姚穎超

摘 要：目前，我國(guó)已成為全世界推廣和使用節(jié)能電梯最多的國(guó)家。電梯節(jié)能成為電梯設(shè)計(jì)的主要方向。文章介紹了能量回饋，和電梯能量回饋技術(shù)及工作原理。以及回饋技術(shù)在電梯中的應(yīng)用和電梯節(jié)能的必要性，以求在電梯設(shè)計(jì)中，使能量回饋得到更好的發(fā)揮，節(jié)約能源。

關(guān)鍵詞：電梯；能量回饋；節(jié)能技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）27-0005-02

隨著現(xiàn)代社會(huì)高樓和商場(chǎng)發(fā)展的速度越來越快，電梯的應(yīng)用技術(shù)也越來越成熟。人們的生活也越來越離不開電梯，電梯節(jié)能也稱為電梯設(shè)計(jì)人員考慮的問題之一，如何更好的利用電梯中能量回饋是一大問題之一，電梯節(jié)能中能量回饋節(jié)能技術(shù)的有效運(yùn)用，會(huì)給社會(huì)節(jié)約資源，和企業(yè)帶來更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 能量回饋

1.1 概 述

在電梯、礦山提升機(jī)、港口起重機(jī)、工廠離心機(jī)、油田抽油機(jī)等許多場(chǎng)合，都會(huì)伴隨著負(fù)載勢(shì)能、動(dòng)能的變化。比如，提升機(jī)、起重機(jī)等在下放重物時(shí)勢(shì)能會(huì)減小，離心機(jī)設(shè)備在停機(jī)時(shí)，動(dòng)能會(huì)減小。而由能量守恒定律我們知道，能量是不會(huì)憑空消失的，那么這部分能量到哪里去了呢？答案是通過電機(jī)轉(zhuǎn)換成為了再生電能。實(shí)際上，在采用變頻調(diào)速的設(shè)備里，這部分電能一般是通過能耗制動(dòng)電阻再轉(zhuǎn)換為熱能白白浪費(fèi)掉了的。

設(shè)想如果能夠有一種裝置，將這部分再生電能利用起來回送到電網(wǎng)，那么不是可以省下這部分電能，起到節(jié)能降耗的效果嗎？能量回饋裝置就是這樣一種產(chǎn)品。它使用的電力電子變換技術(shù)，其主要實(shí)現(xiàn)的作用就是將上述設(shè)備在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的再生電能利用起來，并轉(zhuǎn)換為同步的交流電能回送到電網(wǎng)，起到節(jié)電的效果。

1.2 回饋節(jié)能基本原理

將運(yùn)動(dòng)中負(fù)載上的機(jī)械能（位能、動(dòng)能）通過能量回饋裝置變換成電能（再生電能）并回送給交流電網(wǎng)，供附近其它用電設(shè)備使用，使電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)在單位時(shí)間消耗電網(wǎng)電能下降，從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。

2 電梯能量回饋技術(shù)及工作原理

2.1 能量回饋技術(shù)

能量回饋技術(shù)就是把電梯自身存在并且無用的直流電逆變?yōu)榭捎?、有效的交流電。同時(shí)把逆變后的交流電回饋到電梯周邊局域網(wǎng)中再次利用的一個(gè)過程。

2.2 工作原理

電梯運(yùn)行過程就是電能與機(jī)械能轉(zhuǎn)換的過程，當(dāng)電梯電梯重載上行或輕載下行時(shí)，需要給電梯提供能量使機(jī)械勢(shì)能增加，電梯通過曳引機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械勢(shì)能，曳引機(jī)處于耗電狀態(tài)；當(dāng)電梯輕載上行或重載下行時(shí)，運(yùn)行過程需要使機(jī)械勢(shì)能減少，電梯機(jī)械勢(shì)能通過曳引機(jī)轉(zhuǎn)換為電能，曳引機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。

曳引機(jī)發(fā)電過程產(chǎn)生的電能需要及時(shí)處理，不然對(duì)曳引機(jī)有嚴(yán)重的危害。常規(guī)的做法是通過制散熱電阻把發(fā)的電轉(zhuǎn)化的熱能散發(fā)到空氣中 ，這就造成電梯機(jī)房的溫度很高，通常需要安裝空調(diào)和排風(fēng)機(jī)來降溫。

