CN108545565A - 一种曳引式电梯最大能量转换效率计算方法及计算机终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，包括：电梯轿厢在空载状态和满载状态下，以额定速度完成一个考核周期运行，其中考核周期包括空载上行、空载下行、满载上行、满载下行；获取电梯轿厢在通过平衡点时单位时间内负载势能增量总和∑P_out，以及单位时间内负载势能减少量和电能消耗总和∑P_in，其中负载为曳引式电梯的电梯轿厢和对重的质量偏差；曳引式电梯最大能量转换效率η_L为：其中0<η_L<1。本发明提供的测量方法考虑到曳引式电梯的再生电能、负载变化、运动速度变化、过渡运行状态等因素，使电梯能效测量更加准确，从而为电梯降低能耗提供参考。

Description

一种曳引式电梯最大能量转换效率计算方法及计算机终端

技术领域

本发明涉及电梯能效测量领域，更具体地说，涉及一种曳引式电梯最大能量转换效率计算方法及计算机终端。

背景技术

国家标准GB/T 24489-2009《用能产品能效指标编制通则》是这样定义能源效率指标的：“能源效率(能耗)指标是指以用能产品的能源利用效率或能源消耗等表示的能源利用性能参数，简称能效指标”。

在衡量和评价一个国家或地区的能源效率水平，或者分析节能潜力时，人们通常会采用单位产值能耗、单位GDP能耗、单位产品能耗、单位服务量能耗、能源利用效率、通用产品的能源效率等等指标。这些能源效率指标可以划分为能源经济效率指标和能源技术效率指标两类。

第二类是能源技术效率指标，狭义的“能源技术效率”指“能源系统效率”，能源系统效率是指在使用能源(开采、加工、转换、储运和终端利用)的活动中所得到的有效能与实际输入的能源量之比，一般用百分率表示。

1、国内外电梯能效评价方法简介

1999年，香港机电工程署发布了《升降机及自动扶梯能源效益守则》，规定不同规格电梯的最大运行功率、电流总谐波失真度和功率因数等指标作为电梯的最低能耗要求。《升降机及自动扶梯能源效益守则》是《建筑能源效益守则》的组成之一，属于推荐性政府能效法规，自发布后每年均进行了修改。目前，香港机电工程署正在积极推动使其成为为强制性的能源效益守则工作。

瑞士标准化协会(SNV)于1995年12月发布了建筑能耗专项标准SIA380/4《建筑电能》，在该标准2006年最新版本中，考虑了建筑内电梯的能量消耗，并给出了电梯全寿命期的能耗评价估算的计算方法。此外，由瑞士能源效率代理公司和紧急事故安全委员会组成的工作组对电梯能耗开始了深入的研究，研究小组于2005年11月发布了《电梯的能耗及节能可能性》的研究报告，研究结果表明：现代电梯运行能耗呈减小趋势，待机能耗占电梯总能耗的65％，待机能耗是现代电梯最主要的耗能方式。其研究成果得到了广泛的重视，为全世界电梯行业开启了新思路。

日本2007年发布的《建筑物能源使用的合理化—业主及特定建筑物的所有者规定》的标准中提出了电梯能效的评价方法，采用电梯一年用电量的估算值，与同时间段内电梯的理论设计能耗值的比值，评判建筑内电梯的能源效率。

ISO/TC178“电梯、自动扶梯与旅客运送机”技术委员会WG10工作组，自1999年开始，致力于研究和制定电梯能耗的技术和标准，计划起草ISO25974《电梯和自动扶梯能效》的标准，该标准分为两部分组成：ISO25974-1《电梯能耗测量和能耗一致性》，ISO25974-2《电梯和自动扶梯能量效率》。其中第一部分标准草案已经发布。该标准规定电梯能耗测量程序，在附录部分给出了电梯能耗预测和估算方法，这一估算方法也被引入中国标准GB/T10058-2009《电梯技术条件》。

