电梯再生能量利用技术效果如何？且看无锡市人民医院实例解析

文/ 彭赟  无锡市人民医院

截至2017年底，我国电梯保有总量已达560万部左右，电梯产量约占全球总产量的70%，电梯的年产量和保有量均居世界第一，是世界最大的电梯生产国和出口国。

然而，由于技术限制、电梯节能标准滞后等历史原因，导致了虽然目前我国电梯节能技术在某些方面已经达到了国际领先水平，通力、三菱、蒂森、迅达、日立等品牌电梯公司近年相继推出了更节能的永磁同步无齿轮小机房、无机房电梯，但是市场上节能电梯的普及率还很低，节电30%以上的永磁同步无齿轮电梯普及率不及10%，再生能量回收率达30%的自带能量回馈装置的电梯普及率不及2%，我国整个电梯行业存在巨大的节能空间，节能电梯存在巨大的市场空间。

作为医院不同楼层垂直运送病患与医护人员主要的、也是唯一的轨道交通工具、三甲医院电梯具有如下特点：

据统计，截至2017年，我国三甲医院年门诊量平均已达200多万人次。以无锡市人民医院为例，2015年无锡市人民医院年门诊量达309万人次，实际开放床位2000张，这其中90%以上病人及陪同人员都需要以乘坐电梯的方式到达指定科室或病房楼层，再加上院内医生、护士、行政管理人员、保洁保安维修等后勤服务人员，医院电梯的实际运输数量巨大。

如下图为相关部门统计的不同等级医院电梯日平均启动次数，其中地区三甲医院电梯日平均启动次数早已经超过2000次/天。

因为医院电梯使用需求和服务群体的特殊性，大部分医用电梯都需要24小时开机状态。以无锡市人民医院为例，无锡市人民医院共有广州日立品牌垂直电梯38部，其中住院部16部医用电梯除正常检修时间外均处于1天24小时，1年365天不停歇的繁忙运行状态，门急诊每天的开机时间也在12小时以上。

据统计数据显示，三甲医院每部电梯日平均用电量在60kW.h~100kW.h之间，平均为80kW.h/天，再加上夏季专门用于电梯降温的机房空调或风扇的能耗，高峰时每部电梯日综合耗电量可达100 kW.h/天，以一个拥有40台电梯的三甲医院为例，夏季高峰时电梯日耗电量可达4000 kW.h，用电量惊人。

目前市场上90%的电梯为VVVF(变频调速系统)电梯，这其中只有约占总数2%的电梯自带能量回馈装置，属于高效节能电梯，其他约占总数98%的电梯将电梯在运行过程中由轻载上行、重载下行及平层刹车时发的电通过制动电阻电热转换将电能白白浪费掉了，大量的电能被转变成热能后，电梯机房温度骤升，如不及时采用强制降温措施，电梯会因为高温而自我保护，发生紧急停运的“困人事故”，严重影响电梯的正常运行和乘客满意度。

因此国家质量技术监督检验部门要求所有的电梯机房必须配置空调、风扇等大功率降温设备，并明确规定电梯机房温度超过40℃必须开空调降温。

高温是电子元器件老化和故障的主要原因之一，同时也是电梯在运行过程中紧急停运而导致“困人事故”的主要原因之一。据电梯大数据贵阳样本统计显示，医院电梯困人故障率在所有类别电梯中以9.18%居首，远远超过住宅电梯故障率3.44%。统计同时显示，电梯发生“困人事故”95%以上集中在天气炎热的夏季，绝大部分电梯因为电梯使用过于频繁，而降温措施不到位所导致。

电梯电能回馈装置是一种专门应用于能耗制动VVVF电梯的，将电梯在轻载上行、重载下行，及平层刹车运行过程中，由机械动能和重力势能转变而来的直流电能回收，通过直流交流逆变、整流、滤波以后输送到局域电网、供电梯周边用电设备使用的节电装置。

