论电梯在5A办公楼内的绿色节能控制

时间：2024-08-31

彭世仪

（福州联奥电梯工程有限公司福建福州 350000）

0 引言

随着我国城市化进程的加快，城市中的5A级办公楼越来越多，而电梯作为5A级写字楼中必不可少的垂直交通运输工具，影响人们的生活，但同时电梯作为智能大楼使用频率高、时间长、无规律性等特点的特种设备，在建筑大楼里是能量消耗较大的机电设备之一。在能源紧缺的当下，如何降低电梯在5A办公楼的耗能，通过特定的技术对电梯进行绿色节能控制，成为越来越紧迫的任务，也是目前各电梯生产厂家面临的主要技术革新问题。

1 电梯在5A办公楼内的绿色节能控制的重要性

目前，能源短缺是各行业面临的很严重的问题，为解决此问题并让社会经济实现可持续的发展，各级政府提出了降低能耗、减少排放的要求及推行相关的措施。为响应政府的要求，各行业、各设备生产厂家都在积极地采取措施降低设备能耗。电梯作为在5A写字楼中的不可或缺的交通工具，同时也是5A写字楼建筑中一个重要的能耗设备，成为了节能降耗的重要对象。研究电梯的发展进程史可以发现，电梯控制系统从最初传统的直流控制，到今天的永磁同步无齿轮控制，电梯技术的每一步发展都伴随着电梯节能降耗的改善。从这个角度来说，节能降耗是电梯发展的必然方向。

2 节能技术在电梯系统中的应用研究

要改进电梯的能量消耗，我们必须充分了解电梯节能控制的重要性，并且从电梯的几大子系统，比如：传动系统、控制系统、能量回馈系统等方面对电梯如何达到节能进行研究。

2.1 电梯机械传动系统节能研究

实现电梯节能的有效手段之一是增加电梯机械效率。电梯的传动方式是通过曳引钢丝绳一头连接轿厢，一头连接对重装置，带动轿厢和对重上下运行。最初的蜗轮蜗杆式电梯在电动机运行过程中，通常通过减速箱来带动曳引轮运行，减速箱一般采用蜗轮蜗杆传动，减速比一般为35∶2；而不是由电动机直接对曳引轮进行驱动控制。早期5A办公楼内的电梯多采用这种传动方式对电梯进行拖动，蜗轮蜗杆传动的传动效率非常低，只有70%左右，不符合目前国家对节能减排的需求，也增加了建筑中电梯的运行成本。为提高电梯的运行效率，降低能耗，实现电梯节能的目的，则需要提高电梯的传动效率，电梯企业在近几年的发展研究中，就电梯的驱动方式也提出了很多节能的新方法并已经运用到实践中，具体有如下几种：

2.1.1 行星齿轮驱动技术

相比蜗轮蜗杆的传动效率，行星齿轮式传动效率较高，最高传动效率可以达到90%以上。但因其要求齿轮加工精度高、成本高，所以其应用范围不广［1］。

2.1.2 同步行星齿轮驱动技术

将永磁同步无齿轮驱动以及行星齿轮驱动两者的优势有机的结合起来，构成同步行星齿轮驱动技术。在一般住宅中所采用的中速电梯或低速电梯中，如果采用同步行星齿轮驱动，改变钢丝绳的复绕方式，可以有效地减少曳引钢丝绳的使用量，同时对钢丝绳的弯折度也降低了，增加了钢丝绳的使用寿命，也减轻了钢丝绳的重量，在一定程度上降低了能耗。但采用同步行星齿轮驱动的电梯，其由于技术方面的原因会产生较高的制造成本，只有在提升高度较高时有一定的优势，因此在推广上具有局限性。

2.1.3 永磁同步无齿轮驱动技术

永磁同步无齿轮技术在电梯曳引机驱动方式上进行了很大的变革。它可以通过变频技术直接控制电动机的转速，可以让电动机直接拖动电梯主机的曳引轮，从而省去了减速箱这个耗能环节，大大提高了电梯的运行效率，且永磁同步无齿轮主机的重量比传统的主机更轻、体积也更小，这样在运行过程中的振动也较轻，让电梯在节能方面表现的更加优秀，能够迅速地应用于电梯中。

采用永磁同步无齿轮结构，减少了能量在减速箱中的消耗。由于运行时所需的转矩小，所需要的启动电流远小于传统的钢丝绳主机，这不仅降低了机器启动时的瞬时能耗，也减少了启动电流对电网的冲击，并降低由设备启动峰值电流引起的跳闸几率。该结构曳引机的转速是传统钢丝绳曳引机的4倍，它所反馈的脉冲信号较后者密集很多，精确的ACD控制系统与密集的脉冲反馈，确保了电梯的卓越的运行性能和乘梯舒适感。除了消除曳引轮与钢带之间的摩擦噪音，该结构主机抱闸控制、避震设计与高防护等级等特点（见图1），使得该结构主机的噪音远远低于钢丝绳产品。

