電梯節能降耗技術探析

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電梯節能降耗技術探析:電梯的節能降耗技術解析

摘要：隨著高層建筑的快速發展，電梯在用電量也越來越大，電梯的節能降耗已經引起業界高度重視。基于此，筆者對電梯的節能降耗技術進行探討，期望從而降低電梯的能耗，更好的節約電量。

關鍵詞：電梯節能降耗

前言：

隨著國民經濟的快速增長，城市化進程的加快，電力資源供需矛盾日益突出，短缺的能源供應正制約著國民經濟又好又快地發展，節能減排己經成為國家戰略的重要組成部分。在我國每年的能源消耗總量中，建筑能耗約占我國社會總能耗的30%，己成為我國社會第一能耗。降低建筑能耗己成為我國節能減排、打造低碳經濟的首要任務。空調、照明、辦公設備、電梯等設備能耗是整個建筑能耗的主要組成部分。就電梯而言，其在使用過程中所消耗的能量一般占整個建筑總能耗的5一15%，在整個社會能耗中占有相當大的比例。

表1北京市大型公共建筑的參考用電指標 單位:kWh/(m2.年)及構成比例

1、節能降耗案例概述

某電子公司電機控制理論和變頻技術的開發生產及應用經驗，運用微電子技術和微處理技術，相繼推出了能量回饋型四象限變頻器，能量回饋器、油田抽油機能量回饋型變頻控制裝置，達到了電梯節能降耗技術應用的成就。

2、電梯節能降耗系統構成

電梯要節電，核心是如何將處于發電制動狀態電動機輸出的電能利用起來。實際上，電梯的節電大有潛力可以挖掘。垂直升降電梯具備機械動能，其電動機可以拖動負載旋轉運動，隨著電動機的拽上和引下運動，其又具備了一定的位能。機械動能的釋放是通過電動機拖動負載減速運動，在位能減少或位能負載下降時，其機械位能也將得到釋放，從而就有再生電能產生。要想有效地達到節約電能的目的，可以將這兩部分電能再生利用起來。

電梯節能省電要加裝變頻控制，從而使電機實現調頻調速運行，而變頻器主要由整流、濾波、逆變三部分構成。當電梯與轎廂的重量偏重，即電梯非平衡上下運行或減速到站時，電動機處于發電狀態，能量將在濾波電容上累積，產生泵升電壓，如果泵升電壓過高，就會出現過壓保護，影響電梯控制系統的正常運行。我國國內當前對控制電梯泵升電壓所采取的較為簡便的方法為:通過泵升產生電壓，將一個耗能電阻接通于直流母線之間，電阻上的能量可以有效地得到釋放。如果電梯制動較為頻繁，或者其運行經常處于非平衡狀態，則能量的浪費是非常嚴重的;此時的電阻也會發熱，由于環境的溫度逐步升高，電梯控制系統的可靠性受到了一定的影響，導致電梯的使用壽命縮短;電梯控制系統要想不受降低機房高溫的影響，通常用戶安裝降溫設備于電梯機房內來降溫，有效防止發生電梯控制系統故障。但是，這樣又增加了降溫設備的耗電量，使電能消耗更加嚴重，有些地方降溫設備的耗電量往往僅次于電梯的用電量。因此，在電梯變頻控制系統上需要再加裝能量回饋系統，以構成一個完整的節能系統。

3、電梯節能改造原理

3.1電梯節能原理

電梯負載是由載客轎廂與配重平衡塊組成，是一個位能性負載，轎廂和對重平衡塊雙方處于基本平衡狀態是在轎廂載重量約為50%時，否則電梯在運行時會因為轎廂和對重平衡塊的質量差而產生機械位能。在電梯質量重的部件上行時，機械位能增加。電梯質量重的部件下行時，機械位能減少，而電動機轉變為變頻器直流環節電容儲存的電能是通過減少的機械位能所釋放出來。另外，變頻調速電梯從啟動到高速運行后，電梯轎廂具有較多的機械動能，電梯到達目標層前要逐步減速，直到電梯停比運行為止，這一過程是電梯負載釋放機械動能的階段。變頻調速器通過電動機可以將這一時段的機械能轉變成電能存儲在變頻器直流環節的電容中，由于電容的儲能容量有限，若不及時釋放以上情況儲存在電容中的電能，電容兩端產生的泵升電壓導致系統的過壓保護動作并封鎖逆變器輸出，電機處于自動停車狀態，達不到快速停車的目的，即發生過壓保護事故。目前變頻器釋放電容中的電能方法是采用制動單元外加大功率電阻，將電容中的電能消耗在功率電阻上，由電能轉換為熱能消耗掉。有源能量回饋器是將這部分電能回饋到電網的局域網絡，供給其他正在用電設備使用，使總電度表走慢，以達到減少電能的效果。

