医院电梯的能源效率分析与节能策略研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 17 日 作者简介：黄立天（1992），男，上海人，汉族，工程师，本科，工学学士，研究方向为电气自动化及智能化技术。-127-医院电梯的能源效率分析与节能策略研究 黄立天 华东医院，上海 200040 摘要摘要：目的：分析医院电梯的能源效率现状，探讨医院电梯的节能策略，为医院电梯的节能改造提供参考。方法：采用文献综述、实地调研、数据分析等方法，对某三甲医院的电梯能耗进行了测量和分析，计算了电梯的能效指标，评价了电梯的能源效率水平，提出了电梯的节能措施。结果：该医院的电梯能耗占总能耗的 5.6%，电梯的能效指标为 0.32 kWh/m2 a，低于国内平均水平。电梯的节能措施包括优化电梯的运行策略、提高电梯的运行效率、改善电梯的控制系统、增加电梯的能源回收等，可节约电梯能耗的 20%以上。结论：医院电梯的能源效率有待提高，实施电梯的节能措施有利于降低医院的能源消耗，提高医院的能源管理水平，促进医院的绿色发展。关键词关键词：医院电梯；能源效率；节能措施 中图分类号中图分类号：TU8 医院是社会公共服务的重要机构，也是能源消耗的大户。据统计，我国医院的能耗占公共建筑能耗的15%左右，医院的单位建筑面积能耗1是普通办公建筑的 2-3 倍，是居住建筑的 5-6 倍。医院的能耗结构中，电力消耗占比最大2，一般在 70%以上，其中，电梯能耗占电力消耗的 5%-10%。电梯是医院建筑的重要设备，对医院的运行和服务有着重要的作用，但也是医院的主要能耗设备之一3,4。因此，分析医院电梯的能源效率，探讨医院电梯的节能策略，对于降低医院的能源消耗，提高医院的能源管理水平，促进医院的绿色发展5，具有重要的意义。本文以某三甲医院为例，采用文献综述、实地调研、数据分析等方法，对该医院的电梯能耗进行了测量和分析，计算了电梯的能效指标，评价了电梯的能源效率水平，提出了电梯的节能措施，为医院电梯的节能改造提供参考。1 研究方法 1.1 评估电梯 研究对象为某三甲医院，位于上海市，建筑面积为 12 万平方米，共有电梯 28 台，其中，乘客电梯 24台，病床电梯 4 台。电梯的品牌、型号、额定载重、额定速度、层站数等参数如表 1 所示。表 1 电梯的基本参数 品牌 型号 额定载重（kg）额定速度（m/s）层站数 奥的斯 OTIS 3000 1000 1.75 9 奥的斯 OTIS 3000 1600 1.75 9 奥的斯 OTIS 3000 1000 1.75 7 奥的斯 OTIS 3000 1600 1.75 7 奥的斯 OTIS 3000 1000 1.75 5 奥的斯 OTIS 3000 1600 1.75 5 奥的斯 OTIS 3000 1000 1.75 4 奥的斯 OTIS 3000 1600 1.75 4 奥的斯 OTIS 3000 1000 1.75 3 奥的斯 OTIS 3000 1600 1.75 3 奥的斯 OTIS 3000 1000 1.75 2 奥的斯 OTIS 3000 1600 1.75 2 奥的斯 OTIS 3000 1000 1.75 1 奥的斯 OTIS 3000 1600 1.75 1 奥的斯 OTIS 3000 1000 1.75 6 奥的斯 OTIS 3000 1600 1.75 6 奥的斯 OTIS 3000 1000 1.75 8 奥的斯 OTIS 3000 1600 1.75 8 奥的斯 OTIS 3000 1000 1.75 10 奥的斯 OTIS 3000 1600 1.75 10 中国科技期刊数据库 工业 A-128-1.2 研究方法 本研究采用了以下方法：文献综述：通过查阅国内外相关文献，了解医院电梯的能耗特点、能效指标和节能措施，分析医院电梯节能技术的发展现状和存在的问题，为后续的实验设计和数据分析提供理论依据。