Avrupa'daki Çalışmalar ve Enerji Verimliliği Kılavuzu VDI 4707

VDI, enerji ölçüm prosedürlerini tanımlayan gönüllü bir kılavuz ve ilgili enerji rakamlarını anlaşılması kolay bir şekilde gösteren bir enerji verimliliği etiketi geliştirmiştir.

Bu bildiri şu adreste sunuldu: Lucerne 2010, Uluslararası Dikey Taşıma Teknolojileri Kongresi ve ilk olarak A. Lustig tarafından düzenlenen IAEE kitabı Elevator Technology 18'de yayınlandı. Uluslararası Asansör Mühendisleri Birliği'nin izniyle yeniden basılmıştır. (web sitesi: www.elevcon.com). Bu makale tam bir yeniden basımdır ve ELEVATOR WORLD tarafından düzenlenmemiştir.
Anahtar Kelimeler: Enerji, verimlilik, bekleme, VDI 4707

Özet

Sürdürülebilirlik ve enerji verimliliğine yönelik trend, asansörler söz konusu olduğunda durmuyor. İsviçre federal enerji dairesi tarafından 2005 yılında yapılan çalışma, asansörlerin enerji tüketimi araştırmasında öncü bir rol üstlendi. Avrupa Komisyonu'nun Akıllı Enerji Avrupa Programı kapsamında, Enerji Verimli Asansörler ve Yürüyen Merdivenler projesi araştırmayı takip etti.

Alman mühendisler derneği VDI, mevcut tüm çalışmaları göz önünde bulundurarak, enerji ölçüm prosedürlerini tanımlayan gönüllü bir kılavuz ve ilgili enerji rakamlarını kolay anlaşılır bir şekilde gösteren bir enerji verimliliği etiketi geliştirdi.

1. Giriş

Küresel ısınma ve çevresel etkisi bugün karşı karşıya olduğumuz en önemli konulardan biridir. İnsanlar nedenin farkında olmak, durumu anlamak, başlıca kirleticileri belirlemek ve nihayetinde gelişmek için harekete geçmek isterler.

Sonuç olarak, 2005 yılında asansörler İsviçre federal enerji enstitüsünün odak noktası haline geldi. Biraz tartıştıktan sonra, İsviçre'deki asansörleri ölçmek ve kurulu tüm asansörlerin kullandığı enerjiyi tahmin etmek için bir araştırma projesinin başlatılması gerektiğine karar verildi.

İsviçre'de yapılan çalışmaların ardından, Avrupa Komisyonu'nun Avrupa Akıllı Enerji Programı tarafından desteklenen Enerji Verimli Asansörler ve Yürüyen Merdivenler projesi, 2010 yılında Avrupa'daki asansör ve yürüyen merdivenlerin enerji talebini ve tasarruf potansiyelini belirledi.

Alman mühendisler derneği VDI, 2009 yılında asansörlerin enerji verimliliğini değerlendirmek için bir kılavuz yayınladı. Bu kılavuz, asansörler için diğer cihazlardan bilinene benzer bir enerji etiketi tanımlar. Bu nedenle, bekleme talebi gibi önemli rakamları tanımlar ve bir asansör için nominal bir yıllık enerji talebi rakamını tahmin eder.

2. Ana Gövde

Birinin sorabileceği ilk soru şudur: Asansörümü yılda ne kadar enerji kullanır? Bu soruyu cevaplamanın tek yolu asansöre bir enerji sayacı takmak ve bir yıl sonra tüketilen enerjiyi ölçmek olacaktır. O zaman cevap şöyle olabilir: Geçen yıl asansörünüz 830 kWh kullandı. kWh elektrik başına 0.15 € enerji fiyatı ile; bu da 124.50€ ile sonuçlanır. Önümüzdeki yıl muhtemelen aynı olacak.

Bu yaklaşım açıkçası hızlı bir yanıt almak için pratik değildir ve yalnızca bilinen trafik düzenlerine sahip halihazırda kurulmuş asansörler için kullanılabilir. Belki gelecekte asansörler bireysel enerji sayaçlarıyla donatılabilir, ancak bunun gerçekleşmesi yıllar alacaktır.

