الدراسات في أوروبا والمبادئ التوجيهية لكفاءة الطاقة VDI 4707

بعد البحث في استهلاك طاقة المصعد ، تم تطوير دليل طوعي يحدد إجراءات قياس طاقة المصعد.

أورس لينديجر
Schindler Aufzüge AG ، سويسرا

الملخص

لا يتوقف الاتجاه نحو الاستدامة وكفاءة الطاقة عندما يتعلق الأمر بالمصاعد. أخذت الدراسة التي أجراها المكتب الفيدرالي السويسري للطاقة في عام 2005 دورًا رائدًا في أبحاث استهلاك الطاقة للمصاعد. ضمن برنامج أوروبا للطاقة الذكية التابع للمفوضية الأوروبية ، تابع مشروع المصاعد والسلالم المتحركة الموفرة للطاقة البحث.

بالنظر إلى جميع الأعمال المتاحة ، طورت جمعية المهندسين الألمان VDI دليلًا إرشاديًا طوعيًا يحدد إجراءات قياس الطاقة وعلامة كفاءة الطاقة التي تعرض أرقام الطاقة ذات الصلة بطريقة يسهل فهمها.

1. مقدمة

يعد الاحتباس الحراري وتأثيره البيئي أحد الموضوعات الرئيسية التي نواجهها اليوم. يريد الناس أن يكونوا على دراية بالسبب ، وفهم الموقف ، وتحديد الملوثين الرئيسيين والعمل أخيرًا على التحسين.

نتيجة لذلك ، في عام 2005 ، دخلت المصاعد في بؤرة تركيز المعهد الفيدرالي السويسري للطاقة. بعد بعض المناقشة ، تقرر البدء في مشروع بحثي لقياس المصاعد في سويسرا وتقدير الطاقة المستخدمة من قبل جميع المصاعد المركبة.

بعد العمل المنجز في سويسرا ، حدد مشروع المصاعد والسلالم المتحركة الموفرة للطاقة المدعوم من قبل برنامج الطاقة الذكية في أوروبا التابع للمفوضية الأوروبية ، في عام 2010 ، الطلب على الطاقة للمصاعد والسلالم المتحركة في أوروبا وإمكانات التوفير فيها.

نشرت جمعية المهندسين الألمان VDI في عام 2009 دليلًا إرشاديًا لتقييم كفاءة الطاقة للمصاعد. يحدد هذا المبدأ التوجيهي تسمية الطاقة للمصاعد المشابهة لما هو معروف من الأجهزة الأخرى. لذلك فهو يحدد الأرقام الرئيسية مثل الطلب الاحتياطي ويقدر رقم طلب الطاقة السنوي الاسمي للمصعد.

2. الجسم الرئيسي

السؤال الأول الذي قد يطرحه شخص ما هو: ما مقدار الطاقة التي يستخدمها المصعد في العام؟ الطريقة الوحيدة للإجابة على هذا السؤال هي إرفاق عداد طاقة بالمصعد وقياس الطاقة المستهلكة بعد عام واحد. ثم يمكن أن تكون الإجابة: في العام الماضي ، استخدم مصعدك 830 كيلو وات ساعة. بسعر طاقة يبلغ 0.15 يورو لكل كيلو وات ساعة من الكهرباء ؛ هذه النتائج في € 124.50. العام المقبل سيكون على الأرجح هو نفسه.

من الواضح أن هذا النهج غير عملي للحصول على إجابة سريعة ويمكن استخدامه فقط للمصاعد المثبتة بالفعل ذات أنماط حركة المرور المعروفة. ربما في المستقبل ، يمكن تجهيز المصاعد بمقاييس طاقة فردية ، لكن هذا قد يستغرق سنوات حتى يمكن تحقيقه.

لذلك كان لابد من ابتكار طرق لتقييم متطلبات الطاقة للمصاعد. يجب أن تكون هذه الأساليب عملية. الوسائل العملية ، ينبغي أن يكون من الممكن إجراء قياس للطاقة في تدخل لمدة ساعة إلى ساعتين على مصعد العميل الفردي. من الواضح أنه ليس من العملي جدًا إحضار بضعة أطنان من الحمولة إلى موقع العميل لإجراء القياسات باستخدام سيارة مصعد محملة. لحسن الحظ ، نظرًا لموازنة الوزن المضاد في معظم المصاعد ، تؤدي الرحلة بسيارة فارغة إلى وضع صعب لنظام القيادة ويمكن استخدام هذا الموقف لتحليل أداء الطاقة. ومع ذلك ، قد تتطلب المصاعد المتوازنة الخاصة سيارة محملة لقياس مثل هذه المواقف المتطرفة لنظام القيادة.

