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浅谈电梯节能技术的发展、评价和推广

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一个高速发展期。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。

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。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。

 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。

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。

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扶梯和自动人行道 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。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。

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