一、引言
（一）研究背景与意义
在全球城市化进程持续加速的当下，城市的天际线不断被刷新，高层建筑如雨后春笋般拔地而起，成为现代都市的显著标志。据相关数据统计，过去十年间，全球高层建筑数量以每年 5% 的速度递增，仅在我国，每年新增的高层建筑就超过数千栋。电梯作为高层建筑不可或缺的垂直运输工具，其重要性不言而喻。
然而，电梯在为人们带来便捷的同时，也成为了建筑能耗的 “大户”。通常情况下，一部普通电梯的日均耗电量在 50 – 150 度之间，在一些超高层建筑中，电梯能耗甚至更高。从建筑整体能耗占比来看，电梯能耗约占建筑总用电量的 5% – 15%，仅次于中央空调系统，成为建筑能耗的第二大 “主力军”。以一座拥有 50 部电梯的大型商业综合体为例，每年电梯的耗电量可达数百万度，这不仅意味着高额的能源成本支出，更对能源供应和环境造成了巨大压力。
随着全球对环境保护和可持续发展的关注度不断提高，降低建筑能耗、实现节能减排已成为建筑行业的重要使命。我国提出的 “双碳” 目标，为建筑行业的绿色发展指明了方向。在这一背景下，降低电梯能耗作为建筑节能减排的关键环节，具有极其重要的现实意义。
一方面，降低电梯能耗有助于减少能源浪费，提高能源利用效率。通过采用先进的节能技术，电梯能够在运行过程中更加合理地利用能源，将制动能量转化为电能回馈电网，或根据实际需求智能调整运行速度和功率，从而有效降低能源消耗。这不仅可以为建筑业主节省大量的电费支出，降低运营成本，还能缓解能源供应紧张的局面，为国家的能源安全做出贡献。
另一方面，降低电梯能耗对于推动 “双碳” 目标的实现具有积极作用。电梯能耗的降低意味着减少了二氧化碳等温室气体的排放，有助于缓解全球气候变暖的压力。据估算，若全国所有电梯都能实现节能 20%，每年可减少数千万吨的二氧化碳排放，这对于改善环境质量、保护生态平衡具有重要意义。
此外，降低电梯能耗还能提升电梯运行的安全性和可靠性。许多节能技术的应用，如智能控制技术、能量回馈技术等，不仅能够降低能耗，还能优化电梯的运行性能，减少设备的磨损和故障发生率，延长电梯的使用寿命，为用户提供更加安全、舒适的乘梯体验。
二、电梯节能技术原理
（一）能量转换与浪费现状
电梯的运行过程，本质上是一个电能与机械能之间进行动态转换的过程。在这个过程中，电梯主要由轿厢、对重以及曳引机三大部分构成 。对重的重量一般设计为轿厢满载重量的一半，其目的是在电梯运行时起到平衡轿厢重量的作用，以减少曳引机的负载和能耗。
当电梯运行时，如果轿厢和对重的重量处于平衡状态，即轿厢载重量约为 50%（以 1 吨载客电梯为例，乘客大约为 7 人左右）时，电梯运行所需的能量主要用于克服摩擦力和其他阻力，此时曳引机的能耗相对较低。然而，当电梯处于不平衡状态时，情况就会发生变化。例如，在满载下行或空载上行时，轿厢和对重之间会产生较大的质量差，这就使得曳引机的工作状态发生改变。在这种情况下，曳引机不再仅仅是一个电能消耗设备，而是会进入发电状态。
在传统的电梯设计中，当曳引机进入发电状态时，产生的再生电能往往没有得到有效的利用。通常的做法是通过电阻将这些再生电能转化为热能，然后散失到周围环境中。这一过程不仅造成了大量的能量浪费，还带来了一系列其他问题。据相关研究和实际运行数据统计，这种能量浪费现象导致电梯年均能耗损失在 30%-40% 之间，这是一个相当可观的数字。
同时，电阻发热会使机房温度急剧升高，尤其是在夏季高温环境下，机房温度甚至可达 100℃以上。过高的温度不仅会加速电梯设备和元器件的老化，降低其使用寿命，还可能引发设备故障，影响电梯的正常运行。为了保证设备的正常运行，不得不安装空调等降温设备，这又进一步增加了能源的消耗，形成了一个恶性循环。
（二）核心节能原理