节能改造实施前，采用能耗制动的VVVF电梯其能耗使用的特点并不是它本身耗能大，而是它发电量大，但是没有被回收利用，相反将可用电能转变成热能白白烧掉了，由此产生的次生问题是电梯机房温度骤升，必须配置专门的降温设备（空调风机），否则会影响电梯的正常运行。而降温设备的运行能耗本身也是一种能源消耗，在夏季散热不好的电梯机房，电梯空调的运行能耗甚至会超过电梯本身运行能耗，因此能耗浪费非常严重。

采用电梯电能回馈装置进行节能改造，没有改变电梯原有结构，只是物理上并联上了能量回收装置，回馈装置的工作电压低于电梯制动电阻的工作电压，因此回馈装置优先于制动电阻工作，提前将电能反馈回电网回收利用。一旦回馈装置发生故障，电梯直流母线电压会继续上升，电梯制动电阻会重新工作，电梯会自动切换到原来的不节能工作状态，但是丝毫不会影响电梯的正常使用，因此电梯电能回馈装置是安全的，三菱的GPM-M序列、OTIS的REGEN序列电梯都自带能量回馈装置。

▲ 图2 电梯电能回馈装置工作原理图

电梯电能回馈装置的能量转换率可达97%，直接节电率在15%~45%之间，平均节电率为30%，在医院节能项目中的实测数据最高节电率达51%。

采用电梯电能回馈装置以后，所有由机械能及势能转变而来的电能被回收利用，电梯机房主要发热源制动电阻停止工作，不再发热，因此电梯机房温度可以大大下降，原来需要一直开机给电梯降温的空调此时可以少开或者停开，实现节省空调用电，节约空调电费的二次节能。

此外由于电梯机房主要发热源制动电阻停止工作，机房温度明显下降，电梯工作环境得以改善，电梯可避免因为高温自我保护而导致电梯紧急停运的困人事故。电梯机房环境改善以后，电梯电路板上电子元器件的老化速度放缓，电梯故障率会明显下降，电梯的维修维护成本会相应下降；同时，电梯的实际使用寿命也会相应延长。

在考察同级别医院电梯节能成功案例，并结合无锡市人民医院电梯节能实地测试节能效果明显的基础上，无锡市人民医院分两批对具备采用再生能量利用技术进行节能改造条件的且具备投资价值的33部VVVF医用电梯进行了节能改造，加装了电梯电能回馈装置，节能效果明显，结果如下：

节能改造后测试结果显示采用再能能量利用技术进行节能改造后电梯节能效果明显，抽样测试节电率达34.33%，平均节电率达30%；同时电梯机房温度下降明显，制动电阻温度由原来的191.6℃下降到27.0℃，电梯运行的故障率也有明显下降趋势，项目总体达到了在确保电梯平稳、安全运行的前提下实现高效节能的目的。

表1 项目节电率效果测试现场记录

本节能项目基本在2年左右即可收回全部节能投资，设备的设计使用寿命为15年，剩余13年带来的节能收益即为医院的纯收益。

本节能项目实施后，可为国家节约原煤约1980吨，减少二氧化碳排放约518.76万公斤，减少二氧化硫排放约16830公斤，减少氮氧化物排放约14652公斤。

表2  项目环保效益计算

医用电梯作为医院重要的轨道交通工具，其安全、平稳运行关乎医院运营效率、关乎医院形象，更关乎抢救生命的速度。因此让医用电梯在良好的工作环境中安全、平稳运行，事关重大。

由于节能要求、行业标准、技术限制等历史原因，导致三甲医院等公共机构使用带有能量再生技术、永磁同步无齿轮技术等节能技术的电梯的比例偏低，大部分三甲医院电梯存电梯工作环境温度高、电梯运行能耗高、电梯运行故障率高等特点。

结合无锡市人民医院采用再生能量利用技术进行电梯节能改造实施一段时间以来的经验，建议同行在医院新建、扩建、改建过程中，尽量选择采用带再生能量利用技术和永磁同步无齿轮技术的高能效电梯，针对医院既有建筑，建议医院选择具备改造经验和资质的节能服务公司，在确保安全的基础上采用加装电能回馈装置的方法对电梯进行科学的节能改造，以达到节省电梯运行能耗，节约医院运营成本，创建绿色医院的目的。