電梯能耗與機房環(huán)境溫度改善

1、電梯能耗與機房環(huán)境溫度 解 決 方 案 方案設計單位：深圳市瑞能節(jié)能科技有限公司 目 錄第1章 ：電梯市場及電梯能耗現狀.31.1 國內電梯行業(yè)現狀.31.2 電梯能耗問題分析.41.3 電梯節(jié)能市場現狀.41.4 電梯節(jié)能的社會效益與經濟效益.5第2章 ：ERN電梯能耗與機房溫度解決方案.62.1 方案設計理念.62.2 產品介紹.72.2.1 產品技術架構.82.2.2 產品特點.82.2.3 產品技術規(guī)格.92.3 應用案例.10第3章 ：ERN解決方案的技術優(yōu)勢.113.1 方案設計及應用的領先與創(chuàng)新性.113.2 設計充分考慮到廣泛配套使用.113.3 設備安裝調試簡單方便.11第4

2、章 ：方案設計單位介紹.12第1章 電梯市場及電梯能耗現狀1.1 國內電梯行業(yè)現狀 圖1.1 國內電梯保有量示意圖 隨著我國經濟的發(fā)展，眾多高層建筑拔地而起，電梯需求量越來越大。中國電梯行業(yè)協會數據統(tǒng)計顯示，截止2013年底，中國在用電梯保有量已經突破300萬臺。國內電梯行業(yè)共有整機制造企業(yè)達到460家，備案的部件制造企業(yè)155家，安裝維保企業(yè)5900余家。 近年來，中國電梯產銷量繼續(xù)以每年30%左右的速度增長，預計2014年起每年新增電梯數量將接近100萬臺，占全球每年新增電梯總量的60%。2013年，北京、上海、廣東等省份的電梯保有量已經超過了40萬臺。在過去的5年中，中國電梯產量、保有量

3、以及年增長量均為世界第一。 未來中國電梯行業(yè)的高增長可能不會持續(xù)，但是老舊電梯的更換與改造需求不斷增加，隨著我國經濟不斷增長、城鎮(zhèn)化建設的加速，電梯市場潛在的需求量依然會很旺盛。1.2 電梯能耗問題分析 一臺普通電梯每天的耗電量大約在30-80度之間，取平均值一臺電梯每天耗電量40度測算，全國在用電梯數量300萬臺，一年全國電梯總能耗438億度，平均每天的電梯耗電量在1.2億度左右，全年電梯總耗電量約等于大亞灣核電站36個月的發(fā)電量，可見電梯耗電量的數目巨大。 目前我國在用電梯控制系統(tǒng)大部分還是通過制動電阻散熱消耗多余能量，從而達到保護變頻器正常工作。由于制動電阻不斷散發(fā)熱量，進入夏季以后機房

4、溫度會不斷升高，機房環(huán)境溫度過高以后，電梯控制系統(tǒng)中的元器件老化速度加快，故障率頻發(fā)。為了降低電梯故障率，保證電梯的正常運行，需要在電梯機房加裝空調或者風扇改變機房環(huán)境溫度。尤其是南方地區(qū)的電梯機房空調，進入夏季以后幾乎是每天24小時不停運轉，按照一臺空調2P功率計算，每天空調的耗電量可以達到36度，開啟5個月空調將耗電5400度。 由此可見，解決電梯能耗首先需要解決制動電阻散熱消耗的多余能量，將其回收利用，還可以在機房環(huán)境溫度改善的情況下減少空調工作時間，這兩部分的能耗節(jié)約空間非常大，也是電梯節(jié)能市場的一種發(fā)展趨勢。 隨著電梯數量的不斷增加，電梯能耗問題越來越受到人們的關注。面對嚴峻的能源與

5、環(huán)境問題，國家也加大了對電梯節(jié)能的政策影響，先后有海南、陜西、河南、河北等省份相繼出臺了關于推動電梯節(jié)能技術應用的政策文件。建筑節(jié)能項目的實施中，空調、水泵、照明、電梯已經逐漸被要求整體進行節(jié)能改造，越來越多的醫(yī)院、學校、酒店以及物業(yè)公司對電梯節(jié)能提出了需求。1.3 電梯節(jié)能市場現狀 目前市場上的電梯節(jié)能技術主要有四種： 1.3.1 改進機械傳動與電力拖動系統(tǒng) 例如將傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿減速器改為行星齒輪減速器或采用無齒輪傳動，機械效率可以提高15%-25%；將交流雙速拖動系統(tǒng)改（AC-2）為變頻調壓調速拖動系統(tǒng)（VVVF），電能損耗可以減少40%左右。 1.3.2 改善電梯轎廂照明系統(tǒng) 將電梯轎廂

