欧洲研究和能效指南 VDI 4707

VDI 制定了一项自愿性指南，定义了能源测量程序和能源效率标签，以易于理解的方式显示相关能源数据。

该论文发表于 2010 年卢塞恩国际垂直运输技术大会，并首次发表在 IAEE 书籍《电梯技术》18 中，由 A. Lustig 编辑。 经国际电梯工程师协会许可转载 （网站：www.elevcon.com）。本文为原版重印，未经 ELEVATOR WORLD 编辑。
关键词：能源、效率、待机、VDI 4707

抽象

谈到电梯，可持续性和能源效率的趋势并没有停止。 瑞士联邦能源办公室 2005 年的研究在电梯能耗研究中起到了先锋作用。 在欧盟委员会的智能能源欧洲计划中，节能电梯和自动扶梯项目跟进了这项研究。

考虑到所有可用的工作，德国工程师协会 VDI 制定了一项自愿性指南，该指南定义了能源测量程序和能源效率标签，以易于理解的方式显示相关能源数据。

1.Introduction

全球变暖及其对环境的影响是我们今天面临的主要话题之一。 人们希望了解原因、了解情况、确定主要污染源并最终采取行动加以改善。

2005 年，电梯成为瑞士联邦能源研究所关注的焦点。 经过一些讨论，决定必须启动一项研究项目，以测量瑞士的电梯并估算所有已安装电梯的能耗。

继在瑞士开展工作之后，欧盟委员会智能能源欧洲计划支持的节能电梯和自动扶梯项目在 2010 年确定了欧洲电梯和自动扶梯的能源需求及其节能潜力。

德国工程师协会 VDI 于 2009 年发布了评估电梯能效的指南。 该指南为电梯定义了一个能源标签，类似于其他设备中已知的。 因此，它确定了待机需求等关键数据，并估算了电梯的名义年度能源需求数据。

2.主体

有人可能会问的第一个问题是：我的电梯每年消耗多少能源？ 回答这个问题的唯一方法是，在电梯上安装一个能量计数器并测量一年后消耗的能量。 那么答案可能是：去年您的电梯使用了 830 kWh。 能源价格为每千瓦时 0.15 欧元； 这导致 124.50 欧元。 明年可能会一样。

这种方法显然不适合快速获得答案，只能用于已安装且交通模式已知的电梯。 也许在未来，电梯可以配备单独的电能表，但这需要数年时间才能实现。

因此，必须发明方法来评估电梯的能源需求。 这些方法需要实用。 实用的方法是，应该可以在一到两个小时的干预中对单个客户电梯进行能量测量。 显然，将几吨负载带到客户现场以使用负载的电梯轿厢进行测量并不是很实际。 幸运的是，由于大多数电梯的配重平衡，空车旅行会导致驱动系统出现极端情况，这种情况可用于分析能源性能。 然而，特殊的平衡电梯可能需要一个装载的轿厢来测量驱动系统的这种极端情况。

了解电梯在单次行程中的性能并假设预期的交通量，就可以进行年度能源估算。

显然，这些估计不能像长期测量电梯的能耗那样精确。 然而，在大多数情况下，能源估算是给出能源报表的唯一可能方式。

瑞士联邦能源办公室的研究、研究项目节能电梯和自动扶梯、VDI 指南以及在 ISO/TC178 电梯、自动扶梯和自动人行道（WG10 能源效率）中所做的工作都得出了相同的结论需要定义两个关键数字：

• 参考行程的能量
• 静止时使用的功率（待机）

在已安装的电梯上，这两个关键数字可以通过测量来验证。

对于参考行程，将在空车从最低楼层行驶到最高楼层并返回时测量能量。

待机功率是在电梯静止时测量的。 然而，很多人都在讨论何时以及如何衡量。 仔细观察会发现待机功率值不是恒定的：电梯关闭车灯、风扇、从门上移开力、给应急电池充电、停止以对驱动器变频器的直流链路充电，……。

