طريقة تقدير استهلاك الطاقة للمصعد باستخدام محاكاة المرور

تظهر الأمثلة العددية التطبيق العملي. 

بقلم جان سورسا

تم تقديم هذه الورقة في معرض Elevcon 2023 في براغ، جمهورية التشيك.

الكلمات الدالة: المصعد، استهلاك الطاقة، المحاكاة 

الملخص

تقدر الطرق الحالية الاستهلاك السنوي للطاقة للمصعد باستخدام افتراضات النمذجة المبسطة. ومع ذلك، قد تختلف الافتراضات بشكل كبير عن المصاعد التي تعمل في مجموعات في المباني الشاهقة في ظل ظروف مرورية معقدة واستخدام مكثف. في مثل هذه الحالات، توفر محاكاة حركة المصعد طريقة دقيقة لتقييم استهلاك الطاقة لكل يوم نموذجي في التشغيل. تصف هذه المقالة إجراءً لمحاكاة ملف تعريف الطلب اليومي النموذجي للركاب أولاً ثم لتقييم استهلاك الطاقة من رحلات المصعد التي تحدث في المحاكاة. بالإضافة إلى ذلك، توضح الأمثلة العددية كيف يمكن تطبيق الإجراء عمليًا لمقارنة منتجات المصاعد المختلفة.

1. مقدمة

مع تزايد أهمية الاستدامة في البناء باستمرار، يتزايد أيضًا الاهتمام بتقدير استهلاك طاقة المصاعد. توفر إعلانات المنتجات البيئية لمصممي المباني وأصحابها معلومات مفصلة حول استهلاك الطاقة وانبعاثات الكربون أثناء دورة حياة المصعد ولكنها لا تعطي قيمًا قابلة للمقارنة لمبنى معين قيد التصميم (سكوت، 2022). تم تطوير نماذج مختلفة لاستهلاك طاقة المصاعد على مر السنين دون الكثير من الاتساق (لورينتي لافوينتي، 2013؛ توكيا، 2019؛ بيترز ر.، 2022). ومع ذلك، توفر ISO 25745-2، المعيار الخاص بأداء طاقة المصاعد، صيغًا لحساب استهلاك طاقة المصاعد (ISO، 2015). قد تمثل افتراضات النمذجة للمعيار المباني السكنية المنخفضة الارتفاع بدقة كافية ولكنها قد تختلف كثيرًا عن التشغيل الفعلي للمصاعد في المباني التجارية الشاهقة، حتى لو كان تعديلها القادم سيأخذ في الاعتبار المناطق الصريحة (ISO، 2022).

بشكل عام، يتأثر استهلاك طاقة المصعد بتركيب المصعد ونظام التحكم في المصعد وحركة المرور في المبنى، والتي لا يمكن نمذجتها بسهولة باستخدام الصيغ (Siikonen وSorsa وHakala، 2010). يوفر نموذج تركيب المصعد قيم استهلاك الطاقة لأجهزة معينة ويمكن أن يكون بأي تعقيد (Hakala، 1995؛ Smith وPeters وAl-Sharif، 2009). قد تكون النماذج الأقل تعقيدًا دقيقة بدرجة كافية لأغراض التصميم ولكن النماذج الأكثر تعقيدًا، والتي غالبًا ما تكون خاصة بالمورد وغير متاحة للمجال العام، قد تصف منتج المصعد الفعلي (Peters R.، 2022). من ناحية أخرى، تعد محاكاة حركة المرور في المصعد الأداة المناسبة لنمذجة تأثير أنظمة التحكم وحركة المرور (Siikonen، 1993؛ Peters R.، 1998). تُستخدم محاكاة حركة المرور في الوقت الحاضر بشكل روتيني في تخطيط واختيار مصاعد الركاب، لكن أنماط حركة المرور المحاكاة تركز على ذروة الطلب (ISO، 2020؛ CIBSE، 2020).

من ناحية أخرى، تتمتع أدوات محاكاة حركة المرور الحديثة أيضًا بالقدرة على محاكاة ملفات تعريف الطلب على مدار اليوم الكامل وتحليل استهلاك الطاقة إلى جانب إحصاءات أخرى (Siikonen وSusi وHakonen، 2001؛ Hakonen وKuusinen وSorsa، 2023؛ Peters Research Ltd.، 2023). ومع ذلك، لا تزال البيانات الواقعية حول الطلبات على مدار اليوم الكامل نادرة، على الرغم من نشر بعض ملفات تعريف الطلب المعروفة (Strakosh، 1983؛ Siikonen، 2021؛ Peters وSmith وEvans، 2011). علاوة على ذلك، تتطلب دراسة واسعة النطاق لطلبات الركاب في المباني المختلفة نهجًا خوارزميًا بالإضافة إلى قياسات جديدة (Sorsa & Laine، 2022). 

