Energie- und Betriebssparstrategien

Vorteile von Modernisierungsprojekten für Fahrtreppen- und Fahrsteigantriebe

Die meisten Interessenvertreter der vertikalen Transportbranche – und die Menschen im Allgemeinen – engagieren sich immer mehr für den Umweltschutz. Daher ist der verantwortungsvolle und e–ziente Umgang mit Energie ein wichtiges Element, das berücksichtigt werden muss.

Aus einer breiteren Perspektive müssen wir die Lebenszyklusbewertung (LCA) betrachten, beginnend mit der ersten Entwurfsphase für neue Produkte. Dies sollte jedoch auch für die Produktmodernisierung getan werden, um die vielfältigen Vorteile/Konsequenzen von Maschinen-Upgrades besser zu verstehen. Wir werden hier keine vollständige Ökobilanz präsentieren, sondern die interessantesten Vorteile der Modernisierung von Fahrtreppen- und Fahrsteigantrieben mit variablen Spannungs- und Geschwindigkeitsreglern in Bezug auf Energie- und andere Betriebskosteneinsparungen sowie Auswirkungen auf die Produktlebensdauer vorstellen.

Optionen für 10-15 Jahre alte Einheiten

Fahrtreppen und Fahrsteige, die in den letzten 10-15 Jahren hergestellt wurden, haben oft Antriebe/Wechselrichter mit variabler Spannung und variabler Frequenz (VVVF). Solche Maschinen schalten normalerweise während der Abwesenheit von Fahrgästen von ihrer Nenngeschwindigkeit von 0.5 mps auf 0.2 mps um. Die Fahrgasterkennung erfolgt normalerweise durch einen Lichtschranken-Lichtschrankensensor in der Sockelleiste in der Nähe der Kamm-Schnittlinie (wo sich die Stufen zu bewegen beginnen). Dies wird als „Nenngeschwindigkeit – niedrige Geschwindigkeit“ (NL) bezeichnet. Nur ein relativ kleiner Teil dieser bestehenden Fahrtreppen ist mit Sensoren ausgestattet, die Personen 1.3-1.8 m vor dem Einsteigen erkennen können.

Dies ist eine Anforderung nach EN 115, damit die Einheiten vollständig anhalten und auf die nächste Fahrgastcharge warten. Dies wird als „Nenngeschwindigkeit – niedrige Geschwindigkeit – Standby“ (NLS) bezeichnet.

Beteiligte, die für den Betrieb dieser Maschinen verantwortlich sind, könnten daher in Erwägung ziehen, von NL zu NLS zu wechseln, was, wie oben beschrieben, normalerweise durch Hinzufügen von selbstreflektierenden Fotozellen oder Radarsensoren zu nahe gelegenen Handlaufeinlässen (entweder integriert in den Einlässen oder an Bodenplatten befestigt) möglich ist in der Nähe).

Optionen für 15-30 Jahre alte Einheiten

Einheiten in diesem Alterssegment arbeiten normalerweise die ganze Zeit mit Nenndrehzahl (N). Eine Fahrtreppe kann entweder auf NL- oder NLS-Betrieb modernisiert werden. Er lässt sich zwar auch auf NS-Betrieb modernisieren, wird aber hier nicht vorgestellt, da der NS-Betrieb durch die Belastung mechanischer Komponenten bei Start/Stopp-Vorgängen einige Nachteile mit sich bringt.

Dies könnte durch einen NS-Softstarter abgemildert werden, aber die Kosten nähern sich dann denen von leistungsstärkeren Upgrades auf Basis von drehzahlgeregelten Antrieben wie NL und NLS. Dies ist eindeutig das Alterssegment mit den größten Energie- und betrieblichen Einsparpotenzialen.

Optionen für 30-plus-Jährige Einheit

Für Fahrtreppen, die älter als 30 Jahre sind, könnte eine andere Modernisierungsstrategie gewählt werden. Es würde normalerweise ein komplettes Kontrollsystem-Upgrade, eine vollständige Überholung oder einen Austausch beinhalten.

So treffen Sie die beste Entscheidung

Die beste Entscheidung wird zunächst durch die Merkmale des Personenverkehrs in Bezug auf Menge und Art (kleine und kontinuierliche Passagierzugänge versus große, periodische Passagierzugänge) bestimmt.

Wir wissen, wie viel Energie nach jeder Modernisierungsart (N zu NL, N zu NLS und NL zu NLS) mit einer Genauigkeit von ±10% eingespart wird und dasselbe für die Reduzierung der zurückgelegten Strecke, die sehr stark mit den Betriebskosten und verbleibendes Leben.

Ein Hinweis zu regenerativen Antrieben: Da es nur sehr wenige Momente gibt, in denen eine Regeneration stattfindet, schätzt Ihr Autor die Regenerationswatt pro Stunde innerhalb eines Tages im Vergleich zum Energieverbrauch einer ganzen Fahrt nicht signifikant ein.

Beispiel für die Messung der Passagierbelastung

Es gibt mehrere Methoden zur Last- und Verkehrsregistrierung, und die Methode, mit der Ihr Autor am besten vertraut ist, ist die Wirkleistungsmessung mit einem dreiphasigen Leistungsanalysator.

