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一、中国电梯现状
    1、中国电梯数量大,增长速度快
    中国电梯数量由2011年底的28.5万台增加到2008年底的115.07万台,短短8年翻了两番,并且每年以近15%的速度在增长,到2020年底,中国电梯数量预计将达到200万台。
    2、中国电梯技术水平与世界同步
 中国电梯75%是2001年以后生产的,每年新增电梯有80%以上是几大世界品牌电梯公司生产,采用的主流技术是VVVF控制,且近两年PM永磁同步主机技术不断得到市场的认可,市场占有率在不断提高,而且我们1979年在用电梯仅约1万台,也就是说达到30年寿命的电梯数量不足1%。
    总体而言,中国电梯数量大、增长速度快、老旧电梯数量不大但更新速度慢,且电梯节能监管意识差,因此电梯节能对我国而言意义重大。在建设资源节约型社会,着力抓好节能降耗的大背景下,电梯如何有效降低耗电量,应该成为整个建筑领域及社会关注的热点。

二、提高电梯能效的途径
    1、新电梯采用能效高的电梯
新装电梯应采用社会广泛认可的高效电梯,如PM永磁同步电梯可配置能量回馈装置,自动扶梯应选用传动效率高的扶梯。
    2、能量回馈
将电梯运行过程中产生的能量回馈到电网,以降低单位时间内消耗的电网能量,其能量来源有两种:动能和位能。
动能:电梯启动到最大运行速度,电梯系统具有最大的动能,当电梯到达目的地层站时要逐步减速直到电梯停止运行,这一过程释放出机械动能。
位能:电梯上下运行,其位能是不断变化的,当整个系统的位能性负载作下降运动时,其位能将释放出来。
    对于这两部分能量必须进行处理。能量回馈最早应用于高速电梯,主要是解决控制柜和制动电阻的设计问题,目前在低速电梯上也开始应用。
能量回馈实质上是往电网回馈能量,对电网会产生冲击,同时其产生的电磁干扰也可能影响其他设备。因此,在旧梯改造中增加该能量回馈功能,应慎重考虑回馈能量与电网的冲击和电磁干扰的问题。
    3、提高电梯的输送能力,缩短侯梯和乘梯时间(提高速度和加设台数)
提高电梯的输送能力是节能的一个重要的间接途径,如电梯群管理技术:根据乘客流量合理安排相应台数的电梯投入使用,是一种基于多台电梯的优化调度。
其好处是:在输送量一定,提高输送能力可以减少电梯的安装台数和缩小单台电梯的规格,从而减少总得能耗。更为重要的是减少了启动和制动的次数,从而减少总的能耗。如目的楼层控制系统等。
    4、其他节能措施
(1)尽量减少使用电梯,少用意味着节能;
(2)减少电梯的启停次数:增加防捣乱功能,增加选层信号误选功能;
(3)在人员较少时,减少电梯服务的台数,比如夜间可以只保留一台电梯服务;用LED灯代替传统照明;增加休眠功能,长时间不使用时,关闭照明,风扇;加强维护保养,提高井道效率。

三、对耗能严重的电梯进行改造
    1、电梯改造
对于垂直梯(客梯),采用变频改造较为合适,一方面安全性、可靠性能得到大幅度提升,另一方面节能效果也非常明显;对于已经采用VVVF的电梯,在解决回馈能量与电网的冲击和电磁干扰等问题的前提下,可加装能量回馈装置。
    2、自动扶梯的节能改造
目前,在用的大多数自动扶梯的运行速度是恒定的,而不进行调速。在电气拖动方面,采用最简单的交流单速电机直接供电的拖动系统。长期高速、空载运转,造成电能的大量浪费,尤其是机械磨损日益严重,配件更换成本高(扶手带、梯级轮等)。
扶梯主要改造方式下:
    (1)采用自动重新启动功能
    自动重新启动是扶梯标准中得一种运转模式,无乘客时自动停止运行,当有乘客时自动重新启动投入运行服务。一般在机场和高级商场较为常见。其控制方式较简单,但会造成扶梯频繁启停,违反自动扶梯连续工作制的设计原则,在一定程度上影响寿命。
    (2)Y-△切换节能
    Y-△切换节能是电梯行业最经典的节能方式,切换的基本原则:轻载时运行于节能模式,重载时运行于正常模式。
    两种方式切换的实质是对交流电机的调压:在空载和接近空载时,运行速度无明显变化,但可节能20%左右。不足之处:空载情况下的节能和降低机械磨损的潜力没有充分发挥。
    (3)采用变频技术
    变频技术即空载无人时低速,检测到乘客时转换为高速。优点:采用空载低速运行,大大减少了电动机的功率损耗,减少机械部件的磨损。与自动启动相比减少了频繁启动,磨损小,同时爬行速度运行可为乘客明确乘梯的方向。不足:长时间低速运行将导致部分自扇冷却型交流异步电动机散热能力变差,温升增加。
