彭世儀

（福州聯(lián)奧電梯工程有限公司 福建福州 350000）

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市中的5A級(jí)辦公樓越來越多，而電梯作為5A級(jí)寫字樓中必不可少的垂直交通運(yùn)輸工具，影響人們的生活，但同時(shí)電梯作為智能大樓使用頻率高、時(shí)間長、無規(guī)律性等特點(diǎn)的特種設(shè)備，在建筑大樓里是能量消耗較大的機(jī)電設(shè)備之一。在能源緊缺的當(dāng)下，如何降低電梯在5A辦公樓的耗能，通過特定的技術(shù)對(duì)電梯進(jìn)行綠色節(jié)能控制，成為越來越緊迫的任務(wù)，也是目前各電梯生產(chǎn)廠家面臨的主要技術(shù)革新問題。

1 電梯在5A辦公樓內(nèi)的綠色節(jié)能控制的重要性

目前，能源短缺是各行業(yè)面臨的很嚴(yán)重的問題，為解決此問題并讓社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展，各級(jí)政府提出了降低能耗、減少排放的要求及推行相關(guān)的措施。為響應(yīng)政府的要求，各行業(yè)、各設(shè)備生產(chǎn)廠家都在積極地采取措施降低設(shè)備能耗。電梯作為在5A寫字樓中的不可或缺的交通工具，同時(shí)也是5A寫字樓建筑中一個(gè)重要的能耗設(shè)備，成為了節(jié)能降耗的重要對(duì)象。研究電梯的發(fā)展進(jìn)程史可以發(fā)現(xiàn)，電梯控制系統(tǒng)從最初傳統(tǒng)的直流控制，到今天的永磁同步無齒輪控制，電梯技術(shù)的每一步發(fā)展都伴隨著電梯節(jié)能降耗的改善。從這個(gè)角度來說，節(jié)能降耗是電梯發(fā)展的必然方向。

2 節(jié)能技術(shù)在電梯系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

要改進(jìn)電梯的能量消耗，我們必須充分了解電梯節(jié)能控制的重要性，并且從電梯的幾大子系統(tǒng)，比如：傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、能量回饋系統(tǒng)等方面對(duì)電梯如何達(dá)到節(jié)能進(jìn)行研究。

2.1 電梯機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能研究

實(shí)現(xiàn)電梯節(jié)能的有效手段之一是增加電梯機(jī)械效率。電梯的傳動(dòng)方式是通過曳引鋼絲繩一頭連接轎廂，一頭連接對(duì)重裝置，帶動(dòng)轎廂和對(duì)重上下運(yùn)行。最初的蝸輪蝸桿式電梯在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，通常通過減速箱來帶動(dòng)曳引輪運(yùn)行，減速箱一般采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，減速比一般為35∶2；而不是由電動(dòng)機(jī)直接對(duì)曳引輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。早期5A辦公樓內(nèi)的電梯多采用這種傳動(dòng)方式對(duì)電梯進(jìn)行拖動(dòng)，蝸輪蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)效率非常低，只有70%左右，不符合目前國家對(duì)節(jié)能減排的需求，也增加了建筑中電梯的運(yùn)行成本。為提高電梯的運(yùn)行效率，降低能耗，實(shí)現(xiàn)電梯節(jié)能的目的，則需要提高電梯的傳動(dòng)效率，電梯企業(yè)在近幾年的發(fā)展研究中，就電梯的驅(qū)動(dòng)方式也提出了很多節(jié)能的新方法并已經(jīng)運(yùn)用到實(shí)踐中，具體有如下幾種：

2.1.1 行星齒輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)

相比蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率，行星齒輪式傳動(dòng)效率較高，最高傳動(dòng)效率可以達(dá)到90%以上。但因其要求齒輪加工精度高、成本高，所以其應(yīng)用范圍不廣［1］。

2.1.2 同步行星齒輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)

將永磁同步無齒輪驅(qū)動(dòng)以及行星齒輪驅(qū)動(dòng)兩者的優(yōu)勢有機(jī)的結(jié)合起來，構(gòu)成同步行星齒輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)。在一般住宅中所采用的中速電梯或低速電梯中，如果采用同步行星齒輪驅(qū)動(dòng)，改變鋼絲繩的復(fù)繞方式，可以有效地減少曳引鋼絲繩的使用量，同時(shí)對(duì)鋼絲繩的彎折度也降低了，增加了鋼絲繩的使用壽命，也減輕了鋼絲繩的重量，在一定程度上降低了能耗。但采用同步行星齒輪驅(qū)動(dòng)的電梯，其由于技術(shù)方面的原因會(huì)產(chǎn)生較高的制造成本，只有在提升高度較高時(shí)有一定的優(yōu)勢，因此在推廣上具有局限性。

