王銘鑫

（天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，天津 300192）

電梯是現(xiàn)代建筑物中的重要構(gòu)成，其在改善居民生活質(zhì)量方面起到了良好作用。曳引式電梯是以曳引系統(tǒng)為基礎(chǔ)發(fā)揮運(yùn)輸作用的電梯類型，在現(xiàn)代高層樓宇中廣泛應(yīng)用。由于其特有的工作原理，曳引驅(qū)動電梯在輕載下行、重載上行和減速制動過程中導(dǎo)致大量能力耗散，只有在大量電力能源支撐下，方能正常運(yùn)行，這和國家倡導(dǎo)的節(jié)能減排理念背道而馳。現(xiàn)如今，國家能源有關(guān)政策有所改變，對能源消耗產(chǎn)品提出了更確切、嚴(yán)格的要求，加強(qiáng)曳引式電梯的選配及節(jié)能監(jiān)管是電梯運(yùn)行管理中的重要構(gòu)成。鑒于此，本文擬定建設(shè)曳引式電梯節(jié)能模型，并對電梯節(jié)能措施進(jìn)行分析、檢驗(yàn)。

1 曳引式電梯的工作原理和能耗特點(diǎn)

1.1 工作原理

電梯是現(xiàn)代高層建筑中的常用工具之一，其為人們出行、工作以及運(yùn)輸活動等均創(chuàng)造了便利條件。曳引式電梯是一種常見的電梯類型，其工作原理可以做出如下表述：由鋼絲繩連接的轎廂和對重壓緊在曳引輪輪槽中，組成曳引系統(tǒng)。電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，通過曳引鋼絲繩與曳引輪槽之間的摩擦力，帶動鋼絲繩使轎廂和對重做相對運(yùn)動。通過確定合適的平衡系數(shù)，電梯在現(xiàn)實(shí)升降活動中，就能減縮曳引輪載荷差，并強(qiáng)化曳引輪電梯功能，可以將代償設(shè)施安裝于電梯內(nèi)部，進(jìn)而落實(shí)以上操作。

1.2 能耗分析

處于運(yùn)行狀態(tài)中的電梯能耗主要和如下兩個(gè)方面相關(guān)：（1）電梯本身的能耗特性，電梯的調(diào)度措施與客流狀況。電梯屬于一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)，與系統(tǒng)外部互換能量，并且系統(tǒng)內(nèi)部也以多種形式為支撐轉(zhuǎn)換能量。對曳引系統(tǒng)而言，當(dāng)電梯設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其會把一定負(fù)載運(yùn)輸至特定高度， 當(dāng)電梯上行過程中，對重內(nèi)儲備的勢能會轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)動能及轎廂的勢能；電梯下行時(shí)，轎廂勢能會轉(zhuǎn)型為系統(tǒng)動能與對重勢能。

（2）對驅(qū)動系統(tǒng)作出分析，依照有無能量回饋單元可以將變頻變壓調(diào)速（VVVF ）電梯分為兩種。當(dāng)曳引機(jī)處于電動狀態(tài)時(shí)，電能會經(jīng)由電網(wǎng)側(cè)通過整流、濾波、逆變，電機(jī)把外部電能轉(zhuǎn)型成曳引輪的機(jī)械能。在這樣的工況下，曳引機(jī)驅(qū)動曳引系統(tǒng)做功；當(dāng)曳引機(jī)為發(fā)電狀態(tài)時(shí)，機(jī)械能被轉(zhuǎn)化為電能，形成的電能經(jīng)二極管提升了母線的電壓，制動單元對其起到一定的調(diào)控作用，于制動電阻上產(chǎn)熱消耗殆盡。

2 曳引式電梯能耗建模

2.1 能耗模塊

對單體的各系統(tǒng)運(yùn)行期間能源消耗情況作出分析，發(fā)現(xiàn)曳引系統(tǒng)的能耗模塊以轎廂、鋼絲繩等為主，以上構(gòu)件會誘導(dǎo)能耗過程。

曳引系統(tǒng)能耗模塊有轎廂及其對重、補(bǔ)償電纜、鋼絲繩等。建模過程中，主要分析轎廂負(fù)載狀態(tài)下所承受的阻力及其與電梯運(yùn)動狀態(tài)間建設(shè)的關(guān)系。

驅(qū)動系統(tǒng)能耗模塊以電機(jī)調(diào)速形式及曳引機(jī)種類為主，建模期間，要重點(diǎn)分析輸出力矩與轉(zhuǎn)速及驅(qū)動系統(tǒng)間的相關(guān)性。

構(gòu)建門機(jī)系統(tǒng)能耗模塊期間，應(yīng)立足于不同的驅(qū)動系統(tǒng)及其對應(yīng)的運(yùn)作方式，通過建設(shè)模型，明確工作門機(jī)系統(tǒng)單次開關(guān)門時(shí)的能耗指標(biāo)。

控制顯示能耗模塊對應(yīng)的基本是全控制系統(tǒng)電子模塊的能耗量。依照現(xiàn)實(shí)通風(fēng)空調(diào)及照明狀況，檢測其他系統(tǒng)能耗模塊對應(yīng)的真實(shí)值。筆者歷經(jīng)長期的實(shí)踐及總結(jié)，認(rèn)為曳引系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)為電梯能耗建模的主要部分。