Angenommen, Fahrtreppe A ist eine Fahrtreppe mit mittlerer bis hoher Verkehrsleistung, die mit einem 30-kW-Motor ausgestattet ist. Aus dem Diagramm der Wirkleistungsanalyse in Abbildung 1 erkennen wir etwas, das im Allgemeinen für Fahrtreppen und Fahrsteige gilt:

• Motoren arbeiten während Verkehrsspitzen mit 30-50% ihrer Nennkapazität, da Motoren normalerweise für die Beförderung von zwei Passagieren pro Stufe ausgelegt sind, während die Realität in Verkehrsspitzen zeigt, dass alle zwei Schritte ein Passagier ist der rechten Seite („statische Fahrgäste“) und ein Fahrgast alle 3 oder 4 Stufen auf der linken Seite, der die Stufen betritt.
• Während der normalen Betriebsstunden laufen die Motoren mit 15-25% ihrer Kapazität.
• In verkehrsarmen Stunden beträgt diese Kapazität nur 10-15%.

Leistungsfaktor

Eine Konsequenz aus dem oben Gesagten ist, dass der Motorleistungsfaktor für Start-Dreieck-Fahrtreppen, die die ganze Zeit bei N laufen, sehr niedrig ist. Dies führt zu hohen Widerstands- und Magnetverlusten des Motors, da er mit 0.5 mps mit einer Eingangsspannung von 400 ACV at . betrieben wird 50 Hz, während der Drehmomentbedarf im Vergleich zur Nennleistung sehr gering ist.

Der Leistungsfaktor beträgt nur 0.1-0.2, und die hohe Blindleistung überlastet die elektrischen Versorgungsleitungen und verursacht auch auf der Versorgungsseite ohmsche Verluste. Abbildung 3 zeigt Leistungsfaktorunterschiede zwischen Stern-Dreieck- (N) und VVVF-gesteuerten identischen Motoren in Auf- und Abwärtsrichtung.

Der VVVF-Antrieb (Inverter) verbessert den Leistungsfaktor. Ist der Eco-Mode des internen Umrichters aktiviert, wird die Spannungsversorgung des Motors an das erforderliche Drehmoment angepasst. Das bedeutet Energieeinsparung auch bei konstanter Nenndrehzahl, ca. 400 W bei einem 15-kW-Motor und 300 W bei einem 11-kW-Motor. Diese sehr signifikanten Einsparungen entsprechen 15 % des Gesamtstromverbrauchs des Motors bei 0.5 mps (ohne Passagierbelastung).

Verkehrsberechnung aus Wirkleistungsdaten

Wenn die Wirkleistungsdaten sorgfältig verarbeitet werden, können wir die Anzahl der Passagiere, die in der Rolltreppe reisen, mit angemessener Genauigkeit ermitteln. Wir können auch mit hoher Präzision Informationen über den Status der Beladung/Entladung von Rolltreppen erhalten. Dies ist hilfreich für die Simulation verschiedener Energiesparoptionen wie NL und NLS. Selbst wenn wir Daten von einer Fahrtreppe im NL-Betrieb haben, können wir die benötigte Tra–c und Leistung bestimmen, wenn der Wechselrichter defekt ist und/oder überbrückt wird und sich auf den N-Betrieb verschlechtert.

Die beispielhafte Fahrtreppe A enthält einen VVVF-Antrieb (Wechselrichter), der durch eine Wirkleistungsreduzierung auf 2.3 kW realisiert wird, nachdem in den letzten drei Punkten (30 s) kein Fahrgast eingestiegen ist.

Anhand der folgenden Daten können wir erkennen, dass die Einsparungen für jede Strategie nicht gleich sind:

Rolltreppe A (Aufwärtsrichtung, mittleres bis hohes Verkehrsprofil):

• Von N nach NL: tägliche Energieeinsparung von 17 kWh (25 % gegenüber N)
• Von NL zu NLS: tägliche Energieeinsparung von 10 kWh (15% gegenüber N)
• Von N nach NLS: tägliche Energieeinsparung von 27 kWh (40 % gegenüber N) Fahrtreppe B (Abwärtsrichtung, niedriges Verkehrsprofil):
• Von N nach NL: tägliche Energieeinsparung von 17 kWh (38 % gegenüber N)
• Von NL zu NLS: tägliche Energieeinsparung von 18 kWh (41% gegenüber N)
• Von N bis NLS: tägliche Energieeinsparung von 35 kWh (79% gegenüber N)

Die Einsparungen hängen stark vom Fahrtreppenverkehr (Anzahl der Fahrgäste) und der Art und Weise ab, wie sie einsteigen (ein kleiner und kontinuierlicher Fluss gegenüber großen, periodischen Chargen). Ein Beispiel für kleine und halbkontinuierliche Fahrgastströme ist eine nach unten gerichtete Rolltreppe zwischen Straßenniveau und Bahnhofshalle in einem U-Bahn-System, während ein Beispiel für große, periodische Chargen eine nach oben gerichtete Rolltreppe von Bahnsteig zu Halle wäre.

Die Entscheidung treffen

Wenn wir wissen, wie viele Kilowattstunden und wie viele Kilometer wir pro Tag durch die Simulation unterschiedlicher Energie- und Betriebssparstrategien einsparen, sind wir in der Lage, diese in wirtschaftliche und umweltschonende (CO25754-Fußabdruck-)Kennzahlen umzusetzen. Auch können wir gut kalkulieren, ob es uns gelungen ist, die Energieklassifizierung nach ISO 3:2015-XNUMX zu verbessern. Zusammengenommen wird dies uns helfen, die beste Entscheidung über die Modernisierungsstrategie zu treffen.

Einsparungen hängen sehr stark von spezifischen Verkehrsmustern für jede Einheit, Höhenneigung und Geschwindigkeit der Fahrtreppe oder des Fahrsteigs ab. Daher wird empfohlen, keine Standardprozentzahlen für Einsparungen zu verwenden, sondern stattdessen eine gute Verkehrsanalyse basierend auf realen Fahrtreppen- oder Fahrsteigleistungsmessungen innerhalb einer Woche oder mindestens eines Arbeitstages und eines Wochenendtages durchzuführen.