作为工业领域应用广泛的动力源，压缩空气在工业生产中占总能耗的19%～35%。据统计，压缩空气系统能耗的96%为工业压缩机的耗电，我国工业压缩机每年的电耗占全国总电耗的6%以上。空压机运行成本由采购成本、维护成本和能源运行成本组成。据全生命周期评价理论来看，采购成本仅占10%左右，而能源成本却高达77%。随着企业对压缩空气系统认识的深入和节能减捧的需求，迫切需要选择适合的技术对现有系统进行节能改造以达到最好的节能效果。
因各企业压缩空气系统的特点和适用的节能技术不同，为提高节能改造成功率，节能改造不能盲目实施。一般在对整个系统进行全面分析、测试和评估的基础上，选择适合的节能措施显得尤为重要。本文在基于气动系统能量消耗评价及能量损失分析理论的基础上，从系统构成的各个环节入手，对目前存在的和新兴的一些空压机节能技术的特点进行了分析和探讨，总结出了如下节能措施要点。
①压缩机的设计阶段。长期以来，压缩机一直采用降压启动，以工频恒转速运行模式进行工作。因选择压缩机时是根据压缩空气最大需要量来确定的，所以整个运行过程空压机出现频繁起动，造成能源浪费。由此，可考虑一些克服频繁起动的具体途径．以达到节电的目的。另外，针对空气压缩系统的设计，也可考虑一些优化设计。
②压缩空气的产生阶段。主要是涉及到不同类型压缩机的合理配置和维护，运行模式的优化，空气净化设备的日常管理。
③压缩空气的输送阶段。主要是管网配置的优化，高低压供气管道分离；耗气量分配的实时监管，泄漏的日常点检与最小化，接头处的压损改进等。
④压缩机余热回收阶段。通过热交换等手段将空气压缩过程中产生的热量回收，用于辅助采暖和工艺加热等。
变频调速方式
空压机在工作时，由于同时工作的设备台套数经常发生变化，因此耗气量也随之变化。当耗气量减少时，如果空压机还在高速运转，不仅浪费了能源，还可能因气包内压力不断升高，引发超压事故。为了解决这一问题，空压机上均设有自动调节和控制系统。对于连续运转的空压机，当需要的耗气量减少时，
空压机自动投入轻载或空载运行；反之，又能自动恢复正常运行。常用的调节方式主要是关闭吸气管法，使空压机空转，捧气量等于零。这种调节方法简便易行，经济性好，广泛应用于中小型空压机上。在空压机充气和空载交替运行过程中，牵引电机也是在满载和轻载之间周期性地转换：满载时，电机处于高效经济运行状态，轻载时电机处于非经济运行状态，浪费了大量电能，而变频调速方式可以很好的解决这一问题。
(1)、变频调速的基本原理
变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。
三相异步电动机的转速公式为；
n=n.（l-s）=60f（l-s）/p
式中：
n-电动机转子的实际转速，r/min;
n．——定子旋转磁场的转速．也叫异步电机的同步转速，r/min;
p-磁极对数；
s-电动机的转差率．s=(n.-n) /n;
f-电源的工作频率．HZ。
由转速公式可知，可以通过改变磁极对数p、转差率s和频率f的方法实现对异步电机的调速。可以知道，如果能设法改变三相交流电动机的供电频率f．就可以十分方便地改变电机的转速n，这比改变极对数p和转差率s两个参数要简单得多。
由异步电机的电势公式E =4.44KN．f.￠m，可知，外加电压近似与频率和磁通乘积成正比，即U=E= C.f￠，其中C1为常数，若外加电压不变，则磁通会随着频率的下降而增加，造成磁路过饱和，励磁电流增加，功率因数下降，铁蕊和线圈过热，显然，这样会造成电机工作不安全。此外，在许多场合，为了保持在调速时电机产坐的最大转矩不变，需要使得磁通不变，所以人们常常采用频率和电压协调控制来实现，即可变频率可变电压调速(VVVF)，简称变频调速。变频调速系统的关键装置是频率变换器，即变频器，它的作用是提供变频电源。变频器可分成交～直～交变频器和交～交变频器两大类。目前国内大都使用交～直～交变频器，其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗，应用范围广，适用于要求精度高、调速性能较好的场合。
