電梯的節(jié)能改造

顧萍

摘 ?要：隨著時(shí)間的推移，一些老舊電梯到了更新?lián)Q代的時(shí)候，但是由于整體更換成本比較高而且其機(jī)械性能還是很好，并沒(méi)有過(guò)多的磨損，所以只需要更換電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其符合最新的GB7588規(guī)范。而電梯在使用過(guò)程中成本最高的就是電能，該文主要根據(jù)電梯在使用過(guò)程中電梯曳引機(jī)是四象限運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)介紹一下最新的節(jié)能方法。

關(guān)鍵詞：電梯 ?改造 ?節(jié)能

中圖分類(lèi)號(hào)：TU857 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）07（a）-0049-02

在當(dāng)今社會(huì)城市化建設(shè)中電梯無(wú)疑是高層建筑中間最不可或缺的一種設(shè)備，也是現(xiàn)代人在日常生活中必不可少的一項(xiàng)樓宇交通工具。目前一些商場(chǎng)和小區(qū)使用的舊梯都是按照老的國(guó)標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)制造和安裝的，而且使用年限較長(zhǎng)，在電氣技術(shù)上無(wú)法達(dá)到目前國(guó)家最新的GB規(guī)范。在2009年5月26日國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢疫總局下發(fā)了《高耗能特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)督管理辦法》中電梯作為高耗能特種設(shè)備納入了節(jié)能監(jiān)管范圍。所以在實(shí)施舊梯改造的時(shí)候就不得不考慮改造后電梯的節(jié)能問(wèn)題。

在實(shí)際使用電梯的過(guò)程中，電梯的曳引機(jī)運(yùn)行是四象限運(yùn)行，在2個(gè)象限運(yùn)行時(shí)為耗電狀態(tài)，在另2個(gè)象限運(yùn)行時(shí)為發(fā)電狀態(tài)，具體如下：電梯的轎廂重量是P，額定載重是Q，對(duì)重的重量大約是P+Q/2，電梯在滿載往下運(yùn)行或者空載往上運(yùn)行的時(shí)候曳引機(jī)就是處于一個(gè)發(fā)電的狀態(tài)。在這個(gè)時(shí)候許多廠商往往把這部分電能采用變頻器外接電阻的方法消耗掉。電阻消耗電能不僅降低了電梯的能耗系數(shù)，而且電阻大量發(fā)熱造成機(jī)房里面的溫度升高，使電氣設(shè)備的工作環(huán)境變得惡劣，有的甚至要在機(jī)房里面安裝空調(diào)來(lái)降低溫度，這又是一項(xiàng)電能消耗。所以目前有的電梯廠家在市場(chǎng)上推廣能量反饋裝置，把電梯曳引機(jī)發(fā)出來(lái)的電回饋電網(wǎng)，但是目前在較多的區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)不允許該部分能源返回，原因是回饋的電能與電網(wǎng)內(nèi)電能波段頻率不同，容易對(duì)電網(wǎng)電能造成污染。所以要對(duì)能量反饋裝置做一個(gè)改造，使得電梯能夠使用曳引機(jī)發(fā)電狀態(tài)下發(fā)出來(lái)的電。

假設(shè)我們?cè)诟脑爝^(guò)程中把兩臺(tái)電梯A和B進(jìn)行并聯(lián)控制，將兩臺(tái)變頻器的直流母線和電梯ARD系統(tǒng)的直流母線連接起來(lái)，使電梯的再生能量能夠?yàn)锳RD系統(tǒng)的蓄電池充電，如果檢測(cè)到蓄電池已經(jīng)充滿則在下一次電梯運(yùn)行時(shí)優(yōu)先使用ARD電池中的電能，在使用到電池能量的下限時(shí)（提供A、B兩臺(tái)電梯的應(yīng)急響應(yīng)能量）則電梯使用電網(wǎng)能量，并且在發(fā)電狀態(tài)給ARD系統(tǒng)充電。具體結(jié)構(gòu)原理圖設(shè)計(jì)如圖1所示。

當(dāng)ARD系統(tǒng)首次接入電梯系統(tǒng)中時(shí)，DPS會(huì)分析ARD電池中的蓄電量是否可以提供足夠的緊急電量X1，如果不足則使用外部交流電充電至X1，使得ARD系統(tǒng)在電梯應(yīng)急保護(hù)系統(tǒng)中能夠起到作用。之后A、B電梯運(yùn)行中繼續(xù)使用外部交流電。當(dāng)A、B電梯在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，DPS會(huì)檢測(cè)出電梯A、B所發(fā)電量向蓄電池充電，直至蓄電池電量全部充滿至X2。這樣在下次A電梯或B電梯使用的時(shí)候DPS會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)A電梯或B電梯在運(yùn)行時(shí)的電流和電壓數(shù)據(jù)，來(lái)傳送給ARD的控制系統(tǒng)進(jìn)行電流的輸出。電流將通過(guò)雙向DC電路輸送給A電梯或B電梯變頻器的直流母線，由于考慮到大電流輸出對(duì)蓄電池的使用壽命會(huì)有比較大的影響，所以需要與外部電網(wǎng)輸送進(jìn)來(lái)的電流進(jìn)行調(diào)制，供給電梯A或電梯B正常運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

