Un método mejorado y más preciso para calcular el consumo de energía de un ascensor

A menudo es necesario seleccionar la instalación de ascensores con mejor rendimiento en términos de eficiencia energética, por ejemplo, para obtener el primer crédito en el sistema de clasificación del Método de Evaluación Ambiental del Establecimiento de Investigación de Edificios (existen otras clasificaciones de calificación ambiental como LEED, Green Star, etc. ). Los métodos de cálculo del consumo de energía anteriores han sido inexactos, como el sugerido en Guía CIBSE D: 2010. Un método más preciso ha sido desarrollado por el Grupo de Trabajo 178 de la Organización Internacional de Normalización (ISO) TC10. Este fue publicado en ISO / DIS 25745-2 el 6 de junio de 2013. Aquí se proporciona una forma simplificada del método de cálculo.

Datos dados

El método se basa en el conocimiento de tres conjuntos de datos: datos conocidos, datos medidos y datos estimados.

Los datos conocidos para la instalación de destino son los datos de diseño. Estos datos son: velocidad nominal; carga nominal; valor de aceleración; valor de tirón, distancia entre el piso terminal y el piso terminal; el número de paradas; el tiempo de apertura, apertura y cierre de las puertas del ascensor en los descansos; y relación de contrapeso.

Los datos medidos se obtienen utilizando el método especificado en EN ISO 25745-1: 2012, ya sea de una instalación de destino real o de una instalación de torre de prueba configurada para emular la instalación de destino. Estos datos son: consumo de energía en funcionamiento; consumo de energía inactivo; energía de reserva (estos términos se definen en BS EN ISO 25745-1: 2012). En ausencia de datos medidos, se pueden utilizar los valores obtenidos mediante simulación.

Los datos estimados son una indicación de la actividad de la instalación que va desde muy baja a muy alta actividad. Estos datos están representados por el número de viajes por día.

Consumo de energía diario estimado

El consumo energético diario estimado (E_d) de un ascensor es la suma del consumo de funcionamiento (E_rd) y el consumo en reposo (inactivo / en espera) (E_sd):

Consumo de energía diario estimado en funcionamiento

El consumo de funcionamiento diario (E_d) depende de la energía utilizada para un viaje promedio que realiza el ascensor objetivo multiplicado por el número de viajes en un día (n_d). El consumo de energía en funcionamiento (E_rc) utilizado para realizar el ciclo de referencia ISO (un viaje de ida y vuelta de un automóvil vacío desde un rellano terminal al otro rellano terminal y regreso) viene dado por la medición realizada de acuerdo con EN ISO 25745-1: 2012. Esta medición de energía en funcionamiento es para un automóvil vacío que recorre la distancia entre los aterrizajes de la terminal (s_rc). La distancia recorrida para un viaje promedio (s_av) es menor que la distancia entre los aterrizajes terminales y se puede expresar como un porcentaje de la distancia (s_rc), es decir:% S = s_av/s_rc.

La medición de la energía en marcha se realiza con un coche vacío. En funcionamiento, el elevador transportará cargas de pasajeros desde cero hasta la carga nominal completa. En general, la carga media es baja. Para corregir los autos cargados, la energía en funcionamiento debe corregirse mediante un factor de carga (k_L). Por lo tanto, el consumo de funcionamiento diario (E_d) en Wh viene dado por la Ecuación 2:

Lugar:

• n_d es el número de viajes por día (un viaje es el movimiento de un piso a otro).
• %S es el porcentaje de distancia de viaje promedio por viaje para una instalación de destino.
• k_L es el factor de carga por viaje.
• E_rc es el consumo de energía en funcionamiento medido o estimado del ciclo de referencia ISO (dos viajes) en Wh.

1. El número de viajes por día (n_d) para una instalación de destino es conocido, o puede estimarse o tomarse de la Tabla 1. El número de viajes define la categoría de uso para cualquier cálculo.

La distancia de viaje promedio porcentual (% S) se puede tomar de la Tabla 2 según la categoría de uso seleccionada y el número de paradas posibles en el edificio servido.