نظرًا لأن نماذج محاكاة حركة المرور مدمجة مع أنظمة التحكم في المصاعد الحقيقية، فيمكن اعتبارها الطريقة الأكثر واقعية لتوقع حركات المصاعد في مبنى مستقبلي. إذا كانت حركات المصاعد في محاكاة ليوم كامل مرتبطة بقيم الطاقة الجارية لكل رحلة مصعد والطاقة غير الجارية خلال فترات عدم النشاط، فيمكن إنتاج حساب دقيق لاستهلاك الطاقة اليومي. تهدف هذه الورقة إلى تطوير إجراء لتقدير استهلاك طاقة المصاعد باستخدام محاكاة حركة المرور التي يمكن أخذها في الاعتبار للإصدارات المستقبلية من ISO 25475-2. يركز النهج على المباني الجديدة، ولكن يمكن أيضًا تطبيق الإجراء على استهلاك الطاقة المقاس وحركة المرور من مبنى قائم (Tyni و Kontturi و Perälä، 2012؛ Batey و Kontturi، 2016).

تم تنظيم بقية الورقة على النحو التالي. يناقش القسم 2 المصطلحات الرئيسية التي يستند إليها تحليل استهلاك الطاقة. يصف القسم 3 محاكاة ملفات تعريف الطلب على الركاب طوال اليوم ويحدد بيانات المحاكاة التي تصف حركات المصاعد. في القسم 4، يتم استخلاص الصيغ لحساب استهلاك الطاقة من بيانات المحاكاة. يقدم القسم 5 نتائج عددية تقارن بين أساليب المحاكاة والمعيار الحالي.

2. المصطلح

تستخدم ISO 25745-2:2015 مصطلحين لوصف تشغيل المصعد: أولاً، تتكون الرحلة من حركة المصعد من هبوط البداية إلى هبوط التوقف التالي دون تضمين إعادة التسوية؛ ثانيًا، تتضمن الدورة رحلة صعود وهبوط، بالإضافة إلى دورتين كاملتين للباب، يتم خلالها فتح الأبواب وإبقاؤها مفتوحة وإغلاقها (ISO، 2015). من ناحية أخرى، فإن المصطلحين المقابلين في معيار ISO 8100-32:2020 بشأن تخطيط واختيار مصاعد الركاب هما الرحلة والذهاب والإياب (ISO، 2020). قد تحتوي الرحلة ذهابًا وإيابًا على أكثر من محطتين، وفي تعريفها العام، قد تبدأ من طابق عشوائي بدلاً من طابق المدخل الرئيسي (Hakonen & Siikonen، 2009). لذلك، فإن الرحلات ذهابًا وإيابًا ليست مفهومًا مفيدًا لحساب استهلاك الطاقة من بيانات أحداث المحاكاة التفصيلية. علاوة على ذلك، قد يحتاج المصعد إلى فتح الأبواب المغلقة مرة أخرى بعد الوقوف خاملاً على سطح الهبوط، أو إعادة فتح الأبواب بسبب نداء هبوط إذا سمح بذلك نظام التحكم أو إبقاء الأبواب مفتوحة لفترة أطول من المعتاد بسبب نقل الركاب أو ركن المصعد. ونظرًا لهذه التعقيدات، يتم استخدام التعريفات التالية في جميع أنحاء هذه الورقة: 

تتكون الرحلة من حركة المصعد من نقطة البداية إلى نقطة التوقف التالية.

تبدأ الدورة عندما تبدأ أبواب السيارة في الإغلاق أو عندما يصبح المصعد مشغولاً بعد أن كان خاملاً وتنتهي عندما تبدأ أبواب السيارة في الإغلاق مرة أخرى.

تجدر الإشارة إلى أن التعريف يسمح بدورات بدون أي حركة للمصعد. تحتوي الدورة الكاملة على جميع مراحل تشغيل الباب مرة واحدة فقط: الفتح والبقاء مفتوحًا والإغلاق. يختلف وقت إبقاء أبواب العربة مفتوحة بشكل عشوائي اعتمادًا على عدد الركاب الذين يصعدون إلى المصعد وينزلون منه. علاوة على ذلك، قد تحتوي الدورات التي تبدأ من حالة الخمول على فتح بابين، بينما قد تحتوي الدورة التي تنتهي بحالة الخمول على إغلاق الباب فقط.

