符雁斌， 荀 倩， 荀博洋， 薄利龍， 龔文佳

(1.湖州師范學(xué)院 工學(xué)院， 浙江 湖州 313000;2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018； 3.安川雙菱電梯有限公司， 浙江 湖州 313000)

曳引電梯能效評(píng)價(jià)方法研究

符雁斌1， 荀 倩1， 荀博洋2， 薄利龍3， 龔文佳1

(1.湖州師范學(xué)院 工學(xué)院， 浙江 湖州 313000;2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018； 3.安川雙菱電梯有限公司， 浙江 湖州 313000)

通過(guò)比較分析不同的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用電梯每噸每千米的電能消耗量作為曳引電梯的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)仿真工況法、典型工況法和空載法的電梯運(yùn)行能效進(jìn)行研究.測(cè)試結(jié)果表明，典型工況法可保證數(shù)據(jù)的有效性和可操作性.最后給出電梯總體能效等級(jí)劃分方法，并使用三種類(lèi)別的電梯進(jìn)行能效等級(jí)驗(yàn)證，表明本文提出的曳引電梯能效評(píng)價(jià)方法的有效性.

曳引電梯； 能效評(píng)價(jià)指標(biāo)； 能效評(píng)價(jià)方法

0 引 言

自2005年起，我國(guó)電梯的保有量以平均每年20%左右的增長(zhǎng)率快速變化[1].據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)電梯的總產(chǎn)量約為58萬(wàn)臺(tái)，保有量約為292萬(wàn)臺(tái).2005-2013年我國(guó)電梯的年產(chǎn)量與保有量變化趨勢(shì)如圖1所示[2].目前我國(guó)電梯設(shè)備的保有量已躍居世界首位，隨著電梯保有量的逐年增加，電梯系統(tǒng)引起的巨大能耗逐漸受到社會(huì)和相關(guān)政府部門(mén)的廣泛關(guān)注.

自2008年起，我國(guó)政府和各相關(guān)單位陸續(xù)頒布相關(guān)法律法規(guī)對(duì)電梯的能效進(jìn)行監(jiān)管.然而，在電梯設(shè)備的能耗評(píng)估、能效評(píng)價(jià)方面并沒(méi)有相對(duì)統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系和技術(shù)指標(biāo)[3].國(guó)內(nèi)電梯的工作環(huán)境、平均運(yùn)行負(fù)載量與其他發(fā)達(dá)國(guó)家差別較大，不能完全依據(jù)他們的評(píng)價(jià)方法對(duì)我國(guó)電梯的能效進(jìn)行評(píng)估.本文基于我國(guó)電梯的使用現(xiàn)狀開(kāi)展電梯能耗測(cè)量，開(kāi)發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的電梯能效評(píng)價(jià)方法，為電梯設(shè)備能效標(biāo)準(zhǔn)的制定提供一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持.

1 電梯能效評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1常見(jiàn)的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)

目前，常見(jiàn)的電梯能效評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：電梯每次運(yùn)行的平均能耗[4]、固定行程和速度時(shí)電梯的能量消耗[5]、電梯能效系數(shù)[6]、電梯每噸每千米的耗電量[7]、電梯在固定時(shí)間內(nèi)的能耗[8]等.這些評(píng)價(jià)指標(biāo)在某些場(chǎng)合具有較好的實(shí)用性，部分已經(jīng)應(yīng)用于電梯能效標(biāo)準(zhǔn)，但仍缺少能被廣泛接受的評(píng)價(jià)指標(biāo).

浙江省公布的《電梯能源效率評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》指出，對(duì)電梯在規(guī)定運(yùn)行模式下完成載荷的運(yùn)送進(jìn)行測(cè)試，將運(yùn)送量和電梯能耗比作為電梯能效評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用模擬工況測(cè)試電梯分別在空載、25%、50%、75%、100%的額定載荷時(shí)的能耗，雖然考慮了各種電梯負(fù)荷的運(yùn)行條件，對(duì)不同載荷工況采用平均概率計(jì)算，但沒(méi)有考慮各種負(fù)載在實(shí)際運(yùn)行狀況中的比例.

1.2曳引電梯的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)

比較現(xiàn)有的電梯能效評(píng)價(jià)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，電梯每次運(yùn)行的平均能耗、固定行程和速度時(shí)電梯的能量消耗和電梯在固定時(shí)間內(nèi)的能耗只能說(shuō)明電梯在特定條件下的能效狀況，不能對(duì)所有場(chǎng)合的電梯能效作出客觀評(píng)價(jià).

利用沒(méi)有量綱的能效系數(shù)表示電梯能效水平的方法能夠反映能源利用效率的相對(duì)高低，但不能直接表明其能效水平；電梯噸千米的耗電量可以清楚地反映電梯的能耗，與國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、國(guó)家能源辦最新頒發(fā)的《單位GDP能耗監(jiān)測(cè)體系實(shí)施方案》中，對(duì)第三產(chǎn)業(yè)規(guī)定的“單位客貨周轉(zhuǎn)量的耗油量”基本相同.因此，本文采用電梯每噸每千米的電能消耗量作為電梯能效評(píng)價(jià)指標(biāo).

