住宅电梯节能的探讨

邢 杰，王志勇，周炳臣

（1.国网河北盐山县供电公司，盐山县东环路2号 061300；2.河北工程技术高等专科学校 电力工程系，河北沧州市浮阳南大道6号 061001；3.河北工程技术高等专科学校 教务处，河北沧州市浮阳南大道6号 061001）

随着中国经济的迅速发展，高层住宅楼日益增多，电梯的用量随之增加。但能源危机日益严重，《节能减排“十二五”规划》提出，全社会共同参与和推进节能减排工作，确保实现“十二五”节能减排约束性目标，加快建设资源节约型、环境友好型社会。国家鼓励、支持节能科学技术的研究、开发、示范和推广，促进节能技术创新与进步。因此，住宅电梯的节能问题引起了业界的高度重视。

1 住宅电梯的能耗现状

据统计，目前在中国，住宅电梯占电梯总数的50%以上，已经成为电梯总数增长的主力军。［1］一台普通住宅电梯日耗电量按80 k Wh计算，相当于10台1.5匹的空调的日耗电量。我国目前住宅电梯约100万台，则每天的耗电量为8000万k Wh，可见耗电量之大，所以住宅电梯的节能显得非常必要了。

2 住宅电梯的能耗分析

图1 电梯系统的能量流程

住宅电梯基本都是上下直行电梯，其组成主要有拖动系统和控制系统。拖动系统有曳引电动机、减速机构、轿厢导轨；控制系统有变频控制器、安全回路、显示电路和照明电路等组成。拖动系统的损耗有电动机的铁耗和铜耗、减速机构的摩擦损耗等；控制系统的损耗有变频器频繁开关时功率模块的损耗及其他开关元件的损耗；另外还有照明损耗和显示电路的损耗等。［2］住宅电梯系统的能量流程如图1所示。

在保证电梯工作性能的条件下，可以选用节能电机、先进的控制方法和管理方法来降低电梯的能耗。

3 住宅电梯节能的实现

3.1 选用节能曳引电动机

电梯曳引电机有交流电机和直流电动机。由于直流电动机具有良好的起动和调速性能，所以曾被广泛用于电梯的曳引电动机。但是直流电机的电刷和换向器限制了功率的提高，且维护麻烦，所以逐渐被交流电动机代替。交流异步电动机结构简单，制造成本低，运行可靠，随着电子技术的发展其调速性能得到提升，成了替代直流电动机拖动电梯的首选。可是异步电动机的损耗大、功率因数低、效率低一直困扰着业内人士，大家想找到一种更加节能的电动机，永磁同步电动机逐渐进入人们的视野。这种电动机具有以下特点：

1）功率因数高，低速直接驱动，高效节能；

2）噪声很小，运行平稳、噪声低；

3）体积小，重量轻，大大节省了机房空间；

4）运行可靠，维护简单。

异步电动机的驱动系统的效率约为60%，永磁同步电动机直接驱动系统的效率可达90%，节约电能30%，节能、环保的永磁同步电动机直接驱动系统将会成为电梯曳引的主流方式。其控制系统如图2所示。

图2 永磁同步电动机的控制框图

3.2 采用更加节能的调速方式

电梯的调速方式有交流双速、直流调速、ACVV交流调压调速、VVVF调频调压调速和永磁同步调频调压调速，它们的能耗依次降低［3］。旧电梯改造要尽量选用更加节能的调速方式，新安装的电梯要选用永磁同步调频调压调速。VVVF调速使电梯在低频条件下起动，降低了起动电流，减小了起动能耗；轻载上行或重载下行时，VVVF电梯不需从电源吸收电能；制动阶段，VVVF电梯运行在回馈制动状态，此时电动机以发电机状态运行，产生的电能回馈给电网，主动节约了电能。

回馈制动适合在电梯中应用，当轿厢和乘客的重量超过对重且电梯上行时，电能转化为势能，下行时，势能转化为电能；电梯空载或轻载且上行时，也会出现势能转化为电能的情况。这些由势能转化来的电能在传统方法中被电阻或其他器件消耗掉了，造成了能量的浪费。而在VVVF电梯中采用了回馈技术，将能量回送电源，同时节约了给电梯机房降温的空调的能量。同一部电梯在无回馈技术和有回馈技术两种情况下，分别带不同负荷，往返10次的能耗情况如表1所示。

通过分析表中数据可以看出，0%和0%载荷时节能效果明显，有回馈时比无回馈时要节电约40%，75%和25%负载时节电约20%，50%载荷时不节电。平均节电约20%，节电效果显著。