- 能量回收再利用：为了解决传统电梯能量浪费的问题，现代电梯引入了能量回馈装置。其工作原理是基于再生制动技术，当电梯处于发电状态时，比如在满载下行或空载上行过程中，曳引机产生的再生电能首先通过变频器的三相逆变桥反向回到变频的直流端，存储到直流电容里面。然而，直流电容的容量有限，当曳引机产生的电能超过直流电容的容量时，能量回馈装置便开始发挥作用。它会自动检测变频器的直流母线电压，将变频器直流环节的直流电压逆变为与电网电压同频同相的交流电压，经过多重噪声滤波环节后，连接到交流电网。这样一来，原本被浪费的再生电能就可以回馈至电网，供其他用电设备使用，或者存储于储能设备中，实现了 “废电” 的二次利用 。这不仅避免了传统方式中电能通过电阻转化为热能而造成的能量损耗，还减少了对电网的污染，提高了能源利用效率。例如，在一些安装了能量回馈装置的高层建筑中，电梯回收的电能可以满足部分楼层的照明或其他低功率设备的用电需求，大大降低了建筑的整体能耗。
- 效率优化：在电梯的驱动系统中，永磁同步电机和变频调速技术是实现效率优化的关键。永磁同步电机利用永久磁铁产生的磁场与电磁感应原理相结合，与传统的交流异步电机相比，具有更高的运行效率和功率因数。其结构包括定子绕组、转子以及内部或外部的永磁体，当电流通过定子绕组时，会产生旋转磁场，与转子上的永磁体相互作用，产生驱动力矩，从而实现电机的旋转。在电梯应用中，永磁同步电机能够显著降低能耗，减少运行成本，特别是在高速电梯和变频调速电梯中，这种节能效果尤为明显。同时，由于其采用扁平、盘式外形，还可以直接带动曳引轮曳引电梯运行，不需要机械减速机构，使得无齿轮曳引机的机械结构变得非常简单，进一步降低了能量损耗和维护成本。
变频调速技术则可以根据电梯的实际运行需求，实时调整电机的转速和扭矩。在电梯启动、加速、减速、平层等不同阶段，负载情况存在较大差异，变频调速技术能够使电机在不同工况下都保持最佳的运行状态。例如，当电梯空载或者轻载时，系统会自动降低电机功率，避免无效能耗；而在重载时，则提供足够的动力，确保电梯正常运行。通过这种方式，有效地减少了电机运行过程中的铁损、铜损以及机械传动损耗，提高了整个驱动系统的效率。据实际测试数据显示，采用变频调速技术的电梯相比定频机型，节能效果可达 25%-35% 。
- 智能调度：智能调度技术主要依靠群控算法来实现。在高层建筑中，通常会配备多台电梯，如果调度不合理，就容易出现部分电梯空载运行、部分电梯超载排队的情况，从而导致能源的浪费。智能群控系统通过安装在电梯轿厢、楼层以及电梯机房等位置的各种传感器，实时采集电梯的运行数据，包括电梯所在楼层、行驶方向、当前载重量、最大载重量、当前载重人数、最大载重人数等，同时收集各楼层的人流量信息。然后，利用先进的算法对这些数据进行分析和处理，根据乘客流量的变化、楼层分布以及时间等因素，动态地分配电梯任务。
例如，在工作日的早高峰时段，大量人员从低层涌向高层办公区，群控系统会集中调度电梯至低层，优先响应低层的呼叫请求，将乘客快速输送到高层；而在晚高峰时，则优先响应高层呼叫，将乘客送回低层。通过这种方式，有效地减少了电梯的空载运行时间和无效等待时间，避免了电梯之间的相互干扰和资源浪费，降低了电梯系统的整体能耗。测试表明，智能群控系统可降低电梯整体能耗 15%-20%，同时还能提高电梯的运行效率和乘客的满意度，提升了建筑的整体服务水平 。
三、现代电梯主要节能技术解析
（一）硬件层面节能技术
1. 高效驱动系统技术
- 永磁同步曳引机（PMSM）：在现代电梯的节能变革中，永磁同步曳引机（PMSM）无疑是驱动系统革新的关键代表。传统的异步电机在电梯应用中，依赖齿轮箱进行减速驱动，这一机械结构虽然实现了动力传输，但也带来了不可忽视的能量损耗。齿轮之间的摩擦、润滑的需求以及机械振动，都使得大量电能在转换为机械能的过程中被白白消耗，其效率往往仅能维持在 70% 左右。
而永磁同步曳引机则带来了全新的解决方案，它摒弃了传统的齿轮箱结构，采用无齿轮直接驱动的方式。这种创新设计使得电机能够直接与轿厢相连，减少了中间传动环节的能量损失。通过永磁体提供恒定的磁场，电机在运行过程中能够更加高效地将电能转化为机械能，其效率可大幅提升至 90% 以上。