3.2技術運用

電梯節能節電的潛力非常大，眾所周知，電梯負載具備一定的機械動能，在電動機拖動負載旋轉運動時，電動機拽上、引下運動的負載又具備一定的位能。當電動機拖動負載減速運動時，其機械動能通過電動機拖動負載減速運動而釋放，在負載運動時，機械位能又通過位能負載下降而釋放;如果能有效地將這2部分機械能轉換成電能再次利用，也就達到了節約電能的目的。有源能量回饋器則可以將這2部分機械能幾乎無消耗地轉換成電能回送給電網，從而達到節能的目的，同時降低或取代大功率電阻耗電發熱，也改變了室內的環境溫度。

3.3有源能量回饋器工作原理

有源能量回饋器的工作原理是把變頻器直流端的電能，變換成一個和電網電源同步同相位的交流正弦波，把電能反饋回電網，再生利用。有源能量回饋器的主電路由智能模塊IPM- IGBT.隔離二極管、濾波電感、電容等元件組成。IPM模塊是主電路中的核心元件，它將直流電能逆變為與交流電網同步的三相電流回送電網。其過壓、過流、欠壓、過熱等的完善保護功能，有效地使有源能量回饋器的安全可靠運行得到了保證。由于電感、電容等電力器件構成了高次諧波濾波器，對IPM模塊高頻開關所產生的高次諧波電流干擾電網有很好的阻比成效，從而在很大程度上提高了對有源能量回饋器的電磁兼容(EMC)性能。工作原理如圖1所示，單片微機、可編程邏輯芯片、外圍信號采樣器等構成了控制電路。軟件采用冗余度較高的設計，保證控制電路可以對三相交流電網的相序、相位、電壓、電流瞬時值進行自動識別，從而有序地控制IPM工作在PWM狀態，保證直流電能及時地回饋再生利用。

圖1回饋器原理框架圖

4、節能效果分析

4.1變頻節能

在電梯的運行過程中，需要頻繁的啟動、運行、減速、停止,所以使用變頻器即可準確地控制電機轉速，即可實現軟起軟停和保護電機的作用，使電機始終處于恰當的頻率和最佳

節電狀態。根據電梯的運行狀況，一般能節電10%~20%

4.2能量回饋節能

由于電梯在運行中，即有機械能又有動能使電機處在發電狀態，當2種再生能量返回給變頻器時，變頻器內的直流母線電壓升高，當達到設定電壓時，能量回饋器開始工作將能量返回電網。根據電梯現場安裝測試證明，一般能節電20%以上。

4.3更新電梯轎廂照明系統。相關資料介紹，使用LED發光二極管更新電梯轎廂常規使用的自熾燈、日光燈等照明燈具，可節約照明用量90%左右，燈具壽命是常規燈具的30~50倍。LED燈具功率一般僅為數瓦，熱量小，而且能實現各種外形設計和光學效果，美觀大方。

4.4 采用先進電梯控制技術。采用目前已成熟的各種先進控制技術，如電梯轎廂無人自動關燈技術、驅動器休眠技術、更加完善的智能型電梯群控調度系統、精確調控減少等候時間、電梯就近停靠、控制減少電梯的運行次數及臺數，從而大大提高運輸效率等，均可達到很好的節能效果。

4.5.散熱空調節能

當電梯在未適用能量回饋器時，機房內要安裝空調或中央空調散熱，一般機房內安裝的空調都在3.8 kW，每天按運行12 h計算,1年即可用電16 416度。如果采用能量回饋器后，僅散熱空調就可節省一萬元以上費用。可以根據當前用電情況，就能計算出電梯能夠省的電能。

結語：

電梯的用電量占據了建筑中總用電量的很大比例，因此，進行電梯節能降耗技術的研發與應用對節能環保有很大的積極作用。我國電梯節能技術近年來取得了很大的成就，在一些品牌電梯中，其節能降耗技術已經達到了世界先進水平，但是在實際普及率上還是受到了一定的局限，必須受到相關部門的重視，從而將將能電梯真正運用到實處，達到普遍節能，為人們創造更舒適的生活環境。

