مصرف برق آسانسور یکی از پارامترهایی است که همیشه مورد توجه مشتریان بوده است و البته این نکته را باید به هنگام طراحی آسانسور مد نظر قرار داد؛ چرا که مصرف مقرون به صرفه برق آسانسور یکی از معیارهای مهم در انتخاب و تفکیک آسانسور با کیفیت از نمونه‌هایی است که از لحاظ مصرف برق دارای افت کیفیت هستند و درجه‌ی پایینی از انرژی را به خود اختصاص داده‌اند.
مصرف برق آسانسور
آسانسورها بیش از 1 درصد از مصرف برق سالانه‌ی برق را در شهر مصرف می‌کنند، در حالی که نسبت توان ساعتی تقریباً بین 0.5 تا 3 درصد متغیر است. علاوه بر این، نتایج نشان می‌دهد که آسانسورهای مسکونی و اداری حدود 70 درصد از کل مصرف برق آسانسور را پوشش می‌دهند که در روزهای هفته ( 120-140 مگاوات در ساعات اوج ترافیک) به طور قابل توجهی بیشتر از آخر هفته 90 (-110 مگاوات در ساعات اوج ترافیک) است.
آسانسورهای مدرن و با کارایی بالا تقریباً همیشه به درایو کنترل فرکانس مجهز هستند، در حالی که در گذشته، آسانسورها کم و بیش مستقیماً به هم متصل شده بودند. به عنوان مثال، از نظر تاریخی، آسانسورهای هیدرولیک به یک موتور الکتریکی تک سرعته مجهز به پمپ هیدرولیک مجهز شده‌اند و آسانسورهای کششی با کنترل‌کننده‌های ابتدایی سرعت به عبارتی رله طراحی شده‌اند.
مصرف برق آسانسورها بسیار متناوبی هست. هنگام انتقال مسافران، مصرف برق لحظه‌ای می‌تواند هزار برابر بیشتر از حالت آماده به کار باشد. علاوه بر این، هر سفر به دلیل تفاوت در بارگیری، جهت و مدت زمان دارای مشخصات قدرت نسبتاً منحصر به فردی است. این ویژگی از تجزیه و تحلیل مستقیم تقاضای لحظه‌ای برق در آسانسورها جلوگیری می‌کند، در نتیجه، مصرف طولانی مدت انرژی این وسایل حمل و نقل مبهم است و به عنوان مثال، اثربخشی بهبود بهره وری انرژی در تاسیسات فردی، چه برسد به کل موجودی آسانسور، نامشخص است.
تعریف مصرف انرژی
تعریف مصرف انرژی سیستم‌های آسانسور از آنجا که پارامترهای زیادی در آن دخیل هستند، دشوار است. با این وجود طی یکی از تحقیقات بعمل آمده برحسب یک سفر معمولی میزان متوسط مصرف برق آسانسور مشخص خواهد شد، به عبارتی زمان بر حسب ثانیه باید برحسب درجه موتور بر کیلووات و تعداد سفرهای انجام شده برای رسیدن به مصرف انرژی ضرب شود.
زمان یک سفر معمولی با آسانسور (TP) برای سیستم‌های مختلف درایو متفاوت است. همچنین، تحت تأثیر تعداد طبقات ساختمان، اندازه موتور، سیستم طناب‌زنی و دیگر پارمترها است. مقدار متوسط، با این حال، نشانه خوبی از کیفیت سیستم محرک از نظر مصرف انرژی است. در ذیل به این پارامترها اشاره می‌شود.
عوامل مصرف برق آسانسور
- تعداد طبقات ارائه شده در بالای طبقه همکف به طور مثال با سرعت 0.7 مایل بر ثانیه (سرعت عمومی همه آسانسورهای داخلی) آسانسور هر 5 ثانیه از یک طبقه عبور می‌کند. بنابراین اگر از آسانسور برای طبقه 4 استفاده می‌کنید ، 15 ثانیه طول می‌کشد؛
- بار نامی؛
- نوع ساختمان مانند مسکونی یا اداری؛
- تعداد سفرها در روز (سفر شامل حرکت آسانسور از یک طبقه به طبقه‌ی دیگر، بارگیری یا خالی، شامل شتاب، سرعت اسمی و دوره‌های کاهش سرعت)؛
- اندازه‌ی گروه آسانسور؛
- مشخصات الکتریکی و مکانیکی، مانند سرعت نامی، جرم خودرو، فناوری بالابری کاربردی، راندمان بالابری و قدرت آماده به کار؛
- اگر ماشین نیمه بار باشد ، جریان متوسط بالا و پایین را می‌گیرد؛
- اگر ماشین کاملاً بارگیری شده باشد، جریان کامل صعود می‌کند و هنگام پایین آمدن جریان کمتری را می‌گیرد؛
- ماشین ممکن است مستقیماً از زمین به طبقه بالا یا با توقف در هر طبقه بالا برود. اگر در هر طبقه متوقف شود ، مصرف برق بیشتر به دلیل افزایش و اعلام مکرر خواهد بود؛
- اگر قدرت موتور 3.5 کیلو وات باشد اما خوانش فعلی در هر زمان یکسان نباشد بود، در نتیجه اگر آسانسور خالی بالا بیاید، جریان بسیار کمتری می‌گیرد، اما اگر ماشین خالی پایین بیاید، می‌تواند جریان کامل را بگیرد.
