論節(jié)能技術(shù)在電梯中的創(chuàng)新型應(yīng)用

李博　劉東昊

摘要：我國的《節(jié)約能源法》已經(jīng)對當(dāng)前的能耗型特種設(shè)備提出了更高的要求，當(dāng)前的電梯需要盡快實(shí)施節(jié)能減排技術(shù)，本文擬從電梯中的能耗因素結(jié)構(gòu)出發(fā)，探討電梯中如何應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，希望能夠?yàn)槲覈碾娞莨?jié)能技術(shù)發(fā)展提供一些參考意見。

關(guān)鍵詞：節(jié)能技術(shù)；電梯；應(yīng)用

當(dāng)前全球的氣候正在逐漸變暖，使用節(jié)能減排的方式降低日常工作設(shè)備的能耗，降低碳排放已經(jīng)成為了當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的共同主題，作為特種設(shè)備之一的電梯，其節(jié)能工作不僅僅關(guān)系到當(dāng)前的能耗總量，也關(guān)系到使用者的安全和穩(wěn)定。目前三大以能耗為主的特種設(shè)備主要是電梯、鍋爐和換熱壓力容器，根據(jù)我國的相關(guān)規(guī)定，能耗型的設(shè)備應(yīng)當(dāng)優(yōu)先開展節(jié)能減排工作。截止到2013年，我國的電梯使用總量已經(jīng)達(dá)到了三百萬，每部電梯每天的電能消耗約為80千瓦時(shí)，全國所有的電梯工作能耗加起來每天需要約三萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量，在這個(gè)過程中總共需要的碳排放為7.2萬噸。也就是說，如果節(jié)能減排在電梯上應(yīng)用，每天只要降低1%的能耗就可以節(jié)約三百噸標(biāo)準(zhǔn)煤，長此以往的碳排放將會(huì)得到顯著抑制，所以將節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到電梯中具有非常顯著的現(xiàn)實(shí)意義。

1.電梯能耗的影響因素

一般來說，電梯的日常工作主要消耗的是電能，然而電能的消耗來源可能源于多個(gè)方面，因此在開展節(jié)能減排之前，需要了解電梯本身的能耗結(jié)構(gòu)，根據(jù)能耗結(jié)構(gòu)的主要方面進(jìn)行針對性降低能耗，才能夠有效抑制電梯的能耗水平。

電梯的整個(gè)系統(tǒng)主要由主機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)、門機(jī)、制動(dòng)驅(qū)動(dòng)、照明、通風(fēng)設(shè)備等等組成。從能耗的影響因素來看，電梯的能耗有內(nèi)部和外部兩方面，內(nèi)部主要是電梯的固有能耗，外部是指使用中的能耗，固有結(jié)構(gòu)主要是電機(jī)、電氣系統(tǒng)等等。使用過程中的外部能耗主要包含了電梯的運(yùn)行距離、方向和負(fù)載等等，因此當(dāng)運(yùn)行時(shí)間較長、負(fù)載較大、運(yùn)行方向向上時(shí)能耗會(huì)明顯增多。

在無論是電梯自身的固有能耗還是外部的使用中能耗，都涵蓋了非常復(fù)雜的能耗信息，使用一般的評價(jià)和測量方式是不科學(xué)的，并且當(dāng)前我國針對電梯的能耗評價(jià)也沒有統(tǒng)一的一套標(biāo)準(zhǔn)，所以說詳盡地表示電梯的能耗結(jié)構(gòu)是非常困難的。根據(jù)學(xué)者的研究經(jīng)驗(yàn)，電梯的能耗可以使用能耗指數(shù)來進(jìn)行評價(jià)，能耗指數(shù)指的是在一定周期內(nèi)電梯將負(fù)載提高到一定高度的能耗除以電梯實(shí)際對負(fù)載所做的功。因此可以看出，在對同樣的負(fù)載完成相等的工作任務(wù)時(shí)，消耗能量較少的就會(huì)有較低的能耗指數(shù)，能耗指數(shù)越小越節(jié)能。在實(shí)際的計(jì)算過程中，還可以采用空載法、模擬工況法等途徑進(jìn)行計(jì)算，一般來說能耗指數(shù)小于2.5的電梯為節(jié)能型電梯，能效指數(shù)在2.5至3.9之間的電梯為平均能效電梯。