電動(dòng)機(jī)在能耗制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的能量是：W=W1+W2-W3-W4。其中W1是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性能量，W2是電動(dòng)機(jī)內(nèi)部電感的能量，W3是機(jī)械損耗的能量，W4是其他損耗的能量。

根據(jù)實(shí)際的檢測(cè)W2與W3+W4的數(shù)值基本相同，所以回饋電能就是W=W1，也就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

電梯的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就是其勢(shì)能，所以W=MGHT。目前電梯的平衡系數(shù)一般都是0.5左右，所以我們就能夠計(jì)算出電動(dòng)機(jī)在第二或者第四象限運(yùn)動(dòng)時(shí)的能量。

例如，目前國(guó)內(nèi)使用比較多的1000kg、1m/s這樣的電梯，就算是普通小高層12層站，每層站高度3.5m，曳引機(jī)功率6.3kW，這樣變頻器功率是7.5kW，電梯全程運(yùn)行一次的時(shí)間大約是44s，使用電能大約是0.1kW·h，兩臺(tái)電梯的運(yùn)行一次的總電能是0.2kW·h。根據(jù)公式，電梯在第二、第四象限全程運(yùn)動(dòng)時(shí)的回饋能量是W=500×9.8×3.5×12=0.057kW·h。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主流充電器的效率是60%左右，這類(lèi)電梯在空載向上或者滿載向下時(shí)可以給電池充的電為0.036kW·h。在這種情況下電梯運(yùn)行3次就可以提供電梯滿載向上或者電梯空載向下一次的能量，可以說(shuō)是節(jié)電30%，當(dāng)然這個(gè)是理論算法，電梯實(shí)際使用中的情況要復(fù)雜，我們保守預(yù)計(jì)這套系統(tǒng)能為電梯節(jié)能25%。

接下來(lái)我們就要給這套系統(tǒng)確定ARD的蓄電池。因?yàn)锳RD系統(tǒng)是電梯的緊急供電系統(tǒng)，它的電池需要為電梯的應(yīng)急情況供電，所以需要提供至少0.4kW·h的電能電池。在此我們選用3節(jié)12V、20Ah的鉛蓄電池來(lái)作為ARD系統(tǒng)的電池。目前很多小區(qū)建設(shè)中小高層都采用一梯兩戶的設(shè)計(jì)方案，那么一部電梯需要供給22戶人家使用，每戶每天使用電梯次數(shù)大約7～8次，有時(shí)會(huì)有一次運(yùn)行載多人的時(shí)候，我們就可以說(shuō)電梯每天大約有80次的使用，電梯有空載、滿載、輕載以及重載等不同的運(yùn)行情況，所以根據(jù)一天的使用監(jiān)測(cè)，小高層小區(qū)電梯平均下來(lái)每臺(tái)電梯使用大約為8～12度電。按照目前民用電的電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)0.56元每度，則每天大約需要50元左右。一個(gè)普通小區(qū)大約有40～50臺(tái)電梯那么一個(gè)小區(qū)的電梯電費(fèi)就需要2000～2500元，一年則需要73萬(wàn)～91萬(wàn)之間的電費(fèi)。如果在實(shí)際使用中我們能夠使耗電下降25%，則每年可以省出大約18萬(wàn)～23萬(wàn)元的電費(fèi)開(kāi)支。如果是高層建筑，那么其經(jīng)濟(jì)性會(huì)更加凸顯，所以此項(xiàng)改造不光可以針對(duì)老舊電梯進(jìn)行，也可以針對(duì)新設(shè)計(jì)建造的電梯，在電機(jī)用電效率研發(fā)遇到瓶頸的今天，使用電梯的能量回饋接受技術(shù)能使用戶的電費(fèi)大大降低。

綜上所述，在我國(guó)目前的城市化中使用了大量的電梯，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)目前國(guó)內(nèi)的電梯保有量是200萬(wàn)臺(tái)，每天的耗電量保守估計(jì)要6000萬(wàn)～8000萬(wàn)度電，如果使用能量回饋接受裝置，那么我們以省電20%計(jì)，每年能節(jié)省下來(lái)的電能就非?？捎^了，對(duì)目前國(guó)家所倡導(dǎo)的節(jié)能減排也有積極的響應(yīng)作用。

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