2.1.3 永磁同步無齒輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)

永磁同步無齒輪技術(shù)在電梯曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)方式上進(jìn)行了很大的變革。它可以通過變頻技術(shù)直接控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以讓電動(dòng)機(jī)直接拖動(dòng)電梯主機(jī)的曳引輪，從而省去了減速箱這個(gè)耗能環(huán)節(jié)，大大提高了電梯的運(yùn)行效率，且永磁同步無齒輪主機(jī)的重量比傳統(tǒng)的主機(jī)更輕、體積也更小，這樣在運(yùn)行過程中的振動(dòng)也較輕，讓電梯在節(jié)能方面表現(xiàn)的更加優(yōu)秀，能夠迅速地應(yīng)用于電梯中。

采用永磁同步無齒輪結(jié)構(gòu)，減少了能量在減速箱中的消耗。由于運(yùn)行時(shí)所需的轉(zhuǎn)矩小，所需要的啟動(dòng)電流遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的鋼絲繩主機(jī)，這不僅降低了機(jī)器啟動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)能耗，也減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，并降低由設(shè)備啟動(dòng)峰值電流引起的跳閘幾率。該結(jié)構(gòu)曳引機(jī)的轉(zhuǎn)速是傳統(tǒng)鋼絲繩曳引機(jī)的4倍，它所反饋的脈沖信號(hào)較后者密集很多，精確的ACD控制系統(tǒng)與密集的脈沖反饋，確保了電梯的卓越的運(yùn)行性能和乘梯舒適感。除了消除曳引輪與鋼帶之間的摩擦噪音，該結(jié)構(gòu)主機(jī)抱閘控制、避震設(shè)計(jì)與高防護(hù)等級(jí)等特點(diǎn)（見圖1），使得該結(jié)構(gòu)主機(jī)的噪音遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼絲繩產(chǎn)品。

綜上，永磁同步無齒輪曳引機(jī)的主要特點(diǎn)：①條形設(shè)計(jì)，曳引軸受力結(jié)構(gòu)更加合理；②多重減振、降噪設(shè)計(jì)理念與措施，保證了電梯的乘坐舒適性；③小尺寸曳引輪徑，顯著節(jié)省空間，提供更開放的土建配合設(shè)計(jì)；④與傳統(tǒng)有齒輪曳引機(jī)相比，節(jié)能比例最高可達(dá)20%。

2.2 在電梯控制系統(tǒng)上的節(jié)能技術(shù)

要想讓電梯在節(jié)能方面上有突出的表現(xiàn)，必須提高電梯的運(yùn)行效率［3］。而如何提高電梯運(yùn)行效率，先進(jìn)的控制方式及合理的派梯方案顯得尤為重要。電梯控制系統(tǒng)節(jié)能的方法有較多種，主要包括并聯(lián)控制方式、群控控制方式與智能派梯控制 3 種方式［2］。

加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村水利現(xiàn)代化工作的領(lǐng)導(dǎo)，強(qiáng)化責(zé)任落實(shí)。水務(wù)、財(cái)政部門應(yīng)積極爭取國家大中型灌區(qū)節(jié)水改造、規(guī)?；?jié)水灌溉、小型農(nóng)田水利重點(diǎn)縣建設(shè)、中小河流治理、水土保持等項(xiàng)目資金；切實(shí)落實(shí)市和區(qū)縣從土地出讓收益中提取10%用于農(nóng)田水利建設(shè)政策；特別是要籌措好區(qū)縣財(cái)政用于農(nóng)村水利現(xiàn)代化建設(shè)資金，保障農(nóng)村水利現(xiàn)代化各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.2.1 并聯(lián)控制方式

