电梯节能降耗技术探析

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电梯节能降耗技术探析:电梯的节能降耗技术解析

摘要：随着高层建筑的快速发展，电梯在用电量也越来越大，电梯的节能降耗已经引起业界高度重视。基于此，笔者对电梯的节能降耗技术进行探讨，期望从而降低电梯的能耗，更好的节约电量。

关键词：电梯节能降耗

前言：

随着国民经济的快速增长，城市化进程的加快，电力资源供需矛盾日益突出，短缺的能源供应正制约着国民经济又好又快地发展，节能减排己经成为国家战略的重要组成部分。在我国每年的能源消耗总量中，建筑能耗约占我国社会总能耗的30%，己成为我国社会第一能耗。降低建筑能耗己成为我国节能减排、打造低碳经济的首要任务。空调、照明、办公设备、电梯等设备能耗是整个建筑能耗的主要组成部分。就电梯而言，其在使用过程中所消耗的能量一般占整个建筑总能耗的5一15%，在整个社会能耗中占有相当大的比例。

表1北京市大型公共建筑的参考用电指标 单位:kWh/(m2.年)及构成比例

1、节能降耗案例概述

某电子公司电机控制理论和变频技术的开发生产及应用经验，运用微电子技术和微处理技术，相继推出了能量回馈型四象限变频器，能量回馈器、油田抽油机能量回馈型变频控制装置，达到了电梯节能降耗技术应用的成就。

2、电梯节能降耗系统构成

电梯要节电，核心是如何将处于发电制动状态电动机输出的电能利用起来。实际上，电梯的节电大有潜力可以挖掘。垂直升降电梯具备机械动能，其电动机可以拖动负载旋转运动，随着电动机的拽上和引下运动，其又具备了一定的位能。机械动能的释放是通过电动机拖动负载减速运动，在位能减少或位能负载下降时，其机械位能也将得到释放，从而就有再生电能产生。要想有效地达到节约电能的目的，可以将这两部分电能再生利用起来。

电梯节能省电要加装变频控制，从而使电机实现调频调速运行，而变频器主要由整流、滤波、逆变三部分构成。当电梯与轿厢的重量偏重，即电梯非平衡上下运行或减速到站时，电动机处于发电状态，能量将在滤波电容上累积，产生泵升电压，如果泵升电压过高，就会出现过压保护，影响电梯控制系统的正常运行。我国国内当前对控制电梯泵升电压所采取的较为简便的方法为:通过泵升产生电压，将一个耗能电阻接通于直流母线之间，电阻上的能量可以有效地得到释放。如果电梯制动较为频繁，或者其运行经常处于非平衡状态，则能量的浪费是非常严重的;此时的电阻也会发热，由于环境的温度逐步升高，电梯控制系统的可靠性受到了一定的影响，导致电梯的使用寿命缩短;电梯控制系统要想不受降低机房高温的影响，通常用户安装降温设备于电梯机房内来降温，有效防止发生电梯控制系统故障。但是，这样又增加了降温设备的耗电量，使电能消耗更加严重，有些地方降温设备的耗电量往往仅次于电梯的用电量。因此，在电梯变频控制系统上需要再加装能量回馈系统，以构成一个完整的节能系统。

3、电梯节能改造原理

3.1电梯节能原理

电梯负载是由载客轿厢与配重平衡块组成，是一个位能性负载，轿厢和对重平衡块双方处于基本平衡状态是在轿厢载重量约为50%时，否则电梯在运行时会因为轿厢和对重平衡块的质量差而产生机械位能。在电梯质量重的部件上行时，机械位能增加。电梯质量重的部件下行时，机械位能减少，而电动机转变为变频器直流环节电容储存的电能是通过减少的机械位能所释放出来。另外，变频调速电梯从启动到高速运行后，电梯轿厢具有较多的机械动能，电梯到达目标层前要逐步减速，直到电梯停比运行为止，这一过程是电梯负载释放机械动能的阶段。变频调速器通过电动机可以将这一时段的机械能转变成电能存储在变频器直流环节的电容中，由于电容的储能容量有限，若不及时释放以上情况储存在电容中的电能，电容两端产生的泵升电压导致系统的过压保护动作并封锁逆变器输出，电机处于自动停车状态，达不到快速停车的目的，即发生过压保护事故。目前变频器释放电容中的电能方法是采用制动单元外加大功率电阻，将电容中的电能消耗在功率电阻上，由电能转换为热能消耗掉。有源能量回馈器是将这部分电能回馈到电网的局域网络，供给其他正在用电设备使用，使总电度表走慢，以达到减少电能的效果。