بنابراین عوامل زیادی برای در نظر گرفتن میزان مصرف انرژی واقعی آسانسور وجود دارد.
محاسبات ریاضی مصرف برق آسانسور
محاسبه‌ی پیش بینی مصرف انرژی
- آسانسور : حالت (K1 × K2 × K3 × H × F × P)/(V × 3600)+Estandby؛
- انرژی مورد استفاده آسانسورها در یک سال ، کیلووات/ساعت؛
- K1 – عامل سیستم درایو ؛
- K1 = 1.6 (برای سیستم‌های درایو سرعت متغیر AC)؛
- K1 = 1.0 (برای سیستم‌های درایو VVVF)؛
- K1 = 0.6 (برای سیستم‌های محرک VVVF با بازخورد انرژی)؛
- K2 – متوسط ضریب فاصله دویدن؛
- K2 = 1.0 (برای 2 سطح)؛
- K2 = 0.5 (برای نردبان یک نفره یا دو و بیش از 2 طبقه)؛
- K2 = 0.3 (برای آسانسورهای دارای 3 یا بیشتر آسانسور)؛
- K3 – ضریب بار متوسط خودرو، K3 = 0.35؛
پارامتر های مهم
- H – حداکثر فاصله سفر، متر؛
- F – تعداد شروع، به طور کلی بین 100000 تا 300000؛
- P – قدرت نامی آسانسور، P = P1 × P0 ، کیلو وات؛ در میان آنها: P1 و ضریب ضریب تعادل ؛
- P1 = 1.0 (هنگامی که ضریب تراز 50٪ است)؛
- P1 = 0.8 (با 40٪ موجودی)؛
- P0 = (0.5 بار بار نامی x سرعت نامی x gn)؛
- ɡ / (1000 × ns × ng × nm)
- بازده تعلیق Ns ، ns = 0.85؛
- Nm کارایی انتقال، nm = 0.75 (سیستم درایو کرم درایو کرم)؛
- Ng = 1.0 (سیستم انتقال بدون گیربکس)؛
- Nm کارایی موتور ، nm = 0.75 (سیستم رانندگی تنظیم AC)؛
- Nm = 0.85 (سیستم درایو VVVF)؛
- Ɡgn = 9.81 متر بر ثانیه؛
- V – سرعت آسانسور، متر بر ثانیه؛
Estandby – کل انرژی مصرفی در حالت آماده به کار در طول سال، کیلو وات/سال
روش اندازه گیری مصرف انرژی
- 1 روش‌های اندازه گیری مصرف برق اصلی و مصرف انرژی تجهیزات جانبی در حین کار؛
- (1) کنتور انرژی را به نقطه اندازه گیری منبع تغذیه اصلی یا تجهیزات کمکی وصل کنید. اندازه گیری و ثبت ولتاژ تغذیه و تنظیم متر برای اندازه گیری انرژی فعال؛
- (2) آسانسور طوری تنظیم شده است که به طور خودکار بین دو ایستگاه توقف کند، ابتدا ماشین را به پایین ایستگاه پایانی برسانید، حداقل پس از 10 دور برای توقف؛
- (3) کل انرژی را بر تعداد چرخه‌ها تقسیم کنید تا یک مقدار متوسط بدست آورید، که مقدار مصرف انرژی آسانسور در حال چرخش است؛
- 2 حالت آماده به کار، مصرف برق اصلی و روش اندازه‌گیری مصرف انرژی تجهیزات کمکی؛
- (1) کنتور انرژی را به نقطه اندازه گیری منبع تغذیه اصلی یا تجهیزات کمکی وصل کنید. اندازه گیری و ثبت ولتاژ تغذیه و تنظیم متر برای اندازه گیری انرژی فعال؛
- (2) ماشین را در ایستگاه پایینی 5 دقیقه متوقف کنید؛
- امکان بازسازی مجدد به شبکه اصلی، این بستگی به این دارد که آیا سیستم می‌تواند انرژی را به عقب برگرداند و آیا سیستم اندازه گیری می‌تواند با انرژی معکوس کنار بیاید؛
- کاهش اینرسی، استفاده از فلایویل (و سایر توده‌های متحرک دیگر) کارایی سیستم را کاهش می‌دهد؛
- کارایی اجزای مختلف، مخصوصاً موتور و جعبه دنده برای سیستم دنده‌ای.