當(dāng)有2臺(tái)的電梯在同1個(gè)電梯廳布置時(shí)，則可以采取并聯(lián)的控制方式。該控制方式就是2臺(tái)電梯共用1套呼梯系統(tǒng)，把2臺(tái)規(guī)格相同的電梯并聯(lián)起來，設(shè)定統(tǒng)一的控制程序，由智能的聯(lián)動(dòng)控制程序自動(dòng)調(diào)度電梯運(yùn)行，當(dāng)電梯在沒有廳外召喚信號(hào)時(shí)，其中1臺(tái)電梯會(huì)自動(dòng)返回到該梯設(shè)定的基站，另1臺(tái)電梯則停在中間層或停在高層等設(shè)定樓層。當(dāng)電梯的某層站有乘客按下召喚按鈕，則最近的1臺(tái)電梯會(huì)響應(yīng)該層站的召喚，馬上啟動(dòng)到該層，指令完成后，該電梯又會(huì)自動(dòng)前往基站待命。這種方式也就是我們常說的就近服務(wù)原則，可以大大減少電梯的重復(fù)響應(yīng)并降低無效運(yùn)行。

2.2.2 群控控制電梯方式

當(dāng)1個(gè)電梯前廳里有3臺(tái)或3臺(tái)以上的電梯系統(tǒng)時(shí)，則需要啟動(dòng)電梯的群控控制方式。該控制方式可以根據(jù)每個(gè)樓層不同的召喚信號(hào)分布，結(jié)合當(dāng)時(shí)電梯的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過該控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與判斷，按照最合理、最快速的分配方法對(duì)不同的電梯進(jìn)行調(diào)配。在群控的電梯控制系統(tǒng)中，將采用并行通訊方式優(yōu)化控制、協(xié)調(diào)管理多臺(tái)電梯的運(yùn)轉(zhuǎn)［3］。

2.2.3 智能派梯控制方式

對(duì)于繁忙的5A級(jí)高層建筑中的人流高峰期，往往意味著人們需要有較長的候梯時(shí)間、爭先恐后地?fù)屩鴶D進(jìn)到達(dá)的電梯、擁擠的轎箱以及每趟過多的停站［4］。智能派梯控制方式以提高電梯群控系統(tǒng)的智能化水平為出發(fā)點(diǎn)，以減少候梯時(shí)間、改善服務(wù)質(zhì)量、適應(yīng)現(xiàn)代工作需要為目的，讓用戶享受到更加智能化的乘梯體驗(yàn)。該種控制方式可以將門禁、訪客、通道等多個(gè)系統(tǒng)融合起來，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、交換、存儲(chǔ)及分析，采用智能識(shí)別技術(shù)，多應(yīng)用在5A級(jí)辦公樓，進(jìn)行多臺(tái)電梯集控。

其控制方式下：系統(tǒng)能獲取各電梯轎廂狀態(tài)（所在樓層、運(yùn)行狀態(tài)、門開關(guān)），供系統(tǒng)查看和電梯調(diào)度運(yùn)行使用；同時(shí)通過控制器統(tǒng)一調(diào)度電梯，同時(shí)向電梯發(fā)送命令，驅(qū)動(dòng)指定電梯完成外呼、內(nèi)呼、開放權(quán)限等功能。能夠有效節(jié)約電梯運(yùn)行時(shí)間，降低電梯能耗。

該控制方式具有的優(yōu)點(diǎn)：采用了直觀設(shè)計(jì)的按鍵及觸摸屏；即時(shí)電梯分派減少了乘客的候梯時(shí)間；針對(duì)流量的電梯分派極大地疏緩了候梯大堂的流量；動(dòng)態(tài)分配原則更能適合不斷變化的交通流量模式并且減少電梯每趟運(yùn)行的停站次數(shù)；減少了每趟的停站次數(shù)意味著縮短了電梯的運(yùn)行時(shí)間；通過大樓用戶目錄更有效地幫助疏導(dǎo)來訪者；通過改善乘客的乘梯體驗(yàn)以及提高系統(tǒng)的效率增機(jī)用戶的滿意度。

2.3 能量回饋中節(jié)能技術(shù)分析

在電梯中安裝能量回饋裝置可以實(shí)現(xiàn)更大的節(jié)能目標(biāo)。此節(jié)能裝置主要采用DSP中央處理器技術(shù)、PWM脈寬調(diào)制技術(shù)、雙向電壓跟蹤技術(shù)等領(lǐng)先技術(shù)。利用該能量回饋裝置，把消耗在電梯制動(dòng)電阻上的能量 （這部分能量約占電梯總用電的25%～35%）回收再利用，達(dá)到節(jié)約電能的目的。這技術(shù)也稱電梯能源再生技術(shù)。

