電梯能耗檢測方法探討

洪睿

【摘要】電梯耗電量巨大，是高層建筑最大能耗設(shè)備之一，節(jié)能減排，提高能源利用率，是政府和社會關(guān)注的熱點(diǎn)。如何對電梯的能耗進(jìn)行有效合理的檢測，也是一個(gè)迫在眉睫的難題。我國的能耗評定沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，影響了節(jié)能電梯的評定和發(fā)展。而電梯運(yùn)行具有隨機(jī)性，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，要考慮到因數(shù)很多，使得能耗的測量比較繁雜。如何在確保結(jié)果誤差比較小的情況下，提供簡潔方便的測量方法。本文探討了幾個(gè)分析和解決的方法。

【關(guān)鍵詞】電梯；能耗；測量；模型

最新的研究資料顯示，建筑能耗約占全球總能耗的40%，而電梯的能耗占建筑總能耗的約3%至8%，可以說占據(jù)了為數(shù)不小的比例。且隨著建筑總量的持續(xù)增長，有急劇上揚(yáng)的趨勢。隨著電梯行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和我國節(jié)能減排政策的不斷落實(shí)，我國節(jié)能電梯產(chǎn)量占電梯總產(chǎn)量的比例不斷增大。為配合國家有關(guān)建筑物節(jié)能政策的實(shí)施，各地方政府紛紛出臺了相應(yīng)的政策，對老舊且能耗高的電梯進(jìn)行大修或改造計(jì)劃。需更換的電梯，通過更換或技術(shù)改造替換成節(jié)能電梯。由此可見，國家對電梯的節(jié)能非常的重視，不斷的降低電梯的能耗使用率，預(yù)計(jì)未來時(shí)間里電梯能效檢測的需求也將迅速增長。

1、電梯能耗分析

構(gòu)成電梯的能耗部分有：驅(qū)動(dòng)主機(jī)的能耗、曳引系統(tǒng)的能耗、門機(jī)系統(tǒng)的能耗、控制和顯示系統(tǒng)的能耗、電梯轎廂內(nèi)照明和通風(fēng)系統(tǒng)的能耗以及電梯內(nèi)其它電氣設(shè)備的能耗。電梯的能耗主要集中在曳引驅(qū)動(dòng)裝置上，占總能耗的70%以上，但是電梯的能耗與普通電動(dòng)機(jī)的能耗存在很大區(qū)別。電梯通常配有對重裝置，當(dāng)電梯上行的時(shí)候，電梯的能耗隨著載荷的增加而增加：當(dāng)電梯下行的時(shí)候，電梯的能耗隨著載荷的增加反而減小。電梯的能耗隨著行程的增加而變大。

對于具有能量回饋功能的電梯，在電梯輕載上行和重載下行的過程中，可以有效地將電容中儲存的直流電能輕易地轉(zhuǎn)換成交流電能并且及時(shí)輸送電網(wǎng)?？梢怨?jié)省15%～45%的耗電量，且速度越高、載重越大，省電的效果越好。對于特定電梯，具體工況下的能耗主要是由載荷、速度、行程和運(yùn)行次數(shù)等決定。如果隔層服務(wù)方式的電梯的可服務(wù)摟層的數(shù)量為n.那么行程種類的數(shù)量可以達(dá)到n（n-1）。同時(shí)，電梯的載荷也隨著乘客的數(shù)量而變化，乘客的數(shù)量也不確定。電梯能耗測量的難點(diǎn)在于電梯運(yùn)行過程的多樣性和載荷的隨機(jī)性

2、測量法

根據(jù)電梯在具體工況下的運(yùn)行特點(diǎn)將能耗分為啟動(dòng)能耗、勻速運(yùn)行能耗、制動(dòng)能耗，開關(guān)門能耗、待機(jī)能耗（不包括轎廂內(nèi)的能耗）和轎廂內(nèi)的能耗（照明、風(fēng)扇或空調(diào)、顯示裝置等）。對上述各部分能耗的測量的相加即為電梯的總能耗。

電梯啟動(dòng)能耗、勻速運(yùn)行能耗和制動(dòng)能耗主要與載菏、運(yùn)行方向、開始樓層和目標(biāo)樓層有關(guān)，是動(dòng)態(tài)的一個(gè)過程，是電梯能耗測量的難點(diǎn)。為了全面反映電梯的能耗情況，首先建立啟動(dòng)能耗、勻速運(yùn)行能耗、制動(dòng)能耗與載荷之間的相關(guān)聯(lián)系，簡化載荷的測量的次數(shù)。采用均分的原則，將測量的載荷選擇為：額定載荷的0%、25%、50%、75%和100%。之后建立啟動(dòng)能耗與開始樓層以及制動(dòng)能耗與目標(biāo)樓層的相關(guān)聯(lián)系、開始樓層和目標(biāo)樓層位置不同和載荷變化量的相關(guān)聯(lián)系.從而簡化測量行程的數(shù)量。

電梯開關(guān)門的能耗主要與開關(guān)門的時(shí)間長短和次數(shù)有關(guān)。電梯?？吭谀骋淮_定層站，手動(dòng)操作使電梯門機(jī)系完成至少5次開關(guān)門動(dòng)作，并記錄動(dòng)作的時(shí)間。為了清晰分辨開關(guān)門的動(dòng)作，相鄰2次開關(guān)門之間至少間隔8s。

對于某一測量電梯，其休眠狀態(tài)、待機(jī)功率和轎廂內(nèi)照明裝置和通風(fēng)系統(tǒng)的功率比較穩(wěn)定。使電梯?？吭谀硨诱?，記錄10Min左右的能耗數(shù)據(jù)，即電梯待機(jī)和體眠的能耗數(shù)據(jù)。由于電梯轎廂內(nèi)照明裝置和通風(fēng)系統(tǒng)是通過單獨(dú)的電路連接單相交流電源，所以這部分能耗可以進(jìn)行單獨(dú)數(shù)據(jù)測量。

