曳引式電梯的能耗建模及節能分析

何敬騰

蚌埠市特種設備監督檢驗中心 安徽 蚌埠 233000

引言

在現代建筑物中電梯屬于重要的一部分，有利于提高居民生活的便利性。曳引式電梯主要是利用曳引系統運輸電梯，但是曳引式電梯在運行中消耗較多的電力能源，這不符合節能減排理念要求。在社會經濟發展過程中，也逐漸改變了電梯消耗量，再加上我國改變了能源政策，對于能源消耗方面也提出更加嚴格的要求，需要落實曳引式電梯能耗建模，實現能源節約發展目標。

1 曳引式電梯運行原理和能耗特征

1.1 曳引式電梯運行原理

當前在高層建筑中電梯設施發揮著重要的作用，關系到人們日常生活的便利性。而曳引式電梯比較常用，曳引式電梯包括不同的系統，如果下圖。曳引式電梯在運行階段，利用鋼絲繩連接轎廂和對重，再加上曳引輪形成曳引系統。在電機運行階段，鋼絲繩和輪槽產生摩擦力從而進行相對運動。保證電梯設施的平衡系數可以降低升降階段的載荷差，優化實際應用效果，同時將代償設施安裝在曳引式電梯中，可以進一步提高曳引式電梯運行的安全性[1]。

1.2 曳引式電梯的能耗情況

曳引式電梯運行階段產生的能耗比較大，因此需要投入較多的資金。電梯設施通過實現能量交換，滿足不同形式的能量轉化。曳引式電梯運行過程中，提升負載運輸到目標高度，在上升運行中，將會轉化對重為系統勢能，在下能階段再轉化勢能為對重勢能。

根據無能量回饋單元可以劃分曳引式電梯的驅動系統為變壓調速和變頻調速。曳引機在運行階段，電力能源處于整流和逆變以及濾波等階段，轉化外部電能為曳引輪機械能。同時利用曳引機驅動系統運行，在發電狀態中，曳引機可以轉化機械能為電能，充分發揮出制動單元的調控作用，可以實現電梯運行目標[2]。

2 能耗建模分析

曳引式電梯能耗建模工作非常復雜，在實際建模階段需要綜合考慮系統各個構成成分，在構建過程中需要綜合能量守恒定律，在電梯運行階段轉換電梯內部系統能量。在能量轉換過程中，電梯導軌的摩擦力和空氣阻力將會阻礙電梯運行，同時會影響到電梯運行能耗。因此曳引式電梯能耗建模階段需要綜合各部分流程，合理改善曳引式電梯建模工作內容，例如在曳引機輸出力矩和從動輪運行中需要綜合考慮運行效率，在構建模型的過程中，如果改變了相應的參數，將會改變電梯運行形勢，因此在曳引式電梯運行過程中，為了保障能耗模型的準確性，需要根據曳引式電梯實際運行情況適當的調整相應的參數，提高曳引式電梯能耗建模的科學性，在制定后期曳引式電梯節能方式的過程中，可以提供相應的參考信息。

3 曳引式電梯的能耗建模

3.1 能源損耗板塊

在曳引式電梯的能源損耗板塊中，主要包括以下幾個層面：①曳引系統：曳引系統包含鋼絲繩和轎廂以及推導轎廂等內容建立的函數關系。②驅動系統：驅動系統的能源消耗基礎是自身調速形式和曳引機類型，通過建立綜合數學模型，并且制定監測監察計劃，可以確定驅動系統輸出力矩和輸出轉速以及輸入電功率的函數關系。③門機系統：能源損耗指的是根據曳引式電梯實際運行狀態，根據數學模型建立檢測計劃，可以確定單次開關門的能耗。④控制顯示：控制顯示系統的能耗消耗關系到電梯監管體系的設計和變頻器功率模塊形式，根據檢查數據明確能源損耗情況。⑤其他系統：包括通風系統和空調移機以及照明燈等，需要根據檢測的數值，合理明確這些模塊的能源損耗[3]。

3.2 曳引式電梯運行期間的工作情況

電梯運行可以為居民提供運輸服務，在制定調節計劃的過程中，確保電梯運行的安全性。電梯設施和施工環境之間具有相互作用，因此需要建立電梯能源消耗系統。在建筑中安裝電梯，可以為人們出行提供便利。詳細分析電梯具體情況，建設電梯能源消耗模塊，首先需要建立建筑物樓層之間的信息系統，通過合理利用這一系統，促使電梯為建筑物各樓層提供服務。在具體應用曳引式電梯的過程中，建筑物客流分布和調度方案產生較大的影響，電梯實施運行期間的能源損耗顯示出具體的影響。針對同類型電梯設施，如果工作背景相同，不同額定速度的電梯設備在實際運行中會產生不同的能耗，在運行過程中也會產生不同的能源量。

3.3 曳引式電梯能源消耗模型落實動態測量工作

針對曳引式電梯設施能源消耗模型，落實動態監測工作，可以在動態能源消耗信息數據中確定主驅動系統和通風照明系統以及門機系統等方面的數據，合作運行曳引系統和主驅動系統，建立曳引電梯的能源消耗模型。在模型構建過程中需要較少的信息數據資源，要求明確電梯設施的基礎配置，因此簡化模型建立工作，保障實際應用的有效性。在電梯設施動態能源損耗計算中合理這樣模型，有利于分析有關電梯配置的數據信息資源和工作曲線等，明確電梯設施能源效能的評估方案，最終提出能源節約型電梯，推動曳引式電梯現代化發展。不僅可以動態化的分析和測量電梯能源消耗模型，還可以分析實際工作原理，有關曳引式電梯的能源損耗包括電梯門開合和待機以及休眠等工作狀態，可以滿足動態測量工作需求，同時在模型設計過程中需要綜合電梯設施參數和基礎配置數據信息以及電梯設施調度等模塊[4]。