2008年，德国工程师协会VDI 4047《电梯能效》标准正式发布，是电梯能效评价方法的最新进展。该标准按照使用频率和强度，日平均运行时间和待机时间，建筑的类型等特征值，将电梯分为五种类型，考核电梯承载单位质量载荷运行单位距离的用电量---特定需求值[mWh/(kg·m)]，将每种类型的电梯能效分为A—G七个级别，配合建筑“能效护照”要求，以“能量消耗标识”的方式将电梯能效公布于众。

2009年，浙江省发布了DB33/T 771—2009《电梯能源效率评价技术规范》，以电梯按照规定的运行模式完成每吨千米运输量的平均耗电量[kWh/(t·km)]作为电梯能效评价指标，并将电梯能源利用效率，从高到低分成1、2、3、4、5五个等级。

2、国内外现有电梯能效指标分析

电梯的能效评价指标，国际上现行的几种评价方法大多采用特定条件下电梯的能源消耗来表示电梯能效指标，如香港《升降机及自动扶梯能源效益守则》规定：电梯在额定载重量和额定速度条件下上行的“最高许可电功率”。ISO25974-1《电梯能耗测量和能耗一致性》和GB/T10058-2009《电梯技术条件》标准规定了电梯能耗测量程序，给出了电梯能耗预测和估算方法。德国VDI4707-1《电梯能效》标准规定：考核特定运行周期和载荷条件下的“特定需求值[mWh/(kg·m)]”对电梯能效进行分级。浙江省标准DB33/T771-2009《电梯能源效率评价技术规范》标准规定：电梯按照规定的运行模式完成每吨千米运输量的平均用电量作为电梯能源效率评价指标[kWh/(t·km)]，并将电梯能效分为5级等。

香港电梯能效评价方法规定了能耗限定值，以电梯额定速度运行的“最高许可电功率”作为节能电梯的评价指标，是最简单的电梯能效评价方法。由于制定的时间较早，没有考虑节能评价值，无法对电梯能效进行“能效分级”。值得注意的是：香港电梯能效评价方法还规定了电梯电源的功率因数和电梯用电电流谐波总失真“THDi”的限定值，强调了电梯电源的电能质量。总体而言，香港电梯能效评价方法简单，易操作，但存在无法实施“能效分级”和对在用电梯电能质量要求过高等问题。

严格来说，ISO25974-1《电梯能耗测量和能耗一致性》和GB/T10058-2009《电梯技术条件》标准提出的方法不能作为电梯能效评价指标，其只规定了电梯能耗的测量程序，给出了电梯全年用电量的估算方法。

德国VDI4707-1《电梯能效》标准是各种电梯能效评价方法中最新的进展，是目前最先进的一种电梯能效评估方法。不仅照顾了建筑中电梯的各种使用类型，也兼顾了不同电梯产品的能效差别；不仅考虑了电梯能效分级的需要，也兼顾了电梯全年用电量的估算。但建筑中电梯使用类型的分类存在较大的局限性，本发明“深圳市在用电梯平均运行高度、平均额定速度、平均额定载重量和单位电梯平均使用人数分别是欧洲19国在用电梯的2.6倍、1.6倍、1.7倍和2.6倍”的对比数据说明不同国家和地区建筑中电梯参数存在较大差距。另外，电梯实际特定需求值[mWh/(kg·m)]的测量工作需要电梯轿厢承载0％，25％，50％和75％额定载荷，分别以50％，30％，10％和10％的行程比例进行往返运行试验，能效测试成本较高。还有，VDI4707-1估算电梯全年用电量采用了标准ISO25974-1推荐的方法，而这种估算方法误差较大。

DB33/T771-2009《电梯能源效率评价技术规范》以规定的运行模式完成每吨千米运输量的平均用电量作为电梯能源效率评价指标[kWh/(t·km)]的方法，与VDI4707-1存在相同的问题：能效测试成本较高。如果采用只进行空载运行测量，并对结果进行修正的方法，可能存在较大误差。