3.2技术运用

电梯节能节电的潜力非常大，众所周知，电梯负载具备一定的机械动能，在电动机拖动负载旋转运动时，电动机拽上、引下运动的负载又具备一定的位能。当电动机拖动负载减速运动时，其机械动能通过电动机拖动负载减速运动而释放，在负载运动时，机械位能又通过位能负载下降而释放;如果能有效地将这2部分机械能转换成电能再次利用，也就达到了节约电能的目的。有源能量回馈器则可以将这2部分机械能几乎无消耗地转换成电能回送给电网，从而达到节能的目的，同时降低或取代大功率电阻耗电发热，也改变了室内的环境温度。

3.3有源能量回馈器工作原理

有源能量回馈器的工作原理是把变频器直流端的电能，变换成一个和电网电源同步同相位的交流正弦波，把电能反馈回电网，再生利用。有源能量回馈器的主电路由智能模块IPM- IGBT.隔离二极管、滤波电感、电容等元件组成。IPM模块是主电路中的核心元件，它将直流电能逆变为与交流电网同步的三相电流回送电网。其过压、过流、欠压、过热等的完善保护功能，有效地使有源能量回馈器的安全可靠运行得到了保证。由于电感、电容等电力器件构成了高次谐波滤波器，对IPM模块高频开关所产生的高次谐波电流干扰电网有很好的阻比成效，从而在很大程度上提高了对有源能量回馈器的电磁兼容(EMC)性能。工作原理如图1所示，单片微机、可编程逻辑芯片、外围信号采样器等构成了控制电路。软件采用冗余度较高的设计，保证控制电路可以对三相交流电网的相序、相位、电压、电流瞬时值进行自动识别，从而有序地控制IPM工作在PWM状态，保证直流电能及时地回馈再生利用。

图1回馈器原理框架图

4、节能效果分析

4.1变频节能

在电梯的运行过程中，需要频繁的启动、运行、减速、停止,所以使用变频器即可准确地控制电机转速，即可实现软起软停和保护电机的作用，使电机始终处于恰当的频率和最佳

节电状态。根据电梯的运行状况，一般能节电10%~20%

4.2能量回馈节能

由于电梯在运行中，即有机械能又有动能使电机处在发电状态，当2种再生能量返回给变频器时，变频器内的直流母线电压升高，当达到设定电压时，能量回馈器开始工作将能量返回电网。根据电梯现场安装测试证明，一般能节电20%以上。

4.3更新电梯轿厢照明系统。相关资料介绍，使用LED发光二极管更新电梯轿厢常规使用的自炽灯、日光灯等照明灯具，可节约照明用量90%左右，灯具寿命是常规灯具的30~50倍。LED灯具功率一般仅为数瓦，热量小，而且能实现各种外形设计和光学效果，美观大方。

4.4 采用先进电梯控制技术。采用目前已成熟的各种先进控制技术，如电梯轿厢无人自动关灯技术、驱动器休眠技术、更加完善的智能型电梯群控调度系统、精确调控减少等候时间、电梯就近停靠、控制减少电梯的运行次数及台数，从而大大提高运输效率等，均可达到很好的节能效果。

4.5.散热空调节能

当电梯在未适用能量回馈器时，机房内要安装空调或中央空调散热，一般机房内安装的空调都在3.8 kW，每天按运行12 h计算,1年即可用电16 416度。如果采用能量回馈器后，仅散热空调就可节省一万元以上费用。可以根据当前用电情况，就能计算出电梯能够省的电能。

结语：

电梯的用电量占据了建筑中总用电量的很大比例，因此，进行电梯节能降耗技术的研发与应用对节能环保有很大的积极作用。我国电梯节能技术近年来取得了很大的成就，在一些品牌电梯中，其节能降耗技术已经达到了世界先进水平，但是在实际普及率上还是受到了一定的局限，必须受到相关部门的重视，从而将将能电梯真正运用到实处，达到普遍节能，为人们创造更舒适的生活环境。

