曳引电梯能效评价方法研究

符雁斌， 荀 倩， 荀博洋， 薄利龙， 龚文佳

(1.湖州师范学院 工学院， 浙江 湖州 313000;2.内蒙古农业大学 机电学院， 内蒙古 呼和浩特 010018； 3.安川双菱电梯有限公司， 浙江 湖州 313000)

曳引电梯能效评价方法研究

符雁斌1， 荀 倩1， 荀博洋2， 薄利龙3， 龚文佳1

(1.湖州师范学院 工学院， 浙江 湖州 313000;2.内蒙古农业大学 机电学院， 内蒙古 呼和浩特 010018； 3.安川双菱电梯有限公司， 浙江 湖州 313000)

通过比较分析不同的能效评价指标，采用电梯每吨每千米的电能消耗量作为曳引电梯的能效评价指标，对仿真工况法、典型工况法和空载法的电梯运行能效进行研究.测试结果表明，典型工况法可保证数据的有效性和可操作性.最后给出电梯总体能效等级划分方法，并使用三种类别的电梯进行能效等级验证，表明本文提出的曳引电梯能效评价方法的有效性.

曳引电梯； 能效评价指标； 能效评价方法

0 引 言

自2005年起，我国电梯的保有量以平均每年20%左右的增长率快速变化[1].据统计，2013年我国电梯的总产量约为58万台，保有量约为292万台.2005-2013年我国电梯的年产量与保有量变化趋势如图1所示[2].目前我国电梯设备的保有量已跃居世界首位，随着电梯保有量的逐年增加，电梯系统引起的巨大能耗逐渐受到社会和相关政府部门的广泛关注.

自2008年起，我国政府和各相关单位陆续颁布相关法律法规对电梯的能效进行监管.然而，在电梯设备的能耗评估、能效评价方面并没有相对统一的评价体系和技术指标[3].国内电梯的工作环境、平均运行负载量与其他发达国家差别较大，不能完全依据他们的评价方法对我国电梯的能效进行评估.本文基于我国电梯的使用现状开展电梯能耗测量，开发适合我国国情的电梯能效评价方法，为电梯设备能效标准的制定提供一定的理论基础和技术支持.

1 电梯能效评价指标

1.1常见的能效评价指标

目前，常见的电梯能效评价指标包括：电梯每次运行的平均能耗[4]、固定行程和速度时电梯的能量消耗[5]、电梯能效系数[6]、电梯每吨每千米的耗电量[7]、电梯在固定时间内的能耗[8]等.这些评价指标在某些场合具有较好的实用性，部分已经应用于电梯能效标准，但仍缺少能被广泛接受的评价指标.

浙江省公布的《电梯能源效率评价技术规范》指出，对电梯在规定运行模式下完成载荷的运送进行测试，将运送量和电梯能耗比作为电梯能效评价指标，利用模拟工况测试电梯分别在空载、25%、50%、75%、100%的额定载荷时的能耗，虽然考虑了各种电梯负荷的运行条件，对不同载荷工况采用平均概率计算，但没有考虑各种负载在实际运行状况中的比例.

1.2曳引电梯的能效评价指标

比较现有的电梯能效评价指标发现，电梯每次运行的平均能耗、固定行程和速度时电梯的能量消耗和电梯在固定时间内的能耗只能说明电梯在特定条件下的能效状况，不能对所有场合的电梯能效作出客观评价.

利用没有量纲的能效系数表示电梯能效水平的方法能够反映能源利用效率的相对高低，但不能直接表明其能效水平；电梯吨千米的耗电量可以清楚地反映电梯的能耗，与国家统计局、国家能源办最新颁发的《单位GDP能耗监测体系实施方案》中，对第三产业规定的“单位客货周转量的耗油量”基本相同.因此，本文采用电梯每吨每千米的电能消耗量作为电梯能效评价指标.

在进行电梯能效评价时，需要测试电梯在一定参考行程内完成的运送量，即运送的负载与行驶距离的乘积(kg·m)，以及完成这些工作量时电梯的耗电量(kW·h).

2 电梯运行能效分析

2.1仿真工况法

仿真工况法可以真实地模拟电梯的实际运行状况，根据电梯的运行状态设定电梯的参考行程：单层运行占25%、多层运行占50%、全层运行占25%.实际参考行程如图2所示.