从实际应用数据来看，这种节能效果尤为显著。以某品牌电梯为例，在采用永磁同步曳引机之前，单台电梯的年耗电量高达 1.2 万度，而在更换为永磁同步曳引机后，年耗电量锐减至 7000 度，节能率达到了惊人的 40%。这不仅为建筑运营者节省了大量的电费开支，还显著降低了能源消耗，减少了对环境的影响。
除了节能优势，永磁同步曳引机还具备诸多其他优点。由于取消了齿轮箱，运行过程中的噪音大幅降低，为乘客提供了更加安静舒适的乘梯环境。同时，减少了机械部件的磨损，设备的维护成本显著降低，使用寿命也得到了有效延长，为电梯的长期稳定运行提供了有力保障。
2. 变频调速技术（VVVF）：变频调速技术（VVVF）作为现代电梯节能的另一项核心技术，在优化电梯运行效率方面发挥着关键作用。在电梯的运行过程中，启动、加速、减速、平层等不同阶段的负载情况存在着显著差异。传统的定频电梯，电机以固定的频率运行，无法根据实际负载变化进行调整，导致在轻载时电机仍输出较大功率，造成了能源的浪费，就如同 “大马拉小车”，动力过剩却无法有效利用。
变频调速技术则彻底改变了这一局面。它通过先进的电力电子器件和控制算法，能够实时监测电梯的运行状态和负载变化，并据此精确调整电机的转速和扭矩。当电梯处于轻载状态时，系统会自动降低电机的输出功率，使电机以较低的转速运行，从而减少了能源的消耗。据实际测试，在轻载情况下，变频调速电梯的功率输出可比传统定频电梯降低 30% 左右。
而在重载或需要快速升降的情况下，变频调速系统又能迅速响应，为电机提供足够的动力，确保电梯的正常运行和快速高效的服务。这种根据实际需求动态调整电机运行参数的能力，有效避免了传统电梯固定功率运行所带来的能源浪费，实现了能源的合理利用。
实测数据显示，与定频机型相比，变频调速电梯的节能效果可达 25%-35%。这一显著的节能成果，不仅体现了变频调速技术在能源利用效率上的巨大优势，也为建筑节能事业做出了重要贡献。
此外，变频调速技术还极大地提升了电梯运行的平稳性和舒适性。在启动和制动过程中，通过平滑地调整电机转速，有效减少了传统电梯常见的冲击和顿挫感，为乘客提供了更加平稳、舒适的乘梯体验。同时，由于减少了电机的频繁启动和停止，以及运行过程中的机械冲击，设备的磨损也大大降低，进一步延长了电梯的使用寿命，降低了维护成本。
2. 能量回收技术
- 能量回馈装置：能量回馈装置是实现电梯能量回收的核心设备，其工作原理基于先进的电力电子技术，主要由 IGBT 逆变器与滤波模块等关键部件构成。当电梯处于发电状态时，比如在满载下行或空载上行过程中，曳引机产生的再生电能首先通过变频器的三相逆变桥反向回到变频的直流端，存储到直流电容里面。然而，直流电容的容量有限，当曳引机产生的电能超过直流电容的容量时，能量回馈装置便开始发挥关键作用。
它会自动检测变频器的直流母线电压，当检测到直流电压达到一定阈值时，装置内部的 IGBT 逆变器开始工作。IGBT 作为一种高性能的电力电子器件，具有开关速度快、导通压降低等优点，能够高效地将变频器直流环节的直流电压逆变为与电网电压同频同相的交流电压。
为了确保回馈到电网的电能质量，逆变后的交流电还需要经过多重噪声滤波环节。LCL 滤波模块是其中的关键组成部分，它能够有效地滤除交流电中的高次谐波和杂波，使电能更加纯净，符合电网的接入标准。经过滤波处理后的电能，最终通过连接装置回馈至电网，实现了电梯制动能量的再利用。
这种能量回收技术不仅具有显著的节能效果，平均节能率超过 30%，还能带来一系列其他的效益。由于减少了电阻发热所产生的热量，机房温度可降低 60%-80%，这大大减轻了机房空调的制冷负担，减少空调能耗 30% 以上。同时，较低的机房温度有助于延长电梯设备和元器件的使用寿命，一般可延长 15%-20%，减少了设备的维护和更换成本，提高了电梯运行的稳定性和可靠性。
（二）软件与控制层面节能技术
1. 智能群控调度系统
在高层建筑中，电梯的高效运行对于满足人们的出行需求至关重要。智能群控调度系统作为一种先进的电梯控制技术，通过大数据分析乘客流量、时段分布及楼层需求等多方面信息，实现了对多台电梯的智能协调与动态分配，从而有效降低了电梯系统的能耗，提高了运行效率。
