1、中国のエレベーターの現状と三次病院のエレベーター
1. 中国エレベーター業界の現状
2017年末現在、中国のエレベーター総数は約560万台に達し、世界総生産量の約70%を占めています。エレベーターの年間生産量と保有台数は世界第1位であり、中国は世界最大のエレベーター生産国・輸出国となっています。
しかし、エレベーターの省エネ基準の遅れや技術的な限界などの歴史的理由により、中国のエレベーター省エネ技術はいくつかの面で国際的にトップレベルに達しているものの、近年、同里、三菱、ティッセン、迅達、日立などのブランドが、より省エネな永久磁石同期ギアレス小型機械室エレベーターと非機械室エレベーターを相次いで発売している。 しかし、市場における省エネエレベーターの普及率はまだ非常に低い。30％以上の電力を節約できる永久磁石同期ギアレスエレベーターの普及率は10％未満であり、回生エネルギー回収率が30％のエネルギーフィードバック装置を内蔵したエレベーターの普及率は2％未満である。中国のエレベーター業界全体に巨大な省エネ空間があり、省エネエレベーターの市場空間は巨大である。
三次医療機関におけるエレベーター運用の現状
病院内の異なる階の患者と医療スタッフを垂直に輸送するための主要かつ唯一の鉄道輸送手段として、三次病院のエレベーターには次の特徴があります。
① 輸送されるエレベーターの数が膨大である
統計によると、2017年現在、中国の三次病院の年間平均外来患者数は200万人を超えています。無錫人民病院を例にとると、2015年の無錫人民病院の年間外来患者数は309万人に達し、実際の病床数は2000床でした。そのうち、患者と付き添いの90%以上は、指定された診療科や病棟階へ移動するためにエレベーターを利用する必要があります。さらに、病院内には医師、看護師、事務管理担当者、清掃・警備保守担当者などの物流サービス担当者がおり、病院用エレベーターの実際の輸送量は膨大です。
下図は、関係部門の統計データに基づく、各レベルの病院におけるエレベーターの1日平均起動回数を示しています。このうち、当地域の三次病院におけるエレベーターの1日平均起動回数は、すでに2,000回を超えています。
病院エレベーターにおける省エネ機器導入の効果
▲図1 規模の異なる病院におけるエレベーターの1日平均起動時間の統計
②エレベーターは長い間使用されている
病院用エレベーターは、その特殊なニーズとサービスグループにより、ほとんどの医療用エレベーターは24時間稼働が求められています。無錫人民病院を例に挙げると、無錫人民病院には広州日立ブランドの垂直エレベーターが合計38台設置されています。そのうち、入院部門の医療用エレベーター16台は、通常のメンテナンス時間を除き、24時間365日、常に稼働しています。外来部門と救急部門の毎日の起動時間も12時間以上です。
③ エレベーターは使用中にエネルギー消費量が多い
統計データによると、三次医療機関におけるエレベーター1台あたりの1日平均電力消費量は60kW・hから100kW・hの範囲で、平均80kW・h/日となっています。さらに、夏季にはエレベーターの冷却専用に使用される機械室のエアコンやファンのエネルギー消費量もピーク時に100kW・h/日に達することがあります。例えば、40台のエレベーターを保有する三次医療機関では、夏季のピーク時のエレベーターの1日あたりの電力消費量は4000kW・hに達することもあり、これは驚くべき数字です。
④ エレベーター機械室の高温
現在、市場に出回っているエレベーターの90％はVVVF（可変周波数可変速度制御）エレベーターで、そのうちエネルギーフィードバック装置を内蔵した高効率省エネエレベーターは約2％に過ぎません。残りの98％のエレベーターは、制動抵抗器と電気熱変換を利用して、軽負荷上昇、重負荷下降、水平制動時に発生する電力を無駄にしています。大量の電気が熱エネルギーに変換された後、エレベーター機械室の温度が急上昇します。強制冷却対策を適時に講じないと、エレベーターは高温による自己保護を行い、緊急停止事故を引き起こし、エレベーターの正常な運行と乗客の満足度に重大な影響を与えます。