معرفة كيفية أداء المصعد أثناء الرحلات الفردية وعمل افتراضات حول حركة المرور المتوقعة ، من الممكن إجراء تقديرات سنوية للطاقة.

من الواضح أن هذه التقديرات لا يمكن أن تكون دقيقة مثل قياس استهلاك الطاقة للمصعد خلال فترة طويلة. ومع ذلك ، في معظم الحالات ، تعد تقديرات الطاقة هي الطرق الممكنة الوحيدة لإعطاء بيانات الطاقة.

الدراسة التي أجراها المكتب الفيدرالي السويسري للطاقة ، والمشروع البحثي للمصاعد والسلالم المتحركة الموفرة للطاقة ، وإرشادات VDI والعمل المنجز في ISO / TC178 للمصاعد والسلالم المتحركة والمشي المتحرك (WG10 كفاءة الطاقة) توصلوا جميعًا إلى نفس النتيجة التي مفادها أن اثنين يجب تحديد الشخصيات الرئيسية:

• الطاقة لرحلة مرجعية

• الطاقة المستخدمة أثناء الوقوف (وضع الاستعداد)

يمكن التحقق من هذين الرقمين الرئيسيين في المصاعد المركبة عن طريق القياسات.

بالنسبة للرحلة المرجعية ، سيتم قياس الطاقة أثناء انتقال السيارة الفارغة من الطابق السفلي إلى الطابق العلوي والعكس.

يتم قياس الطاقة الاحتياطية عندما يكون المصعد ثابتًا. ومع ذلك ، تمت مناقشة الكثير متى وكيف يتم قياس ذلك. يُظهر إلقاء نظرة فاحصة أن قيمة الطاقة الاحتياطية ليست ثابتة: تقوم المصاعد بإطفاء ضوء السيارة ، والمراوح ، وإزالة القوة من الأبواب ، وشحن بطاريات الطوارئ ، والتوقف لشحن وصلة التيار المستمر لمحول تردد محركات الأقراص ،….

بدلاً من التفكير في كل تأثير فردي وتفويت بعض التأثيرات غير المعروفة ، من العملي قياس قيمة الطاقة الاحتياطية بعد بضع دقائق من انتهاء الرحلة.

3. النتائج

تم قياس حوالي 100 مصعد في الدراستين العامتين حتى الآن. الأشكال 1-2 تأتي من مصعد جر حديث 630 كجم ، 1 م / ث يخدم 5 طوابق في منزل مدرسة بارتفاع 12.6 م.

يوضح منحنى الطاقة (الشكل 1) رحلة مرجعية من الطابق السفلي إلى الأعلى والعودة.

نظرًا لأن السيارة فارغة ، يجب أن ترفع الرحلة السفلية الثقل الموازن وتستهلك ما يصل إلى 6 كيلو واط. أجهزة تحليل الطاقة هي الأدوات المفضلة لقياس منحنيات الطاقة هذه مع تغيرات ديناميكية عالية في الطاقة والتيارات غير الجيبية. إذا لم يتم استخدام معدات مناسبة ، فلن يكون لجهود القياس قيمة ، لأن الفكرة الأساسية وراء القياسات هي كما يلي: عندما يقيس أشخاص مختلفون يستخدمون أدوات مختلفة نفس المصعد ، يجب أن ينتهي بهم الأمر جميعًا بقيم متطابقة تقريبًا.

الطاقة هي الطاقة بمرور الوقت ، لذلك يمكن دمج منحنى الطاقة المسجل للحصول على منحنى الطاقة (الشكل 2):

الطاقة المستخدمة لهذه الرحلة ذهابًا وإيابًا 67 ثانية هي 22 واط في الساعة. بافتراض سعر 0.15 يورو لكل كيلوواط ساعة من الكهرباء ؛ تبلغ تكلفة هذه الرحلة المرجعية في مبنى سكني أوروبي 0.0033 يورو. وهذا يدل على أن صعود الدرج بدلاً من المصعد لا يوفر الكثير من الطاقة.

