Efficienza energetica degli ascensori

MRL vs. idraulico 

del Dott. K. Ferhat Çelik

1. introduzione

Gli ascensori sono sistemi ingegneristici complessi progettati e installati specificamente per i singoli vani di un edificio. A seconda del loro utilizzo, rappresentano circa il 2-10% del consumo energetico di un edificio. Per gli ascensori a basso utilizzo, come gli edifici fino a cinque piani, questa percentuale varia in genere dal 2% al 3%. Nel complesso, il consumo energetico degli ascensori è relativamente basso rispetto al fabbisogno energetico totale di un edificio, che spesso supera il 40% del consumo totale. Di conseguenza, ad esempio, quando si valuta la prestazione energetica di un edificio, l'attenzione principale dovrebbe essere rivolta all'isolamento termico, ai sistemi di riscaldamento e raffreddamento, all'acqua calda sanitaria e all'illuminazione. Analogamente, considerare solo il consumo energetico operativo degli ascensori non è sufficiente per comprendere appieno la prestazione energetica totale di un ascensore e può portare a conclusioni imprecise. Un simile approccio rischia inoltre di dare erroneamente la priorità agli ascensori sulla base di dati incompleti, trascurando potenzialmente fattori critici per la sicurezza. 

Sono stati sviluppati diversi metodi di calcolo teorici e ibridi per classificare gli ascensori in termini di prestazioni e consumi energetici. Norme come VDI 4707-1 e ISO 25745/1-2 hanno inizialmente incoraggiato le aziende di ascensori a sfruttare queste classificazioni come strumenti di marketing, in particolare nel mercato degli ascensori a bassa altezza. Tuttavia, gli ascensori contrassegnati con un'etichetta energetica di classe "A" possono in realtà raggiungere prestazioni significativamente inferiori se valutati in condizioni realistiche. Una valutazione accurata delle prestazioni energetiche degli ascensori richiede dati affidabili, tra cui il numero e l'intensità delle corse, la velocità di corsa, le condizioni di carico, il consumo energetico in stand-by e il carico del contrappeso, tutti fattori influenzati dai modelli di traffico degli ascensori. Oggi, queste classificazioni manipolative hanno perso la loro importanza e sono state sostituite dall'Analisi del Ciclo di Vita (LCA). 

Sebbene l'affidabilità di tali modelli di calcolo sia discutibile, sul mercato è emersa la spiacevole percezione che i rapporti di consumo energetico degli ascensori siano di circa 3:2:1 rispettivamente per i sistemi idraulici, a trazione con riduttore e senza locale macchina (MRL). Questo documento fornisce informazioni dettagliate sulle prestazioni energetiche degli ascensori basate su una valutazione realistica.

2. Sicurezza contro i terremoti

Gli ascensori sono tra le attrezzature più costose degli edifici e svolgono una funzione cruciale. Tuttavia, contengono diversi componenti meccanici ed elettrici/elettronici particolarmente vulnerabili ai danni durante calamità naturali, in particolare terremoti.

L'Europa e l'Asia sono altamente soggette a terremoti; pertanto, garantire che gli ascensori rimangano operativi dopo gli eventi sismici è fondamentale per ridurre al minimo i rischi correlati. La norma EN 81-77 delinea misure aggiuntive per migliorare la sicurezza degli ascensori nelle regioni sismiche. Tuttavia, la sola implementazione di questa norma non garantisce la completa sicurezza nelle aree a rischio sismico. Questo è stato osservato anche nelle ispezioni sul campo condotte dopo il terremoto del 6 febbraio 2024 in Turchia. Sebbene la norma EN 81-77 miri a garantire l'uso sicuro degli ascensori nelle aree a rischio sismico, non è in grado di implementare misure efficaci per prevenire gli inconvenienti degli ascensori a trazione con contrappesi, in particolare le loro strutture senza locale macchina, che presentano numerose problematiche di sicurezza. Una maggiore sicurezza può essere ottenuta solo apportando le necessarie integrazioni alla norma, a costo di maggiori costi. Pertanto, l'ufficio nazionale di normazione in Iran dovrebbe integrare requisiti aggiuntivi nell'implementazione della norma IR EN 81-77.

