Asansörlerin Enerji Verimliliği

MRL ve hidrolik 

Dr. K. Ferhat Çelik tarafından

1. Giriş

Asansörler, özel olarak ayrı bina şaftları için tasarlanmış ve kurulmuş karmaşık mühendislik sistemleridir. Kullanımlarına bağlı olarak, bir binanın enerji tüketiminin yaklaşık %2 ila %10'unu oluştururlar. Beş kata kadar olan binalar gibi düşük kullanımlı asansörler için bu yüzde genellikle %2 ila %3 arasında değişir. Genel olarak, asansör enerji tüketimi, genellikle toplam kullanımın %40'ını aşan bir binanın toplam enerji talebine kıyasla nispeten düşüktür. Sonuç olarak, örneğin bir binanın enerji performansını değerlendirirken, birincil odak noktası ısı yalıtımı, ısıtma ve soğutma sistemleri, sıcak su ve aydınlatma olmalıdır. Benzer şekilde, yalnızca operasyonel asansör enerji tüketimini ele almak, bir asansörün toplam enerji performansını tam olarak anlamak için yeterli değildir ve yanlış sonuçlara yol açabilir. Böyle bir yaklaşım ayrıca, eksik verilere dayanarak asansörlere yanlış bir şekilde öncelik verme ve kritik güvenlik faktörlerini göz ardı etme riskini de taşır. 

Asansörleri enerji performansları ve tüketimleri açısından sınıflandırmak için çeşitli teorik ve hibrit hesaplama yöntemleri geliştirilmiştir. VDI 4707-1 ve ISO 25745/1-2 gibi standartlar başlangıçta asansör şirketlerini bu sınıflandırmaları pazarlama araçları olarak kullanmaya teşvik etti, özellikle de alçak katlı pazarda. Ancak, "A" sınıfı enerji etiketiyle işaretlenen asansörler gerçekçi koşullar altında değerlendirildiğinde aslında önemli ölçüde daha düşük performans elde edebilir. Asansör enerji performansının doğru değerlendirilmesi, yolculuk sayısı ve yoğunluğu, seyahat hızı, yükleme koşulları, bekleme enerji tüketimi ve karşı ağırlık yükü dahil olmak üzere asansör trafik düzenlerinden etkilenen güvenilir veriler gerektirir. Bugün, bu manipülatif sınıflandırmalar önemini yitirmiş ve yerini Yaşam Döngüsü Analizi (LCA) almıştır. 

Bu tür hesaplama modellerinin güvenilirliği sorgulanabilir olsa da, piyasada asansörlerin enerji tüketim oranlarının hidrolik, dişli çekişli ve dişlisiz makine dairesiz (MRL) sistemler için sırasıyla yaklaşık 3:2:1 olduğu yönünde talihsiz bir algı oluşmuştur. Bu makale, gerçekçi değerlendirmeye dayalı asansör enerji performansı hakkında ayrıntılı bilgi sağlar.

2. Depreme Karşı Güvenlik

Asansörler binalardaki en pahalı ekipmanlardan biridir ve hayati bir işlevi vardır. Ancak, özellikle depremler olmak üzere doğal afetler sırasında hasara karşı özellikle hassas olan çeşitli mekanik ve elektrik/elektronik bileşenler içerirler.

Avrupa ve Asya depremlere karşı oldukça hassastır; bu nedenle, sismik olaylardan sonra asansörlerin çalışır durumda kalmasını sağlamak, ilgili riskleri en aza indirmek için çok önemlidir. EN 81-77 standardı, sismik bölgelerde asansör güvenliğini artırmak için ek önlemler özetlemektedir. Ancak, yalnızca bu standardı uygulamak, depreme maruz kalan bölgelerde tam güvenliği garanti etmez. Bu durum, 6 Şubat 2024'teki Türkiye depreminden sonra yapılan saha denetimlerinde de gözlemlenmiştir. EN 81-77 standardı, depreme maruz kalan bölgelerde asansörlerin güvenli ve emniyetli kullanımını sağlamayı amaçlasa da, karşı ağırlıklı çekişli asansörlerin, özellikle makine dairesi olmayan tasarımlarının, çok sayıda güvenlikle ilgili soruna yol açan dezavantajlarını önlemek için etkili önlemler uygulamada yetersiz kalmaktadır. Gelişmiş güvenlik, yalnızca standarda gerekli eklemeleri yaparak ve bunun bedeli de artan masraflar ödeyerek elde edilebilir. Bu nedenle, İran'daki ulusal standardizasyon ofisi, IR EN 81-77'yi uygularken ek gereklilikleri dahil etmelidir.

