曳引式電梯的能耗建模及節(jié)能分析

單泉潤(rùn)

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，天津 300192）

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，高層建筑物的數(shù)量持續(xù)增加，電梯則是其中極為關(guān)鍵的一個(gè)部分，具有提升居民居住、工作舒適度的作用。曳引式電梯系統(tǒng)，主要是通過運(yùn)行曳引系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸目標(biāo)。因?yàn)橐芬娞莸奶厥夤ぷ髟恚漭p載下行與重載上行、減速制動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生大量能耗，大量能耗支撐著其運(yùn)行，會(huì)產(chǎn)生巨額的成本資金消耗。當(dāng)前，國(guó)家能源政策在能耗產(chǎn)品方面有更明確而嚴(yán)格的要求，曳引式電梯類別的選擇、優(yōu)化配置、節(jié)能設(shè)計(jì)與有效監(jiān)管都是關(guān)鍵性內(nèi)容。

1 曳引式電梯的運(yùn)行原理與能耗特征

（1）運(yùn)行原理。電梯設(shè)施屬于高層建筑高層建筑物中不可缺少的組成部分，人們借助電梯進(jìn)行生活、工作、出行、運(yùn)輸?shù)取Ｒ芬诫娞莞且环N較為常見的種類，其中包含多個(gè)不同的系統(tǒng)（如圖1所示，）運(yùn)行原理一般為：基于鋼絲繩，把轎廂和對(duì)重穩(wěn)妥連接在一起，同時(shí)和曳引輪共同組成曳引系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)中，鋼絲繩個(gè)與輪槽之間會(huì)產(chǎn)生摩擦力，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。明確電梯設(shè)施的平衡系數(shù)，實(shí)際升降中能夠降低其載荷差，更能夠強(qiáng)化其實(shí)際作用，可在電梯中安裝代償設(shè)施，確保曳引式電梯的運(yùn)行安全。

（2）能耗情況。曳引式電梯的實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)產(chǎn)生大量能耗，也需要投入大量的資金成本，實(shí)際上，電梯設(shè)施就是系統(tǒng)系統(tǒng)之外的能量互換，同時(shí)系統(tǒng)基于不同形式進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化支撐。在曳引式電梯的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，遵照要求將負(fù)載運(yùn)輸至目標(biāo)高度中，電梯設(shè)施實(shí)際上行運(yùn)行中，其對(duì)重會(huì)轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)勢(shì)能，下行過程當(dāng)中其又會(huì)轉(zhuǎn)變成為對(duì)重勢(shì)能。

分析曳引式電梯的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，依據(jù)無能量回饋單元將其劃分成變壓、變頻調(diào)速。曳引機(jī)處在運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，電力能源基于整流、逆變以及濾波，將外部電能轉(zhuǎn)變成曳引輪機(jī)械能。基于此，借助曳引機(jī)來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。曳引機(jī)發(fā)電狀態(tài)中，其機(jī)械能會(huì)變成電能，實(shí)現(xiàn)提升電梯的目標(biāo)，制動(dòng)單元具有相應(yīng)的調(diào)控作用。

圖1 曳引式電梯設(shè)施的各個(gè)組成系統(tǒng)

2 曳引式電梯的能耗建模

（1）能耗模塊。探析單體系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的能耗情況，能夠獲悉曳引系統(tǒng)能耗主要就是轎廂與鋼絲線，其作用下產(chǎn)生了能源消耗。

曳引系統(tǒng)的能源消耗模塊中包含對(duì)重、鋼絲繩以及補(bǔ)償電纜等。在模塊構(gòu)建過程中，要著重分析轎廂所承受的阻力情況，對(duì)電梯運(yùn)行的關(guān)系進(jìn)行構(gòu)建。其中包含電梯調(diào)速、曳引機(jī)的種類，在模塊構(gòu)建過程中，需要對(duì)輸出力矩和轉(zhuǎn)速系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析。在對(duì)門機(jī)系統(tǒng)的能源消耗模塊進(jìn)行構(gòu)建時(shí)，一定要站在模型構(gòu)建的立場(chǎng)上，明確諸多能源損耗的指標(biāo)。

管控顯示的能源消耗模塊所對(duì)應(yīng)的是全關(guān)卡系統(tǒng)的電子模塊，基于曳引式電梯實(shí)際的通風(fēng)空調(diào)、照明情況等，對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的能源消耗模塊真實(shí)數(shù)值進(jìn)行檢測(cè)，著重構(gòu)建曳引、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方面的能源消耗模塊。

