關(guān)于電梯能效評價的探討

1、關(guān)于電梯能效評價的探討天津市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院 孫立新內(nèi)容摘要：本文提出了在新開展的特種設(shè)備節(jié)能審查和監(jiān)管工作中，使用能效指數(shù)評價電梯產(chǎn)品能源利用效率的技術(shù)方案，介紹了電梯節(jié)能降耗前景和電梯能效指數(shù)的定義、計算公式、計算方法與測試儀器。關(guān)鍵詞：電梯 節(jié)能降耗 能效指數(shù) 測試 黨的十七大明確了建設(shè)資源節(jié)約型社會為我國的基本國策； 2007年10月28日通過修訂后的中華人民共和國節(jié)約能源法中規(guī)定，“ 對高耗能的特種設(shè)備，按照國務(wù)院的規(guī)定實行節(jié)能審查和監(jiān)管”；國家質(zhì)檢總局質(zhì)檢特函200729號文件提出：要對鍋爐、換熱壓力容器、電梯等高耗能特種設(shè)備實行能效測試，加強特種設(shè)備使用環(huán)節(jié)的

2、節(jié)能監(jiān)管。由此看來，電梯的節(jié)能審查和監(jiān)管勢在必行，已經(jīng)是迫在眉睫。本文的內(nèi)容是關(guān)于開展電梯節(jié)能審查和監(jiān)管工作中實施能效評價的一個會議提案，應(yīng)邀刊登供電梯界同行研討，希望能起到拋磚引玉的作用。1 電梯節(jié)能降耗大有可為 據(jù)國家特種設(shè)備主管部門近期的統(tǒng)計和預(yù)測，我國在用電梯共77.1萬臺，2006年耗電量約為230億度。近年來，每年新增電梯均在15以上，若在新電梯產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用永磁同步電機等節(jié)能技術(shù)，單機可節(jié)能30，全國每年可減少11億度以上的用電增長幅度。電梯的節(jié)能降耗有兩個方面，一是改進機械傳動和電力拖動系統(tǒng)：例如將傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿減速器改為行星齒輪減速器或采用無齒輪傳動，機械效率可提高15%25

3、%；將AC-2系統(tǒng)改為VVVF電力拖動，電能損耗可減少20%以上。二是利用電梯的位能負載發(fā)電回收：電梯是垂直運輸設(shè)備，其向上運送與向下運送的工作量大致相當，驅(qū)動電動機通常是工作在拖動耗電或制動發(fā)電狀態(tài)。目前對于將制動發(fā)電狀態(tài)輸出的電能回饋至電網(wǎng)的控制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，據(jù)介紹，用于普通電梯的電能回饋裝置市場價在4千1萬元，可實現(xiàn)節(jié)電40%以上。按此推算，只要全國在用電梯的三分之一應(yīng)用電能回饋技術(shù)，全年可實現(xiàn)節(jié)電30億度，其經(jīng)濟效益和社會效益巨大。2 建立電梯能效評價標準經(jīng)檢索，未見電梯能效評價的國際、國內(nèi)標準。鑒于此，一些電梯企業(yè)和相關(guān)媒體提供的產(chǎn)品效率及其節(jié)能數(shù)據(jù)沒有可比性。比如對于使用有源能

4、量回饋裝置的節(jié)電效果，該裝置的經(jīng)銷商說“可節(jié)電2146”；應(yīng)用該技術(shù)的電梯廠家說“節(jié)能可達70%”。筆者認為，上述兩組節(jié)電、節(jié)能數(shù)據(jù)可能都有出處，只是計算方法和參照物不同而已。在電梯行業(yè)“實行節(jié)能審查和監(jiān)管”，建立起行業(yè)統(tǒng)一的能源利用效率的評價標準是前提，也是開展各項電梯節(jié)能降耗的基礎(chǔ)工作。所謂電梯能源利用效率的評價標準，就是評價電梯在使用過程中總體耗電水平的統(tǒng)一尺度，能夠客觀、公正、真實地衡量各種規(guī)格、型號的電梯在能源利用效率方面的性能指標。電梯實際運行工況復雜，穩(wěn)定運行的“輸出與輸入之比”不能代表電梯產(chǎn)品實際的能源利用效率指標。例如：a) 電梯是斷續(xù)工作制，待機工況的耗電不可忽略。圖1是瑞