3. محاكاة حركة المصاعد اليومية

في مبنى تشغيلي، يختلف الطلب على الركاب ومزيج حركة المرور طوال اليوم. يوضح الشكل 1 طلبات الركاب الواردة والصادرة والداخلية لكل فترة 15 دقيقة من اليوم مكدسة فوق بعضها البعض، والتي تم قياسها في مبنى مكاتب متعدد المستأجرين. في حين أنه من الناحية العملية لا يسافر الركاب أثناء الليل، فإن زيادة ذروة الصباح تحدث قبل الساعة 7:00 وذيل ذروة المساء بعد الساعة 19:00. للحصول على تقدير دقيق لكل من استهلاك الطاقة الجاري وغير الجاري، يجب محاكاة ملف تعريف الطلب على مدار 24 ساعة. إذا لم تكن البيانات على مدار 24 ساعة متاحة، فإن ملف تعريف الطلب على مدار 12 ساعة يعطي فهمًا جيدًا لاستهلاك الطاقة الجاري خلال وقت الذروة من اليوم ولكنه يغفل جزءًا كبيرًا من استهلاك الطاقة غير الجاري خلال وقت الهدوء.

تنتج المحاكاة ثروة من البيانات حول حركات المصاعد وحالاتها والتي يمكن استخدامها لحساب استهلاك الطاقة أثناء التشغيل. وبطبيعة الحال، تحتوي البيانات على مسافة السفر ووقت الطيران لقطع تلك المسافة لكل دورة مصعد. بالإضافة إلى ذلك، تسجل المحاكاة عدد الركاب لكل دورة، مما ينتج عنه نسبة حمولة السيارة لكل دورة لحمل مُقدر معين وكتلة لكل راكب. لتقدير استهلاك الطاقة غير الجارية بدقة، يتم تسجيل وقت بدء ونهاية الدورة، ) و ، على التوالي.

كما تمت مناقشته سابقًا، تتضمن ISO 25745-2 الوقت اللازم لفتح الأبواب والبقاء مفتوحة وإغلاقها عند الهبوط في وقت التشغيل وطاقة التشغيل، والذي يفترض حركة مصعد نموذجية من طابق إلى آخر. ومع ذلك، فإن المحاكاة تحاكي تشغيل المصاعد وأنظمة التحكم الخاصة بها بأقرب ما يمكن إلى المصاعد الحقيقية، مما يزيد من احتمالات تشغيل الأبواب. للتوافق مع ISO 25745-2، يتم تضمين جميع عمليات الأبواب لدورة في وقت التشغيل. وبالتالي، يتم تجميع وقت فتح الباب وفتحه وإغلاقه أثناء حدوثه في المحاكاة. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط كل دورة بوقت عدم التشغيل، والذي يتكون من وقت الوقوف في وضع الخمول والاستعداد بعد 5 دقائق والاستعداد بعد 30 دقيقة:

أين 

- وقت الوقوف أثناء الدورة i يتم قضاؤها في وضع الخمول، وفي وضع الاستعداد بعد 5 دقائق، وفي وضع الاستعداد بعد 30 دقيقة، على التوالي.

في ISO 25745-2، يعتمد حساب استهلاك الطاقة على بيانات مجمعة يتم إعطاء قيمها في جداول لفئات استخدام المباني المختلفة من الاستخدام المنخفض للغاية إلى الاستخدام المرتفع للغاية. يمكن استخلاص الكميات المستخدمة في ISO 25745-2 من دورات المصاعد المحاكاة. في حالة مجموعة المصاعد، قد تمثل الكميات متوسطات عبر جميع المصاعد أو مصعد فردي حسب السياق. 

يتم جمع البيانات على أساس الدورات ولكن يتم حساب متوسطها عبر الرحلات. يتم استنتاج عدد الرحلات في اليوم من أحداث المحاكاة عن طريق حساب الدورات التي يتحرك خلالها المصعد. بعد ذلك، تكون مسافة السفر المتوسطة ببساطة:

متوسط ​​نسبة الحمل %Q من السهل أيضًا حساب ذلك، لكن التفاصيل تعتمد على الأداة. عادةً، لا تقوم أجهزة المحاكاة إلا بمحاكاة الركاب العاديين بنفس الوزن ونفس عدد الركاب، لكن الأدوات المتقدمة يمكنها نمذجة خصائص الركاب الأفراد (Siikonen, Susi & Hakonen, 2001; Hakonen, Kuusinen & Sorsa 2023; Peters Research Ltd., 2023):

أين 

—كتلة jالراكب رقم.

