Un metodo migliorato e più accurato per calcolare il consumo energetico di un ascensore

Spesso è necessario selezionare l'impianto ascensore più performante in termini di efficienza energetica, ad esempio, per ottenere il primo credito nel sistema di classificazione del metodo di valutazione ambientale dell'istituto di ricerca degli edifici (esistono altre classificazioni di valutazione ambientale come LEED, Green Star, ecc. ). I precedenti metodi di calcolo del consumo energetico erano imprecisi come quelli suggeriti in Guida CIBSE D: 2010. Un metodo più accurato è stato sviluppato da un gruppo di lavoro 178 dell'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) TC10. Questo è stato pubblicato in ISO/DIS 25745-2 il 6 giugno 2013. Di seguito viene fornita una forma semplificata del metodo di calcolo.

Dati forniti

Il metodo si basa sulla conoscenza di tre set di dati: dati noti, dati misurati e dati stimati.

I dati noti per l'installazione di destinazione sono i dati di progettazione. Questi dati sono: velocità nominale; carico nominale; valore di accelerazione; valore di jerk, distanza da pavimento terminale a pavimento terminale; il numero di fermate; l'orario di apertura, apertura e chiusura delle porte dell'ascensore ai piani; e rapporto di controbilanciamento.

I dati misurati sono ottenuti utilizzando il metodo specificato nella norma EN ISO 25745-1: 2012 da un'installazione di destinazione effettiva o da una struttura di torre di prova impostata per emulare l'installazione di destinazione. Questi dati sono: consumo di energia in esercizio; consumo energetico inattivo; energia di standby permanente (questi termini sono definiti nella norma BS EN ISO 25745-1:2012). In assenza di dati misurati, possono essere utilizzati valori ottenuti mediante simulazione.

I dati stimati sono un'indicazione dell'attività dell'impianto che va da un'attività molto bassa a molto alta. Questo dato è rappresentato dal numero di viaggi giornalieri.

Consumo energetico giornaliero stimato

Il consumo energetico giornaliero stimato (E_d) di un ascensore è la somma del consumo di marcia (E_rd) e il consumo permanente (inattivo/in standby) (E_sd):

Consumo energetico giornaliero stimato per la corsa

Il consumo giornaliero di marcia (E_d) dipende dall'energia utilizzata per un viaggio medio effettuato dall'incremento target moltiplicato per il numero di viaggi in un giorno (n_d). Il consumo di energia in esecuzione (E_rc) utilizzato per eseguire il ciclo di riferimento ISO (un viaggio di andata di un'auto vuota da un piano all'altro del terminal all'altro piano e ritorno) è dato dalla misurazione effettuata secondo la norma EN ISO 25745-1: 2012. Questa misurazione dell'energia di marcia è per un'auto vuota che percorre la distanza tra i pianerottoli del terminal (s_rc). La distanza percorsa per un viaggio medio (s_av) è inferiore alla distanza tra i pianerottoli terminali e può essere espressa in percentuale della distanza (s_rc), ovvero: %S = s_av/s_rc.

La misurazione dell'energia di marcia viene effettuata con un'auto vuota. In funzione, l'ascensore trasporterà carichi di passeggeri da zero a pieno carico nominale. In generale, il carico medio è basso. Per correggere le auto cariche, l'energia di marcia deve essere corretta da un fattore di carico (k_L). Pertanto, il consumo corrente giornaliero (E_d) in Wh è dato dall'equazione 2:

Dove:

• n_d è il numero di viaggi al giorno (Un viaggio è il movimento da un piano all'altro.)
• %S è la distanza di percorrenza media in percentuale per viaggio per un'installazione di destinazione.
• k_L è il fattore di carico per viaggio.
• E_rc è il consumo di energia di esercizio misurato o stimato del ciclo di riferimento ISO (due viaggi) in Wh.

1. Il numero di viaggi al giorno (n_d) per un'installazione di destinazione è nota, stimabile o ricavata dalla Tabella 1. Il numero di corse definisce la categoria di utilizzo per eventuali calcoli.

