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中国电梯的生产量达到了26.1万台,中国已经连续五年以上保持电梯全球最大的生产国和第一大市场的地位,近年来,全世界大约一半的新装电梯和自动扶梯是在中国生产和安装的。据预测,中国未来十年的房地产市场将保持一个增长的态势,因此与其配套的电梯行业也将保持快速稳定的发展态势。
中国电梯协会副秘书长张乐祥表示,电梯安全、节能是目前电梯技术发展的主线,而控制与驱动技术是实现这些技术的基础和核心。
节能技术如何在电梯行业发挥效能?
在思考如何达到电梯节能目的的同时,找到与电梯能耗相关的因素显得至关重要。张秘书长大致介绍了电梯运行中与能耗相关的几大因素,其中包括驱动系统形式、轿厢悬挂方式、安装质量、控制系统交通调度方案、能量回馈等方面。对此,他建议,技术和材料的选用应将从产品制造到整个寿命周期结束的总能耗作为评价标准,在产品设计时优先选用节能、环保材料来替代耗能、污染型材料,减小资源与能源的消耗,提高资源利用率;在制造过程中也要尽量减少加工工序,进行可循环设计、可拆卸设计和模块化设计等,以便于生产制造和降低能耗。
同时他强调,节能技术在电梯产品的实现要细化到每一个部件,采用能源回馈/共母线技术,用滚动导靴替代滑动导靴。运行过程中,采用智能群控系统,减少运行次数和平衡负载,提高电梯的运行效率。根据相关研究,待机能耗占运行能耗相当大一部分,有的甚至达到60%以上。要减少待机能耗,这要求控制和变频驱动系统具备休眠和待机技术,并采用LED等高效照明光源,在不需要时要关闭照明和通风设备,并减少系统转动惯量。
自动扶梯节能潜力巨大
随着城市化水平的提高,基础设施的建设也越来越关注民生问题,设备的安全性、舒适度等指标成为关注的焦点。自动扶梯凭借其方便、快捷、乘客输送量大等优势,在商场、地铁、机场、天桥等公共场所得到了大量的应用。张秘书长介绍说:“自动扶梯作为连续单向运行大量运载乘客的设备,设备设计的余量和安全系数很高,使得设备绝大部分时间工作在50%额定负载以下,而且带载下行的自动扶梯大部分时间工作在发电状态,因此在自动扶梯节能方面潜力是比较大的。”
节能性能的优异源于高效的配件,张秘书长介绍,自动扶梯如果采用高效齿轮箱来代替目前主流的涡轮蜗杆传动,如斜齿轮、行星传动等可以提升传动的效率 20%以上,用永磁同步电机取代异步电动机,还可进一步节能5%。采用变频器智能驱动,节能效果根据运行工况可达40%,降低扶梯启动电流70%,减少对电网的冲击。同时可以规避法规对高效节能电动机的要求,节省投资。另外还可以使设备的启动和停止平顺,实现0速制动,提高安全性并减少制动器的磨损。
张秘书长还指出,自动扶梯在采取节能运行模式需要进行全面考虑,要始终把安全性放在首位,
由于采取减速运行模式会降低服务质量和输送能力,部分乘客会跑动,导致安全问题,在采取这类运行模式时要慎重。
高效电动机的使用也是自动扶梯节能技术的一个发展趋势,在发达国家普遍通过法规强制自动扶梯选用经过认证的高效电动机。采用了高效电动机,电梯运行效率可以提高3%~4%,电动机的购置成本相应增加20%~50%。张秘书长简单地介绍了高效电机的改进措施:“首先,改善了矽钢片的性能,更薄的外形可以提高绝缘性能,增加的铁芯长度可以降低磁饱和度;另外,增加用定子铜量,增大铝条和端部链接部分、铜转子;结构上也有所改善,采用线槽外形、绕线方式以及更小的气隙,并使用更好的轴承和高效能风扇,达到低转差率。总体来说,采用高效电动机的优势在于整个寿命周期的经济性更好,可靠性更高,使用寿命更长。”
电梯能效标准亟待出台