（2）運(yùn)行環(huán)境。有些建筑物中的客流分布情況存在特殊性，這時(shí)候應(yīng)用電梯需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)與調(diào)整，電梯設(shè)施涉及的運(yùn)行軟件、運(yùn)行硬件環(huán)境等，共同形成了電梯設(shè)施的能源消耗系統(tǒng)。為了弄清楚電梯設(shè)施具體的能耗情況，對(duì)其進(jìn)行模塊構(gòu)建，要先明確整個(gè)建筑物的高度、樓層數(shù)、客流情況、載荷等，這些數(shù)據(jù)都會(huì)對(duì)曳引式電梯的能耗情況產(chǎn)生影響，同時(shí)也共同組建成為曳引式電梯的運(yùn)行速度模塊，對(duì)這個(gè)模塊進(jìn)行分析，能夠明確電梯能耗的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（3）基于動(dòng)態(tài)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行建模。基于動(dòng)態(tài)的能源消耗信息庫中進(jìn)行主驅(qū)動(dòng)、通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、門機(jī)等所產(chǎn)生的能源損耗數(shù)據(jù)，并且構(gòu)建系統(tǒng)之間的協(xié)同關(guān)系，構(gòu)建出曳引式電梯的能源消耗模型。這個(gè)系統(tǒng)中最顯著的特征就是建模簡(jiǎn)單，如果能夠?qū)﹄娞莸幕A(chǔ)配置進(jìn)行明確，并且掌握各個(gè)系統(tǒng)的能源消耗知識(shí)等，就能夠合理有效地進(jìn)行模型構(gòu)建。基于此，對(duì)電梯系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算，對(duì)其在電梯實(shí)際運(yùn)行中能耗情況產(chǎn)生的影響進(jìn)行解讀，基于此，對(duì)電梯設(shè)施的能源損耗方案相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)估，提出有關(guān)電梯節(jié)能降耗發(fā)展目標(biāo)方面的構(gòu)思，讓曳引式電梯滿足現(xiàn)代化發(fā)展需要，同時(shí)確保其實(shí)際運(yùn)行中的安全性與可靠性。在電梯能耗模型的動(dòng)態(tài)測(cè)量基礎(chǔ)上理解能耗原理，對(duì)電梯能耗相關(guān)情況進(jìn)行掌握，基于此，對(duì)模塊構(gòu)建訴求進(jìn)行滿足。設(shè)計(jì)模型的過程中，首先要對(duì)建筑物信息、客流情況、調(diào)度情況等等相關(guān)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，這也是非常關(guān)鍵的。

3 基于試驗(yàn)檢驗(yàn)電梯的能耗模型

為了能夠強(qiáng)化曳引式電梯設(shè)施的節(jié)能成效，可對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。基于模型的實(shí)際情況，使用變頻調(diào)速技術(shù)，通過高效電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。基于智能群控相關(guān)技術(shù)，調(diào)試電梯的運(yùn)行狀態(tài)。合理配置建筑物與曳引式電梯設(shè)施，不僅要考量建筑物的實(shí)際情況，同時(shí)，要對(duì)電梯設(shè)施的型號(hào)等進(jìn)行合理選擇，以免由于型號(hào)不搭配產(chǎn)生電梯能耗高的問題。為了能夠?qū)﹄娞菰O(shè)施節(jié)能情況進(jìn)行合理探析，選擇電梯荷載為0、20%、40%、80%、100%的電梯設(shè)施進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，基于能量裝備情況的不同對(duì)理論值和現(xiàn)實(shí)能耗值進(jìn)行對(duì)比，并探析其誤差情況（詳見表1）。

表1 基于能量裝備情況的不同對(duì)比理論值和現(xiàn)實(shí)能耗值

比較表1中的相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠獲悉物理電梯中是否配備了能量回饋的驅(qū)動(dòng)裝置，如果載荷為100%，所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)值與計(jì)算數(shù)值的誤差最小，這是因?yàn)橐芬到y(tǒng)參數(shù)的指標(biāo)產(chǎn)生微小波動(dòng)誤差，其在總體能耗中的比例較大，反之，能耗的誤差也比較大。

如果電梯設(shè)施處在平衡載荷的周邊，電梯設(shè)施的曳引系統(tǒng)參數(shù)數(shù)值發(fā)生了變化而產(chǎn)生誤差，其在能耗總體占比中的比重較大。如果曳引機(jī)處在發(fā)電狀態(tài)，會(huì)終止系統(tǒng)的能耗過程，這時(shí)，曳引式電梯系統(tǒng)的啟動(dòng)與停運(yùn)狀態(tài)會(huì)直接導(dǎo)致能耗誤差的情況，由于電梯設(shè)施在開門、關(guān)門、低速上行和一些元器件的瞬間動(dòng)作中，曳引式電梯的仿真結(jié)構(gòu)誤差都處在有關(guān)規(guī)范的要求范圍內(nèi)，這表明這臺(tái)曳引式電梯設(shè)施的能耗模型測(cè)量結(jié)果是正確的。這也說明，所構(gòu)建的曳引式電梯設(shè)施能耗模型是符合實(shí)際情況的，能夠達(dá)成節(jié)能降耗的發(fā)展目標(biāo)。

4 結(jié)語

總而言之，在高層建筑物中，曳引式電梯是極為關(guān)鍵的組成部分，為了能夠滿足節(jié)能降耗相關(guān)規(guī)定的要求，對(duì)曳引式電梯的能耗情況進(jìn)行了解與分析，對(duì)其能耗建模進(jìn)行探究。對(duì)電梯所有系統(tǒng)以及運(yùn)行環(huán)境在能耗建模方面產(chǎn)生的影響進(jìn)行明確，基于驅(qū)動(dòng)、電梯系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行、配置等方面進(jìn)行節(jié)能創(chuàng)新，并且積極開展試驗(yàn)檢驗(yàn)工作，判斷曳引式電梯能耗建模的合理性、有效性以及可行性，這對(duì)于曳引式電梯的推廣、應(yīng)用來講非常關(guān)鍵。