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淺談電梯節能技術的發展、評價和推廣
2015-12-02 16:37:19
核心提示:伴隨著我國經濟的快速發展和城鎮化進程的不斷深 入,目前我國電梯行業正經歷著_個高速發展期。據中 國電梯協會統計,截止到2013年底,我國電梯保有量 已超過300萬臺。保守估計,如果按照每臺電梯每年工 作360天,每天耗能80kWh計算,全年耗電量約為864 億kWh。由此可見,電梯已經成為耗能大戶,電梯節能 已經引起社會各界的廣泛關注。

《中華人民共和國節約能源法》規定:“對于高耗能 的特種設備,按照國務院的規定實行節能審查和監管。” 國家質檢總局質檢特函〔2007〕29號文件也提出:要對 鍋爐、換熱壓力容器、電梯等高耗能特種設備實行能效 測試和節能監管。于2014年1月1日施行的《中華人 民共和國特種設備安全法》中特別把“節能環保”作為 特種設備安全工作應當堅持的原則之一。由此看來,電 梯的節能審查和監管勢在必行。近些年來,一些研究機 構、企業以及監督檢驗機構投入了大量技術和資金,進 行電梯節能技術的開發、能效測試和評價、標準化和推 廣工作。
在本文中,筆者針對以上幾方面的最新進展進行介 紹和分析。
1電梯節能技術
1 ■ 1電梯傳動和驅動系統的節能技術
傳動部分如曳引機是電梯的核心部件,對于電梯的 能效影響巨大。傳統的蝸輪蝸桿式曳引機的傳動效率在 70%左右。 行星齒輪和斜齒輪式曳引機的傳動效率可以電流,轉子 沒有基波鐵、銅損耗,定子的銅損也大大減少,能量效 率明顯提高|21電梯調速的技術經歷了直流驅動、變極交流調速、 調壓交流調速和變壓變頻調速(WVF)。到目前為止, 除了部分在用的舊電梯仍然采用變壓調速外,幾乎 達到90%。而采用無齒輪傳動的永磁同步驅動技術開發 的最新曳引機,可以進_步提高電梯的傳動效率。沈章 文重點研究了電梯傳動系統存在的問題與電梯節能的關 系。研究發現電梯曳引機的摩擦存在能量損耗大、機械 效率低等問題;提出了電梯傳動和驅動效率的優化整合 思路是變頻調速、永磁同步電動機、行星弧齒輪減速裝 置,1:1的電梯井道安裝傳動系統等⑴。
與傳統電動機相比,永磁同步電動機具有更高的效 率。這主要是由于其采用渦流啟動和同步運轉;轉子采 用永磁體,不存在滑差,不需要無功的勵磁所有技術相比,變壓變頻不僅快速、舒適、平層準確、噪聲低、 安全,而且具有非常好的節能效果。首先,相比傳統調 速技術,變壓變頻電梯可以進行動態調整,迅速適應負 載變化,始終保持電動機的高效運行。其次,由于變壓 變頻電梯采用軟啟動功能,減少了啟動電流對電網的沖 擊,延長了電梯的壽命,節約了電能。第三,不同于傳 統技術的的負載特性,功率系數較高,無功損耗較少|31。 1.2電梯能量回饋節能技術
電梯傳動和拖動部分的節能技術是目前電能節約的 主要方式,它是以提高電動機的運行效率、減少無功損 耗等手段達到節能的目的。另外一種可觀的節能方式是 將電梯運行過程中產生的機械能(如勢能和動能)通過 回饋器轉化為電能并回饋給交流電網。能量回饋技術主 要通過在變頻器的直流母線兩端連接能量回饋裝置,采 用有源逆變技術將再生電流及時高效地逆變為與電網同 頻率同相位的交流電回送電網。該裝置將電能回送電網 后供周邊其他用電設備使用。節電效率至少為15%141。 