该系统的核心在于其强大的数据分析能力。通过安装在电梯轿厢、楼层以及电梯机房等位置的各种传感器，系统能够实时采集大量的运行数据，包括电梯所在楼层、行驶方向、当前载重量、最大载重量、当前载重人数、最大载重人数等，同时收集各楼层的人流量信息。利用这些数据，系统运用先进的算法进行深度分析，准确把握乘客的出行规律和需求变化。
在实际运行中，智能群控调度系统能够根据不同的时段和楼层需求，动态分配电梯任务。例如，在工作日的早高峰时段，大量人员从低层涌向高层办公区，系统会集中调度电梯至低层，优先响应低层的呼叫请求，将乘客快速输送到高层；而在晚高峰时，人员从高层返回低层，系统则优先响应高层呼叫，合理安排电梯运行，将乘客高效送回低层。通过这种精准的任务分配，有效减少了电梯的空载往返次数，避免了电梯之间的相互干扰和资源浪费。
据测试表明，采用智能群控调度系统的电梯，整体能耗可降低 15%-20%。同时，由于系统能够更加合理地安排电梯运行，乘客的平均等待时间也可缩短 10%-15%，大大提高了乘客的满意度，提升了建筑的整体服务水平。智能群控调度系统的应用，不仅实现了电梯运行的节能高效，还为人们的出行带来了更加便捷、舒适的体验，是现代电梯节能技术发展的重要方向之一。
2. 低功耗休眠机制
- LED 照明与自动休眠：在电梯能耗中，轿厢照明虽然占比较小，但长期积累下来也是一笔不容忽视的能源消耗。传统的电梯轿厢通常采用白炽灯作为照明光源，这种光源不仅发光效率低，能耗高，而且寿命较短，需要频繁更换，增加了维护成本。
随着照明技术的发展，LED 灯逐渐成为电梯照明的理想选择。LED 灯具有高效节能的特点，相比传统白炽灯，其能耗可降低 80% 左右。这是因为 LED 灯采用半导体发光原理，能够将电能直接转化为光能，发光效率高，且在发光过程中产生的热量较少，减少了能量的无效损耗。同时，LED 灯的寿命也大幅延长，可达传统白炽灯的 5 倍以上，这意味着在电梯的使用寿命内，LED 灯的更换次数大大减少，降低了维护成本和资源浪费。
为了进一步降低能耗，现代电梯还配备了人体感应或定时休眠功能。当电梯无人使用时，通过人体感应传感器检测到轿厢内无人活动，或者达到预设的定时时间后，系统会自动关闭 80% 的照明与通风设备。这种自动休眠机制能够在电梯闲置时及时减少能源消耗，根据实际使用情况统计，每台电梯通过这种方式年节电约 800 – 1200 度，在实现节能的同时，也不影响电梯的正常使用，当有乘客进入轿厢时，照明和通风设备会迅速恢复正常工作状态。
2. 待机低功耗模式：在非高峰时段，如夜间或建筑物使用率较低的时间段，电梯通常处于待机状态。传统的电梯控制柜在待机时仍然保持较高的功率消耗，以维持系统的运行和监控功能。然而，这种方式造成了不必要的能源浪费。
为了解决这一问题，现代电梯引入了待机低功耗模式。在这种模式下，电梯控制柜通过优化电路设计和智能控制算法，将待机功率从传统的 200W 降至 50W 以下。这一显著的功率降低，意味着在待机期间，电梯的能源消耗大幅减少。以一台每天待机时间为 12 小时的电梯为例，采用低功耗待机模式后，每日可节省 3.6 度电，全年节电超过 1300 度，节能效果十分可观。
同时，为了确保电梯在待机期间的安全性和应急响应能力，低功耗待机模式并不会影响电梯的紧急呼叫响应速度。当有紧急情况发生时，电梯控制系统能够迅速从低功耗状态切换到正常工作状态，及时响应乘客的紧急需求，保障乘客的安全。这种在节能与安全之间的平衡设计，使得待机低功耗模式成为现代电梯节能的重要手段之一，既降低了能源消耗，又不牺牲电梯的基本功能和安全性。
四、节能技术应用效果与案例分析
（一）典型项目改造数据
为了更直观地展现各种节能技术在实际应用中的效果，我们对多个典型项目的改造数据进行了深入分析和总结，具体数据如下表所示：
| 技术类型 | 节能率 | 机房温度下降 | 维护成本降低 | 投资回收期 |