EN 81-77 standardındaki ve uygulanmasındaki eksiklikler sıklıkla birincil hasar nedenleri olarak gösterilse de asıl sorun bina özelliklerine göre uygun asansör tipinin seçilememesidir. Deprem bölgelerinde asansör hasarı riskini değerlendirmenin yanı sıra acil tahliyeyi de göz önünde bulundurmak önemlidir. Yangın tehlikesi, gaz kaçağı ve su baskını gibi faktörler, mahsur kalan yolcuların güvenli bir şekilde kurtarılmasını sağlamak için hesaba katılmalıdır. Asansör hasarından kaynaklanan onarım maliyetlerinin ötesinde, arıza süresi önemli sosyal ve ticari kayıplara yol açabilir. Sosyal travma ve devam eden artçı şoklarla işaretlenen deprem sonrası bir ortamda, kamu binalarını ve asansörlerini çalışır durumda tutmak etkili acil durum müdahale yönetimi için elzemdir. Bu nedenle, depremlerden sonraki zorlukları en aza indirmek için, IR EN 81-77 standartlarına uymak için kolayca ve uygun maliyetli bir şekilde uyarlanabilen düşük hasar riskine sahip asansör sistemlerine ilk öncelik verilmelidir. Birkaç depremden sonra yapılan saha denetimlerinden gelen raporlar, hidrolik asansörlerin sismik bölgeler için en güvenli seçim olduğunu açıkça ortaya koymuştur. Bunun nedeni:

• Hidrolik silindir titreşimleri ve salınımları emerek sismik etkiyi azaltır.
• Hidrolik asansörlerde karşı ağırlık bulunmadığından, buna bağlı hasar riskleri ortadan kaldırılmıştır.
• Hidrolik sistemler doğrudan bina temeline oturduğundan daha az salınım yaşarlar ve sismik hareketlerden daha az etkilenirler.
• Daha az bileşenli, daha basit bir yapıya sahiptirler, bu da onları daha güvenilir kılar.
• Sıkışmışlık durumunda daha kolay ve güvenli tahliye imkânı sağlarlar.

Buna karşılık, sismik bölgeler için en savunmasız ve güvensiz asansör tipi MRL tipidir. Bu konu hakkında daha fazla tartışma referanslarda bulunabilir.^[10] Şekil 2’de deprem sonrası asansör hasarlarına ilişkin bazı örnekler gösterilmektedir.

3. Bekleme Enerji Tüketimi

Elektronik kontrol sistemlerindeki gelişmelerin bir sonucu olarak, enerji kullanımı yalnızca asansör çalışması sırasında değil, aynı zamanda sistem boştayken de artmıştır. Kontrol sistemlerinin boşta modunda tükettiği enerjiye "bekleme enerji tüketimi" denir. Kesintisiz güç kaynağı (UPS) cihazları, kapı kilidi sistemleri, sürücüler, aydınlatmalı basmalı düğmeler, kabin ekranları (dahili ve harici), uyarı ve güvenlik sistemleri ve diğer benzer elektronik bileşenler gibi özelliklerin dahil edilmesi, bu sistemleri aktif tutmak için gereken bekleme gücü miktarını önemli ölçüde artırmıştır.

MRL asansörlerinin tanıtılmasıyla, değişken hızlı tahrikler çekiş asansörlerinde yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Bu tahrikler, kalıcı mıknatıslı senkron (PMS) motorlarla birleştirildiğinde sürüş kalitesini artırdı ve daha küçük motorlar kullanarak geleneksel çekiş asansörlerine kıyasla operasyonel enerji tüketimini %50'ye kadar azalttığı bildirildi.^[1]

MRL'lere ek olarak, makine daireleri ve dişli sistemleriyle donatılmış geleneksel çekiş asansörlerinde değişken voltajlı, değişken frekanslı (VVVF) tahrikler de uygulanmıştır. Buna yanıt olarak, VVVF tahriklere sahip hidrolik asansör çözümleri, düşük katlı bina segmentindeki rekabeti yoğunlaştırarak rekabetçi alternatifler olarak pazara girmiştir. Sonuç olarak, bu tahrikler ve ilgili çevresel cihazlar tarafından çekilen güç, genel asansör enerji tüketimine önemli bir katkıda bulunan unsur haline gelmiştir.

İsviçre Enerji Verimliliği Ajansı (SAFE) tarafından yürütülen bir çalışma^[2] 33 farklı asansörde bekleme modu enerji tüketiminin asansörler tarafından kullanılan toplam enerjinin yaklaşık %80'ini oluşturduğu bildirilmiştir. Şekil 3, asansör sistemlerine elektronik bileşenlerin yaygın olarak dahil edilmesi nedeniyle artan bekleme modu enerji tüketiminin (turuncu) önemli etkisini göstermektedir. Çalışma ayrıca, VVVF tahriklerle donatılmış hidrolik çözümlerin çekiş MRL sistemleri kadar enerji verimli olduğunu vurgulamaktadır. Bunun nedeni, geleneksel mekanik kontrol valfleriyle ilişkili enerji kayıplarının, hidrolik asansörlerde VVVF tahriklerin kullanımıyla tamamen ortadan kaldırılmasıdır.

