報告發(fā)布：《智能化高能效電梯》

背景

電梯作為現(xiàn)代建筑中必不可少的垂直運輸設(shè)備，其運行能耗在整體建筑能源消耗中占有顯著比例，尤其是在高層和超高層建筑中。采用高能效電梯技術(shù)，如永磁同步電機(jī)、能量回饋系統(tǒng)、智能群控調(diào)度系統(tǒng)和輕量化材料設(shè)計，可以顯著降低電梯的運行能耗。此外，智能調(diào)度系統(tǒng)通過優(yōu)化電梯運行路徑和減少等待時間。綜合來看，智能化高能效電梯不僅能夠降低建筑的整體能耗，減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)，還能提高用戶的使用質(zhì)量，對推進(jìn)低碳建筑和可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。

基于此，中瑞零碳建筑項目瑞方實施團(tuán)隊intep-Skat聯(lián)合全球領(lǐng)先的電梯供應(yīng)商迅達(dá)電梯，為選定的示范工程提供高能效電梯規(guī)劃設(shè)計方面的支持。雙方團(tuán)隊從電梯系統(tǒng)設(shè)計、智能監(jiān)控、群組控制、電梯節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)等方面對現(xiàn)有電梯設(shè)計方案和產(chǎn)品進(jìn)行了評估，并對其節(jié)能潛力進(jìn)行了估算，提出了優(yōu)化建議。

高能效電梯

電梯能耗雖然低于供暖、制冷和照明系統(tǒng)，但隨著建筑節(jié)能技術(shù)的進(jìn)步，電梯能耗占比在過去幾年有明顯提升，特別是在零碳建筑中，電梯能耗占比較高。因此采用符合環(huán)境友好標(biāo)準(zhǔn)的電梯技術(shù)尤為重要。在瑞士，依據(jù)ISO 25745-2標(biāo)準(zhǔn)，電梯應(yīng)達(dá)到A級能效，并通過環(huán)境產(chǎn)品聲明(EPD)評估全生命周期的生態(tài)性能。具體而言，通過下述措施實現(xiàn)節(jié)能減排：

1. 設(shè)計優(yōu)化：

• 電梯系統(tǒng)整體設(shè)計追求緊湊、輕量化與耐用性，優(yōu)化材料使用以減少資源消耗。

• 曳引介質(zhì)多樣化（如鋼絲繩、皮帶等）為能源使用效率與設(shè)備壽命提供優(yōu)化可能。

• 輕質(zhì)內(nèi)飾材料的應(yīng)用提升運行效率，降低能耗。

2. 節(jié)能模式：

• 系統(tǒng)組件配備 ECO 或待機(jī)模式，可降低高達(dá) 40%的能耗。

• 智能控制系統(tǒng)優(yōu)化電梯轎廂照明與設(shè)備狀態(tài)（如切換至待機(jī)模式），節(jié)約能耗。

• 車門驅(qū)動裝置的待機(jī)模式設(shè)計兼顧安全與節(jié)能。

3. 關(guān)鍵節(jié)能技術(shù)：

• 無齒輪設(shè)備：無需潤滑油，運行平穩(wěn)，減少維護(hù)需求。

• 再生變頻器技術(shù)：將制動時產(chǎn)生的能量回饋電網(wǎng)，為未來運行提供動力。

• 再生式驅(qū)動裝置：利用建筑物電網(wǎng)中的能量驅(qū)動電梯，實現(xiàn)能源循環(huán)利用。

4. 啟動與運行能效提升：

• 啟動過程平穩(wěn)，無峰值電流，快速進(jìn)入低能耗狀態(tài)。

• 先進(jìn)定位技術(shù)減少不必要的系統(tǒng)復(fù)位。

5. 智能操作與效率提升：

• 智能操作、下行集控和選擇性集控策略提升乘客運輸效率。

6. 節(jié)能部件與照明技術(shù)：

• 轎廂內(nèi)照明與指示系統(tǒng)采用 LED 技術(shù)，壽命延長 20 倍，顯著降低能耗。

7. 冷卻負(fù)擔(dān)與輔助效益：

• 發(fā)熱量減少高達(dá) 50%，降低電梯機(jī)房冷卻需求。   

• 通過環(huán)保措施，客戶可獲得政府資助、公用事業(yè)項目返利及綠色建筑認(rèn)證積分。

中瑞零碳建筑工程示范案例

無錫示范工程

無錫示范工程位于江蘇省無錫市，屬于夏熱冬冷氣候區(qū)，總建筑面積210,980平方米，致力于進(jìn)一步探索低碳園區(qū)建設(shè)（包括零碳會議中心），打造無錫金融產(chǎn)業(yè)文化新名片。園區(qū)內(nèi)零碳會議中心配備6部電梯和2部自動扶梯，設(shè)計運行高度和?？空緮?shù)不同以滿足貴賓服務(wù)、特定區(qū)域服務(wù)及大容量公共運輸?shù)刃枨?。綜合評估顯示，6部電梯的年度總能耗約16,502千瓦時。經(jīng)過瑞士團(tuán)隊基于國際標(biāo)準(zhǔn)的能耗估算顯示，合理優(yōu)化后電梯年耗電量可降至4,380至5,100千瓦時，顯示出高達(dá)70%的節(jié)能潛力。此外，通過智能群組控制器優(yōu)化交通管理系統(tǒng)，可進(jìn)一步減少電梯群組能耗30%。