综上，永磁同步无齿轮曳引机的主要特点：①条形设计，曳引轴受力结构更加合理；②多重减振、降噪设计理念与措施，保证了电梯的乘坐舒适性；③小尺寸曳引轮径，显著节省空间，提供更开放的土建配合设计；④与传统有齿轮曳引机相比，节能比例最高可达20%。

2.2 在电梯控制系统上的节能技术

要想让电梯在节能方面上有突出的表现，必须提高电梯的运行效率［3］。而如何提高电梯运行效率，先进的控制方式及合理的派梯方案显得尤为重要。电梯控制系统节能的方法有较多种，主要包括并联控制方式、群控控制方式与智能派梯控制 3 种方式［2］。

加强对农村水利现代化工作的领导，强化责任落实。水务、财政部门应积极争取国家大中型灌区节水改造、规模化节水灌溉、小型农田水利重点县建设、中小河流治理、水土保持等项目资金；切实落实市和区县从土地出让收益中提取10%用于农田水利建设政策；特别是要筹措好区县财政用于农村水利现代化建设资金，保障农村水利现代化各项指标的实现。

2.2.1 并联控制方式

当有2台的电梯在同1个电梯厅布置时，则可以采取并联的控制方式。该控制方式就是2台电梯共用1套呼梯系统，把2台规格相同的电梯并联起来，设定统一的控制程序，由智能的联动控制程序自动调度电梯运行，当电梯在没有厅外召唤信号时，其中1台电梯会自动返回到该梯设定的基站，另1台电梯则停在中间层或停在高层等设定楼层。当电梯的某层站有乘客按下召唤按钮，则最近的1台电梯会响应该层站的召唤，马上启动到该层，指令完成后，该电梯又会自动前往基站待命。这种方式也就是我们常说的就近服务原则，可以大大减少电梯的重复响应并降低无效运行。

2.2.2 群控控制电梯方式

当1个电梯前厅里有3台或3台以上的电梯系统时，则需要启动电梯的群控控制方式。该控制方式可以根据每个楼层不同的召唤信号分布，结合当时电梯的运行状态数据，通过该控制系统进行分析与判断，按照最合理、最快速的分配方法对不同的电梯进行调配。在群控的电梯控制系统中，将采用并行通讯方式优化控制、协调管理多台电梯的运转［3］。

2.2.3 智能派梯控制方式

对于繁忙的5A级高层建筑中的人流高峰期，往往意味着人们需要有较长的候梯时间、争先恐后地抢着挤进到达的电梯、拥挤的轿箱以及每趟过多的停站［4］。智能派梯控制方式以提高电梯群控系统的智能化水平为出发点，以减少候梯时间、改善服务质量、适应现代工作需要为目的，让用户享受到更加智能化的乘梯体验。该种控制方式可以将门禁、访客、通道等多个系统融合起来，进行数据采集、交换、存储及分析，采用智能识别技术，多应用在5A级办公楼，进行多台电梯集控。

其控制方式下：系统能获取各电梯轿厢状态（所在楼层、运行状态、门开关），供系统查看和电梯调度运行使用；同时通过控制器统一调度电梯，同时向电梯发送命令，驱动指定电梯完成外呼、内呼、开放权限等功能。能够有效节约电梯运行时间，降低电梯能耗。

该控制方式具有的优点：采用了直观设计的按键及触摸屏；即时电梯分派减少了乘客的候梯时间；针对流量的电梯分派极大地疏缓了候梯大堂的流量；动态分配原则更能适合不断变化的交通流量模式并且减少电梯每趟运行的停站次数；减少了每趟的停站次数意味着缩短了电梯的运行时间；通过大楼用户目录更有效地帮助疏导来访者；通过改善乘客的乘梯体验以及提高系统的效率增机用户的满意度。

2.3 能量回馈中节能技术分析

在电梯中安装能量回馈装置可以实现更大的节能目标。此节能装置主要采用DSP中央处理器技术、PWM脉宽调制技术、双向电压跟踪技术等领先技术。利用该能量回馈装置，把消耗在电梯制动电阻上的能量（这部分能量约占电梯总用电的25%～35%）回收再利用，达到节约电能的目的。这技术也称电梯能源再生技术。

在非能源再生系统中，电梯在重载下行或空载上行时，电梯的势能将转化成电能，然后在电阻器上发热，从而转化为热能消耗掉。这将造成能量消耗，同时也提高了电梯的机房温度。而能源再生系统的运用将势能转换为电能再回馈到电网中，传统电梯应用此“能源再生”技术后，可以大大的节约电能，让“能源再生”成为可能。