建立电梯能源效率评价指标，例如使用电梯单位运输量与能源消耗的比值，可以直观的得到电梯实际的能源消耗，可以用来评价建筑内电梯的能源利用效率，优点非常明显。但是，建立在建筑电梯配置和实际使用情况基础之上的能效指标，不仅存在使用地局限性，而且实际测量操作也比较复杂。如果人为设定电梯运行工况，在给定的条件下进行电梯的能效评价，需要大量的电梯实际运行数据作为设计给定条件的基础，否则，获得的电梯能效数值可能与实际情况相差很大。造成这些问题的主要原因如下：

首先，电梯单位运输量与能量消耗量不具有严格对应关系。电梯的承载单元是超平衡系统，在平衡系数为50％的条件下，电梯空载和满载的全程往返运行能量消耗几乎相同。实际上，电梯运输的不是进入轿厢的有效移动载荷，而是轿厢侧和对重侧的偏载质量。在实践中，同型号电梯平衡系数，悬挂装置，补偿装置等质量差异是很正常的，电梯产品被视为“电梯工程”更加合适，即使是同型号的电梯其系统质量可能差别很大。

其次，电梯实际的运输量无法准确获得，世界上没有运行工况相同的电梯，即使同一台电梯每天的运行情况也不可能相同。在使用环节，电梯的运行状态和能量消耗千差万别，建筑内垂直往复间歇运行的单台电梯和多台电梯的组合被视为“交通系统”更为合适。电梯“交通系统”是具有非线性，扰动性，不确定性等特性的复杂垂直交通系统，有多达三十几种变量。建筑内电梯的配置问题本身就是世界性难题，目前没有标准规范给出最优的方案，大多依靠建筑设计师的经验。

另外，电梯实际运输量和能量消耗量一般采用统计的方式获得。由于城市规模，发展水平，建筑功能，人均建筑面积，建筑电梯配置，电梯群控制方式，电梯类型等等因素的不同，还有统计样本的选择，样本数量和统计时间等问题，通过调查统计方式获得的数值往往存在较大的误差。

研究现有的电梯能量消耗和能量效率的评价方法，可以发现有以下特点：首先，规定的角度不同，一种方法是考察建筑内电梯全年能量消耗，给出电梯能量消耗的估算公式，以此为基础构建电梯能量效率的评价方法。另一种方法是只考虑电梯设备，不涉及到建筑内电梯的配置和实际的运行情况。其次，评价值以估算和参考为主。电梯设备的多样性和建筑内电梯运行的随机性使得也只能从统计概率角度研究电梯实际的能量消耗。

研究电梯全年能量消耗离不开建筑交通流量分析、电梯配置和电梯实际的运行规律，而这些问题一直以来就是电梯行业和建筑设计师面临的难题。国际知名的大型电梯制造商提供不同的电梯群的控制方案，有关电梯群控制方式和交通流量分析的努力一直没有间断，新理论新方法也不断出现，神经网络，模糊理论，多目标控制，仿真分析等等。对于能量消耗的理论研究才刚刚起步，电梯能量消耗的仿真研究逐渐成为热点，但形成统一的方式似乎是不可能的任务。不同的建筑设计师有不同的设计经验和方法，国外建筑设计电梯配置标准相对完善，但面对酒店，写字楼，医院，住宅，学校和工厂等等诸多不同需求，电梯配置也成为相当困难的工作。目前的电梯配置标准只考虑提高运输效率，使平均等待时间缩短或控制在乘客可以接受的水平，并没有考虑能量消耗的问题。

在评价电梯能效过程中，ISO25974-1和德国VDI4707-1标准都强调了估算电梯全年用电量的方法，这与欧洲发达国家的节能政策有直接的关系。欧洲建筑能耗指令2002/91/EC的制定，旨在促进欧盟各国提高建筑能源效率。其主要内容包括:统一建筑物总能耗的计算方法；规定所有新建建筑都应满足的最低能效标准；规定大部分既有建筑改造时应满足的最低能效标准；能效证书；定期检查建筑物的锅炉和空调系统。实施该指令可以很方便地衡量建筑的能耗情况，为了满足节能减排“总量控制，可检查，可检测”的要求，需要有统一的能耗计算方法，而且可以用它对系统进行定期检查和重新评估。目前，欧洲国家以估算电梯全年能量消耗的思路建立电梯能效的评价方法，目的是为了与建筑能耗法规保持一致，从而进一步推动将电梯纳入建筑能耗指令。