根据实际运行情况设定电梯分别在空载、25%、50%、75%、100%的额定载荷情况占所有载荷情况的比值分别为0.10、0.25、0.30、0.25、0.10.根据预设的参考行程和载荷比例，分别测试电梯在不同负载条件下完成一个参考行程所消耗的功率.为保证测量数据的有效性，对每种载荷状态进行多次仿真测试，再计算其平均值，可得仿真工况下电梯能效的平均水平为：

Wa=W0×0.10+W0.25×0.25+W0.50×0.30+W0.75×0.25+W1×0.10=

4QH(0×0.10+0.25×0.25+0.50×0.30+0.75×0.25+1×0.10)=1.318 75QH.

(1)

(2)

式中：Wa为电梯在设定的参考行程内，完成的载荷重量与运行距离乘积的总和(kg·m)；W0、W0.25、W0.50、W0.75、W1为电梯行驶一个参考行程，分别在空载、轻载、半载、重载和满载状态下电梯完成运送载荷的运输量(kg·m)；Q为电梯额定载荷的重量(kg)；H为电梯提升的高度(m)；δ为仿真工况下电梯的能效评价指标(kW·h/kg·m)；Ec为电梯在设定的参考行程内，需要从电网吸收的电能(kW·h)；E0、E0.25、E0.50、E0.75、E1为电梯行驶一个参考行程，分别在空载、轻载、半载、重载和满载状态下的能耗(kW·h).

2.2典型工况法

为简化电梯能耗测量的操作流程，并尽可能真实有效地反映电梯的实际运行状态，典型工况法以电梯每吨每千米的耗电量作为能效评价参数，评估其能耗水平.

在典型工况下可设定一个完整的参考行程：轿厢从底层端站开始向上运行，轿厢门在开启状态时启动电梯，然后轿厢门关闭，电梯开始向上行驶，到达顶层端站，轿厢门在开启和关闭一次后，直接向下运行至底层端站，直到轿厢门完全开启，则一次测量行程结束.

该工况下，载荷设定为：空载、1/3额定载荷、2/3额定载荷，其对应的载荷比例分别为：0.4、0.3、0.3.测试方法与仿真工况下的测试方法相同，可得典型工况下的能效评价指标为：

(3)

式中：δ1为典型工况下电梯的能效评价指标(kW·h/kg·m)；E0、E1/3、E2/3为电梯在一个参考行程内，分别在空载、1/3、2/3额定载荷状态下的能耗(kW·h).

2.3空载法

空载法是通过测试空载工况下电梯的能耗进行能效评估.由于电梯在一个参考行程内，空载状态时的总运行能耗与满载状态时的总运行能效基本相同，所以空载状态下的能耗可以反映电梯的运行能效水平.电梯在空载情况下，参考行程的设定与典型工况下的设置相同，电梯的运行量可利用满载的有效载荷计算:

(4)

式中:δk为空载条件下电梯的能效评价指标(kW·h/kg·m)；μ为空载时的平衡修正系数，为无量纲变量.

3 结果与分析

3.1运行能效测试

假设客梯、货梯的平衡系数均为50%，对16组电梯的能效进行检测，其参数配置如表1所示.

表1 电梯相关参数配置

在表1电梯参数的设置下，得到仿真工况、典型工况、空载行驶下电梯的能耗数据，依据(2)式、(3)式和(4) 式计算不同工况下电梯的能效参数.图3为三种工况下电梯能效指标的变化趋势.由图3可知，依据仿真工况法测出的能效指标与典型工况法变化趋势基本一致，都能反映电梯在运行中的能效水平；空载行驶时的电梯能效数据与上述两种方法相差较大，但变化趋势基本一致，即空载工况下的测量数据与仿真工况下的数据变化规律相同.

根据(4)式可以看出，空载工况法是在空载运行的基础上进行，对电梯每吨每千米的耗电量进行平衡修正，再评价电梯能效.当平衡修正系数μ分别取2.2、2.3、2.4时，空载工况法的能效指标如图4所示.经过平衡修正系数对空载行驶的能耗进行修正后的吨千米耗电量与仿真测量的耗电量一致，即通过空载法可定性地分析电梯运行时的能效水平.

