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电梯节能技术研究 摘要：节约能源法已明确提出要对高耗能特种设备实行节能审查和监管。电梯既与锅炉、换热压力容器并称为高能耗特种设备，推广和应用节能技术势在必行。因此，文章介绍了电梯能耗影响因素与衡量方法，探讨了节能技术的途径与应用。 下载 关键词：节能技术；电梯节能；电梯能耗 中图分类号：TU229 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）11-0064-02 在全球气候变暖的大背景下，采用节能技术以减少温室气体排放已成为世界各国的共识。作为特种设备之一，电梯的节能效果不仅关系到自身的能耗水平，还直接影响到安全、稳定、清洁发展的大局。电梯与锅炉、换热压力容器并称为三大能耗特种设备。按照国家相关政策，鼓励特种设备创新和应用节能技术。 1 电梯能耗的影响因素与能耗水平的衡量 在探讨电梯节能技术以前，有必要分析一下电梯能耗影响因素及能耗水平的衡量。只有弄清楚电梯为什么耗电？什么地方耗电？耗电原因有哪些？怎样评价电梯能耗水平？明确了这些内容才便于评价节能技术的 优劣。 1.1 电梯能耗影响因素 电梯能耗主要由主机驱动系统能耗、控制显示系统能耗、门机控制及驱动系统能耗、电梯轿厢照明与通风系统能耗组成。电梯能耗影响因素主要包括电梯固有配置与使用状况两部分。固有配置是电梯机械、电气系统各部件配置、效率因素。使用状况关系到电梯行程、运行方向和实际负载等结果，因而会影响电梯能耗。 1.2 电梯能耗水平的衡量 由于电梯能耗影响因素较多，工况复杂，通用的定量测评方法不足，而且目前我国也没有统一的电梯能效标准，因此衡量电梯节能水平较为困难。薛季爱等人提出采用能效指数衡量电梯能耗水平。电梯能效指数计算公式为=E/W，E为电梯工作周期内将负载提升至一定高度消耗的电能，W为提升负载所做的功。可见，电梯运输同样的载荷，耗能越少则节能效果越出色。2 电梯节能途径与节能技术应用 2.1 电梯主要节能途径 根据相关数据统计，电梯总能耗中超过70%以上是由驱动负载所消耗的，因此电梯节能的重点是提高电梯驱动、曳引系统的效率以及优化控制来节能。其次，应用能量回馈或反馈技术进行节能。 提高电梯驱动、曳引系统的效率需要从设计、制造环节入手。一是改进电气拖动能量转换效率，电梯采用电动机进行拖动，电能转化为机械能的过程中存在一定能量损耗，调频调压技术的运用可以减少能量损耗。二是提高传动部分效率，电梯传统的传动方式为蜗轮蜗杆传动，机械效率较低，改用行星齿轮传动或同步无齿轮传动技术，机械效率可以提高15%30%左右。三是改进电梯轿厢的空气动力学结构，通过减少运行中的空气阻力实现节能。 优化电梯控制技术是通过智能化控制减少不必要的能量支出和损耗，例如轿厢无人时自动关灯和减少通风、驱动器智能休眠技术等。 普通电梯制动时将制动能以发热的形式散失掉了。同时，电梯负载性质属于势能，曳引机负载由载客轿厢和配重组成。由于乘客人数变化，曳引系统运行时会引起势能增加或减少，如果将制动能耗和势能增量有效利用起来，发电并回馈给电网，就是能量回馈技术。 2.2 运用摩擦学原理减少电梯能耗 根据摩擦学研究，物体相对运动过程中摩擦引起的能量损失大约有30%50%，所以通过改善摩擦进行节能的潜力还是很大的。在电梯轴承、齿轮运转过程中中通过改善润滑，可以减少摩损，提高零部件寿命和机械效率。分析曳引钢丝绳的摩擦，也可减少钢丝绳与曳引轮之间的滑动损失、内摩擦损失、侧面摩擦损失等能量 损耗。 按照电梯负荷情况分析，其轴承、齿轮负荷较高，处于弹流润滑状态，其油膜厚度通常只有微米级。为了达到良好的润滑状态，油膜厚度的计算十分关键。过去一直没有很好的办法，现在已有所突破。将成果用于电梯润滑计算，需要了解轴承、齿轮在工作状态下的实际负荷。可根据电梯运行速度计算出轴承或齿轮运动副之间的相对运行速度，再进一步计算负荷。 曳引钢丝绳依靠与曳引轮之间的滚动摩擦力驱动轿厢升降，滑动损失导致钢丝绳速度损失、磨损加剧和效率下降。钢丝绳经曳引轮反复挠曲和伸缩，产生的内摩擦损失也引起机械效率下降。还有钢丝绳与曳引轮槽侧面摩擦损失。通过摩擦学原理精确计算和分析曳引轮与钢丝绳之间摩擦系数，可以为其节能提供更加可靠的量化依据。 2.3 能量回馈技术的应用 能量回馈技术，就是将前述电梯制动能和运行中产生的势能增量，通过储存并逆变为交流电后回馈到电网。逆变器是由一组半导体功率开关器件组成的电路，利用功率开关器件的通、断作用，将直流电转变为交流电。与整流器作用正相反（逆变器与整流器合称换流器）。随着IGBT管的应用，目前逆变技术效率、功能都趋完善，这为电梯能量回馈提供了坚实的基础。 在电梯运行过程中，当电梯释放势能时曳引机处于发电状态，例如轻载上行与重载下行；反之，曳引机处于电动状态，比如轻载下行与重载上行。而当电梯减速制动时，曳引机也工作在发电状态，因为系统要释放出动能。当电梯曳引机处于发电状态就可以利用能量回馈技术，将发电状态产生的能量转变为变频器直流母线上的直流电，并临时储存在直流回路中的电容内。如果这部分能量不进行处理，随着时间延续电容储存的电能越来越多，直至产生过电压而跳闸。为了避免引起过电压故障，一般要在直流母线上设置制动电阻，通过热的形式散失掉。 由滤波电容、IGBT全桥、串联电感等组成的逆变回路可以将上述直流电能转变为交流电，回馈给电网。其工作原理是只要直流母线电压超过逆变回路设定的电压值，回馈系统就开始工作；随着直流母线电压下降至设定电压值以下，回馈系统就停止工作。为了减少逆变过程对电网造成不利影响，电路控制需满足一定的条件，例如逆变过程与电网相位同步、波形畸变控制等。 2.4 其他节能技术的应用 采用永磁同步电机直接驱动无齿轮曳引机，该系统比传统蜗轮蜗杆传动效率高出20%以上。然而若在电机控制方面进一步优化，节能效率仍可能继续提升，如在低负载率和变速幅度较大范围区间优化控制减少铜损耗和铁损耗。 电梯停靠要经历减速-停止-加速的过程，与匀速运行时比较，其电能利用效率要低得多。利用智能群控技术可以减少电梯停靠次数，提高工作效率。采用自适应模糊神经网络系统可以优化多台电梯的控制，实现群控多目标优化调度。 3 结语 随着科学技术的不断进步，电梯节能技术必将继续获得新的发展。太阳能驱动电梯、直线电机驱动电梯都将陆续投入使用，电梯节能潜力将会不断得到挖掘。技术发展是无止境的，但节能环保理念是永恒的。 参考文献 王新华，邱东勇.国内外电梯节能技术研究节能技术，2013，31（2）：116-119. 孟桃