交～直～交变频调速系统的变频部分是由整流器、滤波器和逆变器三部分组成的。整流器的作用是把交变电流转换为直流电，滤波器的作用是把整流后的电压或电流进行滤波，逆变器的作用与整流器的作用相反，它是将恒定的直流电转换为可调电压可调频率的交流电，它是变频器的主要组成部分。工作时首先将三相交流电经整流器整流为直流电，脉动的直流电经平滑滤波后，在微处理器的调控下，用逆变器将直流电再逆变为电压和频率可调的三相交流电，输出到需要调速的电动机上。由电动机的转速公式可知电机的转速与电源频率成正比，通过变频器可任意改变电源输出频率，从而任意调节电机转速，实现平滑的无级调速。
(2)、变频调速的节能分析
①恒转矩负载类应用
恒转矩负载即不管转速如何变，负载转矩是恒定的。其公式如下：
P=KXT×n
式中：
P为轴功率，K为系数，T为负载转矩，n为转速。
从公式可以看到，轴功率与电机的转速成正比。应用变频调速技术后，如当由于工艺的需要而降低电机转速至额定转速的80%时，相应的电能消耗降低为原来的8096。
②变转矩负载类应用
由流体力学的基本定律可知：压缩机属变转矩负载，其转速n与排量Q，压力H以及轴功率P具有如下关系：Q≌n，H≌N，P≌n3:也就是说，捧量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速立方成正比。当电机转速稍有下降时，轴功率将大幅下降。如当流量为额定流量的80%，Pn仅为0.51。轴功率仅为额定功率的51%，下降近一半。因而，当变频应用于空压机负载，用气量有变化时就够节能，且节能效果非常显著。
优化空气压缩系统的设计
实行空压站集中供气，不仅便于管理，节约投资，还可以提高设备的利用率，更方便地调节供气压力和供气量，满足生产的需要。设计时，首先要根据用气装置的分布情况，各装置用气时间和用气压力的情况，尽可能地避免输送管道过长而引起的较大的阻力损失和泄漏损失，而设计一个或两个甚至更多的空压站。实行分片供气或分片联网供气，同时空压站的位置应该位于该片供气系统的中心，并尽量离用气量大、用气压力高的装置近一些。其次，对输送管道的设计也要认真对待，尽量做好：在没有障碍物的情况下，管道越短越好；为尽量降低泄漏率，管道辅设设计时优先采用辐射状而少采用树枝状方式输送压缩空气；优化保障重点装置的供气压力和供气量。最后，设计时还应考虑空压机的运行环境，尽可能降低吸气温度，保障吸气清洁度，并配备良好的冷却系统。
压缩空气的产生阶段
单台空压机节能
采用的主要节能措施有：
(1)保证进口空气洁净度。
(2)降低空压机进气温度，提高效率。
(3)润滑油油压对离心机转子振动影响大，故需选用含消泡剂和氧化稳定剂的润滑油。
(4)重视冷却水水质，合理冷却水捧污量，有计划地补水；
网的冷凝水捧放点要定期捧放；
(6)为防止空气需求变化过快等引起喘振，注意调整机组设定的
比例带和积分时间，尽量避免用气突减。
压缩空气干燥工艺的改进
目前最常用的压缩空气干燥处理设备分为冷冻式、无热再生式和微热再生复合式，主要性能比较如表1所示。
节能改造方向应遵循以下原则：①若原系统对空气进行过高纯度处理时，改成较低的匹配的处理方式。②改进干燥工艺，减少干燥处理环节的压损(某些系统干燥器处压损达0. 05～0.1mPa)，减少能量消耗。
冷却水系统
工作时空压机内的气体要经过绝热、多变和等温3种压缩过程，在相同的初压和终压条件下，等温压缩消耗的循环功最少。但实际的压缩过程为多变压缩，空压机的冷却效果越好，越接近等温过程，则循环功越少。因此，为提高冷却效率，在空压机的冷却水系统中，一般设有中间冷却器和后冷却器，以保证各级压缩空气的吸入温度基本一致。无论是中间冷却器，还是后冷却器，其循环水的动力都来自于循环水泵，合理地进行系统配置，控制循环用水量，并减少管路系统的水路损失，可以有效节约循环水泵的功率消耗。冷却水系统的设计可以采用开式和闭式两种结构。闭式系统为了使回流的热水温度快速降低，可以采用较大面积的循环水池，或者采用带有淋水装置的冷却塔。对冷却用水量的大小，也要适当加以控制，水量过大会增加循环水泵的电能消耗。合理的冷却用水量有如下经验公式：