5、士Jürg Nipkow等提供的關(guān)于電梯運行能耗（紅色）與待機能耗（藍色）的統(tǒng)計結(jié)果，由于中國與歐洲的國情不同，電梯使用率差別較大，運行能耗與待機能耗的比值可能與圖示不一致，但是電梯待機狀態(tài)耗電功率大致相同，待機時間通常遠遠大于轎廂上下運行的時間，會有相當大的能耗。圖1b) 電梯經(jīng)常處于非額定負載工況，曳引式電梯由于“對重機構(gòu)”的作用，轎廂半載運行時（轎廂側(cè)總重量與對重側(cè)總重量相平衡）耗電最小，轎廂空載或滿載運行時耗電最大，空載、輕載、半載、重載、滿載等工況能源效率指標相差懸殊。c) 功率因數(shù)的影響。由于驅(qū)動電機規(guī)格與電力拖動類型的差別，產(chǎn)品的用電功率因數(shù)不盡相同。表1是筆者對幾種類

6、型的電梯樣機測試的功率因數(shù)數(shù)據(jù)。表1 電梯運行功率因數(shù)實測數(shù)據(jù)工況梯種額定載荷75%載荷50%載荷25%載荷AC-20.4340.4270.4250.434ACVV0.5650.5740.5770.569VVVF（蝸輪曳引機）0.6450.6380.6420.650VVVF（無齒曳引機）0.6960.6760.6430.636功率因數(shù)低會加大供電設(shè)備容量，增加供電系統(tǒng)的線損耗。香港制定了“升降機及自動梯裝置的能源效益實施守則”對電梯總功率因數(shù)做出限制，可以借鑒。e) 回饋電網(wǎng)能源的質(zhì)量不同。電梯使用的電能回饋裝置注入電網(wǎng)的電流往往有諧波，會增加用電氣設(shè)備的熱損耗；回饋電能的功率因數(shù)也會影響到電

7、網(wǎng)功率損耗。綜合考慮上述因素，建議采用“能效指數(shù)”綜合評價電梯產(chǎn)品在能源效率方面的性能指標：電梯能效指數(shù)的定義：電梯運送載荷所做的功與能耗的比值。再嚴謹些，可定義為：在電梯工作周期內(nèi)，轎廂運送有效載荷完成的工作量（所運送的載荷重量與被移動的垂直距離之乘積）與在此運行周期內(nèi)該電梯所耗費電能的比值。更通俗地講，就是電梯干了多少活；用了多少電。也可以把電梯能效指數(shù)定義為：單位能耗（kw.h）完成的輸送量（kg.m）。這種定義是將前述定義中關(guān)于比值的分子與分母對調(diào)，其計算與檢測方法相同。本文只針對第一種定義討論。采用能效指數(shù)表征電梯產(chǎn)品能源利用效率指標較為客觀、準確，其檢測方法與檢測儀器相對簡單，可操

8、作性強。依據(jù)檢測檢驗得到的能效指數(shù)值?？蓪㈦娞莓a(chǎn)品分為5個等級：等級1表示最為節(jié)電，達到國際先進水平；等級2表示比較節(jié)電，達到國內(nèi)先進水平；等級3表示能源效率為產(chǎn)品平均水平；等級4新產(chǎn)品準入門檻；等級5屬限制、淘汰產(chǎn)品。3 計算方法與測試儀器3.1依據(jù)電梯能效指數(shù)的定義，可以有數(shù)種測試與計算方式，例如： a) 規(guī)定一個測試周期和電梯工作圖譜，轎廂按工作圖譜的規(guī)定運送不同重量的載荷，運行至不同的層站，其工作狀況能代表大多數(shù)電梯實際運行的負載率；以測試周期內(nèi)轎廂運送荷重與移動垂直距離之乘積的總和，除以在此運行周期內(nèi)該電梯所耗費電能的總和。b) 轎廂按空載、輕載、半載、重載、滿載等工況運行，分別測試

