电梯行业的可持续发展——影响评估

作者：TAK Mathews

本文在苏格兰爱丁堡举行的 2023 年国际电梯和自动扶梯研讨会上发表。

抽象

几十年来，世界已经认识到气候变化和地球资源消耗是一个令人担忧的问题。 1987年，联合国将可持续发展定义为“在满足当代人的需求的同时，不损害子孙后代满足其自身需求的能力”。经过几个世纪的滥用，气候变化曾经被认为是未来的风险，现在不仅对子孙后代，甚至对当代人来说，也是一个明显而现实的危险。因此，可持续发展已成为全球流行语。 

电梯行业也迅速接受了可持续发展的推动。可持续发展和绿色环保是当前电梯技术创新的主要驱动力。几乎所有销售和营销的重点都是各个公司及其产品的可持续发展举措。

本文将研究电梯行业当前的一些可持续发展创新和举措，并研究它们的影响。

介绍

“除非有忠实的管理，否则地球将不会继续提供其收成。我们不能说我们热爱这片土地，然后为了子孙后代而采取措施摧毁它。” — 约翰·保罗二世^[13]

BBC 新闻气候与科学数据新闻团队于 17 年 2023 月 XNUMX 日，^[8] 报道称，“卫星数据显示，南极洲周围的海冰远低于之前记录的冬季水平，对于这个曾经似乎对全球变暖具有抵抗力的地区来说，这是一个令人担忧的新基准。”

我们所知道的地球正面临着环境危机。被认为是未来的可能性现在正在敲开我们的大门。除了少数人拒绝承认这场危机之外，可持续发展是世界的流行词。

可持续性和建筑环境

据估计，超过 40% 的人认为建筑环境是这场危机的主要原因。根据世界绿色建筑委员会，^[18] “在全球范围内，建筑物产生了约 40% 的能源和与过程相关的二氧化碳₂ 排放量、所有提取材料的 50%、水消耗量的 33% 以及产生的废物的 35%。”建筑环境具有如此重大的影响，因此在实现全球经济脱碳所需的变革中发挥自己的作用至关重要。建筑师 Sandeep Shikre 在孟买举行的气候适应性建筑环境会议上发表演讲^[10] 阐述说，主要用于建筑环境的混凝土、钢铁和铝，占全球总排放量的23%。

可持续性和电子电气环境

总体而言，电梯和自动扶梯 (E&E) 行业认识到其可持续发展的责任已有一段时间了。在一篇题为“电梯走向绿色”的论文中，^[2] Bernhard 写道，“绿色垂直交通倡议早在 1990 世纪 XNUMX 年代就开始了。”

迅达表示：“迅达电梯公司致力于以与社会和环境和谐相处的方式开展其业务活动。迅达的产品和服务旨在为建筑师、承包商、业主和管理者提供节能和环保的选择。”新品牌 TK Elevator 宣称：“可持续发展是 TK Elevator 和我们公司战略的一个组成部分。它还决定了我们的工作方式和塑造我们的企业价值观。作为世界领先的电梯公司之一，我们致力于推动创新并不断改进我们的产品和服务，所有这一切都与我们的利益相关者密切合作。”

本文回顾了电子电气行业一直采用的一些较新的可持续发展技术和举措。 

本文留给读者的问题多于答案。

1. 一些与建筑环境相关的可持续性术语

必须了解相关的可持续发展术语和措施，才能更好地了解电子电气行业举措如何影响可持续发展。本章中的术语和定义是审查电子电气行业可持续发展举措的基础。

我。建筑生命周期（由世界绿色建筑委员会定义）^[17]

A。全生命周期碳是指所有生命周期阶段的排放，包括体现碳和运营碳（A1 至 C4）。

b.隐含碳是指在建筑物或基础设施的整个生命周期中与材料和施工过程相关的碳排放。 

C。前期碳是指建筑物或基础设施开始使用之前生命周期的材料生产和施工阶段 (A1-A5) 所产生的排放。与此处列出的其他类别的排放相比，这些排放在建筑物被占用或基础设施开始运行之前就已经释放到大气中。 

d.运营碳是指与建筑物运营或基础设施运营所用能源 (B6) 相关的排放。 

e.报废碳是指建筑物或基础设施使用后的生命周期中与解构/拆除、现场运输、废物处理和处置阶段相关的碳排放（C1 至 C4）。 

F。超出生命周期 (D) 是指由于材料的再利用或回收而产生的碳排放或排放节省，或由于使用废物作为另一个过程的燃料而避免的排放。

二.线性经济与循环经济 

康泰克博客^[13] 指出这两种经济模型之间的根本区别在于，线性经济遵循“获取-制造-废物”步骤计划，而循环经济则遵循“减少、再利用和回收”的3R方法，完全消除浪费。循环系统和线性系统在如何创造或维持价值方面存在差异。传统的线性模型考虑的是短期收入，只关注盈利能力，通过大规模生产和销售创造价值。另一方面，循环方法具有长期愿景，还考虑了整个产品生命周期的可持续性。通过产品的更新、修复和再生，可以实现更长的生命周期。