Q=0.06qQz
式中：
q-冷却1M3空气所需的水量；
Q-空压机的送气量；
z-空压机的工作台套数。
压缩空气的输送阶段
气路系统
空压机的气路系统由滤风器、气缸、吸捧气阀、活塞组件、冷却器、密封装置和贮气罐等组成。外界的大气经过清洁和压缩后通过输气管路到使用设备，这一过程存在较大的节能潜力。如果活塞与缸套内壁密封不严（间隙过大）、吸捧气阀年久失修（或修理不善）等，就会造成严重漏气，直接减少了空压机的捧气量，使其效率下降。对吸捧气阀的要求是开闭迅速，阻力小，密封性能好。按国家标准的规定，其漏气系数应达到0.95以上，定期进行工作参数的测试，及时发现和解决问题是十分必要的。
另外，输气管路中压缩空气的泄漏也是造成气路系统能耗增大的重要原因。管路系统的能耗损失主要表现在沿程管路损失和漏气压力损失。管路系统的压降不应超过工作压力的1-5%。当前很多空压站的输气管道没有主次之分，不必要的弯头、弯管过多，压力脉动频繁，压损严重。气动管道有的埋于地沟，无法监测泄漏。因此，合理地选择（或设计）输气管路的管径和管材，高标准、高质量地安装和施工，才能达到投资少，能耗损失小，确保输气管路的安全可靠性能。实践证明，为保证任何情况下系统压力需求，运行管理人员提高整个系统的运行压力0.1～0.2MPa．引入人为压力损失。空压机捧气压力每增加0.lMPa．空压机功耗将增加796---1096。为此，所采取的节能改造措施有：①将支路布置的管线改成环路布置，实行高低压供气分离，并安装高低压精密溢流单元：②节能改造时更改局部阻力偏大的管线，降低管道阻力，对管内壁酸洗、除锈等净化处理，保证管壁光滑。
泄漏、检漏和堵漏
泄漏严重时，泄漏量可达到20%～35%．主要发生在各用气设备的阀门、接头、三联件、电磁阀、螺纹连接和气缸前端盖等处；有的设备超压工作，自动卸荷，频繁捧气。泄漏造成的损失几乎超出大多数人的想象。有数据显示，汽车点焊工位的一个焊渣在气管上造成的一个直径1mn的小孔，每年电费损失高达3525KWh。
节能措施：①对主要生产车间的供气管道安装流量计量管理系统，确定工艺用量限额。②调整工艺用气量，尽可能减少阀门、接头的数量，减少泄漏点。⑨加强管理，使用专业工具定期巡检。总之，可以采用一些专业监测设备如并联接入式智能气体泄漏检测仪、泄漏点扫描枪等，采取措施防止压缩空气系统的跑、冒、滴、漏，据此开展雏修工作和元器件更换工作。
空压机余热回收阶段
空压机余热指的是螺杆空压机在生产高压空气过程中随之产生的多余热量。在空压机将机械能转换为风能的过程中，空气得到强烈的高压压缩，温度骤升。同时，空压机螺杆的高速旋转也会摩擦发热，这些高温热量由空压机润滑油混合成的油气、蒸气携带捧出机体。这部分高温油气流的热量相当于空压机输入电功率的3/4，它的温度通常在80 --100℃。同时，这些热能都需要通过空压机的散热系统快速的冷却，以满足空压机正常工作的温度要求，这巨大的热量被白白浪费且在冷却过程中还需要消耗额外电能。
根据全生命周期评价，空压机消耗的电能有80%—90%转化成热的形式散失掉了。除去辐射到环境中和存于压缩空气自身的热量外，剩余94%的能量均可以采用余热回收的方式加以利用。
典型余热回收主要有：辅助采暖、工艺加热和锅炉补水预热等。通过合理改进，50%～90%的热能可以回收并利用。安装热能回收装置可以将空压机运行温度有效控制在最佳运行温度，使润滑油工作状态更良好，空压机排气量会增加2%～6%。对于空冷式空压机，可以停止空压机自身的冷却风机，采用循环水泵回收热量；水冷式空压机可以用来加热冷水或空间加热，回收率在50%～60%。余热回收相对电热设备几乎无需能耗；相对于燃油燃气设备零排放，是清洁环保的节能方式。
