Hissien energiansäästöpalvelujen toimittajat muistuttavat, että pystysuuntaisten hissien käyttö korkeissa rakennuksissa on yleistymässä. Hyvien energiansäästövaikutusten saavuttamiseksi hisseissä on vielä paljon tehtävää. Päivittäisten hallintatoimien (kuten automaattisten antureiden asentaminen hisseihin ruuhka-aikojen ulkopuolella) lisäksi tärkeintä on tuotantoyritysten teknologiatutkimus ja valmistusprosessi. Tilastotietojen mukaan kuormaa vetävän hissin käyttökoneiston virrankulutus muodostaa yli 70 % hissin kokonaisenergiankulutuksesta. Siksi energiansäästöhissien käytännön toiminnan painopiste on ajo- ja vetojärjestelmien, hissin nopeuden säätömenetelmien ja ohjausmenetelmien päivittämisessä ja parantamisessa.
1. Energian takaisinkytkentätekniikka
Energian takaisinkytkentätekniikka on prosessi, jossa taajuusmuuttajan tasavirtapuoli muunnetaan invertterin avulla vaihtovirraksi ja syötetään se takaisin sähköverkkoon, kun moottori on generaattoritilassa. Hissien toimintatavoista voidaan nähdä, että puolet niiden toimintatilasta on sähköntuotantotilassa. Teoriassa energian takaisinkytkentätekniikan energiansäästövaikutuksen pitäisi olla erittäin hyvä. Puutteellisten tilastojen mukaan yli 92 % hisseistä tuhlaa tätä energiaa vain regeneratiivisen vastuslämmityksen muodossa. Lähes 1,3 miljoonan hissin käytössä vuoden 2011 alussa olevien tilastojen perusteella, olettaen, että kunkin hissin keskimääräinen teho on 15 kW ja regeneratiivisen vastuksen keskimääräinen teho on 5 kW, se vastaa noin 7 miljoonan kW:n sähköuunin kuumenemista Kiinassa ilman käyttöä. Mikä tuhlaus! Energian takaisinkytkentätekniikka käsittelee hissien syöttövirtalähdettä ohjattuna objektina, millä on monia etuja. Tällä hetkellä tätä tekniikkaa on käytetty laajalti useissa hissivalmistajissa, ja on kehitetty tehonpalautusjärjestelmä, jonka avulla edistyneen moninkertaisen tasasuuntaustekniikan käsittelemä sähkö voidaan syöttää takaisin rakennuksen sähköverkkoon, jotta rakennuksen muut sähkölaitteet voivat käyttää sitä. PFE-sarjan hissin takaisinkytkentäenergiansäästölaite on hisseille tarkoitettu erillinen takaisinkytkentäjarrutusyksikkö. Se voi tehokkaasti muuntaa hissin invertterikondensaattoriin varastoidun regeneroidun sähköenergian vaihtovirraksi ja lähettää sen takaisin verkkoon, jolloin hissistä tulee vihreä "voimalaitos", joka syöttää virtaa muille laitteille ja säästää sähköä. Lisäksi korvaamalla energiankulutuksen vastukset konehuoneen ympäristön lämpötila laskee ja hissin ohjausjärjestelmän käyttölämpötila paranee, mikä pidentää hissin käyttöikää. Konehuone ei vaadi jäähdytyslaitteiden, kuten ilmastointilaitteiden, käyttöä, mikä säästää epäsuorasti sähköä.
2. VVVF-tekniikka (muuttuva jännite, vaihteleva taajuus, nopeudensäätö)
VVVF-teknologiaa on käytetty laajalti nykyaikaisissa vaihtovirtaan perustuvissa nopeudensäätöisissä hissien ohjausjärjestelmissä. Kypsän VVVF-teknologian käyttö hissien ohjausjärjestelmissä on nykyään tullut tärkeimmäksi tavaksi parantaa hissien ohjaussuorituskykyä ja parantaa hissien toiminnan laatua. VVVF-teknologia on poistanut erityyppiset vaihtovirtaan perustuvat kaksinopeuksiset moottorin nopeudensäätökäytöt ja korvannut tasavirtaan perustuvat vaihteettomat käytöt, mikä paitsi parantaa hissien suorituskykyä, myös säästää tehokkaasti energiaa ja vähentää häviöitä. Seuraavassa analysoidaan VVVF-hissien energiansäästöominaisuuksia hissin toiminnan eri vaiheiden mukaan. Hissin toiminta voidaan yksinkertaistaa kolmeen vaiheeseen: käynnistys, tasainen nopeus ja jarrutus.