Sebbene le carenze nella norma EN 81-77 e nella sua implementazione siano spesso citate come cause principali di danni, il problema principale è la mancata selezione del tipo di ascensore appropriato in base alle caratteristiche dell'edificio. Nelle zone sismiche, oltre a valutare il rischio di danni agli ascensori, è altrettanto importante considerare l'evacuazione di emergenza. Fattori come rischi di incendio, perdite di gas e allagamenti devono essere considerati per garantire il salvataggio in sicurezza dei passeggeri intrappolati. Oltre ai costi di riparazione derivanti da danni agli ascensori, i tempi di fermo possono comportare significative perdite sociali e commerciali. In un contesto post-sismico caratterizzato da traumi sociali e continue scosse di assestamento, mantenere operativi gli edifici pubblici e i loro ascensori è essenziale per una gestione efficace della risposta alle emergenze. Pertanto, per ridurre al minimo le sfide successive ai terremoti, la priorità dovrebbe essere data agli ascensori a basso rischio di danni che possono essere adattati facilmente ed economicamente per conformarsi alle norme IR EN 81-77. I rapporti delle ispezioni sul campo effettuate dopo diversi terremoti hanno già chiarito che gli ascensori idraulici sono la scelta più sicura per le zone sismiche. Questo perché:

• Il cilindro idraulico assorbe le vibrazioni e le oscillazioni, riducendo l'impatto sismico.
• Gli ascensori idraulici non hanno contrappesi, eliminando così i rischi di danni correlati.
• Gli impianti idraulici poggiano direttamente sulle fondamenta dell'edificio; pertanto, sono soggetti a oscillazioni minori e sono meno influenzati dai movimenti sismici.
• Hanno una struttura semplice con meno componenti, il che li rende più affidabili.
• Garantiscono un'evacuazione più facile e sicura in caso di intrappolamento.

Al contrario, il tipo di ascensore più vulnerabile e pericoloso per le zone sismiche è il tipo MRL. Ulteriori discussioni su questo argomento sono disponibili nei riferimenti bibliografici.^[10] Nella Figura 2 sono illustrati alcuni esempi di danni agli ascensori dopo un terremoto.

3. Consumo energetico in standby

Grazie ai progressi nei sistemi di controllo elettronici, il consumo energetico è aumentato non solo durante il funzionamento dell'ascensore, ma anche quando il sistema è inattivo. L'energia consumata dai sistemi di controllo in modalità inattiva è definita "consumo energetico in stand-by". L'integrazione di funzionalità come gruppi di continuità (UPS), sistemi di blocco porte, azionamenti, pulsanti luminosi, display di cabina (interni ed esterni), sistemi di allarme e sicurezza e altri componenti elettronici simili ha aumentato significativamente la quantità di energia in stand-by necessaria per mantenere attivi questi sistemi.

Con l'introduzione degli ascensori MRL, gli azionamenti a velocità variabile hanno iniziato ad essere ampiamente adottati negli ascensori a trazione. Questi azionamenti, combinati con motori sincroni a magneti permanenti (PMS), hanno migliorato la qualità di guida e, a quanto si dice, hanno ridotto il consumo energetico operativo fino al 50% rispetto agli ascensori a trazione convenzionali, grazie all'impiego di motori più piccoli.^[1]

Oltre agli MRL, gli azionamenti a tensione e frequenza variabile (VVVF) sono stati implementati anche negli ascensori a trazione convenzionali dotati di locali macchine e sistemi di ingranaggi. In risposta a ciò, le soluzioni per ascensori idraulici con azionamenti VVVF sono entrate sul mercato come alternative competitive, intensificando la concorrenza nel segmento degli edifici bassi. Di conseguenza, l'energia assorbita da questi azionamenti e dai dispositivi periferici associati è diventata un fattore significativo del consumo energetico complessivo degli ascensori.

Uno studio condotto dall’Agenzia svizzera per l’efficienza energetica (SAFE)^[2] Uno studio su 33 diversi ascensori ha rilevato che il consumo energetico in modalità standby rappresenta circa l'80% dell'energia totale utilizzata dagli ascensori. La Figura 3 illustra l'impatto significativo del consumo energetico in modalità standby (arancione), che è aumentato a causa della diffusa integrazione di componenti elettronici negli impianti degli ascensori. Lo studio evidenzia inoltre che le soluzioni idrauliche dotate di azionamenti VVVF sono altrettanto efficienti dal punto di vista energetico quanto i sistemi MRL a trazione. Questo perché le perdite di energia associate alle valvole di controllo meccaniche convenzionali vengono completamente eliminate grazie all'utilizzo di azionamenti VVVF negli ascensori idraulici.