电梯节能降耗技术探析:谈电梯的节能降耗技术

摘要：由于目前我国的电力能源大多数都是不可再生能源，并且电梯能耗具有高度的节能潜力和改善的空间，因此如何有效、合理地节约电梯能效就显得尤为重要。本文探讨了电梯的节能降耗技术 。

关键词：电梯；节能；降耗；技术

近年来，随着国家对“节能降耗”、“创建节约型社会”的宣传，人们对节能减排的重要性认识不断深化，节能环保理念日益深入人心。我国是一个耗能大国，更把节能作为头等大事来抓。据有关调查显示，我国建筑物的能源约占全国总能耗的28％左右，是能耗的主力军。电梯能耗一般占建筑总能耗的3%～8%。虽然这个比例并不高，但是由于目前我国的电力能源大多数都是不可再生能源，并且电梯能耗具有高度的节能潜力和改善的空间，因此如何有效、合理地节约电梯能效就显得尤为重要。

一、电梯节能的必要性

电梯节能是经济发展的要求，是基本国策的要求，是相关法律法规的要求，电梯节能意义重大，实现电梯节能是利国利民的大事。无论是从现实需要还是建设资源节约型社会的社会目标，电梯节能都势在必行：

1、建设资源节约型社会的基本国策要求实现电梯节能

电梯的节能有非常好的经济效益，社会效益和生态效益。电梯节能还有巨大的空间，同时符合建设资源节约型社会基本国策的要求，使得电梯节能成为可能。采用节能电梯技术后可以减少不可再生资源的消耗，对可持续发展具有十分积极的意义。

2、电梯节能是社会发展的要求

在能源紧张的今天，社会必然要求其实现节能，这是建设资源节约型社会的要求，同时也是落实科学发展观的要求。电梯因其对电能的大量消耗，有必要使电梯实现节能，以提高能源利用率。据德国公布的最新调查数据显示，欧盟27 国电梯的年耗电量竟高达18 亿千瓦时，而合理应用节能措施能令电梯耗电量减半。可见电梯节能问题不仅是我们国家亟于解决的问题，也是世界各国都亟待解决的问题。

3、电梯节能具有可观的经济效益

对于电梯在制动过程中产生的电能，如果就地进行回收再利用，不仅可以很大程度上减少能量浪费，还可以避免增加过多的附加设备。按照较为保守的平均节能率20% 计算，倘若能够对制动能量成功回收利用，每年可节约近86 亿度电，按每度0.5 元价格计算，每年可节约近43 亿元，节能效益十分可观。

二、电梯的节能降耗技术

1、电机拖动系统节约电能的途径

第一类是提高电机拖动系统的运行效率, 如风机、水泵调速是以提高负载运行效率为目标的节能措施, 再如电梯曳引机采用变频器调速取代异步电动机调压调速是以提高电动机运行效率为目标的节能措施。第二类是将运动中负载上的机械能(位能,动能)通过能量回馈器变换成电能(再生电能)并回送给交流电网, 供附近其他用电设备使用, 使电机拖动系统在单位时间消耗电网电能下降, 从而达到节约电能的目的。第二类就是升降电梯这种具有势能性负载的设备。

采用变频调速的电梯启动运行达到最高运行速度后具有最大的机械动能, 电梯到达目标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止, 这一过程是电梯曳引机释放机械动能的过程。升降电梯还是一个势能性负载。为了均匀拖动负载, 电梯曳引机拖动的负载由载客轿厢和对重平衡块组成, 只有当轿厢载重量约为50% ( 1吨载客电梯乘客为7人左右)时, 轿厢和对重平衡块才相互平衡, 否则, 轿厢和对重平衡块就会有质量差, 使电梯运行时产生机械势能(电梯重载下行和轻载上行)。

2、传动节能

传动部分的节能技术主要是通过提高电梯机械传动效率，达到节能的目的。普通电动机的额定转速较高，输出转矩较小，不能直接驱动曳引轮，必须经减速机构将转速降低，转矩升高。在电梯中较早使用的传动是蜗轮蜗杆，它的技术成熟，一直沿用至现在，但它有一个明显的缺点，就是传动效率低，一般只能达到0.6。为了提高效率，人们一直在研究替代蜗轮蜗杆的传动，并且取得了很大的成果。较为常见的传动节能技术有以下几种。