- (3) با توجه به مقدار انرژی اندازه گیری شده به مقدار مصرف انرژی ساعتی (واحد kw · h) تبدیل می‌شود.
- 3. به عنوان مثال، محاسبه‌ی پیش بینی مصرف انرژی
3.1 پارامترهای فنی آسانسور مسافر
- بار نامی: Q = 1000kg ؛
- سرعت امتیاز: V = 1.6 متر بر ثانیه ؛
- سیستم درایو: درایو VVVF ؛
- تعداد فرودها: 15 طبقه و 15 ایستگاه.
- ارتفاع آسانسور: H = 50 متر ؛
- عامل تعادل: Ψ = 40؛ ؛
- حالت انتقال: بدون دنده ؛
- کل انرژی آماده به کار یکساله: Estandby = 5469 کیلووات · ساعت ؛
- تعداد عملیات در سال: F = 300000 بار ؛
3.2 محاسبه‌ی مصرف انرژی:
Eelevator = (K1 × K2 × K3 × H × F × P)/(V × 3600)
+حالت آماده به کار
[1.0×0.5×0.35x50x300000x0.8x (0.5x1000x1.6×9.81)/(1000×0.85×1.0x0.85)]/(1.6×3600) +5469
= 9429 کیلو وات · ساعت
مقایسه‌ی انواع مختلف درایوهای آسانسور
انواع مختلف درایوها از سطوح مختلف انرژی استفاده می‌کنند. این بخش تلفات انرژی هیدرولیک، تک سرعت، دو سرعته، ولتاژ متغیر و درایوهای VVVF (متغیر ولتاژ متغیر) را با سرعت نامی سیستم بالابر مقایسه می‌کند.
میزان مصرف انرژی در انواع مختلف آسانسورها
- آسانسور هیدرولیک: با توجه به این که این سیستم‌ها معمولاً وزنه متقابل ندارند، از چهار سیستم کمترین کارایی را دارند، زیرا هنگام بلند کردن ماشین انرژی به عنوان انرژی بالقوه ذخیره می‌شود، و هنگامی که ماشین پایین می‌آید به عنوان گرما از بین می‌رود.
- آسانسور دو سرعته: این سیستم‌ها از یک موتور تعویض قطب استفاده می‌کنند و سیم‌پیچ با سرعت کم 25 درصد از سرعت نامی را تولید می‌کند. در جایی که سیستم دو سرعته نصب شده است، باید از یک فلایویل بزرگ استفاده کرد تا تغییرات ناگهانی در گشتاور را برطرف کرده و در نتیجه درک حرکت تند و سریع مسافران را کاهش دهد. با این حال، چرخ فلک انرژی را ذخیره می‌کند که بعداً از بین می‌رود و این به کارآیی پایین این سیستم‌ها کمک می‌کند.
- سیستم‌های ترمز جریان گردابی ترمز DC تزریقی: این سیستم از سه جفت تریستور پشت به پشت برای کنترل زاویه فاز ولتاژ استاتور استفاده می‌کند و از یک اصلاح‌کننده پل کنترل‌شده برای کنترل جریان تزریقی DC در سیم پیچ‌های کم سرعت استفاده می‌کند. موتور این سیستم‌ها قبل از معرفی سیستم‌های VVVF بسیار محبوب بودند.
با این حال، آنها از سطح بالایی از جریان هارمونیک تزریق شده به موتور در هنگام رانندگی با سرعت پایین رنج می‌برند و باعث گرم شدن شدید موتور می‌شوند. بنابراین نمی‌توانند موتور را برای مدت طولانی با سرعت پایین حرکت دهند. علاوه بر این، آنها نمی‌توانند گشتاور نامی را در سرعتهای پایین‌تر تولید کنند، و بنابراین دقت آنها در خیره شدن و متوقف شدن به بازخورد بستگی دارد. در نتیجه، دقت رانندگی در سرعت پایین دچار مشکل می‌شود، زیرا سیستم تمایل به نوسان دارد. بنابراین دو مشکل اصلی این نوع درایو، موارد زیر است:
انواع درایو تابلو فرمان
- 1. با کاهش سرعت، گشتاور کاهش می‌یابد و این باعث می‌شود که سیستم ناپایدار شود و با شروع و توقف عملکرد مطلوب کنار نمی‌آید.