6、的照明燈具更換為小功率的LED燈，減少電梯照明的耗電量。 1.3.3 電梯智能控制技術 采用轎廂無人自動關燈技術、驅動器自動休眠技術、群控樓宇智能管理技術、自動扶梯變頻感應啟動技術（我公司EFRN扶梯節(jié)能控制方案）等實現節(jié)能目的。 1.3.4 采用電能回饋技術將多余能量回收利用 垂直電梯向上運送與向下運送的工作量大致相等，驅動電動機通常是工作在拖動耗電與制動發(fā)電狀態(tài)。當電梯空載上行、重載下行及電梯停層前逐步減速時，驅動電機處于發(fā)電制動狀態(tài)。這時是將機械能轉化為電能，過去這部分能量通過制動電阻消耗或者部分消耗在電動機的繞組中。前者需要外接大功率的制動電阻，既耗能又會產生大量的熱能，導致機房溫度升

7、高，后者會導致驅動電動機溫度過高。利用變頻器交-直-交的工作原理，將機械能產生的交流電轉化為直流電，再通過電能回饋技術逆變后回饋到電網，供周邊用電設備使用，達到降低能耗的作用，實現節(jié)能目的。 上述四種技術中，變頻控制技術、改善照明系統(tǒng)級智能控制技術均已廣泛應用，但是針對垂直電梯來言，還未能深入挖掘垂直電梯的節(jié)能空間。電能回饋技術在國家大力推動節(jié)能減排的政策影響下，越來越受到市場關注和重視。 1.4 電梯節(jié)能的社會效益與經濟效益 采用ERN電梯能耗與電梯機房溫度改善解決方案進行節(jié)能改進后，電梯整體能耗可以降低20-45%。每臺電梯每年可以節(jié)電3000度左右，相當于1噸標煤的發(fā)電量，全國300萬臺

8、電梯一年就可以節(jié)約300萬噸標準煤。折合電價后，每部電梯每年可以節(jié)約電費2500-3000元，全國電梯全年可以節(jié)約電費75億元人民幣。 目前我國火力發(fā)電消耗原煤數量非常大，因此帶來的環(huán)境污染比較嚴重，北方地區(qū)進入冬季后霧霾天氣嚴重，治理已經刻不容緩。減少原煤消耗量可以降低二氧化碳、二氧化硫、粉塵顆粒的排放量，對大氣與環(huán)境改善也能起到積極的作用。 第2章 ERN電梯能耗與機房溫度解決方案2.1 方案設計理念 ERN電梯能耗與機房溫度解決方案是針對已經應用變頻技術的垂直電梯進行節(jié)能空間深度挖掘并達到節(jié)能降耗目的的高新技術方案。 本方案的核心技術產品是PFE電梯節(jié)能裝置，該裝置采用電能回饋技術，將垂

9、直電梯在運行過程中產生的多余能量通過PFE電梯節(jié)能裝置轉換為交流電，供給電梯周邊的用電設備使用。沒有加裝節(jié)能裝置的電梯，多余能量是通過制動電阻發(fā)熱消耗，因此會造成電梯機房的溫度升高。一般來講，當機房溫度升高到35時，就需要開啟空調進行降溫，保護控制系統(tǒng)元器件，避免由于溫度過高發(fā)生故障，影響電梯的安全使用。另外控制系統(tǒng)的元器件長期在高溫環(huán)境工作，會降低使用壽命，增加控制系統(tǒng)的故障率，加大了電梯維保的成本。 PFE電梯節(jié)能裝置，采用獨特的柔性雙PWM和LCL濾波技術，輸出相位精準并能有效抑制高次諧波。經國家電梯質量技術檢驗中心檢測，該產品的回饋諧波系數小于2%，完全符合IEC61000-3-2及G