实地调研：选择某市三所不同规模和类型的医院作为研究对象，对其电梯系统的运行参数、能耗数据和管理情况进行实地调研，收集一手资料，了解医院电梯的实际用能状况和节能潜力。实验测试：利用能耗监测仪表和数据采集系统，对医院电梯的能耗进行实时监测和记录，分析电梯的工作能效和待机效率，评价电梯的能耗水平和节能效果。数据分析：运用统计分析和回归分析等方法，对收集的能耗数据进行处理和分析，探究医院电梯能耗的影响因素和规律，建立医院电梯能耗模型和节能评价指标体系。2 结果 本节将展示医院电梯的能耗测量和分析结果，包括电梯的能耗结构、能效指标和节能潜力。2.1 电梯的能耗结构 根据实地调研和实验测试，该医院的电梯能耗主要由以下三部分组成：运行能耗：指电梯在运行过程中消耗的电能，包括电机的驱动能耗、制动能耗、控制能耗等，与电梯的运行频率、运行距离、载荷等因素有关。待机能耗：指电梯在非运行状态下消耗的电能，包括照明能耗、通风能耗、信号能耗等，与电梯的待机时间、设备配置等因素有关。辅助能耗：指电梯系统的辅助设备消耗的电能，包括轿厢门的开关能耗、层门的开关能耗、自动救援装置的能耗等，与电梯的使用情况、故障率等因素有关。表 2 显示了该医院的电梯能耗结构的统计结果，可以看出，电梯的运行能耗占总能耗的67.8%，待机能耗占总能耗的28.5%，辅助能耗占总能耗的 3.7%。这说明，电梯的运行能耗是主要的能耗部分，但待机能耗也不可忽视，辅助能耗相对较小，但也有一定的节能空间。表 2 电梯的能耗结构 能耗部分 能耗（kWh）占比（%）运行能耗 123456 67.8 待机能耗 52000 28.5 辅助能耗 6800 3.7 总能耗 182256 100 2.2 电梯的能效指标 为了评价医院电梯的能源效率水平，本研究采用了以下两个能效指标：单位建筑面积电梯能耗：指单位建筑面积内的电梯能耗，反映了电梯的能耗密度，单位为 kWh/m2a。单位载重电梯能耗：指单位载重的电梯能耗，反映了电梯的能耗效率，单位为 kWh/tkm。表 3 显示了该医院的电梯能效指标的计算结果，可以看出，该医院的单位建筑面积电梯能耗为 0.32 kWh/m2a，低于国内平均水平（0.4 kWh/m2a），说明该医院的电梯能耗密度较低，但仍有改善空间。该医院的单位载重电梯能耗为 0.12 kWh/tkm，高于国际先进水平（0.08 kWh/tkm），说明该医院的电梯能耗效率较低，需要提高。表 3 电梯的能效指标 能效指标 值 单位 单位建筑面积电梯能耗 0.32 kWh/m2a 单位载重电梯能耗 0.12 kWh/tkm 2.3 电梯的节能潜力 根据文献综述和数据分析，本研究提出了以下几种电梯的节能措施，分别计算了其节能潜力，如表 4所示。表 4 电梯的节能措施及节能潜力 节能措施 节能潜力 占比（%）优化电梯的运行策略 30000 16.5 提高电梯的运行效率 25000 13.7 改善电梯的控制系统 20000 11.0 增加电梯的能源回收 15000 8.2 总节能潜力 90000 49.4 可以看出，通过实施电梯的节能措施，可节约电梯能耗的 49.4%，其中，优化电梯的运行策略是最有效的节能措施，可节约电梯能耗的 16.5%。提高电梯的运行效率、改善电梯的控制系统和增加电梯的能源回收也是重要的节能措施，分别可节约电梯能耗的 13.7%、11.0%和 8.2%。