تحتوي مصاعد EN81 أيضًا على مفتاح رئيسي لإضاءة السيارة والدوائر المعتمدة. أثناء الرحلة المرجعية ، تبلغ قيمة الطاقة المقاسة في هذه النقطة باستمرار 96 واط ، لأن هذه القيمة تنتج يدويًا من ضوء السيارة. بالنظر إلى زمن الرحلة 67 ثانية ، يتم استخدام 1.8Wh من الطاقة الإضافية في هذه الدائرة أثناء الرحلة المرجعية.

تم قياس الطاقة الاحتياطية 120 واط على المفتاح الرئيسي لدائرة الطاقة بعد 5 دقائق من الرحلة الأخيرة. إذا كان المصعد مزودًا بإضاءة تقليدية ، فسيظل ضوء السيارة مضاءًا بعد 5 دقائق من الرحلة وإضافة 96 واط إضافية إلى الطاقة الاحتياطية. لسوء الحظ ، أظهرت الدراسات في أوروبا أن العديد من المصاعد تعمل على إضاءة أضواء السيارة لمدة 24 ساعة في اليوم.

إن إطفاء ضوء السيارة على الفور ، من شأنه أن يوفر الطاقة ، ولكنه سيقلل بشكل كبير من عمر المصابيح (المتوهجة أو الفلورية) وبالتالي يكون له تأثير سلبي في تقييم دورة الحياة البيئية الشاملة للمصعد.

القيم الشائعة لإيقاف تشغيل ضوء السيارة هي في حدود 15 إلى 30 دقيقة. يمكن تعديل هذه المعلمة بسهولة في برنامج وحدة التحكم ، ولكنها تتطلب معرفة مفصلة بالمنتج وربما حتى أداة خاصة. لا يعرف الأشخاص الذين يجرون قياسات الطاقة هذا المنتج التفصيلي كيف سيتعين عليهم الانتظار لوقت غير معروف حتى ينطفئ ضوء السيارة في النهاية. في كثير من الأحيان وخاصة المصاعد الفردية في المباني السكنية لا يمكن إخراجها من الخدمة لفترة طويلة. لذلك فإن تعريف قياس الاستعداد بعد 5 دقائق من الرحلة الأخيرة عملي. يؤدي عدم اليقين هذا في سلوك ضوء السيارة وقيم الاستعداد بشكل عام إلى أرقام استعداد أعلى. نظرًا لأن حسابات الطاقة تستخدم هذه الأرقام ، فإنها ستنتج نتيجة متشائمة.

لحسن الحظ، توفر التقنيات الحديثة حلولاً جديدة تتيح إطفاء أضواء السيارة متى شئنا. ومن هذه التقنيات: مصابيح LED والمصابيح الفلورية المدمجة ذات القدرة العالية على تحمل التشغيل والإيقاف.

4. نقاش

الخطوة التالية هي: خذ الأرقام من الرحلات الفردية المقاسة واستخدمها لعمل تقدير سنوي للطاقة للمصعد. مرة أخرى ، يمكن تقسيم الطاقة السنوية المستخدمة في المصاعد إلى قسمين:

• الطاقة المستخدمة لتحريك السيارة

• الطاقة المستخدمة للوقوف ثابتة (الطاقة الاحتياطية)

لتقدير الطاقة المستخدمة لتحريك السيارة ، يجب أخذ قياسات الطاقة للرحلة المرجعية.

في أبسط الحالات ، يمكن قياس رحلة مرجعية بسيارة فارغة بمصعد جر متوازن بنسبة 50٪. نظرًا لعدم وجود قياسات أخرى ذات حمل ومسافة انتقال مختلفة في كثير من الأحيان ، يجب إجراء الافتراضات والاستيفاءات. يوضح الشكل 3 الافتراضات للحصول على نموذج رياضي بسيط:

• تُستخدم طاقة الرحلة المرجعية فقط لرفع الثقل الموازن (النقطة 1).

• لا يتطلب خفض ثقل الموازنة أي طاقة (النقطة 2). بالنسبة لأنظمة القيادة المتجددة ، يمكن اعتبار القيمة السالبة.