أخيرًا، يتم جمع إجمالي وقت التشغيل وعدم التشغيل لكل يوم، و، على التوالي، على الدورات وإعطاؤه بالساعات:

يتم هنا تعريف وقت تشغيل الدورة بوقت بدايتها ونهايتها، والذي يُطرح منه وقت عدم التشغيل. يأخذ هذا التعريف بعين الاعتبار بشكل صحيح الأحداث العشوائية للباب الناشئة عن حركات الركاب وحركية المصعد التي تختلف عن المثالية (Peters RD، 1995؛ Appleby، Peters & Deokar، 2022).

4. حساب استهلاك الطاقة باستخدام بيانات المحاكاة

لحساب استهلاك الطاقة من دورات المصاعد المحاكاة، يجب ربط الدورات بقيم استهلاكها للطاقة. تتألف طاقة التشغيل لدورة واحدة من طاقة رحلة المصعد المطلوبة لتحريك المصعد من هبوط إلى آخر، وطاقة الباب المطلوبة لفتح وإغلاق الأبواب والطاقة المستهلكة أثناء نقل الركاب (Lorente, Gómez, Diez & Arteche, 2010):

يمكن نمذجة طاقة رحلة المصعد من خلال طاقة الخط من خلال مراعاة طاقة المحرك المطلوبة لتحريك الحمل، وخسائر الطاقة، والطاقة الثابتة التي تستهلكها لوحة التحكم والإضاءة، والطاقة الثابتة التي تستهلكها الفرامل والمروحة وخسائر العاكس (هاكالا، 1995؛ سيكونين، سورسا وهاكالا، 2010). تكون مكونات الخسارة في طاقة رحلة المصعد موجبة دائمًا، ولكن قد تكون طاقة المحرك سالبة في حالة المحرك المتجدد. يمكن أيضًا تقريب استهلاك الطاقة من خلال نمذجة طور التسارع (التباطؤ) كخط مستقيم متزايد (متناقص) خطيًا يبدأ من (ينتهي عند) الطاقة الخاملة (بيترز ر، 2022):

أين 

 - قوة الخمول وقوة السرعة الكاملة بما في ذلك قوة الخمول أثناء الحركة،

 - الوقت اللازم للتسارع والجري بأقصى سرعة والتباطؤ.

لا تأخذ المعادلة (9) في الاعتبار قوى الذروة في نهاية مرحلتي التسارع والتباطؤ. وبالتالي، يُفترض أن القدرة غير المقدرة في مرحلة التسارع يتم تعويضها في الغالب بالقدرة المبالغ فيها في مرحلة التباطؤ.

من أجل التبسيط، يمكن اعتبار الطاقة اللازمة لتحريك أبواب السيارة، وكذلك الطاقة المستهلكة أثناء نقل الركاب، ثوابت.

الطاقة غير الجارية لدورة ما، تتكون من الطاقة الثابتة المستهلكة في وضعي الخمول والاستعداد:

أين 

- الطاقة في وضع الخمول، والطاقة المستخدمة في وضع الاستعداد بعد 5 دقائق، والطاقة المستخدمة في وضع الاستعداد بعد 30 دقيقة.

ومن الممكن بعد ذلك حساب إجمالي استهلاك الطاقة اليومي والسنوي، و، على التوالي، بسهولة على طول خطوط ISO 25745-2 عن طريق تجميع استهلاك الطاقة لجميع دورات المصعد في المحاكاة:

أين 

- استهلاك الطاقة اليومي أثناء التشغيل وعدم التشغيل،

- عدد أيام التشغيل في السنة.

بالإضافة إلى استهلاك الطاقة، يمكن استخدام بيانات المحاكاة لحساب مؤشر أداء الطاقة المعياري (So, Cheng, Suen & Leung, 2005؛ So, et al., 2022):

أين 

 - الطاقة المستهلكة لكل حمولة لكل مسافة سفر.

لتجنب اللانهاية في المعادلة (15)، يُفترض أن المرشح هو واحد إذا لم يتحرك المصعد على الإطلاق خلال الفترة التي يتم فيها إجراء المجموع (So, Cheng, Suen & Leung, 2005). 

إن العدد الأصغر من مؤشر أداء الطاقة هذا يعني كفاءة طاقة أفضل: إما أن يتم استهلاك طاقة أقل في نقل عدد معين من الركاب أو يتم نقل المزيد من الركاب عن طريق استهلاك كميات مماثلة من الطاقة. ومن الممكن أيضًا أن ينقل نظام التحكم الذي يدرك الطاقة المزيد من الركاب بطاقة أقل من نظام التحكم الجماعي الكامل القياسي (جلاد، كوكالا، روكوكوسكي، سورسا وتوكيا، 2022). 