(1) Käynnistysvaihe: VVVF käynnistyy matalataajuisilla olosuhteissa, mikä johtaa alhaiseen loisvirtaan ja vähentää huomattavasti kokonaiskäynnistysvirtaa ja energiankulutusta.
(2) Vakionopeusalue: ACVV-hissien (jännite- ja nopeussäädetyt) energiankulutus vakionopeudella on samaa luokkaa kuin VVVF-ohjattujen hissien täydellä kuormalla ja puolikuormalla ylöspäin ajettaessa. Kevyen kuormituksen ylös ajettaessa (tai raskaan kuormituksen alas ajettaessa) ACVV-hissien on käänteisen vetovaikutuksen vuoksi saatava energiaa sähköverkosta jarrutusmomentin tuottamiseksi, kun taas VVVF-hissit toimivat regeneratiivisessa jarrutustilassa eivätkä niiden tarvitse energiaa sähköverkosta.
(3) Jarrutusosa: ACVV-hisseissä käytetään yleensä energiankulutusjarrutusta jarrutusosassa, jossa energiankulutusjarrutusvirta otetaan sähköverkosta, ja virta muunnetaan lämmöksi ja kulutetaan moottorin roottorissa. Suuremmilla inertiapyörillä varustetuissa moottoreissa energiankulutusjarrutusvirta voi olla 60–80 A, ja moottorin lämpeneminen on myös suhteellisen voimakasta. VVVF-hissit eivät tarvitse energiaa sähköverkosta jarrutusvaiheen aikana, ja sähkömoottori toimii regeneratiivisessa jarrutustilassa. Hissijärjestelmän liike-energia muunnetaan sähköenergiaksi ja kulutetaan moottorin ulkoisella vastuksella, mikä paitsi säästää energiaa myös estää jarrutusvirran aiheuttaman moottorin lämpenemisen.
Todellisten käyttölaskelmien mukaan VVVF-ohjatut hissit voivat säästää energiaa yli 30 % verrattuna ACVV-nopeudensäätelyllä varustettuihin hisseihin. VVVF-järjestelmä voi myös parantaa sähköjärjestelmän tehokerrointa ja vähentää hissilinjan laitteiden ja sähkömoottoreiden kapasiteettia yli 30 %. Edellä esitetyn perusteella voidaan nähdä, että VVVF-muuttuvataajuisella nopeudensäätelyllä varustetuilla hisseillä on ilmeisiä energiansäästöominaisuuksia, jotka edustavat hissien nopeudensäädön kehityssuuntaa, ja niillä on merkittäviä taloudellisia ja sosiaalisia hyötyjä.
3. DC-väylähissin ohjausjärjestelmän periaate ja soveltaminen
Paikoissa, joissa hissejä käytetään usein, yksi hissi ei riitä, joten usein käytetään kahta tai useampaa hissiä samanaikaisesti. Tällä tavoin voidaan harkita yhden tai kahden hissin sähköntuotannon aikana tuottaman ylimääräisen energian syöttämistä takaisin näiden hissien yhteiseen väylään energiansäästötavoitteiden saavuttamiseksi. Yhteinen tasavirtaväylähissin ohjausjärjestelmä koostuu yleensä katkaisijoista, kontaktoreista, inverttereistä, moottoreista ja sulakkeista. Sen ominaisuutena on yhdistää kaikki järjestelmän tasavirtapuolella olevat hissit yhteiseen väylään. Tällä tavoin jokainen hissi voi muuntaa vaihtovirran tasavirraksi oman invertterinsä kautta käytön aikana ja syöttää sen takaisin väylään. Muut väylässä olevat hissit voivat hyödyntää tätä energiaa täysimääräisesti, mikä vähentää järjestelmän kokonaisenergiankulutusta ja saavuttaa energiansäästötavoitteen. Kun yksi hisseistä toimii virheellisesti, voit yksinkertaisesti sammuttaa kyseisen hissin ilmakytkimen. Tämän järjestelmän etuna on yksinkertainen rakenne, alhaiset kustannukset sekä turvallisuus ja luotettavuus.
