電梯的節能改造

顧萍

摘 ?要：隨著時間的推移，一些老舊電梯到了更新換代的時候，但是由于整體更換成本比較高而且其機械性能還是很好，并沒有過多的磨損，所以只需要更換電氣系統進行改造，使其符合最新的GB7588規范。而電梯在使用過程中成本最高的就是電能，該文主要根據電梯在使用過程中電梯曳引機是四象限運動的特點介紹一下最新的節能方法。

關鍵詞：電梯 ?改造 ?節能

中圖分類號：TU857 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（a）-0049-02

在當今社會城市化建設中電梯無疑是高層建筑中間最不可或缺的一種設備，也是現代人在日常生活中必不可少的一項樓宇交通工具。目前一些商場和小區使用的舊梯都是按照老的國標來設計制造和安裝的，而且使用年限較長，在電氣技術上無法達到目前國家最新的GB規范。在2009年5月26日國家質量技術監督檢疫總局下發了《高耗能特種設備節能監督管理辦法》中電梯作為高耗能特種設備納入了節能監管范圍。所以在實施舊梯改造的時候就不得不考慮改造后電梯的節能問題。

在實際使用電梯的過程中，電梯的曳引機運行是四象限運行，在2個象限運行時為耗電狀態，在另2個象限運行時為發電狀態，具體如下：電梯的轎廂重量是P，額定載重是Q，對重的重量大約是P+Q/2，電梯在滿載往下運行或者空載往上運行的時候曳引機就是處于一個發電的狀態。在這個時候許多廠商往往把這部分電能采用變頻器外接電阻的方法消耗掉。電阻消耗電能不僅降低了電梯的能耗系數，而且電阻大量發熱造成機房里面的溫度升高，使電氣設備的工作環境變得惡劣，有的甚至要在機房里面安裝空調來降低溫度，這又是一項電能消耗。所以目前有的電梯廠家在市場上推廣能量反饋裝置，把電梯曳引機發出來的電回饋電網，但是目前在較多的區域電網內不允許該部分能源返回，原因是回饋的電能與電網內電能波段頻率不同，容易對電網電能造成污染。所以要對能量反饋裝置做一個改造，使得電梯能夠使用曳引機發電狀態下發出來的電。

假設我們在改造過程中把兩臺電梯A和B進行并聯控制，將兩臺變頻器的直流母線和電梯ARD系統的直流母線連接起來，使電梯的再生能量能夠為ARD系統的蓄電池充電，如果檢測到蓄電池已經充滿則在下一次電梯運行時優先使用ARD電池中的電能，在使用到電池能量的下限時（提供A、B兩臺電梯的應急響應能量）則電梯使用電網能量，并且在發電狀態給ARD系統充電。具體結構原理圖設計如圖1所示。

當ARD系統首次接入電梯系統中時，DPS會分析ARD電池中的蓄電量是否可以提供足夠的緊急電量X1，如果不足則使用外部交流電充電至X1，使得ARD系統在電梯應急保護系統中能夠起到作用。之后A、B電梯運行中繼續使用外部交流電。當A、B電梯在發電狀態時，DPS會檢測出電梯A、B所發電量向蓄電池充電，直至蓄電池電量全部充滿至X2。這樣在下次A電梯或B電梯使用的時候DPS會實時檢測A電梯或B電梯在運行時的電流和電壓數據，來傳送給ARD的控制系統進行電流的輸出。電流將通過雙向DC電路輸送給A電梯或B電梯變頻器的直流母線，由于考慮到大電流輸出對蓄電池的使用壽命會有比較大的影響，所以需要與外部電網輸送進來的電流進行調制，供給電梯A或電梯B正常運行，從而達到節能的目的。

電動機在能耗制動時所產生的能量是：W=W1+W2-W3-W4。其中W1是電動機的轉動慣性能量，W2是電動機內部電感的能量，W3是機械損耗的能量，W4是其他損耗的能量。

根據實際的檢測W2與W3+W4的數值基本相同，所以回饋電能就是W=W1，也就是電動機的轉動慣量。

電梯的轉動慣量就是其勢能，所以W=MGHT。目前電梯的平衡系數一般都是0.5左右，所以我們就能夠計算出電動機在第二或者第四象限運動時的能量。

例如，目前國內使用比較多的1000kg、1m/s這樣的電梯，就算是普通小高層12層站，每層站高度3.5m，曳引機功率6.3kW，這樣變頻器功率是7.5kW，電梯全程運行一次的時間大約是44s，使用電能大約是0.1kW·h，兩臺電梯的運行一次的總電能是0.2kW·h。根據公式，電梯在第二、第四象限全程運動時的回饋能量是W=500×9.8×3.5×12=0.057kW·h。根據目前國內市場上主流充電器的效率是60%左右，這類電梯在空載向上或者滿載向下時可以給電池充的電為0.036kW·h。在這種情況下電梯運行3次就可以提供電梯滿載向上或者電梯空載向下一次的能量，可以說是節電30%，當然這個是理論算法，電梯實際使用中的情況要復雜，我們保守預計這套系統能為電梯節能25%。

接下來我們就要給這套系統確定ARD的蓄電池。因為ARD系統是電梯的緊急供電系統，它的電池需要為電梯的應急情況供電，所以需要提供至少0.4kW·h的電能電池。在此我們選用3節12V、20Ah的鉛蓄電池來作為ARD系統的電池。目前很多小區建設中小高層都采用一梯兩戶的設計方案，那么一部電梯需要供給22戶人家使用，每戶每天使用電梯次數大約7～8次，有時會有一次運行載多人的時候，我們就可以說電梯每天大約有80次的使用，電梯有空載、滿載、輕載以及重載等不同的運行情況，所以根據一天的使用監測，小高層小區電梯平均下來每臺電梯使用大約為8～12度電。按照目前民用電的電費標準0.56元每度，則每天大約需要50元左右。一個普通小區大約有40～50臺電梯那么一個小區的電梯電費就需要2000～2500元，一年則需要73萬～91萬之間的電費。如果在實際使用中我們能夠使耗電下降25%，則每年可以省出大約18萬～23萬元的電費開支。如果是高層建筑，那么其經濟性會更加凸顯，所以此項改造不光可以針對老舊電梯進行，也可以針對新設計建造的電梯，在電機用電效率研發遇到瓶頸的今天，使用電梯的能量回饋接受技術能使用戶的電費大大降低。

綜上所述，在我國目前的城市化中使用了大量的電梯，據不完全統計目前國內的電梯保有量是200萬臺，每天的耗電量保守估計要6000萬～8000萬度電，如果使用能量回饋接受裝置，那么我們以省電20%計，每年能節省下來的電能就非?？捎^了，對目前國家所倡導的節能減排也有積極的響應作用。

參考文獻

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