电梯节能与绿色环保技术

电梯节能与绿色环保技术

【摘要】:近年来，随着电梯技术的发展以及人们对节能的重视，不少企业和研究机构投入了大量的人力物力，进行电梯节能研究，也取得了不少的成果。文章分析了我国电梯节能的发展现状以及电梯能耗情况，介绍了电梯节能的几种主要措施。

【关键词】：电梯节能；绿色环保；控制技术

引言

近年来，投入运行的电梯数量迅猛增加社会对于电梯能耗的关心程度也越来越大。众所周知，电梯是一个带有平衡对重的曳引系统。根据能量守衡定律，电梯的轿厢在井道中上下运行的过程中总有一些时刻是有多余的势能和动能会转化成电能向电梯控制系统反馈（如电梯轿厢空载上行时，对重将拉着轿厢向上，对重平衡掉轿厢后的多余的势能将转化为电能向电梯控制系统反馈）。

一、我国电梯节能的发展现状

随着我国现代化建设的发展，电梯被广泛使用于商务写字楼、高层住宅小区等人们日常进出的场所，成为人们出入这些高层建筑物不可缺少的工具。根据调查统计，电梯用电量占这些高层建筑物总用电量的17%～25%以上，仅次于空调用电量，高于照明、供水等的用电量。但是，电梯的节能问题却长期受到社会的忽视。

我国节能电梯的比重偏小，电梯节能的设计、制造、检测、监管等各个环节还很薄弱。有关数据显示，截至2011年底，全国在用电梯约150万台。其中，大约三分之一的电梯为交流双速、交流调压调速等老旧高耗能电梯，可节电30%以上的采用永磁同步拖动技术的电梯不足5%，可以能源再生的应用制动电能回馈技术的电梯不足0.5%。

我国节能电梯技术在某些方面已经达到了国际先进水平，但是另一方面我国的电梯节能工作与发达国家相比差距较大，主要体现在节能电梯的普及率还很低，电梯节能工作起步较晚、基础较弱，社会各界对电梯节能的意识不强等。因此，推进我国电梯节能工作应经是刻不容缓了。

二、电梯能耗情况分析

1、电梯能耗十分巨大

电梯耗能主要体现在待机和运行两种工况。电梯在轻载上行和重载下行时都处于发电状态，而普通电梯却将这部分电能转换为热能，白白浪费掉了，属于无效能耗。据测算，在冬夏两季建筑中，空调的能耗一般占到整个建筑能耗的50%，而电梯用电量则占总用电量的17%～25%以上，仅次于空调用电量，高于照明、供水等的用电量。据有关数据统计，每年每台电梯平均运行次数大概在20万~30万次，约有10万次左右处于发电状态。一部变频电梯处于发电状态运行，每次发出来的电能约为0.2kwh左右。如果楼层不高，按每次发电0.1kwh来计算，每年每台电梯发电1万千瓦时左右；一部普通电梯，每天约用电量为50kwh~150kwh，按照每台电梯平均每天用电量约为80kwh计算，假如全国在用

电梯数约为100万台，那么每天耗电约为8000万千瓦时，每年消耗电量约为290亿千瓦时。从以上情况分析，电梯节能形势非常严峻，可以说到了刻不容缓的地步。

2、电梯节能效益十分可观

有人算过一笔账：一幢普通商务办公楼，6部20层电梯，如每台全年耗电26000 kwh，而采用能源再生电梯，每台全年耗电只需7700kwh，以每度电价1元计算，则至少节省电费10万多元。假设今后我国每年采用5000部能源再生电梯,预计1年节约电费35 00万元。按照1度电消耗370g标准煤计算,1年节省标准煤1.85万吨。如果将电能回馈装置PROSPECT在每部电梯中推广应用，按照100万台电梯计算，平均回馈节能率30%计算，每年可为国家节约电量约114亿千瓦时，相当于小浪底工程27个月的发电量，相当于大亚湾核电站10个月的发电量，相当于刘家峡水电站27个月的发电量。

3、电梯节能空间巨大

据国家质检总局特种设备安全监察局有关负责人介绍，目前我国在用电梯约130万余台，仅2011年耗电量约400亿千瓦时。据有关专家分析，我国15年前安装的电梯有相当一部分是高能耗的老电梯，耗电是现在节能电梯的3倍～4倍。近年来，我国每年新增电梯均在15％以上。如果每年新增电梯15万部,其中80%采用节能电梯,按照每天使用16h计算,全年可节电32亿千瓦时。