عند تجميع الإحصائيات لفترة معينة من اليوم، تنشأ بعض التحديات خاصة من وقت الهدوء من اليوم. أولاً، يجب أن ترتبط كل دورة بفترة 15 دقيقة، والتي يمكن أن تستند إما إلى وقت بدء الدورة أو وقت نهايتها. إذا ظل المصعد خاملاً لساعات قبل أن يبدأ في الحركة، فإن الدورة المقابلة تمتد إلى فترات متعددة. في مثل هذه الدورات، يحدث استهلاك الطاقة الجارية بالقرب من نهاية الدورة. لذلك، يتم تحديد الفترة التي يتم الإبلاغ عن الطاقة الجارية فيها من وقت نهاية الدورة، ولكن يتم تقسيم استهلاك الطاقة غير الجارية بين جميع الفترات التي تغطيها الدورة. وإلا، فإن الفترة التي تحدث فيها الحركة ستظهر أيضًا ذروة عالية للطاقة غير الجارية المتراكمة من بداية الدورة.

ثانيًا، لا يجوز تحريك سوى بعض المصاعد من مجموعة واحدة خلال فترة زمنية هادئة. ولتمثيل مصعد متوسط ​​يقوم بعدد متوسط ​​من الرحلات يوميًا، يمكن حساب متوسط ​​الطاقة العاملة وغير العاملة عبر جميع المصاعد بالطريقة المعتادة. وعند حساب متوسط ​​الطاقة المستهلكة لكل حمولة ولكل مسافة سفر، يجب تصفية المصاعد التي لم تتحرك على الإطلاق خلال فترة زمنية معينة، لأن طاقتها لكل حمولة ولكل مسافة سفر تميل إلى اللانهاية، في حين يجب أن يكون للمصعد المتوسط، الذي نقل بعض الحمولة، قيمة أداء طاقة محدودة.

5. استهلاك الطاقة اليومي في مكتب متعدد المستأجرين

تمت دراسة الإجراء المتطور لاستخدام محاكاة حركة المصاعد لتقدير استهلاك المصاعد باستخدام مجموعة مصاعد تتكون من أربعة مصاعد يتم التحكم فيها بواسطة تحكم جماعي كامل نموذجي. تخدم المجموعة 12 طابقًا مأهولًا بعدد سكان يبلغ 50 شخصًا فوق ثمانية طوابق سريعة وطابق مدخل. ارتفاعات الطوابق في المبنى متساوية، 3.25 م بين جميع الطوابق، مما ينتج عنه مسافة سفر إجمالية تبلغ 65 م. تتمتع المصاعد بحمل اسمي يبلغ 1000 كجم ومن المفترض أن تحمل ما يصل إلى 10 ركاب. السرعة الاسمية للمصاعد هي 2.5 م / ث بينما التسارع والاهتزاز 0.8 م / ث² و 1.1 م / ث³على التوالي. وبهذه المعلمات، تصبح سعة التعامل للمجموعة 12% من السكان لكل 5 دقائق ومتوسط ​​فترة الذروة 33.6 ثانية. والمصاعد هي مصاعد شاهقة حديثة نموذجية بمحركات مغناطيسية دائمة ومحركات متجددة. وعلاوة على ذلك، يمكن للمصاعد الدخول في وضع الاستعداد بعد خمس دقائق من عدم النشاط.

يتم حساب استهلاك الطاقة لمصعد دراسة الحالة باستخدام صيغ ISO 25745-2، وكذلك عن طريق محاكاة ملف الطلب الموضح في الشكل 1. تتم الإشارة إلى الإصدار الأول من المعيار، ISO 25745-2:2015، باسم ISO 2015 فيما يلي، بينما تتم الإشارة إلى تعديله الأول الذي يأخذ في الاعتبار المناطق السريعة باسم ISO 2022 (ISO، 2015؛ ISO، 2022). علاوة على ذلك، يتم استخدام ISO 2022 بطريقة غير قياسية حيث يتم اشتقاق عدد الرحلات في اليوم ومتوسط ​​مسافة السفر ومتوسط ​​حمولة السيارة ووقت فتح أبواب المصعد وبقائها مفتوحة وإغلاقها، بالإضافة إلى نسب الوقت في وضعي الخمول والاستعداد، من بيانات المحاكاة. في هذه الحالة، يتم الإشارة إلى فئة الاستخدام على أنها مخصصة. عند حساب متوسط ​​أوقات فتح أبواب المصعد والبقاء مفتوحة وإغلاقها، يتم أولاً جمع كل التكرارات ثم تقسيمها على عدد الرحلات لوضع عمليات الباب المتعلقة برحلة يمكن تقسيمها بين دورتين في الاعتبار بشكل صحيح. تظهر النتائج في الجدول 1، حيث تشير نتائج المحاكاة إلى المتوسطات عبر جميع المصاعد.

