國內(nèi)外電梯節(jié)能技術(shù)研究

王新華，邱東勇

(廣州市特種機電設備檢測研究院研發(fā)中心，廣東廣州510180)

0 前言

特種設備是國民經(jīng)濟建設的重要基礎設備，直接關(guān)系到經(jīng)濟運行水平和人民群眾的生命財產(chǎn)安全，關(guān)系到“節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展”的大局。目前，我國正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的重要階段，特種設備用量劇增，電梯存量達200萬臺，對能源的消耗總量不斷擴大，在國家能源消費中的比例與日俱增［1－4］。

電梯是和鍋爐、換熱壓力容器并列的三大高耗能特種設備之一［5－7］。法律規(guī)定“對高耗能的特種設備，按照國務院的規(guī)定實行節(jié)能審查和監(jiān)管”［8－10］。國家鼓勵特種設備節(jié)能技術(shù)的研究、開發(fā)、示范和推廣，促進特種設備節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新和應用。特種設備生產(chǎn)、使用單位的主要負責人應當對本單位特種設備的節(jié)能全面負責。特種設備生產(chǎn)、使用單位和特種設備檢驗檢測機構(gòu)，應當保證必要的節(jié)能投入［11］。上述政策規(guī)定確立了我國對電梯實施節(jié)能審查和監(jiān)管的法律法規(guī)制度，反映了電梯在節(jié)能降耗工作中的重要性，體現(xiàn)了國家高度重視并推行對電梯節(jié)能監(jiān)管的決心。

對于電梯節(jié)能工作而言，標準、技術(shù)規(guī)范嚴重滯后于法規(guī)。與鍋爐相比較，電梯節(jié)能效果檢驗檢測的方法和標準研究、能源利用效率的指標體系研究都屬于起步階段，與我國電梯大國的地位很不相稱?？梢灶A見，隨著電梯節(jié)能工作的不斷深入，標準、技術(shù)規(guī)范研究工作將得到越來越廣泛的重視。本文將著重介紹電梯節(jié)能標準國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，希望對推進電梯節(jié)能標準研究工作有所裨益。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

當前國際上對于電梯節(jié)能也開展了許多卓有成效的研究，取得了豐碩的成果，并形成了一系列相應的標準。下面簡要介紹當前國內(nèi)外主流的幾種電梯能效測試方法研究情況。

1.1 瑞士

瑞士能效委員會(Swiss agency for efficient energy)于2005年發(fā)布了有關(guān)電梯能耗的研究報告《Energy consumption and efficiency potentials of lifts》?；谌鹗啃碌慕ㄖ镉秒姌藴?SIA standard 380/4，“Electricity in Buildings”)，瑞士認為電梯能耗是建筑物能耗的一個組成部分，因此由瑞士政府組織力量開展電梯的能耗調(diào)查研究計劃。其主要目的是:確定瑞士所使用電梯的能耗水平和組成;確定電梯能效檢測方法。該研究計劃有多方參與。Schindler Aufzüger AG提供了技術(shù)支持;還有7家制造商為現(xiàn)場測試提供了支持。

能效測試方法方面，該報告描述的電梯能效測試方法是:電梯空載狀態(tài)上下運行一個行程，測試其運行能耗，包括待機能耗。該報告認為此種測試方法較為可行，并制定了典型的測試圖。

能耗組成方面，該報告指出，電梯能耗由移動轎廂所需能耗和待機能耗組成，并進一步以研究數(shù)據(jù)指出，瑞士電梯能耗中，待機能耗占了58%，因此減少待機能耗對降低電梯能耗具有顯著意義。該報告認為，評估預測電梯的年度能耗時，應采用 SIA Standard 380/4規(guī)定的計算方法，計算時需考慮載荷、運行次數(shù)、提升高度、驅(qū)動方式等因素。

1.2 德國

德國工程師協(xié)會VDI起草一項關(guān)于電梯能效的指南“VDI407 Lifts－Energy efficiency”)，在計算能量需求和消耗的基礎上，創(chuàng)建和提供一種對電梯能量需求和消耗進行評估和分類的明確表述形式。設定了7個能量需求和能效等級，由字母A到G表示。等級A代表最低的能量需求，即最好的能效。電梯的能效等級由待機和運行的能量需求值確定。根據(jù)日常需求的平均待機時間和運行時間來計算待機模式的輸出和運行能量需求，然后再除以運行的距離和額定載荷，這樣就得到了特定的電梯總能量需求值。

