空気圧縮機の負荷・非負荷時の消費エネルギーはどのように計算しますか。

空気圧縮機の負荷状態と無負荷状態の解析

工業生産において、空気圧縮機は通常「負荷・無負荷」制御方式を採用している。配管網の圧力が設定下限値を下回ると、空気圧縮機は……に進入する。読み込み状態、モーターは全負荷で運転して圧縮空気を生成し、圧力が設定された上限に達すると、装置は…へと移行します。アンインストール状態吸気弁が閉じており、モーターは空転しているものの発生ガスはない。これら二つの状態における消費エネルギーを正確に算出することは、システムのエネルギー効率を評価し、省エネルギー施策を立案するための基盤となる。

ロード状態における消費電力の計算方法

負荷状態では、空気圧縮機はガスを生成している段階にあり、モーターの出力は定格出力にほぼ近い値となります。負荷時の消費エネルギーを算出するには、負荷時の出力と負荷時間を把握する必要があります。

• 計算式：E_load = P_load × t_load
• P_load（負荷電力）：通常は、モータの定格入力電力、または電力品質分析器による実測で得られる平均負荷電力を用いることができます（kW）。
• t_load（ロード時間）統計期間中に空気圧縮機が負荷運転状態であった累積運転時間（h）を示す。

実測において、電力系統の電圧変動が大きい場合は、計算精度を向上させるため、銘板に記載された定格出力を用いず、実測による平均出力を用いることを推奨します。

アンロード状態における消費電力の計算方法

運転停止状態では、空圧機は圧縮空気を生成しなくても、モーターは機械的摩擦を克服し、内部循環を維持するため、通常は定格出力の 10% 到る 30% この部分のエネルギー消費は、純粋なエネルギーの無駄に該当する。

• 計算式：E_unload = P_unload × t_unload
• P_unload（卸載電力）：機器が空転状態で運転されている際の実測入力電力（kW）。
• t_unload（アンロード時間）統計期間中に空気圧縮機が無負荷状態であった累積時間（h）を示します。

負荷外し出力の具体的な値は、機器の種類、潤滑油の温度および内部抵抗の影響を受けるため、現場の計測機器による実測により取得しなければならず、直接推定することはできません。

総合エネルギー消費量とエネルギー効率の評価

空気圧縮機の総消費エネルギーは、負荷時の消費エネルギーと無負荷時の消費エネルギーの合計である。

E総 = E荷重 + E非荷重

エネルギー利用効率をより直観的に評価するため、導入することが可能です。アンロード時のエネルギー消費割合指標：

負荷時のエネルギー消費割合 = (E_負荷 / E_総) × 100%

従来の商用周波数空気圧縮機システムにおいて、負荷解除時のエネルギー消費が全体の何パーセントを超える場合、15% その場合、システムには大きな省エネルギーの余地が存在することを示しています。頻繁な起動・停止は電力消費を増加させるだけでなく、吸気バルブや接触器などの部品の機械的および電気的摩耗を加速させます。

荷下ろし時のエネルギー消費を削減するための最適化提案

算出された高い無負荷時のエネルギー消費に対して、企業は以下の技術的措置を講じて最適化を図ることができます。

• インバータ改造：商用電源駆動のモーターをインバータ駆動に置き換え、空気圧縮機が配管網の消費量に応じて回転数を自動調整することで、無負荷運転状態を解消し、需要に応じた供給を実現します。
• 複数機連携制御システム複数台の空気圧縮機を並列運転するコンプレッサールームにおいて、スマート集中制御装置を導入することで、空気使用負荷に応じて設備の起動・停止を自動的に制御し、個々の機器の無負荷運転時間を短縮します。
• 配管網の最適化とガス貯蔵タンクの増設配管網の漏れ箇所を修復し、ガス貯蔵タンクの容積を適切に増大して圧力変動を緩和することで、充填時間を延長し、排出頻度を低減する。