100 + 12.2) / 12.2 = 9.2:1 。

這是很大的差異。壓力錶仍然顯示 100 PSIG，但壓縮機承受的是更高壓力比，因為入口絕對壓力較低。有多少壓縮機問題其實是壓力基準問題？比多數團隊願意承認的還多。

| 安裝條件 | 使用的大氣壓 | 100 PSIG 排氣絕對壓力 | 壓縮比 |
| --- | --- | --- | --- |
| 海平面 | 14.7 PSIA | 114.7 PSIA | 7.8:1 |
| 5,000 ft 標準大氣 | 12.2 PSIA | 112.2 PSIA | 9.2:1 |
| 10,000 ft 標準大氣 | 10.1 PSIA | 110.1 PSIA | 10.9:1 |

我們為跨區域出貨的機器檢查壓縮機選型時，最安全的習慣是在 RFQ 中同時寫出兩種壓力基準： 100 PSIG discharge, atmospheric suction, site elevation 5,000 ft 。這一行能幫壓縮機供應商選對曲線，也避免致動器團隊把高山現場當成沿海現場。

## 氣動系統中什麼壓縮比範圍較實用？

許多工廠氣動系統在海平面從大氣吸氣、輸出約 90-115 PSIG 時，最後會落在 7:1 到 9:1 左右。DOE 的壓縮空氣 sourcebook 提醒，當包含人為需求時，在接近 100 psig 的區間，每增加 2 psi 額外壓力，總能耗約會增加 1.6-2%（[DOE Sourcebook](https://bptraining.ornl.gov/wp-content/uploads/2022/09/Compressed-air-sourcebook-by-DOE_3rd-Edition.pdf)，2022）。

不存在單一通用的「最佳」比值。壓縮機類型、控制方式、入口壓力、海拔、中間冷卻、空氣處理和使用點壓力都會影響。更實用的規則是：在修正壓降後，只把壓縮機比值維持在終端用途真正需要的高度。

對多數氣動致動器來說，更好的問題不是「壓縮機能不能做出更高壓力？」而是「致動器運動時有沒有拿到足夠壓力？」答案在氣缸口，而不只在壓縮機排氣壓力錶。

| 氣動需求 | 常見壓力問題 | 壓縮比含義 |
| --- | --- | --- |
| 標準氣缸 | 氣缸在量測到的端口壓力下能否產生推力？ | 提高廠內壓力前，先檢查缸徑、負載、管路與閥流量 |
| 無桿氣缸與滑台 | 長行程中運動是否穩定？ | 檢查局部壓降、儲氣、調壓器容量與排氣限制 |
| 高推力夾具 | 加大缸徑是否比提高壓力更便宜？ | 提高壓力會讓整個系統的壓縮比和漏氣需求上升 |
| 高海拔現場 | 是否納入當地大氣壓？ | 相同 PSIG 可能代表更高壓縮比 |

若要處理氣缸專屬的壓力選擇，請把本文連到 [氣缸工作壓力](/zh-hant/blog/what-is-the-working-pressure-of-an-air-cylinder-and-how-to-optimize-performance/)。本文應聚焦在決策中的壓縮機側。

## 什麼時候應使用多級壓縮？

當總壓縮比讓單級排氣溫度過高、效率變差或可靠性風險過大時，就使用多級壓縮。NASA 的等熵流參考資料顯示，在可壓縮氣體過程中，壓力、溫度和密度彼此相關（[NASA Glenn](https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/isentrop.html)，2021）。在壓縮機工作中，較高壓力比通常代表需要管理更多熱。

如果單一級數試圖完成太多工作，排氣溫度會上升，容積效率也會受影響。級間冷卻可在兩級之間移除熱量，降低下一級所需功，並讓水分在空氣繼續往前前有機會凝結。

等比級數法是有用的初步估算：

每級壓縮比 = 總壓縮比^(1 / 級數)

範例：
總壓縮比 = 9:1
兩級 = sqrt(9) = 每級 3:1
三級 = 9^(1/3) = 每級 2.08:1

> Figure: 等級比是第一輪選型規則；最終選擇仍要落在製造商性能曲線上。

如果沒有可量測的現場紀錄，請謹慎看待精確的壽命與維護百分比。更可靠的壓縮機決策應連到可量測溫度、壓縮比、壓縮機曲線與服務紀錄。

## 壓縮比如何改變能源成本？

壓縮比會提高能源成本，因為更高排氣壓力需要更多壓縮機功，而且常常增加人為需求。DOE 在接近 100 psig 時提供一個實用規則：排氣壓力每增加 2 psi，壓縮機能耗約增加 1%，再加上未調壓需求造成的 0.6-1.0%，總能耗約增加 1.6-2%（[DOE Sourcebook](https://bptraining.ornl.gov/wp-content/uploads/2022/09/Compressed-air-sourcebook-by-DOE_3rd-Edition.pdf)，2022）。