圖 1: 規(guī)劃階段效果圖，1#樓（紅圈標(biāo)注），來源：無錫示范工程

為了優(yōu)化無錫示范工程的電梯能耗，intep-Skat團(tuán)隊和示范工程進(jìn)行了多次溝通，并提出了如下建議：

1. 合理布局與交通優(yōu)化：

• 在入口大廳設(shè)置便捷、美觀的樓梯，服務(wù)于一層間的快發(fā)通行，減少電梯使用需求，集中資源服務(wù)殘疾人或材料運輸?shù)忍囟▓鼍啊?

2. 智能化控制：

• 為多樓層電梯群組引入智能電梯群控制器，高客流時段優(yōu)化運行效率，低客流時段切換至節(jié)能模式，降低整體能耗。

3. 優(yōu)選高能效設(shè)備：

• 選購能效等級最高的電梯與自動扶梯，盡管初期成本增加，但通過降低長期能耗可實現(xiàn)快速回本。

4. 優(yōu)化轎廂設(shè)計：

• 電梯轎廂裝飾材料應(yīng)在保證功能性與美觀性的同時，盡量控制重量，避免額外的能耗負(fù)擔(dān)。

5. 交通流量模擬：

• 在混合用途大樓等復(fù)雜場景中，項目初期應(yīng)進(jìn)行能源優(yōu)化為核心的交通流量模擬，為建筑設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，提高能源管理效率并降低運營成本。

大連示范工程

大連示范工程位于大連市中山區(qū)虎灘東溝，項目建筑面積約 161130 平方米。項目規(guī)劃設(shè)計條件明確要求，該地塊項目全面按照國家標(biāo)準(zhǔn)《近零能耗建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51350-2019）中“近零能耗建筑”的能效標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計與建造，并取消了傳統(tǒng)集中供熱形式。設(shè)計過程使用了大量創(chuàng)新綠色低碳技術(shù)手段, 實現(xiàn)住宅區(qū)一年四季維持恒溫、恒濕、恒氧、恒靜、恒潔的高標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)。

項目規(guī)劃在每棟住宅樓配備單部電梯，載重能力1,000公斤，運行速度1.0米/秒，覆蓋22米的運行高度，共設(shè)7個?？空?。瑞士團(tuán)隊根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)及類似應(yīng)用案例分析，預(yù)估單部電梯的年能耗在700至800千瓦時之間。此外，瑞士團(tuán)隊提出如下建議，進(jìn)一步提升項目節(jié)能潛力。

1. 優(yōu)先選擇高能效產(chǎn)品：

• 采購時應(yīng)始終優(yōu)先選擇能效等級最高的電梯，即使初期投資成本可能略有增加，但考慮到電梯在整個生命周期內(nèi)的頻繁使用，這部分額外投入將在未來幾年通過顯著的能耗節(jié)省得以回收，具有較高的長期經(jīng)濟(jì)效益。

  
  

2. 優(yōu)化轎廂裝飾設(shè)計：

• 電梯轎廂的裝飾需在美觀與實用性之間尋求最佳平衡，同時嚴(yán)格控制裝飾材料的重量。每增加一公斤的額外重量都會增加升降過程中能源消耗，從而對電梯的長期運行成本產(chǎn)生累積影響。因此，優(yōu)化設(shè)計應(yīng)以輕量化為原則，在實現(xiàn)裝飾功能的同時有效降低能耗。

哈爾濱示范工程

哈爾濱示范工程是一個既有公共建筑超低能耗改造項目，改造后建筑功能為科研、實驗、示范，總建筑面積8657.28平方米。建筑地上7層，地下1層。本項目是國內(nèi)嚴(yán)寒地區(qū)首個入選中瑞零碳建筑項目示范工程，本項目圍繞建筑產(chǎn)業(yè)開展嚴(yán)寒地區(qū)節(jié)能降碳關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，重點突破高緯度超低能耗建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、新風(fēng)技術(shù)、可再生能源應(yīng)用、新型材料研發(fā)等技術(shù)瓶頸，推動技術(shù)、設(shè)備、材料等超低能耗科技成果應(yīng)用與轉(zhuǎn)化。