按照《京都议定书》达成的共识，发达国家和发展中国家对节能减排负有“共同而有区别”的责任，发达国家需要对能源消耗总量进行控制和降低，而发展中国家需要降低单位GDP能源消耗量，即降低能源强度。控制能源消耗总量，首先需要掌握实际的能源消耗量，因此，能源依赖性强，建筑能耗占全社会总能耗比例高，在用电梯数量较大，电梯人口密度较高，但年新增电梯数量不多的国家和地区，统计和估算电梯全年用电量的工作不可避免。对于发展中国家，统计和估算电梯全年用电量的工作没有发达国家那么迫切，但提高能效，降低电梯能源强度的工作刻不容缓。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电梯测量过程中受负载、速度等影响导致评估不准确的缺陷，提供一种曳引式电梯最大能量转换效率计算方法及计算机终端。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，参考图1，该方法包括：

S1、电梯轿厢在空载状态和满载状态下，以额定速度完成一个考核周期运行，其中所述考核周期包括空载上行、空载下行、满载上行、满载下行；

S2、获取所述电梯轿厢在通过平衡点时单位时间内负载势能增量总和∑P_out，以及单位时间内负载势能减少量和电能消耗总和∑P_in，其中所述负载为曳引式电梯的电梯轿厢和对重的质量偏差；

S3、曳引式电梯最大能量转换效率η_L为：

其中0<η_L<1。

进一步，本发明所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，所述曳引式电梯最大能量转换效率η_L为：

P₁为轿厢空载上行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₁为轿厢空载上行通过平衡点时，单位时间内负载势能减少量的计算值；

P₂为轿厢空载下行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₂为轿厢空载下行通过平衡点时，单位时间内负载势能增量计算值；

P₃为轿厢满载上行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₃为轿厢满载上行通过平衡点时，单位时间内负载势能增量计算值；

P₄为轿厢满载下行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₄为轿厢满载下行通过平衡点时，单位时间内负载势能减少量的计算值。

进一步，本发明所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，所述平衡点为所述电梯轿厢和所述曳引式电梯的对重悬挂钢丝绳绳头或反绳轮轮轴处于同一水平面的位置。

进一步，本发明所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，所述曳引式电梯最大能量转换效率η_L的计算公式中的参数P₁、P₂、P₃、P₄、P₀₁、P₀₂、P₀₃、P₀₄在测量过程中，采用多次测量取平均值确定各个参数值。

进一步，本发明所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，所述曳引式电梯包括用于将势能转换为电能的发电回馈模块；

所述电梯电源处测量的单位时间电能值为正值时，所述曳引式电梯处于用电状态；所述电梯电源处测量的单位时间电能值为负值时，所述曳引式电梯处于发电回馈状态。

进一步，本发明所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，

其中q为电梯平衡系数，Q为电梯额定载重量，v为电梯额定运行速度，K为电梯调节系数；

则所述曳引式电梯最大能量转换效率η_L为：

进一步，本发明所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，引入参数P₀和P_t，

P_t＝P₁+P₂+P₃+P₄

则所述曳引式电梯最大能量转换效率η_L为：

进一步，本发明所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，所述电梯调节系数K＝102。

另，本发明还提供一种计算机终端，所述计算机终端的处理器运行权利要求1-8任一项所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法。

另，本发明还提供一种曳引式电梯能量转换效率计算方法，曳引式电梯最大能量转换效率η为：

其中0<η<1；

∑E_p为负载上行时势能增加值和负载下行时势能减少值，所述负载是指曳引式电梯轿厢和对重的质量偏差；

∑E_e为承载一定载荷的电梯完成往返运行过程中全部的电能损耗，电能损耗为耗电电能减去再生电能的全部用电量。

实施本发明的一种曳引式电梯最大能量转换效率计算方法及计算机终端，具有以下有益效果：本发明提供的测量方法考虑到曳引式电梯的再生电能、负载变化、运动速度变化、过渡运行状态等因素，使电梯能效测量更加准确，从而为电梯降低能耗提供参考。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一种曳引式电梯最大能量转换效率计算方法的流程图；