這個規則不是壓縮比公式，但它是買方最容易記住的現場數字。工廠若把排氣壓力從 100 psig 提高到 110 psig，大約等於五個 2 psi 規則增量。如果存在未調壓需求，任何人感覺到致動器行為改善前，能源懲罰可能已經很可觀。

> Figure: 降低壓力不只是壓縮機房問題。它也會降低漏氣和未調壓用氣需求。

漏氣會讓同樣問題更嚴重。ENERGY STAR 表示，壓縮空氣漏氣常浪費多達壓縮機輸出的 20-30%，並可能造成系統壓力波動（[ENERGY STAR](https://www.energystar.gov/sites/default/files/buildings/tools/compressed_air3.pdf)，2000）。提高壓力去餵漏氣，是逃避找漏點的一種非常昂貴方法。

判斷成本的一個實用方式，是把所需壓力和購買壓力分開。所需壓力，是致動器、閥或工具在做有用功時真正需要的壓力。購買壓力，是壓縮機排氣設定，加上為了補償髒污過濾器、過小管路、漏氣或不確定故障排查而額外加上的每一 psi。壓縮比跟著購買壓力走。如果工廠買 110 PSIG，但工作裝置在端口只需要 92 PSIG，那個差距不是生產力功能，而是一張調查清單，對致動器沒有好處。

若要看更完整的系統級行動，可連到 [氣動系統能源轉換效率](/zh-hant/blog/how-can-you-maximize-energy-conversion-efficiency-in-pneumatic-systems/)。這裡的快速教訓很簡單：如果壓縮比高是因為廠內壓力高，先證明終端用途真的需要那個壓力。

## 提高壓縮機壓力前的現場檢查清單

CAGI 表示，設計良好的壓縮空氣系統，從壓縮機排氣到任何使用點的壓降不應超過 10%（[CAGI Pressure Drop Technical Brief](https://www.cagi.org/assets/documents/pdfs/PressureDropTechnicalBrief.pdf?updated=1657712700)，2026）。如果氣缸無力，先在流動中量測使用點壓力，再改壓縮機設定值。

當壓縮比看起來偏高或機器壓力不足時，使用這個順序：

- 量測壓縮機吸氣壓力、排氣壓力與現場海拔。

- 計算任何東西前，先把吸氣和排氣都轉換成絕對壓力。

- 用絕對值計算壓縮比，並在報告中寫出公式，讓審查者看得見壓力基準。

- 記錄氣動致動器運動時的使用點壓力，不只量它靜止時的壓力。

- 檢查過濾器壓差。

- 把調壓器尺寸、閥流量、管路長度、接頭、消音器和排氣限制當成一條完整氣路審查。

- 在非生產時間找漏氣並量化漏氣負載；ENERGY STAR 的 20-30% 警告太昂貴，不能忽略。

- 把修正後需求與壓縮機性能曲線比較。如果壓縮比仍高，再考慮分級壓縮、本地儲氣，或在提高整條主管壓力前先加大致動器缸徑。

順序很重要。如果先提高壓縮機壓力，每一個漏點和未調壓吹氣也會一起加薪。如果先量致動器，可能會找到堵塞濾芯、過小軟管或不合適的閥。這比購買你不需要的壓縮比便宜得多。

如果故障只在另一個工位循環時出現，請讀 [氣動系統壓力波動](/zh-hant/blog/how-do-pressure-fluctuations-impact-your-pneumatic-system-performance/)。如果問題是把流量和壓力混在一起，請用 [空氣流量到壓力換算](/zh-hant/blog/how-do-you-convert-air-flow-to-pressure-in-pneumatic-systems/) 作為配套文章。

## 壓縮機壓縮比常見問題

下面問題涵蓋最常導致錯誤壓縮機決策的計算錯誤。CAGI 的壓降 FAQ 重複了兩個實用現場規則：壓降保持在約 10% 或以下；正排量系統每多 2 psig 過量工作壓力，壓縮機功率約增加 1%（[CAGI Pressure Drop FAQ](https://www.cagi.org/assets/documents/pdfs/PressureDropFAQs.pdf?updated=1657712699)，2026）。