（1）行星齿轮驱动技术。据测试，行星齿轮的传动效率最高可达0.9，远高于蜗轮蜗杆传动，因此在相当长的一段时间里，技术人员对它进行了大量的研究，以期取代蜗轮蜗杆，但是，由于受加工技术的限制，其成本较高，一直难以大量推广。

（2）永磁同步无齿轮驱动技术。同步无齿轮技术在电梯驱动上的应用带来了电梯传动的一场技术革命，它以节能（高传动效率及电机效率）、环保（无油污染）、舒适（低噪音、运行平稳）等诸多优点，迅速地应用于电梯中。

（3）同步行星齿轮驱动技术。近年来，个别厂家研究的一项技术结合了行星齿轮和永磁同步电机的优点，可以在普通中低速电梯上做到1:1的曳引比，减少了曳引钢丝绳的长度，也延长了钢丝绳的寿命，但其成本较高，只有在提升高度较高时才有一定优势。

3、电梯群控技术的运用

电梯群控技术，指的是在一个大楼里面同时安装多部电梯，并且将所有这些电梯和一个计算机连接起来。然后用这台计算机采集每个电梯的信号，经过一定的算法计算后，向每台电梯发出控制指令。总而言之，电梯群控技术可以通过楼内具体情况，及时调配每个电梯的运行状态，使电梯群能够提供最佳的服务。

传统的群算法只是为了达到最小的候机时间，但是容易致使电梯运行效率低、电梯扎堆的现象。现今的群算法为调度算法，它的实质是在一个变化的环境下进行在线调度，以达到合理的配置资源，实现最优控制的目的。现在的电梯群控技术越来越朝着智能化发展，把智能控制算法引入电梯群控系统能够较好地解决群控系统目的多样性和系统本身固有的随机性和非线性。把专家系统算法、模糊控制算法、神经网络算法和遗传算法等几种算法有机地结合起来，进一步应用于群控电梯的设计中，将是电梯控制发展的趋势。

4、制动能再利用技术的原理和运用

电梯制动器的工作原理是：电梯运行时，通过抱闸板子给出信号使抱闸线圈工作抱闸打开；电梯不运行时候抱闸紧抱，电梯处于静止状态。电梯的制动的过程中，会由一个比较高的速度开始减速，直到停止在乘客指定楼层。在这个减速过程中，会有一部分能量的损耗。

制动能再利用的技术，主要指的就是对这部分损耗能量的回收利用。一般采用专用的电梯能量回馈制动器。这种制动器采用先进的电力电子技术，和高性能的IGBT作为开关的元器件，它具有安全可靠、可以智能运转、操作简单的特点。这种制动能量回馈器运动了电压自适应控制，当电压有波动的时候，只有电梯的机械能转化成电能送入储能元件中时，该能量回馈器就能将储存的能量返回至电网中，有效地解决了能量回馈。

总之，电梯节能是项复杂的系统工程，随着中国电梯业的蓬勃发展，在电梯行业科技工作者与有关职能部门的共同努力下，中国一定能从“电梯大国”迈向“电梯节能强国。

电梯节能降耗技术探析:现代电梯设计中节能降耗体系建立分析

摘要：首先论述了现代曳引电梯的工作特性与能耗组成，建立了现代曳引电梯设计中节能减排体系，然后提出了相关节能新技术：电梯能源再生技术、高速电梯技术和永磁曳引机。

关键词：曳引电梯；现代电梯设计；节能降耗体系

当前为了达到节能减排的要求，电梯生产商正在通过不断优化电梯的性能，降低能源消耗，从而可以提高节能减排的能力。本文建立了现代曳引电梯设计中节能减排体系，现报告如下。

1现代曳引电梯的工作特性与能耗组成

1.1曳引电梯的工作特性

电梯的重要部件之一是曳引机，它好比是给汽车提供动力的发动机，只不过汽车的动力源是油，曳引机是靠电力驱动的。我们都知道发动机有双缸、四缸、六缸，缸数越多车的动力就越大。同理，曳引机的速度越快，电梯上升的速度也就越快。曳引电梯采用曳引轮驱动，区别于卷筒、液压缸、螺杆、直线电机驱动的电梯。安装在机房的电动机与减速箱、制动器等组成曳引机，是曳引驱动的动力。曳引钢丝绳通过曳引轮一端连接轿厢，一端连接对重装置。为使井道中的轿厢与对重各自沿井道中导轨运行而不相蹭，曳引机上放置一导向轮使二者分开。轿厢与对重装置的重力使曳引钢丝绳压紧在曳引轮槽内产生摩擦力。这样，电动机转动带动曳引轮转动，驱动钢丝绳，拖动轿厢和对重作相对运动。即轿厢上升，对重下降；对重上升，轿厢下降。于是，轿厢在井道中沿导轨上、下往复运行，电梯执行垂直运送任务。