(4)共用直流母线
    共用直流母线的原理是自动扶梯带负载下行时,通常当负载达到到满载的20%时电机由电动状态转换为发电状态。自动扶梯通常为两台并列配置,一上一下,若将各楼层上行,下行中多台自动扶梯变频器的直流母线并联,可以将一台或多台自动扶梯产生的再生能源通过其他电动运行的扶梯消耗掉,节约能源。下行运行产生的再生能源可通过共用直流母线有效分流,实现再利用。
(5)节能软启动设备
    节能软启动设备把固态电路启动器与能持续监控电动机工作负载的专利节能技术相结合,该专利技术能使电压与电动机负载相匹配,从而提供维持自动扶梯正常运行时所需能耗的精确量。在保持提速不变得情况下能在较少乘客乘梯时降低能耗。测试表明可使自动扶梯平均能耗降低33%,该装置经过CSA B44.1/ASME A17.5认证符合美国安全规范,并经CE认证可在欧洲销售。

四、电梯采用能量回馈技术的经济效益分析
  某电梯公司采用能量回馈控制技术,对南京某27层写字楼的8台高速电梯实施了节能技术改造,其中6号电梯连续15天的测试记录表明,高速电梯采用能量回馈控制技术后节电率高达42.15%,具有显著节电效果。
  我国在用电梯115.07万台,每年新增电梯均在20%以上,2008年全国电梯耗电量回馈控制技术,电机可节电约30%左右。全国仅新增电梯一项每年就可节约用电20.17亿KWh,可节约12.11亿元。如对老旧电梯实施节能技术改造,如按单机节电40%计算,全国老旧电梯节能技术改造每年可节约用电39.77亿KWh,可节约23.86亿元。新老电梯加起来每年可节约用电59.94亿KWh,可节约35.96亿元,经济效益十分显著。
电梯电能回馈装置节能效果分析
    (1)、电梯在运行和制动过程中,既消耗电能,也产生电能,有时处于耗电状态,有时处于发电状态。但在目前,绝大多数变频调速的电梯都是采用电阻散热的方式将电梯发电后储存在变频器电容 中的多余电能转化为热量消耗掉了,这是一个巨大的浪费。
    (2)、在电梯运行过程中,由于电梯发电通过电阻产生的热量非常高,电阻局部温度通常都在100℃以上。为了使机房的温度保持在常温状态,避免电梯因高温产生故障和延长电梯的使用寿命,用户还需要采用空调或安装大排风量的风机来降低室温。在电梯数量较多或功率较大的机房,往往需要同时使用空调和风机,在某些场合,降温设备的用电量往往比电梯本身的用电量还要高,这又是一个巨大的浪费。
    (3)、这种不科学的耗能形式造成了更不必要的耗能现象,形成了电梯不必要的双重消耗电能的巨大浪费。
    (4)、电梯电能回馈装置能够从根本上解决上述问题。电梯电能回馈装置能有效地将电容中储存的电能回送给交流电网,供周边其他用电设施使用,一般平均节电率可达30%。电梯电能回馈装置替代电阻工作后,电梯机房无需再使用空调、风机降温,使综合节电效果加倍增长。
    将电梯处于发电状态时产生的电能回馈利用,无疑是电梯节能的一条捷径,这种节能情况可重复检验、可重复测量、摸得着、看得见,当时投入,立刻见效,是一个低投入、高效能的节能范例,在节能、节约资金上能立竿见影。正所谓一次投入、终身受益,在电价逐年上涨的今天,这种投资实为决策者的明智之举。
电梯为什么会发电
    变频调速电梯从零速启动,运行到额定速度后具有最大的机械动能。在电梯停靠目标楼层前,需要逐步制动减速直到电梯零速停止,这一过程是电梯曳引系统释放机械动能的过程。
    垂直运行的电梯还是一个势能性负载。电梯曳引机拖动的负载由轿厢和对重组成,为了均匀拖动负载,只有当轿厢载重量达到额定载重量的50%(半载)时,轿厢侧和对重侧才相互平衡,否则,轿厢和对重就会有质量差,使电梯运行时产生机械势能(典型的例子是重载下行和轻载上行)。
    电梯运行中多余的机械能(含上述势能和动能),通过曳引机和变频器转换成直流电能储存在变频器直流回路中的电容中。此时电容好比是一个水库,回送到电容中的电能越多,电容电压就越高(好比水库水位超高),如果不能及时释放电容中储存的电能,就会产生过压故障,造成变频器停止工作,电梯无法正常运行,就应该释放电能。遗憾的是,目前绝大多数变频调速电梯都是采用电阻散热的方式消耗电容中储存电能的方法来防止电容过压,也就是将电梯运行中发出的电能消耗在电阻上,就相当于这部分电能消耗在一个巨大的灯泡上一样,这岂能不是浪费?。电阻耗能造成了巨大资金、能量浪费,同时还产生大量的热量,恶化了电梯机房的环境,结果是不得不借助于空调来解决温度问题,反过来又进一步造成更不必要的资金和电能损失。