采用該技術后可以排除電阻發熱造成的機房溫度過高, 空調用電量大的影響,進_步提高整個電梯系統的節能 效果和環保收益。但是使用該技術的系統控制較為復雜, 電梯運行過程中功率變化幅度大,對電網造成的沖擊較 大,對下游用戶和電網安全產生一定的影響。針對這_ 問題,目前研究開發的超級電容儲能的電梯節能裝置可 以實現回饋電能的就地利用,同時該技術可以平衡功率 并減少對電網的沖擊,有效地避免了能量回饋過程中對 電網造成的負面影響|51。同時,超級電容儲能裝置可以 作為不間斷電源(UPS)使用,在電網突然斷電的情況下 為電梯提供電能使其就近平層。
1.3電梯節能控制系統
電梯控制系統主要對電梯的運行實施操作和控制。 控制部分自身不產生節能效果,主要是通過優化電梯的 控制來節能.或者是通過減少不必要的運行時間和待機 損耗來達到節能的目的。電梯控制系統是一個具有多目 標性、隨機性和非線性等特點的復雜的決策系統。目前 的主要控制技術有模糊控制、神經網絡控制以及自適應 模糊神經網絡系統。對于多臺電梯的群控,主要從減少 乘客平均候梯時間、減少乘客平均乘梯時間、降低長候 梯率以及減少電梯群控系統運行能耗等方面進行優化^ 對于以上目標綜合評價進行優化以實現電梯的多目標優 化調度。傳統的調度算法對電梯的任意請求均立即作出反應,以最快的速度將電梯運行至呼梯層。因此電梯載 客率通常較低,電梯調度算法在效率和能耗之間缺乏優 化設計。最新的群控制技術提出基于電梯等待時間的思 想和技術。其主要根據建筑客流特點,通過交通模式的 自動識別以確定加不加入等待時間并進行派梯,即在電 梯高峰交通模式下不加入等待時間,而在電梯非高峰交 通模式下加入等待時間,從而提高電梯的滿載率,減少 啟停次數和運行里程。這樣做節能效果明顯,最高可以 達到 28%161。
1.4集成新型儲能技術的電梯節能技術
最近,有人提出了節能型電梯與智能電網相結合的 思想。他們認為節能型電梯作為分布式儲能裝置的重要 組成部分之一,具有波動性和間歇性的特點,會對電網 的供電平直造成一定程度的沖擊。智能電網的一個主要 發展方向是微型電網,它是為充分發揮分布式電源的優 勢、消除分布式電源對電網的沖擊和負面影響而提出的 一種新的分布式電源組織方式和結果。因此,節能型電 梯并網產生的問題正是微型電網可以解決的問題,由此 可見節能型電梯和微型電網的結合是實現電梯節能的一 個重要途徑。徐衛玉和吳國良認為二者的結合主要有以 下兩個方面:首先是根據微型電網的要求實時向能量管 理系統傳遞電梯信息,為能量管理系統的決策提供數據 支持,其次是根據微型電網的要求接收能量管理系統的 電網信息,并根據電網信息和自身運行狀況作出相應的 調整171。
1.5其他電梯節能技術
更新電梯轎廂照明系統也可以作為提高電梯能效的 —個手段,如使用LED發光二極管更新電梯轎廂常規使 用的白熾燈、日光燈等照明燈具,照明用電量可以節約 90%,燈具壽命是常規燈具的30 ~ 50倍。同時能實現 照明設備各種外形設計和光學效果,美觀大方。
2電梯能效測試和評價方法
為了給有效評價電梯的耗能情況提供依據,同時為 政府進行電梯能耗審查和監管提供技術支撐,建立有效 的電梯能效測試和評價方法是極其必要的和緊迫的。瑞 士和美國等發達國家在這方面的研究起步較早。瑞士能 效委員會于2005年發布了關于電梯能耗的研究報告, 同時瑞士政府也積極組織力量開展能耗調查研究。美國 能效經濟委員會的研究表明,采用包括軟件在內的新技 術可以使電梯的能效提高30% ~ 40%。然而,我國這方面的研究較少,電梯相關技術規范制定速度相對滯后。
