تأثير استخدام معدات توفير الطاقة في مصاعد المستشفيات

1. الوضع الحالي للمصاعد في الصين والمصاعد في المستشفيات الجامعية

1. الوضع الحالي لصناعة المصاعد في الصين

بنهاية عام ٢٠١٧، بلغ إجمالي عدد المصاعد في الصين حوالي ٥٫٦ مليون مصعد، ما يمثل حوالي ٧٠٪ من إجمالي الإنتاج العالمي. وقد احتلت الصين المرتبة الأولى عالميًا من حيث الإنتاج السنوي وملكية المصاعد، مما جعلها أكبر منتج ومصدر للمصاعد في العالم.

ومع ذلك، نظرًا لأسباب تاريخية مثل القيود التكنولوجية وتأخر معايير توفير الطاقة للمصاعد، على الرغم من أن تكنولوجيا توفير طاقة المصاعد الصينية قد وصلت إلى المستوى الرائد دوليًا في بعض الجوانب، فقد أطلقت علامات تجارية مثل Tongli وMitsubishi وThyssen وXunda وHitachi وما إلى ذلك على التوالي مصاعد غرفة آلات صغيرة متزامنة بدون تروس مغناطيسية دائمة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة ومصاعد بدون غرفة آلات في السنوات الأخيرة. ومع ذلك، لا يزال معدل انتشار المصاعد الموفرة للطاقة في السوق منخفضًا للغاية. معدل انتشار المصاعد المتزامنة بدون تروس المغناطيسية الدائمة التي توفر أكثر من 30٪ من الكهرباء أقل من 10٪، ومعدل انتشار المصاعد المزودة بأجهزة تغذية مرتدة مدمجة للطاقة والتي تحتوي على معدل استرداد طاقة متجددة بنسبة 30٪ أقل من 2٪. هناك مساحة كبيرة لتوفير الطاقة في صناعة المصاعد بأكملها في الصين، وهناك مساحة سوق ضخمة للمصاعد الموفرة للطاقة.

الوضع الحالي لتشغيل المصاعد في المستشفيات الجامعية

باعتبارها أداة النقل بالسكك الحديدية الرئيسية والوحيدة لنقل المرضى والموظفين الطبيين عموديًا في مختلف طوابق المستشفيات، تتمتع المصاعد في المستشفيات الثالثية بالخصائص التالية:

① عدد المصاعد المنقولة ضخم

وفقًا للإحصاءات، تجاوز متوسط ​​عدد المرضى الخارجيين السنوي في مستشفيات الرعاية الصحية العليا في الصين مليوني شخص اعتبارًا من عام ٢٠١٧. في مستشفى ووشي الشعبي، على سبيل المثال، بلغ عدد المرضى الخارجيين السنوي في عام ٢٠١٥ حوالي ٣.٠٩ مليون مريض، مع افتتاح فعلي لـ ٢٠٠٠ سرير. يحتاج أكثر من ٩٠٪ من المرضى والمرافقين إلى استخدام المصاعد للوصول إلى الأقسام أو طوابق الأجنحة المخصصة. بالإضافة إلى ذلك، يوجد في المستشفى موظفو خدمات لوجستية، مثل الأطباء والممرضين وموظفي الإدارة وموظفي النظافة وصيانة الأمن، مما يجعل حجم النقل الفعلي لمصاعد المستشفى هائلاً.

يوضح الشكل التالي متوسط ​​عدد مرات تشغيل المصاعد يوميًا في المستشفيات بمختلف مستوياتها، وفقًا لإحصاءات الأقسام المعنية. وقد تجاوز متوسط ​​عدد مرات تشغيل المصاعد يوميًا في المستشفيات الجامعية بالمنطقة 2000 مرة.

تأثير استخدام معدات توفير الطاقة في مصاعد المستشفيات

▲ الشكل 1 إحصائيات متوسط ​​أوقات بدء تشغيل المصاعد اليومية في المستشفيات ذات المقاييس المختلفة

② المصعد قيد الاستخدام لفترة طويلة

نظراً للاحتياجات الخاصة وفئات الخدمات لمصاعد المستشفيات، تتطلب معظم المصاعد الطبية تشغيلاً على مدار الساعة. على سبيل المثال، يوجد في مستشفى ووشي الشعبي 38 مصعداً عمودياً من ماركة قوانغتشو هيتاشي. من بينها، يعمل 16 مصعداً طبياً في قسم المرضى الداخليين بكثافة على مدار الساعة طوال أيام السنة، باستثناء أوقات الصيانة الاعتيادية. كما أن وقت بدء التشغيل اليومي لأقسام العيادات الخارجية والطوارئ يتجاوز 12 ساعة.

