淺談電梯節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用分析

【摘 要】本文作者分析了我國電梯的現(xiàn)狀，并主要從變壓變頻調(diào)速技術(shù)、能量回饋技術(shù)以及群控技術(shù)等方面介紹了電梯的節(jié)能技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】電梯；節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用；分析

據(jù)資料介紹，我國僅三星級以上的酒店，空調(diào)和電梯 2 項(xiàng)耗電量就占城市耗電量的1/3，電梯是現(xiàn)代建筑最大的用電設(shè)備之一。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，電梯的擁有量呈不斷上升趨勢，電梯的能耗也隨之不斷增高。因此，電梯節(jié)能降耗的研究已引起社會各界的廣泛關(guān)注。開展電梯的節(jié)能降耗工作已經(jīng)是大勢所趨，這是一項(xiàng)利國利民的重要工作。

1 我國電梯的現(xiàn)狀

作為樓宇中的高能耗設(shè)備，電梯的節(jié)能對于我國的可持續(xù)發(fā)展尤為重要。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截止 2011 年底，全國在用電梯達(dá)到 115.7 萬臺。其中，約有 1/3 的電梯為交流雙速、交流調(diào)壓調(diào)速等老舊電梯；節(jié)能電梯不足總量的10%；采用永磁同步拖動技術(shù)的不足 5%；應(yīng)用制動電能回饋技術(shù)的不足0.5%。據(jù)國家特種設(shè)備主管部門近期的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測，今后幾年我國電梯增長率還將在15％以上。因此，對電梯實(shí)施節(jié)能審查和監(jiān)管，采取有效措施降低能耗，是非常必要和現(xiàn)實(shí)的，符合建設(shè)資源節(jié)約型社會的基本國策，必將取得顯著成效。

據(jù)美國和香港權(quán)威機(jī)構(gòu)提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，電梯耗電要占到大樓總能耗的 3％～7％，我國電梯的能耗相對來說可能會更高一些。以 2008年底我國在用電梯 115.7萬臺計(jì)，按每臺電梯每年工作360 天，每天耗電 80 kW·h 計(jì)算，全年耗電量約為 333.9 億 kW·h。由此可見，電梯已成為耗能大戶，電梯節(jié)能降耗已引起社會各界的關(guān)注。電梯行業(yè)已比以往任何時(shí)候都更為努力地為減少電梯的能耗進(jìn)行探索，通過近幾年的研究和開發(fā)，一些電梯的節(jié)能技術(shù)也日趨成熟，對電梯產(chǎn)品總能耗產(chǎn)生了巨大影響，為電梯節(jié)能帶來了巨大空間。

2 電梯節(jié)能技術(shù)介紹

2.1 VVVF（變壓變頻調(diào)速）技術(shù)

VVVF 技術(shù)在現(xiàn)代交流調(diào)速電梯驅(qū)動控制系統(tǒng)中得到了最廣泛的應(yīng)用。電梯驅(qū)動系統(tǒng)采用成熟的 VVVF 技術(shù)早已成為當(dāng)今改善電梯驅(qū)動控制性能、提高電梯運(yùn)行質(zhì)量的主要途徑。VVVF 技術(shù)淘汰了各類交流雙速電機(jī)調(diào)速驅(qū)動，取代了直流無齒輪驅(qū)動，不僅使電梯的運(yùn)行性能優(yōu)越，同時(shí)也有效地節(jié)約了能源，降低了損耗。以下按照電梯運(yùn)行的不同階段來分析VVVF 電梯的節(jié)能性。電梯運(yùn)行可簡化為起動、穩(wěn)速運(yùn)行、制動 3 個(gè)階段。

2.1.1 起動階段：VVVF 由于在低頻條件下起動，無功電流小，從而大大降低了總的起動電流，降低了能耗。

2.1.2 穩(wěn)速段：ACVV（調(diào)壓調(diào)速）電梯在穩(wěn)速運(yùn)行段所消耗的能量在滿載和半載上行的條件下與 VVVF 控制的電梯相近。而在輕載上行（或重載下行）時(shí)，由于倒拉效應(yīng)，ACVV 電梯要從電網(wǎng)取得能量產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，而 VVVF 電梯工作在再生發(fā)電制動狀態(tài)，不需從電網(wǎng)中獲得能量。

2.1.3 制動段：ACVV 電梯在制動段一般采用能耗制動方式，即從電網(wǎng)中取得能耗制動電流，電流變成熱能消耗在電機(jī)的轉(zhuǎn)子中，對于較大慣性輪的電機(jī)，能耗制動電流可達(dá)到60～80 A，電機(jī)的發(fā)熱也比較嚴(yán)重。而 VVVF 電梯在制動段不需從電網(wǎng)中獲得任何能量，電動機(jī)運(yùn)行在再生發(fā)電制動狀態(tài)，電梯系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)化成電能消耗在電機(jī)外部電阻上，不僅節(jié)能，而且也避免了制動電流引起的電機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行測算比較，采用VVVF 控制的電梯，與 ACVV 調(diào)速電梯相比，節(jié)能達(dá)30%以上。VVVF 系統(tǒng)還可以提高電氣系統(tǒng)功率因數(shù)，降低電梯線路設(shè)備的容量和電動機(jī)的容量達(dá)30%以上。根據(jù)以上所述，可知 VVVF 變頻調(diào)速電梯具有明顯的節(jié)能特性，代表了電梯調(diào)速的發(fā)展方向，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2.2 能量回饋技術(shù)

