傅 濤

（南京市特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 南京 210017）

曳引電梯能源效率評價方法探索

傅 濤

（南京市特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院，江蘇 南京 210017）

近年來，電梯數(shù)量快速增加，截至2015年底，全國在用電梯已達420萬臺,而且每年以20%左右的速度遞增,電梯能源消耗也隨之日益增長,為推進節(jié)約能源和可持續(xù)發(fā)展，提高乘客電梯和載貨電梯的能源利用效率，規(guī)范乘客電梯和載貨電梯的能源利用效率檢驗行為，此次對曳引式電梯能源效率評價方法進行深入探索。

電梯；能效；評價方法

0 引言

提出電梯能源效率指標的目的是為了明確電梯的能效評價方法，比較不同種類電梯能效水平的高低，引導電梯制造商設計和生產(chǎn)高能效電梯產(chǎn)品，滿足電梯的采購者和使用者對電梯能耗水平的知情權，為電梯能效的行政管理提供技術依據(jù)。

1 曳引電梯能源效率指標

電梯能源效率指標是電梯能源消耗水平的衡量標尺，設立電梯能源效率經(jīng)濟評價指標，可以直觀的得到電梯實際的能源消耗，可以評價建筑內(nèi)電梯的能源利用效率。但是，建立在建筑內(nèi)電梯配置和實際使用情況基礎之上的經(jīng)濟能效指標，不僅會存在較大的誤差，而且實際的評價操作也將比較復雜。

電梯單位運輸量與能源消耗量不具有嚴格對應關系。電梯的承載單元是超平衡系統(tǒng)，在平衡系數(shù)為5 0%的條件下，電梯轎廂空載和滿載的全程往返運行能量消耗幾乎相同。實際上，電梯運輸?shù)牟皇沁M入轎廂的有效移動載荷，而是轎廂側和對重側的偏載質量。在實踐中，同型號電梯平衡系數(shù)，懸掛裝置，補償裝置等質量差異是很正常的，即使是同型號的電梯，其系統(tǒng)質量可能差別很大。

另外，電梯實際運輸量和能源消耗量一般采用粗略統(tǒng)計的方式獲得。由于使用環(huán)境和配置等因素的不同，獲得的電梯能源消耗統(tǒng)計值往往存在較大的偏差。

2 電梯能源效率技術指標

電梯技術能源效率指標，是使用狹義的能源技術效率來衡量電梯能源消耗水平。電梯能源技術效率是指在完成人為設定的典型工況的垂直運輸服務活動中，電梯所得到的有效能與實際輸入的能源量之比。下面從這一角度探討電梯能源系統(tǒng)效率。

電梯屬于電力驅動的位能負載恒轉矩拖動方式，理想運輸狀態(tài)（對重與轎廂重量相等）下的能量消耗應該為“零”，當然，這種理想的狀態(tài)是不存在的，在電能和勢能相互轉換過程中，產(chǎn)生不可逆轉的熱能損耗，這些損耗包括機械摩擦損耗、空氣阻力損耗、速度控制損耗、照明通風損耗等等。在這里，我們考察的是運輸開始和結束兩個狀態(tài)，電梯運輸是從垂直速度為“零”開始，到運行速度為“零”結束，電梯系統(tǒng)動能的增減是單次運行中的次一級能量轉換，可以視為電梯速度控制損耗。

通過上述分析，我們可以將曳引式電梯能源技術效率定義為：承載一定載荷的電梯全程往返運行，電梯系統(tǒng)獲取的能量與釋放的能量和全部能量損耗總和的比值。

公式（1）中：η為電梯能源技術效率，取值范圍是0－1。η＝1是電梯運行無損耗的理想狀態(tài)。

Ep為負載上行時位能負載勢能增加值和負載下行時位能負載勢能減少值，由負載質量和提升高度決定。這里的負載是指曳引式電梯轎廂和對重兩側的偏載質量。

Ee為承載一定載荷的電梯完成往返運行過程中，全部的電能損耗。電能損耗指減去反饋電網(wǎng)或存儲的再生電能的全部用電量。

提高電梯等垂直升降設備能源效率的根本途徑是提高電梯系統(tǒng)和各組成部件的電氣和機械效率，減少能量損耗。

圖1是額定速度1.0m/s，額定載重量1000kg，采用永磁同步電機無齒輪曳引機，懸掛比為2:1，平衡系數(shù)為42.6%的電梯系統(tǒng)效率示意圖。圖中縱坐標表示電梯的系統(tǒng)效率η，橫坐標表示電梯轎廂負載率（電梯轎廂承載質量占額定載重量的百分比）。圖中效率曲線是通過電梯轎廂分別承載空載、10%額定載重量、20%額定載重量等1 1種負載工況，電梯全程往返運行，測量相應參數(shù)并利用公式（1）計算獲得的。從圖1可以看出，額定速度和額定載重量等參數(shù)確定的電梯，其能源技術效率隨著電梯承載質量的不同而變化。另外，如果改變電梯額定載重量、系統(tǒng)質量、平衡系數(shù)、額定速度、起制動加速度、提升高度中任何一個參數(shù)，重新測試計算，則電梯的能源技術效率也將發(fā)生變化。因此，利用公式（1）評價不同電梯的能源技術效率，即使是評價同型號電梯時都會產(chǎn)生比較明顯的誤差。

3 電梯能效指數(shù)

上節(jié)提出的公式（1）可以用來評價電梯的能源效率，但是，存在不同電梯之間比較能源效率會產(chǎn)生誤差、可操作性不強。需要對該方法進一步簡化，以達到評價方法簡單、規(guī)范和可操作性強的目的。