3.2总体能效分析

(5)

Estand by=Pstand by×tstand by,

(6)

(7)

式中:Etravel为一天中电梯的运行能耗(kW·h)；E0、E1、E2为电梯参考行程内，分别在空载、轻载、半载、重载和满载状态下的能耗(kW·h)；V为额定运行速度(m/s)；ttravel为一天中电梯的运行时间(h)；Estand by为一天中电梯的待机能耗(kW·h)；Pstand by为电梯在待机时消耗的功率(kW)；tstand by为一天中电梯的待机时间(h)；Q为规定的电梯额定载荷重量(kg)；H为电梯提升的高度(m)；δspec为电梯总体能效评价指标(kW·h/kg·m).

总体能效分析需要在运行能耗的基础上进行，并将待机能耗考虑在内.首先根据电梯的使用类别确定电梯平均每天的运行时间和待机时间，然后结合待机能耗和运行能耗，根据(7)式计算电梯总体能效评价指标，最后确定其能效等级.

3.3总体能效等级划分

对VDI 4707标准中关于电梯使用类别划分进行改进，得到适合我国电梯使用情况的使用类别，如表2所示.

表 2 电梯使用类别划分

总体能效等级与运行能效等级和待机能效等级密切相关，从而可以推算出表2中不同使用类别电梯的能效等级限定值，如表3所示.

为验证总体能效等级划分的有效性，对3种不同类别电梯的运行能效等级、待机能效等级和总体能效等级进行验证，电梯参数如表4所示，能效评价结果如表5所示.表5中VDI4707为德国针对电梯能效的分类标准，DB33为浙江省住宅楼电梯能效设计标准.

表 4 电梯参数

表 5 能效评价结果

由表5可见，采用德国电梯能效的分类标准VDI4707对国内不同类别电梯进行评价会出现运行能效等级、待机能效等级和总体能效等级不同的情况，不适用于国内电梯的评价；本文提出的电梯能效等级划分方法得到的各状态下的能效等级结果统一.

4 结 论

本文对电梯常见的能效评价指标进行了研究，利用仿真工况法、典型工况法、空载法对曳引电梯的运行能效评价指标进行计算，并给出了电梯总体能效等级划分方法.测量数据表明，本文提出的曳引电梯能效评价方法具有一定的有效性，可为电梯设备能效标准的制定提供一定的理论基础和技术支持.

[1] 王倩，万莅新.基于ARM的电梯能效检测系统设计[J].自动化与仪器仪表，2010，30(5)：25-26，29.

[2] 朱春明，张捷，何永胜.电梯的能效测试和评价方法研究[J].节能技术，2012，30(3)：236-238.

[3] 龚玥.曳引电梯能效评价方法研究[J].科技创新导报，2016，13(1)：35-36.

[4] 金建峰，朱昌明，张鹏.动态测量建立曳引电梯的能耗仿真模型[J].机械设计与研究，2009，25(2)：112-115，120.

[5] 马海霞，李中兴，刘英杰，等.曳引式电梯节能检测方法及装置研究[J].科学技术与工程，2016，16(32)：247-250，262.

[6] 卢菲，朱昌明，张鹏.永磁同步电机驱动的电梯能耗仿真模型研究[J].机电一体化，2011，17(3)：23-28.

[7] 张吉，夏尚，陈云荣.特种设备能效的评价与展望[J].机电产品开发与创新，2012，25(5)：32-34.

[8] 王鹏程，冯月贵，任诗波，等.曳引电梯的能耗测算与能效分析[J].中国特种设备安全，2011，27(5)：44-46.

ResearchontheEvaluationMethodofEnergyEfficiencyofTractionElevator

FU Yanbin1, XUN Qian1, XUN Boyang2, BO Lilong3, GONG Wenjia1

(1.School of Engineering, Huzhou University, Huzhou 313000, China;2.College of Mechanical and Electrical Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010018, China;3.Yaskawa Shuangling Elevator Co. Ltd, Huzhou 313000, China)

On the basis of analyzing the energy efficiency evaluation index, the power consumption per ton and per kilometer of elevator is taken as the evaluation index of traction elevator, and the running efficiency of the elevator is analyzed by using simulation working condition, typical working condition method and no-load method. Finally, the elevator energy efficiency classification method is given, and three kinds of elevator categories are validated, which indicates the effectiveness of the proposed method.

traction elevator; energy efficiency evaluation index; energy efficiency evaluation method

2017-05-16

湖州市公益性技术应用研究计划项目(2015GZ05)； 湖州师范学院“大学生创新创业训练计划”项目(2016-137).

荀倩，硕士，研究方向：电力电子与电力传动.E-mail：xunq520@hotmail.com

TM464

A

1009-1734(2017)08-0033-06

[责任编辑高俊娥]