Lees'in Yüksek Lisans tezi,^[3] Hidrolik asansörlerin enerji tüketimini inceleyen, VVVF tahrikleri kullanan hidrolik sistemlerin MRL sistemleri kadar enerji verimli olduğu sonucuna varmıştır. Blain'in EV40-VVVF hidrolik kontrol vanası üzerindeki çalışmalar da %65'e kadar enerji tasarrufu göstererek onu modernizasyon projeleri için popüler bir seçim haline getirmiştir.^[7] Bu bulgular, hidrolik asansörlerin çekişli MRL'lerden daha fazla enerji tükettiği yönündeki genel algıyı sorgulamaktadır. Ancak Lees, düşük kullanımlı asansörlerde VVVF tahriklerinin kullanımının bekleme enerji tüketimini artırabileceğini de belirtmiştir. Sonuç olarak, mekanik valflere sahip geleneksel hidrolik asansörler bu gibi durumlarda uygulanabilir bir seçenek olmaya devam etmektedir. Bu, asansör teknolojisindeki gelişmelere rağmen, enerji tüketiminin belirli senaryolarda, özellikle düşük kullanımlı sistemlerde, hala artabileceğini göstermektedir.

Enerji tasarruflu sistemlerin, azalan enerji faturaları sayesinde yatırımlarını zamanla geri ödemeleri beklenir. Bu geri ödemenin hızı, enerji maliyeti, asansör kullanımı, sistem verimliliği, ilk yatırım maliyeti ve bakım sıklığı ve masrafı gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Yüksek verimli sistemler genellikle, elektriği ısı olarak dağıtmak yerine binaya geri gönderen rejeneratif frenlemeyi içerir. Bu teknoloji etkili olsa da, önemli bir ön yatırım gerektirir ve bu da onu öncelikle çok yüksek kullanım oranına sahip asansörler için uygulanabilir kılar. Düşük ila orta kullanım oranına sahip asansörler için, rejeneratif bir ünite (rejeneratif tahrikler) eklemek, yatırımın sistemin hizmet ömrü içinde geri kazanılması olası olmadığından çevresel ve ekonomik olarak pratik olmayacaktır. Bu gibi durumlarda, enerji tasarruflu ekipman üretmek ve kurmak için kullanılan kaynaklar ve enerji, azaltılmış enerji tüketiminden elde edilen faydalardan daha büyük bir çevresel etkiye sahip olabilir. Bu nedenle, bir yatırım maliyet etkin değilse, gerçek enerji verimliliğine ulaşması olası değildir.

Bekleme süreleri boyunca optimum enerji kullanımı için tasarlanmış asansör kontrol sistemleri de piyasada mevcuttur. Bu sistemlerde, asansör belirli bir süre boşta kaldığında enerji tüketimi kademeli olarak azaltılır. İlk aşamada, kabin ışıkları kısılır ve katlardaki yön göstergeleri, kabin ekranları ve çift aydınlatmalı düğmeler kapatılır. İkinci aşamada, kapı kontrolörü, kabin elektroniği, inverter fanlar ve katlardaki çift aydınlatmalı düğmeler gibi ek bileşenler kapatılır. Sistemin bu moddan tekrar etkinleştirilmesi genellikle yaklaşık 30 saniye sürer. Ancak, bekleme enerji tüketiminin birincil kaynakları, sürücünün ömrünü kısaltmamak ve güvenlik nedenleriyle genellikle kapatılmayan VVVF sürücüsü ve UPS cihazıdır. Tablo 1, 2 ve 3, asansör kontrolörü, sürücüler ve UPS cihazlarının enerji tüketimini göstermektedir.

4. Enerji Tasarrufu İçin Hangi Asansör Tipi En İyisidir?

Tüm asansörler, kabinler, kapılar, ışıklar, havalandırma fanları, güvenlik cihazları ve otomatik kontroller gibi ortak bileşenleri paylaşır. Bu öğeler hem çekiş hem de hidrolik asansörlerde standart olduğundan, bu tartışma özellikle tahrik sistemlerinin enerji verimliliğine odaklanır.

Küresel bina stokunun %90'ından fazlası altı kattan az olan binalardan oluşmaktadır. Bu nedenle, pazardaki ana rekabet aslında hem hidrolik hem de çekişli asansörlerin kullanılabileceği yerlerdir. İlk olarak 1995 yılında büyük asansör şirketleri tarafından tanıtılan MRL asansör sistemleri, artık çoğu asansör üreticisi tarafından yaygın olarak sunulmaktadır. Yüksek tork ve düşük hız sağlayan ve redüksiyon dişlilerine olan ihtiyacı ortadan kaldıran PMS dişlisiz çekiş makineleri, sistem verimliliğini önemli ölçüde iyileştirmiştir. PMS makinelerinin kompakt boyutu, azaltılmış ağırlığı ve yüksek stabilite, hassasiyet, düşük hızlarda daha güçlü tork ve hassas rotor konum kontrolü gibi benzersiz dinamik özellikleri, onları asansör tahrik sistemleri için ideal hale getirmiştir. Bu gelişmeler, MRL asansörlerinin geliştirilmesinin önünü açmıştır. Tahrik ünitesinin şaftın içine yerleştirildiği MRL'ler, alçak ila orta yükseklikteki asansör kurulumlarında kullanılır ve popülerlikleri artmaktadır.

MRL asansörlerinin tanıtımı, çekiş tahriklerinin operasyonel enerji verimliliğini ve kontrol özelliklerini açıkça iyileştirdi ve alçak binalara kurulumlarını mümkün kıldı. Ancak, MRL'lerin asansör endüstrisi tarafından coşkuyla benimsenmesi sürecinde birkaç kritik konu göz ardı edildi.