图2是曳引式电梯的基本结构示意图；

图3是曳引式电梯满载上下全程运行有功功率；

图4是曳引式电梯运行能量转换效率示意图；

图5是曳引式电梯有功功率谱；

图6是曳引式电梯的单位时间能量转换示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

首先对曳引式电梯能量消耗方式进行说明。

参考图2，是曳引式电梯的基本结构示意图。曳引式电梯是以钢丝绳悬挂在曳引轮上，一端与轿厢连接，另一端与对重连接。在曳引轮转动时，靠钢丝绳与曳引轮的轮槽间的摩擦带动轿厢运行。其运行特点是轿厢与对重作相反运动，一升一降，钢丝绳不需要缠绕，钢丝绳长度不受限制，根数也不受约束。

曳引式电梯的能量转换方式非常独特，是以消耗电能方式提供交通服务，理想状态的垂直交通或运输工具能量消耗应该为“零”。与矿山、建筑行业使用的垂直提升设备不同，理论上电梯向上和向下运输人员和物品的数量和载荷相等，这也是建筑内电梯流量和电梯配置分析时的基本假设条件。

在理想状态下，垂直运输工具向上运输载荷吸收能量增加系统机械势能，向下运输载荷释放机械势能，向上运送载荷势能的增加值被同等数量的下行载荷势能减少值所抵消。曳引式电梯垂直上下往复运行的方式属于电力驱动的位能负载恒转矩拖动方式，以下端站为参考平面，承载一定载荷的电梯轿厢等距离往返运行完成能量转换过程：吸收电能增加系统机械势能，释放机械势能反馈电能。曳引式电梯、强制式电梯、液压电梯等垂直升降设备都是具有位能负载特性的往复式交通运输工具。

当然这种理想的“永动机”是不存在的。在电能和势能相互转换过程中，产生不可逆转的热能损耗，这些损耗包括机械摩擦损耗、空气阻力损耗、速度控制损耗、电气驱动控制损耗、楼层和位置显示损耗、轿厢门机和照明、通风损耗等等。

图3展示了一台交流变频乘客电梯满载上下全程运行一次的瞬时有功功率变化情况，该电梯额定速度为1.75m/s，额定载重量为1000kg，平衡系数为0.48，具有能量回馈功能。由于测量过程记录了每20ms的有功功率瞬时值，数据量较大，本发明没有对测量数据进行列表展示。

在这里，考察的是运输开始和结束两个状态，电梯运输是从垂直速度为“零”开始，到运行速度为“零”结束，电梯系统动能的增减是单次运行中的次一级能量转换，可以视为电梯速度控制损耗。在负载上行过程中，包括轿厢空载或轻载下行以及轿厢满载或重载上行状态，电梯消耗电能满足系统势能增加的需要，同时克服各种损耗。在负载下放过程中，包括轿厢空载或轻载上行以及轿厢满载或重载下行状态，系统释放机械势能克服各种损耗，多余的能量转换为电能，当释放的机械势能无法克服全部损耗时，消耗电能进行补充。这里讲到的负载是指电梯轿厢侧与对重侧的质量偏差。

总而言之，电梯运输服务过程中系统能量转换效率的高低、热能损失的多少、电能和势能转换程度等决定了电梯的能源消耗的多少。

2、曳引式电梯运行能量转换效率

在参考了其他电梯能效评价方法的基础上，本发明提出了一种电梯能效评价方法：截取了电梯运行过程的一个“片段”，考察在该“片段”内电梯上下运行的能量转换效率，建立了曳引式电梯运行能量转换效率的计算公式。

曳引式电梯运行能量转换效率定义为：承载一定载荷的电梯轿厢上下往返等距离运行，负载势能的增量总和∑E_p与负载势能的减少量和全部能量损耗总和(∑E_p+∑E_e)的比值。