在非能源再生系統(tǒng)中，電梯在重載下行或空載上行時(shí)，電梯的勢能將轉(zhuǎn)化成電能，然后在電阻器上發(fā)熱，從而轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。這將造成能量消耗，同時(shí)也提高了電梯的機(jī)房溫度。而能源再生系統(tǒng)的運(yùn)用將勢能轉(zhuǎn)換為電能再回饋到電網(wǎng)中，傳統(tǒng)電梯應(yīng)用此“能源再生”技術(shù)后，可以大大的節(jié)約電能，讓“能源再生”成為可能。

（1）能源再生技術(shù)方面的優(yōu)勢：能源節(jié)約量相較于傳統(tǒng)的非能源再生無齒輪電梯/有齒輪電梯，高達(dá)30%～70%（見圖2）；通過電梯變頻器和濾波器轉(zhuǎn)換的能源直接反饋進(jìn)入小區(qū)電網(wǎng)；反饋的能源均為清潔能源，不僅可用于常規(guī)樓宇照明、暖通等設(shè)備，同樣可用于包括醫(yī)療機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)等對(duì)電能要求較高的場合；全系列標(biāo)準(zhǔn)配置能源再生功能，體現(xiàn)了能源再生方面技術(shù)的完善性（見圖3）；各系統(tǒng)準(zhǔn)確、細(xì)膩、高效地控制電梯所有的運(yùn)動(dòng)和功能，全面提升了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和可靠性。控制系統(tǒng)由軟件控制，不需要在電梯硬件配置方面進(jìn)行更改，只需要工程師在現(xiàn)場修改軟件，調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)就可以了。

（2）能源再生技術(shù)的原理：該控制方式的電梯采取能源再生變頻器。采用交直交變頻技術(shù)，電流可以通轉(zhuǎn)換器進(jìn)行交流到直流再到交流的變化，能量再生核心模塊已經(jīng)取代了整流橋，在直流環(huán)節(jié)兩邊形成了對(duì)稱布局。在此情況下電流轉(zhuǎn)換器就能允許能量雙向流動(dòng)，即不僅能夠給電梯主機(jī)提供牽引動(dòng)力，同時(shí)也能夠把多余的能量反饋回電網(wǎng)。在此情形下制動(dòng)電阻就變得不需要了，也減少了控制柜的體積大小，節(jié)省了電梯機(jī)房的空間，并且也降低了機(jī)房的溫度，減小了余熱負(fù)擔(dān)，延長了設(shè)備的使用壽命，并且降低了電梯維護(hù)的費(fèi)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)及證明采用能源再生科技的電梯可以使電梯運(yùn)行耗能降低60%左右，反饋的電能能夠供5A樓宇內(nèi)其他用電設(shè)備的再次使用。能源再生變頻器安裝見圖4。

（3）能源再生的社會(huì)意義。采用能源再生驅(qū)動(dòng)技術(shù)的電梯，本來通過制動(dòng)電阻以熱能形式散發(fā)的能量能夠通過能源再生變頻器被反饋回電網(wǎng)進(jìn)行再利用，并且該能源應(yīng)該說是清潔的能源，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行污染。因?yàn)槟茉丛偕冾l器內(nèi)有安裝高性能的濾波裝置，可以很好的消除諧波污染，從而讓反饋回電網(wǎng)的電能更清潔，符合CE標(biāo)準(zhǔn)，這種電能能滿足常規(guī)電氣設(shè)備如電扶梯、中央空調(diào)、照明系統(tǒng)的需求，也可供小區(qū)照明等其它方面的使用。

（4）節(jié)能對(duì)比簡表。節(jié)能的效果見表1。

表1 能源再生技術(shù)節(jié)能情況表

假設(shè)某個(gè)小區(qū)按100臺(tái)電梯計(jì)算，當(dāng)全部采用能源再生電梯，節(jié)電量最高可達(dá)750 000 kWh/a，相當(dāng)于220t標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)電量。假設(shè)全市每年按200個(gè)小區(qū)計(jì)算，則節(jié)電量高達(dá)150000000 kWh/a，相當(dāng)于45 000 t標(biāo)準(zhǔn)煤。如果全國每年新增電梯臺(tái)量按600 000臺(tái)計(jì)算，則可節(jié)約高達(dá)1 320 000 t標(biāo)煤，同時(shí)相當(dāng)于減少 3 500 000 t CO2、11 902 t SO2、3 000 t灰渣、45 t煙塵的污染，如果按每臺(tái)電梯運(yùn)行20年，那么經(jīng)濟(jì)效益非常突出。