La distanza media di percorrenza percentuale (%S) può essere ricavata dalla Tabella 2 in base alla categoria di utilizzo selezionata e al numero di possibili fermate nell'edificio servito.

*Potrebbe essere necessario rivedere il valore suggerito se il movimento del traffico tra i due piani del terminal è dominante. In questo caso, la distanza media di viaggio può tendere verso il 100%.

Notare che il numero di arresti per l'installazione di destinazione è un dato noto.

Il valore per il fattore di carico (k_L) può essere calcolato utilizzando le equazioni 3a/3e di seguito, dove il valore per il carico medio percentuale dell'auto (%Q) è ricavato dalla Tabella 3 in base alla categoria di utilizzo e al carico nominale. Annotare il carico nominale (Q) dell'installazione di destinazione sono dati noti.

Per ascensori elettrici controbilanciati al 50%:       

           k_L = 1 – (%Q × 0.0164) (Equazione 3a)

           Intervallo 0.97–0.74.

Per ascensori elettrici controbilanciati al 40%:         

           k_L = 1 – (%Q × 0.0192) (Equazione 3b)

           Intervallo 0.96–0.69.

Per ascensori idraulici senza controbilanciamento:   

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

           Intervallo 1.02–1.11.

Per ascensori idraulici con controbilanciamento del 35% del peso cabina:  

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

           Intervallo 1.02–1.16.

Per ascensori idraulici con controbilanciamento del 70% del peso cabina: 

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

           Intervallo 1.04–1.30.

Le prime tre equazioni rappresentano gli ascensori di trazione e idraulici comuni. I parametri forniti in queste equazioni sono stati sviluppati da un modello computerizzato di un sistema di ascensori. L'intervallo mostrato è per la % più bassa e più altaQ valori nella Tabella 3. Va notato che un carico in un ascensore a fune riduce il consumo di energia, e in un ascensore idraulico, aumenta il consumo di energia.

Consumo energetico giornaliero stimato

Dove:

P_id         è la potenza utilizzata quando l'ascensore è in modalità di riposo (W)
            (misurato dopo la cessazione del funzionamento della porta quando
             fermato ad un pianerottolo).

P_st         è la potenza utilizzata quando l'ascensore è in modalità standby (W)
             (misurato dopo cinque minuti di inattività).

R_id         è il rapporto tra il tempo di inattività quando si consuma Pid (valore
             <1).

R_st         è il rapporto tra il tempo di standby quando si consuma Pst
             (valore < 1).

t_av         è il tempo per percorrere la distanza media percorsa per il
             installazione di destinazione, inclusi i tempi di porta.

Notare che il primo termine nell'equazione 4 è il tempo in cui l'ascensore non è in funzione, ovvero: in piedi. 

La potenza al minimo e la potenza in standby sono valori misurati ottenuti con il metodo indicato nella norma EN ISO 25745-1: 2012. La potenza al minimo viene misurata con una cabina vuota e quando le operazioni delle porte sono cessate. La potenza in standby viene misurata dopo cinque minuti di inattività.

Il metodo ISO considera i sistemi che possono rimanere in una seconda modalità standby fino a 30 minuti. Questo non è considerato qui.

I valori per Rid e Rst possono essere presi dalla Tabella 4. Il tempo (t_av) per percorrere la distanza media (s_av) è data dall'equazione 5:

Dove:

v         è la velocità nominale (m/s).

j          è il jerk nominale (m/s²).

td       è l'ora dell'apertura, dell'apertura e della chiusura
             tempi delle porte dell'ascensore ai piani.

Esempi

Esempio 1 – Ascensore a trazione

L'esempio seguente è tratto da SAFE S24 con valori arrotondati per semplificare l'aritmetica.