三.环保产品声明（EPD）

约蒂等。阿尔。^[3] EPD 将 EPD 定义为一份自愿性文件，公司或组织通过该文件透明地披露其产品或服务生命周期对环境的影响。

2.交流变频调速

电气与电子行业为实现可持续发展而采取的第一个真正举措之一是转向电梯的 ACVF 驱动器。与 1980 世纪 1990 年代和 XNUMX 年代耗电的 ACVV 电梯相比，ACVF 驱动器消耗的电力要少得多。

现在很少有电梯不带变频驱动的，除非是停靠站数较少的低速电梯。

3.再生

与 ACVF 驱动器一起，再生功能确保通常以热量形式消散的能量可以转换回可用能量。 

毫无疑问，再生将带来节能效果。但是，节能说法往往被夸大了。市场上有一些销售论点声称再生驱动器可节省 60% 的电力。虽然从理论上讲，即使是 60% 的说法也有可能得到改善——交通仅由空车上行和满车下行组成——但事实上，再生取决于建筑物的实际交通模式。在许多情况下，关于节能的说法被严重夸大了。

4. 无机房电梯（MRL）

第一个 MRL 于上世纪末推出，作为液压电梯和低层应用的替代品。^[5] 最大残留限量的出现推动了支持可持续发展的创新。 

然而，与通过持续的强行推销强化的普遍印象相反，Andrew 和 Kaczmarczyk^[1] 指出，“我们必须始终牢记，MRL 系统仍然是电梯，并且大多数设备与任何其他曳引电梯系统中的设备完全相同。所有 MRL 创新都可以融入传统的机房电梯中，并且除了建造机房之外的任何好处都不是 MRL 所独有的。”

然而，最大残留限量现在被誉为唯一为电子电气行业可持续发展铺平道路的电梯创新。 

技术科学^[15] 写道：“制造商重新设计了机房内的电机和所有其他设备，以适应井道，进行了一些节省空间的改进，以消除建造和供应能源的需要。”黛比·斯尼德曼^[11] 指出，“最节能的电梯类型是 MRL 曳引电梯。制造商重新设计了电机和所有其他设备，这些设备通常安装在传统电梯上方的机房内，以适应井道。这些节省空间的改进消除了建造机房和向机房供应能源的需要，并且比以前使用的较大版本消耗的能源显着减少。” 

许多公司为推销 MRL 产品而采用的论点和销售说辞极具争议性。销售论点违背了技术逻辑和理性，除非在某种程度上与液压电梯进行比较。另一方面，由于 MRL 负载限制，更高负载的应用只能通过常规机房电梯或液压电梯来解决。 

即使是关于液压电梯的“油对环境不友好”的争论也可以通过使用环保的可生物降解液压油来解决。 “更高功率要求”的论点可以用当今可用的更好技术来反驳。帕特劳等人。等人。^[7] 报告称，“最新的液压系统现已采用可变电压变频驱动器 (VVVF) 和充当液压配重的蓄能器。这些新发展使能源绩效得到了显着改善。”

不幸的是，“最大残留限量是实现环境可持续性的唯一途径”这一错误观念已成为一种普遍的说法。此外，该叙述未能详细说明与作者详述的 MRL 相关的局限性和操作问题。^[5]

5. 永磁无齿轮电机

MRL 推动了在井道内安装更紧凑的机器的需求。这带来了永磁 (PM) 无齿轮机器的出现，它逐渐成为大多数电梯的标准。

虽然永磁无齿轮电机相对于感应无齿轮电机的能耗优势无可争议，但永磁无齿轮电机和感应电机之间的效率优势在 5% 到 10% 之间，其中永磁电机效率更高。哈内科^[14] 据称永磁电机的效率为 97.5%，而感应电机的效率为 90% 至 93%。

然而，开采稀土矿物对环境的影响需要调查。 

迈克尔·斯坦达特 (Michael Standaert) 报告的标题，^[12] 《中国努力应对稀土开采的有毒后果》强调了这个问题。卫报^[16] 报告称，“向气候中和的过渡并不意味着要以对原材料的依赖取代对肮脏的化石燃料的依赖，因为原材料的开采导致地球上大片地区无法居住。”纳亚尔^[6] 写道：“总体而言，每生产一吨稀土，就会产生 2,000 吨有毒废物。”