能量回饋技術(shù)的應(yīng)用就是替代制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，通過自動(dòng)檢測(cè)變頻器的直流母線電壓，將變頻器的直流環(huán)節(jié)的直流電壓逆變成與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電壓，經(jīng)多重噪聲濾波環(huán)節(jié)后連接到交流電網(wǎng)，達(dá)到綠色、環(huán)保、節(jié)能的目的。

該設(shè)備設(shè)計(jì)目的就是優(yōu)先于制動(dòng)電阻工作，在保證回饋電流不污染電網(wǎng)的情況下實(shí)現(xiàn)多余電能的再次利用，同時(shí)消除機(jī)房主要散熱源。

3 電梯節(jié)能的必要性

3.1 必要性

隨著城市里的高樓大廈越建越多，電梯的使用也越來越多。有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明目前全國(guó)電梯已超過200萬臺(tái)，每天約有15.84億人次乘坐電梯。而使用的電梯中只有很少的一部分采用了節(jié)能型電梯。

另外10年前安裝的電梯則屬于嚴(yán)重耗電型電梯。通過對(duì)賓館、商用辦公樓、很多機(jī)關(guān)大樓等建筑的用電情況進(jìn)行實(shí)際調(diào)查分析，可以看出電梯的用電量和電梯機(jī)房制冷用空調(diào)用電量基本差不多，但是比照明和供水用電要大的多。那么產(chǎn)生這樣大的用電量的原因是什么呢？通過計(jì)算分析，原來在電梯使用過程中，電阻產(chǎn)生的熱量非常之高，溫度通常都可以達(dá)到上百度。但是為了使電梯能正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作，因?yàn)闇囟冗^高而出現(xiàn)機(jī)械故障，就需要安裝比較大排風(fēng)量的空調(diào)機(jī)或風(fēng)機(jī)，這些大排風(fēng)量的空調(diào)機(jī)或排風(fēng)機(jī)用電量是非常驚人的。甚至可以說，在有些地方這些用來降溫的設(shè)備所使用的用電量通常都比電梯的用電量都要高很多，可見這樣的能耗是非常驚人的，一部普通電梯每天用電大約在30～80 kW·h，按照每部電梯每天平均耗電50 kW·h、全國(guó)在用電梯數(shù)量200萬部、每部電梯每年運(yùn)行300天計(jì)算，我國(guó)每天電梯消耗電能約1億度電，每年消耗的電能約為300億 kW·h。全國(guó)每年電梯消耗的電能相當(dāng)于大亞灣核電站25個(gè)月的發(fā)電量，可見電梯耗電之巨。因此，現(xiàn)實(shí)中電梯節(jié)能就顯得非常有必要了。

3.2 舉例說明

下面以IPC-PFE系列電梯為例：

例一：IPC-PFE系列電梯能量回饋裝置是采用加拿大技術(shù)生產(chǎn)制造的電梯專用高性能回饋式。如果升降電梯能使用電梯能量回饋裝置，就可以順利地實(shí)現(xiàn)將電容中儲(chǔ)存的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能回送到電網(wǎng)，節(jié)電率達(dá)30%～40%。

還有，因?yàn)闊o電阻發(fā)熱元件的原因，降低了機(jī)房的環(huán)境溫度，同時(shí)也改善了電梯控制系統(tǒng)的運(yùn)行溫度，使控制系統(tǒng)不再死機(jī)，延長(zhǎng)電梯使用壽命。機(jī)房可以不再使用空調(diào)等散熱設(shè)備，可以節(jié)省機(jī)房空調(diào)和散熱設(shè)備的耗電量，節(jié)能環(huán)保，使電梯更省電。

IPC—PFE系列電梯能量回饋裝置采用DSP中央處理器，速率高、精度高、穩(wěn)定性能好、抗干擾能力強(qiáng)；采用自診斷技術(shù)確保輸出電壓精確，防止電流回送，使變頻器不受任何影響。在頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合，節(jié)電更明顯；真正實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速系統(tǒng)的四象限運(yùn)行。