2.節(jié)能技術(shù)在電梯中的創(chuàng)新型應(yīng)用

了解了電梯的能耗結(jié)構(gòu)以后，就可以根據(jù)其日常運(yùn)行的能耗結(jié)構(gòu)來制定對應(yīng)的節(jié)能方式，在電梯的運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)盡量避免負(fù)載工作以外的能耗，提升其能效指數(shù)。

2.1提高驅(qū)動(dòng)效率

根據(jù)能耗結(jié)構(gòu)調(diào)查，在電梯的運(yùn)行過程中，超過70%的能耗來自于其驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，因此電梯節(jié)能的重點(diǎn)在于降低驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的能耗，尤其是在拖曳、驅(qū)動(dòng)的效率，同時(shí)應(yīng)該提升能量的回收和反饋水平。

提升電梯的驅(qū)動(dòng)效率需要從兩個(gè)方面著手，分別是設(shè)計(jì)和制造，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)上需要改進(jìn)電梯的拖動(dòng)效率，電梯采用的都是電機(jī)的拖曳方式，在電能轉(zhuǎn)化為有用功的過程中都有一定的電能損耗，因此改變電能的運(yùn)行頻率可以有效降低電梯的能耗水平。在制造環(huán)節(jié)上也需要提升傳動(dòng)的效率，例如將電梯傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿方式改造成行星齒輪傳動(dòng)的方式，這樣可以顯著降低15%至30%的能耗水平，此外還可以通過改善轎廂的外部運(yùn)行空氣阻力來減少運(yùn)行過程中空氣阻力帶來的額外能耗。

2.2改善運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦

根據(jù)物理學(xué)中的摩擦力原理，電梯轎廂在運(yùn)行過程中的摩擦帶來的能耗大約有30%至50%，因此改良當(dāng)前的制動(dòng)摩擦結(jié)構(gòu)和電梯內(nèi)部的機(jī)械摩擦可以降低電梯的運(yùn)行負(fù)載，例如在齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)中適當(dāng)?shù)丶尤霛櫥停谳S承的轉(zhuǎn)動(dòng)中也加入相應(yīng)的潤滑液，可以有效地降低電梯的運(yùn)行阻力，延長使用壽命。同時(shí)拖曳的鋼絲繩與滑輪之間的動(dòng)摩擦可以進(jìn)行精確計(jì)算，選擇合適的摩擦材料后優(yōu)化消除，降低額外的能量損失。

2.3能量回饋

能量回饋主要指的是在電梯的運(yùn)行過程中，將制動(dòng)和運(yùn)行伴隨的能量損失進(jìn)行回收，通過反饋為交流電之后再使用到電梯的負(fù)載運(yùn)行中去。回收的主要裝置是逆變器，逆變器是一組半導(dǎo)體功率開關(guān)，通過開關(guān)的啟閉將直流電轉(zhuǎn)化為交流電的形式。同時(shí)配合當(dāng)前先進(jìn)的整流器技術(shù)，可以在更高的運(yùn)行效率下有效提升電梯的能量回饋效率。在回饋過程中，為了避免回收的電能與電梯的運(yùn)行電能不匹配，應(yīng)當(dāng)對應(yīng)地加入相位同步、波形畸變等控制技術(shù)元件。此外還可以通過使用永磁同步電機(jī)的方式來驅(qū)動(dòng)無齒輪曳引機(jī)，該驅(qū)動(dòng)設(shè)備相對于傳統(tǒng)的電梯結(jié)構(gòu)能夠高出20%的運(yùn)行效率，如果在電機(jī)控制和機(jī)械運(yùn)行損耗上進(jìn)一步進(jìn)行節(jié)能處理，還有可能將電梯能耗降到更低的水平。

3.總結(jié)

總的來說，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電梯的節(jié)能技術(shù)也會(huì)不斷地提高，當(dāng)前已經(jīng)誕生了太陽能電梯、直線電機(jī)電梯等先進(jìn)的節(jié)能方案，這些技術(shù)都將不斷地推動(dòng)電梯節(jié)能減排技術(shù)的不斷進(jìn)步，將環(huán)保節(jié)能的理念不斷地秉承下去。

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作者簡介：

李博（1990.06.10-），漢，呼和浩特，大學(xué)本科，電梯。

劉東昊（1987.02.15-），漢，赤峰，大學(xué)本科，電梯。