圖1 電梯系統(tǒng)效率示意圖

電梯提升高度是確定公式（1）中Ep值的變量之一，而表示電梯主要參數(shù)有兩個：額定載重量和額定運行速度。不同性能參數(shù)的電梯由于系統(tǒng)質量的不同，能源效率沒有可比性。因此，需要設計僅與電梯額定載重量和額定運行速度相關的能源效率評價指標。

電梯過渡運行狀態(tài)（起動、制動運行狀態(tài)）的能源消耗與電梯系統(tǒng)質量和起動、制動運行加速度有關。然而電梯系統(tǒng)質量的大小與電梯的曳引安全、懸掛安全和電梯壽命有關。電梯能源效率指標的提出，不僅不應該鼓勵電梯系統(tǒng)質量盲目的減小，還應該盡量減少對其他質量特征如運輸效率、舒適性的影響。因此，電梯能源效率的評價方法需要回避電梯的過渡運行狀態(tài)，只考察電梯勻速運行階段的能源利用效率。

電梯承載裝置是超平衡系統(tǒng)，電梯實際運輸?shù)氖寝I廂和對重兩側的偏載質量。由于補償裝置不可能對曳引繩和隨行電纜全部質量進行補償，偏載質量是隨著轎廂在垂直方向的位置不同而變化的利用這一特點，選取電梯轎廂與對重在井道中運行到同一位置時，電梯勻速運行的片段來評價電梯能源效率，能夠對額定載重量相同的不同型號電梯之間能源效率進行比較。

按照上面的分析和思路，我們設計出下面的電梯能源效率評價指標——電梯能效指數(shù)。

電梯能源效率指數(shù)簡稱“電梯能效指數(shù)”，電梯能效指數(shù)包括運行能效指數(shù)（ηr）和待機能效指數(shù)（ηs）。

3.1 運行能效指數(shù)

將電梯轎廂空載、滿載狀態(tài)時，以額定速度全程往返運行四種工況作為一個考核周期，在電梯轎廂上、下運行通過平衡點時，電梯系統(tǒng)在單位時間內(nèi)獲得的有效能量總和(∑Pout)與單位時間內(nèi)釋放的能量和實際消耗的電能總和(∑Pin)之比。

3.2 待機能效指數(shù)

電梯最后一次運行結束5分鐘后，電梯總電源側單位時間內(nèi)電能消耗值（總有功功率Ps）。

運行能效指數(shù)表達公式為：

公式（4）中，ηr電梯運行能效指數(shù)，取值范圍0－1,ηr＝1是沒有損耗的理想狀態(tài)。

P1電梯空載上行，電梯總電源處測量的單位時間內(nèi)有功電能；

P01電梯空載上行，偏載質量單位時間內(nèi)勢能減少計算值。

P2電梯空載下行，電梯總電源處測量的單位時間內(nèi)有功電能。

P02電梯空載下行，偏載質量單位時間內(nèi)勢能增加計算值。

P3電梯滿載上行，電梯總電源處測量的單位時間內(nèi)有功電能。

P03電梯滿載上行，偏載質量單位時間內(nèi)勢能增加計算值。

P4電梯滿載下行，電梯總電源處測量的單位時間內(nèi)有功電能。

P04電梯滿載下行，偏載質量單位時間內(nèi)勢能減少計算值。

其中：

上兩公式中，符號q為電梯平衡系數(shù)，Q為電梯額定載重量，v為電梯額定運行速度。

因此，公式（4）可以表示為,

圖2是一臺是額定速度2.5m/s，額定載重量1000kg，采用永磁同步電機無齒輪曳引機，具有能量反饋功能，懸掛比為2:1，平衡系數(shù)為42.6%的電梯全程往返運行在平衡點處，單位時間能量（功率）轉換示意圖。

4 電梯能效指數(shù)的分級

電梯能效指數(shù)的分級，如圖3—4所示。

5 電梯能效標示制度

目前，我國政府和相關部門設計和制定了一系列的節(jié)能政策和節(jié)能措施大力推進節(jié)能減排和提高能源利用效率，其中能效標識制度是我國一項重要強制性節(jié)能管理措施。建立電梯的類似于其他產(chǎn)品能效標示制度的能效管理制度，或推動電梯納入能效標示管理制度，促進電梯行業(yè)生產(chǎn)高效能電梯，引導消費者選擇高效能電梯產(chǎn)品，將有效地降低新增電梯和在用電梯改造后能量的消耗。而制定強制性能效標準是實施電梯產(chǎn)品能效管理最重要的基礎工作。

To explore the energy efficiency evaluation method of traction elevator

Fu Tao
(Nanjing special equipment safety supervision and Inspection Institute, Nanjing, 210017, China)

In recent years, the rapid increase in the number of elevator, by the end of 2015, in the elevator already amounted to 4 million 200 thousand nationwide, and an annual rate of about 20% annually, elevator energy consumption also is increasing, in order to promote energy conservation and sustainable development, improve the passenger elevator and cargo elevator energy efficiency standard and passenger elevator cargo elevator energy efficiency inspection, the further exploration of the energy efficiency evaluation method of elevator traction.

Elevator; energy efficiency; evaluation method

圖2 能量反饋電梯全程往返運行平衡點功率曲線

圖3 曳引電梯能效指數(shù)分級2

圖4 曳引電梯能效指數(shù)分級

傅濤（1979— ），男，漢族，江蘇南京人，工程師，電梯、起重機檢驗師；研究方向：特種設備，電梯節(jié)能環(huán)保。