| 能量回馈装置 | 25%-50% | 40℃-60℃ | 15%-25% | 1-2 年 |
| 永磁同步电机 | 30%-40% | - | 20%-30% | 2-3 年 |
| 智能群控系统 | 15%-20% | - | 10%-15% | 1-2 年 |
从表中数据可以清晰地看出，能量回馈装置在节能方面表现出色，节能率高达 25%-50%，同时能使机房温度显著下降 40℃-60℃，有效改善了机房的工作环境，降低了设备因高温而出现故障的风险，维护成本也随之降低 15%-25%。其投资回收期相对较短，仅为 1-2 年，这意味着在较短的时间内，建筑业主就能通过节能节省的电费收回设备投资成本，实现经济效益与环境效益的双赢。
永磁同步电机同样展现出强大的节能优势，节能率达到 30%-40%。由于其采用无齿轮直接驱动方式，减少了机械传动部件的磨损，使得维护成本降低了 20%-30%。虽然投资回收期为 2-3 年，相对能量回馈装置略长，但从长期来看，其稳定的节能效果和较低的维护成本，依然能为建筑运营带来可观的经济效益。
智能群控系统则侧重于优化电梯的运行调度，通过合理分配电梯任务，节能率可达 15%-20%。同时，它还能减少电梯的空载运行时间和无效等待时间，降低设备的磨损，使维护成本降低 10%-15%。投资回收期为 1-2 年，在提升电梯运行效率和服务质量的同时，也为建筑节能做出了重要贡献。
（二）实际应用案例
- 太原某公寓改造项目：太原某公寓在电梯改造项目中，通过加装能量回馈装置，实现了显著的节能效果和设备性能提升。该公寓的电梯在改造前，能耗较高，尤其是在夏季高温时段，机房温度常常超过 100℃，这不仅导致电梯设备的故障率增加，还严重影响了电梯的正常运行。同时，为了降低机房温度，不得不长时间开启空调，进一步增加了能源消耗。
在加装能量回馈装置后，情况得到了极大的改善。能量回馈装置能够将电梯在制动过程中产生的再生电能回收并回馈至电网，实现了能源的再利用。经实际测量，单台电梯年回收电能可达 5000 度，这一数字相当于减少了约 5 吨的二氧化碳排放，为环保事业做出了积极贡献。
机房温度也得到了有效控制，从原来的超 100℃降至 40℃以下。这不仅减少了空调的运行时间，经统计夏季空调运行时间减少了 50%，还降低了设备的故障率。根据公寓物业管理部门的数据，电梯故障率下降了 30%，设备的使用寿命也得到了延长，约延长了 5 年。这意味着在未来的 5 年内，公寓无需对电梯进行大规模的设备更换，节省了大量的设备更新成本。
此外，节能效果还直接体现在电费支出的减少上。按照当地的电价计算，年节省电费可达 4015 元。这对于公寓的运营方来说，是一笔实实在在的经济收益，同时也为其他类似建筑的电梯节能改造提供了宝贵的经验和参考。
2. 某商业综合体群控系统应用案例：某商业综合体拥有 8 台电梯，在安装智能群控系统之前，电梯的运行效率较低，能耗较高。由于缺乏有效的调度管理，电梯之间常常出现相互干扰的情况，导致部分电梯空载往返次数较多，而部分乘客等待时间过长。
在安装智能群控系统后，这一情况得到了明显改善。智能群控系统通过实时采集电梯的运行数据和各楼层的人流量信息，运用先进的算法进行分析和处理，实现了对电梯的智能调度。在早高峰时段，系统会集中调度电梯至低层，优先响应低层的呼叫请求，将乘客快速输送到高层；而在晚高峰时，则优先响应高层呼叫，合理安排电梯运行，将乘客高效送回低层。
通过这种智能调度方式，该商业综合体的 8 台电梯整体能耗降低了 18%。同时，电梯的空载率从原来的 25% 降至 10% 以下，大大提高了能源利用效率。乘客的平均等待时间也从原来的 45 秒缩短至 30 秒，这不仅提升了乘客的满意度，据调查用户满意度提升了 25%，还有助于提升商业综合体的整体形象和服务质量，吸引更多的顾客前来消费。
五、发展趋势与挑战
（一）技术发展方向
1. 智能化与物联网融合