Bu nedenle asansörlerin enerji taleplerini değerlendirmek için yöntemlerin icat edilmesi gerekiyordu. Bu yöntemlerin pratik olması gerekir. Pratik anlamda, bireysel bir müşteri asansöründe bir ila iki saatlik müdahalede bir enerji ölçümü yapmak mümkün olmalıdır. Yüklü bir asansör kabini ile ölçüm yapmak için müşteri sahasına birkaç ton yük getirmek tabii ki çok pratik değil. Neyse ki, çoğu asansördeki karşı ağırlık dengelemesi nedeniyle, boş bir kabinle yolculuk, tahrik sistemi için aşırı bir durumla sonuçlanır ve bu durum enerji performansını analiz etmek için kullanılabilir. Ancak özel dengeli asansörler, tahrik sistemi için bu tür aşırı durumları ölçmek için yüklü bir kabin gerektirebilir.

Asansörün tek seferde nasıl çalıştığını bilerek ve beklenen trafik hakkında bir varsayımda bulunarak yıllık enerji tahminleri yapmak mümkündür.

Açıkçası bu tahminler, uzun bir süre boyunca bir asansörün enerji tüketimini ölçmek kadar kesin olamaz. Ancak çoğu durumda enerji tahminleri, enerji beyanları vermenin tek olası yoludur.

İsviçre federal enerji dairesi tarafından yapılan araştırma, Enerji Verimli Asansörler ve Yürüyen Merdivenler araştırma projesi, VDI kılavuzu ve ISO/TC178 Asansörler, yürüyen merdivenler ve yürüyen yollar (WG10 Enerji verimliliği) konusunda yapılan çalışmaların tümü aynı sonuca vardı iki anahtar figürün tanımlanması gerekir:

• Referans gezisi için enerji
• Hareketsiz dururken kullanılan güç (Bekleme)

Kurulu asansörlerde bu iki önemli rakam ölçümlerle doğrulanabilir.

Referans gezi için, boş kabin en alt kattan en üst kata ve geri giderken enerji ölçülecektir.

Bekleme gücü, asansör hareketsizken ölçülür. Ancak bunun ne zaman ve nasıl ölçüldüğü çok tartışıldı. Daha yakından bakıldığında, bekleme güç değerinin sabit olmadığı görülüyor: Asansörler arabanın ışığını, fanları söndürüyor, kapılardan gelen kuvveti ortadan kaldırıyor, acil durum akülerini şarj ediyor, sürücülerin frekans dönüştürücüsünün dc bağlantısını şarj etmek için duruyor, ….

Her bir etkiyi dikkate almak ve bazı bilinmeyen etkileri kaçırmak yerine, hazırda bekleme güç değerini yolculuk bittikten birkaç dakika sonra ölçmek daha pratiktir.

3. Sonuçlar

Şimdiye kadar yapılan iki kamu çalışmasında yaklaşık 100 asansör ölçüldü. Aşağıdaki veriler, 630 m yüksekliğindeki bir okul binasında 1 kata hizmet veren 5kg, 12.6m/sn modernize bir çekiş asansöründen gelmektedir.

Güç eğrisi, en alt kattan en üste ve arkaya kadar bir referans gezisi gösterir.

Araba boş olduğu için, aşağı yolculuk karşı ağırlığı kaldırmak zorundadır ve 6kW'a kadar kullanır. Güç analizörleri, yüksek dinamik güç değişimleri ve sinüzoidal olmayan akımlar ile bu tür güç eğrilerini ölçmek için tercih edilen araçlardır. Yeterli ekipman kullanılmazsa, ölçüm çabasının hiçbir değeri yoktur, çünkü ölçümlerin arkasındaki temel fikir şudur: Farklı cihazlar kullanan farklı kişiler aynı asansörü ölçtüğünde, hepsinin hemen hemen aynı değerlerle sonuçlanması gerekir.