電梯節能降耗技術探析:談電梯的節能降耗技術

摘要：由于目前我國的電力能源大多數都是不可再生能源，并且電梯能耗具有高度的節能潛力和改善的空間，因此如何有效、合理地節約電梯能效就顯得尤為重要。本文探討了電梯的節能降耗技術 。

關鍵詞：電梯；節能；降耗；技術

近年來，隨著國家對“節能降耗”、“創建節約型社會”的宣傳，人們對節能減排的重要性認識不斷深化，節能環保理念日益深入人心。我國是一個耗能大國，更把節能作為頭等大事來抓。據有關調查顯示，我國建筑物的能源約占全國總能耗的28％左右，是能耗的主力軍。電梯能耗一般占建筑總能耗的3%～8%。雖然這個比例并不高，但是由于目前我國的電力能源大多數都是不可再生能源，并且電梯能耗具有高度的節能潛力和改善的空間，因此如何有效、合理地節約電梯能效就顯得尤為重要。

一、電梯節能的必要性

電梯節能是經濟發展的要求，是基本國策的要求，是相關法律法規的要求，電梯節能意義重大，實現電梯節能是利國利民的大事。無論是從現實需要還是建設資源節約型社會的社會目標，電梯節能都勢在必行：

1、建設資源節約型社會的基本國策要求實現電梯節能

電梯的節能有非常好的經濟效益，社會效益和生態效益。電梯節能還有巨大的空間，同時符合建設資源節約型社會基本國策的要求，使得電梯節能成為可能。采用節能電梯技術后可以減少不可再生資源的消耗，對可持續發展具有十分積極的意義。

2、電梯節能是社會發展的要求

在能源緊張的今天，社會必然要求其實現節能，這是建設資源節約型社會的要求，同時也是落實科學發展觀的要求。電梯因其對電能的大量消耗，有必要使電梯實現節能，以提高能源利用率。據德國公布的最新調查數據顯示，歐盟27 國電梯的年耗電量竟高達18 億千瓦時，而合理應用節能措施能令電梯耗電量減半。可見電梯節能問題不僅是我們國家亟于解決的問題，也是世界各國都亟待解決的問題。

3、電梯節能具有可觀的經濟效益

對于電梯在制動過程中產生的電能，如果就地進行回收再利用，不僅可以很大程度上減少能量浪費，還可以避免增加過多的附加設備。按照較為保守的平均節能率20% 計算，倘若能夠對制動能量成功回收利用，每年可節約近86 億度電，按每度0.5 元價格計算，每年可節約近43 億元，節能效益十分可觀。

二、電梯的節能降耗技術

1、電機拖動系統節約電能的途徑

第一類是提高電機拖動系統的運行效率, 如風機、水泵調速是以提高負載運行效率為目標的節能措施, 再如電梯曳引機采用變頻器調速取代異步電動機調壓調速是以提高電動機運行效率為目標的節能措施。第二類是將運動中負載上的機械能(位能,動能)通過能量回饋器變換成電能(再生電能)并回送給交流電網, 供附近其他用電設備使用, 使電機拖動系統在單位時間消耗電網電能下降, 從而達到節約電能的目的。第二類就是升降電梯這種具有勢能性負載的設備。

采用變頻調速的電梯啟動運行達到最高運行速度后具有最大的機械動能, 電梯到達目標層前要逐步減速直到電梯停止運動為止, 這一過程是電梯曳引機釋放機械動能的過程。升降電梯還是一個勢能性負載。為了均勻拖動負載, 電梯曳引機拖動的負載由載客轎廂和對重平衡塊組成, 只有當轎廂載重量約為50% ( 1噸載客電梯乘客為7人左右)時, 轎廂和對重平衡塊才相互平衡, 否則, 轎廂和對重平衡塊就會有質量差, 使電梯運行時產生機械勢能(電梯重載下行和輕載上行)。

2、傳動節能

傳動部分的節能技術主要是通過提高電梯機械傳動效率，達到節能的目的。普通電動機的額定轉速較高，輸出轉矩較小，不能直接驅動曳引輪，必須經減速機構將轉速降低，轉矩升高。在電梯中較早使用的傳動是蝸輪蝸桿，它的技術成熟，一直沿用至現在，但它有一個明顯的缺點，就是傳動效率低，一般只能達到0.6。為了提高效率，人們一直在研究替代蝸輪蝸桿的傳動，并且取得了很大的成果。較為常見的傳動節能技術有以下幾種。