3 電梯節(jié)能技術(shù)應(yīng)用案例

3.1 項(xiàng)目名稱：福晟錢隆廣場

該項(xiàng)目位于福州市臺(tái)江區(qū)江濱西大道振武路70號(hào)，該樓總共55層，共配備了26臺(tái)奧的斯機(jī)電的電梯，分為低區(qū)、中區(qū)、轉(zhuǎn)換區(qū)、高區(qū)這4個(gè)區(qū)塊。該建筑采用了一線的品牌電梯，應(yīng)用奧的斯機(jī)電GEN2N能源再生電梯、XO-8000高速電梯、REGEN-M乘客電梯等，采用了奧的斯專業(yè)高速電梯控制技術(shù)，形成了串行通訊網(wǎng)絡(luò)、環(huán)形通訊網(wǎng)絡(luò)、自診斷系統(tǒng)、智能化的集選、群控派梯系統(tǒng)等組合及控制系統(tǒng)，不僅能滿足現(xiàn)場調(diào)整、修改運(yùn)行參數(shù)的需要，而且方便將來電梯的升級(jí)改造。 該項(xiàng)目在做地基的時(shí)候電梯設(shè)計(jì)工作就已經(jīng)介入，主要在以下幾方面對(duì)客戶進(jìn)行前期溝通及指導(dǎo)：

（1）在大樓設(shè)計(jì)時(shí)做好客流量分析。根據(jù)這棟樓的單層面積，估計(jì)出每天上下班高峰期的客流量，從而決定要如何對(duì)這棟樓進(jìn)行分區(qū)，同時(shí)確定每個(gè)區(qū)采用幾臺(tái)電梯；

（2）采用先進(jìn)的智能電梯派梯控制技術(shù)，合理化派梯，上下班高峰期服務(wù)，電梯送客完后馬上返回1樓等待或接人；非高峰期時(shí)，電梯分散?？?，休息日單梯運(yùn)行；

（3）電梯設(shè)備采用無齒輪鋼帶產(chǎn)品，自重輕、節(jié)能、無需潤滑；

（4）轎廂采用LED照明，自動(dòng)控制開關(guān)，開梯時(shí)亮、停梯時(shí)關(guān)；

（5）電梯產(chǎn)品采用能源再生反饋技術(shù)。

總體性能：

（1）全電腦模塊化控制系統(tǒng)。模塊化的控制系統(tǒng)的采用，使得電梯能夠適應(yīng)今后技術(shù)的發(fā)展以及用戶要求（見圖5、圖6）。

（2）系統(tǒng)采用了奧的斯新一代相關(guān)系統(tǒng)響應(yīng)（RSR+）的派梯軟件。在每個(gè)廳門呼梯信號(hào)登記后，每臺(tái)電梯均計(jì)算應(yīng)答時(shí)間，綜合計(jì)算現(xiàn)在轎廂負(fù)荷、派梯呼叫等參數(shù)，減少乘客候梯時(shí)間［4］。

（3）能源再生變頻器。此變頻器引用奧的斯能源再生的專利技術(shù)，最大的特點(diǎn)就是節(jié)能，Regen變頻器可將電機(jī)產(chǎn)生的電能通過濾波處理將清潔電能反饋回電網(wǎng)輸入側(cè)，供電網(wǎng)中的其它用電設(shè)備使用如電扶梯、中央空調(diào)、照明設(shè)備。Regen能源再生電梯采用高科技永磁同步無齒輪主機(jī)和能源再生變頻雙重節(jié)能科技，節(jié)能效率大大提升，節(jié)能性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平，較普通有齒輪乘客電梯最大節(jié)能可達(dá)70%。

4 結(jié)論

本文從理論以及實(shí)踐應(yīng)用方面，提出提高電梯傳動(dòng)效率，優(yōu)化電梯操縱方式，應(yīng)用能量回饋技術(shù)，能夠有效降低電梯能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，對(duì)電梯在5A辦公樓內(nèi)的綠色節(jié)能控制方面具有借鑒意義。