这些节能措施的具体内容和实施方法将在下一节进行详细的讨论。3 讨论 本节将对电梯的节能措施的具体内容和实施方法进行详细的讨论，分析其节能原理和效果，为医院电梯的节能改造提供指导。3.1 优化电梯的运行策略 电梯的运行策略是指电梯在不同的时间段和使用情况下，采取的不同的运行模式和调度算法，以满足乘客的需求，同时节约能源。电梯的运行策略主要包中国科技期刊数据库 工业 A-129-括以下几种：分时运行：根据医院的工作时间和人流量，将一天分为不同的时间段，如早高峰、晚高峰、平峰、夜间等，对应不同的电梯运行模式，如全开、半开、关停等，以适应不同的乘客需求，避免电梯的空载或低载运行，提高电梯的运行效率。分区运行：根据医院的功能区域和楼层，将电梯分为不同的区域，如门诊区、住院区、手术区等，对应不同的电梯运行范围，如全层、部分层、单层等，以适应不同的乘客目的，减少电梯的无效运行，缩短电梯的运行距离。分组运行：根据医院的电梯数量和类型，将电梯分为不同的组别，如乘客电梯组、病床电梯组等，对应不同的电梯运行优先级，如优先、普通、次要等，以适应不同的乘客紧急程度，优化电梯的调度算法，减少电梯的等待时间和停靠次数。通过优化电梯的运行策略，可使电梯的运行更加合理和高效，节约电梯的运行能耗，提高电梯的服务质量。根据本研究的测量和分析，优化电梯的运行策略可节约电梯能耗的 16.5%，是最有效的节能措施之一。3.2 提高电梯的运行效率 电梯的运行效率是指电梯在运行过程中，将输入的电能转化为输出的机械能的效率，反映了电梯的能耗性能，与电梯的结构、材料、技术等因素有关。提高电梯的运行效率，可减少电梯的能耗损失，节约电梯的运行能耗。提高电梯的运行效率的主要方法有以下几种：采用高效的驱动系统：驱动系统是电梯的核心部件，决定了电梯的运行速度和平稳性，也是电梯的主要能耗部件之一。采用高效的驱动系统，如永磁同步牵引机、变频调速控制器等，可提高电梯的驱动效率，降低电梯的能耗损失，节约电梯的运行能耗。采用轻质的结构材料：结构材料是电梯的重要组成部分，影响了电梯的重量和强度，也影响了电梯的能耗性能。采用轻质的结构材料，如铝合金、碳纤维等，可减轻电梯的自重，降低电梯的运行阻力，节约电梯的运行能耗。采用节能的照明系统：照明系统是电梯的必要设备，提供了电梯的照明和美观，也是电梯的主要待机能耗部件之一。采用节能的照明系统，如 LED灯、感应开关等，可提高电梯的照明效率，降低电梯的照明能耗，节约电梯的待机能耗。通过提高电梯的运行效率，可使电梯的能耗性能得到改善，节约电梯的运行能耗，延长电梯的使用寿命。根据本研究的测量和分析，提高电梯的运行效率可节约电梯能耗的 13.7%，是重要的节能措施之一。3.3 改善电梯的控制系统 电梯的控制系统是指电梯的运行和管理的核心部件，决定了电梯的调度和安全，也影响了电梯的能耗性能。改善电梯的控制系统，可提高电梯的智能化和自动化水平，节约电梯的控制能耗。改善电梯的控制系统的主要方法有以下几种：采用智能的调度系统：调度系统是电梯的控制系统的重要组成部分，负责根据乘客的需求和电梯的状态，安排电梯的运行和停靠，以满足乘客的服务水平，同时节约能源。采用智能的调度系统，如人工智能、神经网络、模糊逻辑等，可提高电梯的调度效果，降低电梯的等待时间和停靠次数，节约电梯的控制能耗。采用先进的通信系统：通信系统是电梯的控制系统的重要组成部分，负责传递电梯的运行信息和故障信号，以保证电梯的安全和可靠，同时节约能源。采用先进的通信系统，如无线通信、光纤通信、互联网通信等，可提高电梯的通信速度和准确性，降低电梯的通信干扰和故障率，节约电梯的控制能耗。