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    浅谈电梯节能技术的发展、评价和推广
    2015-12-02 16:37:19
    核心提示:伴随着我国经济的快速发展和城镇化进程的不断深 入,目前我国电梯行业正经历着_个高速发展期。据中 国电梯协会统计,截止到2013年底,我国电梯保有量 已超过300万台。保守估计,如果按照每台电梯每年工 作360天,每天耗能80kWh计算,全年耗电量约为864 亿kWh。由此可见,电梯已经成为耗能大户,电梯节能 已经引起社会各界的广泛关注。

    《中华人民共和国节约能源法》规定:“对于高耗能 的特种设备,按照国务院的规定实行节能审查和监管。” 国家质检总局质检特函〔2007〕29号文件也提出:要对 锅炉、换热压力容器、电梯等高耗能特种设备实行能效 测试和节能监管。于2014年1月1日施行的《中华人 民共和国特种设备安全法》中特别把“节能环保”作为 特种设备安全工作应当坚持的原则之一。由此看来,电 梯的节能审查和监管势在必行。近些年来,一些研究机 构、企业以及监督检验机构投入了大量技术和资金,进 行电梯节能技术的开发、能效测试和评价、标准化和推 广工作。
    在本文中,笔者针对以上几方面的最新进展进行介 绍和分析。
    1电梯节能技术
    1 ■ 1电梯传动和驱动系统的节能技术
    传动部分如曳引机是电梯的核心部件,对于电梯的 能效影响巨大。传统的蜗轮蜗杆式曳引机的传动效率在 70%左右。 行星齿轮和斜齿轮式曳引机的传动效率可以电流,转子 没有基波铁、铜损耗,定子的铜损也大大减少,能量效 率明显提高|21电梯调速的技术经历了直流驱动、变极交流调速、 调压交流调速和变压变频调速(WVF)。到目前为止, 除了部分在用的旧电梯仍然采用变压调速外,几乎 达到90%。而采用无齿轮传动的永磁同步驱动技术开发 的最新曳引机,可以进_步提高电梯的传动效率。沈章 文重点研究了电梯传动系统存在的问题与电梯节能的关 系。研究发现电梯曳引机的摩擦存在能量损耗大、机械 效率低等问题;提出了电梯传动和驱动效率的优化整合 思路是变频调速、永磁同步电动机、行星弧齿轮减速装 置,1:1的电梯井道安装传动系统等⑴。
    与传统电动机相比,永磁同步电动机具有更高的效 率。这主要是由于其采用涡流启动和同步运转;转子采 用永磁体,不存在滑差,不需要无功的励磁所有技术相比,变压变频不仅快速、舒适、平层准确、噪声低、 安全,而且具有非常好的节能效果。首先,相比传统调 速技术,变压变频电梯可以进行动态调整,迅速适应负 载变化,始终保持电动机的高效运行。其次,由于变压 变频电梯采用软启动功能,减少了启动电流对电网的冲 击,延长了电梯的寿命,节约了电能。第三,不同于传 统技术的的负载特性,功率系数较高,无功损耗较少|31。 1.2电梯能量回馈节能技术
    电梯传动和拖动部分的节能技术是目前电能节约的 主要方式,它是以提高电动机的运行效率、减少无功损 耗等手段达到节能的目的。另外一种可观的节能方式是 将电梯运行过程中产生的机械能(如势能和动能)通过 回馈器转化为电能并回馈给交流电网。能量回馈技术主 要通过在变频器的直流母线两端连接能量回馈装置,采 用有源逆变技术将再生电流及时高效地逆变为与电网同 频率同相位的交流电回送电网。该装置将电能回送电网 后供周边其他用电设备使用。节电效率至少为15%141。 采用该技术后可以排除电阻发热造成的机房温度过高, 空调用电量大的影响,进_步提高整个电梯系统的节能 效果和环保收益。但是使用该技术的系统控制较为复杂, 电梯运行过程中功率变化幅度大,对电网造成的冲击较 大,对下游用户和电网安全产生一定的影响。针对这_ 问题,目前研究开发的超级电容储能的电梯节能装置可 以实现回馈电能的就地利用,同时该技术可以平衡功率 并减少对电网的冲击,有效地避免了能量回馈过程中对 电网造成的负面影响|51。同时,超级电容储能装置可以 作为不间断电源(UPS)使用,在电网突然断电的情况下 为电梯提供电能使其就近平层。
    1.3电梯节能控制系统
    电梯控制系统主要对电梯的运行实施操作和控制。 控制部分自身不产生节能效果,主要是通过优化电梯的 控制来节能.或者是通过减少不必要的运行时间和待机 损耗来达到节能的目的。电梯控制系统是一个具有多目 标性、随机性和非线性等特点的复杂的决策系统。目前 的主要控制技术有模糊控制、神经网络控制以及自适应 模糊神经网络系统。对于多台电梯的群控,主要从减少 乘客平均候梯时间、减少乘客平均乘梯时间、降低长候 梯率以及减少电梯群控系统运行能耗等方面进行优化^ 对于以上目标综合评价进行优化以实现电梯的多目标优 化调度。传统的调度算法对电梯的任意请求均立即作出反应,以最快的速度将电梯运行至呼梯层。因此电梯载 客率通常较低,电梯调度算法在效率和能耗之间缺乏优 化设计。最新的群控制技术提出基于电梯等待时间的思 想和技术。其主要根据建筑客流特点,通过交通模式的 自动识别以确定加不加入等待时间并进行派梯,即在电 梯高峰交通模式下不加入等待时间,而在电梯非高峰交 通模式下加入等待时间,从而提高电梯的满载率,减少 启停次数和运行里程。这样做节能效果明显,最高可以 达到 28%161。