Una tesi di laurea magistrale di Lees,^[3] Uno studio che ha esaminato il consumo energetico degli ascensori idraulici ha concluso che i sistemi idraulici che utilizzano azionamenti VVVF sono efficienti dal punto di vista energetico quanto i sistemi MRL. Anche gli studi sulla valvola di controllo idraulico EV40-VVVF di Blain hanno dimostrato un risparmio energetico fino al 65%, rendendola una scelta popolare per i progetti di modernizzazione.^[7] Questi risultati smentiscono la percezione generale che gli ascensori idraulici consumino più energia degli MRL a trazione. Tuttavia, Lees ha anche osservato che negli ascensori a basso utilizzo, l'utilizzo di azionamenti VVVF potrebbe aumentare il consumo energetico in stand-by. Di conseguenza, gli ascensori idraulici convenzionali con valvole meccaniche rimangono un'opzione praticabile in questi casi. Ciò suggerisce che, nonostante i progressi nella tecnologia degli ascensori, il consumo energetico può ancora aumentare in determinati scenari, in particolare per i sistemi a basso utilizzo.

Si prevede che i sistemi a risparmio energetico ripaghino l'investimento nel tempo attraverso una riduzione delle bollette energetiche. La velocità di questo ritorno dipende da diversi fattori, tra cui il costo dell'energia, l'utilizzo dell'ascensore, l'efficienza del sistema, il costo dell'investimento iniziale e la frequenza e i costi di manutenzione. I sistemi ad alta efficienza spesso incorporano la frenata rigenerativa, che restituisce elettricità all'edificio anziché dissiparla sotto forma di calore. Sebbene questa tecnologia sia efficace, richiede un investimento iniziale significativo, rendendola praticabile principalmente per gli ascensori con un utilizzo molto elevato. Per gli ascensori con un utilizzo basso-medio, l'integrazione di un'unità rigenerativa (azionamenti a recupero) sarà impraticabile dal punto di vista ambientale ed economico, poiché è improbabile che l'investimento venga recuperato durante la vita utile del sistema. In questi casi, le risorse e l'energia utilizzate per produrre e installare apparecchiature a risparmio energetico potrebbero avere un impatto ambientale maggiore rispetto ai benefici derivanti dalla riduzione del consumo energetico. Pertanto, se un investimento non è economicamente conveniente, è improbabile che si raggiunga una vera efficienza energetica.

Sono disponibili sul mercato anche sistemi di controllo per ascensori progettati per un utilizzo ottimale dell'energia durante i periodi di stand-by. In questi sistemi, il consumo energetico viene gradualmente ridotto quando l'ascensore rimane inattivo per un certo periodo di tempo. Nella prima fase, le luci di cabina vengono abbassate e gli indicatori di direzione ai piani, i display di cabina e i doppi pulsanti illuminati vengono spenti. Nella seconda fase, componenti aggiuntivi come il controller delle porte, l'elettronica di cabina, le ventole inverter e i doppi pulsanti illuminati ai piani vengono spenti. La riattivazione del sistema da questa modalità richiede in genere circa 30 secondi. Tuttavia, le principali fonti di consumo energetico in standby sono l'azionamento VVVF e il dispositivo UPS, che generalmente non vengono spenti per evitare di ridurne la durata utile e per motivi di sicurezza. Le Tabelle 1, 2 e 3 mostrano il consumo energetico del controller dell'ascensore, degli azionamenti e dei dispositivi UPS.

4. Quale tipo di ascensore è migliore per risparmiare energia?

Tutti gli ascensori condividono componenti comuni, come cabine, porte, luci, ventilatori, dispositivi di sicurezza e comandi automatici. Poiché questi elementi sono standard sia negli ascensori a trazione elettrica che in quelli idraulici, questa analisi si concentra specificamente sull'efficienza energetica dei sistemi di azionamento.

Oltre il 90% del patrimonio edilizio globale è costituito da edifici con meno di sei piani. Pertanto, la principale concorrenza sul mercato si concentra proprio nei settori in cui è possibile utilizzare sia ascensori idraulici che a trazione elettrica. Gli ascensori MRL, inizialmente introdotti nel 1995 dalle grandi aziende di ascensori, sono ora ampiamente offerti dalla maggior parte dei produttori di ascensori. Le macchine a trazione gearless PMS, che offrono elevata coppia e bassa velocità eliminando la necessità di riduttori, hanno migliorato significativamente l'efficienza del sistema. Le dimensioni compatte, il peso ridotto e le caratteristiche dinamiche uniche delle macchine PMS, come elevata stabilità, precisione, coppia più elevata a basse velocità e controllo accurato della posizione del rotore, le hanno rese ideali per i sistemi di azionamento degli ascensori. Questi progressi hanno aperto la strada allo sviluppo degli ascensori MRL. Gli MRL, in cui l'unità di azionamento è posizionata all'interno del vano, sono utilizzati per installazioni di ascensori di altezza bassa e media e la loro popolarità sta aumentando.

L'introduzione degli ascensori MRL ha chiaramente migliorato l'efficienza energetica operativa e le caratteristiche di controllo degli azionamenti a trazione, consentendone l'installazione in edifici bassi. Tuttavia, diverse criticità sono state trascurate nel processo di adozione entusiastica degli MRL da parte del settore ascensoristico.