Enerji zamanla güçtür, bu nedenle kaydedilen güç eğrisi bir enerji eğrisi elde etmek için entegre edilebilir:

Bu 67 saniyelik gidiş dönüş için kullanılan enerji 22Wh'dir. kWh elektrik fiyatının 0.15 € olduğu varsayıldığında; Avrupa'daki bir konut binasında böyle bir referans gezisinin maliyeti 0.0033€. Bu da asansör yerine merdiven kullanmanın çok fazla enerji tasarrufu sağlamadığını gösteriyor.

EN81 asansörlerinde ayrıca kabin aydınlatması ve bağlı devreler için bir ana şalter bulunur. Referans gezisi sırasında, bu noktada ölçülen güç değeri sürekli olarak 96W'dır, çünkü bu değer araba ışığından erkeksi bir şekilde kaynaklanmaktadır. 67 saniyelik açma süresi göz önüne alındığında, referans yolculuk sırasında bu devrede 1.8Wh ek enerji kullanılır.

Güç devresinin ana şalterindeki 120W bekleme gücü, son yolculuktan 5 dakika sonra ölçülmüştür. Asansör geleneksel aydınlatma ile donatılmışsa, bir yolculuktan 5 dakika sonra kabin ışığı yanmaya devam edecek ve bekleme gücüne ek olarak 96 W eklenecektir. Ne yazık ki Avrupa'daki araştırmalar göstermiştir ki, birçok asansör kabin ışıklarını günde 24 saat açık tutuyor.

Kabin ışığını hemen kapatmak, enerji tasarrufu sağlar, ancak lambaların (akkor veya floresan) kullanım ömrünü önemli ölçüde azaltır ve bu nedenle bir asansörün genel çevresel yaşam döngüsü değerlendirmesinde olumsuz bir etkisi olur.

Araba ışığını kapatmak için ortak değerler 15 ila 30 dakika arasındadır. Bu parametre kontrolör yazılımında kolayca değiştirilebilir, ancak ayrıntılı ürün bilgisi ve hatta belki özel bir araç gerektirir. Enerji ölçümlerini yapan kişiler bu ayrıntılı ürünün nasıl yapıldığını bilmiyorlar ve arabanın ışığı sonunda sönene kadar bilinmeyen bir süre beklemek zorunda kalacaklar. Konut binalarında çoğu zaman ve özellikle tekli asansörler uzun süre hizmet dışı bırakılamaz. Bu nedenle, son yolculuktan 5 dakika sonra beklemeyi ölçme tanımı pratiktir. Kabin ışığının davranışındaki ve genel olarak bekleme değerlerindeki bu belirsizlik, daha yüksek bekleme rakamlarına yol açar. Enerji hesaplamaları bu rakamları kullandığından karamsar bir sonuç verecektir.

Neyse ki, yeni teknolojiler, araç farlarını istenildiği sıklıkta kapatmaya olanak tanıyan yeni çözümler sunuyor. Bu teknolojiler arasında LED'ler ve yüksek dayanıklılıkta anahtarlama özelliğine sahip kompakt floresan lambalar yer alıyor.

4. Tartışma

Sonraki adım şudur: Ölçülen tek seferlerden rakamları alın ve bunları asansörün yıllık enerji tahminini yapmak için kullanın. Yine asansörlerin kullandığı yıllık enerji iki kısma ayrılabilir:

• Arabayı hareket ettirmek için kullanılan enerji
• Hareketsiz durmak için kullanılan enerji (Bekleme-Enerji)

Arabayı hareket ettirmek için kullanılan enerjiyi tahmin etmek için referans yolculuğunun enerji ölçümlerinin alınması gerekir.

En basit durumda, %50 dengeli çekişli bir asansörün boş bir kabini ile bir referans yolculuğu ölçülebilir. Genellikle farklı yük ve hareket mesafesine sahip başka ölçümler olmadığından, varsayımlar ve enterpolasyonlar yapılmalıdır. Aşağıdaki şekil, basit bir matematiksel model elde etmek için varsayımları göstermektedir:

• Referans hareketi için enerji sadece karşı ağırlığı kaldırmak için kullanılır (Nokta 1).
• Karşı ağırlığın indirilmesi enerji gerektirmez (2. Nokta).

Rejeneratif tahrik sistemleri için negatif bir değer düşünülebilir.

