電梯能耗測量和節(jié)能改造措施研究

摘要：首先介紹了影響電梯能耗的主要因素，然后對一些典型電梯進行了能耗實測試驗，結(jié)果表明，在相同條件下，安裝節(jié)能反饋裝置的電梯可以節(jié)能30%左右，老舊電梯能耗約為新電梯的2倍，電梯的基本參數(shù)對其能耗水平影響不顯著，最后提出了一些電梯節(jié)能改造措施，希望可以為電梯能耗的相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：電梯;能耗測量;節(jié)能改造

0 引言

電梯是高層建筑中使用的重要電氣設(shè)備，也是主要的能耗設(shè)備之一。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，電梯能耗在建筑總能耗中所占的比例約為15%。雖然當前電梯中大量應(yīng)用了群控、變頻控制、能量回饋等技術(shù)，但大部分電梯還沒有采用相關(guān)的節(jié)能設(shè)計，且能耗標準也不明確，導(dǎo)致電梯能源浪費問題長期存在。因此，在如今能源緊缺的背景下，研究電梯能耗和節(jié)能改造技術(shù)具有重要意義。

1 影響電梯能耗的主要因素

電梯結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制方式多樣，涉及電氣設(shè)備多種多樣，因此其能耗水平受到眾多因素的影響。以當前廣泛應(yīng)用的曳引式驅(qū)動電梯為例，其能耗由曳引系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、門機系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、暖通系統(tǒng)等產(chǎn)生，還包括一些額外的發(fā)熱等造成的能量耗散。

1.1 ? ?待機能耗

電梯在無人乘坐時為待機狀態(tài)，其能耗主要由控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等產(chǎn)生，而這些系統(tǒng)本身大多為電子系統(tǒng)，功率都不高。如果電梯長期無人乘坐，則會在控制系統(tǒng)的控制下自動進入休眠狀態(tài)，照明會變暗，風(fēng)扇也不再轉(zhuǎn)動，因此待機能耗水平一般較低，可以不考慮待機能耗。

1.2 ? ?運行能耗

電梯在有人乘坐時，由于需要將載荷運送到指定樓層，因此需要較大的功耗。其中，曳引和驅(qū)動系統(tǒng)所消耗的能耗最大，占到電梯總能耗的70%以上。在曳引和驅(qū)動系統(tǒng)中，不同的電梯采用的曳引和驅(qū)動方式不同，其使用的電機性能也各不相同，不同廠家、型號和使用環(huán)境下的電梯產(chǎn)品會有較明顯的能耗差異。電梯運行實際上就是對載荷做功，同時克服自身各部件之間的摩擦力，這都需要電能提供動力。

1.3 ? ?運行工況

電梯在不同的工況下，其能耗水平是不同的。一般來說，電梯行程越大，載荷越多，其耗電量越大;反之，如果行程較小且載荷較輕，則耗電量也會相應(yīng)較少。天氣和季節(jié)也會對電梯能耗水平產(chǎn)生影響，例如夏季高溫條件下，電梯由于散熱和通風(fēng)等需求加大，且設(shè)備發(fā)熱會損失部分能量，因此能耗較大;相反，如果在寒冷的冬季，設(shè)備不會發(fā)熱，通風(fēng)或冷氣系統(tǒng)也無需全功率運行，此時的功耗水平自然會低很多。此外，電梯設(shè)計中是否采用了群控、變頻控制、能量回饋等技術(shù)，對電梯能耗水平有顯著影響。使用年限和管理方式也會影響電梯能耗。

2 電梯能耗測量及分析

2.1 ? ?能耗測量

當前對于電梯的能耗測試過程還沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)標準，因此本文按照一般電氣參數(shù)測量原則進行操作。

（1）控制電梯停在一樓，一人在電梯口進行操作，另一人到機房進行操作。

（2）在機房的人員首先要切斷電梯電源，然后找出電梯電源的接線端子，將3個鉗式電流互感器分別接到三相電路的各相輸入側(cè)端子上，注意電流由互感器正極流入，負極流出。同時，把3個鉗式電壓測量線接入電流輸出端的端子上，最后找到接地線端子并做好接地處理。

（3）把電壓測量線的線端分別接入能效測試儀的輸入端口，啟動能效測試儀電源，待儀器初始化完成后，在儀器面板輸入電梯的測試參數(shù)，包括額定電壓、額定載重、樓層數(shù)、平衡系統(tǒng)等。