Sicurezza dell'ascensore

La sicurezza è la massima priorità nelle applicazioni ascensoristiche. Gli ascensori MRL sono noti per essere gli ascensori meno sicuri sul mercato. Lasciare i locali macchine sicuri per posizionare il sistema di azionamento in testata rappresenta un passo indietro in termini di sicurezza per il settore ascensoristico. Pertanto, gli ascensori MRL richiedono componenti aggiuntivi per soddisfare gli standard di sicurezza in condizioni di lavoro meno sicure. L'aumento della complessità dei componenti aumenta il rischio di guasti durante l'installazione, la manutenzione e l'assistenza. Con la crescente diffusione delle applicazioni MRL, le segnalazioni di incidenti correlati agli MRL sono aumentate a livello globale. I codici di sicurezza per gli MRL rimangono discutibili e richiedono normative e revisioni più severe. Tuttavia, questi progressi dipendono spesso dall'influenza delle grandi aziende di ascensori, che danno priorità alla riduzione dei costi rispetto all'implementazione di funzionalità di sicurezza aggiuntive in tali sistemi. In particolare, gli ascensori MRL si sono dimostrati gli ascensori meno durevoli nelle regioni sismiche, come documentato dalle indagini in loco a seguito di diversi terremoti. I paesi ad alto rischio sismico, come Turchia, Iran e gran parte dell'Asia, dovrebbero dare priorità alla sicurezza rispetto al consumo energetico ed evitare di utilizzare gli MRL nelle regioni sismiche. Ciò è particolarmente importante dato che gli ascensori non contribuiscono in modo significativo ai problemi di consumo energetico. Per questo motivo, sono esentati dalla Direttiva Ecodesign nell'Unione Europea.

D'altro canto, gli ascensori idraulici sono i più resistenti e sicuri tra tutti i tipi di ascensori. Il loro locale macchine sicuro può essere comodamente posizionato nel seminterrato o al piano terra, vicino al vano ascensore, consentendo un'installazione sicura ed efficiente. Grazie al funzionamento di tutti i componenti in un ambiente lubrificato, gli ascensori idraulici vantano un'elevata affidabilità, con una durata utile superiore a 30 anni. Sono anche i più resistenti ai terremoti, poiché i loro cilindri idraulici sono ancorati alle fondamenta dell'edificio. Soprattutto, il cilindro funge da ammortizzatore, proteggendo l'intero sistema di sollevamento da eventuali danni. Numerose indagini post-terremoto, tra cui la recente in Turchia, hanno costantemente dimostrato la robustezza degli ascensori idraulici nelle zone sismiche.

Sebbene gli ascensori idraulici siano dotati di valvole di controllo a basso consumo energetico compatibili con gli MRL, la domanda chiave è perché il loro utilizzo globale rimanga significativamente inferiore a quello degli MRL. Il motivo principale è la predominanza di grandi aziende di ascensori che promuovono soluzioni MRL, mentre le aziende idrauliche sono relativamente piccole. Questa presenza limitata ha ostacolato la capacità del settore idraulico di competere e proteggere la propria quota di mercato.

In secondo luogo, con la perdita di quote di mercato degli ascensori idraulici, la competenza del settore in materia di sistemi idraulici è diminuita. Questa riduzione delle conoscenze ha contribuito a far sì che i preventivi per gli ascensori idraulici diventassero più costosi rispetto alle soluzioni MRL, nonostante il loro potenziale di maggiore efficienza energetica e/o sicurezza. La mancanza di competenze nella progettazione e installazione idraulica ha portato a un aumento delle installazioni di ascensori idraulici eseguite in modo scadente e di bassa qualità, danneggiando ulteriormente la reputazione dei sistemi idraulici e riducendone la domanda sul mercato.

Infine, il mercato globale degli ascensori è in gran parte guidato dalle grandi aziende del settore, che spesso adottano aggressive politiche di prezzi bassi per aggiudicarsi i progetti. Queste aziende compensano i minori costi iniziali con i ricavi derivanti da contratti di assistenza a lungo termine, svantaggiando ulteriormente le aziende più piccole del settore idraulico.