• Dengeli bir araba hareket etmek için enerji kullanmaz (3. Nokta)
• Dolu bir araba, bir referans yolculuğu için boş bir araba ile aynı enerjiyi kullanır (Madde 4 ve 5).
• Diğer yük koşulları ve hareket mesafeleri doğrusal enterpolasyonlu olabilir.

Basitleştirilmiş modelin ne kadar doğru olduğunu karşılaştırmak için farklı yük koşulları ve hareket mesafeleri ile daha fazla ölçüm yapılabilir. Teorik olarak her yük koşulu ve her hareket mesafesi ölçülebilir ve bir matrise konulabilir.

Zeminden zemine taşınacak enerji, belirli katlara bile bağlı olabilir. Tek bir yük koşulu için bir matris oluşturulabilir:

Tüm bu çabalara rağmen, yıllık enerjiyi tahmin etmek için en büyük belirsizlik hala devam ediyor. Yolcular asansörü böyle kullanır. Önerilen basitleştirilmiş model bu nedenle çaba ve doğruluk arasında iyi bir uzlaşmadır.

Ortalama yolculuk, arabadaki ortalama yükü kullanır ve ortalama bir mesafe kat eder. %50 dengeli bir Avrupa konut asansörü için basit bir trafik düzeni varsayılabilir:

Ortalama gidiş-dönüş (yukarı yolculuk ve aşağı yolculuk = iki yolculuk) bu nedenle şunları kullanır:

%100 * %50 + %50 * %30 + %50 * %10 = Referans gezinin %70 enerjisi.

Avrupa'daki konut binalarındaki tekli asansörler için ortalama seyahat mesafesi, artışın yarısı olarak kabul edilebilir.

Referans yolculuk iki yolculuk içerdiğinden ve ortalama yolculuk mesafesi artışın yarısı olduğundan, ortalama bir yolculuk için kullanılan enerji, ortalama gidiş-dönüş enerjisinin 1/4'ü kadardır.

%50 dengeli bir çekme asansörünün yıllık enerji talebi aşağıdaki formüle göre tahmin edilebilir:

E_seyahat = 1/4 n * E_{yeniden yolculuk} * 0.7. . . . . . . . . . . . . . .(1)

• E_{seyahat =} seyahat etmek için yıllık enerji
• E_{yeniden yolculuk} = referans gezisi için kullanılan enerji
• n = yıllık sefer sayısı

Yedek enerji talebi aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

E_beklemede = P_beklemede * T_beklemede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2)

t_beklemede = 365 gün * (24 saat - t_seyahat). . . . . . . . . .(3)

• E_beklemede = bekleme için yıllık enerji
• P_beklemede = bekleme gücü
• t_seyahat = yıl içinde asansörün hareket ettiği zaman
• t_beklemede = yıl içinde asansörün hareketsiz kaldığı süre

5. sonuçlar

İsviçre, Avrupa Birliği ve VDI 4707'de yapılan çalışmalarda asansörlerin enerji talebini tahmin etmek için benzer matematiksel modeller kullanılmıştır.

2005 yılı İsviçre tahminlerine göre, İsviçre'deki yaklaşık 150,000 asansör sistemi yılda yaklaşık 300 GWh enerji tüketiyor; bu da ülkenin elektrik ihtiyacının %0.5'ine denk geliyor. Şaşırtıcı olan ise, enerjinin %50'sinden fazlasının sadece bekleme modunda kullanılmasıydı. Yeni asansörler genellikle eski asansörlere göre daha fazla bekleme gücüne sahip. Yeni asansörler, günümüzün güvenlik, erişilebilirlik ve konfor gereksinimlerini karşılamak için çok fazla bekleme gücü tüketen elektronik aksama sahip.