与其考虑每一个单一的影响而错过一些未知的影响，更实用的是在完成一次旅行几分钟后测量待机功率值。

3.结果

到目前为止，两项公共研究已经测量了大约 100 部电梯。 以下数据来自一座 630kg、1m/s 的现代化牵引电梯，服务于 5m 的校舍内 12.6 层楼。

功率曲线显示了从最低层到最高层再返回的参考行程。

由于轿厢是空的，下行程要提升配重，使用功率高达6kW。 功率分析仪是测量具有高动态功率变化和非正弦电流的此类功率曲线的首选仪器。 如果没有使用足够的设备，则测量工作没有任何价值，因为测量背后的基本思想如下：当不同的人使用不同的仪器测量同一部电梯时，最终都必须得到几乎相同的值。

能量是随时间变化的功率，因此可以对记录的功率曲线进行积分以获得能量曲线：

用于这 67 秒往返的能量为 22Wh。 假设每千瓦时电的价格为 0.15 欧元； 欧洲住宅建筑中的此类参考旅行费用为 0.0033 欧元。 这说明走楼梯代替电梯，并没有节省很多能源。

EN81 电梯还有一个用于轿厢照明和附属电路的主开关。 在参考行程中，此时测得的功率值始终为 96W，因为该值主要来自汽车灯。 考虑到 67 秒的跳闸时间，在参考跳闸期间，该电路中使用了 1.8Wh 的额外能量。

上次跳闸120分钟后测得电源电路总开关5W备用功率。 如果电梯配备传统照明，电梯在行程后5分钟仍会开启轿厢灯，并额外增加96W的待机功率。 不幸的是，欧洲的研究表明，许多电梯的轿厢灯一天 24 小时都打开。

立即关闭轿厢灯会节省能源，但会显着缩短灯（白炽灯或荧光灯）的使用寿命，因此会对电梯的整体环境生命周期评估产生负面影响。

关闭车灯的常见值在 15 到 30 分钟的范围内。 该参数可以在控制器软件中轻松修改，但需要详细的产品知识，甚至可能需要特殊工具。 执行能量测量的人不知道如何使用这种详细的产品，并且必须等待一个未知的时间，直到车灯最终熄灭。 经常尤其是住宅楼内的单台电梯不能长时间停用。 因此，在最后一次行程后测量待机 5 分钟的定义是可行的。 车灯行为和一般待机值的这种不确定性导致更高的待机数字。 由于能量计算使用这些数字，它们将产生悲观的结果。

幸运的是，新技术带来了新的解决方案，可以让我们根据需要随时关闭车灯。这些技术包括：LED灯和具有高强度开关耐久性的紧凑型荧光灯。

4。 讨论

下一步是：从测量的单次行程中获取数据，并使用它们来估算电梯的年度能量。 电梯每年使用的能源又可以分为两部分：

• 用于移动汽车的能量
• 用于静止不动的能量（Standby-Energy）

为了估计用于移动汽车的能量，必须进行参考行程的能量测量。

在最简单的情况下，可以测量 50% 平衡牵引电梯空轿厢的参考行程。 由于通常不存在具有不同负载和行驶距离的其他测量值，因此必须进行假设和插值。 下图说明了获得简单数学模型的假设：

• 参考行程的能量仅用于提升配重（第 1 点）。
• 降低配重不需要能量（第 2 点）。

对于再生驱动系统，可以考虑负值。

• 平衡车不消耗能量移动（第 3 点）
• 一辆满载的汽车在参考行程中使用与空车相同的能量（第 4 点和第 5 点）。
• 其他负载条件和行驶距离可以线性插值。

为了比较简化模型的准确度，可以在不同负载条件和行驶距离下进行更多测量。 理论上每个负载条件和每个行驶距离都可以测量并放入一个矩阵中。

从一层到另一层移动的能量甚至可能取决于特定的楼层。 对于单个负载条件，可以创建一个矩阵：

即使做了所有这些努力，估计年能源的最大不确定性仍然存在。 这是乘客使用电梯的方式。 因此，所提出的简化模型是工作量和准确性之间的良好折衷。

平均行程使用汽车中的平均负载并行驶平均距离。 对于欧洲住宅 50% 平衡牵引电梯，可以假设一个简单的交通模式：

因此，平均往返行程（上行程和下行程 = 两次行程）使用：

100% * 50% + 50% * 30% + 50% * 10% = 参考行程的 70% 能量。

对于欧洲住宅建筑中的单部电梯，平均行驶距离可视为上升的一半。

由于参考行程包含两次行程且平均行程距离是上升的一半，因此平均行程使用的能量是平均往返行程能量的 1/4。

一台 50% 平衡牵引电梯的年能源需求可按以下公式估算：

E_旅行 = 1/4 n * E_回程 * 0.7。 . . . . . . . . . . . . . .(1)