（4）在電梯空載條件下，將電梯呼到第10層，然后再呼到1層;讀取儀器測量數(shù)據(jù)并記錄;反復(fù)進行上述操作3次取平均值。

（5）檢查數(shù)據(jù)，無誤后關(guān)閉電梯電源，拆線后恢復(fù)電梯供電;測量完畢。

2.2 ? ?能耗分析

根據(jù)上述測量步驟所得數(shù)據(jù)，整理成電梯參數(shù)及實測能耗數(shù)據(jù)表，如表1所示。

從測量結(jié)果不難發(fā)現(xiàn)：

（1）電梯A和電梯B的廠家、基本參數(shù)、控制方式基本一致，但是由于電梯B安裝了節(jié)能反饋裝置，因而其空載直駛的噸千米耗電量更低。電梯A為1.373 kWh/（t·km），電梯B為0.938 kWh/（t·km），后者比前者節(jié)能約31.7%。

（2）電梯A和電梯C的廠家和基本參數(shù)不同，但控制方式基本一致，實測結(jié)果無明顯差異，這表明電梯能耗水平與電梯基本參數(shù)關(guān)系不大。

（3）電梯A、電梯B和電梯C都是近年才投入運行的較新的電梯，其能耗較低，特別是安裝了能量回饋裝置的電梯節(jié)能效果十分顯著。而電梯D是使用了14年的老舊設(shè)備，其能耗明顯增加，約比電梯C的能耗增加了約2.3倍。

綜上所述，相同條件下，電梯安裝節(jié)能反饋裝置可以節(jié)能30%左右，老舊電梯的能耗約為新電梯的2倍，電梯的基本參數(shù)對其能耗水平影響不顯著。

3 電梯節(jié)能措施研究

3.1 ? ?淘汰高耗能電梯設(shè)備

在電梯安裝完成后，隨著使用年限的增加，其性能會逐漸下降。當前許多舊小區(qū)仍然在使用大量老舊電梯，這些電梯由于設(shè)備老化和技術(shù)落后，已經(jīng)成為典型的高能耗設(shè)備，應(yīng)根據(jù)實際情況予以淘汰。為了明確淘汰標準，政府部門要做好全面的調(diào)查和分析，制定符合新時代要求的電梯能效標準，并強制將不符合新標準的高耗能電梯設(shè)備報廢，從源頭上減少能源浪費。

3.2 ? ?鼓勵加裝能量回饋裝置

在如今的樓宇建筑中，如果直接淘汰耗能嚴重的電梯，會造成很大的經(jīng)濟負擔，而這些電梯大多是可以進行改造升級的，因此對于舊電梯而言，最好的改造措施就是加裝能量回饋裝置?？梢酝ㄟ^宣傳等手段，鼓勵居民或物業(yè)加裝能量回饋裝置，達到節(jié)能降耗的目的。

3.3 ? ?積極向新能源電梯轉(zhuǎn)型

當前我國電梯能源均以電能為主，但隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，電能供應(yīng)變得越來越緊張。近年來已經(jīng)有一些太陽能電梯產(chǎn)品通過了國家質(zhì)檢總局的檢驗并投入使用，通過太陽能發(fā)電可以取代部分電力能源，成為一種節(jié)能新方案。因此，可以積極引導(dǎo)電梯行業(yè)研制低成本、高效率的新能源電梯，使傳統(tǒng)電梯朝著新能源方向轉(zhuǎn)型發(fā)展。

4 結(jié)語

隨著智能建筑的興起，電梯的運行方式也將變得更加復(fù)雜，這無疑會使電梯的能耗測量過程變得更加困難。但隨著設(shè)備和技術(shù)的進步，電梯能耗分析技術(shù)必將得到改善，并進一步推動電梯向節(jié)能化方向發(fā)展。

[參考文獻]

[1] 池祥.某行政辦公樓新增外掛電梯的改造設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)，2020（6）：68-72.

[2] 吳城汀.基于Euclid范數(shù)的電梯能耗評價新方法[J].機床與液壓，2019，47（8）：71-73.

[3] 劉清，關(guān)榆君.電梯群控系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化調(diào)度控制[J].計算機仿真，2018，35（10）：340-344.

[4] 恩旺，劉子金，張淼.中國電梯行業(yè)的技術(shù)發(fā)展與趨勢[J].建筑科學(xué)，2018（9）：110-118.

[5] 陳繼文，李鑫，張樹昌，等.基于ARM的綠色建筑電梯能耗遠程監(jiān)測系統(tǒng)[J].現(xiàn)代制造工程，2018（9）：6-10.

[6] 王珊，肖賀，王鑫，等.北京市21家市屬醫(yī)院基礎(chǔ)用能設(shè)備能耗現(xiàn)狀及節(jié)能建議[J].暖通空調(diào)，2017（2）：48-53.

收稿日期：2020-04-25

作者簡介：李遙（1988—），男，江西人，碩士研究生，研究方向：控制工程。