在進(jìn)行電梯能效評(píng)價(jià)時(shí)，需要測(cè)試電梯在一定參考行程內(nèi)完成的運(yùn)送量，即運(yùn)送的負(fù)載與行駛距離的乘積(kg·m)，以及完成這些工作量時(shí)電梯的耗電量(kW·h).

2 電梯運(yùn)行能效分析

2.1仿真工況法

仿真工況法可以真實(shí)地模擬電梯的實(shí)際運(yùn)行狀況，根據(jù)電梯的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)定電梯的參考行程：?jiǎn)螌舆\(yùn)行占25%、多層運(yùn)行占50%、全層運(yùn)行占25%.實(shí)際參考行程如圖2所示.

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)定電梯分別在空載、25%、50%、75%、100%的額定載荷情況占所有載荷情況的比值分別為0.10、0.25、0.30、0.25、0.10.根據(jù)預(yù)設(shè)的參考行程和載荷比例，分別測(cè)試電梯在不同負(fù)載條件下完成一個(gè)參考行程所消耗的功率.為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性，對(duì)每種載荷狀態(tài)進(jìn)行多次仿真測(cè)試，再計(jì)算其平均值，可得仿真工況下電梯能效的平均水平為：

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為電梯在設(shè)定的參考行程內(nèi)，完成的載荷重量與運(yùn)行距離乘積的總和(kg·m)；W0、W0.25、W0.50、W0.75、W1為電梯行駛一個(gè)參考行程，分別在空載、輕載、半載、重載和滿(mǎn)載狀態(tài)下電梯完成運(yùn)送載荷的運(yùn)輸量(kg·m)；Q為電梯額定載荷的重量(kg)；H為電梯提升的高度(m)；δ為仿真工況下電梯的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)(kW·h/kg·m)；Ec為電梯在設(shè)定的參考行程內(nèi)，需要從電網(wǎng)吸收的電能(kW·h)；E0、E0.25、E0.50、E0.75、E1為電梯行駛一個(gè)參考行程，分別在空載、輕載、半載、重載和滿(mǎn)載狀態(tài)下的能耗(kW·h).

2.2典型工況法

為簡(jiǎn)化電梯能耗測(cè)量的操作流程，并盡可能真實(shí)有效地反映電梯的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，典型工況法以電梯每噸每千米的耗電量作為能效評(píng)價(jià)參數(shù)，評(píng)估其能耗水平.

在典型工況下可設(shè)定一個(gè)完整的參考行程：轎廂從底層端站開(kāi)始向上運(yùn)行，轎廂門(mén)在開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)電梯，然后轎廂門(mén)關(guān)閉，電梯開(kāi)始向上行駛，到達(dá)頂層端站，轎廂門(mén)在開(kāi)啟和關(guān)閉一次后，直接向下運(yùn)行至底層端站，直到轎廂門(mén)完全開(kāi)啟，則一次測(cè)量行程結(jié)束.

該工況下，載荷設(shè)定為：空載、1/3額定載荷、2/3額定載荷，其對(duì)應(yīng)的載荷比例分別為：0.4、0.3、0.3.測(cè)試方法與仿真工況下的測(cè)試方法相同，可得典型工況下的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)為：

(3)

式中：δ1為典型工況下電梯的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)(kW·h/kg·m)；E0、E1/3、E2/3為電梯在一個(gè)參考行程內(nèi)，分別在空載、1/3、2/3額定載荷狀態(tài)下的能耗(kW·h).

2.3空載法

空載法是通過(guò)測(cè)試空載工況下電梯的能耗進(jìn)行能效評(píng)估.由于電梯在一個(gè)參考行程內(nèi)，空載狀態(tài)時(shí)的總運(yùn)行能耗與滿(mǎn)載狀態(tài)時(shí)的總運(yùn)行能效基本相同，所以空載狀態(tài)下的能耗可以反映電梯的運(yùn)行能效水平.電梯在空載情況下，參考行程的設(shè)定與典型工況下的設(shè)置相同，電梯的運(yùn)行量可利用滿(mǎn)載的有效載荷計(jì)算:

(4)

式中:δk為空載條件下電梯的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)(kW·h/kg·m)；μ為空載時(shí)的平衡修正系數(shù)，為無(wú)量綱變量.

3 結(jié)果與分析

3.1運(yùn)行能效測(cè)試

假設(shè)客梯、貨梯的平衡系數(shù)均為50%，對(duì)16組電梯的能效進(jìn)行檢測(cè)，其參數(shù)配置如表1所示.