（1）能源再生技术方面的优势：能源节约量相较于传统的非能源再生无齿轮电梯/有齿轮电梯，高达30%～70%（见图2）；通过电梯变频器和滤波器转换的能源直接反馈进入小区电网；反馈的能源均为清洁能源，不仅可用于常规楼宇照明、暖通等设备，同样可用于包括医疗机构、科研机构等对电能要求较高的场合；全系列标准配置能源再生功能，体现了能源再生方面技术的完善性（见图3）；各系统准确、细腻、高效地控制电梯所有的运动和功能，全面提升了系统的运行速度和可靠性。控制系统由软件控制，不需要在电梯硬件配置方面进行更改，只需要工程师在现场修改软件，调整系统参数就可以了。

（2）能源再生技术的原理：该控制方式的电梯采取能源再生变频器。采用交直交变频技术，电流可以通转换器进行交流到直流再到交流的变化，能量再生核心模块已经取代了整流桥，在直流环节两边形成了对称布局。在此情况下电流转换器就能允许能量双向流动，即不仅能够给电梯主机提供牵引动力，同时也能够把多余的能量反馈回电网。在此情形下制动电阻就变得不需要了，也减少了控制柜的体积大小，节省了电梯机房的空间，并且也降低了机房的温度，减小了余热负担，延长了设备的使用寿命，并且降低了电梯维护的费用。据不完全统计及证明采用能源再生科技的电梯可以使电梯运行耗能降低60%左右，反馈的电能能够供5A楼宇内其他用电设备的再次使用。能源再生变频器安装见图4。

（3）能源再生的社会意义。采用能源再生驱动技术的电梯，本来通过制动电阻以热能形式散发的能量能够通过能源再生变频器被反馈回电网进行再利用，并且该能源应该说是清洁的能源，不会对电网进行污染。因为能源再生变频器内有安装高性能的滤波装置，可以很好的消除谐波污染，从而让反馈回电网的电能更清洁，符合CE标准，这种电能能满足常规电气设备如电扶梯、中央空调、照明系统的需求，也可供小区照明等其它方面的使用。

（4）节能对比简表。节能的效果见表1。

表1 能源再生技术节能情况表

假设某个小区按100台电梯计算，当全部采用能源再生电梯，节电量最高可达750 000 kWh/a，相当于220t标准煤的发电量。假设全市每年按200个小区计算，则节电量高达150000000 kWh/a，相当于45 000 t标准煤。如果全国每年新增电梯台量按600 000台计算，则可节约高达1 320 000 t标煤，同时相当于减少 3 500 000 t CO2、11 902 t SO2、3 000 t灰渣、45 t烟尘的污染，如果按每台电梯运行20年，那么经济效益非常突出。

3 电梯节能技术应用案例

3.1 项目名称：福晟钱隆广场

该项目位于福州市台江区江滨西大道振武路70号，该楼总共55层，共配备了26台奥的斯机电的电梯，分为低区、中区、转换区、高区这4个区块。该建筑采用了一线的品牌电梯，应用奥的斯机电GEN2N能源再生电梯、XO-8000高速电梯、REGEN-M乘客电梯等，采用了奥的斯专业高速电梯控制技术，形成了串行通讯网络、环形通讯网络、自诊断系统、智能化的集选、群控派梯系统等组合及控制系统，不仅能满足现场调整、修改运行参数的需要，而且方便将来电梯的升级改造。该项目在做地基的时候电梯设计工作就已经介入，主要在以下几方面对客户进行前期沟通及指导：

（1）在大楼设计时做好客流量分析。根据这栋楼的单层面积，估计出每天上下班高峰期的客流量，从而决定要如何对这栋楼进行分区，同时确定每个区采用几台电梯；

（2）采用先进的智能电梯派梯控制技术，合理化派梯，上下班高峰期服务，电梯送客完后马上返回1楼等待或接人；非高峰期时，电梯分散停靠，休息日单梯运行；

（3）电梯设备采用无齿轮钢带产品，自重轻、节能、无需润滑；

（4）轿厢采用LED照明，自动控制开关，开梯时亮、停梯时关；

（5）电梯产品采用能源再生反馈技术。

总体性能：

（1）全电脑模块化控制系统。模块化的控制系统的采用，使得电梯能够适应今后技术的发展以及用户要求（见图5、图6）。

（2）系统采用了奥的斯新一代相关系统响应（RSR+）的派梯软件。在每个厅门呼梯信号登记后，每台电梯均计算应答时间，综合计算现在轿厢负荷、派梯呼叫等参数，减少乘客候梯时间［4］。

（3）能源再生变频器。此变频器引用奥的斯能源再生的专利技术，最大的特点就是节能，Regen变频器可将电机产生的电能通过滤波处理将清洁电能反馈回电网输入侧，供电网中的其它用电设备使用如电扶梯、中央空调、照明设备。Regen能源再生电梯采用高科技永磁同步无齿轮主机和能源再生变频双重节能科技，节能效率大大提升，节能性能达到国际领先水平，较普通有齿轮乘客电梯最大节能可达70%。