此外，特定測量的電梯的電壓總諧波畸變率和電流總諧波畸變率主要與曳引裝置的負(fù)載大小有關(guān)，即與電梯的載荷情況有關(guān)。需要分別測量電梯在額定載荷的。0%、25%、50%、75%和100%下，全程上行、全程下行的電流和電壓的畸變情況。

現(xiàn)在也可利用新的電能質(zhì)量分析儀來進(jìn)行采集測量數(shù)據(jù)，方便實(shí)用，其儀器主要由現(xiàn)場測試儀器和數(shù)據(jù)處理軟件兩部分組成，測試儀主要有諧波、波形、功率和電能、告警、截屏、波形捕捉等工作模式，含有 4個(gè)電流、5個(gè)電壓接口，故可測量單相、兩相、三相三線、三相四線、三相五線的各相電流電壓、啟動(dòng)電流、功率、累計(jì)功能、諧波影響等，還可以測量回饋電能的電能質(zhì)量，如電 壓波動(dòng)、閃變、不平衡度、高達(dá)50次諧波等，模式形式的多樣性，有利于電梯能量回饋質(zhì)量與數(shù)量的測量。

3、模型法

當(dāng)測量具體一臺電梯設(shè)備的能耗時(shí)，轎廂按空載、輕載、半載、重載、滿載等工況運(yùn)行，分別測試轎廂運(yùn)送載荷重量、移動(dòng)的垂直距離、耗電量。測試所需要的時(shí)間比較長，測試的工作情況復(fù)雜。比如，對一臺 8層的垂直客梯，轎廂分別放0%、25%、50%、75%、100%的額定載荷，測量工況竟多達(dá)幾百種。所以，從中擇優(yōu)選取幾個(gè)簡單具有代表性的工況，測量其電梯能耗，可簡化測試程序。

基于動(dòng)態(tài)測量的電梯能耗模型的原理分析情況如下：

1）曳引和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗模型，可以從簡化測量的電梯動(dòng)態(tài)能耗數(shù)據(jù)中分析求取，簡化了電梯能耗測量的過程和時(shí)間。在進(jìn)行能耗仿真模擬時(shí)，根據(jù)曳引系統(tǒng)的各個(gè)輸出參數(shù)，確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗大小。

2）單次開關(guān)門能耗、待機(jī)能耗、空調(diào)照明通風(fēng)等能耗特性，根據(jù)電梯電路線路連接和工作狀況，從動(dòng)態(tài)能耗數(shù)據(jù)中分離，也可單獨(dú)測量。能耗仿真時(shí)，根據(jù)電梯所處任一狀態(tài)，可確定該部分能耗。這部分能耗和曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗一起構(gòu)成了電梯系統(tǒng)的總能耗。

3）電梯的運(yùn)行速度參數(shù)可以手動(dòng)設(shè)置，也可以采用理想電梯速度曲線。對實(shí)際測量的電梯，可以測量電梯某個(gè)行程的速度曲線。該曲線能大致反映出這臺電梯的速度控制情況。因而，采用該速度曲線進(jìn)行能耗仿真測試，其仿真結(jié)果可以與實(shí)際測量的結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證電梯能耗模型的準(zhǔn)確性，進(jìn)而也可進(jìn)一步修正曲線和模型。

4）在模型啟動(dòng)運(yùn)行前，先進(jìn)行電梯的初始狀態(tài)的設(shè)置，如提升高度，所停樓層、初始載荷等。然后，根據(jù)電梯速度曲線參數(shù)、樓層參數(shù)、客流分布及調(diào)度信息，計(jì)算電梯某一段時(shí)間內(nèi)的速度、加速度、所在高度等信息。這些數(shù)據(jù)用來判斷電梯的狀態(tài)，同時(shí)將它們參數(shù)調(diào)入曳引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模型中，從而計(jì)算測量出曳引機(jī)所處的狀態(tài)。

4、結(jié)束語

計(jì)算法從驅(qū)動(dòng)類型、運(yùn)行速度、電梯的使用狀況等簡單的估算電梯的各部門能耗，沒有考慮到電梯的運(yùn)行曲線，結(jié)構(gòu)等方面因素的影響。模型法可以考慮到各個(gè)因數(shù)，并且可以進(jìn)行仿真模擬測試，節(jié)約時(shí)間，但是模型的建立比較復(fù)雜，不同載荷下推算多因數(shù)的電梯效率，誤差會比較大。

目前，我國電梯行業(yè)能效評價(jià)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以也就沒有電梯節(jié)能認(rèn)證制度。雖然提倡節(jié)能減排，但是政府采購節(jié)能電梯卻無據(jù)可依，有關(guān)部門想推廣節(jié)能電梯也很難落實(shí)?，F(xiàn)在有不少的電梯廠家和商家標(biāo)稱電梯可節(jié)能30%、50%、70%等，但事實(shí)上，這些節(jié)能標(biāo)稱都沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，因而無可比性。其主要原因是電梯能效測試方法與能效評價(jià)指標(biāo)尚未確定。電梯與其他能耗產(chǎn)品最大區(qū)別是，電梯耗電量除了與本身配置有關(guān)外，還與運(yùn)行工況密切相關(guān)。運(yùn)行次數(shù)不同、載重量不同、運(yùn)行速度不同都會導(dǎo)致電梯耗電量的不同，這些因素的存在加大了電梯能效標(biāo)準(zhǔn)出臺的難度。