* Es posible que sea necesario revisar el valor sugerido si predomina el movimiento del tráfico entre los dos pisos de la terminal. En este caso, la distancia media de viaje puede tender al 100%.

Tenga en cuenta que el número de paradas para la instalación de destino son datos conocidos.

El valor del factor de carga (k_L) se puede calcular usando las ecuaciones 3a / 3e a continuación, donde el valor del porcentaje de carga promedio del automóvil (%Q) se toma de la Tabla 3 según la categoría de uso y la carga nominal. Tenga en cuenta la carga nominal (Q) de la instalación de destino son datos conocidos.

Para elevadores de tracción compensados ​​al 50%:       

           k_L = 1 - (%Q × 0.0164) (Ecuación 3a)

           Rango 0.97–0.74.

Para elevadores de tracción compensados ​​al 40%:         

           k_L = 1 - (%Q × 0.0192) (Ecuación 3b)

           Rango 0.96–0.69.

Para elevadores hidráulicos sin contrapeso:   

           k_L = 1 + (%Q × 0.0071) (Ecuación 3c)

           Rango 1.02–1.11.

Para elevadores hidráulicos con un 35% de contrapeso del peso de la cabina:  

           k_L = 1 + (%Q × 0.0100) (Ecuación 3d)

           Rango 1.02–1.16.

Para elevadores hidráulicos con un 70% de contrapeso del peso de la cabina: 

           k_L = 1 + (%Q × 0.0187) (Ecuación 3e)

           Rango 1.04–1.30.

Las tres primeras ecuaciones representan elevaciones hidráulicas y de tracción comunes. Los parámetros dados en estas ecuaciones se desarrollaron a partir de un modelo informático de un sistema de elevación. El rango que se muestra es para el% más bajo y más altoQ valores en la Tabla 3. Cabe señalar que una carga en un elevador de tracción reduce el uso de energía, y en un elevador hidráulico, aumenta el uso de energía.

Consumo de energía diario estimado

Lugar:

P_id         es la potencia utilizada cuando el elevador está en modo inactivo (W)
            (medido después de que las operaciones de la puerta hayan cesado cuando
             se detuvo en un rellano).

P_st         es la potencia utilizada cuando el ascensor está en modo de espera (W)
             (medido después de cinco minutos de inactividad).

R_id         es la relación de tiempo de inactividad cuando se consume Pid (valor
             <1).

R_st         es la relación de tiempo de espera cuando se consume Pst
             (valor <1).

t_av         es el tiempo que se tarda en recorrer la distancia media de viaje del
             instalación de destino, incluidos los tiempos de puerta.

Tenga en cuenta que el primer término en la Ecuación 4 es el tiempo que el elevador no está funcionando, es decir: parado. 

La potencia inactiva y la potencia de reserva son valores medidos obtenidos por el método dado en EN ISO 25745-1: 2012. La potencia inactiva se mide con un automóvil vacío y cuando las puertas han cesado. La energía en espera se mide después de cinco minutos de inactividad.

El método ISO considera sistemas que pueden permanecer en un segundo modo de espera hasta 30 minutos. Esto no se considera aquí.

Los valores de Rid y Rst se pueden tomar de la Tabla 4. El tiempo (t_av) para recorrer la distancia media (s_av) viene dada por la Ecuación 5:

Lugar:

v         es la velocidad nominal (m / s).

j          es el tirón nominal (m / s²).

td       es el momento de la apertura, apertura y cierre
             tiempos de las puertas del ascensor en los descansos.

Ejemplos

Ejemplo 1: elevación de tracción

El siguiente ejemplo es de SAFE S24 con valores redondeados para facilitar la aritmética.