10、B/T14549中規(guī)定的電氣設備回饋諧波系數小于5%的要求。 該裝置與原有的電梯控制系統(tǒng)并聯使用，替代了原制動單元和制動電阻的工作，不會影響電梯的安全性。 采用該方案后，電梯機房內的制動電阻不再發(fā)熱，機房環(huán)境溫度得到改善，控制系統(tǒng)的工作環(huán)境改變可以延長運行時間，減少故障率。機房空調可以減少使用時間，節(jié)約空調設備投入和維護費用。 本方案一方面可以解決電梯能耗的問題，同時可以解決困擾電梯維保人員在夏季工作量增加的問題，節(jié)約電梯用電、空調用電的同時，可以減少電梯維保人員的工作量。2.2 產品介紹 2.2.1 產品技術說明 本方案使用的PFE電梯節(jié)能裝置，是在普通節(jié)能裝置的基礎上對整體結構進行了提升，

11、增加了受控電源開關與隔離單元。 圖1.2 電梯節(jié)能裝置電路原理圖 在電梯節(jié)能裝置出現故障時，例如輸入電流過大，該裝置可以自動與交流電網斷開。在該裝置內部設計有空氣開關，也方便用戶通過手動方式將節(jié)能裝置與交流電網斷開。在變頻器開始上電時，直流母線電壓還沒建立，接觸器與交流電網斷開，避免三相交流電通過節(jié)能裝置輸送至變頻器直流母線，造成節(jié)能裝置損壞。變頻器正常工作時，節(jié)能裝置會檢測到變頻器的直流母線電壓，當直流母線電壓正常時，接觸器閉合，節(jié)能裝置開始工作。 增加的隔離單元，避免了用戶安裝設備時因為直流母線正負極接錯線導致設備損壞，支持回饋的能量從變頻器往節(jié)能裝置的正向流動，隔絕節(jié)能裝置往變頻器反向供

12、電的情況，確?；仞侂娏康臏蚀_性。 電梯屬于特種設備，對于運行安全有特定的需求，該裝置從控制軟件的設計上做出了充分的考慮： 建立針對節(jié)能裝置最優(yōu)混雜控制優(yōu)化問題的表示模型，實現節(jié)能裝置四模態(tài)的切換控制邏輯，把現實空間中有耦合的復雜優(yōu)化問題，變?yōu)闊o耦合的簡單優(yōu)化問題，實現回饋電流的最優(yōu)控制。 研究測試主流電梯制造商電梯系統(tǒng)的內部通信結構與電源的特點，分析電梯電氣設備被干擾的規(guī)律，有針對性地從控制模式、濾波器設計、結構設計等方面優(yōu)化節(jié)能裝置的電磁兼容性。 分析電抗器噪音與電抗器材料、結構以及回饋電流變化微觀模式間的關系，通過優(yōu)化回饋電流控制模式達到噪音最小化。 解決電梯節(jié)能裝置和變頻器之間的并聯環(huán)流

13、問題，從根本上消除設備對電梯的安全運行隱患。 在節(jié)能裝置和變頻器的整流橋并聯中加入共模電感，抑制變頻器的整流橋產生的脈沖電流，如圖1.3所示。 負載 M 采用LCL濾波器對回饋電流進行濾波，過濾掉電流諧波，實現回饋電流清潔無污染。 Tap Tbp Tcp Ea V bus N1 Eb N2 Ec TaN TbN TcN L-C-L濾波器 回饋節(jié)能裝置 圖1.4 LCL濾波器結構 采用最新的電流矢量d-q分解矢量控制，把三相電流看做旋轉矢量，并分解為有功分量和無功分量分別控制，實現對電流穩(wěn)態(tài)和動態(tài)的快速響應控制，可以實現電流諧波THD<5%,同時PWM載波頻率低于IGBT額定開關頻率，配合

14、LOL濾波器可以實現電流清潔無污染的控制。 2.2.2 產品特點 節(jié)能 電梯制動產生的能量回收轉換率97%以上，節(jié)電率可以達到20%-45%， 制動頻繁、樓層高、梯速快的電梯節(jié)能效果更顯著。先進 采用先進的微處理器，速率高、精度高、穩(wěn)定性高。無干擾 采用PWM脈寬調制技術，輸出相位準確、有效抑制高次諧波。兼容性強 適用于220V 380V電壓等級各功率段的多種品牌電梯。安全可靠 設備自身發(fā)熱量低，全自動溫控風扇保護，不影響電梯運行。品質保障 產品通過了歐盟CE認證，并由平安保險承保1000萬元產品責任險。政策支持 2012年國家質檢總局推廣產品，國務院機關事務管理局推廣產品。 2.2.3 產品