建筑配備一部載重1,350公斤、運行速度1.75米/秒、停靠8站的老舊電梯。項目團(tuán)隊初步估算該電梯的年能耗為15,019千瓦時。經(jīng)過瑞士團(tuán)隊基于國際標(biāo)準(zhǔn)的能耗估算顯示，合理翻新優(yōu)化后電梯年耗電量可降至1,400至2,700千瓦時。

通過分析，該項目顯示出電梯現(xiàn)代化改造的潛在價值。新型電梯不僅技術(shù)更先進(jìn)，能耗也顯著降低，有助于提升能源利用效率。然而在決定電梯是否全面更換或部分更新時，應(yīng)綜合評估現(xiàn)有電梯的運行狀態(tài)、備件供應(yīng)、改造成本及效益等因素，制定科學(xué)合理的改造方案，以最大限度地實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)并優(yōu)化項目效益。

總結(jié)

總的來說，經(jīng)過對示范工程電梯能耗進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在建設(shè)零碳建筑過程中，電梯能耗還有進(jìn)一步降低空間，同時也是建筑實現(xiàn)零碳目標(biāo)的一個關(guān)鍵因素。為此，intep-Skat團(tuán)隊針對優(yōu)化電梯系統(tǒng)，降低電梯能耗提出了如下建議：

1. 優(yōu)選能效等級較高的產(chǎn)品：

• 能效等級是單梯建筑選擇電梯與自動扶梯的核心評判標(biāo)準(zhǔn)，所有供應(yīng)商需嚴(yán)格遵循ISO標(biāo)準(zhǔn)，精確計算并驗證其年能耗數(shù)據(jù)，確保品牌間數(shù)據(jù)具有直接可比性。

• 初期為提升能效的投資將在短期內(nèi)通過節(jié)能效果迅速回收。

2. 建筑布局與交通優(yōu)化：

• 在建筑設(shè)計中，通過在大堂顯著位置設(shè)置美觀便捷的樓梯，可引導(dǎo)一層內(nèi)的交通流，降低電梯使用頻率，進(jìn)一步減少能耗。

• 對于功能復(fù)雜的建筑，應(yīng)采用交通模擬技術(shù)優(yōu)化電梯和自動扶梯的布局，并合理配置設(shè)備的數(shù)量與位置。
  

3. 智能系統(tǒng)與協(xié)同技術(shù)應(yīng)用：

• 在銀行等大型建筑中，推薦使用智能電梯群控系統(tǒng)與目的地選層功能的組合策略，在高峰時段提升服務(wù)效率，低峰時段自動調(diào)整為節(jié)能模式，降低能源浪費。

• 再生式逆變器、永磁電機(jī)、LED照明、信息顯示屏等技術(shù)已成為標(biāo)配，但在采購過程中仍需結(jié)合性能與報價，確保性價比最優(yōu)。
  

4. 環(huán)境影響與生命周期考量：

• 除使用階段的能效表現(xiàn)外，應(yīng)關(guān)注產(chǎn)品的內(nèi)含碳排放量，采用環(huán)境產(chǎn)品聲明（EPD）評估產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的環(huán)境影響。

• 這不僅有助于環(huán)境保護(hù)，也為建筑滿足綠色認(rèn)證要求提供支持。   

5. 轎廂設(shè)計與附加重量控制：

• 電梯轎廂內(nèi)部裝飾材料的重量需嚴(yán)格控制，每增加一公斤負(fù)載都會對電梯生命周期內(nèi)的能耗產(chǎn)生持續(xù)影響，因此需在美觀與能效之間找到平衡。

6. 電梯系統(tǒng)的重要性提升：

• 隨著暖通空調(diào)、照明等其他能耗系統(tǒng)效率的提高，垂直運輸設(shè)備在建筑總能耗中的占比可能進(jìn)一步上升。因此，優(yōu)化電梯系統(tǒng)的能效不僅是提升整體建筑能效的關(guān)鍵，更是實現(xiàn)綠色可持續(xù)建筑發(fā)展的重要舉措。

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為了共同應(yīng)對全球氣候變化，加強(qiáng)中瑞兩國在建筑行業(yè)減排領(lǐng)域的合作，2020年11月24日，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部與瑞士聯(lián)邦外交事務(wù)部與簽署了在建筑節(jié)能領(lǐng)域發(fā)展合作的諒解備忘錄。在此備忘錄框架下，瑞士發(fā)展合作署(SDC)發(fā)起并資助了中瑞零碳建筑項目，旨在通過引入瑞士的經(jīng)驗和技術(shù)，支持中國制定零碳建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建筑行業(yè)中長期碳減排路線圖，并在不同氣候區(qū)建設(shè)零碳建筑示范工程，同時開展多種形式的能力建設(shè)活動，最終推動中國建筑行業(yè)的碳中和發(fā)展。

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