③ المصاعد تستهلك طاقة عالية أثناء الاستخدام

وفقًا للبيانات الإحصائية، يتراوح متوسط ​​استهلاك الكهرباء اليومي لكل مصعد في مستشفى جامعي بين 60 و100 كيلوواط/ساعة، بمتوسط ​​80 كيلوواط/ساعة يوميًا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يصل استهلاك الطاقة لمكيفات الهواء أو المراوح في غرفة الآلات، المخصصة لتبريد المصاعد، خلال فصل الصيف، إلى 100 كيلوواط/ساعة يوميًا خلال ساعات الذروة. وإذا أخذنا مستشفى جامعيًا يضم 40 مصعدًا كمثال، فإن استهلاك الكهرباء اليومي للمصاعد خلال ساعات الذروة الصيفية يمكن أن يصل إلى 4000 كيلوواط/ساعة، وهو أمر مثير للدهشة.

④ارتفاع درجة الحرارة في غرفة آلة المصعد

حاليًا، 90% من المصاعد المتوفرة في السوق تعمل بنظام VVVF (التحكم المتغير بالتردد والسرعة)، منها حوالي 2% فقط مزودة بأجهزة تغذية راجعة مدمجة، وهي مصاعد عالية الكفاءة وموفرة للطاقة. أما نسبة 98% المتبقية من المصاعد، فتُهدر الكهرباء المُولّدة أثناء التحميل الخفيف، والتحميل الثقيل، والكبح المستوي، وذلك باستخدام مقاومات الكبح والتحويل الحراري الكهربائي. بعد تحويل كمية كبيرة من الكهرباء إلى طاقة حرارية، ترتفع درجة حرارة غرفة آلات المصعد بشكل حاد. في حال عدم اتخاذ إجراءات التبريد القسري في الوقت المناسب، سيتعرض المصعد للحماية الذاتية بسبب ارتفاع درجة الحرارة، مما يؤدي إلى حوادث توقف طارئة، مما يؤثر بشكل خطير على سير العمل الطبيعي للمصعد ورضا الركاب.

لذلك، فإن إدارة الجودة الوطنية والإشراف الفني والتفتيش تتطلب أن تكون جميع غرف آلات المصاعد مجهزة بمعدات تبريد عالية الطاقة مثل تكييف الهواء والمراوح، وتنص صراحة على أنه إذا تجاوزت درجة الحرارة في غرفة آلات المصعد 40 درجة مئوية، فيجب تشغيل تكييف الهواء للتبريد.

⑤ معدل فشل مرتفع في استخدام المصعد

تُعد درجة الحرارة المرتفعة أحد الأسباب الرئيسية لتلف المكونات الإلكترونية وتعطلها، كما أنها أحد الأسباب الرئيسية لحوادث الاحتباس الحراري الناتجة عن توقف المصاعد عن العمل بشكل طارئ. ووفقًا لإحصاءات قويتشو لعينة البيانات الضخمة للمصاعد، فإن معدل تعطل المصاعد المحاصرة في المستشفيات يحتل المرتبة الأولى بين جميع أنواع المصاعد بنسبة 9.18%، متجاوزًا بكثير معدل تعطل المصاعد السكنية البالغ 3.44%. كما تُظهر الإحصاءات أن أكثر من 95% من حوادث الاحتباس الحراري في المصاعد تحدث خلال فصل الصيف الحار، وأن الغالبية العظمى منها ناتجة عن الاستخدام المفرط وعدم كفاية أنظمة التبريد.

2. تكنولوجيا استخدام الطاقة المتجددة للمصاعد - مقدمة لجهاز تغذية الطاقة الكهربائية

جهاز تغذية الطاقة الكهربائية للمصعد هو جهاز متخصص لتوفير الطاقة، يُستخدم لكبح استهلاك الطاقة في مصاعد VVVF. يستعيد هذا الجهاز طاقة التيار المستمر الكهربائية المُحوّلة من الطاقة الحركية الميكانيكية وطاقة الوضع الجاذبية أثناء رفع الأحمال الخفيفة، وخفض الأحمال الثقيلة، وأثناء الكبح المستوي للمصعد. بعد انعكاس التيار المستمر/المتردد، والتصحيح، والترشيح، تُنقل هذه الطاقة إلى شبكة الكهرباء المحلية لتستخدمها المعدات الكهربائية المحيطة بالمصعد.

