【文章內(nèi)容簡介】 電梯的技術(shù)要求與檢測檢驗方法達數(shù)百條，但沒有一條是針對電梯能源效率或能耗指標的。因此，如果現(xiàn)在實施電梯能效審查與監(jiān)管，首先要建立起電梯的能效評價指標，并且規(guī)范相應的檢測方法。本項目為電梯能源效率的評價指標與檢測方法研究，主要特點如下：——提出了3種綜合評價電梯能源效率指標的技術(shù)方案：a)運送載荷所做的功（kg?m）與能耗（kW?h）的比值；b)單位能耗（kW?h）完成的輸送量（kg?m）；c)單位輸送量（噸千米，106kg?m）的用電量（度，kW?h）。經(jīng)分析比對，優(yōu)選c)方案為研究重點，提出以“典型工況實測指標乘以加權(quán)系數(shù)求和”的檢測方法與計算公式?！獙τ绊戨娞菽茉葱实?0種因素（機械傳動形式、電力拖動類型、平衡系數(shù)、工作載荷、運行速度、升降高度、制動電能回饋裝置、供電電壓、功率因數(shù)、待機功耗）進行系統(tǒng)的分析，提出提高能源效率指標的4項措施（曳引機選用高效減速機構(gòu)或采用無齒輪傳動、選用VVVF電力拖動技術(shù)，應用制動電能回饋技術(shù)、減低電梯待機功耗）?！獙υ谟秒娞輰嶋H工況進行統(tǒng)計分析，建立起電梯能源效率檢測作業(yè)圖譜?！ㄟ^對在用電梯抽樣檢測與數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得到了交流雙速、調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速、永磁同步等各類型電梯實際的能源效率指標?！岢鲭娞葜苿踊仞佈b置的諧波控制指標與回饋電能測量、計算方案。——提交《電梯能源效率檢驗規(guī)則》、《電梯再生電能回饋裝置技術(shù)要求與檢驗規(guī)則》、《電梯能源效率審查與監(jiān)管規(guī)則》建議稿。綜上所述，國內(nèi)外雖已見有關(guān)電梯能源效率的評價與檢測方法的文獻報道，但與本項目主要特點不同。3 電梯工作特性與能耗形式分析(sunlixin) 電梯是一種間歇工作的垂直運輸工具，實質(zhì)上可歸于起重運輸機械范疇，都屬于位能負載。通常將一定量的載荷運送到上方，則也需將這些載荷運回到下方，上下運送量基本相等。但通常起重機械僅用于運送貨物，對電力驅(qū)動系統(tǒng)的過渡過程要求不是很高，而電梯大量運用于輸送人員，因此其電力驅(qū)動系統(tǒng)的動、靜態(tài)控制要求很高。目前大量使用的曳引驅(qū)動電梯的基本工作原理是：電動機驅(qū)動曳引輪旋轉(zhuǎn)，通過曳引輪繩槽與曳引鋼絲繩的磨擦傳動，實現(xiàn)鋼絲繩兩端的電梯轎廂和對重上升或下降運行，如圖3－1所示。曳引驅(qū)動電梯的特點是轎廂與對重作相反運動，一升一降，鋼絲繩不需要纏繞，長度不受限制，根數(shù)也不受限制，這樣使電梯的提升高度和載重量得到了提高。由于靠摩擦傳動，當電梯失控沖頂時，只要對重被底坑中的緩沖器阻擋，鋼絲繩與曳引輪槽間就會打滑，從而避免發(fā)生撞擊樓板的事故。由于曳引驅(qū)動電梯具有這些優(yōu)點，因此得到發(fā)展，并一直沿用至今。圖3－1 曳引驅(qū)動電梯工作原理示意圖由上述可見，對重裝置的作用是平衡轎廂及載荷，并為鋼絲繩在曳引輪上產(chǎn)生摩擦曳引驅(qū)動力而提供正壓力。由于對重裝置的作用，轎廂空載下行與滿載上行時電機負荷最大，而當轎廂半載（或接近半載），曳引輪兩側(cè)的重量相等時，電機負載最輕。（圖，公式）電機的工作狀態(tài)有電動狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)兩種，其與曳引輪兩側(cè)的載荷及運行方向的關(guān)系見表3－1。表3－1 曳引驅(qū)動電梯的電機工作狀態(tài)曳引輪兩側(cè)載荷狀態(tài)運行方向電機狀態(tài)轎廂側(cè)＜對重側(cè)上行發(fā)電下行電動轎廂側(cè)＞對重側(cè)上行電動下行發(fā)電電機通常是工作在拖動耗電或制動發(fā)電的交替狀態(tài)下，當電梯空載或輕載上行及重載或滿載下行以及電梯平層前逐步減速時，電機工作在發(fā)電制動狀態(tài)下，此時是將機械能轉(zhuǎn)化為電能，而電梯空載或輕載下行及重載或滿載上行時，電機工作在電動狀態(tài)下，此時是將電能轉(zhuǎn)化為機械能。 