电梯能耗与机房环境温度改善

1、电梯能耗与机房环境温度 解 决 方 案 方案设计单位：深圳市瑞能节能科技有限公司 目 录第1章 ：电梯市场及电梯能耗现状.31.1 国内电梯行业现状.31.2 电梯能耗问题分析.41.3 电梯节能市场现状.41.4 电梯节能的社会效益与经济效益.5第2章 ：ERN电梯能耗与机房温度解决方案.62.1 方案设计理念.62.2 产品介绍.72.2.1 产品技术架构.82.2.2 产品特点.82.2.3 产品技术规格.92.3 应用案例.10第3章 ：ERN解决方案的技术优势.113.1 方案设计及应用的领先与创新性.113.2 设计充分考虑到广泛配套使用.113.3 设备安装调试简单方便.11第4

2、章 ：方案设计单位介绍.12第1章 电梯市场及电梯能耗现状1.1 国内电梯行业现状 图1.1 国内电梯保有量示意图 随着我国经济的发展，众多高层建筑拔地而起，电梯需求量越来越大。中国电梯行业协会数据统计显示，截止2013年底，中国在用电梯保有量已经突破300万台。国内电梯行业共有整机制造企业达到460家，备案的部件制造企业155家，安装维保企业5900余家。 近年来，中国电梯产销量继续以每年30%左右的速度增长，预计2014年起每年新增电梯数量将接近100万台，占全球每年新增电梯总量的60%。2013年，北京、上海、广东等省份的电梯保有量已经超过了40万台。在过去的5年中，中国电梯产量、保有量

3、以及年增长量均为世界第一。 未来中国电梯行业的高增长可能不会持续，但是老旧电梯的更换与改造需求不断增加，随着我国经济不断增长、城镇化建设的加速，电梯市场潜在的需求量依然会很旺盛。1.2 电梯能耗问题分析 一台普通电梯每天的耗电量大约在30-80度之间，取平均值一台电梯每天耗电量40度测算，全国在用电梯数量300万台，一年全国电梯总能耗438亿度，平均每天的电梯耗电量在1.2亿度左右，全年电梯总耗电量约等于大亚湾核电站36个月的发电量，可见电梯耗电量的数目巨大。 目前我国在用电梯控制系统大部分还是通过制动电阻散热消耗多余能量，从而达到保护变频器正常工作。由于制动电阻不断散发热量，进入夏季以后机房

4、温度会不断升高，机房环境温度过高以后，电梯控制系统中的元器件老化速度加快，故障率频发。为了降低电梯故障率，保证电梯的正常运行，需要在电梯机房加装空调或者风扇改变机房环境温度。尤其是南方地区的电梯机房空调，进入夏季以后几乎是每天24小时不停运转，按照一台空调2P功率计算，每天空调的耗电量可以达到36度，开启5个月空调将耗电5400度。 由此可见，解决电梯能耗首先需要解决制动电阻散热消耗的多余能量，将其回收利用，还可以在机房环境温度改善的情况下减少空调工作时间，这两部分的能耗节约空间非常大，也是电梯节能市场的一种发展趋势。 随着电梯数量的不断增加，电梯能耗问题越来越受到人们的关注。面对严峻的能源与

5、环境问题，国家也加大了对电梯节能的政策影响，先后有海南、陕西、河南、河北等省份相继出台了关于推动电梯节能技术应用的政策文件。建筑节能项目的实施中，空调、水泵、照明、电梯已经逐渐被要求整体进行节能改造，越来越多的医院、学校、酒店以及物业公司对电梯节能提出了需求。1.3 电梯节能市场现状 目前市场上的电梯节能技术主要有四种： 1.3.1 改进机械传动与电力拖动系统 例如将传统的蜗轮蜗杆减速器改为行星齿轮减速器或采用无齿轮传动，机械效率可以提高15%-25%；将交流双速拖动系统改（AC-2）为变频调压调速拖动系统（VVVF），电能损耗可以减少40%左右。 1.3.2 改善电梯轿厢照明系统 将电梯轿厢

6、的照明灯具更换为小功率的LED灯，减少电梯照明的耗电量。 1.3.3 电梯智能控制技术 采用轿厢无人自动关灯技术、驱动器自动休眠技术、群控楼宇智能管理技术、自动扶梯变频感应启动技术（我公司EFRN扶梯节能控制方案）等实现节能目的。 1.3.4 采用电能回馈技术将多余能量回收利用 垂直电梯向上运送与向下运送的工作量大致相等，驱动电动机通常是工作在拖动耗电与制动发电状态。当电梯空载上行、重载下行及电梯停层前逐步减速时，驱动电机处于发电制动状态。这时是将机械能转化为电能，过去这部分能量通过制动电阻消耗或者部分消耗在电动机的绕组中。前者需要外接大功率的制动电阻，既耗能又会产生大量的热能，导致机房温度升