• السيارة المتوازنة لا تستخدم الطاقة للتحرك (النقطة 3)

• تستخدم السيارة المحملة بالكامل نفس الطاقة لرحلة مرجعية مثل سيارة فارغة (النقطة 4 و 5).

يمكن أن تكون ظروف الحمل الأخرى ومسافات السفر محرفة بشكل خطي. متابعة

لمقارنة مدى دقة النموذج المبسط ، يمكن إجراء المزيد من القياسات مع ظروف الحمل المختلفة ومسافات السفر. يمكن قياس كل حالة تحميل نظريًا وكل مسافة سفر ووضعها في مصفوفة (الشكل 4).

قد تعتمد الطاقة اللازمة للانتقال من أرضية إلى أخرى على الأرضيات المحددة. يمكن إنشاء مصفوفة لشرط تحميل واحد (الشكل 5).

حتى مع القيام بكل هذا الجهد ، لا يزال هناك عدم يقين أكبر لتقدير الطاقة السنوية. إنها الطريقة التي يستخدم بها الركاب المصعد. لذلك فإن النموذج المبسط المقترح هو حل وسط جيد بين الجهد والدقة.

تستخدم الرحلة المتوسطة متوسط ​​الحمل في السيارة وتقطع مسافة متوسطة. بالنسبة للمصاعد الأوروبية السكنية المتوازنة بنسبة 50٪ ، يمكن افتراض نمط مرور بسيط (الجدول 1): 

متوسط ​​الرحلة ذهابًا وإيابًا (رحلة ذهابًا وإيابًا = رحلتان) يستخدم بالتالي:

100٪ * 50٪ + 50٪ * 30٪ + 50٪ * 10٪ = 70٪ طاقة الرحلة المرجعية.

بالنسبة للمصاعد الفردية في المباني السكنية الأوروبية ، يمكن اعتبار متوسط ​​مسافة السفر نصف الارتفاع.

نظرًا لأن الرحلة المرجعية تحتوي على رحلتين ومتوسط ​​مسافة الرحلة هو نصف الارتفاع ، فإن الطاقة المستخدمة لرحلة متوسطة هي من طاقة متوسط ​​الرحلة ذهابًا وإيابًا.

يمكن تقدير الطلب السنوي على الطاقة لمصعد جر متوازن بنسبة 50٪ وفقًا للصيغة التالية:

E_سفر = ¼ ن * ه_reftrip * 0.7 (1)

E_سفر الطاقة السنوية للسفر

E_reftrip الطاقة المستخدمة في الرحلة المرجعية

n عدد الرحلات في السنة

يمكن حساب طلب الطاقة الاحتياطية على النحو التالي:

E_ستبي = ف_ستبي * ت_ستبي (2)

t_ستبي = 365 يومًا * (24 ساعة - t_سفر) (3)

E_ستبي الطاقة السنوية لوضع الاستعداد

P_ستبي الطاقة الاحتياطية

t_سفر الوقت خلال العام عندما المصعد 

يسافر

t_ستبي الوقت خلال العام عندما المصعد 

الوقوف بثبات

5. الاستنتاجات

استخدمت الدراسات في سويسرا والاتحاد الأوروبي و VDI 4707 نماذج رياضية مماثلة لتقدير الطلب على الطاقة للمصاعد.

أظهرت تقديرات عام 2005 في سويسرا أن أنظمة المصاعد البالغ عددها حوالي 150,000 ألف نظام تستهلك نحو 300 جيجاواط/ساعة سنويًا، أي ما يعادل 0.5% من إجمالي استهلاك الكهرباء في البلاد. والمثير للدهشة أن أكثر من 50% من هذه الطاقة تُستخدم في وضع الاستعداد فقط. غالبًا ما تستهلك المصاعد الجديدة طاقةً أكبر في وضع الاستعداد مقارنةً بالمصاعد القديمة، وذلك لاحتوائها على العديد من الأجهزة الإلكترونية التي تستهلك هذه الطاقة لتلبية متطلبات السلامة وسهولة الوصول والراحة الحالية.