1.2曳引电梯能耗现状

在未来几年里，随着我国基础建设的不断推进，电梯产量将保持稳步增长，增长速度将在15%-20%之间。随着电梯行业技术的不断发展和我国节能减排政策的不断落实，我国节能电梯产量占电梯总产量的比例不断增大，从2006年的30%增长到2013年的85%左右。为配合国家有关建筑物节能政策的实施，各地方政府纷纷出台了电梯更换或改造计划，将到期需更换的电梯，通过更换或技术改造替换成节能电梯。因此，节能电梯未来的市场需求量主要包括三个方面，一是新增需求量，二是旧电梯的更换量，三是节能改造量。我国对节能电梯的需求量非常大，需求增长非常强劲，在未考虑原有电梯改造为节能电梯的数量外，2008年-2014年的复合增长率已达到27.27%，大大超过了我国电梯需求的增长速度。

2现代曳引电梯设计中节能减排体系的建立

本系统的关键在于设计4：1下轮式曳引传动机构，把永磁同步主机应用于载货电梯，并且把电梯设计成无机房的形式，配以先进的一体化变频控制技术，使电梯节能环保和高品质。与传统型货梯比较，本系统运行噪音下降约10分贝，故障率下降约30%，节能率达25%以上，电梯寿命也有所延长，由于是无机房，所以节省了建筑成本。

4∶1下轮式曳引传动机械设计，解决永磁同步主机的应用问题，解决无机房的井道布置问题；永磁同步主机和一体化变频控制技术的配合，实现电梯的节能环保和高品质。目前国内外尚无永磁同步的4：1曳引的无机房货梯，具有首创性。传统型的载货电梯所用主机为技术水平较低的蜗轮蜗杆式异步主机，采用的是2：1曳引方式。

本系统具有运行平稳、性能优良、安全可靠等特点，广泛运用于商场、超市、工厂、批发中心、车站、仓库、码头等场所，是一种适应现代货物快速转移需要的新型载货电梯。本系统目前已在全国各大城市的工程安全运行，均得到高度肯定，取得了良好业绩，应用前景广阔。

本项目的成功研发，在经济效益、社会效益以及科技进步方面均有着重要的意义：一是在节能环保方面：4：1曳引式无机房载货电梯省电约25%，主机无漏油现象，节省井道、机房等建筑成本；二是在性能方面：4：1曳引式无机房载货电梯在启动、加减速、停靠过程中平稳、噪音小、故障率低。本项目符合国家节能减排的政策，对于构建节约型社会具有积极地促进作用。

3现代电梯设计中节能减排体系的新技术分析

3.1高速电梯技术

电梯能耗的多与少跟使用频率有关，当使用率相同时，高速电梯要比传统电梯节能30%左右。变频是通过增加新的能源转换设备来实现的。分给电阻的电流会将电能转换成热能散到空气中。而在这部高速电梯的运行过程中，分给电阻的电能经过能源转换设备的加工之后再交还给楼体电网系统重新利用，以达到提高电能利用率的目的。

3.2永磁曳引机

采用多极低速直接驱动的永磁同步曳引机，无需庞大的机械传动效率仅为70%左右的蜗轮、蜗杆减速齿轮箱；与感应电动机相比，无需从电网汲取无功电流，因而功率因数高；因没有激磁绕组没有激磁损耗，故发热小，因而无需风扇、无风摩耗，效率高；采用磁场定向矢量变换控制，具有和直流电动机一样优良的转矩控制特性，起、制动电流明显低于感应电动机，所需电动机功率和变频器容量都得到减小。

总之，当前我们对能源的消耗已经达到了前所未有的高度，现代电梯节能体系的建立对建筑拥有者和居住者是最为有利的，同时对环境的保护也做出了贡献。