关于电梯能效评价的探讨

1、关于电梯能效评价的探讨天津市特种设备监督检验技术研究院 孙立新内容摘要：本文提出了在新开展的特种设备节能审查和监管工作中，使用能效指数评价电梯产品能源利用效率的技术方案，介绍了电梯节能降耗前景和电梯能效指数的定义、计算公式、计算方法与测试仪器。关键词：电梯 节能降耗 能效指数 测试 党的十七大明确了建设资源节约型社会为我国的基本国策； 2007年10月28日通过修订后的中华人民共和国节约能源法中规定，“ 对高耗能的特种设备，按照国务院的规定实行节能审查和监管”；国家质检总局质检特函200729号文件提出：要对锅炉、换热压力容器、电梯等高耗能特种设备实行能效测试，加强特种设备使用环节的

2、节能监管。由此看来，电梯的节能审查和监管势在必行，已经是迫在眉睫。本文的内容是关于开展电梯节能审查和监管工作中实施能效评价的一个会议提案，应邀刊登供电梯界同行研讨，希望能起到抛砖引玉的作用。1 电梯节能降耗大有可为 据国家特种设备主管部门近期的统计和预测，我国在用电梯共77.1万台，2006年耗电量约为230亿度。近年来，每年新增电梯均在15以上，若在新电梯产品上广泛应用永磁同步电机等节能技术，单机可节能30，全国每年可减少11亿度以上的用电增长幅度。电梯的节能降耗有两个方面，一是改进机械传动和电力拖动系统：例如将传统的蜗轮蜗杆减速器改为行星齿轮减速器或采用无齿轮传动，机械效率可提高15%25

3、%；将AC-2系统改为VVVF电力拖动，电能损耗可减少20%以上。二是利用电梯的位能负载发电回收：电梯是垂直运输设备，其向上运送与向下运送的工作量大致相当，驱动电动机通常是工作在拖动耗电或制动发电状态。目前对于将制动发电状态输出的电能回馈至电网的控制技术已经比较成熟，据介绍，用于普通电梯的电能回馈装置市场价在4千1万元，可实现节电40%以上。按此推算，只要全国在用电梯的三分之一应用电能回馈技术，全年可实现节电30亿度，其经济效益和社会效益巨大。2 建立电梯能效评价标准经检索，未见电梯能效评价的国际、国内标准。鉴于此，一些电梯企业和相关媒体提供的产品效率及其节能数据没有可比性。比如对于使用有源能

4、量回馈装置的节电效果，该装置的经销商说“可节电2146”；应用该技术的电梯厂家说“节能可达70%”。笔者认为，上述两组节电、节能数据可能都有出处，只是计算方法和参照物不同而已。在电梯行业“实行节能审查和监管”，建立起行业统一的能源利用效率的评价标准是前提，也是开展各项电梯节能降耗的基础工作。所谓电梯能源利用效率的评价标准，就是评价电梯在使用过程中总体耗电水平的统一尺度，能够客观、公正、真实地衡量各种规格、型号的电梯在能源利用效率方面的性能指标。电梯实际运行工况复杂，稳定运行的“输出与输入之比”不能代表电梯产品实际的能源利用效率指标。例如：a) 电梯是断续工作制，待机工况的耗电不可忽略。图1是瑞

5、士Jürg Nipkow等提供的关于电梯运行能耗（红色）与待机能耗（蓝色）的统计结果，由于中国与欧洲的国情不同，电梯使用率差别较大，运行能耗与待机能耗的比值可能与图示不一致，但是电梯待机状态耗电功率大致相同，待机时间通常远远大于轿厢上下运行的时间，会有相当大的能耗。图1b) 电梯经常处于非额定负载工况，曳引式电梯由于“对重机构”的作用，轿厢半载运行时（轿厢侧总重量与对重侧总重量相平衡）耗电最小，轿厢空载或满载运行时耗电最大，空载、轻载、半载、重载、满载等工况能源效率指标相差悬殊。c) 功率因数的影响。由于驱动电机规格与电力拖动类型的差别，产品的用电功率因数不尽相同。表1是笔者对几种类

6、型的电梯样机测试的功率因数数据。表1 电梯运行功率因数实测数据工况梯种额定载荷75%载荷50%载荷25%载荷AC-20.4340.4270.4250.434ACVV0.5650.5740.5770.569VVVF（蜗轮曳引机）0.6450.6380.6420.650VVVF（无齿曳引机）0.6960.6760.6430.636功率因数低会加大供电设备容量，增加供电系统的线损耗。香港制定了“升降机及自动梯装置的能源效益实施守则”对电梯总功率因数做出限制，可以借鉴。e) 回馈电网能源的质量不同。电梯使用的电能回馈装置注入电网的电流往往有谐波，会增加用电气设备的热损耗；回馈电能的功率因数也会影响到电