电梯节能改造能节多少电能
    以写字楼电梯为例:一部变频调速电梯,每天约用电量为50~150度。如果处于发电状态运行,在空载运行的时候,每次发出来的电能约为0.2度左右,送回电网中的电能可以用在大楼的照明、空调等地方。据统计,每部电梯每年平均运行次数约为20~30万次,其中约有10万次运行处于发电状态。一般来说,按每次发电0.1度来计算,每年每台电梯能节电约10000度左右。
电梯电能回馈装置的特点
    采用PWM脉宽调制技术,输出相位准确、有效抑制高次谐波
    采用DSP中央处理器,速率高、精度高、稳定性能好、抗干扰能力强
    采用自诊断技术确保输出电压精确,防止电流回送,使变频器不受任何影响
    电压畸变:<5%,符合IEC61000-3-2标准及GB/T 14549标准对电网谐波要求
    功率等级从0~40kW均可使用
    应用电抗器和噪声滤波器,可直接与300~460VAC或150~230VAC电网驳接使用
    能量转换率97%以上
    空载上行节电35%,满载下行节电45%
    实时显示节电数量
    真正实现了变频调速系统的四象限运行
    制动产生的能量得到回收利用,系统的效率大大提高
    系统发热量降低,安全性提高,维护工作量减小
    完善制动效果,适应快速制动和频繁制动的工程需求
电梯电能回馈装置技术指标
    环境要求:环境温度-10~+60℃;相对湿度不大于90%RH(不结露);无金属粉尘和腐蚀性气体;振动1G/10~20HZ,0.2G/20~50HZ
    额定电压:380VAC或192VAC
    功率范围:0~40kW
    制动方式:双向自动电压跟踪方式
    反应时间:2ms以下,有多重噪声过滤算法
    允许电网电压:300VAC~460VAC,45~66Hz或150VAC~230VAC,45~66Hz
    动作电压:670VDC或335VDC(可调),误差2V
    制动力矩:150%
    回馈方式:正弦波电流方式
    电压畸变:<5%
    回馈算法:最小谐波PWM算法
    设计工作制:长期
    保护功能:过热,过电流,故障自诊断及保护输出功能
国家有关权威机构认证
    国家电梯质量监督检验中心鉴定结论:该装置的绝缘电阻、耐压强度、显示功能、电能反馈功能、制动功能均工作正常。安装此装置的电梯工作未见异常。
    中国特种设备检验协会鉴定结论:工况为100%载荷往返10次的耗电量,应用电能回馈技术前,耗电0.852kwh,应用电能回馈技术后,耗电0.472kwh;工况为0%载荷往返10次的耗电量,应用电能回馈技术前,耗电0.748kwh,应用电能回馈技术后,耗电0.486kwh。(国家质量监督检验检疫总局科技计划项目2007QK350)
    通过对改造前、后电梯耗电量的有效监测和对比,证明节电效果非常明显。
    2007年9月,国家发改委、国务院国资委等十七个部门在全国范围内组织开展了“节能减排全民行动”系列活动,节能减排已经上升为国家战略目标,政府把突出抓好重点行业和企业的节能减排工作放在了重要的位置。
    应用电梯电能回馈装置,在直接向电网回馈电能节电的同时,把降温设备的投资也节约了,又消除了降温设备本身的电能消耗,保证了电梯在常温环境下正常工作,达到节能减排的双重目标,实现一次投资,长期受益。在目前电价可能持续上涨的形势下,对本单位的电梯进行节能改造,既节约了单位资金、响应了政府的节能号召、实现了决策者的节能政绩,又对环保社会做出了贡献,何乐而不为。
  为了体现电梯电能回馈节能技术的实际效果,我们可以携带节能设备到贵方电梯机房进行实地节能演示,由贵我双方共同主持,分别做不投入节能设备和投入节能设备(与控制系统临时接线)两种方式的耗电测试,测试可以无限次重复,实际节能效果一目了然,相信测试结果一定会令您满意并作出正确抉择。欢迎致电我公司垂询详细方案及报价,也欢迎到我公司节能改造现场考察节能效果并指导工作。

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