Anbieter energiesparender Aufzugsanlagen weisen darauf hin, dass mit dem Wirtschaftswachstum der Energiebedarf steigt und Energieknappheit zu einem der Hauptfaktoren geworden ist, der die Entwicklung verschiedener Bereiche einschränkt. Als wichtige und effiziente Transportmittel in Hochhäusern sind Aufzüge nach und nach zum zweitgrößten Energieverbraucher geworden – nach der Klimaanlage und vor Beleuchtung, Wasserversorgung und anderen Stromverbrauchern. Der Energieverbrauch für den Aufzugsbetrieb macht 20 bis 50 % des gesamten Energieverbrauchs eines Gebäudes aus, weshalb dieses Thema nicht unterschätzt werden darf.
Der Energieverbrauch eines Aufzugsbetriebs lässt sich im Wesentlichen in zwei Teile gliedern: den Energieverbrauch der Antriebsmaschine, die die Aufzugskabine samt Last zieht, und den Energieverbrauch des Aufzugsystems selbst. Letzterer umfasst vor allem den Energieverbrauch des Türantriebs, der Aufzugssteuerung, der elektrischen Steuerschaltung, der Beleuchtung und der Belüftung sowie den Wirkungsgrad des mechanischen Antriebssystems, der Kabine und der Führungsschienen. Untersuchungen haben gezeigt, dass der Energieverbrauch der Antriebsmaschine beim Ziehen der Last über 70 % des Gesamtstromverbrauchs ausmacht. Der Einsatz geeigneter Energiespartechnologien ist daher ein unumgänglicher Trend in der Entwicklung der Aufzugsbranche.
Der Entwicklungsprozess und der Forschungsstand der Energiespartechnologie für Aufzüge
Der Einsatz von Aufzügen hat den Energiebedarf der Menschen erheblich erhöht, daher ziehen sich seit ihrer Erfindung bis zu ihrer heutigen weitverbreiteten Nutzung die Anforderungen an energiesparende Technologien durch sie hindurch, was sich hauptsächlich in drei Aspekten widerspiegelt:
(1) Energieeinsparung bei der Antriebstechnik von Aufzugsmaschinen
Es gibt fünf Arten von Antriebstechnologien für Aufzugsantriebe: Wechselstrom-Asynchronmotoren mit Getriebe, Wechselstrom-Asynchronmotoren ohne Getriebe, Permanentmagnet-Asynchronmotoren mit Getriebe, Permanentmagnet-Synchronmotoren mit Getriebe und Permanentmagnet-Synchronmotoren ohne Getriebe. Permanentmagnet-Antriebsmaschinen gelten derzeit als ideale und fortschrittliche Antriebsmethode. Zu ihren Vorteilen zählen der Permanentmagnet-Synchronmotor, der Verzicht auf Getriebeöl, ein hoher Leistungsfaktor und ein hoher Wirkungsgrad. Da im Kraftübertragungsprozess keine Verluste auftreten, sparen Getriebemotoren im Vergleich zu Wechselstrom-Asynchronmotoren etwa 30 % Energie. Ihre herausragende Eigenschaft ist, dass sie als einzige Permanentmagnetmotoren Unfälle mit Personenschäden durch Kontrollverlust und Schleudern des Aufzugs während des Betriebs verhindern können. Dafür erhalten sie viel Lob von der Branche und den Anwendern.
(2) Energiesparendes Aufzugssteuerungssystem
Die Entwicklung der Aufzugsantriebstechnik begann mit der Drehzahlregelung von Wechselstrom-Asynchronmotoren mittels Polumschaltung, gefolgt von der Drehzahlregelung mittels Wechselstromspannung und schließlich der Drehzahlregelung mit variabler Spannung und variabler Frequenz. Die allgemein anerkannte beste Methode zur Ansteuerung von Permanentmagnet-Synchronmaschinen ist die Kombination aus variabler Frequenz- und Spannungsregelung [3]. Durch die Änderung von Eingangsfrequenz und -spannung des Aufzugsmotors lässt sich die Drehzahl regeln. Das Frequenz-Spannungs-Verhältnis wird mittels eines Frequenzumrichters konstant gehalten, wodurch eine stufenlose Drehzahlregelung ermöglicht wird. Im Vergleich zu den beiden vorherigen Drehzahlregelungssystemen bietet die VVVF-Regelung Vorteile wie hohe Effizienz, stufenlose Drehzahlregelung und eine Energieeinsparung von über 30 %. Darüber hinaus zeichnet sie sich durch gute Leistung, geringe Größe, hohe Effizienz und hohen Fahrkomfort aus und ist daher ein ideales und weit verbreitetes Drehzahlregelungssystem.
(3) Energieeinsparung durch Energierückkopplungssystem
Die gängige Energiesparmethode für Aufzüge besteht darin, die von der Antriebsmaschine erzeugte elektrische Energie in das Stromnetz zurückzuspeisen. Um Überspannungsfehler im Aufzug zu vermeiden, wird die elektrische Energie über energieverbrauchende Widerstände in Wärmeenergie umgewandelt und abgeführt. Diese Methode führt nicht nur zu Energieverschwendung, sondern belastet auch die Umwelt, erhöht die Belastung des Kühlsystems im Maschinenraum und beeinträchtigt das gesamte Aufzugssystem.
Die Funktion des Energierückkopplungssystems besteht darin, die elektrische Energie auf dem Gleichstromzwischenkreis mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom mit der gleichen Phase und Frequenz wie das Netz umzuwandeln und diesen im Hochspannungsbereich der Netzspannung wieder in das Netz einzuspeisen.
Derzeit werden 25 % bis 35 % des gesamten Stromverbrauchs von Aufzügen durch Bremswiderstände verbraucht. Ausgehend von einem Wirkungsgrad der Energieumwandlung von etwa 85 % wird die Energieeinsparung durch Aufzugs-Energierückführungsgeräte auf 21 % bis 30 % geschätzt. Dieser Bereich vergrößert sich mit zunehmender Etage und Geschwindigkeit des Aufzugs deutlich. Das netzgekoppelte Aufzugs-Energierückführungssystem ermöglicht es, aus herkömmlichen Energiesparmaßnahmen Energie zu „erzeugen“ und damit neue Wege in der Aufzugsenergieeinsparung zu beschreiten.
Energiesparprinzip der Aufzugs-Energierückkopplungsvorrichtung
Die energiesparende Option für Aufzüge ist die Drehzahlregelung mit variabler Frequenz. Nach dem Anfahren weist der Aufzug während der schnellen Fahrt die höchste mechanische Energie auf. Nach Erreichen des Zielgeschosses verlangsamt er sich und kommt allmählich zum Stehen. Dabei kann er die vorhandene mechanische Energie und Lasten abbauen. Der grundlegende Mechanismus der Frequenzumrichter-Rückkopplung besteht darin, dass der Frequenzumrichter die vorhandene elektrische Energie auf der Gleichstromseite speichert und anschließend in das Wechselstromnetz zurückspeist. In diesem Zustand verbraucht der Bremswiderstand keine zusätzliche Energie. Die variable Frequenzumrichter-Rückkopplung eliminiert somit auch geringfügigen Energieverbrauch und speist die überschüssige Energie vollständig in das Stromnetz zurück. Daraus lässt sich schließen, dass die Frequenzumrichter-Rückkopplung die Energiesparkriterien erfüllt und den Gesamtbetrieb des Aufzugs verbessert.