4. Uusien vetoaineiden käyttö
Hissien perinteinen vetoväline on teräsvaijeri, joka kuluttaa paljon energiaa teräsvaijerin painon ja kitkan vuoksi. Polyuretaanikomposiittiteräsnauhan käyttö perinteisen teräsvaijerin sijaan hissiteollisuudessa horjuttaa täysin perinteisten hissien suunnittelukonseptia ja mahdollistaa energiansäästön ja tehokkuuden. Vain 3 millimetrin paksuiset polyuretaaniteräsnauhat ovat joustavampia ja kestävämpiä kuin perinteiset teräsvaijerit, ja niiden käyttöikä on kolme kertaa perinteisten teräsvaijereiden käyttöikä. Polyuretaaniteräsnauhan korkea sitkeys ja suuri vetovoima tekevät päämoottorin suunnittelusta usein miniatyrisoidun. Päämoottorin vetopyörän halkaisijaa voidaan pienentää 100–150 millimetriin. Yhdessä kestomagneettivaihteettoman tekniikan kanssa vetokoneen tilavuutta voidaan pienentää 70 % perinteisiin päämoottoreihin verrattuna, mikä helpottaa konehuoneettoman suunnittelun saavuttamista, säästää huomattavasti rakennustilaa ja vähentää rakennuskustannuksia. Tällä hetkellä sekä Otis GEN2- että Xunda 3300AP -hissit käyttävät tätä teknologiaa, jonka on todistettu säästävän jopa 50 % energiaa perinteisiin hisseihin verrattuna. Lisäksi Xunda Elevator Companyn erittäin luja, ytimetön synteettisestä kuidusta valmistettu vetoköysi on tällä hetkellä toiminnan tarkastusvaiheessa, ja sen uskotaan tulevan Kiinan markkinoille lähitulevaisuudessa.
5. Muuttuvanopeuksinen teknologia
Muuttuvanopeuksinen hissiteknologia on toinen uusi energiansäästö- ja ympäristöystävällinen teknologia, joka on syntynyt viime vuosina. Muuttuvanopeuksisen hissiteknologian tutkimus ja kehitys perustuu perinteisten hissituotteiden energiansäästöpotentiaaliin. Perinteisten hissien käytön aikana nimellisnopeus asetetaan vain silloin, kun vetokoneisto on maksimikuormituksellaan eli vetokoneiston lähtöteho on maksimissaan sekä täydellä että tyhjällä kuormalla. Kuitenkin, kun vain noin puolet matkustajista on läsnä, vetokoneiston kuormitus on itse asiassa pieni, koska vaunu on tasapainotettu vastapainolla, ja lähtötehoa on edelleen ylimääräistä. Toisin sanoen vain osa vetokoneiston tehosta käytetään. Muuttuvanopeuksinen hissiteknologia "tarkoittaa jäljellä olevan tehon hyödyntämistä alhaisen kuormituksen aikana hissin nopeuden lisäämiseksi samoilla teho-olosuhteilla. Tämän uuden teknologian soveltaminen voi nostaa hissin maksiminopeuden 1,6-kertaiseksi nimellisnopeuteen verrattuna. Simulaatiodemonstraatio osoittaa, että matkustajien odotusaika on lyhentynyt noin 12 %. Tämä ei ainoastaan lyhennä hissin odotusaikaa ja ajoaikaa, joihin matkustajat ovat tyytymättömimpiä, vaan myös parantaa liikkuvuuden tehokkuutta ja mukavuutta. Liikkuvuuden tehokkuuden parantaminen pidentää hissin valmiusaikaa, ja hissin valaistus voidaan sammuttaa, mikä säästää merkittävästi energiaa. Samalla muuttuvanopeuksinen hissiteknologia voi lisätä hissin nopeutta yhdellä tasolla ilman, että vetolaitteen mallia tarvitsee muuttaa, mikä voi olla tärkeässä roolissa kustannus- ja energiansäästöissä.