上式中：η曳引式电梯运行能量转换效率，取值范围是0-1。

∑E_p负载上行时势能增加值和负载下行时势能减少值，由负载质量和提升高度决定。负载是指曳引式电梯轿厢和对重两侧的质量的偏差。

∑E_e承载一定载荷的电梯完成往返运行过程中，全部的电能损耗。电能损耗为减去再生电能的全部用电量。

公式(3-1)也可以用来评价其他形式的垂直升降运输设备的能源效率。提高电梯等垂直升降设备能源效率的根本途径是提高电梯系统和各组成部件的电气和机械效率，减少能量损耗。

图4是额定速度2.5m/s，额定载重量1000kg，采用永磁同步电机无齿轮曳引机，具有能量反馈功能，悬挂比为2:1，平衡系数为42.6％的电梯运行能量转换效率示意图。图中纵坐标表示电梯的系统效率η，横坐标表示电梯轿厢负载率(电梯轿厢承载质量占额定载重量的百分比)。图中效率曲线是通过电梯轿厢分别承载空载、10％额定载重量、20％额定载重量等11种负载工况，电梯全程往返运行，测量相应参数并利用公式(3-1)计算获得。本实施例中，截取的电梯运行“片段”是电梯全行程。

图4数据显示：额定速度和额定载重量等参数确定的一台曳引式电梯，其电梯运行能量转换效率随着电梯承载质量的不同而变化。另外，如果改变电梯额定载重量、系统质量、平衡系数、额定速度、起制动加速度、提升高度中任何一个参数，重新测试计算，则电梯的运行能量转换效率也将发生变化。因此利用公式(3-1)评价不同电梯的运行能量转换效率，即使是相同型号电梯，也会产生误差。

3、曳引式电梯最大运行能量转换效率

(1)运行能量转换效率指标的局限性

公式(3-1)可以用来评价电梯的能源效率，但是比较不同电梯之间能效会产生误差，还存在可操作性差、实施成本较高等问题，需要对该方法进一步简化，以达到评价方法简单、规范和可操作性强的目的。

电梯提升高度是公式(3-1)中E_p值的变量之一，而表征电梯型号的主要参数一般只有两个：额定载重量和额定运行速度。两台额定载重量和额定运行速度相同的电梯，如果提升高度不同，由于曳引绳、补偿装置和随行电缆质量的不同，造成电梯系统质量的不同，两台电梯的能源效率没有可比性。因此，需要设计仅与电梯额定载重量和额定运行速度相关的能效评价指标。

电梯承载装置是超平衡系统，电梯实际运输的是轿厢和对重两侧的偏载质量。由于补偿装置不可能对曳引绳和随行电缆全部质量进行补偿，偏载质量是随着轿厢在垂直方向的位置不同而变化的，电梯系统具有变位负载质量。参考图5，是曳引式电梯有功功率谱，表明电梯承载不同载荷全程往返运行，在电梯总电源处实测的三相总有功功率曲线，其中电梯匀速运行阶段功率曲线的倾斜显示了变位负载质量的存在。

如果平衡系数相同，额定载重量相同的不同型号电梯，轿厢位于平衡点位置时，电梯悬挂质量具有相同的变位负载质量。利用电梯平衡点，即电梯轿厢和对重悬挂钢丝绳绳头或反绳轮轮轴处于同一水平面的位置时，电梯匀速运行的“片段”来评价电梯能源效率，能够对额定载重量相同的不同型号电梯之间能源效率进行比较。

电梯是服务于所有楼层的交通工具，经常处于起动、制动和匀速运行状态。电梯过渡运行状态(起动、制动运行状态)的能源消耗与电梯系统质量(惯量)和起动、制动运行加速度有关。完成相同的运输任务，较小系统质量(惯量)的电梯能源消耗量会更少。但是，电梯系统质量(惯量)的大小与电梯的曳引安全、悬挂安全和电梯寿命有关。电梯的起动、制动加速度与电梯运输效率相关，也与电梯运行舒适性有关。电梯能源效率指标，不应该鼓励电梯系统质量(惯量)盲目的减小，应该尽量减少对其他质量特征如运输效率、舒适性的影响。因此，电梯能源效率的评价方法需要回避电梯的过渡运行状态，只考察电梯匀速运行阶段的能源利用效率。