4 電梯節(jié)能六種途徑及運(yùn)用實(shí)例

電梯節(jié)能是指減少運(yùn)行中電梯在能量傳輸過程中的消耗，特別是在待機(jī)狀態(tài)下的能量消耗，以及提高電梯運(yùn)行效率。

4.1 重量平衡最理想

如果電梯轎廂和對(duì)重在上下運(yùn)行時(shí)重量平衡，電動(dòng)機(jī)只需克服電梯滑動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)部件的阻力，此時(shí)，電梯最為節(jié)能。但電梯轎廂內(nèi)載荷是個(gè)變量，如能將電梯對(duì)重也隨轎廂內(nèi)載荷變化而相應(yīng)變化，這種節(jié)能方法最為理想，但實(shí)施此項(xiàng)技術(shù)難度很大。

4.2 減少待機(jī)能耗

國(guó)外有關(guān)研究部門對(duì)15萬臺(tái)運(yùn)行中的電梯進(jìn)行了能耗測(cè)試。報(bào)告顯示，在電梯能耗中，最大的能耗是待機(jī)能耗，待機(jī)能耗約占電梯總能耗的58%，可見減少待機(jī)能耗對(duì)提高電梯能效有顯著作用。

4.3 優(yōu)化對(duì)重配置

電梯的平均負(fù)載率約為額定載荷的20%，目前公認(rèn)的電梯平衡系數(shù)為40%～50%。經(jīng)大量測(cè)試分析后，業(yè)內(nèi)人士建議，可將平衡系數(shù)優(yōu)化為曳引驅(qū)動(dòng)取0.35、能源再生裝置取0.21、液壓電梯取0.30，說明優(yōu)化對(duì)重配置也可降低電梯在運(yùn)行中的能耗。

4.4 能量回饋

在電梯能量回饋中，能量回收因梯種、使用頻次和載重量等不同，一般為20%～40%。

目前，國(guó)家電梯能耗標(biāo)準(zhǔn)尚末出臺(tái)。能量回饋節(jié)能是采用PWM有源逆變方式在電梯電壓變頻器原電阻制動(dòng)單元的端子上加裝ERB裝置，從而達(dá)到能量回饋的作用，該種方式適用于載重量大、使用頻次高的電梯。

4.5 合理優(yōu)化電梯的選用和管理

根據(jù)大樓性質(zhì)、服務(wù)對(duì)象、使用面積、流量和去向等合理配置電梯品種、數(shù)量、運(yùn)行和停層等布局方案可以起到節(jié)能的效果，也是最務(wù)實(shí)的做法。

4.6 開發(fā)節(jié)能新技術(shù)

直線電動(dòng)機(jī)、矩陳逆變器、高效率減速器等新技術(shù)在電梯中的應(yīng)用也可節(jié)約電梯的能耗。

例二：例如：地處上海市某大廈共8臺(tái)高層電梯，每臺(tái)電梯每月的原有用電量在2 800 kW·h左右，現(xiàn)在安裝使用電梯節(jié)能產(chǎn)品后，每臺(tái)電梯每個(gè)月的用電量在1 500 kW·h左右，每月實(shí)現(xiàn)的節(jié)電量在1 000多kW·h，在一年之內(nèi)就可收回成本，再用電方面為公司節(jié)約了一筆不小的開支。

在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，企業(yè)的正常運(yùn)行需要大量財(cái)力做保證，因此節(jié)約成本也成為企業(yè)首要任務(wù)，而節(jié)能電梯就是節(jié)約企業(yè)成本的第一步，我們有理由相信電梯節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用前景必將十分廣闊。

5 結(jié) 語

電梯節(jié)能技術(shù)的推廣任務(wù)是艱巨的，但前途光明。利用電梯能量回饋技術(shù)對(duì)社會(huì)上老舊電梯特別是高校中使用頻率較高的電梯進(jìn)行電梯節(jié)電技術(shù)改造非常有必要。不僅符合我國(guó)節(jié)能減排的發(fā)展方針，降低大量的能源消耗，而且可以引起了良好的社會(huì)效應(yīng)和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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