1、基于 3R 原则的电梯能效分级研究摘要： 运用 3R 循环经济原理， 开展了电梯节能和能效分级技术研究，讨论了电梯循环经济模型，分析了电梯节能的效果和节能广阔前景。 关键词： 循环经济 节能电梯 能效评价 能量反馈 3R 1 1、引言 随着中国建设节能、低碳社会步伐的加快，电梯的能耗问题已经引起了政府、社会和广大人民群众的广泛关注。2008 年 4 月 1 日颁布施行的中华人民共和国节约能源法明确提出了“对高耗能的特种设备，按照国务院的规定实行节能审查和监管”的要求。 特种设备安全监察条例 、 高耗能特种设备节能监督管理办法明确提出：国家鼓励特种设备节能技术的研究、开发、示范和推广，促进特种设
2、备节能技术创新和应用；明确对能源消耗量大，并具有较大节能空间的电梯实施节能监管和能效评价，鼓励开展电梯能效测试，节能、环保型电梯已经成为未来电梯的发展趋势。 2 2、电能循环经济学理论基础 由于电梯垂直曳引拖动方式和负载（乘客）的特点，提升机械的负载力矩方向是恒定的，曳引驱动的电梯轿厢（含乘客）和对重都属于位能负载。因此，在曳引电梯中，负载力矩的方向缺随着轿厢负载的不同而变化，力矩方向由轿厢和对重两侧的重力差决定。 a.电梯空载运行 b.电梯额定载荷运行 图 1 电梯运行时间-功率曲线图 图 1 所示，电梯在空载和额定载荷状态下电梯的能耗曲线图，可以看出电梯在空载上行、额定载荷下行时，电梯本省
3、的能耗值很低，接近于零；而电梯在空载下行、额定载荷上行时，电梯的能耗值很高，电能主要损耗用于拖动负载。 由于电梯上行、下行运行是对称的，上行乘客和下行乘客在一定时间内总数应该是一致的，乘坐电梯上行的乘客负载 G 和乘坐电梯下行的乘客负载 G，能够达到平衡，即 GG。从理论上说，如果不考虑电梯自身的能耗，从能量守恒定律来看，当 GG时，转化为位能（H）的电能（W） ，可以通过再生发电转化为电能，即 HW。因此对于电梯来说电能驱动电梯，同时通过电梯位能的变化，电梯发电。因此，电梯的节能前景广阔，电能位能电能位能电能，可以周而复始的循环利用。 3 3、电梯循环经济学理论模型 3.2 电梯循环经济学模
4、型 所谓循环经济，要求运用生态学规律来指导人类社会的经济活动。在这种经济中，倡导的是一种与环境和谐的经济发展模式。它要求把经济活动组织成一个“资源-产品-再生资源”的反馈式流程，其特征是低开采、高利用、低排放。所有的物质和能源要能在这个不断进行的经济循环中得到合理和持久的利用，以把经济活动对自然环境的影响降低到尽可能小的程度。 电梯循环经济就是利用电梯节能新技术，在电动机再生状态下，将乘客的位能转化为电能，将“位能产品”通过回收再利用，转化为电能，实现了废物的再利用和资源的再生化。图 2 所示，电梯能量反馈再利用符合典型的循环经济理论，通过位能发电并网再利用构建了电梯循环经济模型。 图 2 电
5、梯循环经济学模型 3.3 电梯循环经济学的 3R 原则【1】 作为一种新的经济发展模式，循环经济要求在促进经济发展的同时，还应降低资源和能源的消耗，降低对环境的污染，实现人类社会的可持续发展。循环经济 3R 原则要求以“减量化 Reduce、再使用 Reuse、资源化 Recycle，3R”作为社会经济活动的原则。 “减量化 Reduce”就是要减少进入社会循环系统的物质流量，属于输入端预防控制原则，采用变频调速拖动的电梯降低了电动机的额定功率，减少了电动机制造过程中的资源消耗，降低了电梯的运行能耗，减少了运送单位重量的电能资源的使用量，属于电能的“减量化”使用原则。 “再使用 Reuse”就
6、是要求消费主体尽可能多次、多种形式地使用已经购买的产品，最终也是要达到废弃物减量化的目标，属过程性方法。电梯在再生状态下将电动机作为发电机使用，无需另行配置发电机，实现位能向电能的转化，避免了制造发电机的资源浪费。作为公众交通，采用变频新技术并被广泛的应用，属于电动机和变频技术资源“再使用”原则。 “资源化 Recycle”则是输出端方法，通过把废弃物转变成再生资源，以减少最终处置量，电梯采用能量反馈技术，将位能转化为电能并入电网再利用属于“资源化”原则。 循环经济 3R 原则对于电梯节能和能耗评价标准化技术研究的指导意义，在于将循环经济的理念贯穿于电梯的设计、制造、使用运行、位能发电、电能处
7、理、电能并网的全过程，实现了电梯运行中电能和位能的循环利用。这种基于循环经济理论的电梯节能技术利用，就是按照 3R 原则设计建立电梯位能的转化、逆变、并网、再使用的网络体系，防止并减少上述过程中的潜在热污染，实现电梯节能循环再利用，尽可能减少资源消耗和降低对环境的排放。 4 、电梯能效分级 4.1 能效系数 采用“单位客货周转量的耗油量” 【2】概念，为标识电梯的能效状况，定义了“能效系数（ ） ”，并对电梯的能效状况进行分级。公式（1）所示，即电梯单位做功的能耗，是一个无量纲的值。 （1） 式中： E：电梯在规定的工作周期内，消耗电网的电能（kw?h） ； W：电梯在规定的工作周期内，轿厢运
8、送有效载荷，即有效载荷重量与垂直距离之积（kg?m） 。 4.2 能效评价方法 电梯能效评价采用比例仿真综合工况法模拟电梯真实能耗状况。比例仿真综合工况法的测试数据尽可能模拟电梯运行方式和载荷状态，对电梯的真实运行状况进行模拟，反映电梯能耗真实情况。因此，要求在电梯额定载荷（Q）内，尽可能多设计电梯工况。在充分研究电梯的工作特点后，将电梯各种载荷、运行方向、运行距离等予以组合，选择了0%Q、25%Q、50%Q、75%Q、100%Q 五种载荷工况，选择上行、下行单层和多层等多种运行状况，分别测试电梯运行能耗，乘以修正系数 k 后累加。公式（2）所示： （2） k 是电梯在不同载荷、不同层站运行工况下的运行修正系数，可以更加真实的模拟电梯的实际运行情况，反映电梯的实际能耗。修正系数 k参考了德国VDI 指南 4707 【3】 ，并根据测试结果进行调整，表 1 所示。