9月4日,中国颁布了《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》的标准,新标准规定了中小型三相异步电动机的能效限定值、节能评价值、目标能效限定值、能效等级和试验方法。这个标准意味着只有达到相关节能标准的电机企业,才能拿到市场的通行证。其中,电动机目标能效限定值方面要求:强制性市场准入指标,是允许电动机的最低效率。同时在额定输出功率和75%额定输出功率的效率均应不低于规定指标;在产品节能评价值方面,推荐性指标是开展节能产品认证和实施鼓励性节能政策的技术依据,同时电动机能效等级分为3级,其中1级能效最高。
相对于电动机标准的制订,电梯能耗的评定标准较为困难。由于节能话题逐渐成为了社会关注的政治议题,这其中也牵涉了评价单位的巨大商机和利益驱动等问题,加之能耗测量评价困难,标识特别困难。张秘书长认为,以技术和部件取代系统进行分级的方式更易于操作,实施起来会比较方便。
尽管电梯节能技术的发展形势乐观,但张秘书长强调不能盲目地追求新技术,而忽略了一些关键的问题,所以一些采纳节能技术的原则还是十分重要的。他指出,首先,要做到安全第一,不能因为要达到节能的要求,就降低设备的安全性;也不能降低设备的性能和乘客舒适度,否则就是得不偿失;同时,必须采用成熟可靠的技术和产品,这样才能够保证电梯的质量;另外,电梯制造商要考虑整个产品或技术寿命周期的总能耗,要考虑到包括制造、产品回收和材料提取等在内的关键因素,这样才能在真正意义上实现节能降耗;要从最简单、不需要大量投入的方面做起,比如调整平衡系数、更换LED节能灯等措施;最为重要的也是根本原则就是要符合经济原则。
尽管电梯行业已经有百余年历史,但是节能话题的提出为电梯行业的发展又赋予了更丰富的涵义。对于电梯节能这样一项复杂而系统的工程而言,我国的电梯行业只是刚刚起步,而在节能道路上的追寻也必将成为中国由“电梯大国”向“电梯强国”迈进的重要历程。
前言
据相关资料显示电梯用电量占高层建筑用户电总量的17%,由此也成为当前节能工作中的重点环节[1]。日前,西继迅达公司电梯产品顺利通过荷兰LIFTINSTITUUT节能认证机构的审核,被国际VDI授予A级节能电梯证书,成为电梯行业中的节能先锋,提高了自身的市场竞争力。电梯节能技术的应用成为电梯企业寻求自身发展的关键,各家电梯公司也纷纷将节能电梯作为抢占市场份额的竞争点。
一.永磁同步曳引机节能系统节能分析
电梯的运行是在电动机带动曳引机上下驱动来进行的。永磁同步曳引机是一种将无轴承技术与永磁同步曳引机相结合的研法而成的新型无轴承电动机。曳引机分为有轮与无轮两种,其中无齿轮永磁同步曳引机无需减速箱进行减速。目前的大多数电梯通常将大扭矩交流永磁同步电动机作为电梯运行的驱动。永磁同步电动机具有低速大转矩的特性,体积相对较小但是运行平稳,能够避免频繁维护、节省能源,降低运行成本,成为当前电梯行业的主要发展趋势。而有齿机曳引机通常使用蜗轮一蜗杆技术,为提高运行效率通常采用永磁同步电动机作为驱动,减速比例通常在35:2左右,相比交流异步电动机效率将电梯的效率提高10%以上,由此将永磁同步电动机作为有齿机曳引机电梯节能研究的主要方向[2]。此外,多极低速直接驱动永磁同步曳引机的出现改变了曳引机用电方式,提高了节能效果。与常规的曳引机系统相比,永磁同步曳引机系统可避免向电网中汲取无功电流,获取能量的方法较为安全,因而功率因数相对高。同时该系统不存在励磁损耗,因为运行过程中发热小,因而也不需要冷却风扇,减少耗电设备,其运行效率可以提高20%~40%。
二.变频器再生能量回馈技术节能分析