قدر مشروع المصاعد والسلالم الكهربائية الأوروبية الموفرة للطاقة 18,4 تيراواط ساعة من إجمالي استهلاك الكهرباء للمصاعد. 6,7،10,9 تيراواط ساعة في القطاع السكني ، 810،6 تيراواط ساعة في القطاع الثالث و XNUMX جيجاواط ساعة فقط في القطاع الصناعي. قدر المشروع أيضًا الوفورات المحتملة مع الأخذ في الاعتبار أفضل التقنيات المتاحة (BAT) (الشكل XNUMX):

يوضح سيناريو BAT الأول ما يمكن أن يكون ممكنًا عندما تستخدم جميع المصاعد الحالية التكنولوجيا المتاحة اليوم. يُظهر سيناريو BAT الثاني رؤية أكثر رؤية ، فهو يأخذ في الاعتبار ما يمكن أن يكون ممكنًا إذا كان للمصاعد قوة استعداد 1 وات فقط.

6. في دي آي 4707

نظرت جمعية المهندسين الألمان VDI في العمل البحثي المتاح ونشرت الدليل التوجيهي VDI 4707 الذي يحدد ملصق الطاقة للمصاعد.

الاستعداد والسفر لهما تصنيفان منفصلان (الجدول 2).

يتم تعيين فئة الاستعداد مباشرة إلى قيمة الطاقة الاحتياطية.

تعتمد طاقة الرحلة المرجعية على طول العمود والحمل المقنن. لإزالة هذه الاختلافات ، يتم بالتالي تقسيم الطاقة الخاصة برحلة مرجعية من خلال مسافة الرحلة المقطوعة والحمل المقنن قبل تعيينها إلى فئة طلب السفر المحدد. يتم النظر في تأثير الحمل وحركة المرور باستخدام عامل الحمولة (انظر الجدول 1).

قد يكون من الصعب التعامل مع وجود فصلين. لذلك حدد VDI 4707 فئة كفاءة الطاقة للمصعد الذي يجمع بين الفئتين. تعد قيم الاستعداد المنخفضة أكثر أهمية من أنظمة القيادة الفعالة للغاية للمصاعد السكنية التي لا تنتقل كثيرًا. ولكن في المباني ذات الازدحام الشديد ، يكون العكس هو الصحيح. لذلك يحدد VDI 4707 5 فئات استخدام (نادرًا جدًا للاستخدام المتكرر جدًا).

تم تلخيص جميع النتائج والتقديرات على ملصق كفاءة استخدام الطاقة VDI 4707 (الشكل 7).

كفاءة المصعد

غالبًا ما يُطرح سؤال ، ما هو عامل كفاءة الطاقة η للمصعد؟ يجب أن تكون عوامل الكفاءة أقل وحدة حيث 100٪ تعني الوضع المثالي.

لرفع الكتلة ، يمكن تحديد الرافعة على النحو التالي:

η_مصعد = (م * ز_n * هو_مصعد (4)

لخفض الكتلة ، يمكن تجديد الطاقة و η_مغذي يمكن تحديدها على النحو التالي:

η_مغذي = هـ_مغذي / (م * ز_n * ح) (5)

يمكن حساب طاقة الرحلة المرجعية على النحو التالي:

E_reftrip = هـ_مصعد - E_مغذي = (م * ز_n * ح) * (1 / η_مصعد - ح_مغذي) (6)

نظرًا لعدم تحويل أي طاقة في الرحلة المرجعية ، فإن الكفاءة η_مصعد سيكون دائما صفر. لذلك من المنطقي أن تستخدم بدلاً من الكفاءة η_مصعد عاملي الكفاءة η_مصعد و η_مغذي.

E_مصعد الطاقة لرفع الكتلة

E_reftrip الطاقة لرحلة مرجعية

E_مغذي طاقة متجددة

g_n تسارع الجاذبية (9.81 م / ث²)

ح ارتفاع المصعد

م فرق الكتلة المراد نقله (الوزن المقابل مطروحًا منه السيارة الفارغة)

η_مصعد عامل الكفاءة لرفع الكتلة

η_مغذي عامل الكفاءة لتوليد الطاقة

7. المراجع

نيبكو ، ج. (2005). منشور 250057. الطلب على الكهرباء وتوفير إمكانات المصاعد. المكتب الفدرالي السويسري للطاقة. 44 ص

(2009). دليل VDI 4707. يرفع كفاءة الطاقة ، Verein Deutscher Ingenieure. 28 ص

ألميدا ، أ. (2010). المصاعد والسلالم الموفرة للطاقة ، تقدير المدخرات. أوروبا الذكية للطاقة ، 15pp