电梯的能效测试和评价方法研究

朱春明，张 捷，何永胜

(广东省特种设备检测院，广东 广州510655)

0 引言

国务院2009年颁布的《特种设备安全监察条例(2009修正)》［1］中多处提及特种设备的能耗问题，将特种设备的节能提到与安全同等重要的位置，表明国家对特种设备节能问题的重视，也说明了特种设备节能仍有很大的提升空间。

电梯是特种设备之一。随着经济的快速发展，我国已成为全球电梯生产和使用的大国，仅广东省，在用电梯已近30万台，随着电梯数量的迅速增长，其能耗越来越引起人们的重视。在我国，电梯节能技术已有一定的发展，不少企业开发出新的节能产品，并通过各种宣传向市场推广［2］。但电梯相关技术规范制修订工作相对滞后，在有关电梯能源利用效率的检测方法和评价方面，我国尚没有统一的标准［3］，电梯企业和相关媒体提供的产品效率及其节能数据就没有可比性，造成一定的市场混乱。

因此，在电梯节能技术已取得一定成果的情况下，迫切需要有相关研究机构开展电梯节能测试研究，制定电梯能效的评价指标与统一的检测方法，以解决政府职能部门对节能监管的技术问题。

1 电梯的能效指标

曳引式电梯是目前我国使用数量最多、占耗能比例最大的一类电梯，研究中以它作为研究对象(文中后面所有的“电梯”，除非有特别说明，均指“曳引式电梯”)。电梯是一种间歇性工作的设备，它的能耗包括工作能耗和待机能耗［4－5］，同一台电梯，装在不同的场所，每天的工作时间和待机时间会有差别，工作能耗和待机能耗也就不同，因此，很难通过单一指标考核电梯的能效，所以应根据工作特性，将其能效考核指标分为工作能效和待机能效两项指标，分别进行考核。

1.1 工作能效指标——单位输送量的用电量

由于负载、运行方向经常发生改变，以及重力的作用，电梯的能耗，需要抛开纯粹物理量的有用功概念，将电梯载着负荷下行也作为有用功，以运行距离代替提升高度，考核能效时，取电梯上下行的能耗和。

因此，将电梯的工作能效指标定义为单位输送量的用电量 δ［6］，其计算公式如下。

式中E——电梯在规定的工作周期内，从电网输入的电能(考核值)/kW·h;

W——电梯在规定的工作周期内，轿厢运送有效载荷完成的工作量，即每次运送的有效载荷与被移动的垂直距离之乘积的总和/106kg·m。

1.2 待机能效指标——待机功率

由于每台电梯使用情况的不同，实际情况下各台电梯的待机时间差别很大。将待机功率作为考核电梯能效的第二个直接指标——待机能效指标，其单位为瓦特(W)。

对于集选控制电梯，当它应答完所有指令停靠在平层位置，并自动关上门后，即进入待机状态，由于目前大部分电梯采用了在待机一段时间后自动关断轿厢照明和通风的功能，因此，电梯的待机功率在关断照明前后会有不同，测试时应将这两个值全部记录，如图1。

图1 电梯待机功率图

大部分电梯的自动关断照明、通风的时间都不超过5 min，因此，选择待机功率的测试时间为10 min，测试时间从电梯关好门开始。对自动关断时间大于10 min的电梯，可适当延长测试时间，直至关断照明、通风后的5 min。

2 基于模拟综合工况的工作能效测试和计算方法分析

2.1 负载选择

为了全面地反映实际运行中的各种载荷工况，本研究中选择0%、25%、40%、50%、75%、100%的额定载荷来测试。

每种工况在实际运行中的比例是不同的，据统计，空载和满载的几率较小，各占10%，轻载和重载的几率较大，各占25%，半载的几率最大，占30%(40%额载和50%额载各占15%)。

