朱春明，張 捷，何永勝

(廣東省特種設(shè)備檢測(cè)院，廣東 廣州510655)

0 引言

國(guó)務(wù)院2009年頒布的《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例(2009修正)》［1］中多處提及特種設(shè)備的能耗問題，將特種設(shè)備的節(jié)能提到與安全同等重要的位置，表明國(guó)家對(duì)特種設(shè)備節(jié)能問題的重視，也說明了特種設(shè)備節(jié)能仍有很大的提升空間。

電梯是特種設(shè)備之一。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)已成為全球電梯生產(chǎn)和使用的大國(guó)，僅廣東省，在用電梯已近30萬臺(tái)，隨著電梯數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，其能耗越來越引起人們的重視。在我國(guó)，電梯節(jié)能技術(shù)已有一定的發(fā)展，不少企業(yè)開發(fā)出新的節(jié)能產(chǎn)品，并通過各種宣傳向市場(chǎng)推廣［2］。但電梯相關(guān)技術(shù)規(guī)范制修訂工作相對(duì)滯后，在有關(guān)電梯能源利用效率的檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)方面，我國(guó)尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)［3］，電梯企業(yè)和相關(guān)媒體提供的產(chǎn)品效率及其節(jié)能數(shù)據(jù)就沒有可比性，造成一定的市場(chǎng)混亂。

因此，在電梯節(jié)能技術(shù)已取得一定成果的情況下，迫切需要有相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開展電梯節(jié)能測(cè)試研究，制定電梯能效的評(píng)價(jià)指標(biāo)與統(tǒng)一的檢測(cè)方法，以解決政府職能部門對(duì)節(jié)能監(jiān)管的技術(shù)問題。

1 電梯的能效指標(biāo)

曳引式電梯是目前我國(guó)使用數(shù)量最多、占耗能比例最大的一類電梯，研究中以它作為研究對(duì)象(文中后面所有的“電梯”，除非有特別說明，均指“曳引式電梯”)。電梯是一種間歇性工作的設(shè)備，它的能耗包括工作能耗和待機(jī)能耗［4－5］，同一臺(tái)電梯，裝在不同的場(chǎng)所，每天的工作時(shí)間和待機(jī)時(shí)間會(huì)有差別，工作能耗和待機(jī)能耗也就不同，因此，很難通過單一指標(biāo)考核電梯的能效，所以應(yīng)根據(jù)工作特性，將其能效考核指標(biāo)分為工作能效和待機(jī)能效兩項(xiàng)指標(biāo)，分別進(jìn)行考核。

1.1 工作能效指標(biāo)——單位輸送量的用電量

由于負(fù)載、運(yùn)行方向經(jīng)常發(fā)生改變，以及重力的作用，電梯的能耗，需要拋開純粹物理量的有用功概念，將電梯載著負(fù)荷下行也作為有用功，以運(yùn)行距離代替提升高度，考核能效時(shí)，取電梯上下行的能耗和。

因此，將電梯的工作能效指標(biāo)定義為單位輸送量的用電量 δ［6］，其計(jì)算公式如下。

式中E——電梯在規(guī)定的工作周期內(nèi)，從電網(wǎng)輸入的電能(考核值)/kW·h;

W——電梯在規(guī)定的工作周期內(nèi)，轎廂運(yùn)送有效載荷完成的工作量，即每次運(yùn)送的有效載荷與被移動(dòng)的垂直距離之乘積的總和/106kg·m。

1.2 待機(jī)能效指標(biāo)——待機(jī)功率

由于每臺(tái)電梯使用情況的不同，實(shí)際情況下各臺(tái)電梯的待機(jī)時(shí)間差別很大。將待機(jī)功率作為考核電梯能效的第二個(gè)直接指標(biāo)——待機(jī)能效指標(biāo)，其單位為瓦特(W)。

對(duì)于集選控制電梯，當(dāng)它應(yīng)答完所有指令?？吭谄綄游恢?，并自動(dòng)關(guān)上門后，即進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，由于目前大部分電梯采用了在待機(jī)一段時(shí)間后自動(dòng)關(guān)斷轎廂照明和通風(fēng)的功能，因此，電梯的待機(jī)功率在關(guān)斷照明前后會(huì)有不同，測(cè)試時(shí)應(yīng)將這兩個(gè)值全部記錄，如圖1。

圖1 電梯待機(jī)功率圖

大部分電梯的自動(dòng)關(guān)斷照明、通風(fēng)的時(shí)間都不超過5 min，因此，選擇待機(jī)功率的測(cè)試時(shí)間為10 min，測(cè)試時(shí)間從電梯關(guān)好門開始。對(duì)自動(dòng)關(guān)斷時(shí)間大于10 min的電梯，可適當(dāng)延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間，直至關(guān)斷照明、通風(fēng)后的5 min。

2 基于模擬綜合工況的工作能效測(cè)試和計(jì)算方法分析

2.1 負(fù)載選擇

為了全面地反映實(shí)際運(yùn)行中的各種載荷工況，本研究中選擇0%、25%、40%、50%、75%、100%的額定載荷來測(cè)試。

每種工況在實(shí)際運(yùn)行中的比例是不同的，據(jù)統(tǒng)計(jì)，空載和滿載的幾率較小，各占10%，輕載和重載的幾率較大，各占25%，半載的幾率最大，占30%(40%額載和50%額載各占15%)。

按照上面的測(cè)試方法，分別測(cè)試電梯不同額定負(fù)載下運(yùn)行一周期的用電量，并按各負(fù)載所占比例，計(jì)算綜合輸入電能E(kW·h)。

