電梯節(jié)能技術(shù)常見應(yīng)用中的問題與對(duì)策研究

李 波

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院 江蘇揚(yáng)州 225003）

隨著城市化進(jìn)程的加速，電梯作為高層、超高層建筑中的交通工具在現(xiàn)代建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著電梯裝配數(shù)量的增多，電梯所消耗的能耗也明顯增多，使用適當(dāng)?shù)墓?jié)能技術(shù)對(duì)電梯進(jìn)行節(jié)能處理既是我國(guó)和諧社會(huì)發(fā)展的必然要求，也是電梯行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 電梯節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的必要性分析

首先，現(xiàn)代社會(huì)中的可用能源是有限的，推動(dòng)電梯節(jié)能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用不僅是建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的必要要求，也是提高資源利用率的內(nèi)在實(shí)現(xiàn)方式。其次，電梯是一種使用頻率非常高的交通工具，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改進(jìn)可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，減少能源的浪費(fèi)，還可以避免其他附加設(shè)備的投入。再次電梯節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用是我國(guó)法律法規(guī)的客觀要求。相關(guān)法律法規(guī)的實(shí)施不僅對(duì)電梯節(jié)能提出了具體的指標(biāo)，還為其提供了法律依據(jù)。

2 電梯曳引機(jī)中的節(jié)能技術(shù)

曳引機(jī)是電梯的核心部件，其傳動(dòng)效率的高低對(duì)電梯節(jié)能效果具有最為直接的影響。曳引機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一階段為蝸輪蝸桿傳動(dòng)式曳引機(jī)階段，該階段的傳動(dòng)效率只有百分之七十左右，且應(yīng)用不便；第二階段以行星齒輪式和斜齒輪式曳引機(jī)為主，這類曳引機(jī)可將傳動(dòng)效率提升到百分之九十，但是其實(shí)現(xiàn)條件較為苛刻，應(yīng)用成本高，這些特點(diǎn)阻礙了其部署與應(yīng)用；第三階段的無(wú)齒輪傳動(dòng)式曳引機(jī)相較于第一階段的曳引機(jī)而言可進(jìn)一步提升百分之二十至三十的傳動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，因而在現(xiàn)代電梯中得到了廣泛應(yīng)用。

無(wú)齒輪曳引技術(shù)的核心是永磁同步電機(jī)，對(duì)其運(yùn)行特性和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析可知，其在低負(fù)載率和寬范圍內(nèi)變頻變速方面仍舊存在節(jié)能提效空間。永磁同步電機(jī)中的能耗可以分為兩類：機(jī)械損耗以及材料損耗。前者具有隨機(jī)性，可控性差，但是總體來(lái)看，可以通過降低機(jī)械阻尼的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。后者包含銅損耗和鐵損耗兩種，每一種材料的損耗可以通過材料性能和永磁同步電機(jī)的等效電路模型獲得對(duì)應(yīng)的表達(dá)關(guān)系式，通過該關(guān)系式可以得到相關(guān)條件下的損耗與勵(lì)磁電流、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，進(jìn)而推導(dǎo)獲得最優(yōu)節(jié)能條件下的相關(guān)參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

3 電梯驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)

目前電梯中所應(yīng)用的核心驅(qū)動(dòng)技術(shù)為變頻調(diào)速技術(shù)，但是雖然該技術(shù)有效實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降損，但是其潛力仍未得到有效挖掘。如何進(jìn)一步提升驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果，降低能耗是現(xiàn)代電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中需要解決的一個(gè)重點(diǎn)問題。

3.1 變頻器能量再生回饋技術(shù)

電梯運(yùn)行中的能量損耗由上下行高度、載客容量等參數(shù)決定。為實(shí)現(xiàn)上述功能電梯驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要進(jìn)行四象限運(yùn)行。對(duì)每一運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，如果可以在空載上行過程和滿載下行過程中控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)入再生發(fā)電狀態(tài)就可以由消耗電能轉(zhuǎn)換為生成電能狀態(tài)，這樣既可實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果。該效果的實(shí)現(xiàn)需要再生能量回饋技術(shù)的支持，該技術(shù)的核心思想為在變頻器的直流母線兩端添加能量回饋裝置，結(jié)合有源逆變技術(shù)將電梯運(yùn)行中產(chǎn)生的再生能量轉(zhuǎn)換為可供電梯驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)直接使用的交流電。