2.2 運(yùn)行環(huán)境

電梯主要為客流分布特殊的建筑運(yùn)行提供服務(wù)，并在調(diào)整計(jì)劃中執(zhí)行工作任務(wù)。電梯內(nèi)部設(shè)施及運(yùn)作軟硬件環(huán)境，共同組建了電梯能源消耗系統(tǒng)。為明確某臺電梯的能耗情況，對其予以建模分析，就要明確整個(gè)電梯設(shè)施對應(yīng)的樓層數(shù)目、建筑物的總高度、客流量，載荷狀況等信息，以上指標(biāo)均會影響電梯能耗量是多是少。轎廂轉(zhuǎn)速、曳引系統(tǒng)、勢能改變時(shí)對應(yīng)的效率狀況，共同構(gòu)成了電梯速度模塊，分析該模塊后，就能獲得電梯能耗狀況相關(guān)信息。

2.3 依照動態(tài)測量結(jié)果建模

從部分的動態(tài)能耗信息庫內(nèi)，依次提取主驅(qū)動、門機(jī)及通風(fēng)照明燈系統(tǒng)對應(yīng)的能耗信息，隨即建設(shè)曳引系統(tǒng)和主驅(qū)動系統(tǒng)兩者的協(xié)同關(guān)系，共建曳引電梯的能耗模型。該系統(tǒng)最大的特征是無須大量信息輔助建模，若能明確電梯基礎(chǔ)配置，且對驅(qū)動改變、門機(jī)等系統(tǒng)的能耗相關(guān)知識的掌握情況，便能順利建模，也會被有效應(yīng)用。利用該種模型能測算電梯系統(tǒng)的動態(tài)能源消耗中，解讀信息資源配置及運(yùn)作趨向?qū)﹄娞菽芎男纬傻挠绊懀诖嘶A(chǔ)上，設(shè)定科學(xué)評估電梯能源效能的方案，提出節(jié)能電梯的構(gòu)想，促進(jìn)電梯設(shè)施現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。一方面，分析基于動態(tài)測量的電梯能耗模型，明確能耗原理，引起電能能耗的狀態(tài)有開關(guān)門、待機(jī)、休眠等情況；另一方面，也要滿足建模需求。在設(shè)計(jì)模型時(shí)，需構(gòu)建建筑樓層信息、客流規(guī)劃及電梯調(diào)度等多個(gè)模塊。

3 電梯節(jié)能分析及能耗的實(shí)際檢驗(yàn)

為提升曳引式電梯的節(jié)能效果，可以從如下幾個(gè)系統(tǒng)著手。

（1）驅(qū)動系統(tǒng)。結(jié)合模型選用變頻調(diào)速方法，選用運(yùn)行高效的電機(jī)，協(xié)助驅(qū)動系統(tǒng)達(dá)成節(jié)能的目標(biāo)。

（2）電梯系統(tǒng)。利用智能群控技術(shù)對電梯運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)作出調(diào)試。

（3）建筑物和電梯設(shè)施合理配置：即立足于建筑物實(shí)況，科學(xué)選擇電梯型號，規(guī)避因型號不匹配而引起的電梯能耗量增加的問題。

為更科學(xué)地分析電梯設(shè)施的節(jié)能情況，本文擬定的試驗(yàn)中選取的電梯載荷依次是0、20%、40%、80%、100%，在以上工況條件下，依次在有、無能量回饋裝備時(shí)，比較理論值與現(xiàn)實(shí)能耗值，并對誤差作出分析，見表1。

表1 有無能量回饋驅(qū)動裝置和不同載荷下理論與真實(shí)的能耗比較

對表1 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不管電梯是否安裝能量回饋驅(qū)動裝置，當(dāng)載荷在100%的工況下，其測得的實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值相對誤差最小，可能是因曳引系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)的微小波動而引起的誤差，在總能耗中占有較大比例，仿真能耗誤差也偏大。當(dāng)電梯位于平衡載荷周邊時(shí)，其平衡位點(diǎn)周邊，曳引系統(tǒng)參數(shù)值的些許改變會引起誤差，在能耗總量中所占比例偏大。當(dāng)曳引機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)能耗過程被迫終止，此時(shí)，電梯啟動、停運(yùn)剎那間是引起能耗誤差的主要原因，因電梯在啟關(guān)門、低速上行及部分元器件等瞬時(shí)動作，以上曳引式電梯仿真結(jié)果誤差均處于相關(guān)規(guī)范設(shè)定的范疇中，提示該臺電梯能耗模型測量結(jié)果準(zhǔn)確。

4 結(jié)語

曳引式電梯是高層建筑的重要構(gòu)成部分，為全面貫徹落實(shí)過年倡導(dǎo)的節(jié)能減排政策，通過深入分析電梯的能耗狀況，探究電梯能耗建模情況。明確電梯各個(gè)系統(tǒng)、運(yùn)行環(huán)境對能耗建模形成的影響，從驅(qū)動系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)運(yùn)行及匹配等方面做出節(jié)能分析，并通過實(shí)驗(yàn)予以檢驗(yàn)，得出建設(shè)電梯能耗模型的可行性、有效性，具有一定推廣及應(yīng)用價(jià)值。