Asansör Güvenliği

Asansör uygulamalarında güvenlik en önemli önceliktir. MRL'ler piyasadaki en az güvenli asansörler olarak bilinir. Güvenli makine dairelerini bırakıp tahrik sistemini tavan boşluğuna yerleştirmek, asansör sektörü için güvenlikte geriye doğru atılmış bir adımdır. Bu nedenle, MRL'ler daha az güvenli çalışma koşulları altında güvenlik standartlarını karşılamak için ek bileşenler gerektirir. Bileşen karmaşıklığındaki artış, kurulum, servis ve bakım sırasında arıza riskini artırır. MRL uygulamaları daha yaygın hale geldikçe, MRL ile ilgili kaza raporları küresel olarak artmıştır. MRL'ler için güvenlik kodları şüpheli olmaya devam etmektedir ve daha katı düzenlemeler ve revizyonlar gerektirmektedir. Ancak, bu gelişmeler genellikle bu tür sistemlerde ek güvenlik özellikleri uygulamaktan ziyade maliyet düşürmeyi önceliklendiren büyük asansör şirketlerinin etkisine bağlıdır. Özellikle, MRL'lerin çeşitli depremlerden sonra yapılan saha araştırmalarıyla belgelendiği üzere, sismik bölgelerde en az dayanıklı asansörler olduğu kanıtlanmıştır. Türkiye, İran ve Asya'nın büyük bir kısmı gibi yüksek deprem riski olan ülkeler, enerji tüketiminden çok güvenliğe öncelik vermeli ve sismik bölgelerde MRL kullanmaktan kaçınmalıdır. Asansörlerin enerji tüketimi sorunlarına birincil katkıda bulunmadığı göz önüne alındığında bu özellikle önemlidir. Bu nedenle asansörler Avrupa Birliği'nde Eko-Tasarım Direktifinden muaftır.

Öte yandan, hidrolik asansörler tüm asansör tipleri arasında en dayanıklı ve en güvenli olanıdır. Güvenli makine daireleri, asansör boşluğunun yakınındaki bodrum katında veya zemin katta rahatlıkla konumlandırılabilir ve güvenli ve verimli bir kuruluma olanak tanır. Tüm bileşenleri yağlanmış bir ortamda çalışan hidrolik asansörler, 30 yılı aşan bir hizmet ömrüyle yüksek güvenilirliğe sahiptir. Ayrıca, hidrolik silindirleri binanın temeline sabitlendiği için deprem sırasında en dayanıklıdırlar. En önemlisi, silindir bir damper görevi görerek tüm asansör sistemini hasardan korur. Türkiye'de yakın zamanda yapılan da dahil olmak üzere çok sayıda deprem sonrası saha araştırması, hidrolik asansörlerin sismik bölgelerdeki sağlamlığını tutarlı bir şekilde göstermiştir.

Hidrolik asansörler MRL'lerle uyumlu enerji tasarruflu kontrol vanalarına sahip olsa da, asıl soru küresel kullanımlarının MRL'lerden neden önemli ölçüde düşük kaldığıdır. Birincil neden, MRL çözümlerini teşvik eden büyük asansör şirketlerinin baskınlığı iken, hidrolik şirketlerin nispeten küçük boyutta olmasıdır. Bu sınırlı varlık, hidrolik sektörünün rekabet etme ve pazar payını koruma yeteneğini engellemiştir.

İkinci olarak, hidrolik asansörler pazar payını kaybettikçe, hidrolik sistemlerdeki endüstri uzmanlığı azaldı. Bilgideki bu azalma, daha enerji verimli ve/veya daha güvenli olma potansiyellerine rağmen, hidrolik asansör tekliflerinin MRL çözümlerinden daha pahalı hale gelmesine katkıda bulundu. Hidrolik tasarım ve kurulumdaki uzmanlık eksikliği, kötü yürütülen ve düşük kaliteli hidrolik asansör kurulumlarında artışa yol açarak, hidrolik sistemlerin itibarını daha da zedeledi ve pazardaki taleplerini azalttı.

Son olarak, küresel asansör pazarı büyük ölçüde, projeleri güvence altına almak için sıklıkla agresif düşük fiyat politikaları benimseyen büyük asansör şirketleri tarafından yönlendirilmektedir. Bu şirketler, daha düşük başlangıç ​​maliyetlerini uzun vadeli hizmet sözleşmelerinden elde edilen gelirle telafi ederek, hidrolik sektöründeki daha küçük oyuncuları daha da dezavantajlı hale getirmektedir.