其實(shí)現(xiàn)原理為：電梯處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)進(jìn)入充電狀態(tài)，當(dāng)電梯中存在機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化時(shí)，能量回饋器將直流回路電容中收集的電能傳遞到電網(wǎng)中供電梯運(yùn)轉(zhuǎn)使用。通常來(lái)說(shuō)，該技術(shù)在額定速度較快、額定載重較大、提升高度較高的環(huán)境中具有更為明顯的節(jié)能效果，因而可被應(yīng)用于高層、超高層建筑中。

3.2 供直流母線技術(shù)

上述能量回饋裝置所生成的電能中不可避免的存在諧波或畸變波形等，目前主流的回饋電能中的畸變電流可占到百分之五至百分之七。這些畸變波形質(zhì)量相對(duì)較差，會(huì)對(duì)電梯運(yùn)行相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量和電網(wǎng)供電質(zhì)量造成影響和干擾。為降低其所造成的負(fù)面影響，提升能源利用率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能，可在多臺(tái)電梯共用的環(huán)境中應(yīng)用共直流母線技術(shù)。其實(shí)現(xiàn)原理為將電梯群中的直流接觸器、能量回饋裝置、變頻器以及直流熔斷器等設(shè)備的直流部分進(jìn)行并聯(lián)處理，這樣既可實(shí)現(xiàn)多個(gè)電機(jī)之間的能量共享和共用，從而降低能源損耗，提升能源利用率。此外，并聯(lián)后的直流電容容量會(huì)變大，進(jìn)而電能存儲(chǔ)量也會(huì)隨之增大，使得整個(gè)電梯系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性得到進(jìn)一步提升。

4 群控節(jié)能技術(shù)

電梯的能耗主要集中在加減速過程中，電梯停靠次數(shù)越多，加減速過程越多，消耗也就越多。若能夠在電梯群中設(shè)定一個(gè)最佳的派梯系統(tǒng)來(lái)增強(qiáng)電梯的輸送效率，降低各電梯的停靠次數(shù)，則可以有效增強(qiáng)電梯的節(jié)能效果。

為實(shí)現(xiàn)群控節(jié)能，目前的電梯群決策系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)有模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。模糊控制技術(shù)以專家知識(shí)系統(tǒng)作為決策依據(jù)對(duì)復(fù)雜問題進(jìn)行簡(jiǎn)單化處理，但是自適應(yīng)性較差，無(wú)法根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行自我修正和規(guī)則變更。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則是以自我學(xué)習(xí)為前提，在基礎(chǔ)規(guī)則的基礎(chǔ)上進(jìn)行行為提取和歸類，使電梯運(yùn)行更符合人們的應(yīng)用需求，但是其實(shí)現(xiàn)過程較長(zhǎng)。

為進(jìn)一步減少等候時(shí)間、乘坐時(shí)間、運(yùn)行損耗，需要在多個(gè)目標(biāo)參數(shù)的基礎(chǔ)上選用更為完善，應(yīng)用效果更好的群控節(jié)能技術(shù)對(duì)電梯進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，適應(yīng)電梯的使用需求。

5 結(jié)語(yǔ)

節(jié)能技術(shù)其可以有效降低電梯運(yùn)行過程中的能源消耗，提升能源利用率。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，電梯應(yīng)用新能源、新技術(shù)進(jìn)一步提升電梯的節(jié)能效果，提升用戶體驗(yàn)，是電梯相關(guān)技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)。

[1]黃娟麗,萬(wàn)杰,李少綱.電梯節(jié)能技術(shù)綜述[J].能源與環(huán)境,2010(1).

[2]焦一帆.電梯節(jié)能技術(shù)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2012(7).

[3]葉友誼.淺論電梯節(jié)能的現(xiàn)狀及發(fā)展途徑[J].黑龍江科技信息,2009(28).

[4]孫關(guān)林,沈曉宇.節(jié)能電梯及節(jié)能效果分析[J].浙江建筑,2007,24(4).