Consumo energetico totale

Concentrarsi esclusivamente sul consumo energetico operativo delle valvole meccaniche e sull'utilizzo di olio, e usare questi aspetti come strumento di marketing, è un approccio piuttosto discutibile promosso dalle grandi aziende di ascensori per conquistare il mercato degli ascensori a bassa altezza. Di conseguenza, la soluzione MRL è stata presentata come l'opzione più efficiente dal punto di vista energetico, perfettamente adatta a ogni installazione e in grado di rigenerare l'energia da reimmettere in rete. Tuttavia, i presunti benefici degli MRL non sono sempre concreti e possono portare a un maggiore consumo energetico, in particolare negli ascensori a basso consumo.^[4] dove l'investimento nella tecnologia MRL potrebbe non essere mai recuperato durante il ciclo di vita dell'ascensore.^[5] Questo perché i controllori MRL richiedono più componenti elettronici ed elettrici, come azionamenti, ventole di raffreddamento degli azionamenti, dispositivi UPS, circuiti di sicurezza e altri dispositivi periferici, che sono costosi e consumano energia aggiuntiva anche quando l'ascensore è fermo.^[1] Pertanto, il consumo energetico degli ascensori è direttamente proporzionale al loro utilizzo. 

Prima di selezionare un sistema MRL, è necessario confrontare il consumo energetico giornaliero del controller dell'ascensore con i modelli di utilizzo previsti. Inoltre, per ridurre i costi, molti sistemi di azionamento MRL ora utilizzano motori asincroni con riduttori anziché i più costosi motori gearless PMS. Tuttavia, all'aumentare del rapporto di trasmissione, l'efficienza del sistema diminuisce a causa di significative perdite di potenza nel meccanismo di trasmissione. Questi sistemi non riescono a garantire i notevoli risparmi energetici e le elevate prestazioni offerti dai motori PMS.

Ascensori a basso utilizzo

Gli MRL non sono efficienti dal punto di vista energetico per gli ascensori domestici o per quelli utilizzati per scopi speciali con meno di 100 avviamenti al giorno, che possono potenzialmente aumentare fino a 300 avviamenti al giorno, a seconda dell'efficienza del controller del sistema MRL. Per tali applicazioni, gli ascensori idraulici con valvole meccaniche sono la scelta migliore, non solo per il loro minore consumo energetico, ma anche per le loro superiori caratteristiche di sicurezza e la facilità di installazione. In installazioni a basso utilizzo, il consumo energetico in standby degli MRL spesso supera quello degli ascensori idraulici con valvole meccaniche. Inoltre, la minore affidabilità degli MRL rispetto ai sistemi idraulici li rende meno adatti, soprattutto se si considera il rischio di intrappolamento. Gli ascensori idraulici, d'altra parte, possono fornire un meccanismo di autosoccorso all'interno della cabina, una caratteristica di sicurezza fondamentale per ville e ascensori progettati per utenti anziani.

Ascensori a medio e alto utilizzo

Gli ascensori che effettuano tra 200 e 500 avviamenti al giorno possono essere classificati come a medio utilizzo. Per tali livelli di utilizzo, sia i sistemi MRL che i sistemi idraulici azionati da VVVF (come il Blain EV40-VVVF) offrono prestazioni di consumo energetico comparabili. Tuttavia, la durata dell'azionamento è influenzata dal numero di avviamenti. Le soluzioni idrauliche, che utilizzano l'azionamento solo in salita, massimizzano il risparmio energetico e raddoppiano di fatto la durata dell'azionamento rispetto ai sistemi MRL. In alternativa, in questa categoria possono essere utilizzate anche valvole servoelettroniche (come la SEV07 di Blain), a seconda dei requisiti di prestazione energetica.^[6] Le valvole elettroniche, che possono far risparmiare fino al 30% di energia, sono particolarmente efficaci nella zona di transizione tra le categorie a basso e ad alto utilizzo. Poiché le valvole elettroniche non richiedono un azionamento VVVF e i relativi dispositivi periferici, offrono un consumo energetico in standby inferiore e ridotte perdite di energia.

Gli ascensori che effettuano più di 500 avviamenti al giorno rientrano nella categoria ad alto utilizzo, in cui sia i sistemi MRL che le valvole di controllo VVVF rappresentano opzioni valide. In questa categoria, sebbene i sistemi idraulici VVVF possano ridurre la generazione di calore fino al 50%, un'adeguata ventilazione nella sala macchine rimane necessaria. Per i sistemi che superano i 1,100 avviamenti al giorno, potrebbero essere necessarie misure aggiuntive, come un radiatore dell'olio di piccola capacità, oltre a un'adeguata ventilazione per garantire prestazioni ottimali per le soluzioni idrauliche VVVF. In tali utilizzi estremamente elevati, gli ascensori a trazione possono essere preferiti quando il risparmio energetico è l'obiettivo primario. Tuttavia, per le applicazioni che danno priorità alla sicurezza e all'affidabilità, come nelle zone sismiche o dove il funzionamento senza guasti è fondamentale, gli ascensori idraulici rimangono la scelta migliore.

