Estudio de elevadores energéticamente eficientes de Kleemann

Destaca las acciones que Kleemann ha tomado para reducir el consumo de energía en ascensores hidráulicos y de tracción, mientras analiza las medidas de reducción de energía y los resultados.

En los últimos años, ha habido una tendencia creciente a considerar los aspectos ambientales de los nuevos diseños de ascensores, haciéndolos más eficientes y amigables con el medio ambiente. El propósito de este artículo es resaltar las acciones que ha tomado Kleemann en cuanto a la reducción del consumo energético en ascensores hidráulicos y de tracción, al tiempo que presenta y analiza las medidas y resultados de reducción de energía. El artículo también se centra en la influencia que tienen varios sistemas en el consumo de energía de los ascensores.

Un aumento de ascensores energéticamente eficientes

La escasez de recursos naturales, combinada con una mayor demanda de energía, ha hecho que se preste atención a las cuestiones medioambientales a nivel mundial. Algunos ejemplos del movimiento “verde” son los estudios sobre la huella de carbono, los coches de bajo consumo, las clases energéticas para los electrodomésticos, los sistemas de clasificación de la eficiencia de los edificios y la expansión de las fuentes de energía renovable. Además, las recientes disposiciones legislativas mundiales intentan reducir el consumo de energía en el sector de la construcción. Sin embargo, no existen disposiciones legislativas de este tipo para los ascensores, aunque la comunidad de ascensores tiene un interés compartido, centrado en el consumo de energía durante el funcionamiento de los ascensores. Muchos fabricantes de ascensores han presentado productos “verdes” equipados con funciones para la reducción de energía durante el desplazamiento y el ralentí del ascensor.

Hasta ahora, la industria de los ascensores se ha centrado en el consumo de energía durante la operación de los ascensores, ignorando la huella ambiental total de la unidad debido al interés principal del cliente final. Sin embargo, se debe tener en cuenta todo el ciclo de vida.

Legislación y actividades normativas

No existe una legislación europea directa que cubra las cuestiones ecológicas en los ascensores. La Directiva para el rendimiento energético de los edificios (2002/91 / EC) y la Directiva sobre productos relacionados con la energía (2010/31 / EC) son las legislaciones más relevantes, aunque, en este momento, no incluyen los ascensores en su ámbito de aplicación. También hay varias actividades normativas con respecto a la eficiencia energética de los ascensores. A nivel internacional, se están desarrollando las normas ISO EN 25745-1 / 2 relativas a las mediciones de energía y la clasificación de ascensores. Por el momento, el estándar más prevalente es VDI 4707-1, que proporciona un método para la clasificación energética en el rango de “A” a “G” (Figura 1).

Reducción de energía del ascensor en Kleemann

La investigación de Kleemann sobre reducción de energía se lleva a cabo mediante la colaboración de los departamentos de I + D y de Investigación e Innovación. La investigación comenzó en 2005 con un enfoque en ascensores de tracción e hidráulicos. Para estimar el ahorro de energía de varias acciones, inicialmente se midieron dos modelos, un elevador hidráulico y de tracción. Las especificaciones básicas de esos modelos fueron:

En la Figura 2 se muestra un diagrama de energía típico de un elevador hidráulico. En el movimiento descendente, el consumo de energía es bajo, ya que el motor no está en funcionamiento durante el descenso.

Resultados de las mediciones del modelo hidráulico:

• Consumo de energía durante un ciclo de referencia (subida y bajada con coche vacío): 58 Wh
• Energía en espera: 53 W

En la Figura 3 se muestra un diagrama de energía típico para un elevador de tracción. En el movimiento descendente, la energía consumida es mayor, ya que hay un contrapeso. La medición se realizó con un automóvil vacío.

Resultados de las mediciones del modelo de tracción:

• Consumo de energía durante un ciclo de referencia (subida y bajada con coche vacío): 135 Wh
• Energía en espera: 76 W

Ascensor hidráulico: diseño de carro y chasis

Sin contrapeso, es importante minimizar el peso muerto para reducir el consumo de energía durante el movimiento ascendente. En nuestro modelo de prueba, rediseñamos el automóvil y el bastidor del automóvil para lograr una reducción de peso del 9% (de 650 a 590 kg).

Nuevos resultados de medición:

• Consumo de energía durante un ciclo de referencia: 51 Wh
• Medida anterior: 58 Wh (reducción del 12%)

Ascensor Hidráulico: Inverter Drive

Al usar un inversor para controlar el funcionamiento del motor durante el movimiento ascendente, se evita la función de derivación hidráulica. Por lo tanto, el bombeo de aceite se limita a lo necesario, lo que reduce el funcionamiento del motor.

