淺述電梯節(jié)能的現(xiàn)狀及研究方向

朱文東

摘 要：電梯能量回饋裝置是一種新型的，高效的電梯節(jié)能技術(shù)，但節(jié)電效果卻因?yàn)閺?fù)雜工況而不盡相同。通過(guò)分析能量回饋技術(shù)的原理，主要研究電梯曳引驅(qū)動(dòng)方式、提升高度及電梯速度三種因素對(duì)節(jié)電率的影響，并且在不同工況現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，以確定影響節(jié)電率高低的關(guān)鍵性因素，進(jìn)一步推動(dòng)電梯能量回饋技術(shù)的發(fā)展。本文根據(jù)不同的類型，提出電梯的節(jié)能方法，節(jié)能電梯在改進(jìn)過(guò)程中面臨的處境，最后提出電梯節(jié)能技術(shù)推廣的應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞：電梯節(jié)能;現(xiàn)狀;研究方向

1 引言

電梯每年運(yùn)行300天，僅電梯每年消耗約1億kW/h電力。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)電梯進(jìn)行節(jié)能降耗。電梯在使用過(guò)程中，會(huì)有載荷勢(shì)能、動(dòng)能變化。當(dāng)電梯加載時(shí)，勢(shì)能減小;當(dāng)提升機(jī)停止時(shí)，動(dòng)能變小。從能量守恒定律來(lái)說(shuō)，它被轉(zhuǎn)化為再生的電能。假如有一種裝置運(yùn)用電力電子技術(shù)將再生能源反饋到電網(wǎng)或直接用在電梯的運(yùn)行過(guò)程中，將會(huì)極大縮小能量的損耗，起到節(jié)電的作用。

2 電梯的能耗分析

2.1 電梯能耗模塊

電梯能耗的主要來(lái)源：曳引系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，門機(jī)系統(tǒng)，轎廂內(nèi)照明，通風(fēng)系統(tǒng)能耗等。曳引系統(tǒng)的能源損耗主要包括轎廂、對(duì)重裝置和鋼絲繩等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能耗主要是控制、顯示能耗，包括層站和轎廂內(nèi)的控制顯示等;門機(jī)系統(tǒng)能耗，包括門機(jī)控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)，轎廂內(nèi)照明，通風(fēng)系統(tǒng)能耗等。電梯的能耗主要集中在曳引驅(qū)動(dòng)裝置上，占總能耗的 70%。所以曳引系統(tǒng)能耗是亟待解決的問(wèn)題，常用的方法是加裝電能回饋裝置。

2.2 電能回饋技術(shù)

如果電梯需要負(fù)載上下行，降低機(jī)械勢(shì)能，就由曳引機(jī)轉(zhuǎn)換成電能，曳引機(jī)發(fā)電。此時(shí)的電能一定要進(jìn)行及時(shí)的處理，否則將導(dǎo)致曳引機(jī)造成損耗。能量回饋技術(shù)可以將能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化方式為運(yùn)用自動(dòng)檢測(cè)變頻器將變頻器輸入的直流電壓逆變成交流電輸送回同頻率的電網(wǎng)。既實(shí)現(xiàn)了綠色、環(huán)保和節(jié)能，也能將多余電能的再次利用，消除了機(jī)房中的主要散熱源。

3 電梯節(jié)能技術(shù)推廣的困境

（1）高成本問(wèn)題。代能量回饋裝置的電梯，由于代有能量回饋裝置，成本較普通電梯會(huì)高出很多，目前國(guó)內(nèi)的電梯市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)商在采購(gòu)時(shí)會(huì)優(yōu)先考慮收益，并不愿意采用價(jià)格較高的代能量回饋裝置的電梯，這就導(dǎo)致能量回饋裝置的推廣很難實(shí)現(xiàn)。（2）是否采用節(jié)能電梯無(wú)明確要求。近年來(lái)國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了電梯節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，如專門設(shè)計(jì)到能量回饋裝置的GB/T32271—2015。GB/T30559.1—2014《電梯、自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道的能量性能》，不僅限于此，各個(gè)地方也相繼出臺(tái)了地方的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)DB33/T771—2009《電梯能源效率評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》和DB46/T1544—2009《電梯節(jié)能改造技術(shù)指南》、DB44/T890—2011《電梯能效等級(jí)》，但這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范并未要求必須在使用中采用節(jié)能電梯，導(dǎo)致電梯的節(jié)能措施很難具體實(shí)施。（3）成本回收周期長(zhǎng)。對(duì)于節(jié)能電梯，在安裝和改造過(guò)程均需要提高成本，而節(jié)約的成本與改造費(fèi)用相比較少，需要幾年時(shí)間才能收回成本，也導(dǎo)致了難以實(shí)施。