Toplam Enerji Tüketimi

Sadece mekanik valflerin operasyonel enerji tüketimine ve yağ kullanımına odaklanmak ve bu konuları bir pazarlama aracı olarak kullanmak, büyük asansör şirketleri tarafından alçak katlı pazarı ele geçirmek için teşvik edilen oldukça şüpheli bir yaklaşımdır. Sonuç olarak, MRL çözümü her zaman en enerji verimli seçeneği sunan, her kurulum için mükemmel şekilde uygun ve şebekeye geri beslenecek enerjiyi yeniden üretebilen bir çözüm olarak tasvir edilmiştir. Ancak, MRL'lerin iddia edilen faydaları her zaman gerçek değildir ve özellikle düşük kullanımlı asansörlerde daha yüksek enerji tüketimine yol açabilir^[4] Asansörün kullanım ömrü boyunca MRL teknolojisine yapılan yatırımın geri dönüşü olmayabilir.^[5] Bunun nedeni, MRL kontrolörlerinin daha fazla elektronik ve elektrikli bileşene ihtiyaç duymasıdır; bunlar arasında sürücüler, sürücü soğutma fanları, UPS cihazları, emniyet devreleri ve diğer çevresel cihazlar bulunur; bunlar maliyetlidir ve asansör hareketsizken bile ek enerji tüketir.^[1] Dolayısıyla asansörlerin enerji tüketimi doğrudan kullanımlarıyla ilgilidir. 

Bir MRL sistemi seçmeden önce, asansör kontrolörünün günlük enerji tüketimi beklenen kullanım kalıplarıyla karşılaştırılmalıdır. Ek olarak, maliyetleri düşürmek için birçok MRL tahrik sistemi artık daha pahalı PMS dişlisiz motorlar yerine dişli kutulu asenkron motorlar kullanmaktadır. Ancak, dişli oranı arttıkça, dişli mekanizmasındaki önemli güç kayıpları nedeniyle sistem verimliliği azalır. Bu sistemler, PMS motorlarının sağladığı önemli enerji tasarruflarını ve yüksek performansı sağlamada yetersiz kalmaktadır.

Düşük Kullanımlı Asansörler

MRL'ler, ev asansörleri veya günde 100'den az başlatma ile özel amaçlar için kullanılan asansörler için enerji açısından verimli değildir; potansiyel olarak bu, MRL sisteminin kontrolör verimliliğine bağlı olarak günde 300 başlatmaya kadar genişleyebilir. Bu tür uygulamalar için, mekanik valfli hidrolik asansörler, yalnızca daha düşük enerji tüketimleri nedeniyle değil, aynı zamanda üstün güvenlik özellikleri ve kurulum kolaylığı nedeniyle de daha iyi bir seçimdir. Düşük kullanım kurulumlarında, MRL'lerin bekleme enerji tüketimi genellikle mekanik valf kullanan hidrolik asansörlerin tüketimini aşar. Ek olarak, MRL'lerin hidrolik sistemlere kıyasla daha düşük güvenilirliği, özellikle sıkışma riski göz önünde bulundurulduğunda, onları daha az uygun hale getirir. Öte yandan, hidrolik asansörler, yaşlı kullanıcılar için tasarlanmış villalar ve asansörler için kritik bir güvenlik özelliği olan arabanın içinde kendi kendini kurtarma mekanizması sağlayabilir.

Orta ve Yüksek Kullanımlı Asansörler

Günde 200 ila 500 başlatma yapan asansörler orta kullanım olarak sınıflandırılabilir. Bu tür kullanım seviyeleri için hem MRL sistemleri hem de VVVF tahrikli hidrolik sistemler (Blain EV40-VVVF gibi) karşılaştırılabilir enerji tüketim performansı sunar. Ancak, sürücünün ömrü başlatma sayısından etkilenir. Sürücüyü yalnızca yukarı yönde kullanan hidrolik çözümler, enerji tasarrufunu en üst düzeye çıkarır ve sürücünün ömrünü MRL sistemlerine kıyasla etkili bir şekilde iki katına çıkarır. Alternatif olarak, enerji performansı gereksinimlerine bağlı olarak servo elektronik valfler (Blain'in SEV07 gibi) de bu kategoride kullanılabilir.^[6] %30'a kadar enerji tasarrufu sağlayabilen elektronik vanalar, özellikle düşük ve yüksek kullanım kategorileri arasındaki geçiş bölgesinde etkilidir. Elektronik vanalar bir VVVF sürücüsü ve ilişkili çevresel aygıtlar gerektirmediğinden, daha düşük bekleme enerjisi tüketimi ve azaltılmış enerji kayıpları sunarlar.

Günde 500'den fazla başlatma gerçekleştiren asansörler, hem MRL sistemlerinin hem de VVVF tahrikli kontrol vanalarının uygulanabilir seçenekler olduğu yüksek kullanım kategorisine girer. Bu kategoride, VVVF tahrikli hidrolik sistemler ısı üretimini %50'ye kadar azaltabilse de, makine odasında uygun hava sirkülasyonu hala gereklidir. Günde 1,100 başlatmayı aşan sistemler için, VVVF tahrikli hidrolik çözümler için optimum performansı garantilemek üzere yeterli havalandırmanın yanı sıra küçük kapasiteli bir yağ soğutucu gibi ek önlemler gerekebilir. Bu kadar aşırı yüksek kullanımlarda, enerji tasarrufunun birincil hedef olduğu durumlarda çekiş asansörleri tercih edilebilir. Ancak, sismik bölgeler veya arızasız çalışmanın kritik olduğu yerler gibi güvenlik ve güvenilirliği önceliklendiren uygulamalar için hidrolik asansörler üstün seçim olmaya devam etmektedir.