在工厂整机设计和零部件生产阶段，电梯是半成品，只大约完成全部“电梯工程”制造工作量的40％左右。在完成电梯设备安装和调试后，与建筑融为一体的电梯才具备使用价值，才成为真正的产品。电梯能源效率的高低与整机设计、零部件生产、设备安装、调试，甚至是维修、保养质量都密切相关。在电梯安装调试完成后评价能源效率才有价值。

获得如图4和图5这样的有功功率测量数据，需要投入较大的人力和金钱，建立曳引式电梯能效评价指标的目的在于节能减排，评价指标本省也应该“低碳”，以较小的成本获得电梯能效数据是电梯能效评价指标是否合理的重要标志。

(2)曳引式电梯最大运行能量转换效率

按照前面的分析和思路，发明进一步设计出电梯能效评价指标——曳引式电梯最大运行能量转换效率，简称“最大运行能效”，表示为η_L。

将电梯轿厢空载和轿厢满载状态时，以额定速度全程往返运行四种工况作为一个考核周期，该考核周期包括空载上行、空载下行、满载上行、满载下行。在电梯轿厢向上、向下运行通过平衡点时，单位时间内负载势能增量总和(∑Po_ut)与单位时间内负载势能减少量和电能消耗总和(∑P_in)之比。

运行最高能效表达公式为：

公式(3-3)中:η_L电梯最大运行能量转换效率；

P₁轿厢空载上行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₁轿厢空载上行通过平衡点时，单位时间内负载势能减少量的计算值；

P₂轿厢空载下行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₂轿厢空载下行通过平衡点时，单位时间内负载势能增量计算值；

P₃轿厢满载上行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₃轿厢满载上行通过平衡点时，单位时间内负载势能增量计算值；

P₄轿厢满载下行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₄轿厢满载下行通过平衡点时，单位时间内负载势能减少量的计算值。

需要说明的是：η_L取值范围是0–1。电梯电源处测量的单位时间电能值即有功功率测量值，有功功率为正值时，电梯处于用电状态；有功功率负值时，电梯处于发电回馈状态。负载是指曳引式电梯轿厢和对重两侧的质量偏差；单位时间内负载势能增加或减少量即负载功率。为了便于操作，上述符号含以简化为：电梯轿厢上下往返运行通过平衡点时：P₁，P₂，P₃和P₄分别表示轿厢空载上行、空载下行、满载上行和满载下行时，电梯电源处有功功率测量值。P₀₁，P₀₂，P₀₃和P₀₄分别表示轿厢空载上行、空载下行、满载上行和满载下行时，负载功率计算值。

公式(3-3)中，负载功率为：

公式(3-4)和(3-5)中:q为电梯平衡系数；Q为电梯额定载重量；v为电梯额定运行速度。

公式(3-3)可以表示为：

引入参数P₀和P_t，即：

P_t＝P₁+P₂+P₃+P₄ (3-8)

因此，公式(3-6)可以表示为：

图6是一台是额定速度2.5m/s，额定载重量1000kg，采用永磁同步电机无齿轮曳引机，具有能量反馈功能，悬挂比为2:1，平衡系数为42.6％的电梯全程往返运行在平衡点处，单位时间能量(功率)转换示意图。

4、曳引式电梯最大运行能量转换效率测量和计算

曳引式电梯最大运行能效是对安装调试完成后的整机进行测量和计算获得的。根据曳引式电梯最大运行能效的定义，对被测电梯进行两种工况的全程运行试验：

a)电梯空载全程上，下运行工况。

b)电梯满载全程上，下运行工况。

测量并记录两种运行工况电梯轿厢运行至平衡点时刻的电梯电源测三相平均有功功率P₁，P₂，P₃，P₄。每种工况的测量应不少于三次，测量数据取多次测量记录平均植。计算电梯需求功率P0，按照公式(3-6)计算电梯最大运行能量转换效率。