قبل تطبيق التجديد الموفر للطاقة، لم تكن سمة مصاعد VVVF التي تستخدم نظام كبح استهلاك الطاقة هي استهلاكها الكبير للطاقة، بل توليدها لكمية كبيرة من الكهرباء دون إعادة تدويرها. بل على العكس، كانت الطاقة الكهربائية المتاحة تُحوّل إلى طاقة حرارية وتُحرق عبثًا. وكانت المشكلة الثانوية الناجمة عن ذلك هي الارتفاع المفاجئ في درجة الحرارة في غرفة آلات المصعد، الأمر الذي تطلب تركيب معدات تبريد متخصصة (مراوح تكييف الهواء)، وإلا كان سيؤثر على التشغيل العادي للمصعد. يُعد استهلاك الطاقة التشغيلية لمعدات التبريد نفسها استهلاكًا للطاقة أيضًا. في غرف آلات المصاعد ذات تبديد الحرارة الضعيف في الصيف، يمكن أن يتجاوز استهلاك الطاقة التشغيلية لتكييف هواء المصعد استهلاك الطاقة التشغيلية للمصعد نفسه، لذا فإن هدر الطاقة أمر خطير للغاية.

يتم تحويل توفير الطاقة باستخدام جهاز تغذية راجعة للطاقة الكهربائية للمصعد، دون تغيير هيكله الأصلي. جهاز استعادة الطاقة فقط هو المتصل فعليًا على التوازي. جهد تشغيل جهاز التغذية الراجعة أقل من جهد مقاومة كبح المصعد، لذا يحظى جهاز التغذية الراجعة بالأولوية على مقاومة الكبح، ويعيد الطاقة الكهربائية إلى الشبكة لإعادة تدويرها مسبقًا. عند تعطل جهاز التغذية الراجعة، يستمر جهد ناقل التيار المستمر للمصعد في الارتفاع، وتعود مقاومة كبح المصعد للعمل، ويعود المصعد تلقائيًا إلى حالة التشغيل الأصلية غير الموفرة للطاقة، دون أن يؤثر ذلك على الاستخدام العادي للمصعد. لذلك، يُعد جهاز التغذية الراجعة للطاقة الكهربائية للمصعد آمنًا. تأتي كل من مصاعد سلسلة GPM-M من ميتسوبيشي وسلسلة REGEN من OTIS مزودة بأجهزة تغذية راجعة للطاقة.

تأثير استخدام معدات توفير الطاقة في مصاعد المستشفيات

▲ الشكل 2 مخطط مبدأ عمل جهاز تغذية الطاقة الكهربائية للمصعد

يصل معدل تحويل الطاقة في جهاز تغذية الطاقة بالمصعد إلى 97%، مع معدل توفير مباشر للطاقة يتراوح بين 15% و45%، ومتوسط ​​توفير للطاقة يبلغ 30%. وأعلى معدل توفير للطاقة مُسجل في مشاريع توفير الطاقة بالمستشفيات هو 51%.

بعد اعتماد جهاز تغذية راجعة لطاقة المصعد، يُعاد تدوير جميع الطاقة الكهربائية المُحوَّلة من طاقة ميكانيكية وطاقة كامنة. يتوقف مُقاوم الكبح الرئيسي لمصدر الحرارة في غرفة آلات المصعد عن العمل ويتوقف عن توليد الحرارة. وبالتالي، يُمكن خفض درجة حرارة غرفة آلات المصعد بشكل كبير. يُمكن الآن تشغيل أو إيقاف مُكيِّف الهواء الذي كان يحتاج في الأصل إلى التشغيل المُستمر لتبريد المصعد بشكل أقل، مما يُحقق توفيرًا ثانويًا في الطاقة من خلال توفير كهرباء مُكيِّف الهواء وتكاليف الكهرباء.

بالإضافة إلى ذلك، بسبب توقف مقاومة كبح مصدر الحرارة الرئيسي في غرفة آلات المصعد عن العمل، انخفضت درجة الحرارة في غرفة الآلات بشكل ملحوظ، وتحسنت بيئة عمل المصعد. يمكن للمصعد تجنب الحوادث الناجمة عن الإغلاق الطارئ بسبب الحماية الذاتية من درجات الحرارة العالية. بعد تحسين بيئة غرفة آلات المصعد، سيتباطأ معدل شيخوخة المكونات الإلكترونية على لوحة دائرة المصعد، وينخفض ​​معدل فشل المصعد بشكل كبير، وبالتالي تنخفض تكلفة صيانته؛ وفي الوقت نفسه، سيتم إطالة العمر الافتراضي الفعلي للمصعد بشكل مماثل.