（1）行星齒輪驅動技術。據測試，行星齒輪的傳動效率最高可達0.9，遠高于蝸輪蝸桿傳動，因此在相當長的一段時間里，技術人員對它進行了大量的研究，以期取代蝸輪蝸桿，但是，由于受加工技術的限制，其成本較高，一直難以大量推廣。

（2）永磁同步無齒輪驅動技術。同步無齒輪技術在電梯驅動上的應用帶來了電梯傳動的一場技術革命，它以節能（高傳動效率及電機效率）、環保（無油污染）、舒適（低噪音、運行平穩）等諸多優點，迅速地應用于電梯中。

（3）同步行星齒輪驅動技術。近年來，個別廠家研究的一項技術結合了行星齒輪和永磁同步電機的優點，可以在普通中低速電梯上做到1:1的曳引比，減少了曳引鋼絲繩的長度，也延長了鋼絲繩的壽命，但其成本較高，只有在提升高度較高時才有一定優勢。

3、電梯群控技術的運用

電梯群控技術，指的是在一個大樓里面同時安裝多部電梯，并且將所有這些電梯和一個計算機連接起來。然后用這臺計算機采集每個電梯的信號，經過一定的算法計算后，向每臺電梯發出控制指令。總而言之，電梯群控技術可以通過樓內具體情況，及時調配每個電梯的運行狀態，使電梯群能夠提供最佳的服務。

傳統的群算法只是為了達到最小的候機時間，但是容易致使電梯運行效率低、電梯扎堆的現象。現今的群算法為調度算法，它的實質是在一個變化的環境下進行在線調度，以達到合理的配置資源，實現最優控制的目的。現在的電梯群控技術越來越朝著智能化發展，把智能控制算法引入電梯群控系統能夠較好地解決群控系統目的多樣性和系統本身固有的隨機性和非線性。把專家系統算法、模糊控制算法、神經網絡算法和遺傳算法等幾種算法有機地結合起來，進一步應用于群控電梯的設計中，將是電梯控制發展的趨勢。

4、制動能再利用技術的原理和運用

電梯制動器的工作原理是：電梯運行時，通過抱閘板子給出信號使抱閘線圈工作抱閘打開；電梯不運行時候抱閘緊抱，電梯處于靜止狀態。電梯的制動的過程中，會由一個比較高的速度開始減速，直到停止在乘客指定樓層。在這個減速過程中，會有一部分能量的損耗。

制動能再利用的技術，主要指的就是對這部分損耗能量的回收利用。一般采用專用的電梯能量回饋制動器。這種制動器采用先進的電力電子技術，和高性能的IGBT作為開關的元器件，它具有安全可靠、可以智能運轉、操作簡單的特點。這種制動能量回饋器運動了電壓自適應控制，當電壓有波動的時候，只有電梯的機械能轉化成電能送入儲能元件中時，該能量回饋器就能將儲存的能量返回至電網中，有效地解決了能量回饋。

總之，電梯節能是項復雜的系統工程，隨著中國電梯業的蓬勃發展，在電梯行業科技工作者與有關職能部門的共同努力下，中國一定能從“電梯大國”邁向“電梯節能強國。

電梯節能降耗技術探析:現代電梯設計中節能降耗體系建立分析

摘要：首先論述了現代曳引電梯的工作特性與能耗組成，建立了現代曳引電梯設計中節能減排體系，然后提出了相關節能新技術：電梯能源再生技術、高速電梯技術和永磁曳引機。

關鍵詞：曳引電梯；現代電梯設計；節能降耗體系

當前為了達到節能減排的要求，電梯生產商正在通過不斷優化電梯的性能，降低能源消耗，從而可以提高節能減排的能力。本文建立了現代曳引電梯設計中節能減排體系，現報告如下。

1現代曳引電梯的工作特性與能耗組成

1.1曳引電梯的工作特性

電梯的重要部件之一是曳引機，它好比是給汽車提供動力的發動機，只不過汽車的動力源是油，曳引機是靠電力驅動的。我們都知道發動機有雙缸、四缸、六缸，缸數越多車的動力就越大。同理，曳引機的速度越快，電梯上升的速度也就越快。曳引電梯采用曳引輪驅動，區別于卷筒、液壓缸、螺桿、直線電機驅動的電梯。安裝在機房的電動機與減速箱、制動器等組成曳引機，是曳引驅動的動力。曳引鋼絲繩通過曳引輪一端連接轎廂，一端連接對重裝置。為使井道中的轎廂與對重各自沿井道中導軌運行而不相蹭，曳引機上放置一導向輪使二者分開。轎廂與對重裝置的重力使曳引鋼絲繩壓緊在曳引輪槽內產生摩擦力。這樣，電動機轉動帶動曳引輪轉動，驅動鋼絲繩，拖動轎廂和對重作相對運動。即轎廂上升，對重下降；對重上升，轎廂下降。于是，轎廂在井道中沿導軌上、下往復運行，電梯執行垂直運送任務。