中国在稀土开采方面仍然处于世界领先地位。根据纳亚尔^[6]尽管中国的稀土矿储量仅占全球的 35%，但它却能取得主导地位，“很大程度上是因为宽松的环境法规”。低成本、高污染的方法使中国能够超越竞争对手，并在国际稀土元素市场上站稳脚跟。”

声称的 5% 到 10% 的节能能否弥补稀土矿开采对环境的影响？电子电气行业是否进行了充分的成本/效益分析，以证明将粉末冶金机器作为标准的转变是合理的，即使对于机器尺寸并不重要的项目也是如此？取消机房是否考虑到了机器小型化所需的稀土矿物对环境的影响？

约蒂的^[3] 研究指出，“环境产品声明（EPD）是一份自愿性文件，公司或组织通过该文件透明地披露其产品或服务生命周期对环境的影响。这不仅与能源消耗有关。通过这种方式，可以评估和声明产品的整个环境可持续性。” Iotti 指出，大多数 EPD 都是针对 MRL 颁发的。 

然而，对公共领域中的一些环保声明的粗略审查表明，这些声明根本没有提及稀土矿物和环境影响。需要对所有环保署进行进一步详细的研究，以验证颗粒物的环境影响是否得到承认。

 PM 需要考虑的另一个问题是电子电气行业采用的回收方法。作者与多家电子电气公司以及机械制造商的讨论表明，粉末冶金材料的回收和处理仍然是一个灰色地带。虽然来自电子电气行业的一些人认为他们有一套 PM 回收流程，但没有人能够提供有关流程或方法的详细信息。事实上，一种回应是他们与一家供应商合作，预计该供应商将根据公司政策以环保方式回收/处置粉末冶金材料。

虽然可以回收利用，但分离元素的过程并不那么容易。 CEPS 深入分析^[9] 建议欧盟设定回收配额和目标，并为建立回收流程和设施提供财政支持。 

也许这是电子电气行业在追求目前不加区别地转向粉末冶金机器之前需要首先建立和采用的东西。

6. 涂层悬浮介质

随着 MRL 的出现而带来的另一项材料创新是用于电梯的涂层悬浮介质，它始于涂层钢带。在证明现场可靠性受到怀疑后，芳纶绳索的实验被放弃。

虽然涂层钢带最初被视为减小滑轮直径和机器尺寸，从而减小井道尺寸的方法，但随着时间的推移，销售争论逐渐涵盖安全性和可靠性，并扩展到环境效益等。涂层钢带现在由涂层钢丝绳连接。

与普通钢丝绳不同，不可能检查涂覆悬浮介质的聚氨酯涂层内的钢丝。需要额外的硬件设备来监控肉眼不可见的线束的状态。 

涂层悬挂介质的环保论点是，与普通钢丝绳不同，涂层钢悬挂介质不需要定期润滑。 

另一方面，需要提出的问题是聚氨酯涂料对环境的影响。梁等。等人。^[4] 指出，“聚氨酯在其生命周期的各个阶段都会造成环境和人类健康问题。”该报告接着指出，聚氨酯可以回收，但只能回收到一定程度。

接下来需要提出的问题是，电子电气行业在回收涂覆悬浮介质的聚氨酯涂层方面的效果如何，或者是否将其丢弃在垃圾填埋场中。将聚氨酯涂层与钢丝帘线分离的成本是否经济，以使聚氨酯的回收可行？ 

为了证明涂层悬浮介质所宣称的环境效益，电子电气行业必须量化传统钢丝绳所需的轻润滑对环境的影响，以及用于涂层悬浮介质的聚氨酯的影响。

另一个论点——涂层钢带比传统钢丝绳的寿命更长——也需要在实际现场环境和更长的时间范围内得到验证。

7. 成本降低与成本降低可持续发展 

尽管电子电气行业追求可持续发展举措，但旨在降低成本的行动却以某种方式否定了这些举措。例如，从铸铁配重转向混凝土配重就是这样的举措之一。虽然铸铁可以无限地回收，但混凝土的可回收性有限。

放弃非钢弹簧缓冲器有助于减少所需的凹坑深度。然而，由于这些替代品的可回收选择较少，这种转变对可持续性影响不大。同时，坑的减少也让机械师更加不安全。

然而，电梯预期寿命的变化可能是最能说明成本降低目标胜过可持续发展目标的因素。这将在下一章中讨论。

八、电梯的预期寿命

世界绿色建筑委员会^[18] 指出可持续建筑环境的特征包括需要通过循环经济最大限度地减少材料使用和浪费来再生资源和促进循环，重点是资产再利用和改造。

电子电气行业如何满足这一关键要求？

此 生产（前期碳） 电梯生命周期的某个阶段对其建筑环境全生命周期碳贡献最大。因此，很自然地，前期碳效用必须最大化。

当你的作者在三年半前加入电子电气行业时，标准的说法曾经是：“我们的设备将比你的建筑物更长寿。”

