電梯的能效測試和評價方法研究

朱春明，張 捷，何永勝

(廣東省特種設(shè)備檢測院，廣東 廣州510655)

0 引言

國務(wù)院2009年頒布的《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例(2009修正)》［1］中多處提及特種設(shè)備的能耗問題，將特種設(shè)備的節(jié)能提到與安全同等重要的位置，表明國家對特種設(shè)備節(jié)能問題的重視，也說明了特種設(shè)備節(jié)能仍有很大的提升空間。

電梯是特種設(shè)備之一。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國已成為全球電梯生產(chǎn)和使用的大國，僅廣東省，在用電梯已近30萬臺，隨著電梯數(shù)量的迅速增長，其能耗越來越引起人們的重視。在我國，電梯節(jié)能技術(shù)已有一定的發(fā)展，不少企業(yè)開發(fā)出新的節(jié)能產(chǎn)品，并通過各種宣傳向市場推廣［2］。但電梯相關(guān)技術(shù)規(guī)范制修訂工作相對滯后，在有關(guān)電梯能源利用效率的檢測方法和評價方面，我國尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)［3］，電梯企業(yè)和相關(guān)媒體提供的產(chǎn)品效率及其節(jié)能數(shù)據(jù)就沒有可比性，造成一定的市場混亂。

因此，在電梯節(jié)能技術(shù)已取得一定成果的情況下，迫切需要有相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開展電梯節(jié)能測試研究，制定電梯能效的評價指標(biāo)與統(tǒng)一的檢測方法，以解決政府職能部門對節(jié)能監(jiān)管的技術(shù)問題。

1 電梯的能效指標(biāo)

曳引式電梯是目前我國使用數(shù)量最多、占耗能比例最大的一類電梯，研究中以它作為研究對象(文中后面所有的“電梯”，除非有特別說明，均指“曳引式電梯”)。電梯是一種間歇性工作的設(shè)備，它的能耗包括工作能耗和待機(jī)能耗［4－5］，同一臺電梯，裝在不同的場所，每天的工作時間和待機(jī)時間會有差別，工作能耗和待機(jī)能耗也就不同，因此，很難通過單一指標(biāo)考核電梯的能效，所以應(yīng)根據(jù)工作特性，將其能效考核指標(biāo)分為工作能效和待機(jī)能效兩項指標(biāo)，分別進(jìn)行考核。

1.1 工作能效指標(biāo)——單位輸送量的用電量

由于負(fù)載、運(yùn)行方向經(jīng)常發(fā)生改變，以及重力的作用，電梯的能耗，需要拋開純粹物理量的有用功概念，將電梯載著負(fù)荷下行也作為有用功，以運(yùn)行距離代替提升高度，考核能效時，取電梯上下行的能耗和。

因此，將電梯的工作能效指標(biāo)定義為單位輸送量的用電量 δ［6］，其計算公式如下。

式中E——電梯在規(guī)定的工作周期內(nèi)，從電網(wǎng)輸入的電能(考核值)/kW·h;

W——電梯在規(guī)定的工作周期內(nèi)，轎廂運(yùn)送有效載荷完成的工作量，即每次運(yùn)送的有效載荷與被移動的垂直距離之乘積的總和/106kg·m。

1.2 待機(jī)能效指標(biāo)——待機(jī)功率

由于每臺電梯使用情況的不同，實際情況下各臺電梯的待機(jī)時間差別很大。將待機(jī)功率作為考核電梯能效的第二個直接指標(biāo)——待機(jī)能效指標(biāo)，其單位為瓦特(W)。

對于集選控制電梯，當(dāng)它應(yīng)答完所有指令停靠在平層位置，并自動關(guān)上門后，即進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，由于目前大部分電梯采用了在待機(jī)一段時間后自動關(guān)斷轎廂照明和通風(fēng)的功能，因此，電梯的待機(jī)功率在關(guān)斷照明前后會有不同，測試時應(yīng)將這兩個值全部記錄，如圖1。

圖1 電梯待機(jī)功率圖

大部分電梯的自動關(guān)斷照明、通風(fēng)的時間都不超過5 min，因此，選擇待機(jī)功率的測試時間為10 min，測試時間從電梯關(guān)好門開始。對自動關(guān)斷時間大于10 min的電梯，可適當(dāng)延長測試時間，直至關(guān)斷照明、通風(fēng)后的5 min。

2 基于模擬綜合工況的工作能效測試和計算方法分析

2.1 負(fù)載選擇

為了全面地反映實際運(yùn)行中的各種載荷工況，本研究中選擇0%、25%、40%、50%、75%、100%的額定載荷來測試。

每種工況在實際運(yùn)行中的比例是不同的，據(jù)統(tǒng)計，空載和滿載的幾率較小，各占10%，輕載和重載的幾率較大，各占25%，半載的幾率最大，占30%(40%額載和50%額載各占15%)。

按照上面的測試方法，分別測試電梯不同額定負(fù)載下運(yùn)行一周期的用電量，并按各負(fù)載所占比例，計算綜合輸入電能E(kW·h)。

電梯綜合運(yùn)行工況下的工作能效δ的計算公式如下:

式中W——模擬綜合工況下，轎廂運(yùn)送有效載荷完成的總工作量/106kg·m;

Q——額定載重量/kg;

H——提升高度/km。

2.2 運(yùn)行方向、運(yùn)行距離選擇

電梯實際運(yùn)行時，上行和下行的概率和次數(shù)是相等的，因此，測試時同一負(fù)載上下運(yùn)行一次作為一個測試周期。

運(yùn)行距離，采用單、多層、全程綜合法進(jìn)行模擬。即在對電梯進(jìn)行能效測試時，將運(yùn)行模式設(shè)定為向上單層運(yùn)行1次、多層運(yùn)行2次到達(dá)頂層，然后從頂層下行同樣層站停靠，到達(dá)底層后，再全程上下行運(yùn)行一次，如圖2所示，這樣可較為全面地反應(yīng)實際運(yùn)行中的各種運(yùn)行工況。

圖2 測試周期運(yùn)行順序圖

如果電梯的層數(shù)少于6層，電梯在單次上行中，不能完成一個包含一個單層、兩個多層的運(yùn)行路線，因此，應(yīng)對停層修改，不停中間層，而從底層到次底層后，直接到頂層，下行也同樣。如果電梯的層數(shù)只有2層，則只需上下運(yùn)行一次。

3 電梯能效等級的分級方法

研究中，對32臺不同工作用途、速度、載重量、層/站、提升高度、傳動方式和拖動方式的電梯進(jìn)行了工作能效和待機(jī)功率的測試，其中有23臺電梯進(jìn)行加裝能量回饋裝置測試，并對有能量回饋和無能量回饋的狀態(tài)分別進(jìn)行測試，下面利用測試的數(shù)據(jù)對這兩個指標(biāo)進(jìn)行分級。

圖3匯總了上述檢測的32臺電梯的工作能效指標(biāo)值，并將這55個測試值繪成柱狀圖。

圖3 電梯工作能效指標(biāo)匯總圖

全部55個能效的平均值為1.55，從圖3中可以看出，32臺電梯的工作能效為0.83～2.97，這些值的大小與電梯傳動方式、拖動方式等有著密切的關(guān)系，建議按能效指標(biāo)值將電梯產(chǎn)品分為5個等級;

另一方面，電梯的待機(jī)能效指標(biāo)的測試數(shù)據(jù)顯示，電梯在待機(jī)300 s后的平均待機(jī)功率約為120 W，由于待機(jī)功率對電梯的總能耗影響遠(yuǎn)沒有工作能效那樣明顯，該指標(biāo)的限制相對可以寬松，也不必分過多的級別，建議分成三級。

綜合前面兩個能效指標(biāo)的等級劃分方法，最終建議電梯按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行能效標(biāo)識分級:

等級1——工作能效指標(biāo) ＜1.0，且待機(jī)功率＜150 W，表示最為節(jié)電，達(dá)到國際先進(jìn)水平;

等級2——1.0≤工作能效指標(biāo) ＜1.5，且待機(jī)功率≤150 W，表示比較節(jié)電，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平;

等級3——1.5≤工作能效指標(biāo) ＜2.0，且待機(jī)功率≤150 W，表示能源效率為產(chǎn)品平均水平;

等級4——2.0≤工作能效指標(biāo)≤3.0，且待機(jī)功率≤300 W，新產(chǎn)品準(zhǔn)入門檻;

等級5——工作能效指標(biāo)＞3.0，或待機(jī)功率＞300 W，限制、淘汰產(chǎn)品。

4 結(jié)論

基于模擬綜合工況的電梯能效測試方法和能效等級分級方法，不僅能有效地對各種不同參數(shù)的電梯進(jìn)行能效測試和標(biāo)識，還可進(jìn)一步分析電梯能耗與各參數(shù)之間的關(guān)系，研究出電梯節(jié)能的方法。電梯能效標(biāo)識、測試方法和能效等級分級方法的提出，有助于政府職能部門制定有關(guān)電梯節(jié)能方面的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，為電梯產(chǎn)品節(jié)能市場的發(fā)展起引領(lǐng)、監(jiān)督和規(guī)范化的作用。

［1］國務(wù)院.特種設(shè)備安全監(jiān)察條例［Z］.北京:中國法制出版社，2009.

［2］李少綱，葛超明.淺談電梯節(jié)能技術(shù)的推廣［J］.能源與節(jié)能，2011(6):41－42.

［3］李寧.國內(nèi)外電梯能耗研究情況簡介［J］.中國電梯，2009(9):5－17.

［4］孫立新.關(guān)于電梯能效評價的探討［J］.中國電梯，2008，19(4):43－45.

［5］黃春榕.關(guān)于電梯能耗評價的探討［J］.黑龍江科技信息，2009(25):33－34.

［6］薛季愛.電梯能耗狀況評價與檢測方法研究［J］.中國電梯，2008，19(13):33－37.