    1.4集成新型储能技术的电梯节能技术
    最近,有人提出了节能型电梯与智能电网相结合的 思想。他们认为节能型电梯作为分布式储能装置的重要 组成部分之一,具有波动性和间歇性的特点,会对电网 的供电平直造成一定程度的冲击。智能电网的一个主要 发展方向是微型电网,它是为充分发挥分布式电源的优 势、消除分布式电源对电网的冲击和负面影响而提出的 一种新的分布式电源组织方式和结果。因此,节能型电 梯并网产生的问题正是微型电网可以解决的问题,由此 可见节能型电梯和微型电网的结合是实现电梯节能的一 个重要途径。徐卫玉和吴国良认为二者的结合主要有以 下两个方面:首先是根据微型电网的要求实时向能量管 理系统传递电梯信息,为能量管理系统的决策提供数据 支持,其次是根据微型电网的要求接收能量管理系统的 电网信息,并根据电网信息和自身运行状况作出相应的 调整171。
    1.5其他电梯节能技术
    更新电梯轿厢照明系统也可以作为提高电梯能效的 —个手段,如使用LED发光二极管更新电梯轿厢常规使 用的白炽灯、日光灯等照明灯具,照明用电量可以节约 90%,灯具寿命是常规灯具的30 ~ 50倍。同时能实现 照明设备各种外形设计和光学效果,美观大方。
    2电梯能效测试和评价方法
    为了给有效评价电梯的耗能情况提供依据,同时为 政府进行电梯能耗审查和监管提供技术支撑,建立有效 的电梯能效测试和评价方法是极其必要的和紧迫的。瑞 士和美国等发达国家在这方面的研究起步较早。瑞士能 效委员会于2005年发布了关于电梯能耗的研究报告, 同时瑞士政府也积极组织力量开展能耗调查研究。美国 能效经济委员会的研究表明,采用包括软件在内的新技 术可以使电梯的能效提高30% ~ 40%。然而,我国这方面的研究较少,电梯相关技术规范制定速度相对滞后。
    目前,我国尚未出台有关电梯能源利用效率的检测方法 和评价指标方面的国家标准。孙立新等报道了电梯能效 指数的定义、计算方法和测试仪器等,同时提出了在新 开展的特种设备节能审查和监管工作中,使用能效指数 评价电梯产品能效利用效率的技术方案|8) 深圳特检院 也提出了一套电梯能源使用效率评价方案,对于新装电 梯,通过试验分析不同品牌电梯在满足安全性的基础上 可达到的节能效果,从而对电梯产品制定统_的标准。 柯宇辉等对不同结构型式电梯的能效指标进行了测试, 根据数据统计分析的结果,提出了综合评价电梯能耗水 平的技术指标,即工作能效和待机效率以及4项节能措 施。这4项节能措施分别是采用同步无齿轮传动、调频 调压调速电力拖动、能量回馈技术和电梯待机功率|91。 王士琴等分析了电梯配置参数和使用情况对能耗的影 响,提出了 “标准电梯”模型的概念。基于此提出了以 电梯综合能效系数和电梯待机功率作为能效评价参数进 行评价,并建立了电梯综合能效系数的模型
    3电梯节能技术的推广
    随着电梯业的迅速发展,各种电梯节能技术不断涌 现,我国的节能技术已经达到国际领先水平。但是,我 国节能电梯的普及率还很低。李少纲和葛超明认为,造 成这种情况的主要原因是国家标准中没有电梯节能方面 的强制性规定,也没有权威的电梯节能国家标准。用户 在采购电梯时,主要考虑电梯的安全和价格因素,不愿 意选择价格较高的节能产品11U。他们认为,电梯节能技 术的推广和应用,需要政策导向和法律法规的支持。他 们建议:首先,尽快出台电梯能效国家标准,第二,尽 快把电梯纳入政府采购节能清单,第三,制定电梯节能 审査和监管制度。对于电梯节能技术推广应用需要主要 考虑三方面问题:电梯设计与生产过程中的节能措施, 在用电梯的节能技术改造和在用自动口交网和自动人行道 的节能技术改造。另外,谢毅认为需要采用标准化手段 推广电梯节能技术。他认为需出台统一的电梯能效测量 方法和电梯能效等级标准,作为评价电梯使用过程中总 体耗电水平的统一尺度,可以客观、公正、真实地衡量 各种规格、型号的电梯在能源利用效率方面的性能指标 【ia。有了以上方法和标准,政府对于电梯能效实行监管 可以做到有据可依,从而可以建立起电梯能效等级标识 制度,为政府淘汰落后技术、推广节能技术提供统一的 尺度,由此加快电梯节能技术的应用推广。
    4结论及展望
    采用先进的电梯节能技术,可以使电梯以及建筑的 能耗明显降低,对于节能减排方面具有积极的经济意义, 同时对于居民低碳生活方面具有积极的环保贡献和社会 意义。电梯传动和驱动系统的节能技术、电梯能量回馈 节能技术、电梯控制系统的节能技术以及与新型储能系 统的集成技术都是有效降低电梯能耗的技术。但是,各 项技术自身开发以及应用成熟程度不同,在电梯节能领 域的应用和推广要逐步进行,这既需要企业进行更深入 的研发和推广,同时也需要政府有序的指导和监管。另 外,电梯的能效测试方法以及评价方法、手段也是电梯 节能领域急需解决的问题,这一标准的出台可以为电梯 节能方面的评价提供可靠的依据。展望未来,伴随着我 国科学技术的迅猛发展,电梯节能技术必将得以普遍推 广,人们低碳环保的生活环境也会因此受益。