الفرق الرئيسي بين المحاكاة وطريقة ISO واضح في عدد الرحلات، وهو مدخل لصيغ ISO ولكنه نتيجة للمحاكاة. لذلك، ليس من المستغرب أن تقع نتيجة المحاكاة، والتي تبلغ حوالي 1,850 رحلة، بين فئتي استخدام ISO 5 و6 ولكنها أقرب إلى الفئة 5 من الفئة 6. تشير الاختلافات الكبيرة التي يمكن ملاحظتها ليس فقط في المدخلات ولكن أيضًا في النتائج إلى استحالة العثور على نموذج ومعامِلاته التي تحاكي بدقة تشغيل جميع منتجات المصاعد في جميع الظروف. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن التعديل الجديد ISO 25475-2 يقلل من تقدير متوسط ​​مسافة السفر المحاكية بنسبة 6.5٪، بينما يبالغ الإصدار الأول في تقديرها بنسبة 9.5٪.

تقلل ISO 2015 من تقدير طاقة التشغيل بنحو 15%، بينما تقلل ISO 2022 بنحو 20% مقارنة بنتيجة المحاكاة. ويُفسَّر هذا الاختلاف جزئيًا على الأقل من خلال وقت التشغيل المقدر، والذي يقل بنحو 15% في طريقة ISO عن نتائج المحاكاة. ومع ذلك، حتى إذا تم استخدام طريقة ISO 2022 مع مدخلات مخصصة من المحاكاة، فإن طاقة التشغيل المحسوبة لا تزال تقل بنسبة تزيد عن 10% عن نتيجة المحاكاة. ومن المرجح أن يُفسَّر هذا الاختلاف من خلال نموذج الطاقة للمعيار، حيث يتم اشتقاق استهلاك الطاقة من دورة المرجع. وفي مثل هذه الرحلة الكاملة للعمود، تكون كفاءة المحرك في أقصى حد لها، ولكن في الممارسة العملية، تقوم المصاعد برحلات أقصر حيث لا تكون الكفاءة عالية جدًا. ومع ذلك، فإن محاكاة حركة المصاعد المصحوبة بنموذج تفصيلي لاستهلاك الطاقة تحاكي بدقة جميع أنواع التأثيرات. 

يمكن قياس كفاءة استخدام الطاقة لنقل الركاب من خلال الطاقة التشغيلية المحددة لدورة التشغيل المتوسطة كما هو موضح في المعيار ومن خلال إجمالي استهلاك الطاقة لكل حمولة منقولة لكل مسافة سفر. تكون قيم استهلاك الطاقة لكل حمولة لكل مسافة سفر أعلى بحوالي 10 مرات مقارنة بالطاقة التشغيلية المحددة، والتي يمكن تفسيرها من خلال مراعاة الطاقة غير العاملة والأحمال المنقولة. الطاقة لكل حمولة لكل مسافة سفر بناءً على طرق ISO أعلى بنسبة 15-20٪ من نتائج المحاكاة. بعبارة أخرى، تفترض حسابات ISO نقل الركاب غير الفعال إلى حد ما. إذا تم استخدام بيانات المحاكاة كمدخلات لطريقة ISO 2022، فإن كفاءة الطاقة تبدو أفضل مما هي عليه في المحاكاة، والتي تنشأ على ما يبدو من استهلاك الطاقة غير المقدر. بشكل عام، يمكن استخدام الطاقة لكل حمولة لكل مسافة سفر لمعايرة كفاءة الطاقة لتركيب المصعد.

يوضح الشكل 2 استهلاك الطاقة في الأعلى إلى جانب عدد الرحلات طوال اليوم في فترات مدتها 15 دقيقة. ينقسم استهلاك الطاقة إلى طاقة تشغيل وطاقة غير تشغيل. وكما يمكن توقعه، تهيمن طاقة التشغيل خلال ساعات العمل ويتم استهلاك كميات كبيرة من الطاقة غير التشغيلية خلال الأوقات الهادئة. بشكل عام، تتبع ذروة طاقة التشغيل ذروة عدد الدورات. ومع ذلك، خلال فترات الذروة حيث يكون أكثر من 50٪ من الطلب عبارة عن حركة مرورية خارجية، على سبيل المثال بعد منتصف النهار مباشرة وحوالي الساعة 17:30، يكون استهلاك طاقة التشغيل صغيرًا نسبيًا مقارنة بعدد الرحلات حيث تتجدد المصاعد بكفاءة عند السفر إلى الأسفل محملة بالكامل وإلى الأعلى فارغة تمامًا.