15、技術規(guī)格項目規(guī)范電源電網電壓三相220V-460V電網頻率45Hz65Hz控制電流控制方式矢量控制輸出控制方式直流母線電壓預測控制回饋起始電壓357V（220V等級）617V（380V等級）風扇控制43開啟，40關閉過熱保護90（IGBT內部溫度）顯示狀態(tài)指示監(jiān)控指示、運行指示、故障指示、回饋狀態(tài)指示等環(huán)境安裝場所室內、海拔不大于1000m（海拔每升高1000米，須降額10%使用），無陽光直射，無導電性粉塵及腐蝕性氣體。海拔高度超過1000mz需降額使用。環(huán)境溫度-1040，通風良好環(huán)境濕度90RH以下（不結露）振動度0.5g2/s以下 2.3 應用案例 深圳市某商業(yè)樓宇共5棟，樓層高度32層

16、，共有通力電梯20臺，電機功率29KW。5個電梯機房各安裝2P壁掛式空調一臺，空調運行時間180天。 該商業(yè)樓宇1-4層為商場，5-32層為寫字樓，電梯運行時間從早7:30-晚21:00，其中早高峰2小時左右，午高峰1小時左右，晚高峰1小時左右。經現場勘探并測試一周后統(tǒng)計數據顯示，平均每臺電梯日耗電量48度，開啟空調時電梯機房溫度32，關閉空調時電梯機房溫度43，空調日耗電量36度，電價1.08元/度。 按照以上數據進行能耗分析后得出，該商業(yè)樓宇每年電梯耗電量350400度，空調年耗電量32400度，兩項耗電共計電費413424元。 綜合分析后給出方案如下： 安裝電梯節(jié)能裝置20臺，型號為PF

17、E-04-030NDC。 建議空調運行時間調整為8小時/天，溫控設置在35，機房溫度不超過35時空調處于待機狀態(tài)。 運行一個月后數據顯示，電梯能耗降低31%，空調能耗降低65%。項目原能耗節(jié)電率年節(jié)電量節(jié)約電費（元）電梯35040031%108624117313機房空調3240065%2106022744總計38280033%129324140057 該項目總投入276000元整，預計1.9年回收投資。第3章 ERN解決方案的技術優(yōu)勢3.1 方案設計的技術領先與創(chuàng)新性 電梯節(jié)能裝置和電梯變頻器的整流橋并聯是一種不穩(wěn)定的結構，這種新的拓撲結構在電梯節(jié)能裝置運行時，電梯變頻器的整流橋會產生高頻的脈

18、沖電流，這種脈沖電流是電梯節(jié)能裝置和電梯變頻器的整流橋并聯產生的環(huán)流，會直接進入電網，對電網及周邊電子設備造成嚴重污染。同時電梯變頻器的整流橋過大的脈沖電流會引起電梯變頻器的整流橋嚴重發(fā)熱，甚至會損壞電梯變頻器的整流橋。因此選用電梯節(jié)能裝置時，方案設計方已經充分考慮了產品的性能，從根本上消除對電梯安全運行的隱患，保證電梯節(jié)能裝置和電梯變頻器并聯的穩(wěn)定可靠運行。 針對電梯應用的特殊性以及內部通信網絡容易受到電梯節(jié)能裝置干擾的現實，改進電梯節(jié)能裝置的電磁兼容性，滿足電梯實際應用中對電磁干擾的要求。 建立電抗器噪音信號模型，優(yōu)化電梯節(jié)能裝置的結構、參數，規(guī)劃電流微觀變化模式，保證電梯節(jié)能裝置在最小噪音范圍。 3.2 設計充分考慮到廣泛配套應用 本解決方案適用國內98%的電梯工況環(huán)境，可以應用到三菱、富士達、日立、迅達、東芝、奧的斯、蒂森、通力等眾多品牌電梯。3.3 設備安裝調試簡單方便 電梯節(jié)能裝置采用并聯式接線方式，安裝簡單方便，在電梯維保人員的配合下，每臺電梯安裝時間大約半小時。 參數調試簡單，通常情況下默認出廠設置即可正常工作。 采用落地式柜體，無需鉆孔，可以根據現場情況擺放到控制柜附近的任意位置。第4章 方案設計單位介紹 深圳市瑞能節(jié)能科技有