按照上面的测试方法，分别测试电梯不同额定负载下运行一周期的用电量，并按各负载所占比例，计算综合输入电能E(kW·h)。

电梯综合运行工况下的工作能效δ的计算公式如下:

式中W——模拟综合工况下，轿厢运送有效载荷完成的总工作量/106kg·m;

Q——额定载重量/kg;

H——提升高度/km。

2.2 运行方向、运行距离选择

电梯实际运行时，上行和下行的概率和次数是相等的，因此，测试时同一负载上下运行一次作为一个测试周期。

运行距离，采用单、多层、全程综合法进行模拟。即在对电梯进行能效测试时，将运行模式设定为向上单层运行1次、多层运行2次到达顶层，然后从顶层下行同样层站停靠，到达底层后，再全程上下行运行一次，如图2所示，这样可较为全面地反应实际运行中的各种运行工况。

图2 测试周期运行顺序图

如果电梯的层数少于6层，电梯在单次上行中，不能完成一个包含一个单层、两个多层的运行路线，因此，应对停层修改，不停中间层，而从底层到次底层后，直接到顶层，下行也同样。如果电梯的层数只有2层，则只需上下运行一次。

3 电梯能效等级的分级方法

研究中，对32台不同工作用途、速度、载重量、层/站、提升高度、传动方式和拖动方式的电梯进行了工作能效和待机功率的测试，其中有23台电梯进行加装能量回馈装置测试，并对有能量回馈和无能量回馈的状态分别进行测试，下面利用测试的数据对这两个指标进行分级。

图3汇总了上述检测的32台电梯的工作能效指标值，并将这55个测试值绘成柱状图。

图3 电梯工作能效指标汇总图

全部55个能效的平均值为1.55，从图3中可以看出，32台电梯的工作能效为0.83～2.97，这些值的大小与电梯传动方式、拖动方式等有着密切的关系，建议按能效指标值将电梯产品分为5个等级;

另一方面，电梯的待机能效指标的测试数据显示，电梯在待机300 s后的平均待机功率约为120 W，由于待机功率对电梯的总能耗影响远没有工作能效那样明显，该指标的限制相对可以宽松，也不必分过多的级别，建议分成三级。

综合前面两个能效指标的等级划分方法，最终建议电梯按以下标准进行能效标识分级:

等级1——工作能效指标 ＜1.0，且待机功率＜150 W，表示最为节电，达到国际先进水平;

等级2——1.0≤工作能效指标 ＜1.5，且待机功率≤150 W，表示比较节电，达到国内先进水平;

等级3——1.5≤工作能效指标 ＜2.0，且待机功率≤150 W，表示能源效率为产品平均水平;

等级4——2.0≤工作能效指标≤3.0，且待机功率≤300 W，新产品准入门槛;

等级5——工作能效指标＞3.0，或待机功率＞300 W，限制、淘汰产品。

4 结论

基于模拟综合工况的电梯能效测试方法和能效等级分级方法，不仅能有效地对各种不同参数的电梯进行能效测试和标识，还可进一步分析电梯能耗与各参数之间的关系，研究出电梯节能的方法。电梯能效标识、测试方法和能效等级分级方法的提出，有助于政府职能部门制定有关电梯节能方面的法规、标准，为电梯产品节能市场的发展起引领、监督和规范化的作用。

［1］国务院.特种设备安全监察条例［Z］.北京:中国法制出版社，2009.

［2］李少纲，葛超明.浅谈电梯节能技术的推广［J］.能源与节能，2011(6):41－42.

［3］李宁.国内外电梯能耗研究情况简介［J］.中国电梯，2009(9):5－17.

［4］孙立新.关于电梯能效评价的探讨［J］.中国电梯，2008，19(4):43－45.

［5］黄春榕.关于电梯能耗评价的探讨［J］.黑龙江科技信息，2009(25):33－34.

［6］薛季爱.电梯能耗状况评价与检测方法研究［J］.中国电梯，2008，19(13):33－37.