3. تحليل الفوائد بعد اعتماد تقنية استخدام الطاقة المتجددة للمصاعد

بناءً على دراسة حالات ناجحة لتوفير الطاقة للمصاعد في مستشفيات من نفس المستوى، وبالاشتراك مع النتائج الواضحة لتوفير الطاقة لاختبار المصاعد في موقع مستشفى ووشي الشعبي، أجرى المستشفى تجديدات موفرة للطاقة لـ 33 مصعدًا طبيًا من نوع VVVF، والتي تستوفي شروط التجديد الموفرة للطاقة باستخدام تقنية استخدام الطاقة المتجددة، ولها قيمة استثمارية على دفعتين. تم تركيب أجهزة تغذية راجعة للطاقة في المصاعد، وكانت نتائج توفير الطاقة ملحوظة. وكانت النتائج كما يلي:

① تأثير توفير الطاقة

أظهرت نتائج الاختبار بعد التجديد الموفر للطاقة أن استخدام تكنولوجيا استخدام الطاقة المتجددة في التجديد الموفر للطاقة له تأثير كبير في توفير الطاقة على المصاعد، حيث بلغ معدل توفير الطاقة في اختبار العينة 34.33% ومتوسط ​​معدل توفير الطاقة 30%. في الوقت نفسه، انخفضت درجة حرارة غرفة ماكينة المصعد بشكل ملحوظ، وانخفضت درجة حرارة مقاومة الكبح من 191.6 درجة مئوية إلى 27.0 درجة مئوية. كما أظهر معدل فشل تشغيل المصعد اتجاهًا هبوطيًا واضحًا، وحقق المشروع ككل هدفه المتمثل في تحقيق كفاءة عالية وتوفير الطاقة مع ضمان التشغيل السلس والآمن للمصعد.

الجدول 1: سجلات الموقع لاختبار تأثير معدل توفير الطاقة للمشروع

تأثير استخدام معدات توفير الطاقة في مصاعد المستشفيات

② دخل الاستثمار

هذا المشروع الموفر للطاقة قادر على استرداد كامل استثماراته الموفرة للطاقة في غضون عامين تقريبًا. العمر الافتراضي للمعدات هو 15 عامًا، أما السنوات الـ 13 المتبقية من فوائد توفير الطاقة فتُمثل صافي دخل المستشفى.

③ الفوائد البيئية

وبعد تنفيذ هذا المشروع الموفر للطاقة، فإنه يمكن توفير حوالي 1980 طنًا من الفحم الخام للبلاد، وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بحوالي 5.1876 مليون كيلوغرام، وخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت بحوالي 16830 كيلوغرامًا، وخفض انبعاثات أكسيد النيتروجين بحوالي 14652 كيلوغرامًا.

الجدول 2 حساب الفوائد البيئية للمشروع

تأثير استخدام معدات توفير الطاقة في مصاعد المستشفيات

4. الخاتمة

باعتبارها أداة نقل سكك حديدية مهمة في المستشفيات، يرتبط التشغيل الآمن والسلس للمصاعد الطبية بكفاءة وجودة عمليات المستشفى، بالإضافة إلى سرعة إنقاذ الأرواح. لذا، فإن ضمان التشغيل الآمن والسلس للمصاعد الطبية في بيئة عمل جيدة أمر بالغ الأهمية.

لأسباب تاريخية، مثل متطلبات توفير الطاقة، ومعايير الصناعة، والقيود التقنية، فإن نسبة المؤسسات العامة، مثل المستشفيات الجامعية، التي تستخدم مصاعد مزودة بتقنيات توفير الطاقة، مثل تقنية تجديد الطاقة وتقنية المكابح المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، منخفضة نسبيًا. وتتميز معظم مصاعد المستشفيات الجامعية بارتفاع درجة حرارة بيئة العمل، وارتفاع استهلاك الطاقة أثناء التشغيل، وارتفاع معدل الأعطال.

بناءً على تجربة مستشفى ووشي الشعبي في تجديد المصاعد الموفرة للطاقة باستخدام تقنيات استخدام الطاقة المتجددة لفترة من الزمن، يُنصح الزملاء باختيار مصاعد عالية الكفاءة تعمل بالطاقة المتجددة وتقنية المغناطيس الدائم المتزامن بدون تروس قدر الإمكان في عمليات بناء المستشفى وتوسعته وتجديده. بالنسبة للمباني القائمة في المستشفيات، يُنصح باختيار شركات خدمات توفير الطاقة ذات الخبرة والمؤهلات في مجال التجديد، وتجديد المصاعد علميًا من خلال تركيب أجهزة تغذية راجعة للطاقة الكهربائية مع مراعاة السلامة، وذلك لتوفير استهلاك الطاقة التشغيلية للمصاعد، وخفض تكاليف تشغيل المستشفى، وبناء مستشفى صديق للبيئة.