Parámetros de elevación

• Elevador de tracción en un edificio de oficinas
• Carga nominal: 1,500 kg
• Velocidad nominal: 2.50 m / s
• Viaje: 75 m
• Número de paradas: 20
• Contrapeso: 50%
• Aceleración: 1.0 m / s²
• Sacudida 1.25 m / s³
• Tiempos de puerta: 8.0 s

Datos determinados por medición o simulación

• Viajes diarios: 750 (categoría 4)
• Energía inactiva: 500 W
• Energía en espera después de 5 minutos: 120 W
• Energía del ciclo de referencia ISO: 170 Wh

Datos de tablas

• Distancia media de viaje: 44% (de la Tabla 2)
• Carga promedio del automóvil: 3.5% (de la Tabla 3)
• Factor de carga (k_L): 0.94 (desde k_L = 1 - (%Q × 0.0164))
• Relación tiempo inactivo / en espera: 45/55 (de la Tabla 4)

Cálculo

SAV = 0.44 × 75 = 33 m

mesa = 33 / 2.5 + 2.5 / 1 + 1 / 1.25 + 8 = 24.5 s

                                                                             = 5,500 Wh

Ed = 26,367 + 5,500 = 31,867 Wh

Esto es 32 kWh por día (alrededor de 0.6 p [0.6 c] por viaje).

Ejemplo 2: Elevador hidráulico

(Este ejemplo es de SAFE S3 con valores redondeados para facilitar la aritmética).

Parámetros de elevación

• Ascensor hidráulico en edificio residencial
• Carga nominal: 500 kg
• Velocidad nominal: 0.6 m / s
• Viaje: 13 m
• Número de paradas: 5
• Contrapeso: 0%
• Aceleración: 0.3 m / s²
• Sacudida: 0.5 m / s³
• Tiempos de puerta: 8.0 s

Datos determinados por medición o simulación

• Viajes diarios: 30 (categoría 1)
• Energía inactiva: 50 W
• Energía en espera después de 5 minutos: 31 W
• Energía del ciclo de referencia ISO: 91 Wh

Datos de tablas

• Distancia media de viaje: 44% (de la Tabla 2)
• Carga promedio del automóvil: 7.5% (de la Tabla 3)
• Factor de carga (k_L): 1.05 (desde k_L = 1 + [%Q × 0.0071])
• Relación de tiempo inactivo / en espera: 13/87 (de la Tabla 4)

Cálculo

                                                                               = 631Wh

SAV = 0.44 × 13 = 5.7 m

mesa = 5.7 / 0.6 + 0.6 / 0.3 + 0.3 / 0.5 + 8 = 20.1 s

                                                                                 = 797 Wh

Ed = 631 + 797 = 1,428 Wh

Esto es 1.4 kWh por día (alrededor de 0.7 p [0.7 c] por viaje).

Advertencia

Las cifras de las Tablas 2, 3 y 4 se basan en los valores de la mediana para la categoría de uso. Si se descubre que el uso se encuentra en el extremo inferior o superior de una categoría, es posible que el uso del valor medio sea inexacto. Por lo tanto, si el número real de viajes no se acerca a la mediana, se sugiere que los valores se obtengan de las tablas por interpolación.

Agradecimientos

• ISO / TC178 / WG10 para desarrollar el método.
• El Grupo de Trabajo del WG10 para desarrollar el factor de carga (k_L).
• Las tablas contenidas en la norma fueron desarrolladas por Ana Lorente como parte de sus estudios de doctorado sobre su tesis “Análisis del ciclo de vida y modelización energética de ascensores” en la Universidad de Zaragoza, España, en apoyo al trabajo del WG10.^{[ 4 ]} 

Referencias
[1] BS EN ISO 25745-1: 2012 Rendimiento energético de ascensores, escaleras mecánicas y pasillos rodantes. Parte 1: Medición y verificación de energía.
[2] Guía CIBSE D: 2010.
[3] ISO / DIS 25745-2: 2013 Rendimiento energético de ascensores, escaleras mecánicas y pasillos rodantes. Parte 2: Cálculo y clasificación de energía para ascensores (ascensores).
[4] Lorente, AM, Nunez, JL & Barney GC: “Modelos energéticos para ascensores”; 2do Simposio sobre tecnologías de ascensores y escaleras mecánicas, 27 de septiembre de 2013, Universidad de Northampton