1.3 美國

美國能源效率經(jīng)濟委員會(ACEEE)起草的白皮書系列中，有一篇涉及電梯能耗的白皮書:Opportunities for Elevator Energy Efficiency Improvements。該文統(tǒng)計了2005年美國在用電梯的保有量約為70萬臺，每年新增或者改造電梯約為10萬臺。該文指出，電梯的能耗占整個建筑物能耗的5%左右，雖然個體電梯能耗較小，但累計起來，能耗量還是很大。一般來說，用于相對較低建筑的液壓電梯的效率比在中至高層建筑中使用的曳引式電梯的效率要低得很多。該白皮書中提出了多種電梯節(jié)能技術(shù)，指出包括軟件在內(nèi)的節(jié)能新技術(shù)可以使電梯的能效提高30%～40%。通過使用高新技術(shù)，每年可能節(jié)約幾百GWh(百萬度)的電能。

1.4 國際標準化組織(ISO)

鑒于目前許多國家和地區(qū)均提出了電梯節(jié)能評價的技術(shù)和方法，ISO研究、起草關(guān)于電梯能耗檢測的標準草案以便能在全球范圍推行統(tǒng)一的電梯能效評價和分類方法，主要內(nèi)容包括電梯能耗的評估和計算、能耗測試方法和儀器設備、新裝和在用電梯的提高能效的建議等。它提出利用空載試驗法和電流能量驗證法作為電梯能效測試的主要方法，依據(jù)電梯的能耗分布特點，將電梯按主要設備和輔助設備進行分類，分別測試電梯的運行能耗和待機能耗。詳細規(guī)定了電梯、自動扶梯和自動人行道能量消耗的測量方法和驗證方法，甚至擺闊電梯、自動扶梯測量的前期準備工作、能量測量步驟和能量驗證檢查步驟［12］。

在該標準草案中［12］，主要測試方法是空載試驗方法，即在電梯無載荷狀態(tài)下統(tǒng)一進行測量，并提出利用電流驗證法來驗證電梯每年的能效高低變化，具有可行性高、便捷程度高的優(yōu)點，是目前較為可行的方法之一，未來可能演變?yōu)殚_展電梯能效測試的主要方法。該標準草案的不足之處在于尚未提出明確的電梯能效分級方法和分級標準，限制了它在電梯能效工作的發(fā)揮作用。因此，標準草案起草小組的第二階段工作就是開展電梯能效分級(Energy efficiency and performance classification systems)研究。該標準草案兩個階段的研究工作，構(gòu)成了完整的電梯能效測試國際標準草案。

1.5 中國香港

香港地區(qū)早在1995年就制定了《建筑物(能源效率)規(guī)例》，通過實施《建筑物熱轉(zhuǎn)移值工作守則》，對商業(yè)及酒店建筑物的熱轉(zhuǎn)移值進行管制，以期在不妨礙經(jīng)濟增長的情況下推行能源效益和節(jié)約能源政策。1998年，為了更好地控制建筑物能源消耗，提高能源利用效率，香港特區(qū)機電工程署開始推行“香港建筑物能源效益注冊計劃”，以促進建筑物能源效益守則的應用。截至目前，機電工程署已經(jīng)編制了5個有關(guān)建筑物能源效益的守則，包括《照明裝置能源效益守則》、《空調(diào)裝置能源效益守則》、《電力裝置能源效益守則》、《升降機及自動梯裝置能源效益守則》、《成效為本建筑物能源效益守則》。設計者、建筑師、物業(yè)管理機構(gòu)等可提交相關(guān)經(jīng)注冊工程師認證的材料，以供評估是否符合上述守則，符合守則的建筑物可獲頒注冊證書，并可于建筑物的文件上使用“建筑物能效標志”，以推廣其能效成就。至2007年12月，共向791座建筑物的2 193個裝置頒發(fā)了1 981張證書。