電梯綜合運(yùn)行工況下的工作能效δ的計(jì)算公式如下:

式中W——模擬綜合工況下，轎廂運(yùn)送有效載荷完成的總工作量/106kg·m;

Q——額定載重量/kg;

H——提升高度/km。

2.2 運(yùn)行方向、運(yùn)行距離選擇

電梯實(shí)際運(yùn)行時(shí)，上行和下行的概率和次數(shù)是相等的，因此，測(cè)試時(shí)同一負(fù)載上下運(yùn)行一次作為一個(gè)測(cè)試周期。

運(yùn)行距離，采用單、多層、全程綜合法進(jìn)行模擬。即在對(duì)電梯進(jìn)行能效測(cè)試時(shí)，將運(yùn)行模式設(shè)定為向上單層運(yùn)行1次、多層運(yùn)行2次到達(dá)頂層，然后從頂層下行同樣層站?？?，到達(dá)底層后，再全程上下行運(yùn)行一次，如圖2所示，這樣可較為全面地反應(yīng)實(shí)際運(yùn)行中的各種運(yùn)行工況。

圖2 測(cè)試周期運(yùn)行順序圖

如果電梯的層數(shù)少于6層，電梯在單次上行中，不能完成一個(gè)包含一個(gè)單層、兩個(gè)多層的運(yùn)行路線，因此，應(yīng)對(duì)停層修改，不停中間層，而從底層到次底層后，直接到頂層，下行也同樣。如果電梯的層數(shù)只有2層，則只需上下運(yùn)行一次。

3 電梯能效等級(jí)的分級(jí)方法

研究中，對(duì)32臺(tái)不同工作用途、速度、載重量、層/站、提升高度、傳動(dòng)方式和拖動(dòng)方式的電梯進(jìn)行了工作能效和待機(jī)功率的測(cè)試，其中有23臺(tái)電梯進(jìn)行加裝能量回饋裝置測(cè)試，并對(duì)有能量回饋和無能量回饋的狀態(tài)分別進(jìn)行測(cè)試，下面利用測(cè)試的數(shù)據(jù)對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)。

圖3匯總了上述檢測(cè)的32臺(tái)電梯的工作能效指標(biāo)值，并將這55個(gè)測(cè)試值繪成柱狀圖。

圖3 電梯工作能效指標(biāo)匯總圖

全部55個(gè)能效的平均值為1.55，從圖3中可以看出，32臺(tái)電梯的工作能效為0.83～2.97，這些值的大小與電梯傳動(dòng)方式、拖動(dòng)方式等有著密切的關(guān)系，建議按能效指標(biāo)值將電梯產(chǎn)品分為5個(gè)等級(jí);

另一方面，電梯的待機(jī)能效指標(biāo)的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，電梯在待機(jī)300 s后的平均待機(jī)功率約為120 W，由于待機(jī)功率對(duì)電梯的總能耗影響遠(yuǎn)沒有工作能效那樣明顯，該指標(biāo)的限制相對(duì)可以寬松，也不必分過多的級(jí)別，建議分成三級(jí)。

綜合前面兩個(gè)能效指標(biāo)的等級(jí)劃分方法，最終建議電梯按以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行能效標(biāo)識(shí)分級(jí):

等級(jí)1——工作能效指標(biāo) ＜1.0，且待機(jī)功率＜150 W，表示最為節(jié)電，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平;

等級(jí)2——1.0≤工作能效指標(biāo) ＜1.5，且待機(jī)功率≤150 W，表示比較節(jié)電，達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平;

等級(jí)3——1.5≤工作能效指標(biāo) ＜2.0，且待機(jī)功率≤150 W，表示能源效率為產(chǎn)品平均水平;

等級(jí)4——2.0≤工作能效指標(biāo)≤3.0，且待機(jī)功率≤300 W，新產(chǎn)品準(zhǔn)入門檻;

等級(jí)5——工作能效指標(biāo)＞3.0，或待機(jī)功率＞300 W，限制、淘汰產(chǎn)品。

4 結(jié)論

基于模擬綜合工況的電梯能效測(cè)試方法和能效等級(jí)分級(jí)方法，不僅能有效地對(duì)各種不同參數(shù)的電梯進(jìn)行能效測(cè)試和標(biāo)識(shí)，還可進(jìn)一步分析電梯能耗與各參數(shù)之間的關(guān)系，研究出電梯節(jié)能的方法。電梯能效標(biāo)識(shí)、測(cè)試方法和能效等級(jí)分級(jí)方法的提出，有助于政府職能部門制定有關(guān)電梯節(jié)能方面的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，為電梯產(chǎn)品節(jié)能市場(chǎng)的發(fā)展起引領(lǐng)、監(jiān)督和規(guī)范化的作用。

［1］國(guó)務(wù)院.特種設(shè)備安全監(jiān)察條例［Z］.北京:中國(guó)法制出版社，2009.

［2］李少綱，葛超明.淺談電梯節(jié)能技術(shù)的推廣［J］.能源與節(jié)能，2011(6):41－42.

［3］李寧.國(guó)內(nèi)外電梯能耗研究情況簡(jiǎn)介［J］.中國(guó)電梯，2009(9):5－17.

［4］孫立新.關(guān)于電梯能效評(píng)價(jià)的探討［J］.中國(guó)電梯，2008，19(4):43－45.

［5］黃春榕.關(guān)于電梯能耗評(píng)價(jià)的探討［J］.黑龍江科技信息，2009(25):33－34.

［6］薛季愛.電梯能耗狀況評(píng)價(jià)與檢測(cè)方法研究［J］.中國(guó)電梯，2008，19(13):33－37.