王銘鑫

（天津市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院，天津 300192）

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

1 曳引式電梯的工作原理和能耗特點

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)。電動機轉動時，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動。通過確定合適的平衡系數(shù)，電梯在現(xiàn)實升降活動中，就能減縮曳引輪載荷差，并強化曳引輪電梯功能，可以將代償設施安裝于電梯內部，進而落實以上操作。

1.2 能耗分析

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

（2）對驅動系統(tǒng)作出分析，依照有無能量回饋單元可以將變頻變壓調速（VVVF ）電梯分為兩種。當曳引機處于電動狀態(tài)時，電能會經(jīng)由電網(wǎng)側通過整流、濾波、逆變，電機把外部電能轉型成曳引輪的機械能。在這樣的工況下，曳引機驅動曳引系統(tǒng)做功；當曳引機為發(fā)電狀態(tài)時，機械能被轉化為電能，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控作用，于制動電阻上產熱消耗殆盡。

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，以上構件會誘導能耗過程。

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

驅動系統(tǒng)能耗模塊以電機調速形式及曳引機種類為主，建模期間，要重點分析輸出力矩與轉速及驅動系統(tǒng)間的相關性。

構建門機系統(tǒng)能耗模塊期間，應立足于不同的驅動系統(tǒng)及其對應的運作方式，通過建設模型，明確工作門機系統(tǒng)單次開關門時的能耗指標。

控制顯示能耗模塊對應的基本是全控制系統(tǒng)電子模塊的能耗量。依照現(xiàn)實通風空調及照明狀況，檢測其他系統(tǒng)能耗模塊對應的真實值。筆者歷經(jīng)長期的實踐及總結，認為曳引系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)為電梯能耗建模的主要部分。

2.2 運行環(huán)境

電梯主要為客流分布特殊的建筑運行提供服務，并在調整計劃中執(zhí)行工作任務。電梯內部設施及運作軟硬件環(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，就要明確整個電梯設施對應的樓層數(shù)目、建筑物的總高度、客流量，載荷狀況等信息，以上指標均會影響電梯能耗量是多是少。轎廂轉速、曳引系統(tǒng)、勢能改變時對應的效率狀況，共同構成了電梯速度模塊，分析該模塊后，就能獲得電梯能耗狀況相關信息。

2.3 依照動態(tài)測量結果建模

從部分的動態(tài)能耗信息庫內，依次提取主驅動、門機及通風照明燈系統(tǒng)對應的能耗信息，隨即建設曳引系統(tǒng)和主驅動系統(tǒng)兩者的協(xié)同關系，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，若能明確電梯基礎配置，且對驅動改變、門機等系統(tǒng)的能耗相關知識的掌握情況，便能順利建模，也會被有效應用。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作趨向對電梯能耗形成的影響，在此基礎上，設定科學評估電梯能源效能的方案，提出節(jié)能電梯的構想，促進電梯設施現(xiàn)代化發(fā)展進程。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)有開關門、待機、休眠等情況；另一方面，也要滿足建模需求。在設計模型時，需構建建筑樓層信息、客流規(guī)劃及電梯調度等多個模塊。

3 電梯節(jié)能分析及能耗的實際檢驗

為提升曳引式電梯的節(jié)能效果，可以從如下幾個系統(tǒng)著手。

（1）驅動系統(tǒng)。結合模型選用變頻調速方法，選用運行高效的電機，協(xié)助驅動系統(tǒng)達成節(jié)能的目標。

（2）電梯系統(tǒng)。利用智能群控技術對電梯運轉狀態(tài)作出調試。

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

為更科學地分析電梯設施的節(jié)能情況，本文擬定的試驗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，比較理論值與現(xiàn)實能耗值，并對誤差作出分析，見表1。

表1 有無能量回饋驅動裝置和不同載荷下理論與真實的能耗比較

對表1 中的數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)不管電梯是否安裝能量回饋驅動裝置，當載荷在100%的工況下，其測得的實驗值和計算值相對誤差最小，可能是因曳引系統(tǒng)參數(shù)指標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。當電梯位于平衡載荷周邊時，其平衡位點周邊，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。當曳引機處于發(fā)電狀態(tài)時，系統(tǒng)能耗過程被迫終止，此時，電梯啟動、停運剎那間是引起能耗誤差的主要原因，因電梯在啟關門、低速上行及部分元器件等瞬時動作，以上曳引式電梯仿真結果誤差均處于相關規(guī)范設定的范疇中，提示該臺電梯能耗模型測量結果準確。

4 結語

曳引式電梯是高層建筑的重要構成部分，為全面貫徹落實過年倡導的節(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。明確電梯各個系統(tǒng)、運行環(huán)境對能耗建模形成的影響，從驅動系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)運行及匹配等方面做出節(jié)能分析，并通過實驗予以檢驗，得出建設電梯能耗模型的可行性、有效性，具有一定推廣及應用價值。