Si prevede che i futuri sviluppi nella tecnologia degli azionamenti ridurranno il consumo energetico in stand-by e i relativi costi. In questo caso, si prevede che nei prossimi anni le proprietà di soluzioni ecocompatibili, più sicure, semplici, economiche, facili da manutenere e con un'elevata compatibilità con i sistemi esistenti, troveranno ampia applicazione. In quest'ottica, gli ascensori MRL richiedono la manutenzione più intensiva, sono i meno sicuri e difficili da installare e manutenere. Questo perché vengono installati in altezza e dispongono di più componenti per garantire una sicurezza adeguata, che non può essere garantita in condizioni di installazione e manutenzione non sicure. Al contrario, gli ascensori idraulici presentano le caratteristiche più sicure e durevoli contro guasti, installazione e manutenzione nel mercato degli ascensori bassi.

5. Utilizzo del contrappeso con ascensori idraulici

È noto che il ridotto consumo energetico dell'ascensore a trazione è dovuto al contrappeso. L'ascensore idraulico generalmente non utilizza contrappesi ed è quindi più semplice da installare, meno costoso e più sicuro (soprattutto in zone sismiche), a scapito di un aumento della potenza del motore. Per ridurre la potenza in kilowatt del motore, è importante avere una cabina e un telaio più leggeri. L'utilizzo di materiali compositi per la cabina e il telaio consente di produrre cabine più leggere di circa il 70%. Sebbene il costo iniziale della produzione di materiali compositi sia attualmente elevato, l'integrazione tra cabina e telaio semplificherà l'installazione e l'utilizzo di motori di dimensioni inferiori ridurrà considerevolmente il consumo energetico.

D'altra parte, sebbene non sia preferibile, gli ascensori idraulici possono essere costruiti con il contrappeso in condizioni adeguate (in regioni non sismiche), ottenendo così un notevole risparmio energetico. La Tabella 4 mostra la potenza del motore di un ascensore idraulico per otto persone con e senza contrappeso. Si può osservare che riducendo di 2/3 il peso della cabina (tramite contrappeso) la potenza del motore può essere ridotta del 29%.

Nella Figura 4 è mostrata un'altra configurazione del contrappeso per gli ascensori idraulici, in cui il contrappeso è posizionato su un cilindro di tiro. In questo modo, è possibile utilizzare cilindri e pompe di diametro inferiore. Tale configurazione può ridurre la potenza del motore e la portata della pompa fino al 40%. Il design impedisce inoltre al contrappeso di oscillare nel vano.

6. Confronto dell'impatto ambientale tramite LCA

L'LCA è una metodologia utilizzata per valutare l'impatto ambientale dei prodotti. Nel caso degli ascensori, l'LCA fornisce uno strumento completo per valutare la sostenibilità, considerando le prestazioni energetiche/di impatto totali lungo l'intero ciclo di vita, dall'estrazione delle materie prime allo smaltimento. L'approccio LCA offre una rappresentazione più accurata dell'impatto ambientale di un ascensore. Al contrario, concentrarsi esclusivamente sul consumo energetico degli ascensori e assegnare classi di prestazione energetica sono strategie di marketing spesso adottate dai principali produttori di MRL e non dovrebbero essere considerate di grande importanza. Le reali prestazioni energetiche degli ascensori possono essere determinate solo tramite misurazioni presso gli impianti.

Gli ascensori idraulici hanno un motore più grande e non hanno contrappeso. In cambio, non consumano energia nella discesa e scendono sfruttando il proprio peso. L'assenza di contrappeso rende gli ascensori più semplici da installare, altamente affidabili, sicuri ed economici, tutti valori aggiunti per la LCA.

I risultati di uno studio LCA per ascensori a quattro fermate operanti con una capacità di 450 kg, con categorie di utilizzo 1, 2 e 3 (da 50 a 300 avviamenti al giorno), sono stati riportati da ITAINNOVA, l'Istituto Tecnologico di Aragona,^[8] Come mostrato in Figura 5. Questi risultati confrontano un ascensore MRL a trazione e un ascensore idraulico convenzionale. È importante notare che, sebbene gli ascensori MRL richiedano una manutenzione correttiva più frequente, la procedura "regole di categoria di prodotto per ascensori", che descrive come applicare l'LCA agli ascensori, considera solo la manutenzione periodica e non la manutenzione correttiva (riparazioni aggiuntive necessarie in caso di problemi). In altre parole, se la manutenzione correttiva fosse stata inclusa nell'LCA, i risultati sarebbero stati più sfavorevoli per l'ascensore MRL. Secondo il metodo Ecoindicator ReCiPe, i risultati relativi all'impatto ambientale per gli ascensori idraulici sono costantemente inferiori per un ciclo di vita di 22 anni (Figura 6).