Tahrik teknolojisindeki gelecekteki gelişmelerin bekleme enerji tüketimini ve tahrik maliyetlerini azaltacağı beklenmektedir. Bu durumda, daha güvenli, basit, ucuz, bakımı kolay ve mevcut sistemlerle yüksek uyumluluk sunan çevresel olarak uygun çözümlerin özelliklerinin önümüzdeki yıllarda geniş uygulama alanları bulması beklenmektedir. Bu bakış açısına göre, MRL'ler en yoğun servisi gerektirir, en az güvenlidir ve kurulumu ve bakımı zordur. Bunun nedeni, tavan boşluğuna monte edilmeleri ve güvenli olmayan kurulum ve servis koşulları altında garanti edilemeyen yeterli güvenliği sağlamak için daha fazla bileşene sahip olmalarıdır. Buna karşılık, hidrolik asansörler, düşük katlı pazarda arızaya, kuruluma ve bakıma karşı en güvenli ve en dayanıklı özelliklere sahiptir.

5. Hidrolik Asansörlerde Karşı Ağırlık Kullanımı

Çekiş asansörünün azaltılmış enerji tüketiminin karşı ağırlıktan kaynaklandığı iyi bilinmektedir. Hidrolik asansör genellikle karşı ağırlık kullanmaz ve dolayısıyla montajı daha basittir ve daha az maliyetli ve daha güvenlidir (özellikle sismik bölgelerde) ancak motor gücündeki artış pahasına. Motor kilovat boyutunu azaltmak için daha hafif kabin ve kabin şasisine sahip olmak önemlidir. Kabin ve şasi için kompozit malzemelerin kullanılması, kabinlerin yaklaşık %70 daha hafif üretilmesini sağlar. Şu anda kompozit üretiminin ilk maliyeti yüksek olsa da, kabin ve şasiyi entegre etmek montajı basitleştirecek ve daha küçük boyutlu motorlar kullanmak enerji tüketimini önemli ölçüde azaltacaktır.

Öte yandan, tercih edilmese de, uygun koşullarda (depremsiz bölgelerde) karşı ağırlıkla hidrolik asansörler yapılabilir, böylece iyi miktarda enerji tasarrufu sağlanabilir. Tablo 4, karşı ağırlıklı ve karşı ağırlıksız sekiz kişilik bir hidrolik asansörün motor gücünü göstermektedir. Kabin ağırlığının 2/3'ünün (karşı ağırlık vasıtasıyla) azaltılmasıyla motor gücünün %29 oranında azaltılabileceği görülebilir.

Şekil 4'te hidrolik asansörler için karşı ağırlığın bir başka konfigürasyonu gösterilmiştir, burada karşı ağırlık bir çekme koçuna yerleştirilmiştir. Bu şekilde daha küçük çaplı koçlar ve pompalar kullanılabilir. Böyle bir konfigürasyon motor gücünü ve pompa akış hızını %40'a kadar azaltabilir. Tasarım ayrıca karşı ağırlığın şaftta sallanmasını da önler.

6. LCA'ya Göre Çevresel Etki Karşılaştırması

LCA, ürünlerin çevresel etkisini değerlendirmek için kullanılan bir metodolojidir. Asansörler söz konusu olduğunda LCA, ham madde çıkarımından bertarafına kadar tüm kullanım ömürleri boyunca toplam enerji/etki performansını göz önünde bulundurarak sürdürülebilirliği değerlendirmek için kapsamlı bir araç sağlar. LCA yaklaşımı, bir asansörün çevresel ayak izinin daha doğru bir temsilini sunar. Buna karşılık, yalnızca asansörlerin enerji tüketimine odaklanmak ve enerji performansı sınıfları atamak, genellikle büyük MRL üreticileri tarafından kullanılan pazarlama stratejileridir ve çok fazla değer verilmemelidir. Asansörlerin gerçek enerji performansı yalnızca tesislerdeki ölçümlerle belirlenebilir.

Hidrolik asansörler daha büyük bir motora ve karşı ağırlığa sahip değildir. Buna karşılık, aşağı yönde enerji harcamaz ve kendi ağırlığıyla iner. Karşı ağırlığın olmaması, asansörlerin yüksek güvenilirlikle kurulumunu kolaylaştırır ve daha güvenli ve uygun maliyetlidir; bunlar LCA için katma değerlerdir.

Aragon Teknoloji Enstitüsü ITAINNOVA tarafından, 450 kg kapasitede çalışan ve 1, 2 ve 3 kullanım kategorilerine sahip (günde 50 ila 300 başlatma arasında değişen) dört duraklı asansörler için yapılan bir LCA çalışmasının sonuçları raporlandı.^[8] Şekil 5'te gösterildiği gibi. Bu sonuçlar bir çekiş MRL asansörü ile geleneksel bir hidrolik asansörü karşılaştırır. MRL asansörlerinin daha sık düzeltici bakım gerektirmesine rağmen, asansörlere LCA'nın nasıl uygulanacağını özetleyen "asansörler için ürün kategorisi kuralları" prosedürünün yalnızca periyodik bakımı dikkate aldığı ve düzeltici bakımı (sorunlar ortaya çıktığında gereken ek onarımlar) hesaba katmadığı unutulmamalıdır. Başka bir deyişle, düzeltici bakım LCA'ya dahil edilmiş olsaydı, sonuçlar MRL asansörü için daha olumsuz olurdu. Ecoindicator ReCiPe yöntemine göre, hidrolik asansörler için çevresel etki sonuçları 22 yıllık bir kullanım ömrü boyunca tutarlı bir şekilde daha düşüktür (Şekil 6).

