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，如永磁同步電機、能量回饋系統(tǒng)、智能群控調(diào)度系統(tǒng)和輕量化材料設計，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)負擔，還能提高用戶的使用質(zhì)量，對推進低碳建筑和可持續(xù)發(fā)展具有深遠意義。

基于此，中瑞零碳建筑項目瑞方實施團隊intep-Skat聯(lián)合全球領先的電梯供應商迅達電梯，為選定的示范工程提供高能效電梯規(guī)劃設計方面的支持。雙方團隊從電梯系統(tǒng)設計、智能監(jiān)控、群組控制、電梯節(jié)能標準等方面對現(xiàn)有電梯設計方案和產(chǎn)品進行了評估，并對其節(jié)能潛力進行了估算，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)能技術的進步，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)境友好標準的電梯技術尤為重要。在瑞士，依據(jù)ISO 25745-2標準，電梯應達到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. 設計優(yōu)化：

• 電梯系統(tǒng)整體設計追求緊湊、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備壽命提供優(yōu)化可能。

• 輕質(zhì)內(nèi)飾材料的應用提升運行效率，降低能耗。

2. 節(jié)能模式：

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

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

• 車門驅(qū)動裝置的待機模式設計兼顧安全與節(jié)能。

3. 關鍵節(jié)能技術：

• 無齒輪設備：無需潤滑油，運行平穩(wěn)，減少維護需求。

• 再生變頻器技術：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，快速進入低能耗狀態(tài)。

• 先進定位技術減少不必要的系統(tǒng)復位。

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：

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

7. 冷卻負擔與輔助效益：

• 發(fā)熱量減少高達 50%，降低電梯機房冷卻需求。   

• 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，致力于進一步探索低碳園區(qū)建設（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，設計運行高度和?？空緮?shù)不同以滿足貴賓服務、特定區(qū)域服務及大容量公共運輸?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)過瑞士團隊基于國際標準的能耗估算顯示，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團隊和示范工程進行了多次溝通，并提出了如下建議：

1. 合理布局與交通優(yōu)化：

• 在入口大廳設置便捷、美觀的樓梯，服務于一層間的快發(fā)通行，減少電梯使用需求，集中資源服務殘疾人或材料運輸?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)化轎廂設計：

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

5. 交通流量模擬：

• 在混合用途大樓等復雜場景中，項目初期應進行能源優(yōu)化為核心的交通流量模擬，為建筑設計提供科學依據(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)劃設計條件明確要求，該地塊項目全面按照國家標準《近零能耗建筑技術標準》（GB/T51350-2019）中“近零能耗建筑”的能效標準進行設計與建造，并取消了傳統(tǒng)集中供熱形式。設計過程使用了大量創(chuàng)新綠色低碳技術手段, 實現(xiàn)住宅區(qū)一年四季維持恒溫、恒濕、恒氧、恒靜、恒潔的高標準室內(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7個停靠站。瑞士團隊根據(jù)ISO標準及類似應用案例分析，預估單部電梯的年能耗在700至800千瓦時之間。此外，瑞士團隊提出如下建議，進一步提升項目節(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)濟效益。

  
  

2. 優(yōu)化轎廂裝飾設計：

• 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)化設計應以輕量化為原則，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)開展嚴寒地區(qū)節(jié)能降碳關鍵技術攻關，重點突破高緯度超低能耗建筑圍護結(jié)構(gòu)、新風技術、可再生能源應用、新型材料研發(fā)等技術瓶頸，推動技術、設備、材料等超低能耗科技成果應用與轉(zhuǎn)化。

建筑配備一部載重1,350公斤、運行速度1.75米/秒、?？?站的老舊電梯。項目團隊初步估算該電梯的年能耗為15,019千瓦時。經(jīng)過瑞士團隊基于國際標準的能耗估算顯示，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。新型電梯不僅技術更先進，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，應綜合評估現(xiàn)有電梯的運行狀態(tài)、備件供應、改造成本及效益等因素，制定科學合理的改造方案，以最大限度地實現(xiàn)節(jié)能目標并優(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行分析，發(fā)現(xiàn)在建設零碳建筑過程中，電梯能耗還有進一步降低空間，同時也是建筑實現(xiàn)零碳目標的一個關鍵因素。為此，intep-Skat團隊針對優(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準，所有供應商需嚴格遵循ISO標準，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：

• 在建筑設計中，通過在大堂顯著位置設置美觀便捷的樓梯，可引導一層內(nèi)的交通流，降低電梯使用頻率，進一步減少能耗。

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

3. 智能系統(tǒng)與協(xié)同技術應用：

• 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、LED照明、信息顯示屏等技術已成為標配，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，應關注產(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，也為建筑滿足綠色認證要求提供支持。   

5. 轎廂設計與附加重量控制：

• 電梯轎廂內(nèi)部裝飾材料的重量需嚴格控制，每增加一公斤負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，垂直運輸設備在建筑總能耗中的占比可能進一步上升。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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為了共同應對全球氣候變化，加強中瑞兩國在建筑行業(yè)減排領域的合作，2020年11月24日，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部與瑞士聯(lián)邦外交事務部與簽署了在建筑節(jié)能領域發(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，支持中國制定零碳建筑技術標準和建筑行業(yè)中長期碳減排路線圖，并在不同氣候區(qū)建設零碳建筑示范工程，同時開展多種形式的能力建設活動，最終推動中國建筑行業(yè)的碳中和發(fā)展。

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