淺談電梯節能技術的應用分析

【摘 要】本文作者分析了我國電梯的現狀，并主要從變壓變頻調速技術、能量回饋技術以及群控技術等方面介紹了電梯的節能技術。

【關鍵詞】電梯；節能技術；應用；分析

據資料介紹，我國僅三星級以上的酒店，空調和電梯 2 項耗電量就占城市耗電量的1/3，電梯是現代建筑最大的用電設備之一。隨著我國經濟建設的不斷發展，人民生活水平的不斷提高，電梯的擁有量呈不斷上升趨勢，電梯的能耗也隨之不斷增高。因此，電梯節能降耗的研究已引起社會各界的廣泛關注。開展電梯的節能降耗工作已經是大勢所趨，這是一項利國利民的重要工作。

1 我國電梯的現狀

作為樓宇中的高能耗設備，電梯的節能對于我國的可持續發展尤為重要。有關數據顯示，截止 2011 年底，全國在用電梯達到 115.7 萬臺。其中，約有 1/3 的電梯為交流雙速、交流調壓調速等老舊電梯；節能電梯不足總量的10%；采用永磁同步拖動技術的不足 5%；應用制動電能回饋技術的不足0.5%。據國家特種設備主管部門近期的統計和預測，今后幾年我國電梯增長率還將在15％以上。因此，對電梯實施節能審查和監管，采取有效措施降低能耗，是非常必要和現實的，符合建設資源節約型社會的基本國策，必將取得顯著成效。

據美國和香港權威機構提供的統計數據顯示，電梯耗電要占到大樓總能耗的 3％～7％，我國電梯的能耗相對來說可能會更高一些。以 2008年底我國在用電梯 115.7萬臺計，按每臺電梯每年工作360 天，每天耗電 80 kW·h 計算，全年耗電量約為 333.9 億 kW·h。由此可見，電梯已成為耗能大戶，電梯節能降耗已引起社會各界的關注。電梯行業已比以往任何時候都更為努力地為減少電梯的能耗進行探索，通過近幾年的研究和開發，一些電梯的節能技術也日趨成熟，對電梯產品總能耗產生了巨大影響，為電梯節能帶來了巨大空間。

2 電梯節能技術介紹

2.1 VVVF（變壓變頻調速）技術

VVVF 技術在現代交流調速電梯驅動控制系統中得到了最廣泛的應用。電梯驅動系統采用成熟的 VVVF 技術早已成為當今改善電梯驅動控制性能、提高電梯運行質量的主要途徑。VVVF 技術淘汰了各類交流雙速電機調速驅動，取代了直流無齒輪驅動，不僅使電梯的運行性能優越，同時也有效地節約了能源，降低了損耗。以下按照電梯運行的不同階段來分析VVVF 電梯的節能性。電梯運行可簡化為起動、穩速運行、制動 3 個階段。

2.1.1 起動階段：VVVF 由于在低頻條件下起動，無功電流小，從而大大降低了總的起動電流，降低了能耗。

2.1.2 穩速段：ACVV（調壓調速）電梯在穩速運行段所消耗的能量在滿載和半載上行的條件下與 VVVF 控制的電梯相近。而在輕載上行（或重載下行）時，由于倒拉效應，ACVV 電梯要從電網取得能量產生制動轉矩，而 VVVF 電梯工作在再生發電制動狀態，不需從電網中獲得能量。

2.1.3 制動段：ACVV 電梯在制動段一般采用能耗制動方式，即從電網中取得能耗制動電流，電流變成熱能消耗在電機的轉子中，對于較大慣性輪的電機，能耗制動電流可達到60～80 A，電機的發熱也比較嚴重。而 VVVF 電梯在制動段不需從電網中獲得任何能量，電動機運行在再生發電制動狀態，電梯系統的動能轉化成電能消耗在電機外部電阻上，不僅節能，而且也避免了制動電流引起的電機發熱現象。經實際運行測算比較，采用VVVF 控制的電梯，與 ACVV 調速電梯相比，節能達30%以上。VVVF 系統還可以提高電氣系統功率因數，降低電梯線路設備的容量和電動機的容量達30%以上。根據以上所述，可知 VVVF 變頻調速電梯具有明顯的節能特性，代表了電梯調速的發展方向，具有顯著的經濟效益和社會效益。