7、高，后者会导致驱动电动机温度过高。利用变频器交-直-交的工作原理，将机械能产生的交流电转化为直流电，再通过电能回馈技术逆变后回馈到电网，供周边用电设备使用，达到降低能耗的作用，实现节能目的。 上述四种技术中，变频控制技术、改善照明系统级智能控制技术均已广泛应用，但是针对垂直电梯来言，还未能深入挖掘垂直电梯的节能空间。电能回馈技术在国家大力推动节能减排的政策影响下，越来越受到市场关注和重视。 1.4 电梯节能的社会效益与经济效益 采用ERN电梯能耗与电梯机房温度改善解决方案进行节能改进后，电梯整体能耗可以降低20-45%。每台电梯每年可以节电3000度左右，相当于1吨标煤的发电量，全国300万台

8、电梯一年就可以节约300万吨标准煤。折合电价后，每部电梯每年可以节约电费2500-3000元，全国电梯全年可以节约电费75亿元人民币。 目前我国火力发电消耗原煤数量非常大，因此带来的环境污染比较严重，北方地区进入冬季后雾霾天气严重，治理已经刻不容缓。减少原煤消耗量可以降低二氧化碳、二氧化硫、粉尘颗粒的排放量，对大气与环境改善也能起到积极的作用。 第2章 ERN电梯能耗与机房温度解决方案2.1 方案设计理念 ERN电梯能耗与机房温度解决方案是针对已经应用变频技术的垂直电梯进行节能空间深度挖掘并达到节能降耗目的的高新技术方案。 本方案的核心技术产品是PFE电梯节能装置，该装置采用电能回馈技术，将垂

9、直电梯在运行过程中产生的多余能量通过PFE电梯节能装置转换为交流电，供给电梯周边的用电设备使用。没有加装节能装置的电梯，多余能量是通过制动电阻发热消耗，因此会造成电梯机房的温度升高。一般来讲，当机房温度升高到35时，就需要开启空调进行降温，保护控制系统元器件，避免由于温度过高发生故障，影响电梯的安全使用。另外控制系统的元器件长期在高温环境工作，会降低使用寿命，增加控制系统的故障率，加大了电梯维保的成本。 PFE电梯节能装置，采用独特的柔性双PWM和LCL滤波技术，输出相位精准并能有效抑制高次谐波。经国家电梯质量技术检验中心检测，该产品的回馈谐波系数小于2%，完全符合IEC61000-3-2及G

10、B/T14549中规定的电气设备回馈谐波系数小于5%的要求。 该装置与原有的电梯控制系统并联使用，替代了原制动单元和制动电阻的工作，不会影响电梯的安全性。 采用该方案后，电梯机房内的制动电阻不再发热，机房环境温度得到改善，控制系统的工作环境改变可以延长运行时间，减少故障率。机房空调可以减少使用时间，节约空调设备投入和维护费用。 本方案一方面可以解决电梯能耗的问题，同时可以解决困扰电梯维保人员在夏季工作量增加的问题，节约电梯用电、空调用电的同时，可以减少电梯维保人员的工作量。2.2 产品介绍 2.2.1 产品技术说明 本方案使用的PFE电梯节能装置，是在普通节能装置的基础上对整体结构进行了提升，

11、增加了受控电源开关与隔离单元。 图1.2 电梯节能装置电路原理图 在电梯节能装置出现故障时，例如输入电流过大，该装置可以自动与交流电网断开。在该装置内部设计有空气开关，也方便用户通过手动方式将节能装置与交流电网断开。在变频器开始上电时，直流母线电压还没建立，接触器与交流电网断开，避免三相交流电通过节能装置输送至变频器直流母线，造成节能装置损坏。变频器正常工作时，节能装置会检测到变频器的直流母线电压，当直流母线电压正常时，接触器闭合，节能装置开始工作。 增加的隔离单元，避免了用户安装设备时因为直流母线正负极接错线导致设备损坏，支持回馈的能量从变频器往节能装置的正向流动，隔绝节能装置往变频器反向供

12、电的情况，确保回馈电量的准确性。 电梯属于特种设备，对于运行安全有特定的需求，该装置从控制软件的设计上做出了充分的考虑： 建立针对节能装置最优混杂控制优化问题的表示模型，实现节能装置四模态的切换控制逻辑，把现实空间中有耦合的复杂优化问题，变为无耦合的简单优化问题，实现回馈电流的最优控制。 研究测试主流电梯制造商电梯系统的内部通信结构与电源的特点，分析电梯电气设备被干扰的规律，有针对性地从控制模式、滤波器设计、结构设计等方面优化节能装置的电磁兼容性。 分析电抗器噪音与电抗器材料、结构以及回馈电流变化微观模式间的关系，通过优化回馈电流控制模式达到噪音最小化。 解决电梯节能装置和变频器之间的并联环流