三、电梯节能的主要措施

要取得良好的电梯节能效果，可以说是任重道远，除在日常管理上下功夫外（如根据非上下班高峰分时段待机在电梯上安装自动感应器等），最重要的是生产企业的技术研发和制造环节。有关统计数据表明，电梯驱动主机拖动负载消耗电能占电梯总耗电量的70%以上。因此，电梯节能的实际操作重点就在于驱动与曳引系统、电梯调速方式以及控制方式更新与改善。

1、能量回馈技术

能量回馈技术就是当电动机处于发电状态时，通过逆变器，将变频器直流侧的电逆变成工频交流电回馈到电网中。从电梯的工作特性中看出，电梯有一半的运行状态为发电状态，从理论上看，能量回馈技术的节能效果应该是很不错的。据不完全统计，目前有98%以上的电梯只会将这部分能量通过再生电阻发热的形式白白的浪费掉。以2011年初全国在用的近130万台电梯统计，假设每台电梯平均功率为15kw再生电阻平均功率为5kw计算，则相当于我国有一个大约700万kw的电炉在毫无用途地发热着。这是何等的浪费！能量回馈技术将电梯的输入电源作为一个受控对象，具有很多优势。目前该技术已经在几大电梯厂商中广泛运用，开发出了电力反馈系统，即是让经过先进的多重整流技术处理后的电能反馈到楼宇电网中，供楼宇内其他用电设备使用。日本三菱电机在传统能量反馈技术为基础，开发了混合电力电梯，并实现了商品化。它是将反馈的电能存储在蓄电池中，再直接供电梯使用。这种混合电力电梯系统与以往的产品相比，可节能约20%。另外，停电时，被存储的反馈电力可实现电梯继续运行10分钟左右，这样便可将乘客送到最近的楼层。所以它不仅节能，还为提高电梯的安全性作出了贡献。例如，医院如果使用了该种电梯，在搬运病人时，即使遇上突发停电也能确保病人安全运送。现在这项技术已经在日本被加以广泛应用。

2、VVVF（变压变频调速）技术

VVVF技术在现代交流调速电梯驱动控制系统中得到了最广泛的应用。电梯驱动系统采用成熟的VVVF技术早已成为当今改善电梯驱动控制性能、提高电梯运行质量的主要途径。VVVF技术淘汰了各类交流双速电机调速驱动，取代了直流无齿轮驱动，不仅使电梯的运行性能优越，同时也有效地节约了能源，降低了损耗。以下按照电梯运行的不同阶段来分析VVVF电梯的节能性。电梯运行可简化为起动、稳速运行、制动3个阶段。（1）起动阶段：VVVF由于在低频条件下起动，无功电流小，从而大大降低了总的起动电流，降低了能耗。（2）稳速段：ACVV（调压调速）电梯在稳速运行段所消耗的能量在满载和半载上行的条件下与VVVF控制的电梯相近。而在轻载上行（或重载下行）时，由于倒拉效应，A CVV电梯要从电网取得能量产生制动转矩，而VVVF电梯工作在再生发电制动状态，不需从电网中获得能量。（3）制动段：ACVV电梯在制动段一般采用能耗制动方式，即从电网中取得能耗制动电流，电流变成热能消耗在电机的转子中，对于较大惯性轮的电机，能耗制动电流可达到60～80A，电机的发热也比较严重。而VVVF电梯在制动段不需从电网中获得任何能量，电动机运行在再生发电制动状态，电梯系统的动能转化成电能消耗在电机外部电阻上，不仅节能，而且也避免了制动电流引起的电机发热现象。

经实际运行测算比较，采用VVVF控制的电梯，与ACVV调速电梯相比，节能达3 0%以上。VVVF系统还可以提高电气系统功率因数，降低电梯线路设备的容量和电动机的容量达30%以上。根据以上所述，可知VVVF变频调速电梯具有明显的节能特性，代表了电梯调速的发展方向，具有显著的经济效益和社会效益。