4 電梯節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

4.1 能量回饋裝置的應(yīng)用

電梯可以看作是通過(guò)鋼絲繩兩端分別連接著轎廂和對(duì)重組成的一個(gè)平衡系統(tǒng)，根據(jù)《特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范TSGT7001-2009》中規(guī)定電梯平衡系數(shù)應(yīng)保持在0.4至0.5之間，也就是說(shuō)當(dāng)轎箱內(nèi)放置額定載重的近一半重量時(shí)，對(duì)重側(cè)的配重重量與轎廂重量相等，才能形成系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，下面我們將轎廂裝載少于一半載重的情況稱為輕載，而裝載超過(guò)一半載重時(shí)稱為重載。在電梯傳動(dòng)系統(tǒng)中，電梯相當(dāng)于是進(jìn)行電能與重力勢(shì)能之間的轉(zhuǎn)換，曳引機(jī)主要進(jìn)行主動(dòng)做功和被動(dòng)做功兩種過(guò)程，主動(dòng)做功為曳引機(jī)消耗電能來(lái)增加負(fù)載的重力勢(shì)能，既電梯進(jìn)行輕載下行和重載荷上行時(shí)的工作狀態(tài)。而被動(dòng)做功是電梯處于重載下行和輕載上行工作狀態(tài)，負(fù)載在萬(wàn)有引力的作用下，使得電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大于變頻器輸出的同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，而變頻器中的整流二極管的單向?qū)ㄐ?，使再生電能?chǔ)存在變頻器的直流母線側(cè)的濾波電容中。這就是能量回饋系統(tǒng)中能量的來(lái)源。能量回饋系統(tǒng)[4]的工作原理是能夠把變頻器直流側(cè)儲(chǔ)存在電容中的直流電利用逆變技術(shù)轉(zhuǎn)化為交流電，再反饋回電網(wǎng)側(cè)，主要由單向二極管，串聯(lián)電感、三相 IGBT 全橋、濾波電容等其他電路組成。能量回饋裝置的輸入端與變頻器的直流母線側(cè)相連，內(nèi)置了扼流電抗器用來(lái)消除其他電器設(shè)備與電網(wǎng)設(shè)備之間的干擾。以減小對(duì)電網(wǎng)電壓的影響。本文選用的能量回饋裝置能夠獨(dú)立安裝于電梯變頻器與電網(wǎng)之間，方便進(jìn)行電梯節(jié)電率測(cè)試。

4.2 涂裝環(huán)節(jié)的節(jié)能

4.2.1 中水回用技術(shù)

中水回用處理系統(tǒng)水源為前處理溢流回收水。將需要排放的廢水重新利用，進(jìn)入水處理設(shè)備回收水罐，通過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器過(guò)濾、活性炭過(guò)濾器吸附、精密過(guò)濾器、反滲透裝置超濾后進(jìn)入純水設(shè)備原水箱。中水回用后的水質(zhì)基本達(dá)到國(guó)家工業(yè)用水的標(biāo)準(zhǔn)，主要用于純水站原水箱的補(bǔ)水。

4.2.2 低溫固化粉末涂裝工藝技術(shù)

隨著粉末涂裝環(huán)保性的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越被重視，粉末技術(shù)近幾年也發(fā)展得很快。為了緩解粉末涂裝能耗相對(duì)較大的情況，推出了低溫固化粉末。相比目前常規(guī)使用的180℃高溫固化粉末，已成熟運(yùn)用的固化溫度為130℃，其固化時(shí)間、涂裝性能及外觀都保持不變，且天然氣能耗比目前明顯下降約25%。應(yīng)用情況：該技術(shù)在某涂裝線應(yīng)用實(shí)際節(jié)約天然氣12m3/h。

4.2.3 前處理常溫工藝技術(shù)

通過(guò)研究證實(shí)，在化學(xué)品采用常溫藥劑后，脫脂槽和磷化槽液工藝溫度均降低近50%，而其工藝處理方式和時(shí)間不變。這不僅有效地降低了加溫槽液所需的熱能，而且納米陶瓷磷化與鐵系磷化相比，其優(yōu)勢(shì)如下：（1）不含磷酸鹽和任何有機(jī)成分，減少?gòu)U水處理量;（2）涂層防銹性能和附著力提高;（3）廢渣減少，換槽周期延長(zhǎng)。

4.3 調(diào)整對(duì)重

電梯載重在運(yùn)行時(shí)候能在上下運(yùn)行時(shí)達(dá)到平衡，所以只要克服了電梯滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)部件的阻力，電機(jī)就能達(dá)到節(jié)能的目的。然而，電梯負(fù)荷不是一個(gè)穩(wěn)定的常數(shù)，如果運(yùn)用只能讓電梯的對(duì)重能夠隨著負(fù)荷時(shí)時(shí)變化，以達(dá)到節(jié)能的目的，但需要依情況而定。

4.4 運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

首先是轎廂的無(wú)線控制技術(shù)，正常情況下電梯的運(yùn)行需要電源提供電能，在轎廂當(dāng)中，會(huì)有許多載電的隨行電纜，在極易引發(fā)安全事故同時(shí)，電纜也消耗大量可利用的能源。此技術(shù)可以節(jié)約隨行電纜的使用，達(dá)到無(wú)線控制的目的，甚至無(wú)線供電。其次是智能照明的使用，可在轎廂內(nèi)安裝智能照明系統(tǒng)，根據(jù)外界亮度、自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光的亮度，實(shí)現(xiàn)電梯的節(jié)能。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前電梯節(jié)能技術(shù)面臨著成本高，低回報(bào)，實(shí)施難的特點(diǎn)，推廣的路上比較艱難，電梯的能量回饋裝置無(wú)論對(duì)于老舊電梯，還是新電梯都有著比較好的節(jié)能效果。只有政府嚴(yán)格把關(guān)，企業(yè)不斷的投入，加大創(chuàng)新力度，不斷的發(fā)展制定出一套合理及高效的解決辦法，才能最大程度地降低能源的消耗，符合國(guó)家節(jié)能減排的大政方針。

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