在未来的电梯发展中，智能化与物联网的融合将成为关键趋势。随着科技的飞速发展，电梯将不再仅仅是一个简单的垂直运输工具，而是逐渐演变成一个智能化的综合服务平台。通过集成云端监控平台，电梯能够实现对自身运行状态的全方位实时追踪。
在能耗数据监测方面，云端监控平台可以精确记录电梯在不同运行阶段的耗电量，包括启动、加速、匀速运行、减速以及待机等各个状态下的能耗情况。同时，还能对设备状态进行详细监测，如电机的温度、振动情况，电梯轿厢的门系统状态，以及各种传感器的工作状态等。
借助人工智能算法，电梯能够根据实时采集到的数据，动态优化运行策略。例如，通过分析历史运行数据和当前的实际需求，预测不同时段、不同楼层的人流量，从而提前调整电梯的运行速度和停靠策略，避免不必要的能源消耗。在低峰期，自动调整为节能模式，减少电机的运行功率；在高峰期，则合理安排电梯的运行顺序，提高运输效率，减少乘客等待时间，同时降低整体能耗。
“预测性维护” 也是智能化与物联网融合的重要应用方向。通过对设备运行数据的实时分析，提前预测可能出现的故障隐患，及时安排维护人员进行预防性维护，避免设备突发故障对正常运行造成影响。这不仅能够提高电梯运行的安全性和可靠性，还能减少因设备故障导致的能源浪费。预计在未来 5 年内，智能节能技术在电梯领域的普及率将超过 60%，成为电梯节能的重要手段。
2. 储能技术深化应用
储能技术在电梯领域的深化应用是未来的重要发展方向之一。随着超级电容和锂电池组等储能技术的不断进步，它们在电梯能量回收和利用方面的优势将得到更充分的发挥。
在传统的电梯能量回馈系统中，当电梯制动产生再生电能时，这些电能通常直接回馈至电网。然而，这种方式存在一定的局限性，如可能会对电网造成电压波动等影响。而结合超级电容或锂电池组的储能型节能装置，则能够有效解决这一问题。
当电梯产生再生电能时，储能装置会首先将这些电能储存起来。在电梯需要能量时，如启动或加速阶段，储能装置再将储存的电能释放出来，为电梯提供动力，实现能量的 “即生即用”。这种方式不仅能够提高能源利用效率，还能减少对电网的依赖，降低因电网波动对电梯运行的影响。
在一些独立场景，如偏远地区的建筑或电力供应不稳定的区域，储能型节能装置的优势更加明显。即使在电网停电的情况下，储能装置储存的能量也能够保证电梯的正常运行，为乘客提供安全保障。
随着技术的不断成熟和成本的逐步降低，预计到 2030 年，储能型节能装置在电梯市场的占比将达到 30%，成为电梯节能的重要组成部分。
3. 绿色材料与结构创新
绿色材料与结构创新在电梯节能领域具有巨大的发展潜力。在轿厢材料方面，采用轻量化的新型材料，如碳纤维材质，能够显著降低轿厢的重量。碳纤维材料具有高强度、低密度的特点，相比传统的金属材料，其重量可减轻 40% – 50%。
轿厢重量的降低，意味着对重需求的减少。对重是电梯系统中用于平衡轿厢重量的部件，减少对重需求可以降低曳引机的负载，从而减少电机在运行过程中的能耗。同时，配合优化对重配置技术，根据电梯的实际载重量动态调整对重重量，能够进一步提高电梯的运行效率，减少能源消耗。
通过对重配置技术的优化，当电梯轻载时，适当减轻对重重量，使电梯运行更加轻松；当电梯重载时，则增加对重重量，保证电梯的稳定运行。这种动态调整对重重量的方式，能够使电梯在不同负载情况下都保持最佳的运行状态，预计综合节能率可再提升 10% – 15%。
绿色材料的应用还能带来其他好处，如提高轿厢的安全性和舒适性。碳纤维材料具有良好的耐腐蚀性和抗震性能，能够提升轿厢的耐用性和乘坐的稳定性。此外，一些环保材料的应用，还能减少电梯运行过程中对环境的影响，符合可持续发展的理念。
（二）政策与市场驱动
1. 标准与补贴推动
在政策层面，国家对电梯节能的重视程度不断提高，将电梯节能纳入高能耗特种设备目录，体现了对电梯能耗问题的关注和管控决心。这一举措促使电梯行业更加积极地研发和应用节能技术，以满足国家的节能标准要求。