9、轎廂運送載荷重量、移動的垂直距離、耗電量。每種工況下運送載荷重量與移動的垂直距離的乘積除以耗電量為該工況的能效指數(shù)，對各工況的能效指數(shù)規(guī)定一個加權(quán)系數(shù)，各工況的能效指數(shù)乘以相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)后，累加取平均值作為該電梯總的能效指數(shù)。本文只對a)方式予以探討。3.2 按照電梯能效指數(shù)定義，其計算公式如下：式中，電梯的能效指數(shù)；電梯在測試周期內(nèi)，轎廂運送有效載荷完成的工作量，即每次運送的有效載荷重量與被移動的垂直距離之乘積的總和，kg.m；電梯在測試周期內(nèi)，從電網(wǎng)輸入的電能(考核值)，kw.h；電梯在測試周期內(nèi)，向電網(wǎng)回饋的電能(考核值)，kw.h；功、能換算系數(shù)，1kW.h = 3.67×1

10、05 kg.m 。3.3 完成工作量的計算 式中， 電梯在測試周期內(nèi)，轎廂運送有效載荷n次，求n次完成的工作量總和； 第n次運行轎廂加入的有效載荷,kg； 第n次運行轎廂運送有效載荷的垂直距離，m；n 電梯在測試周期內(nèi)，轎廂運行的次數(shù)，例如，轎廂分別加入0%、25%、50%、75%、100%額定載荷，運行區(qū)段分別按照首層至2層、首層至3層、首層至中間層、首層至頂層；向上、向下運行各2次。載荷變換之間停靠10分鐘，運行停靠站停留6秒鐘。3.4 從電網(wǎng)輸入電能的計算 從電網(wǎng)輸入電能的計算，應(yīng)主要考核電梯消耗的有功電能數(shù)值。如果考慮電梯無功電能所帶來的供電系統(tǒng)線損耗，可以將無功電能乘以加權(quán)系數(shù)加進去

11、，例如： Ec=Ey0.1Ew式中，Ec電網(wǎng)輸入電能考核值，kw.h；Ey電網(wǎng)輸入電能有用功數(shù)值，kw.h；Ew電網(wǎng)輸入電能無用功數(shù)值，kVAR.h;。0.1對無功電能帶來的供電系統(tǒng)線損耗加權(quán)系數(shù)（參考值）。3.5 向電網(wǎng)回饋的電能的計算回饋的電能的計算主要考慮功諧波的影響。國家標準電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波規(guī)定了公用電網(wǎng)諧波電壓限值和用戶向公用電網(wǎng)注入諧波電流的允許值，電壓或電流的正弦波形受諧波影響而畸變的程度用諧波電壓或電流含有率表示： HRVn=（Un/U1）100% HRIn=（In/I1）100%式中 Un、In第n次諧波電壓、電流有效值； U1、I1基波電壓、電流有效值。 向電網(wǎng)回饋的

12、電能建議按下式計算： =Ery×（1HRVn）式中，Er 向電網(wǎng)回饋的電能(考核值)，kw.h；Ery 向電網(wǎng)回饋的有功電能,kw.h;HRVn向電網(wǎng)回饋電能的電壓總諧波畸變率。上式計算忽略了回饋電能功率因數(shù)低增加的電網(wǎng)功率損耗。3.6 測試儀表 可選用供電行業(yè)通用的數(shù)字式電能測試儀表，一般均滿足本測量項目的要求。試用過法國生產(chǎn)的C.A8334電能質(zhì)量分析儀，可以在電梯檢驗現(xiàn)場方便地進行有功功率、無功功率、視在功率與用電能耗等各項數(shù)據(jù)的測量與記錄，能夠?qū)﹄娔苤C波檢測、記錄和定量分析，使用效果比較滿意。4 建議a) 盡快出臺評價電梯能源利用效率的法規(guī)標準。b) 將電梯的能源利用效率作為電梯產(chǎn)品的主要性能指標，新產(chǎn)品出廠應(yīng)在銘牌上標注。c) 對在用電梯進行能源利用效率的普查登記。d) 制訂電梯節(jié)能政策，鼓勵節(jié)能產(chǎn)品；限制不達標新產(chǎn)品上市；逐步淘汰高耗能在用電梯。此文的結(jié)尾筆者還想稍做補充，新修訂通過的中華人民共和國節(jié)約能源法第三十二條規(guī)定，“ 電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)當按照國務(wù)院有關(guān)部門制定的節(jié)能發(fā)電調(diào)度管理的規(guī)定，安排清潔、高效和符合規(guī)定的熱電聯(lián)產(chǎn)、利用余熱余壓發(fā)電的機組以及其他符合資源