Modernizasyon durumunda, hidrolik asansörler her zaman diğer yeni MRL çekişli asansörlerden daha az çevre etkisine sahiptir. Bunun nedeni, mevcut hidrolik sistemin silindir, tank, konektörler vb. gibi bileşenlerinin çoğunun modernizasyonlar için yeniden kullanılabilmesidir. Aslında, çekişli MRL'li bir hidrolik asansörü modernize etmek çevreye daha kötü bir etki yaratır (bkz. Şekil 5 ve 6). LCA'da, asansörün her 80 yılda bir modernize edildiği varsayımıyla 20 yıllık bina ömrü kullanıldığında, hidrolik asansör 3. kullanım kategorisiyle (günde 300 başlatma) bile çevresel olarak daha tercih edilebilir hale gelir.^[9]

Genel olarak, hidrolik asansörler çekişli asansörlerden çok daha güvenilirdir, bu da bakımlarının LCA üzerinde çok daha düşük bir etkiye sahip olduğu anlamına gelir. Daha az bileşen ve tam yağlanmış bir sistemle basit tasarımları, kullanım ömürlerini uzatmaya ve sistem duruş süresini azaltmaya yardımcı olur ve önemli maliyet tasarruflarına yol açar. Asansör bakım maliyetlerinin yıllık enerji tüketiminden iki ila 10 kat daha fazla olabileceğini belirtmek önemlidir. Ek olarak, çekişli MRL tahrik sisteminin en pahalı bileşeni toplam asansör maliyetinin %30'undan fazlasını oluştururken, hidrolik asansörler için bu oran yalnızca yaklaşık %6 ila %8'dir. Bu bulgulara göre, düşük katlı binalarda (günde 300'e kadar başlatma ile) mekanik kontrol vanasına sahip geleneksel hidrolik asansörler, çekişli MRL asansörlerine kıyasla toplam enerji tüketimi de dahil olmak üzere daha düşük bir genel çevresel etkiye sahiptir.

7. Hidrolik Kontrol Vanasının Seçimi

Piyasada mekanik, elektronik ve VVVF tahrikli asansör kontrol vanaları mevcuttur. Bunlar arasında, VVVF tahrikli vanalar en enerji verimli olanlardır, orta ve yüksek kullanımlarda enerji tüketimini %65'e kadar ve ısı üretimini %50'ye kadar azaltabilirler.^[7] Daha düşük verimliliklerine rağmen, mekanik kontrol vanaları en yaygın kullanılanlardır. Bunun nedeni, önemli ölçüde daha düşük maliyetleri, basit ayarlamaları ve yüksek güvenilirlikleri nedeniyle şu anda düşük kullanım uygulamaları (ev ve konut asansörleri için) için en uygun seçenek olmalarıdır. Ayrıca, VVVF tahrikli vanaların geri ödeme süresi, günde 350'den az başlatmanın olduğu uygulamalar için oldukça uzundur. Ancak, Blain'in Smart EV40-vvvf gibi bazı hibrit VVVF tahrikli kontrol vanası çözümleri makul fiyatlara mevcuttur ve günde 200'den fazla başlatmanın olduğu asansörler için iki ila dört yıllık geri ödeme süreleri sunar.^[7] Bu hibrit çözümler, yalnızca yukarı doğru hareket sırasında VVVF tahrikini kullanır ve bu da onları düşük kullanımlı asansörler için en enerji verimli seçenek haline getirir. Ek olarak, Yaskawa GA700 gibi enerji verimli bir tahrik kullanıldığında ve 10 dakikalık boşta kalma süresinden sonra kapatıldığında, hibrit VVVF çözümleri günde 130 başlatma gibi daha düşük kullanım seviyeleri için uygulanabilir. Enerji verimli bir tahrike sahip hibrit VVVF tahrikli kontrol vanaları, düşük kullanımlı asansör uygulamaları için ideal bir seçim gibi görünmektedir. Rejeneratif tahriklerin, yüksek maliyetlere neden olurken asgari düzeyde enerji geri kazandıkları için kabul edilemez derecede uzun geri ödeme süreleri nedeniyle genellikle düşük kullanımlı uygulamalar için uygun olmadığını belirtmek önemlidir.

8. AKILLI EV40-VVVF

Blain Hydraulics, çevreden toplanan verileri toplamak, göndermek ve bunlar üzerinde işlem yapmak için Nesnelerin İnterneti (IoT) teknolojisinden ve gömülü sistemlerden yararlandı ve daha önce tasarlanmış EV4-VVVF ürününü Smart-EV40-VVVF çözümüne dönüştürdü (Şekil 5). Smart-EV40-vvvf, aşağıdaki avantajları sunan bir hibrit sistemdir:

• Standart bir GA700 Yaskawa sürücüsü kullanır
• Yüksek sürüş kalitesi sağlar
• Bir arayüz kartı aracılığıyla kolay tanılama sunar
• %65'e varan enerji tasarrufu ve %50'ye varan ısı azaltımı sağlar
• Asansörün çalışması Wi-Fi bağlantısı kullanılarak akıllı bir cihazla izlenebilir, kaydedilebilir ve ayarlanabilir.
• Sürücü ve asansör kontrolörü ile kolay kablolama özelliğine sahiptir
• Giriş parametreleri %60 oranında azaltıldı.
• İlave basınç şalterine gerek yoktur.
• Baypas ve seviyeleme süreleri kısaldığından enerji tasarrufu daha da artıyor.
• Entegre istenmeyen araç hareket emniyet valfi ile teslim edilir.

