电梯节能改造与商务楼宇运营的节能减排
——商务楼宇物业管理项目的热点探索
詹晓璐
作者简介：詹晓璐（1983—），女，硕士，注册物业管理师，主要研究方向为物业管理绩效评估。
上海市金地物业服务有限公司，上海 201802
    摘要：电梯是现代商务楼宇不可或缺的设备。其运行产生的能耗相当大，约占楼宇整体能耗的近六分之一，对于提高商务楼宇运营效益而言，电梯的节能降耗有重要意义。国外在电梯节能技术方面的研究起步较早，目前已经取得了许多先进的成果，并在实际应用中得到了推广。近年来，响应国家号召，推动绿色低碳发展，行政主管部门和楼宇业主对于商务楼宇的物业管理业绩考核越来越重视节能降耗的因素，迫使物业管理项目经理熟悉电梯节能改造技术，以期着眼于商务楼宇全寿命管理周期，为物业管理委托方出谋划策，最大限度提升物业运行的经济价值和社会价值，实现物业与时俱进地保值升值，从而也有效体现现代物业管理的价值。有人认为：原国家职业资格的注册物业管理师属于经济系列，单位聘用的也是中级经济师，关注机电设备的节能减排属于偏离原来的职业领域属性。这种观点是不对的。物业管理服务作为现代服务业的重要组成部分，项目经理在通盘考虑整个项目的运营绩效时无法回避设备设施节能减排问题。当既有设备设施不能满足项目绩效考核要求时，应果断建议物业管理委托方考虑更新技能改造，并提出合理化建议。本文基于物业管理项目经理的认知，结合提高商务楼宇运营效益，从驱动系统、控制系统、辅助系统、能量再生技术四个方面，并结合案例模型，浅议关于电梯节能改造的设想及方向。
    关键词：电梯；商务楼宇；物业管理；节能减排
    引言
    随着全球经济的快速发展，能源短缺和环境污染问题日益严峻。建筑行业作为能源消耗的大户，其能耗问题备受关注。相关研究表明，建筑能耗已占全社会总能耗的近 30%[1]，且这一比例仍在持续上升。电梯作为高层建筑中不可或缺的垂直运输工具，其能耗不容小觑。据统计，电梯能耗在建筑总能耗中所占比例约为 15%。随着城市化不断提速而带来的越来越多高层建筑的出现，电梯的保有量也在不断攀升。中国电梯协会的数据显示，截至 2024 年年底，我国电梯保有量已超过 900 万台[2]，且仍以每年约 10% 的速度增长。如此庞大的电梯数量，其能耗总量十分可观。作为一名物业服务的从业人员，笔者对于电梯能耗的问题也是深有感触。节能减排，提高商务楼宇运营的经济效益和社会效益是物业管理项目的重要任务。本文从驱动系统、控制系统、辅助系统、能量再生技术四个方面，结合案例模型，分析电梯节能改造的有关方案。
    目前，大部分电梯还存在能源浪费问题。一方面，许多老旧电梯由于设备老化和技术落后能耗较高。有研究表明，老旧电梯的能耗约为新电梯的 2 倍[3]。例如，一些电梯在待机状态下，控制系统、显示系统、照明系统等仍在消耗电能；在运行过程中，由于控制方式不合理，电梯频繁加减速，也会增加能耗。因此，在能源紧张和建筑能耗高的现状下，电梯节能改造已成为节能减排工作的重要组成部分，对于缓解能源危机、减少环境污染具有重要意义。
    本文就电梯节能改造方向给出如下几点建议。
    一、电梯驱动系统改造
    电梯驱动系统作为电梯的核心部分，其性能直接影响电梯的能耗和运行效率。传统电梯大多采用交流异步电机作为驱动装置，这种电机虽然结构简单、成本较低，但存在效率低、能耗大的缺点。随着科技的不断进步，永磁同步电机作为一种新型高效的驱动电机，逐渐在电梯领域得到广泛应用。
    永磁同步电机采用永磁体作为转子励磁，与传统交流异步电机相比，具有诸多优势。其效率更高，由于无须外部励磁电流，减少了励磁损耗，在相同工况下，永磁同步电机的效率比交流异步电机高出 10% ～ 15% [4]。永磁同步电机的功率因数更高，接近1，这意味着电机从电网中吸收的无功功率较少，减少了电网的无功损耗，提高了电网的供电效率。永磁同步电机还具有体积小、重量轻、响应速度快、运行平稳等优点，能够有效提升电梯的运行性能和乘坐舒适度。在实际改造过程中，将传统异步电机更换为永磁同步电机需要考虑多方面因素。要根据电梯原来的技术参数指标来选择适配的永磁同步电机，确保电机的性能能够满足电梯的运行需求。要对电梯的控制系统进行相应的调整和优化，以实现与永磁同步电机的良好匹配。由于永磁同步电机的控制方式与交流异步电机不同，需要采用专门的控制器和控制算法，实现对电机的精确控制。