13、问题，从根本上消除设备对电梯的安全运行隐患。 在节能装置和变频器的整流桥并联中加入共模电感，抑制变频器的整流桥产生的脉冲电流，如图1.3所示。 负载 M 采用LCL滤波器对回馈电流进行滤波，过滤掉电流谐波，实现回馈电流清洁无污染。 Tap Tbp Tcp Ea V bus N1 Eb N2 Ec TaN TbN TcN L-C-L滤波器 回馈节能装置 图1.4 LCL滤波器结构 采用最新的电流矢量d-q分解矢量控制，把三相电流看做旋转矢量，并分解为有功分量和无功分量分别控制，实现对电流稳态和动态的快速响应控制，可以实现电流谐波THD<5%,同时PWM载波频率低于IGBT额定开关频率，配合

14、LOL滤波器可以实现电流清洁无污染的控制。 2.2.2 产品特点 节能 电梯制动产生的能量回收转换率97%以上，节电率可以达到20%-45%， 制动频繁、楼层高、梯速快的电梯节能效果更显著。先进 采用先进的微处理器，速率高、精度高、稳定性高。无干扰 采用PWM脉宽调制技术，输出相位准确、有效抑制高次谐波。兼容性强 适用于220V 380V电压等级各功率段的多种品牌电梯。安全可靠 设备自身发热量低，全自动温控风扇保护，不影响电梯运行。品质保障 产品通过了欧盟CE认证，并由平安保险承保1000万元产品责任险。政策支持 2012年国家质检总局推广产品，国务院机关事务管理局推广产品。 2.2.3 产品

15、技术规格项目规范电源电网电压三相220V-460V电网频率45Hz65Hz控制电流控制方式矢量控制输出控制方式直流母线电压预测控制回馈起始电压357V（220V等级）617V（380V等级）风扇控制43开启，40关闭过热保护90（IGBT内部温度）显示状态指示监控指示、运行指示、故障指示、回馈状态指示等环境安装场所室内、海拔不大于1000m（海拔每升高1000米，须降额10%使用），无阳光直射，无导电性粉尘及腐蚀性气体。海拔高度超过1000mz需降额使用。环境温度-1040，通风良好环境湿度90RH以下（不结露）振动度0.5g2/s以下 2.3 应用案例 深圳市某商业楼宇共5栋，楼层高度32层

16、，共有通力电梯20台，电机功率29KW。5个电梯机房各安装2P壁挂式空调一台，空调运行时间180天。 该商业楼宇1-4层为商场，5-32层为写字楼，电梯运行时间从早7:30-晚21:00，其中早高峰2小时左右，午高峰1小时左右，晚高峰1小时左右。经现场勘探并测试一周后统计数据显示，平均每台电梯日耗电量48度，开启空调时电梯机房温度32，关闭空调时电梯机房温度43，空调日耗电量36度，电价1.08元/度。 按照以上数据进行能耗分析后得出，该商业楼宇每年电梯耗电量350400度，空调年耗电量32400度，两项耗电共计电费413424元。 综合分析后给出方案如下： 安装电梯节能装置20台，型号为PF

17、E-04-030NDC。 建议空调运行时间调整为8小时/天，温控设置在35，机房温度不超过35时空调处于待机状态。 运行一个月后数据显示，电梯能耗降低31%，空调能耗降低65%。项目原能耗节电率年节电量节约电费（元）电梯35040031%108624117313机房空调3240065%2106022744总计38280033%129324140057 该项目总投入276000元整，预计1.9年回收投资。第3章 ERN解决方案的技术优势3.1 方案设计的技术领先与创新性 电梯节能装置和电梯变频器的整流桥并联是一种不稳定的结构，这种新的拓扑结构在电梯节能装置运行时，电梯变频器的整流桥会产生高频的脉

18、冲电流，这种脉冲电流是电梯节能装置和电梯变频器的整流桥并联产生的环流，会直接进入电网，对电网及周边电子设备造成严重污染。同时电梯变频器的整流桥过大的脉冲电流会引起电梯变频器的整流桥严重发热，甚至会损坏电梯变频器的整流桥。因此选用电梯节能装置时，方案设计方已经充分考虑了产品的性能，从根本上消除对电梯安全运行的隐患，保证电梯节能装置和电梯变频器并联的稳定可靠运行。 针对电梯应用的特殊性以及内部通信网络容易受到电梯节能装置干扰的现实，改进电梯节能装置的电磁兼容性，满足电梯实际应用中对电磁干扰的要求。 建立电抗器噪音信号模型，优化电梯节能装置的结构、参数，规划电流微观变化模式，保证电梯节能装置在最小噪音范围。 3.2 设计充分考虑到广泛配套应用 本解决方案适用国内98%的电梯工况环境，可以应用到三菱、富士达、日立、迅达、东芝、奥的斯、蒂森、通力等众多品牌电梯。3.3 设备安装调试简单方便 电梯节能装置采用并联式接线方式，安装简单方便，在电梯维保人员的配合下，每台电梯安装时间大约半小时。 参数调试简单，通常情况下默认出厂设置即可正常工作。 采用落地式柜体，无需钻孔，可以根据现场情况摆放到控制柜附近的任意位置。第4章 方案设计单位介绍 深圳市瑞能节能科技有