为了鼓励电梯节能技术的推广应用，政府出台了一系列补贴政策。对于节能率超过 30% 的电梯节能装置，可获得专项补贴，补贴额度通常为投资额的 15% – 20%。这一补贴政策对于建筑业主和电梯企业来说，具有很大的吸引力。一方面，建筑业主在安装节能装置时，可以获得一定的资金支持，降低了设备采购和安装的成本压力；另一方面，电梯企业也更有动力投入研发和生产节能产品，以满足市场需求，获取政策红利。
在地方层面，北京、上海等地已经率先采取行动，强制要求新建建筑的电梯能效等级不低于 2 级。这一标准的实施，对新建建筑的电梯选型和设计提出了更高的要求。电梯企业需要不断优化产品设计，采用先进的节能技术，以确保产品符合能效等级标准。同时，这也促使建筑开发商在选择电梯产品时，更加注重节能性能，推动了节能电梯市场的发展。
2. 存量市场改造需求
我国电梯保有量巨大，且随着时间的推移，老旧电梯的数量不断增加。据统计，我国超过 15 年的老旧电梯数量近 90 万台，这些老旧电梯普遍存在能耗高、设备老化、安全隐患大等问题。
随着人们对节能减排和电梯安全性能的关注度不断提高，老旧电梯的改造需求日益迫切。存量市场的改造不仅是对电梯设备的更新换代，更是提升电梯节能水平的重要契机。在改造过程中，能量回馈装置、永磁电机替换等成为主要的改造方向。
能量回馈装置能够将电梯制动过程中产生的再生电能回收利用，有效降低电梯能耗；永磁电机相比传统电机，具有更高的效率和更低的能耗，能够显著提升电梯的节能效果。预计到 2025 年，老旧电梯改造市场规模将达到 200 亿元，年复合增长率超过 25%。这一巨大的市场规模，为电梯节能技术的应用和发展提供了广阔的空间，也吸引了众多企业参与到老旧电梯改造项目中，推动了电梯节能产业的发展。
（三）挑战与对策
1. 初期成本较高
尽管电梯节能技术在长期运行中能够带来显著的经济效益和环境效益，但在推广应用过程中，初期成本较高是一个不可忽视的挑战。节能设备的投资成本通常比传统方案高出 20% – 30%，这主要是由于节能技术的研发投入、高性能材料的使用以及先进制造工艺的要求等因素导致的。
对于建筑业主来说，较高的初期投资可能会超出预算，增加了决策的难度。为了解决这一问题，合同能源管理（EMC）模式应运而生。合同能源管理是一种基于市场运作的节能新机制，节能服务公司（ESCO）与用能单位以契约形式约定节能项目的节能目标，节能服务公司为实现节能目标向用能单位提供必要的服务，用能单位以节能效益支付节能服务公司的投入及其合理利润。
在电梯节能领域，节能服务公司负责投资采购节能设备，并进行安装和调试，确保电梯节能改造项目的顺利实施。在项目实施后，节能服务公司与建筑业主按照合同约定，分享电梯节能所带来的经济效益。这种模式使得建筑业主无需一次性支付高额的设备采购费用，降低了资金压力和投资风险。同时，节能服务公司为了获取更多的节能收益，也会积极采用先进的节能技术和设备，确保节能效果的最大化。通过合同能源管理模式，能够有效缩短投资回收期，提高建筑业主对电梯节能改造的积极性。
2. 技术兼容性问题
在老旧电梯改造过程中，技术兼容性问题是另一个需要解决的关键挑战。老旧电梯的控制系统通常较为落后，与现代的节能设备和技术存在兼容性难题。不同品牌、不同型号的电梯控制系统在硬件接口、通信协议等方面存在差异，这使得节能设备的安装和调试变得复杂，增加了改造的技术难度和成本。
为了解决技术兼容性问题，需要开发模块化接口和即插即用装置。模块化接口能够将不同的设备和系统进行标准化连接，使得节能设备能够方便地接入老旧电梯的控制系统。即插即用装置则简化了设备的安装过程，用户只需将装置插入相应的接口，即可实现设备的快速安装和调试，无需进行复杂的编程和配置工作。
通过开发模块化接口和即插即用装置，可以降低老旧电梯改造的技术门槛，使更多的企业和技术人员能够参与到改造项目中。同时，也能够提高改造的效率和质量，减少因技术兼容性问题导致的改造失败和延误，为老旧电梯节能改造的大规模推广提供技术保障。
六、结论与建议
（一）研究结论
现代电梯节能技术在降低能耗、提升运行效率和环保性能方面取得了显著成效，为建筑领域的可持续发展做出了重要贡献。通过硬件升级、软件优化以及能量循环利用等多维度的技术创新，电梯节能已实现了从理论研究到广泛应用的跨越。