Avrupa Enerji Verimli Asansörler ve Yürüyen Merdivenler projesi, asansörler için toplam 18,4TWh elektrik tüketimi tahmin ediyor. 6,7TWh konut sektöründe, 10,9TWh üçüncül sektörde ve sadece 810GWh sanayi sektöründe. Proje, Mevcut En İyi Teknolojileri (BAT) dikkate alarak tasarruf potansiyelini de tahmin etti:

BAT 1. Senaryosu, mevcut tüm asansörler bugün mevcut teknolojiyi kullandığında nelerin mümkün olacağını göstermektedir. BAT 2. Senaryosu daha çok vizyoner bir görünüm sergiliyor, asansörlerin sadece 1W bekleme gücüne sahip olması durumunda nelerin mümkün olabileceğini düşünüyor.

6. VDI 4707

Alman mühendisler derneği VDI, mevcut araştırma çalışmalarını değerlendirdi ve asansörler için bir enerji etiketi tanımlayan VDI 4707 kılavuzunu yayınladı.

Bekleme ve Seyahat ayrı sınıflandırmalara sahiptir.

Bekleme Sınıfı, doğrudan bekleme güç değerine atanır.

Referans trip için enerji, şaft uzunluğuna ve nominal yüke bağlıdır. Bu varyasyonları ortadan kaldırmak için, bir referans yolculuğun enerjisi, bu nedenle, Spesifik Seyahat Talebi Sınıfına atanmadan önce kat edilen yolculuk mesafesine ve nominal yüke bölünür. Yük faktörü kullanılarak yükün ve trafiğin etkisi dikkate alınır (bkz. Tablo 1)

İki sınıfa sahip olmak işlemek zor olabilir. Bu nedenle VDI 4707, iki sınıfı birleştiren asansörün Enerji Verimliliği Sınıfını tanımlamıştır. Düşük bekleme değerleri, çok sık seyahat etmeyen konut asansörleri için çok verimli tahrik sistemlerinden daha önemlidir. Ancak trafiğin yoğun olduğu binalarda tam tersi doğrudur. Bu nedenle VDI 4707, 5 kullanım kategorisi tanımlar (çok nadiren ila çok sık kullanıma).

Tüm sonuçlar ve tahminler VDI 4707 enerji verimliliği etiketinde özetlenmiştir.

Bir asansörün verimliliği

Genellikle bir soru ortaya çıkar, bir asansörün enerji verimliliği faktörü η nedir? Verimlilik faktörleri η, birimden daha az olmalıdır, burada %100 ideal durum anlamına gelir.

Kütleyi kaldırmak için, η_asansör şu şekilde belirlenebilir:

η_asansör = (m * g_n * o_asansör . . . . . . . . . . . . . . . . . .(4)

Kütleyi azaltmak için enerji yenilenebilir ve regen şu şekilde belirlenebilir:

η_regen = E_regen / (m*g_n * H) . . . . . . . . . . . . . . (5)

Referans gezisi için enerji aşağıdaki gibi hesaplanabilir:

E_{yeniden yolculuk}= E_asansör - E_regen = (m * g_n * H) *

(1/η_asansör - η_regen). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(6)

Referans gezisinde hiçbir enerji dönüştürülmediğinden,

verimlilik η_asansör her zaman sıfır olurdu. Bu nedenle verimlilik yerine kullanmak mantıklıdır η_asansör iki verimlilik faktörü η_asansör ve η_regen.

E_asansör = Kütleyi kaldıracak enerji

E_{tekrar açma =} Referans gezisi için enerji

E_regen = Yenilenmiş Enerji

g_n = Yerçekimi ivmesi (9.81 m/s2)

h = Asansörün yükselişi

m = Taşınacak kütle farkı (karşı ağırlık eksi boş araba)

η_asansör = Kütleyi kaldırmak için verimlilik faktörü

η_regen = Enerjiyi yenilemek için verimlilik faktörü

Referanslar
Nipkow, J. (2005). Yayın 250057. Elektrik talebi ve tasarrufu
Asansörlerin potansiyeli. İsviçre Federal Enerji Ofisi. 44 puan
(2009). VDI kılavuzu 4707. Enerji verimliliğini artırır, Verein Deutscher
Yaratıcılık. 28 puan
Almeida, A. (2010). ENERJİ VERİMLİ ASANSÖRLER & YÜRÜYEN MERDİVENLER,
Tasarruf tahmini. Akıllı Enerji Avrupa, 15s