表1 電梯相關(guān)參數(shù)配置

在表1電梯參數(shù)的設(shè)置下，得到仿真工況、典型工況、空載行駛下電梯的能耗數(shù)據(jù)，依據(jù)(2)式、(3)式和(4) 式計(jì)算不同工況下電梯的能效參數(shù).圖3為三種工況下電梯能效指標(biāo)的變化趨勢(shì).由圖3可知，依據(jù)仿真工況法測(cè)出的能效指標(biāo)與典型工況法變化趨勢(shì)基本一致，都能反映電梯在運(yùn)行中的能效水平；空載行駛時(shí)的電梯能效數(shù)據(jù)與上述兩種方法相差較大，但變化趨勢(shì)基本一致，即空載工況下的測(cè)量數(shù)據(jù)與仿真工況下的數(shù)據(jù)變化規(guī)律相同.

根據(jù)(4)式可以看出，空載工況法是在空載運(yùn)行的基礎(chǔ)上進(jìn)行，對(duì)電梯每噸每千米的耗電量進(jìn)行平衡修正，再評(píng)價(jià)電梯能效.當(dāng)平衡修正系數(shù)μ分別取2.2、2.3、2.4時(shí)，空載工況法的能效指標(biāo)如圖4所示.經(jīng)過(guò)平衡修正系數(shù)對(duì)空載行駛的能耗進(jìn)行修正后的噸千米耗電量與仿真測(cè)量的耗電量一致，即通過(guò)空載法可定性地分析電梯運(yùn)行時(shí)的能效水平.

3.2總體能效分析

(5)

Estand by=Pstand by×tstand by,

(6)

(7)

式中:Etravel為一天中電梯的運(yùn)行能耗(kW·h)；E0、E1、E2為電梯參考行程內(nèi)，分別在空載、輕載、半載、重載和滿(mǎn)載狀態(tài)下的能耗(kW·h)；V為額定運(yùn)行速度(m/s)；ttravel為一天中電梯的運(yùn)行時(shí)間(h)；Estand by為一天中電梯的待機(jī)能耗(kW·h)；Pstand by為電梯在待機(jī)時(shí)消耗的功率(kW)；tstand by為一天中電梯的待機(jī)時(shí)間(h)；Q為規(guī)定的電梯額定載荷重量(kg)；H為電梯提升的高度(m)；δspec為電梯總體能效評(píng)價(jià)指標(biāo)(kW·h/kg·m).

總體能效分析需要在運(yùn)行能耗的基礎(chǔ)上進(jìn)行，并將待機(jī)能耗考慮在內(nèi).首先根據(jù)電梯的使用類(lèi)別確定電梯平均每天的運(yùn)行時(shí)間和待機(jī)時(shí)間，然后結(jié)合待機(jī)能耗和運(yùn)行能耗，根據(jù)(7)式計(jì)算電梯總體能效評(píng)價(jià)指標(biāo)，最后確定其能效等級(jí).

3.3總體能效等級(jí)劃分

對(duì)VDI 4707標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于電梯使用類(lèi)別劃分進(jìn)行改進(jìn)，得到適合我國(guó)電梯使用情況的使用類(lèi)別，如表2所示.

表 2 電梯使用類(lèi)別劃分

總體能效等級(jí)與運(yùn)行能效等級(jí)和待機(jī)能效等級(jí)密切相關(guān)，從而可以推算出表2中不同使用類(lèi)別電梯的能效等級(jí)限定值，如表3所示.

為驗(yàn)證總體能效等級(jí)劃分的有效性，對(duì)3種不同類(lèi)別電梯的運(yùn)行能效等級(jí)、待機(jī)能效等級(jí)和總體能效等級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證，電梯參數(shù)如表4所示，能效評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示.表5中VDI4707為德國(guó)針對(duì)電梯能效的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，DB33為浙江省住宅樓電梯能效設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

表 4 電梯參數(shù)

表 5 能效評(píng)價(jià)結(jié)果

由表5可見(jiàn)，采用德國(guó)電梯能效的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)VDI4707對(duì)國(guó)內(nèi)不同類(lèi)別電梯進(jìn)行評(píng)價(jià)會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行能效等級(jí)、待機(jī)能效等級(jí)和總體能效等級(jí)不同的情況，不適用于國(guó)內(nèi)電梯的評(píng)價(jià)；本文提出的電梯能效等級(jí)劃分方法得到的各狀態(tài)下的能效等級(jí)結(jié)果統(tǒng)一.

4 結(jié) 論

本文對(duì)電梯常見(jiàn)的能效評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了研究，利用仿真工況法、典型工況法、空載法對(duì)曳引電梯的運(yùn)行能效評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并給出了電梯總體能效等級(jí)劃分方法.測(cè)量數(shù)據(jù)表明，本文提出的曳引電梯能效評(píng)價(jià)方法具有一定的有效性，可為電梯設(shè)備能效標(biāo)準(zhǔn)的制定提供一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持.

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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

湖州市公益性技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目(2015GZ05)； 湖州師范學(xué)院“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目(2016-137).

荀倩，碩士，研究方向：電力電子與電力傳動(dòng).E-mail：xunq520@hotmail.com

TM464

A

1009-1734(2017)08-0033-06

[責(zé)任編輯高俊娥]