目前,我國尚未出臺有關電梯能源利用效率的檢測方法 和評價指標方面的國家標準。孫立新等報道了電梯能效 指數的定義、計算方法和測試儀器等,同時提出了在新 開展的特種設備節能審查和監管工作中,使用能效指數 評價電梯產品能效利用效率的技術方案|8) 深圳特檢院 也提出了一套電梯能源使用效率評價方案,對于新裝電 梯,通過試驗分析不同品牌電梯在滿足安全性的基礎上 可達到的節能效果,從而對電梯產品制定統_的標準。 柯宇輝等對不同結構型式電梯的能效指標進行了測試, 根據數據統計分析的結果,提出了綜合評價電梯能耗水 平的技術指標,即工作能效和待機效率以及4項節能措 施。這4項節能措施分別是采用同步無齒輪傳動、調頻 調壓調速電力拖動、能量回饋技術和電梯待機功率|91。 王士琴等分析了電梯配置參數和使用情況對能耗的影 響,提出了 “標準電梯”模型的概念。基于此提出了以 電梯綜合能效系數和電梯待機功率作為能效評價參數進 行評價,并建立了電梯綜合能效系數的模型
3電梯節能技術的推廣
隨著電梯業的迅速發展,各種電梯節能技術不斷涌 現,我國的節能技術已經達到國際領先水平。但是,我 國節能電梯的普及率還很低。李少綱和葛超明認為,造 成這種情況的主要原因是國家標準中沒有電梯節能方面 的強制性規定,也沒有權威的電梯節能國家標準。用戶 在采購電梯時,主要考慮電梯的安全和價格因素,不愿 意選擇價格較高的節能產品11U。他們認為,電梯節能技 術的推廣和應用,需要政策導向和法律法規的支持。他 們建議:首先,盡快出臺電梯能效國家標準,第二,盡 快把電梯納入政府采購節能清單,第三,制定電梯節能 審査和監管制度。對于電梯節能技術推廣應用需要主要 考慮三方面問題:電梯設計與生產過程中的節能措施, 在用電梯的節能技術改造和在用自動扶梯和自動人行道 的節能技術改造。另外,謝毅認為需要采用標準化手段 推廣電梯節能技術。他認為需出臺統一的電梯能效測量 方法和電梯能效等級標準,作為評價電梯使用過程中總 體耗電水平的統一尺度,可以客觀、公正、真實地衡量 各種規格、型號的電梯在能源利用效率方面的性能指標 【ia。有了以上方法和標準,政府對于電梯能效實行監管 可以做到有據可依,從而可以建立起電梯能效等級標識 制度,為政府淘汰落后技術、推廣節能技術提供統一的 尺度,由此加快電梯節能技術的應用推廣。
4結論及展望
采用先進的電梯節能技術,可以使電梯以及建筑的 能耗明顯降低,對于節能減排方面具有積極的經濟意義, 同時對于居民低碳生活方面具有積極的環保貢獻和社會 意義。電梯傳動和驅動系統的節能技術、電梯能量回饋 節能技術、電梯控制系統的節能技術以及與新型儲能系 統的集成技術都是有效降低電梯能耗的技術。但是,各 項技術自身開發以及應用成熟程度不同,在電梯節能領 域的應用和推廣要逐步進行,這既需要企業進行更深入 的研發和推廣,同時也需要政府有序的指導和監管。另 外,電梯的能效測試方法以及評價方法、手段也是電梯 節能領域急需解決的問題,這一標準的出臺可以為電梯 節能方面的評價提供可靠的依據。展望未來,伴隨著我 國科學技術的迅猛發展,電梯節能技術必將得以普遍推 廣,人們低碳環保的生活環境也會因此受益。