2.2 能量回饋技術

電梯的結構可以簡單地看作為一個定滑輪及其兩側的重物，一側的重物為轎廂及乘員，另一側的為對重，起到定滑輪作用的是曳引機。電梯工作時，曳引機拖動兩邊的重物將電能與重力勢能互相轉化。當轎廂與乘員的重量超過對重的重量，電梯上行時，電機做功，將電能轉化為勢能；下行時，重力做功，將勢能轉化為電能。當轎廂與乘員的重量小于對重的重量，電梯上行時，重力做功，將勢能轉化為電能；下行時，電機做功，將電能轉化為勢能。由重力勢能轉化而成的電能，通過電機進入電梯控制柜中的變頻器的直流電容中，這些能量如果不及時消耗，累積超過了電容能容納的極限，將會損壞變頻器，所以，比較普遍的做法是，將這些電能通過發熱電阻將它們轉化為熱量散發出去。但這種做法有以下缺點：

2.2.1 浪費能量，降低了系統的效率；

2.2.2 電阻發熱嚴重，影響系統的其他部分正常工作；

2.2.3 簡單的能耗制動有時不能及時抑制快速制動產生的泵升電壓，限制了制動性能的提高。同時，這種做法使得電梯機房的溫度很高，為了使電梯正常工作，往往要使用空調來降溫，增加了能源的消耗。通過使用能量回饋裝置，可以很好地解決這個問題。iAStar-RG 能夠實時地檢測變頻器直流母線上的電壓及電網頻率，把變頻器直流母線上多余的電能重新逆變為交流電，并反饋到電網中，讓每一部電梯，在制動時都成為一部小型發電機，把發出的電能用于人們的生產、生活，使得電梯用電更為節能、高效，長期使用更是具有非常高的經濟效益。

安裝了能量回饋裝置的電梯，年均運行總耗電量普遍可下降25%～35%，機房空調耗電量夏季可下降 40%～60%，一臺 20 層的電梯一年可以節省6000 kW·h 電能左右，一個擁有 100 部電梯的小區，一年則可節省 60 萬 kW·h 電能，相當于 800 個家庭 1 年的用電量。國家黃河小浪底工程每年發電量平均為 51 億 kW·h；大亞灣核電站每年發電量平均為 137 億 kW·h。如果將能量回饋裝置應用于全國所有的電梯，全國電梯每年節約的電量約相當于小浪底工程 26 個月的發電量；相當于大亞灣核電站 10 個月的發電量。

2.3 群控技術

群控電梯就是多臺電梯集中排列，共有廳外召喚按鈕，按規定程序集中調度和控制的電梯。召喚信號的分配采用最小等待時間原則，充分考慮電梯的層樓距離、召喚和指令的登記情況、超越情況、反向情況等等因素，實時調配具有最快響應時間可能性的電梯來應答每一個召喚，從而充分挖掘電梯的運輸能力，大大提高電梯的運行效率。群控技術雖然不能使某一臺電梯運行時達到節能的效果，但可以通過合理的調度實現群組中電梯的節能。另外，目前比較新的幾種群控調度技術如目的層選層技術、分層技術等，可以保證在相同的運載能力的情況下，減少群組中電梯的數量或減少電梯的額定載重，達到節能的效果。

3 結語

中國是一個能源匱乏國，又是一個能源消耗大國，然而能源利用率卻只有約 32%，比國外先進水平低十多個百分點。倡導節能環保、科學創新，構建節約型社會，已成為我國政府工作的一個重點。全國人大常委會于 2007 年 10 月 28 日通過的《中華人民共和國節約能源法》中規定，“對高耗能的特種設備，按照國務院的規定實行節能審查和監管?！眹屹|檢總局質檢特函［2007］29 號文件提出：要對鍋爐、換熱壓力容器、電梯等高耗能特種設備實行能效測試，加強特種設備使用環節的節能監管。電梯節能技術的應用，不僅緩解了國內日益增長的電力緊張局勢，同時也為中國建設節約型社會、實施可持續發展戰略作出了巨大的貢獻。

參考文獻：

[1]朱德文，付國江.電梯群控技術[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]《電梯能源效率的評價指標與檢測方法研究》課題組.電梯節能技術應用與展望[J].電梯工業，2011，（5）.