    二、控制系统升级
    电梯控制系统是电梯运行的大脑，其性能好坏会直接影响电梯的全方位使用功能。伴随着市场对控制系统的要求越来越高，采用先进的控制算法和智能调度系统已成为电梯节能改造的重要方向。
    先进的控制算法能够根据电梯的实际运行工况，精确控制电梯的运行参数，实现电梯的节能运行。模糊控制算法通过对电梯的负载、速度、位置等参数进行模糊化处理，建立模糊规则库，根据实时监测的数据自动调整电梯的运行状态，使电梯在不同工况下都能保持最佳的运行效率。在某商业写字楼的电梯节能改造中，采用模糊控制算法后，电梯能够根据楼层的人流量自动调整运行速度和停靠策略，减少了电梯的空驶和重复运行，能耗降低了 15%[5]。神经网络控制算法则通过模拟人类大脑的神经元结构和工作方式，对电梯的运行数据进行学习和分析，实现对电梯运行的智能控制。这种算法具有自学习、自适应和自组织的能力，能够根据电梯的运行环境和乘客需求的变化，自动调整控制策略，提高电梯的运行效率和服务质量。
    智能调度系统是提升电梯运行效率和节能效果的关键。它能够实时采集和分析多部电梯的运行数据，包括电梯的位置、运行状态、乘客呼叫信息、楼层人流量等。根据这些数据，智能调度系统能够准确判断当前的交通模式，如高峰时段、低峰时段、平峰时段等，并制定相应的派梯策略。在高峰时段，系统会优先调度电梯前往人流量较大的楼层，减少乘客的等待时间；在低峰时段，系统会合理安排电梯的运行，避免电梯的空驶和频繁启停，降低能耗。
    三、辅助系统节能优化
    电梯的辅助系统，如照明、通风等，虽然在电梯总能耗中所占比例较小，但长期积累下来，其能耗总量也不容忽视。因此，对电梯辅助系统进行节能优化，也是电梯节能改造的重要内容之一。
    在照明系统方面，传统电梯大多采用普通的荧光灯或白炽灯作为照明光源，这些光源能耗较高，寿命较短。而 LED 照明作为一种新型的节能照明技术，具有能耗低、寿命长、发光效率高、显色性好等优点，逐渐成为电梯照明的首选。LED 灯的能耗仅为传统荧光灯的 30% ～ 50% ，寿命却可达到传统荧光灯的 5～ 10 倍 。在某写字楼的电梯节能改造中，电梯轿厢和候梯厅的照明灯具全部被更换为 LED 灯。改造后，照明能耗降低了 40%，且由于 LED 灯的寿命长，减少了灯具更换的频率和成本。为了进一步降低照明能耗，还可以采用智能照明控制系统，通过人体红外感应、光线感应等技术，实现照明灯具的自动开关和亮度调节。当电梯轿厢或候梯厅无人时，照明灯具自动关闭；当有人进入时，灯具自动开启，并根据环境光线的强弱自动调节亮度，从而达到节能的目的。
    在通风系统方面，传统电梯的通风方式大多采用定速风机，无论电梯内的实际需求如何，风机都以恒定的速度运行，这不仅浪费能源，还会产生较大的噪声。为了实现通风系统的节能优化，可以采用智能通风控制技术。通过安装温度传感器、湿度传感器和二氧化碳传感器等设备，实时监测电梯内的环境参数，当电梯内温度、湿度或二氧化碳浓度超过设定阈值时，智能通风控制系统自动启动风机，并根据实际需求调节风机的转速，以提供合适的通风量。这样既保证了电梯内的空气质量，又避免了风机的不必要运行，降低了能耗。
    四、电梯能量再生技术
    正如前面所讲，目前在电梯行业内，较为节能的永磁同步曳引机已成为曳引机的主流机型，同时，电梯控制系统、轿厢照明及通风改造正成为电梯节能的新方向。而除了上述专业领域外，电梯能量再生技术也在进入公众的视线。
    电梯能量再生技术，指的是通过外接装置将升降电梯电容中储存的直流电能转换成交流电能回送电网。电梯能量再生装置的主电路由IGBT、智能模块IPM、隔离二极管D1、D2、滤波电感、电容等元件组成[6]。IPM模块是主电路中的核心元件，它将直流电能逆变为与交流电网同步的三相电流回送电网。其完善的保护功能，保证了电梯能量再生装置的安全可靠运行。二极管D1、D2可防止电梯能量再生装置反送电能给变频器，确保电梯控制系统安全运行。电感L1~L3、电容C1~C3构成高次谐波滤波器，阻止IPM模块高频开关产生的高次谐波电流进入电网，提高电梯能量再生装置的电磁兼容(EMC)性能。