### 壓縮機壓縮比公式是什麼？

公式是 compression ratio = discharge absolute pressure / suction absolute pressure 。Engineering ToolBox 使用兩個絕對壓力單位來定義這個比值。100 PSIG 排氣且海平面大氣吸氣時，用 114.7 / 14.7 ，得到約 7.8:1，而不是 100 / 0 。

### 為什麼不能用表壓計算壓縮機比值？

表壓把當地大氣視為零，而一台大氣入口壓縮機在海平面仍有約 14.7 PSIA 吸氣壓力。用吸氣表壓去除可能得到不可能的比值。只要計算是在比較兩個氣體狀態，例如吸氣和排氣，就使用絕對壓力。

### 海拔如何影響壓縮機壓縮比？

海拔會降低吸氣絕對壓力。100 PSIG 排氣時，海平面大氣吸氣約為 7.8:1，而接近 5,000 ft 的標準大氣估算約為 9.2:1。排氣壓力錶看起來可能沒變，但因入口絕對壓力較低，壓縮機看到的是更高壓力比。

### 更高壓縮比一定代表更好的氣動性能嗎？

不是。更高比值可以支援更高排氣壓力，但也會增加壓縮機功、熱、漏氣需求和空氣處理負載。DOE 表示，在接近 100 psig 時，如果包含人為需求，每多 2 psi 可增加約 1.6-2% 總能耗。先修正局部壓降。

### 什麼時候多級壓縮比單級壓縮更好？

當單級會造成過高排氣溫度、效率差或可靠性風險時，多級壓縮更好。第一輪規則是平均拆分總比值：9:1 總壓縮比在兩級壓縮機中約變成每級 3:1。最終選型仍應使用製造商曲線。

### 壓縮機比值審查 RFQ 應提供哪些資訊？

請提供所需使用點壓力、流量需求、占空比、現場海拔、入口限制、空氣處理設備、壓降量測、漏氣估算，以及致動器運動期間量到的壓力。可以的話同時列出 PSIG 和 PSIA。這能避免壓縮機供應商和氣動設計者在解決不同問題。

### 資料來源與擷取說明

- [Engineering ToolBox: Compressed Air vs. Free Air - Compression Ratio](https://www.engineeringtoolbox.com/free-compressed-air-d_1190.html)。擷取於 2026-06-04。支援絕對壓力壓縮比公式。

- [Engineering ToolBox: Pressure](https://www.engineeringtoolbox.com/pressure-d_587.html)。擷取於 2026-06-04。支援標準大氣壓數值。

- [NOAA JetStream: Air Pressure](https://prod-01-alb-www-noaa.woc.noaa.gov/jetstream/atmosphere/air-pressure)。擷取於 2026-06-04。支援標準海平面壓力脈絡。

- [NASA Glenn: Air Properties Definitions](https://www1.grc.nasa.gov/beginners-guide-to-aeronautics/air-properties-definitions/)。擷取於 2026-06-04。支援海拔對空氣壓力與密度的影響。

- [NASA Glenn: Isentropic Flow Equations](https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/isentrop.html)。擷取於 2026-06-04。支援可壓縮氣體過程中的壓力、溫度與密度關係。

- [U.S. DOE: Improving Compressed Air System Performance, Third Edition](https://bptraining.ornl.gov/wp-content/uploads/2022/09/Compressed-air-sourcebook-by-DOE_3rd-Edition.pdf)。擷取於 2026-06-04。支援 2 psi 壓力增加能源規則與人為需求懲罰。

- [CAGI: Pressure Drop Technical Brief](https://www.cagi.org/assets/documents/pdfs/PressureDropTechnicalBrief.pdf?updated=1657712700)。擷取於 2026-06-04。支援 10% 壓降設計目標。

- [CAGI: Pressure Drop FAQs](https://www.cagi.org/assets/documents/pdfs/PressureDropFAQs.pdf?updated=1657712699)。擷取於 2026-06-04。支援壓降目標與 2 psig 過量壓力指南。

- [ENERGY STAR: Minimize Compressed Air Leaks](https://www.energystar.gov/sites/default/files/buildings/tools/compressed_air3.pdf)。擷取於 2026-06-04。支援漏氣浪費與系統壓力波動說法。