當電機處于電動狀態(tài)時，……圖、公式 當電機處于發(fā)電狀態(tài)時，……圖、公式④電動狀態(tài)能耗測量，計算、分析圖示記錄了===工況電梯時間—功率曲線，按曲線積分即實電梯實際消耗電能，可多附幾種更詳細的圖數(shù)學計算公式 向上位能（kgm）除以總傳動效率，⑤發(fā)電狀態(tài)，以交流雙速、變頻、有回饋三種梯型分別敘述，建議先出實測時間—功率曲線圖，以圖為依據(jù)分析。4 電梯能源效率評價指標研究如前所述，在電梯行業(yè)“實行節(jié)能審查和監(jiān)管”，建立起行業(yè)統(tǒng)一的能源利用效率的評價指標是前提，也是開展各項電梯節(jié)能降耗的基礎(chǔ)工作。建立統(tǒng)一的電梯能源利用效率的評價指標，也就是建立一個評價電梯使用過程中總體耗電水平的統(tǒng)一尺度，這樣才能夠客觀、公正、真實地衡量各種規(guī)格、型號的電梯在能源利用效率方面的水平。為了綜合體現(xiàn)電梯的能源利用效率，在參考借鑒了國內(nèi)外電梯行業(yè)和其他行業(yè)的相關(guān)做法后，我們提出了以下三種電梯能源效率的評價指標方案：（1）電梯能效系數(shù)：指運送載荷所做的功（kg?m）與能耗（kW?h）的比值；即在規(guī)定的電梯工作周期內(nèi)，轎廂運送有效載荷完成的工作量（所運送的荷重與被移動的垂直距離之乘積）與在此運行周期內(nèi)該電梯所耗費電能的比值。由能效系數(shù)的定義可知，能效系數(shù)越大表明電梯能耗越低。其計算公式如下：…………………………………………………（4－1）（4－1）式中:η——電梯的能效系數(shù)；Wz——電梯在測試周期內(nèi)，轎廂運送有效載荷完成的工作量，即每次運送的有效載荷重量與被移動的垂直距離之乘積的總和，kgm；Ec——電梯在測試周期內(nèi)，從電網(wǎng)輸入的電能(考核值)，kWh；105——功、能換算系數(shù)， = 105 kgm 。完成工作量Wz的計算公式如下：…………………………………………………（4－2）（4－2）式中：n ——電梯在測試周期內(nèi)，轎廂運行的次數(shù)；Qn——第n次運行轎廂加入的有效載荷，kg；Sn——第n次運行轎廂運送有效載荷的垂直距離，m。注意，測試周期內(nèi)轎廂的運行工況將不僅僅是某一典型的工況，而是在分析了電梯的工作特點后，將各種載荷、運行方向、運行距離等予以組合后的工況，在本報告中稱之為測試工作圖譜。（2）單位能耗（kW?h）完成的輸送量（kg?m）。這是方案（1）的另一種表現(xiàn)形式，即公式4－1的倒數(shù)形式。（3）單位輸送量（噸千米，106kg?m）的用電量（度，kW?h）。是指電梯在規(guī)定的工作周期內(nèi)，完成工作量達到10000tm時的耗電量(kWh)?？梢姡撝笜嗽酱髣t電梯能耗越大。 比較而言，方案（1）采用無量綱系數(shù)的形式表征能效水平，雖然可以表征出不同電梯的能源利用效率的相對高低，但使用起來不夠直觀，無法一目了然地獲悉電梯的能耗水平；方案（2）則以每度電所能完成的輸送量來表征電梯的能耗，是方案（1）的另一種表現(xiàn)形式，同樣存在不夠直觀的缺點；而方案（3）則與目前常用的“噸公里油耗”或“單位GDP能耗”等有類似之處，能夠比較直觀地反應電梯的能耗指標，因而本項目最終選擇方案（3）作為電梯能源利用效率評價指標。5 電梯能源效率指標檢測方法研究與試驗（1）概述在確定了電梯能源效率評價指標后，需要解決的主要問題就是采用何種方法來檢測、確定一臺電梯的能源效率指標。一種較為簡單的能源效率評價方法是：電梯以某種典型工況（例如，轎廂裝載額定載荷，以額定速度向上運行一定的距離；或者轎廂空載，以額定速度在兩端站間往返運行一次）運行，測量該工況下所消耗的用電量，計算出電梯典型工況下運送載荷所做的功（kg?m）與能耗（kW?h）的比值，以此來衡量電梯的能源利用效率。但電梯實際運行工況較為復雜，采用某一典型工況的“輸出與輸入之比”并不能代表電梯產(chǎn)品實際的能源利用效率指標，這是因為有諸多因素會對其能源利用效率產(chǎn)生影響。例如：——電梯是斷續(xù)工作制，待機工況的耗電不可忽略。下圖5－1是瑞士J252。rg Nipkow等提供的關(guān)于電梯運行能耗（紅色）與待機能耗（藍色）的統(tǒng)計結(jié)果，由于中國與歐洲的國情不同，電梯使用率差別較大，運行能耗與待機能耗的比值可能與圖示不一致，但是電梯待機狀態(tài)耗電功率大致相同，待機時間通常遠遠大于轎廂上下運行的時間，會有相當大的能耗。