    控制电路由单片微机、可编程逻辑芯片、外围信号采样器构成。配以冗余度高的软件设计，使控制电路能自动识别三相交流电网的相序、相位、电压、电流瞬时值，有序地控制1PM处于PWM状态，保证直流电能及时地再生利用。
    为了便于人工观察电梯能温再生装置的工作状态，控制电路配有错相、过流、能温回馈再生等状态指示灯。外来强干扰造成误故障动作可以通过单片微机自动识别自动清除，也可以通过人工按清除故障键清除，增强了系统工作的可靠性。
    以商务楼宇项目中一台快速电梯为例，电梯速度在1.75 m/s，功率为13.8 kW，电梯机房没有空调。假设一台空调，功率为0.95 kW，按年使用150 d，每天10 h计算，累计耗电量约为1 425 kW·h。通常电梯在轻载上行、重载下行和平层停梯状态下，多余的能量（含动能和势能） 通过电动机和变频器转换成再生电能，并由发热电阻消耗掉，会导致机房内的温度上升，需要配备空调进行降温。否则会造成电梯零部件损坏，容易导致按钮失灵甚至把人困住。安装节能再生装置后，不仅可以降低机房温度，还可以将这部分电能反馈到电网上再次利用。
    电梯能量再生装置与制动电阻并联后，电梯在发电状态下，这部分本来被制动电阻耗掉的电能，经过能量再生装置转换成三相交流，又反馈到电梯主电路上去，达到循环节能的效果。如果这台电梯用不完反馈过来的电能，那么电能会向上一层（电梯周边） 设备流动，比如空调、水泵、照明或其他设备，这台电梯的总耗电能表数字就会反转，所以节电率＝节电表＋ （总耗电能表＋节能表） ×100%。
    如图1所示，蓝色线代表回馈电路，红色线代表耗能电路。当电梯能量再生装置工作后，制动电阻处于停止工作状态，因为制动电阻在700 V启动, 能量再生设备在620 V启动（可以调），也就是说能量再生设备取代了制动电阻。当电梯能量再生设备有故障时，能量再生设备自身有保护功能，会出现故障代码，自动停止工作，这时电梯发的电能又经过原来的制动电阻发热耗掉，不影响电梯正常使用。电梯安装能量再生装置后经济效益分析，如表1所示。

    由此可见，通过安装能量再生装置，能做到节能省电，响应国家节能减排政策；降低机房温度，不让电梯频繁死机；减少空调工作时间或不用装空调，节约空调电费；延长电梯及配件寿命，节省电梯和空调维保费用。

    五、结语
    电梯节能改造在当前能源紧张和环保要求日益严格的背景下具有至关重要的意义。随着全球电梯保有量的持续增长，电梯能耗已成为建筑能耗的重要组成部分。我国电梯保有量庞大且增长迅速，电梯能耗问题更为突出。通过节能改造降低电梯能耗，不仅有助于缓解能源危机，减少碳排放，还能为用户节省电费支出，降低设备维护成本，具有显著的经济和环境效益。
    电梯节能改造对于节能减排具有重要意义，虽然目前面临一些挑战，但随着技术的发展和市场的成熟，未来前景十分广阔。通过不断创新和努力，电梯节能改造将在实现可持续发展目标中发挥越来越重要的作用。
参考文献
[1] 刘瑞芳,缪步升,彭金声. 电梯节能与环保论坛共商行业大计:电梯节能更上层楼[J]. 建设科技,2009(2):78-81.
[2] 李少纲,葛超明. 浅谈电梯节能技术的推广[J]. 能源与节能,2011(6):41-42.
[3] 黄娟丽,万杰,李少纲. 电梯节能技术综述[J]. 能源与环境,2010(1):30-31,42.
[4] 王新华,邱东勇. 国内外电梯节能技术研究[J]. 节能技术,2013,31(2):116-119.
[5] 钭炉军. 浅谈如何推动电梯节能技术发展[J/OL]. 中国科技期刊数据库科研,2016(7)[2016-01-01].https:
//www. cqvip. com/doc/journal/2437602885.
[6] 薛季爱. 电梯节能技术[M]. 长沙:湖南大学出版社,2018.