印度最古老的电梯于 1892 年安装，已经过两次现代化改造——第一次是在 1969 年，第二次是在 2010 年——见证了旧电梯的设计基础。

 相比之下，新时代的电梯将在 15 年或更短时间内更换。

一项民意调查（主要来自北美的 326 名受访者）表明，94% 的人认为 2000 年之前的电梯比本世纪安装的电梯具有更长的可用和安全寿命。

一项进一步详细的意见调查（全球 448 名受访者）表明，大多数人认为新型电梯的设计寿命较短。这些数字是不言自明的，也是显而易见的。

在最近的一次讨论中，美国规范委员会的长期活跃成员约翰·科沙克（John Koshak）透露了一项将电梯的设计预期寿命正式确定为 15 年的提案。印度正在实施的一项新电梯法案考虑将电梯的最长使用寿命设定为 20 年，之后必须更换。

这一趋势对电梯行业的可持续发展举措有何影响？现代电梯的设计寿命（以及由此产生的寿命）显着降低，虽然对商业有利，但否定了电子电气行业的大部分可持续发展举措。 

结语

世界绿色建筑委员会在其题为“提前体现隐含碳”的报告中^[17] 指出从现在到 2050 年，前期碳排放将占新建建筑全部碳足迹的一半。报告接着指出，必须迅速加大力度解决隐含碳排放。

电气与电子行业的可持续发展举措即使不是全部，也主要集中在电梯生命周期的运营碳 (B6)（参见图 1）方面。另一方面，主要碳排放处于项目的前期阶段。

如果电子电气行业的可持续发展举措要有意义并真正产生成果，那么重点必须转向在电梯的整个生命周期中采取平衡和衡量的方法。

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案例

1. 安德鲁 JP 等。等人。 (2011)电梯系统工程， Elevator World 公司，莫比尔，阿拉巴马州

2. Bernhard, Adrienne (2018)“电梯走向绿色”，史密森尼杂志

3. Iotti, Giuseppe (2022)“电梯对环境的影响：环保署” Elevator World Europe, 2022年XNUMX月-XNUMX月 

4. Liang, Chao 等 (2021) “美国聚氨酯的物质流”，《环境科学与技术》2021 年第 55 卷，14215-14224 页

5. Mathews, TAK (2022)“MRL，MR 的实用替代方案？”，电梯技术 22，ELEVCON 会议记录，柏林 2018 年

6. Nayar, Jaya (2021)“不太‘绿色’的技术：稀土开采的复杂遗产”，《哈佛国际评论》

7.帕特劳，卡洛斯等。等人。 (2009) 节能电梯和自动扶梯，ECEEE 2009 夏季研究

8.兰纳德，乔治娜等。等人。 (2023)“专家们‘令人兴奋’的南极海冰低警报”，BBC 新闻

9. Rizos、Vaseileios 等人。 (2022)“在欧盟开发再生稀土永磁体供应链 - 挑战和机遇”，CEPS 深入分析

10. Shikre, Sandeep (2023)“气候弹性建筑环境”，在关键公用事业服务论坛 (FOCUS) 举办的气候弹性建筑环境会议上的演讲

11. Sniderman, Debbie (2012)“节能电梯技术”，美国机械工程师学会

12. Standaert, Michael (2019)“中国与稀土矿开采的有毒后果进行斗争”，耶鲁环境 360，耶鲁大学环境学院

13. contec.tech/linear-economy-vs-circular-economy-differences-how-to-make-the-change/#:~:text=The%20fundamental%20difference%20between%20these,removing%20waste%20from%20the%20equation

14.horizo​​ntechnology.biz/blog/induction-vs-permanent-magnet-motor-efficiency-auto-electricrification

15.techsciresearch.com/blog/rise-of-elevators-in-the-world-of-sustainability/154.html

16. theguardian.com/commentisfree/2022/aug/18/the-guardian-view-on-rare-earths-mining-them-cant-cost-the-earth

17. worldgbc.s3.eu-west-2.amazonaws.com/wp-content/uploads/2022/09/22123951/WorldGBC_Bringing_Embodied_Carbon_Upfront.pdf

18. worldgbc.org/what-is-a-sustainable-built-environment/