In caso di ammodernamento, gli ascensori idraulici hanno sempre un impatto ambientale inferiore rispetto a qualsiasi altro nuovo ascensore a trazione MRL. Questo perché la maggior parte dei componenti del sistema idraulico esistente può essere riutilizzata per gli ammodernamenti, come cilindro, serbatoio, connettori, ecc. In realtà, l'ammodernamento di un ascensore idraulico con un MRL a trazione comporta un impatto ambientale inferiore (vedere Figure 5 e 6). Nella LCA, se si considerano 80 anni di vita utile dell'edificio e si presume che l'ascensore venga modernizzato ogni 20 anni, l'ascensore idraulico diventa anche più preferibile dal punto di vista ambientale, anche con la categoria di utilizzo 3 (300 avviamenti/giorno).^[9]

In generale, gli ascensori idraulici sono molto più affidabili degli ascensori a trazione, il che significa che la loro manutenzione ha un impatto molto inferiore sull'LCA. Il loro design semplice, con un minor numero di componenti e un sistema completamente lubrificato, contribuisce a prolungarne la durata e a ridurre i tempi di fermo, con conseguenti risparmi significativi sui costi. È importante notare che i costi di manutenzione degli ascensori possono essere da due a dieci volte superiori al consumo energetico annuo. Inoltre, il componente più costoso di un sistema di azionamento MRL a trazione rappresenta oltre il 10% del costo totale dell'ascensore, mentre per gli ascensori idraulici è solo del 30-6%. Sulla base di questi risultati, gli ascensori idraulici convenzionali con valvola di controllo meccanica negli edifici bassi (con fino a 8 avviamenti al giorno) hanno un impatto ambientale complessivo inferiore, incluso il consumo energetico totale, rispetto agli ascensori MRL a trazione.

7. Selezione della valvola di controllo idraulico

Sul mercato sono disponibili valvole di controllo per ascensori meccaniche, elettroniche e VVVF. Tra queste, le valvole VVVF sono le più efficienti dal punto di vista energetico, in grado di ridurre il consumo energetico fino al 65% e la generazione di calore del 50% per utilizzi medi e alti.^[7] Nonostante la loro minore efficienza, le valvole di controllo meccaniche sono le più diffuse. Questo perché attualmente rappresentano l'opzione più adatta per applicazioni a basso utilizzo (per ascensori domestici e residenziali), grazie al costo significativamente inferiore, alla semplicità di regolazione e all'elevata affidabilità. Inoltre, il periodo di ammortamento delle valvole VVVF è piuttosto lungo per applicazioni con meno di 350 avviamenti al giorno. Tuttavia, alcune soluzioni ibride con valvole di controllo VVVF, come la Smart EV40-VVVF di Blain, sono disponibili a prezzi ragionevoli e offrono periodi di ammortamento da due a quattro anni per ascensori con più di 200 avviamenti al giorno.^[7] Queste soluzioni ibride utilizzano l'azionamento VVVF solo durante la salita, il che le rende l'opzione più efficiente dal punto di vista energetico per gli ascensori a basso consumo. Inoltre, quando si utilizza un azionamento a basso consumo energetico come lo Yaskawa GA700 e si spegne dopo 10 minuti di inattività, è possibile implementare soluzioni VVVF ibride per livelli di utilizzo inferiori a 130 avviamenti al giorno. Le valvole di controllo ibride azionate da VVVF con un azionamento a basso consumo energetico sembrano essere la scelta ideale per le applicazioni di ascensori a basso consumo. È importante notare che gli azionamenti rigenerativi sono generalmente inadatti per applicazioni a basso consumo a causa di periodi di ammortamento eccessivamente lunghi, poiché recuperano energia minima a fronte di costi elevati.

8. Lo SMART EV40-VVVF

Blain Hydraulics ha sfruttato la tecnologia Internet of Things (IoT) e i sistemi embedded per raccogliere, inviare e utilizzare i dati raccolti dall'ambiente, evolvendo il prodotto EV4-VVVF precedentemente progettato nella soluzione Smart-EV40-VVVF (Figura 5). Smart-EV40-VVVF è un sistema ibrido che offre i seguenti vantaggi:

• Utilizza un'unità Yaskawa GA700 standard
• Fornisce un'elevata qualità di guida
• Offre una diagnostica semplice tramite una scheda di interfaccia
• Fornisce fino al 65% di risparmio energetico e il 50% di riduzione del calore
• Il funzionamento dell'ascensore può essere monitorato, registrato e regolato da un dispositivo intelligente tramite connettività Wi-Fi.
• Vanta un cablaggio semplice con l'azionamento e il controller dell'ascensore
• I parametri di input sono stati ridotti del 60%.
• Non sono necessari pressostati aggiuntivi.
• I tempi di bypass e di livellamento vengono ridotti, migliorando ulteriormente il risparmio energetico.
• Viene fornito con una valvola di sicurezza integrata contro i movimenti indesiderati della vettura.