圖5－1 ——電梯經(jīng)常處于非額定負載工況，曳引式電梯由于對重裝置的作用，轎廂半載運行時（轎廂側(cè)總重量與對重側(cè)總重量相平衡）耗電最小，轎廂空載下行或滿載上行時耗電最大，空載、輕載、半載、重載、滿載等工況能源效率指標相差懸殊。只考慮某一工況來進行能源效率的評價，有以偏概全之嫌。 ——由于驅(qū)動電機規(guī)格與電力拖動類型的差別，產(chǎn)品的用電功率因數(shù)不盡相同，功率因數(shù)低會加大供電設(shè)備容量，增加供電系統(tǒng)的線損耗。因此，功率因數(shù)也是一項對能源利用效率產(chǎn)生重要影響的因素?！仞侂娋W(wǎng)能源的質(zhì)量不同。電梯使用的電能回饋裝置注入電網(wǎng)的電流往往有諧波，會增加用電氣設(shè)備的熱損耗；回饋電能的功率因數(shù)也會影響到電網(wǎng)功率損耗。因此，電能回饋裝置的性能對能源效率利用的影響也不可忽視。 ——此外，電梯運行的摩擦損耗、電梯的交通運行模式，電梯照明、通風等輔助裝置的能耗，以及電梯的能源管理策略等等都會對其能源利用效率產(chǎn)生不同程度的影響。根據(jù)電梯的工作特點和能耗形式，顯然可以得出這樣的結(jié)論，即僅用一種典型工況來評價電梯的能源利用效率是不夠全面、科學的，應當尋找能夠較為全面、綜合地反應電梯實際能耗水平的評價方法。（2）影響電梯能源效率的因素分析通過上述分析，我們認為在進行電梯能源效率檢測方法的策劃時，需要考慮諸多影響能源效率的因素，并就這些因素對能源效率的影響程度進行分析，從而分清主次，從中選擇可能影響較大的因素進行重點分析研究，制定檢測方案，開展試驗工作；進而通過對試驗數(shù)據(jù)的歸納、匯總、分析，來驗證檢測方案并進行相關(guān)修正，并歸納出影響能源效率的重要因素，為提出提高能源效率的措施打下基礎(chǔ)。 現(xiàn)有的理論和工程實踐表明，影響電梯能源效率的因素很多，如：①與設(shè)備本身有關(guān)的因素： 機械傳動型式； 電氣拖動方式；控制方式；系統(tǒng)中的摩擦損耗；運動部件的摩擦型式（例如滑動和滾輪導靴）； 滑輪系統(tǒng)； 轎廂的裝潢； 門系統(tǒng)； 平衡系數(shù)；額定載重量；額定速度；制動電能回饋裝置；功率因數(shù)；待機功耗；加減速度特性；轎廂行程；等等。②與建筑物有關(guān)的因素：建筑物的類型；建筑物的規(guī)模；建筑物中人員的分布；建筑物的垂直運輸交通流量模式；建筑物的垂直運輸服務等級；建筑物的內(nèi)部環(huán)境（如溫度、濕度等）；層站高度；等等。③電梯的配置方面：電梯的垂直運送策略；電梯在建筑物中的分布；電梯與自動扶梯的組合方式；等等。④其他方面： 電梯的安裝、改造、大修質(zhì)量； 電梯的日常維修保養(yǎng)質(zhì)量； 電梯使用者的能源管理策略和水平；等等。上述因素中，②、③、④與電梯本體的能耗關(guān)系不大，可以通過提高建筑物設(shè)計水平、優(yōu)化交通流量控制模式和管理水平來減少相應能耗，故本項目不予考慮；①中，系統(tǒng)的摩擦損耗、運動部件的摩擦型式（例如滑動和滾輪導靴）、滑輪系統(tǒng)、轎廂的裝潢等因素雖然對能耗有影響，但這些因素或者與系統(tǒng)的總體設(shè)計要求有關(guān)，或者可以通過一定措施予以控制（例如提高安裝和維護保養(yǎng)質(zhì)量、限制轎廂裝潢等），因而在本項目中也不予考慮。因此，我們在進行電梯能源效率指標檢測方法的策劃時，將研究重點放在電梯的機械傳動形式、電力拖動類型、平衡系數(shù)、工作載荷、運行速度、轎廂行程、制動電能回饋裝置、供電電壓、功率因數(shù)、待機功耗等因素對能源效率的影響上，據(jù)此來設(shè)定檢測方案。（3）電梯能源效率指標檢測工況研究顯然，采用不同的檢測工況，會得出不同的檢測結(jié)果。而檢測時采用的工況越接近電梯的實際運行工況，則檢測結(jié)果的可信度越高。由前述分析可知，電梯的實際運行工況十分復雜，無法確定一種能包含各種實際運行情況的測試工況，只能通過對電梯實際運行情況的統(tǒng)計分析，來確定一種能較好地體現(xiàn)實際運行情況的檢測工況。由于電梯的使用場合、使用要求等的不同，電梯的實際運行工況千差萬別。主要