在硬件层面，永磁同步电机和能量回馈装置的应用是节能的关键突破。永磁同步电机凭借其高效的能量转换效率和直接驱动的结构优势，相比传统异步电机，可降低能耗 30%-40%，有效提升了电梯驱动系统的能效。能量回馈装置则成功解决了电梯制动能量浪费的问题，将再生电能回输至电网或储能设备，节能率高达 25%-50%，同时还改善了机房环境，延长了设备使用寿命。
软件与控制层面的智能群控调度系统和低功耗休眠机制，从优化运行策略和降低待机能耗两个方面实现了节能目标。智能群控系统通过大数据分析和智能算法，动态分配电梯任务，减少了空载运行和无效等待时间，整体能耗降低 15%-20%，提升了电梯系统的运行效率和服务质量。低功耗休眠机制则在电梯闲置时自动降低照明、通风和控制系统的能耗，年节电可达 800 – 1200 度，有效减少了能源的不必要消耗。
从实际应用案例来看，这些节能技术的综合应用效果显著。如太原某公寓通过加装能量回馈装置，单台电梯年回收电能 5000 度，机房温度降至 40℃以下，设备故障率下降 30%，年节省电费 4015 元；某商业综合体安装智能群控系统后，8 台电梯整体能耗降低 18%，空载率降至 10% 以下，乘客平均等待时间缩短至 30 秒，用户满意度提升 25%。
展望未来，电梯节能技术将朝着智能化、储能化、轻量化的方向持续发展。智能化与物联网的深度融合，将使电梯具备更强大的数据分析和智能决策能力，实现能耗的精准监测和动态优化；储能技术的深化应用，将进一步提高能量回收利用效率，增强电梯运行的稳定性和独立性；绿色材料与结构创新，将通过降低轿厢重量和优化对重配置，实现电梯系统的全面节能升级。预计到 2030 年，智能节能技术普及率将超 60%，储能型节能装置占比达 30%，综合节能率再提升 10% – 15%，为建筑节能和城市低碳转型提供有力支撑。
（二）对策建议
- 研发层面：加大对电梯节能技术研发的投入，鼓励高校、科研机构与企业开展产学研合作，共同攻克技术难题。重点加强物联网与 AI 算法在电梯节能中的应用研究，开发更加智能、高效的电梯控制系统。通过建立电梯能耗大数据平台，收集和分析大量的电梯运行数据，深入挖掘数据价值，利用 AI 算法实现电梯运行模式的智能优化，根据不同的使用场景和需求，动态调整电梯的运行参数，提高能源利用效率。同时，开展多技术融合的兼容性研究，开发通用的接口标准和通信协议，解决不同节能技术之间的兼容性问题，提升系统集成效率，降低技术应用成本。
- 应用层面：在新建项目中，应将电梯节能作为重要的设计指标，优先选用 “永磁电机 + 变频调速 + 能量回馈” 的组合方案。建筑开发商和设计师在电梯选型时，要充分考虑节能性能，选择具有高效节能技术的电梯产品，并确保电梯系统与建筑整体的能源管理系统相融合，实现能源的统一监控和管理。对于老旧电梯改造，要制定科学合理的改造计划，聚焦高耗能部件的替换。根据电梯的实际运行情况和能耗数据，有针对性地更换永磁同步电机、安装能量回馈装置等，同时结合智能群控系统的升级，提升电梯的运行效率和节能效果。政府应加大对老旧电梯改造的政策支持力度，通过提供专项补贴、税收优惠等措施，降低改造成本，鼓励业主积极参与改造。
- 管理层面：建立电梯能耗监测平台，利用物联网技术实现对电梯能耗数据的实时采集、传输和分析。通过对能耗数据的深度挖掘，及时发现电梯运行中的能源浪费问题和异常情况，为节能管理提供科学依据。制定完善的电梯能耗评估标准和管理制度，定期对电梯的节能效果进行评估和考核，将节能指标纳入电梯运维管理的绩效考核体系，激励运维人员积极采取节能措施。加强电梯的智能运维管理，通过远程监控、故障预警等技术手段，实现电梯设备的实时监测和预防性维护，确保电梯处于最佳运行状态，减少因设备故障导致的能源浪费和维修成本。推动建筑能源管理数字化转型，将电梯能耗管理与建筑其他能源系统的管理相结合，实现建筑能源的综合优化和高效利用。