7、网功率损耗。综合考虑上述因素，建议采用“能效指数”综合评价电梯产品在能源效率方面的性能指标：电梯能效指数的定义：电梯运送载荷所做的功与能耗的比值。再严谨些，可定义为：在电梯工作周期内，轿厢运送有效载荷完成的工作量（所运送的载荷重量与被移动的垂直距离之乘积）与在此运行周期内该电梯所耗费电能的比值。更通俗地讲，就是电梯干了多少活；用了多少电。也可以把电梯能效指数定义为：单位能耗（kw.h）完成的输送量（kg.m）。这种定义是将前述定义中关于比值的分子与分母对调，其计算与检测方法相同。本文只针对第一种定义讨论。采用能效指数表征电梯产品能源利用效率指标较为客观、准确，其检测方法与检测仪器相对简单，可操

8、作性强。依据检测检验得到的能效指数值。可将电梯产品分为5个等级：等级1表示最为节电，达到国际先进水平；等级2表示比较节电，达到国内先进水平；等级3表示能源效率为产品平均水平；等级4新产品准入门槛；等级5属限制、淘汰产品。3 计算方法与测试仪器3.1依据电梯能效指数的定义，可以有数种测试与计算方式，例如： a) 规定一个测试周期和电梯工作图谱，轿厢按工作图谱的规定运送不同重量的载荷，运行至不同的层站，其工作状况能代表大多数电梯实际运行的负载率；以测试周期内轿厢运送荷重与移动垂直距离之乘积的总和，除以在此运行周期内该电梯所耗费电能的总和。b) 轿厢按空载、轻载、半载、重载、满载等工况运行，分别测试

9、轿厢运送载荷重量、移动的垂直距离、耗电量。每种工况下运送载荷重量与移动的垂直距离的乘积除以耗电量为该工况的能效指数，对各工况的能效指数规定一个加权系数，各工况的能效指数乘以相应的加权系数后，累加取平均值作为该电梯总的能效指数。本文只对a)方式予以探讨。3.2 按照电梯能效指数定义，其计算公式如下：式中，电梯的能效指数；电梯在测试周期内，轿厢运送有效载荷完成的工作量，即每次运送的有效载荷重量与被移动的垂直距离之乘积的总和，kg.m；电梯在测试周期内，从电网输入的电能(考核值)，kw.h；电梯在测试周期内，向电网回馈的电能(考核值)，kw.h；功、能换算系数，1kW.h = 3.67×1

10、05 kg.m 。3.3 完成工作量的计算 式中， 电梯在测试周期内，轿厢运送有效载荷n次，求n次完成的工作量总和； 第n次运行轿厢加入的有效载荷,kg； 第n次运行轿厢运送有效载荷的垂直距离，m；n 电梯在测试周期内，轿厢运行的次数，例如，轿厢分别加入0%、25%、50%、75%、100%额定载荷，运行区段分别按照首层至2层、首层至3层、首层至中间层、首层至顶层；向上、向下运行各2次。载荷变换之间停靠10分钟，运行停靠站停留6秒钟。3.4 从电网输入电能的计算 从电网输入电能的计算，应主要考核电梯消耗的有功电能数值。如果考虑电梯无功电能所带来的供电系统线损耗，可以将无功电能乘以加权系数加进去

11、，例如： Ec=Ey0.1Ew式中，Ec电网输入电能考核值，kw.h；Ey电网输入电能有用功数值，kw.h；Ew电网输入电能无用功数值，kVAR.h;。0.1对无功电能带来的供电系统线损耗加权系数（参考值）。3.5 向电网回馈的电能的计算回馈的电能的计算主要考虑功谐波的影响。国家标准电能质量：公用电网谐波规定了公用电网谐波电压限值和用户向公用电网注入谐波电流的允许值，电压或电流的正弦波形受谐波影响而畸变的程度用谐波电压或电流含有率表示： HRVn=（Un/U1）100% HRIn=（In/I1）100%式中 Un、In第n次谐波电压、电流有效值； U1、I1基波电压、电流有效值。 向电网回馈的

12、电能建议按下式计算： =Ery×（1HRVn）式中，Er 向电网回馈的电能(考核值)，kw.h；Ery 向电网回馈的有功电能,kw.h;HRVn向电网回馈电能的电压总谐波畸变率。上式计算忽略了回馈电能功率因数低增加的电网功率损耗。3.6 测试仪表 可选用供电行业通用的数字式电能测试仪表，一般均满足本测量项目的要求。试用过法国生产的C.A8334电能质量分析仪，可以在电梯检验现场方便地进行有功功率、无功功率、视在功率与用电能耗等各项数据的测量与记录，能够对电能谐波检测、记录和定量分析，使用效果比较满意。4 建议a) 尽快出台评价电梯能源利用效率的法规标准。b) 将电梯的能源利用效率作为电梯产品的主要性能指标，新产品出厂应在铭牌上标注。c) 对在用电梯进行能源利用效率的普查登记。d) 制订电梯节能政策，鼓励节能产品；限制不达标新产品上市；逐步淘汰高耗能在用电梯。此文的结尾笔者还想稍做补充，新修订通过的中华人民共和国节约能源法第三十二条规定，“ 电网企业应当按照国务院有关部门制定的节能发电调度管理的规定，安排清洁、高效和符合规定的热电联产、利用余热余压发电的机组以及其他符合资源