Parametri di sollevamento

• Ascensore a fune in un edificio per uffici
• Carico nominale: 1,500 kg
• Velocità nominale: 2.50 m/s
• Viaggio: 75 m
• Numero di fermate: 20
• Controbilanciamento: 50%
• Accelerazione: 1.0 m/s²
• Jerk 1.25 m/s³
• Tempi di porta: 8.0 s

Dati determinati da misurazione o simulazione

• Viaggi giornalieri: 750 (categoria 4)
• Potenza al minimo: 500 W
• Potenza in standby dopo 5 minuti: 120 W
• Energia del ciclo di riferimento ISO: 170 Wh

Dati da tabelle

• Distanza media percorsa: 44% (dalla tabella 2)
• Carico medio dell'auto: 3.5% (dalla Tabella 3)
• Fattore di carico (k_L): 0.94 (da k_L = 1 – (%Q × 0.0164))
• Rapporto tempo di inattività/standby: 45/55 (dalla Tabella 4)

Calcolo

sav = 0.44 × 75 = 33 m

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

                                                                             = 5,500 Wh

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

Si tratta di 32 kWh al giorno (circa 0.6 p [0.6 c] per viaggio).

Esempio 2 - Sollevatore idraulico

(Questo esempio è tratto da SAFE S3 con valori arrotondati per semplificare l'aritmetica.)

Parametri di sollevamento

• Ascensore idraulico in edificio residenziale
• Carico nominale: 500 kg
• Velocità nominale: 0.6 m/s
• Viaggio: 13 m
• Numero di fermate: 5
• Controbilanciamento: 0%
• Accelerazione: 0.3 m/s²
• Strappo: 0.5 m/s³
• Tempi di porta: 8.0 s

Dati determinati da misurazione o simulazione

• Viaggi giornalieri: 30 (categoria 1)
• Potenza al minimo: 50 W
• Potenza in standby dopo 5 minuti: 31 W
• Energia del ciclo di riferimento ISO: 91 Wh

Dati da tabelle

• Distanza media percorsa: 44% (dalla tabella 2)
• Carico medio dell'auto: 7.5% (dalla Tabella 3)
• Fattore di carico (k_L): 1.05 (da k_L = 1 + [%Q × 0.0071])
• Rapporto tempo Idle/Standby: 13/87 (dalla Tabella 4)

Calcolo

                                                                               = 631Wh

sav = 0.44 × 13 = 5.7 m

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

                                                                                 = 797 Wh

Ed = 631 + 797 = 1,428 Wh

Si tratta di 1.4 kWh al giorno (circa 0.7 p [0.7 c] per viaggio).

Avvertenza

Le cifre fornite nelle tabelle 2, 3 e 4 si basano sui valori mediani per la categoria di utilizzo. Se si scopre che l'utilizzo si trova all'estremità inferiore o superiore di una categoria, l'utilizzo del valore mediano potrebbe essere impreciso. Pertanto, se il numero effettivo di viaggi non è vicino alla mediana, si suggerisce di ricavare i valori dalle tabelle per interpolazione.

Ringraziamenti

• ISO/TC178/WG10 per lo sviluppo del metodo.
• Il Task Group del WG10 per lo sviluppo del fattore di carico (k_L).
• Le tabelle contenute nello standard sono state sviluppate da Ana Lorente come parte dei suoi studi di dottorato sulla sua tesi "Analisi del ciclo di vita e modellazione energetica degli ascensori" presso l'Università di Saragozza, in Spagna, a sostegno del lavoro del WG10.^[4] 

Referenze
[1] BS EN ISO 25745-1: 2012 Prestazioni energetiche di ascensori, scale mobili e marciapiedi mobili Parte 1: Misurazione e verifica dell'energia.
[2] Guida CIBSE D: 2010.
[3] ISO/DIS 25745-2: 2013 Prestazioni energetiche di ascensori, scale mobili e marciapiedi mobili Parte 2: Calcolo e classificazione energetica per ascensori (ascensori).
[4] Lorente, AM, Nunez, JL & Barney GC: “Modelli energetici per ascensori”; 2° Simposio sulle tecnologie degli ascensori e delle scale mobili, 27 settembre 2013, Università di Northampton