4 曳引式電梯節能改造措施

4.1 優化電梯機械機構

利用上置模式的曳引機，設置曳引比為2∶1，同時要利用小體積的曳引輪曳引機，有利于顯著縮減系統啟動力矩，同時可以壓縮電動機功率容量，還可以顯著降低啟動電路。實現能源節約的發展目標。通過降低轎廂的自重，可以減少電梯設備的運轉慣量，利用這一措施可以減低曳引式電梯的啟動電流數值，優化整體節能效果。此外要在最大程度上壓縮轎廂和對重運轉中的風阻，同時需要改造滾輪導靴裝備，確保這一裝備具有較小的摩擦阻力。

4.2 實現空間節能

因為曳引式電梯構造比較特殊，要求具備充足的空間安裝曳引式電梯，因此相關人員需要節約曳引電梯空間，因此節約土地資源，實現曳引式電梯節能發展目標。針對無機曳引式電梯房，在節能處理曳引式電梯的過程中，需要重點處理井道，同時需要根據實際情況合理調整曳引設備的大小，保障井道空間滿足工作要求，避免不斷向外擴張。并且需要科學的縮減轎廂大小和電梯速度，優化整體節能效果，避免浪費空間資源[5]。

4.3 設備和系統節能

設備和系統節能主要包括電梯設備構件節能和系統運行節能以及建筑設備節能。首先需要根據曳引式電梯能耗模型，合理運用變頻調速系統，并且合理應用調速策略，實現驅動系統節能調控，并且可以合理選擇高效電機，進一步增強輸入功率效果。同時可以控制電梯系統重量，強化曳引系統的滑輪組傳動效率，實現電梯節能目標。可以選用變頻調速系統驅動模式，這一模式在曳引式電梯中應用效率比較高，有利于整改曳引式電梯電動機的供電頻率和電壓值，可以無級調速管控電動機。利用變頻調速系統驅動模式，在特殊情況下也可以保持電梯在發電狀態中。聯合利用變頻調速系統驅動模式和能量回饋裝置，可以再度生成能量，實現能量循環利用。這樣有利于顯著縮減曳引式電梯設備能耗損量。此外需要合理選擇電機驅動門機，在源頭合理把控門機系統的能耗，從而實現節能目標。其次在管控電梯運行能耗的過程中，需要科學選擇智能群控技術，并且需要利用電梯調度方式合理調整曳引式電梯運行能耗。根據電梯實際運行狀態選用電梯節能技術，有效節省電梯運行成本。同時需要定期維護系統，降低電梯故障發生率，優化電梯節能效果。最后技術人員需要根據建筑特征科學的篩選建筑電梯型號，保證電梯承載重量和型號等符合建筑需求，避免消耗不必要的能源。此外要科學的安排電梯間，可以保障電梯垂直性運行，因此實現節能目標。

4.4 電路節能

根據電梯實際運行情況，曳引式電梯可以實現四象限運行。在重載和空載運行狀態中，需要利用技能電阻系統，因此連接曳引式電梯的能量回饋裝置和電路系統以及智能模塊，利用三相交流電模式，向電網中返回消耗的電能，實現資源二次利用，降低能量消耗量。可以通過串聯電抗和電阻，因此降低電流，實現電梯軟啟動功能，減少電梯運行過程中的能耗。曳引式電梯運行過程中，需要合理應用曳引式電梯優勢，例如利用電能勢能和運行慣性方式的過程中，曳引式電梯并不會消耗電能，同時可以發揮出控制作用，還可以回收多余能量，因此充分體現出曳引式電梯的節能效果[6]。

4.5 優化使用曳引式電梯

根據曳引式電梯使用場合，擇優選擇電梯控制方式，因此實現能源節約的目的。例如可以細化高層寫字樓的電梯為高區和中區以及低區，集體式管控不同的層次。針對住宅小區通常是利用集選管控方式，同時需要增設內選信號為防倒亂功能。如果曳引式電梯具有使用權限，可以利用智能卡系統管控曳引式電梯。通過用上述幾種方法，可以提高曳引式電梯的運行效率，同時可以壓縮能量消耗量。

4.6 建筑物以及曳引式電梯設施

通常是在建筑物井道中安裝曳引式電梯設施，因此競答面積和建筑成本以及應用效率等關系到曳引式電梯設施運行效果，為了降低建筑成本，需要提高井道使用效率，利用多層轎廂技術，或者可以同步運行井道若干臺曳引式電梯。為了實現曳引式電梯能源節約目標，需要推廣利用電子技術，有效利用能量回饋設施。此外需要科學的設置電梯參數，提高曳引式電梯應用的合理性，也可以因此降低曳引式電梯的能耗[7]。

5 結束語

當前曳引式電梯普遍應用于高層建筑物中，為了實現節能降耗的目標，需要綜合分析曳引式電梯的能耗，實現曳引式電梯能耗建模，提出針對性的解決方案，控制曳引式電梯運行中的能源消耗量，優化曳引式電梯運行性能。