3、共直流母线电梯控制系统原理和运用

在电梯频率使用较大的地方，一台电梯是不够的，因此往往都是用两台或者多台电梯同时使用。这样就可以考虑把其中的一台或者两台在发电的时候产生的多余能量反馈到一条这几台电梯共同使用的母线上，以此来达到节能的目的。共直流母线电梯控制系统一般都是由断路器、接触器、逆变器、电机和熔断机组成的。其特点是：把所有电梯在系统中的直流一侧都连接到共用母线上。这样，每可一台电梯都能在运行过程中，通过自身的逆变器，将交流电转化成直流电能后反馈到母线上。母线上的其他电梯就可以充分利用这部分能量，减少了系统总的能量消耗，达到了节能的目的。当其中的某一台电梯发生故障的时候，只要切断该电梯上的空气开关就可以了。该方案具有结构简单、成本低、安全可靠的优点。

4、新曳引媒介的应用

传统曳引式电梯曳引媒介是钢丝绳，由于钢丝绳自重及摩擦力因素，需要消耗较多能量。聚氨酯复合钢带替代传统钢丝绳应用于电梯行业完全颠覆了传统电梯的设计理念，使节能高效成为可能。厚度只有3毫米的聚氨酯钢带比传统钢丝绳更加柔韧耐用，寿命是传统钢丝绳的3倍。聚氨酯钢带的高韧性及高曳引力使主机的设计趋于小型化，主机曳引轮直径可以减少到100～150毫米，结合永磁无齿轮技术，可使曳引机的体积比传统主机体积小70%，可轻松实现无机房设计，大大节省建筑空间，降低建造成本。目前奥的斯GE N2电梯，迅达3300AP电梯均已采用该技术，实践证明比传统电梯最多可以节能50％。另外迅达电梯公司的高强度无钢芯合成纤维曳引绳已处于运行验证阶段，相信不久将来会进入中国市场。

5、可变速技术

可变速电梯技术是近年来出现另一种节能环保新技术，可变速电梯技术的研发，是基于传统电梯产品的节能潜力。传统电梯在运行时，只有在满载和空载的情况下，额定速度才是按曳引机处于最大负荷，即曳引机的输出功率最大时设定的。但是，当乘客只有一半左右时，因箱体是与配重平衡的，实际上曳引机的负荷较小，输出功率尚有剩余。也就是说，曳引机的功率只使用了一部分。“可变速电梯技术”就是利用负荷小时的那部分剩余功率，在相同电力情况下提高了电梯的速度。这一新技术的应用，可使电梯的速度最大提高到额定速度的1.6倍。模拟演示表明，乘客等候时间减少了约12%。这不仅仅缩短了乘客们最有意见的电梯等候时间和乘坐时间，也提高了移动效率与舒适感。移动效率的提高使电梯待机时间得以延长，电梯照明可以关掉，在节电方面效果显著。同时，可变速电梯技术无需提高曳引机的型号即可使电梯的速度提高一个档次，在节约成本、节省能源方面可发挥重要作用。

6、目的选层系统

迅达M10控制系统在国内最先应用目的楼层选层技术，经过持续改进和研发创新，其使用理念已经为国人接受，并引领了行业内追随者的持续再创造。其新一代系统Schind ler ID系统已经运用于国内几个高端楼宇（南京紫峰大厦，中石油大厦）。简单的说，传统电梯在进入电梯后才选楼层告诉电梯自己要去的楼层，在高峰时往往层层停靠，效率低下，而目的选层系统的应用使得去同一个楼层的人在进入电梯前就组织好，这样就能搞提高效益。结合相关软件数据库、通过蓝牙技术及小区管理系统，运用智能卡呼梯及指派电梯使电梯真正融入智能楼宇，进入大楼的人员的活动区域都提前设定，提高了大楼及小区的管理效率和安全等级。

7、更新电梯轿厢照明系统及楼层显示系统

相关资料介绍，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，可节约照明用量90%左右，灯具寿命是常规灯具的30～50倍。LED灯具功率一般仅为1W，无热量，而且能实现各种外形设计和光学效果，美观大方。电梯在待机状态，楼层显示体统一直处于工作状态，运用休眠技术使其自动关断或亮度减半，也能达到节能目的。

结束语

各项建设事业的飞速发展使我们迎来了高效信息化的时代，同时快速的生产与提升也使能源枯竭问题成为我们不得不面临的现实考验，因此构建节能型、环保型社会成为人类可持续发展的永恒主题。我们只有牢固树立科学的技术创新，从电梯节能入手，高效的开展实践完善，才能最终使我国的各项基础能源在完备的管理与节能使用中实现最高效的服务价值。