電梯的結(jié)構(gòu)可以簡單地看作為一個(gè)定滑輪及其兩側(cè)的重物，一側(cè)的重物為轎廂及乘員，另一側(cè)的為對重，起到定滑輪作用的是曳引機(jī)。電梯工作時(shí)，曳引機(jī)拖動兩邊的重物將電能與重力勢能互相轉(zhuǎn)化。當(dāng)轎廂與乘員的重量超過對重的重量，電梯上行時(shí)，電機(jī)做功，將電能轉(zhuǎn)化為勢能；下行時(shí)，重力做功，將勢能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)轎廂與乘員的重量小于對重的重量，電梯上行時(shí)，重力做功，將勢能轉(zhuǎn)化為電能；下行時(shí)，電機(jī)做功，將電能轉(zhuǎn)化為勢能。由重力勢能轉(zhuǎn)化而成的電能，通過電機(jī)進(jìn)入電梯控制柜中的變頻器的直流電容中，這些能量如果不及時(shí)消耗，累積超過了電容能容納的極限，將會損壞變頻器，所以，比較普遍的做法是，將這些電能通過發(fā)熱電阻將它們轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)出去。但這種做法有以下缺點(diǎn)：

2.2.1 浪費(fèi)能量，降低了系統(tǒng)的效率；

2.2.2 電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作；

2.2.3 簡單的能耗制動有時(shí)不能及時(shí)抑制快速制動產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制動性能的提高。同時(shí)，這種做法使得電梯機(jī)房的溫度很高，為了使電梯正常工作，往往要使用空調(diào)來降溫，增加了能源的消耗。通過使用能量回饋裝置，可以很好地解決這個(gè)問題。iAStar-RG 能夠?qū)崟r(shí)地檢測變頻器直流母線上的電壓及電網(wǎng)頻率，把變頻器直流母線上多余的電能重新逆變?yōu)榻涣麟姡⒎答伒诫娋W(wǎng)中，讓每一部電梯，在制動時(shí)都成為一部小型發(fā)電機(jī)，把發(fā)出的電能用于人們的生產(chǎn)、生活，使得電梯用電更為節(jié)能、高效，長期使用更是具有非常高的經(jīng)濟(jì)效益。

安裝了能量回饋裝置的電梯，年均運(yùn)行總耗電量普遍可下降25%～35%，機(jī)房空調(diào)耗電量夏季可下降 40%～60%，一臺 20 層的電梯一年可以節(jié)省6000 kW·h 電能左右，一個(gè)擁有 100 部電梯的小區(qū)，一年則可節(jié)省 60 萬 kW·h 電能，相當(dāng)于 800 個(gè)家庭 1 年的用電量。國家黃河小浪底工程每年發(fā)電量平均為 51 億 kW·h；大亞灣核電站每年發(fā)電量平均為 137 億 kW·h。如果將能量回饋裝置應(yīng)用于全國所有的電梯，全國電梯每年節(jié)約的電量約相當(dāng)于小浪底工程 26 個(gè)月的發(fā)電量；相當(dāng)于大亞灣核電站 10 個(gè)月的發(fā)電量。

2.3 群控技術(shù)

群控電梯就是多臺電梯集中排列，共有廳外召喚按鈕，按規(guī)定程序集中調(diào)度和控制的電梯。召喚信號的分配采用最小等待時(shí)間原則，充分考慮電梯的層樓距離、召喚和指令的登記情況、超越情況、反向情況等等因素，實(shí)時(shí)調(diào)配具有最快響應(yīng)時(shí)間可能性的電梯來應(yīng)答每一個(gè)召喚，從而充分挖掘電梯的運(yùn)輸能力，大大提高電梯的運(yùn)行效率。群控技術(shù)雖然不能使某一臺電梯運(yùn)行時(shí)達(dá)到節(jié)能的效果，但可以通過合理的調(diào)度實(shí)現(xiàn)群組中電梯的節(jié)能。另外，目前比較新的幾種群控調(diào)度技術(shù)如目的層選層技術(shù)、分層技術(shù)等，可以保證在相同的運(yùn)載能力的情況下，減少群組中電梯的數(shù)量或減少電梯的額定載重，達(dá)到節(jié)能的效果。

3 結(jié)語

中國是一個(gè)能源匱乏國，又是一個(gè)能源消耗大國，然而能源利用率卻只有約 32%，比國外先進(jìn)水平低十多個(gè)百分點(diǎn)。倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保、科學(xué)創(chuàng)新，構(gòu)建節(jié)約型社會，已成為我國政府工作的一個(gè)重點(diǎn)。全國人大常委會于 2007 年 10 月 28 日通過的《中華人民共和國節(jié)約能源法》中規(guī)定，“對高耗能的特種設(shè)備，按照國務(wù)院的規(guī)定實(shí)行節(jié)能審查和監(jiān)管。”國家質(zhì)檢總局質(zhì)檢特函［2007］29 號文件提出：要對鍋爐、換熱壓力容器、電梯等高耗能特種設(shè)備實(shí)行能效測試，加強(qiáng)特種設(shè)備使用環(huán)節(jié)的節(jié)能監(jiān)管。電梯節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，不僅緩解了國內(nèi)日益增長的電力緊張局勢，同時(shí)也為中國建設(shè)節(jié)約型社會、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略作出了巨大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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