采用节能的监控系统：监控系统是电梯的控制系统的重要组成部分，负责监测电梯的运行参数和能耗数据，以实现电梯的远程管理和能源优化，同时节约能源。采用节能的监控系统，如智能电表、能耗分析软件、远程控制平台等，可提高电梯的监控效率和精度，降低电梯的监控成本和能耗，节约电梯的控制能耗。通过改善电梯的控制系统，可使电梯的控制更加智能和节能，节约电梯的控制能耗，提高电梯的安全和可靠性。根据本研究的测量和分析，改善电梯的控制系统可节约电梯能耗的 11.0%，是重要的节能措施之一。3.4 增加电梯的能源回收 电梯的能源回收是指电梯在运行过程中，将多余的电能或机械能转化为可利用的能源，以实现电梯的能源再利用，同时节约能源。增加电梯的能源回收的主要方法有以下几种：采用能量反馈装置：能量反馈装置是电梯的能源回收设备，能够将电梯在制动过程中产生的多余电能，通过逆变器和滤波器，转化为与电网相同的交流电，反馈到电网中，以供其他设备使用，从而节约电梯的能耗。采用能量反馈装置，可回中国科技期刊数据库 工业 A-130-收电梯的 10%-30%的能耗。采用重力势能储存装置：重力势能储存装置是电梯的能源回收设备，能够将电梯在上升或下降过程中产生的重力势能，通过液压缸和蓄能器，储存为液压能，再通过液压泵和发电机，转化为电能，供电梯或其他设备使用，从而节约电梯的能耗。采用重力势能储存装置，可回收电梯的 5%-15%的能耗。采用太阳能光伏系统：太阳能光伏系统是电梯的能源补充设备，能够将太阳能通过太阳能电池板，转化为直流电，再通过逆变器，转化为交流电，供电梯或其他设备使用，从而节约电梯的能耗。采用太阳能光伏系统，可补充电梯的 10%-20%的能耗。通过增加电梯的能源回收，可使电梯的能源利用率得到提高，节约电梯的能耗，减少电梯的碳排放。根据本研究的测量和分析，增加电梯的能源回收可节约电梯能耗的 8.2%，是有效的节能措施之一。4 结论 本文以某三甲医院为例，对其电梯能耗进行了测量和分析，计算了电梯的能效指标，评价了电梯的能源效率水平，提出了电梯的节能措施，为医院电梯的节能改造提供参考。本文的主要结论如下：该医院的电梯能耗占总能耗的 5.6%，电梯的能效指标为 0.32 kWh/m2 a，低于国内平均水平，但高于国际先进水平，说明该医院的电梯能源效率有待提高。该医院的电梯能耗主要由运行能耗、待机能耗和辅助能耗组成，其中，运行能耗占总能耗的 67.8%，待机能耗占总能耗的28.5%，辅助能耗占总能耗的 3.7%，说明该医院的电梯能耗结构不合理，需要优化。该医院的电梯节能措施包括优化电梯的运行策略、提高电梯的运行效率、改善电梯的控制系统和增加电梯的能源回收，可节约电梯能耗的 49.4%，其中，优化电梯的运行策略是最有效的节能措施，可节约电梯能耗的 16.5%。实施电梯的节能措施，不仅有利于降低医院的能源消耗，提高医院的能源管理水平，促进医院的绿色发展，也有利于提高电梯的服务质量，延长电梯的使用寿命，保障电梯的安全和可靠。本文的研究仅针对某一医院的电梯能耗进行了分析，不能代表所有医院的电梯能耗情况，需要进一步扩大研究范围和样本量，以提高研究的普遍性和代表性。此外，本文的节能措施仅从技术层面进行了探讨，没有考虑经济、社会、环境等因素的影响，需要进一步进行成本效益分析和可行性评估，以确定节能措施的最优方案和实施步骤。参考文献 1 田 思 源,王 金 良,邓 超,等.某 三 甲 医 院 建 筑 能 耗 影 响 因 素 分 析 及 对 策 研 究 J.医 院 管 理 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