1.2曳引電梯能耗現狀

在未來幾年里，隨著我國基礎建設的不斷推進，電梯產量將保持穩步增長，增長速度將在15%-20%之間。隨著電梯行業技術的不斷發展和我國節能減排政策的不斷落實，我國節能電梯產量占電梯總產量的比例不斷增大，從2006年的30%增長到2013年的85%左右。為配合國家有關建筑物節能政策的實施，各地方政府紛紛出臺了電梯更換或改造計劃，將到期需更換的電梯，通過更換或技術改造替換成節能電梯。因此，節能電梯未來的市場需求量主要包括三個方面，一是新增需求量，二是舊電梯的更換量，三是節能改造量。我國對節能電梯的需求量非常大，需求增長非常強勁，在未考慮原有電梯改造為節能電梯的數量外，2008年-2014年的復合增長率已達到27.27%，大大超過了我國電梯需求的增長速度。

2現代曳引電梯設計中節能減排體系的建立

本系統的關鍵在于設計4：1下輪式曳引傳動機構，把永磁同步主機應用于載貨電梯，并且把電梯設計成無機房的形式，配以先進的一體化變頻控制技術，使電梯節能環保和高品質。與傳統型貨梯比較，本系統運行噪音下降約10分貝，故障率下降約30%，節能率達25%以上，電梯壽命也有所延長，由于是無機房，所以節省了建筑成本。

4∶1下輪式曳引傳動機械設計，解決永磁同步主機的應用問題，解決無機房的井道布置問題；永磁同步主機和一體化變頻控制技術的配合，實現電梯的節能環保和高品質。目前國內外尚無永磁同步的4：1曳引的無機房貨梯，具有首創性。傳統型的載貨電梯所用主機為技術水平較低的蝸輪蝸桿式異步主機，采用的是2：1曳引方式。

本系統具有運行平穩、性能優良、安全可靠等特點，廣泛運用于商場、超市、工廠、批發中心、車站、倉庫、碼頭等場所，是一種適應現代貨物快速轉移需要的新型載貨電梯。本系統目前已在全國各大城市的工程安全運行，均得到高度肯定，取得了良好業績，應用前景廣闊。

本項目的成功研發，在經濟效益、社會效益以及科技進步方面均有著重要的意義：一是在節能環保方面：4：1曳引式無機房載貨電梯省電約25%，主機無漏油現象，節省井道、機房等建筑成本；二是在性能方面：4：1曳引式無機房載貨電梯在啟動、加減速、停靠過程中平穩、噪音小、故障率低。本項目符合國家節能減排的政策，對于構建節約型社會具有積極地促進作用。

3現代電梯設計中節能減排體系的新技術分析

3.1高速電梯技術

電梯能耗的多與少跟使用頻率有關，當使用率相同時，高速電梯要比傳統電梯節能30%左右。變頻是通過增加新的能源轉換設備來實現的。分給電阻的電流會將電能轉換成熱能散到空氣中。而在這部高速電梯的運行過程中，分給電阻的電能經過能源轉換設備的加工之后再交還給樓體電網系統重新利用，以達到提高電能利用率的目的。

3.2永磁曳引機

采用多極低速直接驅動的永磁同步曳引機，無需龐大的機械傳動效率僅為70%左右的蝸輪、蝸桿減速齒輪箱；與感應電動機相比，無需從電網汲取無功電流，因而功率因數高；因沒有激磁繞組沒有激磁損耗，故發熱小，因而無需風扇、無風摩耗，效率高；采用磁場定向矢量變換控制，具有和直流電動機一樣優良的轉矩控制特性，起、制動電流明顯低于感應電動機，所需電動機功率和變頻器容量都得到減小。

總之，當前我們對能源的消耗已經達到了前所未有的高度，現代電梯節能體系的建立對建筑擁有者和居住者是最為有利的，同時對環境的保護也做出了貢獻。