实时监控电梯能源使用情况

亚利桑那州立大学的研究和教育中心提供了确定电梯能效的解决方案。

作者：Rich Madarasz、Jimmie Anicich、Rob Vandling 和 Kathy Mutch

亚利桑那州立大学 (ASU) 本身就是一座拥有 82,000 名学生、教职员工的城市。 ASU 的全球可持续发展研究所 (GIOS) 是规划和适应不断变化的世界的领先研究和教育中心。 GIOS 是 ASU 对其运营可持续性承诺的基石。 该大学的目标是到 2025 年实现碳中和。节能和效率是实现这一目标的关键战略。

亚利桑那州立大学拥有超过250座建筑，因此能源效率是该校关注的重点。其中16个项目（包含34栋建筑）已获得能源与环境设计先锋奖（LEED®）认证。太阳能、风能、热电联产、冷水蓄能以及创新的建筑设计等技术被应用于降低亚利桑那州立大学的能源消耗。一套先进的校园监控系统实时追踪能源使用情况，并将信息公开（https://cm.asu.edu）。挑战

ASU 拥有超过 200 台不同年龄、类型和制造商的电梯。 目前几乎所有类型的电梯都在使用：牵引、液压、高层、低层、服务、新旧。 了解这些机器使用多少能源非常重要。 该信息可用于对设备进行调整，确定哪些电梯需要进行现代化改造并证明成本合理。

ASU 的大多数建筑物都受到综合监控。 也就是说，将所有用电设备组合起来，以确定建筑物的效率。 下一步是确定哪些设备正在使用这种能源、它们何时使用以及它们如何运行。 对于电梯，这需要在较长时间内逐次收集高分辨率数据。 这种新的监控系统需要便携，以便可以轻松地从一部电梯移动到另一部电梯。 它还需要与校园范围的能源监控系统集成。

一解决方案

在许多情况下，确定电梯的能源效率是基于使用一些测量的假设 [1]。 Qameleon Technology 最近在其 QarVision™ Elevator Performance Analyzer（第 129 页）中实施了实时能源监控功能。 QarVision 系统检测并记录电梯实际在做什么，而不是控制器告诉它做什么。 它就像一个自动乘客，24/7。

QarVision 有两个模块——一个用于监控电梯轿厢，另一个用于监控机房设备。 位于电梯轿厢顶部的主模块测量加速度、速度和门活动。

机房监视器 (MRM) 可测量电机电流、电机温度、室温、液压以及继电器或磁开关。 MRM 通过 Wi-Fi 将其所有数据发送到主模块，该模块将数据与其自己的数据一起存储。 服务技术人员可以使用支持 Wi-Fi 的个人数字助理或笔记本电脑，实时评估电梯的性能并无线检索存储的数据。 当需要远程功能时，QarVision 通常使用蜂窝数据连接，使其能够通过 Internet 从任何地方进行操作。

QarVision 是一个独立的诊断系统，但在这种情况下，它需要与 ASU 的能源监控系统一起工作。 修改 QarVision 软件以提供 ModBus 传输控制协议接口，ASU 的所有能量传感器都使用该接口。 每秒向校园监控系统提供有关能源消耗的具体数据。 报告瞬时电流和功率，以及电梯上次运行时使用的能量。 该数据是所有常规 QarVision 信息的补充，可远程独立使用。

亚利桑那州立大学校园内的所有建筑都有用于能源监控系统的有线以太网连接。 有线以太网无法直接连接到电梯轿厢顶部的 QarVision 单元，因此在机房中添加了 Wi-Fi 接入点。 在某些情况下，以太网没有延伸到机房，因此 QarVision 连接到校园范围的 Wi-Fi 网络（图 1）。 该方案还允许 QarVision 从一个位置移动到另一个位置而无需重新配置网络，因为它始终处于连接状态，无论其位置如何。

监控电梯能量

电梯监控工作的目的是确定电梯如何以及在什么条件下消耗最多的能量。 由于 ASU 校园内的大多数电梯都是 24/7 全天候可用的，因此应在运行数周后对其进行评估。 对于旧电梯应该使用多少能源，目前还没有公布的标准，因此，目前，我们将比较大小、速度和楼层数相似的电梯，而不考虑使用年限或成本。 每部电梯都会自动进行多项测试。 此处提供了所收集数据的一些示例。