- 2. با افزایش زاویه شلیک (به منظور کاهش ولتاژ و در نتیجه سرعت)، محتوای هارمونیک شکل موج ولتاژ تحمیل شده به سیم پیچ موتور به طور چشمگیری افزایش می‌یابد. این محتوای هارمونیک به هیچ خروجی مکانیکی مفید از موتور کمک نمی‌کند و فقط گرمای بیشتری در موتور تولید می کند.
- درایوهای فرکانس متغیر: همه مشکلاتی که در سیستم های ترمز جریان گردابی وجود دارد در سیستم های VVVF یا به طور کلی سیستم های فرکانس متغیر حل شده است. این سیستم ها با ارائه‌ی یک شکل موج تقریباً سینوسی به موتور در هر سرعت و گشتاور تقریبا ثابت در محدوده‌ی سرعت، بر مشکلات سیستم ترمز تزریق DC غلبه می کنند. درایوهای VVVF باید بسته به شرایط اوج اندازه داشته باشند و بنابراین باید متناسب با قدرت راه اندازی اندازه گیری شوند.
بازگشت انرژی آسانسور
در هر سیستم بالابری، انرژی بالقوه توسط سیستم به دست می آید یا از بین می رود. بنابراین در برخی موارد انرژی را از منبع و در موارد دیگر انرژی را به منبع اصلی باز می گرداند. آسانسورها همیشه باید انرژی اضافی را از سیستم پخش کنند. در برخی موارد، این منبع به طور طبیعی به منبع اصلی بازگردانده می شود (در صورت استفاده از اتصال مستقیم به برق، همانطور که در مورد موتور AC دو سرعته یا دو سرعته استفاده می شود، که سعی می کند انرژی را به عنوان منبع اصلی مجدداً به برق بازگرداند.
ژنراتور القایی) یا از طریق تنظیمات الکترونیکی قدرت ویژه (مانند سیستم های اینورتر با قابلیت های بازسازی). در موارد دیگر ، انرژی از طریق مقاومتها یا همانند حرارت در موتور از بین می رود .
اگر سیستم آسانسور یک سیستم ایده آل بود، بدون اصطکاک و 100٪ کارایی، انرژی تولید شده برابر با انرژی مصرفی بود. با این حال، این قدرت بازگشت انرژی معادل توان مصرفی نیست، به دلایل زیر:
- 1. سیستم باید بر اصطکاک در هر دو حالت موتور و بازسازی غلبه کند (به عنوان مثال، اصطکاک در ریل های راهنما، مقاومت هوا … و غیره).
- 2. موتور (هنگام عمل به عنوان ژنراتور) هنوز باید بر ضایعات داخلی خود (یعنی ضایعات مس ،ضایعات آهن و ضایعات اصطکاک و باد) غلبه کند.
- اگر گیربکس از نوع گرم باشد، کارایی آن در جهت معکوس به طور قابل توجهی کمتر از جهت جلو خواهد بود.
مدل‌سازی مصرف انرژی آسانسور
مدل‌سازی انرژی موضوعی پیچیده است و روش‌های قبلی تنها قوانین اولیه را ارائه کرده است. مدل شبیه‌سازی انرژی جدید گامی بزرگ در جهت رویکردهای قبلی است. مدل‌سازی انرژی همیشه مبهم است، زیرا نمی‌توان استفاده را با دقت کامل پیش‌بینی کرد. اما اکنون یک مدل شبیه‌سازی انرژی وجود دارد که اساساً سالم است.
مدل شبیه‌سازی انرژی ابزاری برای ارزیابی مصرف انرژی یک آسانسور جدید و وسیله‌ای برای ارزیابی مزایای انرژی مرتبط با نوسازی فراهم می‌کند. همچنین محاسبه‌ی زمان بازپرداخت برای گزینه‌هایی مانند انتخاب آسانسور برقی روی هیدرولیک یا درایو احیا کننده بر روی درایو غیر بازسازی ساده است.
مدل انرژی در حال حاضر برای ارزیابی مصرف انرژی برای سیستم‌های آسانسور جدید و پروژه‌های نوسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در تحقیقات برای توسعه فناوری‌های جدید صرفه جویی در انرژی استفاده می‌شود. البته پرداختن به این موضوع خارج از بحث اصلی مقاله است، لذا تنها به این مورد اشاره شد.
درک مصرف انرژی و هزینه‌ها به طور فزاینده‌ای برای مشتریان صنعت آسانسور اهمیت پیدا می‌کند. بنابراین لازم است بتوانیم با دقت معقول میزان مصرف انرژی یک آسانسور جدید و یک نصب و راه اندازی موجود پس از مدرنیزاسیون را پیش‌بینی کنیم، که مهندسین شرکت اوج گستران پادرا همواره سعی در ارائه مقرون به صرفه‌ترین و با کیفیت‌ترین محصولات به شما مشتریان گرانقدر همواره داشته است.