そのため、国家品質技術監督検査部門は、すべてのエレベーター機械室にエアコンやファンなどの高出力冷却設備を設置することを義務付けており、エレベーター機械室内の温度が40℃を超える場合は、エアコンを作動させて冷却しなければならないと明確に規定しています。
⑤ エレベーター使用時の故障率が高い
高温は電子部品の劣化や故障の主な原因の一つであるだけでなく、エレベーターが運行中に緊急停止することで発生する「閉じ込め事故」の主な原因の一つでもあります。貴州省のエレベータービッグデータサンプル統計によると、病院用エレベーターの閉じ込め事故率は9.18%で、全エレベーターの中でトップクラスであり、住宅用エレベーターの故障率3.44%を大きく上回っています。また、統計によると、エレベーターの「閉じ込め事故」の95%以上は夏の暑い時期に発生しており、その大部分は過度の使用と冷却対策の不備が原因です。
2、エレベーター回生エネルギー利用技術 - 電力エネルギーフィードバック装置の紹介
エレベーター電力フィードバック装置は、VVVFエレベーターの省エネブレーキに用いられる特殊な省エネ装置です。エレベーターの軽負荷上昇、重負荷下降、水平ブレーキ動作時に、機械運動エネルギーと重力位置エネルギーから変換された直流電力を回収します。直流/交流変換、整流、フィルタリングを経て、ローカル電力網に送電され、エレベーター周辺の電気設備で使用されます。
省エネ改修を実施する前は、エネルギー消費ブレーキを採用したVVVFエレベーターの特徴は、エネルギーを大量に消費することではなく、大量の電気を生成するものの、それが再利用されないことでした。それどころか、利用可能な電気エネルギーは熱エネルギーに変換され、無駄に消費されていました。これによって引き起こされる二次的な問題は、エレベーター機械室内の温度が急上昇することであり、専用の冷却装置（空調ファン）を設置する必要があり、そうしないとエレベーターの正常な動作に影響を与えることになります。冷却装置自体の運転エネルギー消費もエネルギー消費です。夏場の放熱が悪いエレベーター機械室では、エレベーターの空調の運転エネルギー消費がエレベーター自体の運転エネルギー消費を上回ることさえあり、エネルギーの無駄は非常に深刻です。
省エネ変換は、エレベーターの電気エネルギーフィードバック装置を使用して行われますが、エレベーターの元の構造は変更されません。物理的に並列に接続されているのはエネルギー回収装置のみです。フィードバック装置の動作電圧はエレベーターの制動抵抗器よりも低いため、フィードバック装置は制動抵抗器よりも優先され、電気エネルギーを事前にリサイクルのためにグリッドにフィードバックします。フィードバック装置が故障すると、エレベーターのDCバス電圧は上昇し続け、エレベーターの制動抵抗器は再起動し、エレベーターは自動的に元の非省エネ動作状態に切り替わりますが、エレベーターの通常の使用には影響しません。したがって、エレベーターの電気エネルギーフィードバック装置は安全です。三菱のGPM-MシリーズとOTISのREGENシリーズのエレベーターはどちらもエネルギーフィードバック装置を搭載しています。
病院エレベーターにおける省エネ機器導入の効果
▲図2 エレベーター電力フィードバック装置の動作原理図
エレベーターエネルギーフィードバック装置のエネルギー変換率は97%に達し、直接的な省エネ率は15%～45%、平均省エネ率は30%です。病院の省エネプロジェクトで測定された最高の省エネ率は51%です。