• E_{旅行 =} 每年的旅行能量
• E_回程 = 用于参考行程的能量
• n = 每年的出行次数

待机能量需求可以计算如下：

E_待机 = P._待机 * 吨_待机 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 .(2)

t_待机 = 365天 * (24小时 - t_旅行)。 . . . . . . . . .(3)

• E_待机 = 备用机的年能量
• P_待机 = 待机功率
• t_旅行 = 一年中电梯运行的时间
• t_待机 = 一年中电梯静止的时间

5。 结论

瑞士、欧盟和 VDI 4707 的研究使用类似的数学模型来估计电梯的能源需求。

2005年瑞士的估算数据显示，该国约150,000万部电梯系统每年耗电约300吉瓦时，相当于全国电力需求的0.5%。令人惊讶的是，超过50%的能源仅用于待机。通常，新型电梯的待机功率比旧式电梯更高。为了满足当今的安全、无障碍和舒适性要求，新型电梯配备了大量耗电的电子设备。

欧洲节能电梯和自动扶梯项目估计电梯的总耗电量为 18,4TWh。 6,7TWh 属于住宅领域，10,9TWh 属于第三行业，工业领域仅为 810GWh。 该项目还估计了考虑最佳可用技术 (BAT) 的节约潜力：

BAT 1st Scenario 展示了当所有现有电梯都使用当今可用的技术时可能会发生什么。 BAT 2nd Scenario 展示了更多有远见的观点，它考虑了如果电梯只有 1W 的待机功率会发生什么。

6.VDI 4707

德国工程师协会 VDI 考虑了可用的研究工作，并发布了 VDI 4707 指南，该指南定义了电梯的能源标签。

待机和旅行有不同的分类。

待机等级直接分配给待机功率值。

参考跳闸的能量取决于轴长度和额定负载。 为了消除这些变化，因此在将参考行程的能量分配到特定行程需求等级之前，将其除以行程距离和额定负载。 使用负载系数考虑负载和流量的影响（见表 1）

有两个类可能很难处理。 因此，VDI 4707 定义了电梯的能效等级，将这两个等级结合在一起。 对于运行不频繁的住宅电梯，低待机值比非常高效的驱动系统更重要。 但是，在人流量大的建筑物中，情况正好相反。 因此，VDI 4707 定义了 5 个使用类别（很少使用到非常频繁使用）。

所有结果和估计值都汇总在 VDI 4707 能效标签上。

电梯效率

经常会出现一个问题，电梯的能效系数η是多少？ 效率因子 η 必须小于单位，其中 100% 表示理想情况。

为了提升质量，η_抬 可以确定为：

η_抬 = (米*克_n * 他_抬 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 .(4)

为了降低质量，可以再生能量，再生可以确定为：

η_雨 = E._雨 / (米*克_n * H） 。 . . . . . . . . . . . . . (5)

参考行程的能量可以计算如下：

E_回程= E._抬 - E._雨 = (米*克_n * H） *

(1/η_抬 - η_雨)。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(6)

由于在参考行程中没有能量转换，因此

效率η_电梯 将永远为零。 因此，使用效率η代替效率是有意义的_电梯 两个效率因子 η_抬 和 η_雨.

E_抬 = 提升质量的能量

E_{回程 =} 参考行程的能量

E_雨 = 再生能源

g_n = 重力加速度 (9.81 m/s2)

h = 电梯上升

m = 要移动的质量差（配重减去空车）

η_抬 = 提升质量的效率系数

η_雨 = 再生能量的效率系数

案例
Nipkow, J. (2005)。 出版物 250057. 电力需求和节约
电梯的潜力。 瑞士联邦能源办公室。 44页
(2009)。 VDI 指南 4707。电梯能源效率，Verein Deutscher
工程师。 28页
阿尔梅达，A.（2010 年）。 节能电梯和自动扶梯，
估计节省。 欧洲智能能源，15pp