في الأسفل، يصف الشكل 2 كفاءة الطاقة لمصعد متوسط ​​طوال اليوم في فترات مدتها 15 دقيقة. خلال الأوقات الهادئة، تكون الكفاءة ضعيفة بشكل طبيعي وتكون قيم الطاقة لكل حمولة لكل مسافة سفر خارج الحدود المعقولة. خلال أوقات الذروة، تكون كفاءة الطاقة جيدة نسبيًا حتى لو كان عدد الدورات مرتفعًا بسبب العدد الكبير من الركاب الذين يتم نقلهم. كما أن انخفاض استهلاك الطاقة (التجديد العالي) أثناء فترات الذروة واضح أيضًا في كفاءة الطاقة حيث تصل الطاقة لكل حمولة لكل مسافة سفر إلى قيم منخفضة للغاية لفترات قصيرة.   

6. اختتام

في هذه الورقة، تم تقديم إجراء لتقدير استهلاك طاقة المصعد باستخدام محاكاة حركة المرور. يوفر الإجراء استهلاك الطاقة أثناء التشغيل وعدم التشغيل يوميًا لمجموعة مصاعد من خلال الجمع بين استخدام طاقة المصعد ورحلات المصعد التي تحدث أثناء محاكاة متطلبات الركاب طوال اليوم. يأخذ الإجراء في الاعتبار بدقة تركيب المصعد وحركة المرور في المبنى وتأثير نظام التحكم. من ناحية أخرى، يوفر معيار ISO 25745-2 الحالي لأداء طاقة المصعد صيغًا تعتمد على متوسط ​​استخدام المصعد لحساب استهلاك الطاقة لمصعد واحد يوميًا. وفقًا لدراسة حالة، فإن المعيار يقلل من تقدير استهلاك الطاقة بأكثر من 15٪ مقارنة بنتائج المحاكاة، وهو ما يفسر جزئيًا بمعلمات الإدخال، مثل عدد الرحلات في اليوم، وجزئيًا باستهلاك الطاقة المشتق من دورة المرجع. لذلك، يجب تعديل المعيار بالطريقة المقترحة لحساب استهلاك طاقة المصعد ومؤشر أداء الطاقة المعياري في المستقبل.

شكر وتقدير 

يرغب المؤلف في تقديم الشكر للدكتور ريتشارد بيترز والدكتور توني توكيا وهنري هاكونين على تعليقاتهم المفيدة ودعمهم.

---

مراجع حسابات

[1] Appleby, M., Peters, R. & Deokar, N. (2022). إنشاء وتطبيق حركيات الرفع الديناميكية. وقائع الندوة الثالثة عشرة حول المصاعد والسلالم المتحركة. نورثامبتون.

[2] باتي، د.، وكونتوري، م. (2016). تحليل حركة المرور للمباني الشاهقة التي سيتم تحديثها. تكنولوجيا المصاعد 21 (ص 26-35). IAEE.

[3] CIBSE. (2020). دليل CIBSE D: 2020 - أنظمة النقل في المباني. CIBSE.

[4] Glad, A., Kokkala, J., Ruokokoski, M., Sorsa, J. & Tukia, T. (2022). تقليل استهلاك الطاقة من خلال خوارزمية التحسين في التحكم في مجموعة المصاعد. وقائع ندوة المصاعد والسلالم المتحركة الدولية. برشلونة.

[5] هاكالا، هـ. (1995). تطبيقات المحركات الخطية في آلات رفع المصاعد. جامعة تامبيري للتكنولوجيا، المنشورات 157، أطروحة الدكتوراه.

[6] هاكونين، هـ.، وسيكونين، إم.-إل. (2009). إجراء محاكاة حركة المصعد. عالم المصاعد، 57(9)، 180-190.

[7] هاكونين، هـ.، كوسنين، ج.-م. وسورسا، ج. (2023). التصميم القائم على المحاكاة لأنظمة النقل في المباني. تكنولوجيا المصاعد 23. IAEE.

[8] المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO). (2015). ISO 25745-2:2015 - أداء الطاقة للمصاعد والسلالم المتحركة والممرات المتحركة - الجزء 2: حساب الطاقة وتصنيفها للمصاعد. سويسرا: المنظمة الدولية للتوحيد القياسي.