Şekil 7 ve Şekil 8 sırasıyla Smart-EV40-VVVF çözümünün bağlantılarını ve uygulama yazılımının bazı giriş menülerini göstermektedir.

9. sonuçlar

Asansörlerde optimum enerji verimliliğine ulaşmak için bekleme enerji tüketimi ve kullanım kalıpları dikkatlice düşünülmelidir. VVVF tahrikli çekişli MRL asansörleri enerji verimli çözümler olarak tanıtılırken, VVVF tahrikli hidrolik asansörler de karşılaştırılabilir enerji verimliliği sunarak pazarda yer edinmiştir. Ancak, bu sistemlerin verimliliği düşük kullanımla birlikte azalırken, önemli ölçüde daha düşük bekleme enerjisi gereksinimlerine sahip daha basit asansörler daha avantajlı hale gelir. Bu nedenle, düşük kullanımlı ev ve konut asansörleri için mekanik valfli hidrolik asansörler üstün bir seçim olmaya devam etmektedir. Düşük enerji talebi, uygun fiyat, kolay kurulum, basit bakım ve yüksek güvenilirlik sunarak bu tür uygulamalarda ideal bir çözüm haline gelirler.

Blain'in Smart-EV40-VVVF çözümü, sistem zayıflıklarını gidermek ve kullanılabilirliği artırmak için IoT ve dijital teknolojideki ilerlemeleri kullanır. Kullanıcı dostu bir mobil uygulama ile sistem kurulumu hızlı bir şekilde tamamlanabilirken, asansör çalışması Wi-Fi üzerinden bağlanan akıllı bir cihaz kullanılarak izlenebilir, kaydedilebilir ve ayarlanabilir. Smart-EV40-VVVF, pürüzsüz ve üstün bir sürüş kalitesi sağlamanın yanı sıra daha kısa baypas ve yeniden seviyeleme süreleri sunarak hem toplam seyahat süresini hem de enerji tüketimini azaltır.

Asansör uygulamalarında enerji performansından önce güvenliğin ön planda tutulması gerektiğini vurgulamak önemlidir. Deprem riski olan bölgelerde, yüksek binalarda gerektiğinde makine daireli çekişli asansörler kurulmalıdır. Ek güvenlik önlemleri uygulanmadığı sürece MRL sistemlerinden kaçınılmalıdır. Sismik bölgelerdeki alçak binalarda, sismik sarsıntıların etkisini etkili bir şekilde azaltan üstün dayanıklılık ve sönümleme özellikleri nedeniyle hidrolik asansörler ilk tercih olmalıdır. Alçak binalardaki asansörlerin enerji tüketimi çok önemli olmadığından, enerji verimliliğinden çok sismik olarak güvenli asansör sistemlerine öncelik vermek daha iyidir. Bu yaklaşım, binaların operasyonel kalmasını sağlar, yolcuların kolay ve güvenli bir şekilde tahliyesini kolaylaştırır ve sosyal, ticari ve insan kayıplarını önlemeye yardımcı olur.

Referanslar

[1] HM Sachs, “Asansör enerji verimliliği iyileştirmeleri için fırsatlar”, Amerikan Enerji Verimliliği Ekonomisi Konseyi, Nisan 2005. 

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

[3] G. Lees, “Değişken frekanslı tahrikli bir hidrolik sistemin teorik güç tüketimine göre gerçek gücünün incelenmesi ve bunun kullanıcıya nasıl fayda sağladığı”, Yüksek lisans tezi, University College Northampton, Nisan 2005. 

[4] Almedia AT, Asansör ve Yürüyen Merdivenlerin Enerji Verimliliği, 4. Avrupa Asansör Kongresi, 2010. 

[5] Çelik KF, “Düşük Kullanımlı Asansörlerde Bekleme Enerji Tüketimi” ELEVATOR WORLD India, Cilt 2, s.58, 2009. 

[6] Celik KF, “Elektronik Kontrol Vanalarının Tasarımı ve Kontrolü”, Asansör Teknolojisi 17, Elevcon Bildirileri, s.34-45, 2008 

[7] Celik KF, “İnvertörler Aracılığıyla Yeşil Hidrolik Asansörler için Bir Yük ve Sıcaklık Telafisi Yöntemi”, Elevcon Bildirileri, IAEE, Miami, 2012. 

[8] ITAINNOVA, Instituto Technologico de Aragon, Hidrolik ve Çekişli Asansörler için Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi, Ekim 2017. 

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

[10] F. Çelik, “Sismik bölgelerde asansör güvenliği”, EW, Ağustos 2005, s.140.