曳引式电梯的能耗建模及节能分析

2022-06-15何敬腾

科学与信息化 2022年11期

何敬腾

蚌埠市特种设备监督检验中心安徽蚌埠 233000

引言

在现代建筑物中电梯属于重要的一部分，有利于提高居民生活的便利性。曳引式电梯主要是利用曳引系统运输电梯，但是曳引式电梯在运行中消耗较多的电力能源，这不符合节能减排理念要求。在社会经济发展过程中，也逐渐改变了电梯消耗量，再加上我国改变了能源政策，对于能源消耗方面也提出更加严格的要求，需要落实曳引式电梯能耗建模，实现能源节约发展目标。

1 曳引式电梯运行原理和能耗特征

1.1 曳引式电梯运行原理

当前在高层建筑中电梯设施发挥着重要的作用，关系到人们日常生活的便利性。而曳引式电梯比较常用，曳引式电梯包括不同的系统，如果下图。曳引式电梯在运行阶段，利用钢丝绳连接轿厢和对重，再加上曳引轮形成曳引系统。在电机运行阶段，钢丝绳和轮槽产生摩擦力从而进行相对运动。保证电梯设施的平衡系数可以降低升降阶段的载荷差，优化实际应用效果，同时将代偿设施安装在曳引式电梯中，可以进一步提高曳引式电梯运行的安全性[1]。

1.2 曳引式电梯的能耗情况

曳引式电梯运行阶段产生的能耗比较大，因此需要投入较多的资金。电梯设施通过实现能量交换，满足不同形式的能量转化。曳引式电梯运行过程中，提升负载运输到目标高度，在上升运行中，将会转化对重为系统势能，在下能阶段再转化势能为对重势能。

根据无能量回馈单元可以划分曳引式电梯的驱动系统为变压调速和变频调速。曳引机在运行阶段，电力能源处于整流和逆变以及滤波等阶段，转化外部电能为曳引轮机械能。同时利用曳引机驱动系统运行，在发电状态中，曳引机可以转化机械能为电能，充分发挥出制动单元的调控作用，可以实现电梯运行目标[2]。

2 能耗建模分析

曳引式电梯能耗建模工作非常复杂，在实际建模阶段需要综合考虑系统各个构成成分，在构建过程中需要综合能量守恒定律，在电梯运行阶段转换电梯内部系统能量。在能量转换过程中，电梯导轨的摩擦力和空气阻力将会阻碍电梯运行，同时会影响到电梯运行能耗。因此曳引式电梯能耗建模阶段需要综合各部分流程，合理改善曳引式电梯建模工作内容，例如在曳引机输出力矩和从动轮运行中需要综合考虑运行效率，在构建模型的过程中，如果改变了相应的参数，将会改变电梯运行形势，因此在曳引式电梯运行过程中，为了保障能耗模型的准确性，需要根据曳引式电梯实际运行情况适当的调整相应的参数，提高曳引式电梯能耗建模的科学性，在制定后期曳引式电梯节能方式的过程中，可以提供相应的参考信息。

3 曳引式电梯的能耗建模

3.1 能源损耗板块

在曳引式电梯的能源损耗板块中，主要包括以下几个层面：①曳引系统：曳引系统包含钢丝绳和轿厢以及推导轿厢等内容建立的函数关系。②驱动系统：驱动系统的能源消耗基础是自身调速形式和曳引机类型，通过建立综合数学模型，并且制定监测监察计划，可以确定驱动系统输出力矩和输出转速以及输入电功率的函数关系。③门机系统：能源损耗指的是根据曳引式电梯实际运行状态，根据数学模型建立检测计划，可以确定单次开关门的能耗。④控制显示：控制显示系统的能耗消耗关系到电梯监管体系的设计和变频器功率模块形式，根据检查数据明确能源损耗情况。⑤其他系统：包括通风系统和空调移机以及照明灯等，需要根据检测的数值，合理明确这些模块的能源损耗[3]。

3.2 曳引式电梯运行期间的工作情况

电梯运行可以为居民提供运输服务，在制定调节计划的过程中，确保电梯运行的安全性。电梯设施和施工环境之间具有相互作用，因此需要建立电梯能源消耗系统。在建筑中安装电梯，可以为人们出行提供便利。详细分析电梯具体情况，建设电梯能源消耗模块，首先需要建立建筑物楼层之间的信息系统，通过合理利用这一系统，促使电梯为建筑物各楼层提供服务。在具体应用曳引式电梯的过程中，建筑物客流分布和调度方案产生较大的影响，电梯实施运行期间的能源损耗显示出具体的影响。针对同类型电梯设施，如果工作背景相同，不同额定速度的电梯设备在实际运行中会产生不同的能耗，在运行过程中也会产生不同的能源量。