使用本发明的测试方法，对36台电梯进行了最大运行能效的测量研究，其中19台电梯测量及计算数据见表1。

表1电梯运行能量转换效率测量和计算数据表

分析表1中数据，可以得到以下的结论：

19号电梯最大运行能效为0.387，是所有电梯中数值最低的，该电梯采用交流双速电机驱动方式；其中8台采用永磁同步电机且无机械减速的电梯具有较高的最大运行能效，η_L的范围0.403-0.435；3-12号电梯不但采用了与上述8台电梯相同的驱动方式，还配置了能量回馈装置，电梯η_L的范围是0.504-0.631，该10台电梯具有最高的最大运行能效。

电梯最大运行能效的测量工作需要电梯空载和装载额定载重量的试验质量进行全程往复运行，测试条件和程序与采用“电流法”测试曳引式电梯平衡系数要求相同，最大运行能效的测量可以和平衡系数测量同时进行，因此，该测量方法几乎不增加任何检测的时间和费用成本。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，其特征在于，包括：

电梯轿厢在空载状态和满载状态下，以额定速度完成一个考核周期运行，其中所述考核周期包括空载上行、空载下行、满载上行、满载下行；

获取所述电梯轿厢在通过平衡点时单位时间内负载势能增量总和∑Po_ut，以及单位时间内负载势能减少量和电能消耗总和∑P_in，其中所述负载为曳引式电梯的电梯轿厢和对重的质量偏差；

曳引式电梯最大能量转换效率η_L为：

其中0<η_L<1。

2.根据权利要求1所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，其特征在于，所述曳引式电梯最大能量转换效率η_L为：

P₁为轿厢空载上行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₁为轿厢空载上行通过平衡点时，单位时间内负载势能减少量的计算值；

P₂为轿厢空载下行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₂为轿厢空载下行通过平衡点时，单位时间内负载势能增量计算值；

P₃为轿厢满载上行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₃为轿厢满载上行通过平衡点时，单位时间内负载势能增量计算值；

P₄为轿厢满载下行通过平衡点时，电梯电源处测量的单位时间电能值；

P₀₄为轿厢满载下行通过平衡点时，单位时间内负载势能减少量的计算值。

3.根据权利要求1或2所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，其特征在于，所述平衡点为所述电梯轿厢和所述曳引式电梯的对重悬挂钢丝绳绳头或反绳轮轮轴处于同一水平面的位置。

4.根据权利要求2所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，其特征在于，所述曳引式电梯最大能量转换效率η_L的计算公式中的参数P₁、P2、P₃、P4、P₀₁、P₀₂、P₀₃、P₀₄在测量过程中，采用多次测量取平均值确定各个参数值。

5.根据权利要求2所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，其特征在于，所述曳引式电梯包括用于将势能转换为电能的发电回馈模块；

所述电梯电源处测量的单位时间电能值为正值时，所述曳引式电梯处于用电状态；所述电梯电源处测量的单位时间电能值为负值时，所述曳引式电梯处于发电回馈状态。

6.根据权利要求2所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，其特征在于，

其中q为电梯平衡系数，Q为电梯额定载重量，v为电梯额定运行速度，K为电梯调节系数；

则所述曳引式电梯最大能量转换效率η_L为：

7.根据权利要求6所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，其特征在于，引入参数P₀和P_t，

P_t＝P₁+P₂+P₃+P₄

则所述曳引式电梯最大能量转换效率η_L为：

8.根据权利要求6或7所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法，其特征在于，所述电梯调节系数K＝102。

9.一种计算机终端，其特征在于，所述计算机终端的处理器运行权利要求1-8任一项所述的曳引式电梯最大能量转换效率计算方法。

10.一种曳引式电梯能量转换效率计算方法，其特征在于，曳引式电梯最大能量转换效率η为：

其中0<η<1；

∑E_p为负载上行时势能增加值和负载下行时势能减少值，所述负载是指曳引式电梯轿厢和对重的质量偏差；

∑E_e为承载一定载荷的电梯完成往返运行过程中全部的电能损耗，电能损耗为耗电电能减去再生电能的全部用电量。