6. Objektiivinen kerroksen valintajärjestelmä
Xunda M10 -ohjausjärjestelmä oli ensimmäinen Kiinassa, joka sovelsi kohdekerroksen valintateknologiaa. Jatkuvan parantamisen ja tutkimus- ja kehitystyön innovaatioiden ansiosta kiinalaiset ovat hyväksyneet sen käyttökonseptin, ja se on johtanut seuraajien jatkuvaan innovointiin alalla. Sen uuden sukupolven Schindler ID -järjestelmää on sovellettu useisiin korkealuokkaisiin rakennuksiin Kiinassa (Nanjing Zifeng Building, PetroChina Building). Yksinkertaisesti sanottuna perinteiset hissit valitsevat kerroksen vasta hissiin astuttuaan ja ilmoittavat hissille kerroksen, johon he haluavat mennä. Ruuhka-aikoina ne usein pysähtyvät kerros kerrokselta, mikä on tehotonta. Kohdekerroksen valintajärjestelmien käyttö kuitenkin mahdollistaa samaan kerrokseen menevien ihmisten organisoinnin ennen hissiin astumista, mikä voi parantaa tehokkuutta. Yhdistämällä asiaankuuluvat ohjelmistotietokannat, Bluetooth-tekniikan ja yhteisönhallintajärjestelmät, älykorttipuhelut ja hissien varaus voidaan integroida hisseihin todella älykkäisiin rakennuksiin. Rakennukseen tulevan henkilöstön toiminta-alueet on ennalta määritetty, mikä parantaa rakennuksen ja yhteisön hallinnon tehokkuutta ja turvallisuustasoa.
7. Päivitä hissikorin valaistusjärjestelmä ja kerrosnäyttöjärjestelmä
Asiaankuuluvien tietojen mukaan LED-valodiodien käyttö yleisesti käytettyjen hehkulamppujen, loistelamppujen ja muiden hissikorien valaisimien päivittämiseen voi säästää noin 90 % valaistuksen kulutuksesta, ja valaisimien käyttöikä on 30–50 kertaa pidempi kuin perinteisillä valaisimilla. LED-lamppujen teho on yleensä vain 1 W, ne eivät tuota lämpöä, ja niillä voidaan saavuttaa erilaisia ulkomuotoja ja optisia tehosteita, mikä tekee niistä kauniita ja tyylikkäitä. Hissi on valmiustilassa ja lattianäyttöjärjestelmä on aina toimintatilassa. Myös unitekniikan käyttäminen automaattiseen sammutukseen tai kirkkauden puolittamiseen voi saavuttaa energiansäästötavoitteita.
8. Aurinkoenergialla toimiva hissi
Verrattuna tavallisiin hisseihin, aurinkoenergialla toimivilla hisseillä on kaksi ilmeistä ominaisuutta: ensinnäkin virransyöttö voidaan kytkeä automaattisesti. Toinen on uusien teknologioiden käyttöönotto täydentäviä optisia verkkoja varten. Aurinkoenergiaa ja hissin käytön aikana syntyvää sähköenergiaa voidaan varastoida erityisiin akkuihin. Tiettyjen parametrien saavuttamisen jälkeen sähköverkon ei tarvitse jatkaa virransyöttöä, vaan se siirtyy automaattisesti akkukäyttöiseen tilaan hyödyntäen täysin aurinkoenergiaa ja kierrättäen sähköenergiaa.