平衡战略的影响

根据 ISO 25745 进行电梯能效优化

曼托瓦尼工程师

电梯能效在招标规范中日益成为决定性参数，其中能源等级是合同约束。本文通过分析从传统的50%平衡到替代配置（特别是30%平衡）的过渡，阐述了对重平衡优化如何改善系统的能源等级。

电梯使用行为介绍与分析

传统平衡悖论

电梯系统通常以50%的平衡度达到平衡，这意味着对重等于轿厢重量加上额定载重的50%。在这种配置下，当轿厢承载最大载重的一半时，系统达到完美平衡，电梯运行无需任何动力（忽略摩擦力）。然而，当轿厢空载或满载时，运输过程中的能源需求达到最大值。

这种平衡方法可以最大限度地减少满载时的牵引机尺寸，但并不一定代表最节能的选择。

日常使用行为分析

对日常行为进行简单分析可以发现一些重要方面：

• 空车占主导地位：大多数情况下，电梯空车运行。
• 避免过度拥挤：当车辆显得过度拥挤时，用户往往会等待下一趟车。
• 利用率过低：即使在“拥挤感知”条件下，实际负载仍然明显低于最大允许容量。

这些原始统计数据清楚地表明，电梯主要在空车状态下运行，很少达到最大负载。因此，如果系统恰好在最频繁的运行状态（空车）下消耗最大能量，则整体能源效率并非最佳。

监管基础 

ISO 25745 标准原则

ISO 25745 标准通过对电梯运行和待机阶段的实际能量测量来定义电梯能量分类，然后使用统计系数加权来估算每日和每年的能耗。

在本文中，我们将重点关注运行能量方面，其中标准要求在空车往返行驶期间在控制面板输入端子处进行能量测量。

计算方法

根据空车测量数据，随后应用修正系数来估算每日平均消耗量，其依据为：

• 系统流量概况
• 服务楼层数
• 额定负荷
• 平衡百分比
• 每日能源消耗估算
• 每米行程和每公斤负载的比能量

能源含义：由于参考测量是在空车上进行的，因此这种条件下消耗的减少直接转化为最终能源分类的改善。

为了更好地理解平衡的影响，让我们对完整行程所需的能量进行理论分析，忽略典型电梯中的摩擦和牵引机损失。

理论平衡分析：

案例1

50% 平衡 → 配重 (CWT) = 1450 公斤

空载能耗 = (CWT - P) × g × 行驶里程 = (1450-950) × 9.81 × 75 = 368 kJ = 102 Wh

空载能耗 = 0 Wh（传统系统，能量耗散在制动电阻上）

案例2

30% 平衡 → CWT = 1250 公斤

空载能耗 = (CWT - P) × g × 行驶里程 = (1250-950) × 9.81 × 75 = 221 kJ = 61 Wh

空载能耗 = 0 Wh（传统系统，能量耗散在制动电阻上）

案例3

0% 平衡 → CWT = 950 公斤

空载能耗 = (CWT - P) × g × 行驶里程 = (950-950) × 9.81 × 75 = 0 瓦时

空载能耗 = 0 Wh（传统系统，能量耗散在制动电阻上）

结果：即使从这种简化的理论分析中，减少平衡的能源优势也是显而易见的。

牵引机的影响

所需扭矩计算

然而，平衡减速不可避免地会导致牵引机必须提供的扭矩增加：

案例1

50% 平衡

机器扭矩 = (Q + P - CWT) × g × DP/2000 = (1000+950- 1450) × 9.81 × 400/2000 = 981 Nm

案例2

30% 平衡

机器扭矩=（1000+950-1250）×9.81×400/2000=1373Nm 案例3

0% 平衡

机器扭矩=（1000+950-950）×9.81×400/2000=1962Nm

经济和尺寸影响

由于牵引机和制动系统的尺寸和成本与所需扭矩密切相关，因此该参数在系统设计中具有重要的经济相关性。

监管限制：悬架介质牵引力

牵引力临界性

根据 EN 81-20，平衡减少会显著影响悬架平均牵引力验证条件，特别是当以下条件变得更加关键时：

• 额定负载125%牵引试验
• 满载下行时紧急停止

随着平衡百分比的降低，这些验证变得越来越难以满足。因此，有必要在最大能源效率、机器成本/尺寸优化和满足悬架平均牵引力要求之间找到最佳的折衷方案。

实验分析：所有参数的实际计算

这是根据 ISO 25745 进行的完整计算，考虑了摩擦、损失、辅助消耗（门、控制面板）。

50% 平衡配置

能量结果：

• 预计每日能耗 Ed [Wh]: 26.074 Wh → 能源等级 B
• 比运行能量ESPC [MW/(KG·M)]: 1.02 mWh/(Kgm) -> 2级
• 预计年能耗：9.517 千瓦时

为该配置选择的无齿轮机器的效率为 78%，但即使使用理想机器（100% 效率 - 实际上无法实现）Ed，也将有 21.614 Wh 不足以达到 A 级（<18.580Wh）。

30% 平衡配置

能量结果：

• 预计每日能耗 Ed [Wh]: 18.352 Wh → 能源等级 A
• 特定运行能量ESPC [MW/(KG·M)]: 0,71 mWh/(Kgm) -> 1级
• 预计年能耗：6.698 kWh

最终经济和技术分析

• 年度节能：9.517 - 6.698 = 2.819 千瓦时
• 每年经济节省：2.819 kWh × €0.287/kWh = €810（基于欧洲平均电费）
• 牵引机的选择：推荐的替代配置需要安装更大的无齿轮曳引机，但显著的节能效果使其能够在运行的第一年就完全摊销较高的曳引机成本。平衡修订方案的经济和环境可持续性得到了清晰的体现。
• 代码合规性：即使有 30% 的平衡，也完全满足 EN 81-20 牵引规定。

技术结论和建议

从能源角度来看，采用低于传统50%的平衡率是改善能源等级并降低运营成本的简单而有效的解决方案。这种经过技术验证的方法正成为电梯行业设计师和安装人员的首选策略，帮助他们扩展系统能源等级，在能源受限的投标中获得竞争力，同时显著节约能源，并最大限度地减少电梯行业对环境的影响。