一台20层的电梯采用了回馈技术，一年可以节电约0.6万k Wh，一个拥有50部这样电梯的小区年节电30万k Wh，可供一个日耗电量80 k Wh的电梯用10年。［4］

表1 有无回馈技术的电梯能耗

3.3 采用先进的电梯群控技术节能

如果一个单元有2部以上的电梯，可以采用群控技术节约电能。电梯的群控技术就是根据实际需要合理调度几台电梯，让它们协同工作，就近接人，减少频繁起动、停止带来的损耗，以及远距离运送的损耗。这些电梯通常位于一个范围之内，共用一个厅外召唤按钮，受控于同一控制中心，采用智能控制算法，如专家系统算法、模糊控制和神经网络算法等，将较短候梯时间和节能相结合，构造一个人性化、节能环保的群控电梯系统。［5］

3.4 根据负荷大小分配电梯，节约电能

每个单元配置载荷大小不同的电梯，平时运行小负荷电梯，出入高峰时运行大负荷电梯。电动机的效率随负荷的不同而变化，带额定负荷时较高，空载时很低。如一个载重1000 kg，速度1.75 m／s的电梯，在额定条件下，曳引电机的效率约为87%，在空载时效率接近零。所以根据负荷大小合理配置电梯，让电梯始终运行在高效率的状态下，节约电能。

3.5 照明和显示系统的节能

电梯的轿厢照明采用绿色环保的LED灯，比传统的日光灯和节能灯要节电五分之四，如载重1000 kg的电梯的轿厢照明采用LED灯只需要80 W左右就足够了，如用传统灯具则需要400 W才能达到相同亮度。［6］

采用自动检测和自动关闭技术，智能控制系统检测到轿厢内没有乘客时，及时发出指令关掉照明和风扇，显示系统的亮度可以随之降低或熄灭，以便达到节能的目的。

3.6 门机系统的节能［7］

电梯中的门机多采用直流电机或异步电动机驱动。直流电动机用电阻调速，其弊端较多，主要反映在能耗大、工作效率低、噪音大且运行不平稳；异步电动机虽然采用了变频调速，但是电机本身损耗较大，且传动部分效率低。永磁同步电动机的效率比异步电动机高了30%，功率因数接近1，可节约电能35%。另外，永磁同步电动机省去了一套减速机构，每台门机可节约一半左右的铜、铁等材料。如果全国的住宅小区的电梯都按照这个比例节约的话，每年可节约近百吨的铜，近千吨的钢铁。可见永磁同步电动机是一种绿色环保的电梯门驱动电机，对其进行推广应用，必然会对电梯节能做出巨大贡献。

3.7 电梯的保养和维修的节能

住宅电梯每天都在运行，其部件容易磨损和老化。电梯维护人员应按时对其进行保养，及时维修，也可以减小能耗。按时清洁电梯的导轨和油丝绳，对轴承等部件加润滑油，轿厢门机定时清洁、调试等。对出现故障的部件及时更换，避免电梯带“病”运行，老化的器件也要适时更换或维修，如接触器、继电器的触点和限位开关的触点清洁之后还不能达到要求的，要进行更换，否则会增加能耗。

3.8 节能案例

市区某小区的住宅电梯采用了节能技术，同等应用条件下，每台电梯比没有节能技术的节电35%，每台电梯日节电量28 k Wh，按每月30天，每年节电约10 080 k Wh，小区的100台电梯每年节电约100万k Wh，可提供1000多户普通家庭一年的用电，可见电梯节能技术具有重大意义。

4 结语

随着住宅电梯的迅速发展，其节能的实现日益重要。国内电梯技术已经成熟，未来电梯的发展方向是节能降耗，我们要采用各种节能技术，让住宅电梯尽量少耗费能量；另外，还要加强维护和保养，让电梯更加节能。绿色住宅电梯必定会成为建设资源节约型、环境友好型社会的主力军。

［1］ 郭峰.高层住宅电梯的使用现状分析［J］.科技资讯，2013（2）：241.

［2］ 卢炜.电梯节能技术的探讨［J］.能源与节能，2013（4）：58－59.

［3］ 赵扬，赵耀.电梯节能方向的探讨［J］.内江科技，2013（7）：49－51.

［4］ 高浩.电梯节能技术应用探讨［J］.机电信息，2012（3）：91－93.

［5］ 焦一帆.电梯节能技术［J］.中国高新技术企业，2012（10）：122－124.

［6］ 朱武标.电梯节能综述［J］.上海节能，2013（2）：27－29.

［7］ 缪学进，李永东，肖曦，等.永磁同步电机控制系统及其在电梯中的应用［J］.电力电子技术，2006（6）：19－21.