QarVision 系统以图形和统计报告的形式显示从电梯每次运行中收集的数据。 第一个例子是带有五个平台的绳索液压电梯。 图 2 显示了此电梯的两次下行和两次上行。 电梯轿厢的加速和减速显示在一组蓝色或红色条中。 条形的高度表示加速度的大小，其宽度表示持续时间。 蓝色条表示正常加速或减速。 加速条后面的黄色和白色区域显示了门的动作。 它们指示门相对于汽车运动的状态。 阴影区域的宽度是门打开和关闭所需的时间。

图 3 显示了这些跳闸对应的电机电流。 正如预期的那样，向下跳闸不会消耗电机电流。 在持续时间内，向上行程汲取的电流相对恒定。 在某些情况下，启动时电机电流会出现明显的尖峰。 电机在汽车开始移动之前开始运行，并在停止后继续运行一小段时间。

图 4 和图 5 显示了加速度和电机电流之间关系的更详细视图。这些图显示了向上跳闸和向下跳闸。

以每秒 50 个样本记录加速度和电流。 在上升行程开始时，电流中有一个轻微的启动尖峰。 请注意当门打开和电梯重新平层时发生的高电流尖峰。

电梯在特定行程中消耗的能量取决于电机电流、速度和运行距离。 图 6 和图 7 分别显示了电梯的速度曲线和行程的总能量。 图表显示了三个平台的下降行程、两个平台的两个上升行程和两个平台的一个下降行程。

监测工作的目的还在于评估在相同类型的操作中使用的不同类型的电梯。 为了进行比较，我们在同一栋楼的牵引电梯上进行了测试。

这两部电梯具有相似的交通模式，并由建筑物的居住者交替使用。 图 8 和图 9 显示了典型的跳闸和消耗的电流量。

牵引电梯的当前配置文件与液压电梯的不同。 电流将根据电梯在提升方式中的位置、对重和负载的重量而变化。 由于牵引电梯有一个配重，它向下移动时吸收的电流最大，向上移动时吸收的电流很小。

图 10 和 11 显示了电流与加速度关系的更高分辨率视图。 对于这两部电梯，液压装置消耗的电流大约是牵引电梯的四倍。 （比较液压升降机的图 11 和图 5。）

牵引电梯的运行速度约为液压电梯的 1.5 倍。 由于用于行程的能量是电流和行程长度的函数，因此该牵引电梯使用的能量比液压电梯少得多。

比较不同的电梯需要客观地进行，考虑到电梯的交通和使用条件。 上述两部电梯使用的能量如图 14（液压）和 15（牵引）所示。 图表显示了两部电梯在一个典型工作日的能耗。

显然，表 2 中的牵引电梯效率更高。 尽管它的行程更多（334 次对 197 次），但它消耗的能量仅为液压电梯的三分之一。 下一步是什么？

这项工作的目标是以标准化方式评估 ASU 校园内所有电梯的能源使用情况。 通过长时间记录逐次运行数据，可以更好地了解各个电梯在各种条件下的能源效率。

在考虑电梯升级和现代化时，能源效率可能是一个重要因素。 在节省能源成本的基础上，某些升级是合理的。 拥有一套标准化的记录是这个过程的第一步。 这些能量测量也形成了一个有用的维护基线。

电梯能源数据和监控能力也为 GIOS 教职工和学生提供了研究机会。 电梯的使用占建筑物能源消耗的百分比是多少？ 再生电梯控制是否可以证明他们的额外成本是合理的？

亚利桑那州立大学 GIOS 校园可持续发展实践主管 Bonny Bentzin 说：

“了解校园能源使用的细节是利用教育激发行为改变和推动基础设施选择决策的关键，以通过效率和保护实践来减少整体消耗。”

有关 QarVision 的更多信息，请联系 Qameleon Technology，电话：(480) 495-2777 或访问网站： 金龙网. 要了解有关 GIOS 的更多信息，请访问网站： www.sustainability.asu.edu.

参考文献：
[1] Urs Lindegger，“欧洲研究和能源效率指南 VDI 4707”，ELEVATOR WORLD，2011 年 92 月，第 XNUMX 页。