エレベーターエネルギーフィードバック装置の導入により、機械エネルギーと位置エネルギーから変換された電気エネルギーがすべて再利用されます。エレベーター機械室内の主な熱源である制動抵抗器は動作を停止し、発熱しなくなります。そのため、エレベーター機械室内の温度を大幅に下げることができます。従来、エレベーターの冷却のために常時運転する必要があったエアコンのオンオフ回数を減らすことができ、エアコンの電力と電気代を節約することで二次的な省エネを実現します。
さらに、エレベーター機械室内の主要熱源である制動抵抗器の運転停止により、機械室内の温度が大幅に低下し、エレベーターの作業環境が改善されました。エレベーターは高温自己保護機能により緊急停止による事故を回避できます。エレベーター機械室環境の改善により、エレベーター基板上の電子部品の老朽化速度が遅くなり、エレベーターの故障率が大幅に低下し、エレベーターのメンテナンスコストもそれに応じて低下します。同時に、エレベーターの実際の使用寿命もそれに応じて延長されます。
3、エレベーター回生エネルギー利用技術導入後のメリット分析
無錫人民病院は、同レベルの病院におけるエレベーターの省エネ成功事例の調査と、無錫人民病院におけるエレベーターの現場試験による明らかな省エネ効果に基づき、再生可能エネルギー利用技術を用いた省エネ改修の条件を満たし、投資価値のあるVVVF医療用エレベーター33台を2回に分けて省エネ改修しました。エレベーターエネルギーフィードバック装置を設置し、顕著な省エネ効果が得られました。結果は以下の通りです。
①省エネ効果
省エネ改修後の試験結果によると、再生可能エネルギー利用技術を用いた省エネ改修は、エレベーターに大きな省エネ効果をもたらし、サンプル試験の省エネ率は34.33%、平均省エネ率は30%でした。同時に、エレベーター機械室の温度は大幅に低下し、制動抵抗器の温度は191.6℃から27.0℃に低下しました。エレベーターの運転中の故障率も明確な減少傾向を示し、プロジェクト全体では、エレベーターの円滑で安全な運行を確保しながら、高効率と省エネを実現するという目標を達成しました。
表1：本プロジェクトの省エネ効果試験の現場記録
病院エレベーターにおける省エネ機器導入の効果
②投資収益
この省エネプロジェクトは、省エネ投資を約2年で回収できます。機器の設計耐用年数は15年で、残りの13年間の省エネ効果が病院の純利益となります。
③ 環境面での利点
この省エネプロジェクトの実施後、国内の原炭約1980トンを節約し、二酸化炭素排出量を約518万7600キログラム削減し、二酸化硫黄排出量を約1万6830キログラム削減し、窒素酸化物排出量を約1万4652キログラム削減することができます。
表2 プロジェクトの環境便益の計算
病院エレベーターにおける省エネ機器導入の効果
4、結論
病院における重要な軌道輸送手段である医療用エレベーターの安全かつ円滑な運行は、病院運営の効率性とイメージ、そして救命のスピードに大きく関わっています。そのため、良好な作業環境において医療用エレベーターの安全かつ円滑な運行を確保することは極めて重要です。
省エネ要求、業界基準、技術的制約などの歴史的理由により、三次病院などの公共機関において、エネルギー回生技術や永久磁石同期ギアレス技術などの省エネ技術を採用したエレベーターを使用している割合は比較的低い。多くの三次病院用エレベーターは、動作環境温度が高く、エレベーター運転時のエネルギー消費量が多く、エレベーター運転中の故障率が高いという特徴がある。
無錫人民病院が一定期間、再生可能エネルギー利用技術を用いたエレベーターの省エネ改修を実施した経験に基づき、病院の建設、拡張、改修の過程で、可能な限り再生可能エネルギー利用技術と永久磁石同期ギアレス技術を採用した高効率エレベーターを選択することをお勧めします。病院内の既存の建物については、改修の経験と資格を持つ省エネサービス会社を選択し、安全性を確保した上で電気エネルギーフィードバック装置を設置するなど、科学的にエレベーターを改修することをお勧めします。これにより、エレベーターの運転エネルギー消費を節約し、病院の運営コストを削減し、グリーン病院を実現します。