Nuevos resultados de medición:

• Consumo de energía durante un ciclo de referencia: 37 Wh
• Medida anterior: 51 Wh (reducción del 27.5%)

Es importante tener en cuenta que el inversor da como resultado un aumento en el consumo total en espera. En nuestra medición, la potencia de reserva aumentó de 53 a 85 W. Por lo tanto, es importante examinar la necesidad del uso del inversor o encontrar formas de apagar el inversor cuando el ascensor está inactivo.

Elevador hidráulico: Equilibrio de peso

El uso de un peso de equilibrio, como se muestra en la Figura 4, conduce a una reducción significativa de energía cuando el automóvil se está moviendo hacia arriba. El peso de equilibrado está limitado para garantizar una presión mínima de no menos de 12 a 13 bares.

Nuevos resultados de medición:

• Consumo de energía durante un ciclo de referencia: 22 Wh
• Medida anterior: 37 Wh (reducción del 40%)

Elevador de tracción: sin engranajes / VVVF en lugar de máquinas con engranajes

Es ampliamente conocido que el uso de máquinas sin engranajes puede mejorar la eficiencia del ascensor, ya que el engranaje tiene una relación de eficiencia baja. Además, el variador de voltaje variable y frecuencia variable (VVVF) reduce las pérdidas del motor y las corrientes de arranque, y un factor de potencia cercano a la unidad en todo el rango de velocidad.

Los resultados son indicativos:

Máquina de engranajes / AC2

• Consumo de energía durante un ciclo de referencia: 135 Wh
• Energía en espera: 76 W
• Máquina sin engranajes / VVVF
• Consumo de energía durante un ciclo de referencia: 73 Wh
• Energía en espera: 113 W

Reducción de energía durante el ciclo de referencia: 45%

Elevador de tracción

El tipo de eslinga para automóvil (central o en voladizo), junto con el coeficiente de fricción de las zapatas guiadas, juega un papel importante en la eficiencia total del eje. Los bastidores de automóviles en forma de “L” con zapatas guía con un coeficiente de fricción de 0.3 podrían aumentar la carga desequilibrada hasta en un 70% (Figura 5).

Elevador de tracción: impulsión regenerativa

Un motor regenerativo puede proporcionar una reducción de energía significativa, especialmente en edificios con uso intensivo. Aún así, los diseñadores de ascensores deben tener en cuenta el propio consumo de energía del dispositivo regenerativo.

• Medidas de energía del modelo de tracción equipado con una unidad de regeneración: 
• Consumo de energía durante un ciclo de referencia: 51 Wh
• Energía en espera: 248 Wh

Medida anterior: 73 Wh (reducción del 30.1%)

Ascensores hidráulicos y de tracción: iluminación eficiente del automóvil

El uso de LED en lugar de lámparas incandescentes para la iluminación del automóvil ahorra hasta 90 W durante el movimiento del automóvil.

La duración del ciclo de referencia de un modelo de prueba podría ser de 30 a 60 s. Por tanto, la reducción relevante en un ciclo es baja.

Ascensores hidráulicos y de tracción: consumo en espera 

El consumo en espera juega un papel en el consumo total de energía del ascensor, especialmente cuando el ascensor funciona en edificios residenciales, como se muestra en la Figura 6. Por lo tanto, es fundamental reducir el consumo en espera después de un tiempo de inactividad específico. En este caso, el controlador y el inversor (si lo hay) se ponen en modo de bajo consumo de energía, con las pantallas de cabina y de aterrizaje apagadas y las puertas automáticas en modo de espera (pone el motor fuera de servicio).

Resumen

Para el modelo hidráulico con una carga nominal de 630 kg, un recorrido de 6.2 m, tres paradas y una velocidad nominal de 0.63 mps, la Tabla 1 muestra la reducción de energía con respecto a cada acción de ahorro de energía:

La Tabla 2 muestra el modelo de prueba de tracción con una carga nominal de 750 kg, 55 m de recorrido, 18 paradas y una velocidad nominal de 1.6 mps:

Conclusión

Existen ahorros de energía potenciales relacionados con la demanda de energía de viaje y de reserva de los ascensores. Desde 2005, Kleemann ha investigado exhaustivamente la reducción de energía de los ascensores. Esta investigación ha dado lugar a reducciones significativas del consumo de energía durante el viaje y el modo de espera. Hasta ahora, la industria de los ascensores se ha centrado principalmente en la energía consumida durante la operación de los ascensores. Sin embargo, una evaluación del ciclo de vida completo podría proporcionar una imagen completa de la huella de carbono de los ascensores.