高速群控电梯系统的能耗计算与分析

摘要

经济的快速发展和建筑业的不断进步使得电梯成为人们生产和生活中不可或缺的交通工具。电梯伴随着科技和工业的进步走过了一百多年的发展历程，2009年电梯被国务院列为“高耗能特种设备”，电梯的能耗状况从此进入人们的视野并逐渐受到广泛的关注。近年来，电梯的发展呈现高速化、智能化、群控化的趋势，大型写字楼中多台电梯并联运行的情况越来越多，而电梯群在并联群控后的节能效果就成了评价电梯群控算法优劣的重要指标。针对上述情况，笔者分析了曳引式电梯的结构原理以及能耗组成，建立了一套计算高速群控电梯系统能耗的方法，为电梯群控系统性能测试平台提供了电梯运行能耗与运行时间的计算方案。
　　本文首先在回顾和总结电梯能耗研究的研究现状和不足的前提下，通过分析常见曳引式电梯的工作原理，研究了电梯在不同工作状态下所具有的“四象限”运行特性;分析电梯工作和待机时的用电情况，阐明了电梯能耗的构成及其影响因素。其次，通过归纳电梯运行时各运动部件的运动情况，建立了电梯运行时的瞬时功率公式。公式建立了电梯瞬时功率与运行速度的关系，包含了电梯运行时全部机械能与阻力产生的热量。本文分别利用建立数学模型的方法和CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟的方法分别计算了导靴与导轨摩擦阻力能耗以及轿厢在井道中的空气阻力能耗。最后，通过实例结合电梯瞬时功率公式，利用MATLAB软件仿真计算一部电梯在各种工况（不同负载/运行距离）下的能耗，并通过与实验数据的对比验证了本文的能耗计算方法的合理性与可行性，在此基础上，根据电梯群控系统性能测试平台的原理和特点，给出了多台电梯群控并联状态下的能耗计算方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电梯现状及其发展趋势

1．1．1 国内电梯保有量现状

1．1．2 电梯的发展现状及趋势

1．2 电梯的能耗研究

1．2．1 电梯能耗

1．2．2 电梯的能耗计算与测量方法

1．2．3 电梯能耗计算与测量方法的发展趋势

1．3 课题研究的目的和意义

1．4 本文主要研究内容

第2章 电梯的动力学特性及能耗构成

2．1 电梯分类

2．2 电梯的“四象限”工作特性分析

2．2．1 电梯的结构

2．2．2 电梯的工作原理

2．2．3 电梯的“四象限”工作特性

2．3 电梯运行速度曲线

2．3．1 电梯速度的相关规定

2．3．2 常用的速度曲线

2．4 电梯的能耗构成及电梯节能技术

2．4．1 电梯的能耗构成

2．4．2 电梯节能技术

2．5 本章小结

第3章 电梯运行阻力产生的能耗分析

3．1 电梯导靴与导轨的摩擦阻力能耗分析

3．1．1 导靴的结构形式

3．1．2 导靴与导轨的摩擦阻力能耗分析

3．2 高速电梯轿厢空气阻力的湍流模型

3．2．1 控制方程和湍流模型的选择

3．2．2 边界条件的设置

3．3 基于FLUENT软件的数值模拟计算方法

3．3．1 CFD数值模拟计算方法

3．3．2 FLUENT软件应用说明

3．4 高速电梯轿隔、井道三维模型的建立与网格的划分

3．4．1 轿厢、井道三维模型的建立

3．4．2 计算区域网格的划分

3．5 基于FLUENT 3D求解器计算轿厢的空气阻力

3．6 仿真结果及分析

3．6．1 仿真结果

3．6．2 仿真结果分析

3．7 本章小结

第4章 群控电梯的能耗分析和计算

4．1 S5500型电梯参数及写字楼的建筑参数

4．1．1 电梯性能参数

4．1．2 写字楼的建筑参数

4．2 S5500型电梯的速度曲线及运行时间

4．2．1 S5500型电梯在写字楼中的速度曲线

4．2．2 S5500型电梯在写字楼中的运行时间

4．3 S5500型电梯的能耗计算

4．3．1 S5500型电梯的功率公式

4．3．2 S5500型电梯导靴与导轨的摩擦阻力能耗计算

4．3．3 S5500型电梯轿厢空气阻力计算

4．4 电梯运行能耗的计算结果及与实验结果的比较

4．4．1 S5500各种工况下的能耗计算结果

4．4．2 计算结果与实验结果的比较

4．5 群控电梯系统总能耗计算公式

4．5．1 计算流程

4．5．2 群控电梯系统总能耗计算公式

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况