其中，《升降機及自動梯裝置能源效益守則》(Code practice for energy efficiency of lifts and escalators installations，2007 Edition，以下簡稱《守則》)適用于所有建筑物內(nèi)的新裝乘客電梯、載貨電梯、縱向車輛運輸升降機、病床電梯、自動扶梯和自動人行道，以及對驅(qū)動系統(tǒng)和控制裝置進行了改造的上述設備，旨在列出升降機及自動梯裝置的最低節(jié)能設計規(guī)定，是一系列規(guī)定樓宇裝備裝置節(jié)能規(guī)定的建筑能源效益守則的一部分，以此鼓勵設計師采取積極措施，使節(jié)能效果超越最低規(guī)定。該守則于2000年推出，隨著科技及行業(yè)運作模式的發(fā)展，分別作了兩次修訂。2002年，在2000年版本的基礎上放寬了電梯最高許可電功率的規(guī)定，完善了垂直升降電梯驅(qū)動系統(tǒng)的總功率因素的規(guī)定。2007最新版中，提高了電梯的最高許可電功率。

《守則》分別列出了有關(guān)電梯、自動扶梯、自動人行道的基本節(jié)能規(guī)定，主要涵蓋了以下三個方面:最高許可電功率、能源管理和總諧波失真率和總功率因數(shù)。最高許可電功率方面，《守則》規(guī)定，任何曳引式電梯的電機驅(qū)動系統(tǒng)在運載額定負載并以額定速度向上運動時，其運行有功功率應等于或少于規(guī)定的最高許可值?？傊C波失真率方面，《守則》規(guī)定，當升降機運載額定負載及以額定速度向上移動時，在連接建筑物饋電電路和電梯設備的隔離器測量的電機驅(qū)動系統(tǒng)總諧波失真率，不得超過規(guī)定的最高許可值，其中，基波電流小于40 A(安培)時規(guī)定的最高諧波失真率為40%?？偣β室驍?shù)方面，《守則》規(guī)定，當升降機運載額定負載及以額定速度向上移動時，于連接建筑物饋電電路和升降機設備的隔離器測量的電機驅(qū)動系統(tǒng)總功率因數(shù)，不得少于0.85。

1.6 大陸地區(qū)

國內(nèi)開展電梯節(jié)能研究工作的企業(yè)、機構(gòu)也較多，其中既包括日立、三菱、奧的斯等電梯企業(yè)，也包括上海交通大學、中國特種設備檢驗協(xié)會、深圳市特種設備安全檢驗研究院、廣州市特種機電設備檢測研究院等。在此僅介紹中國特種設備檢驗協(xié)會和廣州市特種機電設備檢測研究院。

中國特種設備檢驗協(xié)會組織了電梯行業(yè)檢驗檢測、設計制造、使用管理等方面的專家對電梯能源效率的評價指標與檢測方法進行了較深入研究與大量試驗。主要工作包括:提出了三種綜合評價電梯能源效率指標的技術(shù)方案;提出了電梯三種工況模式檢測方法與計算公式;對電梯的待機功耗進行統(tǒng)計分析;對在用電梯的抽樣檢測與數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等。其中，通過對多臺電梯各種工況的檢測探索，提出三種工況模式檢測方法與計算公式即(1)仿真法——以與電梯實際工作狀況相接近的狀況下的檢測方法模式。(2)空載法——以電梯空載的工況下運行的檢測方法模式。(3)典型工況——以載荷75%和25%工況下的檢測方法模式(“典型工況實測指標乘以加權(quán)系數(shù)求和”的檢測方法與計算公式)，并規(guī)范了其檢測檢驗方法［13］。