[9] المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO). (2020). ISO 8100-32:2020 - المصاعد لنقل الأشخاص والبضائع - الجزء 32: تخطيط واختيار مصاعد الركاب المراد تركيبها في المباني المكتبية والفندقية والسكنية. سويسرا: المنظمة الدولية للتوحيد القياسي.

[10] المنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO). (2022). ISO 25745-2:2015/DAmd 1 - أداء الطاقة للمصاعد والسلالم المتحركة والممرات المتحركة - الجزء 2: حساب الطاقة وتصنيفها للمصاعد - التعديل 1: المناطق السريعة. سويسرا: المنظمة الدولية للتوحيد القياسي.

[11] لورينتي لافوينتي، أ. (2013). تحليل دورة الحياة ونمذجة الطاقة للمصاعد. جامعة سرقسطة، أطروحة دكتوراه.

[12] لورينتي، أيه إم، وجوميز، أيه، ودييز، دي، وأرتشي، ف. (2010). أحدث أساليب حساب استهلاك الطاقة في المصاعد. مجلة تكنولوجيا المصاعد 18 (ص 225-237). الجمعية الدولية لمهندسي الكهرباء.

[13] Peters Research Ltd. (2023). Elevate Traffic Analysis and Simulation Software. تم الاسترجاع من peters-research.com

[14] بيترز، ر. (1998). محاكاة لتصميم نظام التحكم وتحليل حركة المرور. تكنولوجيا المصاعد 9 (ص 226-235). IAEE.

[15] بيترز، ر. (2022). نمذجة طاقة المصاعد لتصميم المباني الخضراء. وقائع الندوة الثالثة عشرة حول تقنيات المصاعد والسلالم المتحركة. نورثامبتون.

[16] Peters, RD (1995). Ideal Lift Kinematics. Elevator Technology 6. IAEE.

[17] بيترز، ر.، سميث، ر.، وإيفانز، إي. (2011). تقييم الطلب على ركاب المصاعد في المباني المكتبية الحديثة. أبحاث وهندسة خدمات البناء والتكنولوجيا، 32(2)، 159-170.

[18] سكوت، أ. ج. (2022). المباني الموفرة للطاقة - تقييم آثار المصاعد. وقائع الندوة الثالثة عشرة حول تقنيات المصاعد والسلالم المتحركة. نورثامبتون.

[19] Siikonen, M.-L. (1993). محاكاة حركة المصاعد. المحاكاة، 61(4)، 257-267.

[20] Siikonen, M.-L. (2021). تدفق الأشخاص في المباني. Wiley-Blackwell.

[21] Siikonen, M.-L., Sorsa, J. & Hakala, H. (2010). تأثير حركة المرور على استهلاك الطاقة السنوي للمصاعد. مجلة تكنولوجيا المصاعد 18 (ص 344-353). IAEE.

[22] Siikonen, M.-L., Susi, T. & Hakonen, H. (2001). محاكاة تدفق حركة الركاب في المباني الشاهقة. EW، 49(8)، 117-123.

[23] سميث، ر.، وبيترز، ر.، والشريف، ل. (2009). طريقة وجهاز لمنع أو تقليل احتجاز الركاب في المصاعد أثناء انقطاع التيار الكهربائي. براءة اختراع رقم US7540356B2. الولايات المتحدة الأمريكية.

[24] So, A., Cheng, G., Suen, W. & Leung, A. (2005). تقييم أداء المصعد في رقمين. EW، 53(1)، 102-105.

[25] So, A., Lam, K., Kong, C., Chan, J., Wong, J. & Lau, D. (2022). تطوير جهاز مراقبة مؤشر أداء الطاقة المعياري (BEPI) لأنظمة الرفع الجر الحالية. الطاقة والمباني، 268، 112220-XNUMX.

[26] سورسا، جيه، ولين، تي (2022). أدلة جديدة على طلب ركاب المصاعد في المباني المكتبية الشاهقة الارتفاع. وقائع الندوة الثالثة عشرة حول تقنيات المصاعد والسلالم المتحركة. نورثامبتون.

[27] ستراكوش، جي آر (1983). النقل الرأسي: المصاعد والسلالم المتحركة، الطبعة الثانية. نيويورك: جون وايلي.

[28] توكيا، ت. (2019). نماذج لتقييم استهلاك الطاقة للمصاعد. أطروحات الدكتوراه 99/2019. جامعة ألتو.

[29] تايني، ت.، كونتوري، آر. وبيرالا، ب. (2012). مسح الموقع الكهربائي - بحثًا عن معلمات المصعد. تكنولوجيا المصاعد 19 (ص 106-116). IAEE.