La Figura 7 e la Figura 8 mostrano rispettivamente le connessioni della soluzione Smart-EV40-VVVF e alcuni menu di input del software applicativo.

9. conclusioni

Il consumo energetico in standby e i modelli di utilizzo devono essere attentamente considerati per ottenere un'efficienza energetica ottimale negli ascensori. Mentre gli ascensori a trazione MRL con azionamenti VVVF sono stati introdotti come soluzioni a basso consumo energetico, anche gli ascensori idraulici dotati di azionamenti VVVF hanno guadagnato presenza sul mercato, offrendo un'efficienza energetica comparabile. Tuttavia, l'efficienza di questi sistemi diminuisce con il basso utilizzo, dove ascensori più semplici con un fabbisogno energetico in standby significativamente inferiore diventano più vantaggiosi. Pertanto, per gli ascensori domestici e residenziali a basso utilizzo, gli ascensori idraulici con valvole meccaniche rimangono una scelta migliore. Offrono un basso consumo energetico, convenienza, facilità di installazione, manutenzione semplice ed elevata affidabilità, rendendoli una soluzione ideale in tali applicazioni.

La soluzione Smart-EV40-VVVF di Blain sfrutta l'IoT e i progressi della tecnologia digitale per risolvere i punti deboli del sistema e migliorarne l'usabilità. Grazie a un'app mobile intuitiva, la configurazione del sistema può essere completata rapidamente, mentre il funzionamento dell'ascensore può essere monitorato, registrato e regolato tramite un dispositivo smart connesso tramite Wi-Fi. Oltre a garantire una qualità di corsa fluida e superiore, Smart-EV40-VVVF offre tempi di bypass e rilivellamento più brevi, riducendo sia il tempo di percorrenza totale che il consumo energetico.

È importante sottolineare che nelle applicazioni ascensoristiche la sicurezza deve avere la precedenza sulle prestazioni energetiche. Nelle aree a rischio sismico, per gli edifici alti, è necessario installare ascensori a fune con locale macchine, se necessario. I sistemi MRL dovrebbero essere evitati a meno che non vengano implementate ulteriori misure di sicurezza. Per gli edifici bassi in zone sismiche, gli ascensori idraulici dovrebbero essere la prima scelta grazie alla loro superiore durata e alle proprietà di smorzamento, che mitigano efficacemente l'impatto delle scosse sismiche. Poiché il consumo energetico degli ascensori negli edifici bassi non è molto significativo, è preferibile dare priorità alla sicurezza sismica rispetto all'efficienza energetica. Questo approccio garantisce la continuità operativa degli edifici, facilita l'evacuazione semplice e sicura dei passeggeri e contribuisce a prevenire perdite sociali, commerciali e umane.

Referenze

[1] HM Sachs, “Opportunità per il miglioramento dell’efficienza energetica degli ascensori”, American Council for an Energy Efficient Economy, aprile 2005. 

[2] J. Nipkow, "Elektrizitätsverbrauch und Einspar-Potenziale beä Aufzügen", SAFE, 2005, Zurigo. 

[3] G. Lees, “Uno studio della potenza effettiva relativa al consumo di potenza teorico di un sistema idraulico a frequenza variabile e come questo avvantaggia l’utente”, tesi di laurea magistrale, University College Northampton, aprile 2005. 

[4] Almedia AT, Efficienza energetica di ascensori e scale mobili, 4° Congresso europeo degli ascensori, 2010. 

[5] Celik KF, “Consumo energetico in stand-by su ascensori a basso utilizzo”, ELEVATOR WORLD India, Vol.2, pag.58, 2009. 

[6] Celik KF, “Progettazione e controllo delle valvole di controllo elettroniche”, Elevator Technology 17, Proc. Of Elevcon, pp.34-45, 2008 

[7] Celik KF, “Un metodo di compensazione del carico e della temperatura per ascensori idraulici ecologici mediante inverter”, Atti di Elevcon, IAEE, Miami, 2012. 

[8] ITAINNOVA, Instituto Technologico de Aragon, Valutazione del ciclo di vita per ascensori idraulici e di trazione, ottobre 2017. 

[9] hydroware.de/lib/get/file.php?id=155f9221554af7 

[10] F. Celik, “Sicurezza degli ascensori nelle regioni sismiche”, EW, agosto 2005, p.140.