3.3 曳引式电梯能源消耗模型落实动态测量工作

针对曳引式电梯设施能源消耗模型，落实动态监测工作，可以在动态能源消耗信息数据中确定主驱动系统和通风照明系统以及门机系统等方面的数据，合作运行曳引系统和主驱动系统，建立曳引电梯的能源消耗模型。在模型构建过程中需要较少的信息数据资源，要求明确电梯设施的基础配置，因此简化模型建立工作，保障实际应用的有效性。在电梯设施动态能源损耗计算中合理这样模型，有利于分析有关电梯配置的数据信息资源和工作曲线等，明确电梯设施能源效能的评估方案，最终提出能源节约型电梯，推动曳引式电梯现代化发展。不仅可以动态化的分析和测量电梯能源消耗模型，还可以分析实际工作原理，有关曳引式电梯的能源损耗包括电梯门开合和待机以及休眠等工作状态，可以满足动态测量工作需求，同时在模型设计过程中需要综合电梯设施参数和基础配置数据信息以及电梯设施调度等模块[4]。

4 曳引式电梯节能改造措施

4.1 优化电梯机械机构

利用上置模式的曳引机，设置曳引比为2∶1，同时要利用小体积的曳引轮曳引机，有利于显著缩减系统启动力矩，同时可以压缩电动机功率容量，还可以显著降低启动电路。实现能源节约的发展目标。通过降低轿厢的自重，可以减少电梯设备的运转惯量，利用这一措施可以减低曳引式电梯的启动电流数值，优化整体节能效果。此外要在最大程度上压缩轿厢和对重运转中的风阻，同时需要改造滚轮导靴装备，确保这一装备具有较小的摩擦阻力。

4.2 实现空间节能

因为曳引式电梯构造比较特殊，要求具备充足的空间安装曳引式电梯，因此相关人员需要节约曳引电梯空间，因此节约土地资源，实现曳引式电梯节能发展目标。针对无机曳引式电梯房，在节能处理曳引式电梯的过程中，需要重点处理井道，同时需要根据实际情况合理调整曳引设备的大小，保障井道空间满足工作要求，避免不断向外扩张。并且需要科学的缩减轿厢大小和电梯速度，优化整体节能效果，避免浪费空间资源[5]。

4.3 设备和系统节能

设备和系统节能主要包括电梯设备构件节能和系统运行节能以及建筑设备节能。首先需要根据曳引式电梯能耗模型，合理运用变频调速系统，并且合理应用调速策略，实现驱动系统节能调控，并且可以合理选择高效电机，进一步增强输入功率效果。同时可以控制电梯系统重量，强化曳引系统的滑轮组传动效率，实现电梯节能目标。可以选用变频调速系统驱动模式，这一模式在曳引式电梯中应用效率比较高，有利于整改曳引式电梯电动机的供电频率和电压值，可以无级调速管控电动机。利用变频调速系统驱动模式，在特殊情况下也可以保持电梯在发电状态中。联合利用变频调速系统驱动模式和能量回馈装置，可以再度生成能量，实现能量循环利用。这样有利于显著缩减曳引式电梯设备能耗损量。此外需要合理选择电机驱动门机，在源头合理把控门机系统的能耗，从而实现节能目标。其次在管控电梯运行能耗的过程中，需要科学选择智能群控技术，并且需要利用电梯调度方式合理调整曳引式电梯运行能耗。根据电梯实际运行状态选用电梯节能技术，有效节省电梯运行成本。同时需要定期维护系统，降低电梯故障发生率，优化电梯节能效果。最后技术人员需要根据建筑特征科学的筛选建筑电梯型号，保证电梯承载重量和型号等符合建筑需求，避免消耗不必要的能源。此外要科学的安排电梯间，可以保障电梯垂直性运行，因此实现节能目标。

4.4 电路节能

根据电梯实际运行情况，曳引式电梯可以实现四象限运行。在重载和空载运行状态中，需要利用技能电阻系统，因此连接曳引式电梯的能量回馈装置和电路系统以及智能模块，利用三相交流电模式，向电网中返回消耗的电能，实现资源二次利用，降低能量消耗量。可以通过串联电抗和电阻，因此降低电流，实现电梯软启动功能，减少电梯运行过程中的能耗。曳引式电梯运行过程中，需要合理应用曳引式电梯优势，例如利用电能势能和运行惯性方式的过程中，曳引式电梯并不会消耗电能，同时可以发挥出控制作用，还可以回收多余能量，因此充分体现出曳引式电梯的节能效果[6]。

4.5 优化使用曳引式电梯

根据曳引式电梯使用场合，择优选择电梯控制方式，因此实现能源节约的目的。例如可以细化高层写字楼的电梯为高区和中区以及低区，集体式管控不同的层次。针对住宅小区通常是利用集选管控方式，同时需要增设内选信号为防倒乱功能。如果曳引式电梯具有使用权限，可以利用智能卡系统管控曳引式电梯。通过用上述几种方法，可以提高曳引式电梯的运行效率，同时可以压缩能量消耗量。

4.6 建筑物以及曳引式电梯设施

通常是在建筑物井道中安装曳引式电梯设施，因此竞答面积和建筑成本以及应用效率等关系到曳引式电梯设施运行效果，为了降低建筑成本，需要提高井道使用效率，利用多层轿厢技术，或者可以同步运行井道若干台曳引式电梯。为了实现曳引式电梯能源节约目标，需要推广利用电子技术，有效利用能量回馈设施。此外需要科学的设置电梯参数，提高曳引式电梯应用的合理性，也可以因此降低曳引式电梯的能耗[7]。