廣州市特種機電設備檢測研究院一直致力于電梯節(jié)能的研究工作，開展大量的電梯能效測試工作。

根據(jù)國家質(zhì)檢總局2012年下達的特種設備安全技術(shù)規(guī)范制訂任務，結(jié)合長期測試數(shù)據(jù)積累和研究成果，開展《電梯能效測試與評價規(guī)則》的起草工作。以國際標準化組織ISO/TC178/SC/WG10起草的草案《Energy performance of lifts，escalators and moving walks－Part1:Energy measurement and verification》(標準草案編號:ISO/DIS25745－1)所述空載狀態(tài)端站循環(huán)測試方法為主，同時結(jié)合香港機電工程署《升降機及自動梯裝置能源效益守則》(Code practice for energy efficiency of lifts and escalators installations，2007 Edition)對電梯最高許可電功率的相關(guān)規(guī)定開展能效評價等級的研究。針對廣州市現(xiàn)有的各類電梯按照額定載重量、額定速度對電梯進行分類，然后通過檢驗隊伍在檢驗過程中對各種分類下的電梯進行詳細和大量的測試工作，測試過程以ISO/DIS25745－1規(guī)定的電梯空載狀態(tài)端站循環(huán)測試方法為主，測試參數(shù)包括能耗值、最高許可有功功率等。同時，在每次測試過程中，對測試的電梯開展能量驗證的基礎工作，即通過空載狀態(tài)端站循環(huán)方法對電梯的電流進行記錄，建立電梯的運行電流和待機(休眠)電流的基準值。截至目前為止，研究團隊已經(jīng)對32種分類下總共200多臺電梯進行了測試，并完成基本的數(shù)據(jù)分析工作［14］。

2 結(jié)論

據(jù)目前研究結(jié)果表明:ISO/DIS25745－1規(guī)定的電梯空載狀態(tài)端站循環(huán)測試方法是現(xiàn)有節(jié)能標準研究技術(shù)中較容易在安裝環(huán)節(jié)實施的測試方法之一，在使用環(huán)節(jié)進行測試時有時受到使用人員的影響，但可以通過一些措施減小或消除影響。測試的數(shù)據(jù)顯示，安裝電梯額定載重量、額定速度進行電梯能效分類評價是較為科學的方法之一，可以避免不同級別的電梯在同一類別下進行比較而產(chǎn)生與技術(shù)水平相矛盾的問題。通過對比測試數(shù)據(jù)，預計測試時獲得的基準電流可能是將來在使用環(huán)節(jié)進行能量驗證較為可靠的參數(shù)。電梯待機能耗差異明顯，將其列入電梯能效評價參數(shù)可能是必要的。電梯最高許可電功率可以作為衡量電梯能效等級的指標之一，以最高許可電功率作為限定電梯能效等級的參數(shù)有較好的靈活性。

［1］國家質(zhì)檢總局(國質(zhì)檢特［2010］第37號).特種設備安全發(fā)展戰(zhàn)略綱要［S］.2010－01－26.

［2］卿曉霞，王波，段軍，等.考慮等待時間的電梯運行模擬測試與節(jié)能分析［J］.計算機工程與應用，2012，48 (31):232－235.

［3］周志翔，劉劍.超高速電梯發(fā)展中存在的問題與研究方向［J］.控制工程，2003，10(z1):1－4，32.

［4］余仁輝.淺談電梯節(jié)能方法［J］.城市建設理論研究:電子版，2012，(7).

［5］國家質(zhì)檢總局(第116號令).高耗能特種設備節(jié)能監(jiān)督管理辦法［S］.2010－09－01.

［6］張吉，夏尚，陳云榮，等.特種設備能效的評價與展望［J］.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2012，25(5):32－34.

［7］鄭曉芳.我國電梯群控系統(tǒng)研究文獻綜述與思考［J］.華東交通大學學報，2012，29(3):51－55.

［8］中華人民共和國(主席令第77號).中華人民共和國節(jié)約能源法［S］.2008－04－01.

［9］祁郁，劉劍.電梯節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀與研究方向［J］.中國科技縱橫，2011，(21):375－375.

［10］李濤.試論無機房電梯技術(shù)的特點［J］.中國質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督，2007(9):42.

［11］國務院令(第549號).特種設備安全監(jiān)察條例［S］.2009－01－24.

［12］ISO:TC178/WG10.ISO Draft Standard CD25745－1: Energy per formance of lifts，escalators and moving walks—Part 1 Energy and conformance:詢問草案(Draft International Standards，DIS).

［13］中國特種設備檢驗協(xié)會.電梯能源效率的評價與檢測技術(shù)研究［R］.國家質(zhì)檢總局科技計劃項目研究報告(計劃編號2007QK350)，2007.

［14］廣州市特種機電設備檢測研究院.電梯能效測試與評價規(guī)則(征求意見稿)［S］.國家質(zhì)檢總局特種設備技術(shù)規(guī)范TSG T7XXX－2011.