电梯在运行的过程中会产生一定的机械能,电梯节能的方式可通过其产生的机械能加以利用,从而减少电梯从电网上汲取的电能,实现电能的循环利用。变频器再生能量回馈技术应运而生,实现了电梯运行过程中对电梯的节能,实现了电能的循环利用。该技术能对电梯运行过程中产生的机械能进行转换,并将能量储存在直流母线同路的电容中,再结合有源逆变技术将能量转变为与电网同频同相的交流电。该技术对机械能的转化率至少为97%,能够为建筑物、电梯间的其他用电设备提供运行能源,从而实现电梯节能目的。此外,在该技术的应用过程中结合抗电器与噪声滤波器,频繁制动,增强电梯的节能效果。变频器再生能量回馈技术的运行系统产生的热量相对较少,因而无需空调散热,日常维护工作也相对地有所减少。变频器再生能量回馈技术可带来15%~40%的节能率,具有较大的发展前景。当前,西继迅达公司采用永磁同步曳引机节能系统与变频器再生能量回馈技术进行电梯节能,电梯一天的用电量不超过4.6度,与普通C级能效电梯相比,节电率高达69.83%。因此,一年可为电梯用户节省的用电量约为4056度,如每度电0.5元的价格计算,一年就可节省2028元用电费用,获得较大节能效果,降低电梯运行于铭生西继迅达(许昌)电梯有限公司成本。
三.电梯群控技术节能分析
实现电梯节能,需要对电梯在运行过程中消耗的电能进行有效的控制。在启动、加速及制动是造成电梯能源大量消耗的3个中间环节,特别是多台电梯的运行消耗的能量相对较大。针对于多台电梯的`用户,可通过控制上述3个产生电能消耗的环节来实现节能目的。实现多台电梯耗电环节的控制可采用电梯群控技术,实现电梯系统的智能化运行,减少人为干预。当前电梯控制技术有并联控制、梯群程序控制及梯群智能控制三种有效的节能操纵控制方式。其中,并联控制将2台电梯控制线路进行并联控制。如两台并联的电梯无运输任务,一台基梯电梯会停留在基站,另外一台自由梯会停留在预先选定的楼层;当有运输任务时,停留在基站的基梯会向上运行,而停留在预定楼层的自由梯会下降至基站完成替补工作[3]。梯群程序控制的群控是由微机控制并统一调度。应用该技术的多台电梯使用共同的厅外召唤按钮,对多台电梯进行集中的排列进行统一的程序调度、控制。根据电梯的运行状态,该控制可分为四程序与六程序两种控制方式。其中四程序控制根据运输任务可分为闲散、上行高峰、下、上行平衡及下行高峰状态运行四种运行方式,系统可根据运行状态调整相应的运行控制方式。而六程序控制则比四程序控制多了两种状态,即为上行较下行高峰与下行较上行高峰两种运行状态。
四.共直流母线技术节能分析
在电梯节能中除了从曳引机创新、机械能转换及运行方式优化三个方面进行节能之外,还可对电梯电流母线进行创新,实现节能。共直流母线具有能量共享的特质,能够实现能量线上多台设备的电能共享。回馈装置、变频器、直流熔断器及直流接触器在运行过程中是并联的状态因而直流环节的储能容量相对较大,强大的直流电压源可有效控制直流电压产生的瞬时脉动,保障系统运行的稳定与安全[4]。在电梯使用频率较高、运输任务重的建筑物中,通常会出现多台电梯同时运行的情况,为降低电梯对电能的消耗可应用共直流母线。其节能原理如下,将多台运行电梯其中的一台或着多台运行时产生的能量反馈至共同使用的那条母线上,利用直流母线的共享性能为直流线上的其它电梯提供运行的能量,减少电梯向电网中汲取电能,运用最小的能耗获取最大的电梯驱动能量。
五.结语
当前电梯节能可通过永磁同步曳引机节能系统、变频器再生能量回馈技术、电梯群控技术及共直流母线技术等技术进行节能,促进电梯行业的节能工作。但是节能要求会随着用户的需求而发生改变,为应对日益严格节能要求,当前的电梯企业应该不断地对节能技术进行创新。以节能为自身发展的目标,促进电梯行业的安全、稳定发展,满足生产、生活中对电梯运输的需求。
参考文献:
[1]陈煜华.对于电梯节能技术的探究[J].低碳世界,2015(31):122-123.
[2]李敏.电梯节能技术探讨[J].机电信息,2013(12):110-111.
[3]孔晓华.电梯节技术探讨[J].海峡科学,2014(05):31-32.
[4]韩光昕.对我国电梯节能技术的探究[J].电子技术与软件工程,2014