1. 중국 엘리베이터 현황 및 3차병원 엘리베이터 현황
1. 중국 엘리베이터 산업의 현황
2017년 말 기준, 중국의 엘리베이터 총 대수는 약 560만 대에 달하며 전 세계 엘리베이터 생산량의 약 70%를 차지합니다. 연간 엘리베이터 생산량 및 보유 대수는 세계 1위를 차지하며, 중국은 세계 최대 엘리베이터 생산 및 수출국으로 자리매김했습니다.
그러나 기술적 한계와 엘리베이터 에너지 절약 기준의 뒤처짐 등 역사적 이유로 인해 중국의 엘리베이터 에너지 절약 기술은 일부 측면에서는 국제적인 선도 수준에 도달했지만, 통리, 미쓰비시, 티센, 순다, 히타치 등의 브랜드는 최근 몇 년 동안 에너지 효율이 더 높은 영구 자석 동기 기어리스 소형 기계실 및 비기계실 엘리베이터를 잇따라 출시했습니다. 그러나 시장에서 에너지 절약 엘리베이터의 보급률은 여전히 매우 낮습니다. 전기를 30% 이상 절약하는 영구 자석 동기 기어리스 엘리베이터의 보급률은 10% 미만이고, 재생 에너지 회수율이 30%인 에너지 피드백 장치가 내장된 엘리베이터의 보급률은 2% 미만입니다. 중국 전체 엘리베이터 산업에는 엄청난 에너지 절약 공간이 있으며 에너지 절약 엘리베이터에 대한 시장 공간도 엄청납니다.
3차병원 엘리베이터 운영 현황
3차 병원의 엘리베이터는 병원의 여러 층에 환자와 의료진을 수직으로 운반하는 주요하고 유일한 철도 운송 수단으로, 다음과 같은 특징을 갖고 있습니다.
① 운반되는 엘리베이터의 수가 엄청납니다
통계에 따르면 2017년 기준 중국 3차 병원의 연평균 외래 환자 수는 200만 명을 넘어섰습니다. 우시 인민병원을 예로 들면, 2015년 우시 인민병원의 연평균 외래 환자 수는 309만 명에 달했고, 실제 병상 수는 2,000개였습니다. 이 중 환자와 동행자의 90% 이상이 지정된 부서나 병동으로 이동하기 위해 엘리베이터를 이용해야 합니다. 또한, 병원에는 의사, 간호사, 행정 관리 직원, 청소 및 보안 유지 직원 등 물류 서비스 인력이 있어 병원 엘리베이터의 실제 운송량이 매우 많습니다.
아래 그림은 관련 부서 통계에 따른 각급 병원의 엘리베이터 일평균 가동 횟수를 보여줍니다. 이 중 지역 3차 병원의 엘리베이터 일평균 가동 횟수는 이미 2,000회를 넘어섰습니다.
병원 엘리베이터에 에너지 절약 장비를 적용한 효과
▲ 그림 1 규모별 병원 엘리베이터의 일평균 가동시간 통계
② 엘리베이터가 오랫동안 사용되어 왔습니다
병원 엘리베이터의 특수한 요구와 서비스 그룹으로 인해 대부분의 의료용 엘리베이터는 24시간 가동이 필요합니다. 예를 들어 우시 인민병원에는 광저우 히타치 브랜드 수직 엘리베이터가 총 38대 있습니다. 이 중 입원실의 의료용 엘리베이터 16대는 정기 점검 시간을 제외하고 365일 24시간 가동됩니다. 외래 및 응급실의 일일 가동 시간도 12시간 이상입니다.
③ 엘리베이터는 사용 중 에너지 소모가 크다
통계 자료에 따르면, 3차 병원 엘리베이터 한 대의 평균 일일 전력 소비량은 60kW·h에서 100kW·h 사이이며, 평균 80kW·h/일입니다. 또한, 여름철 엘리베이터 냉방을 위해 특별히 사용되는 기계실의 에어컨이나 선풍기의 에너지 소비량은 피크 시간대에 하루 100kW·h에 달할 수 있습니다. 엘리베이터 40대를 보유한 3차 병원을 예로 들면, 여름철 피크 시간대 엘리베이터의 일일 전력 소비량은 4,000kW·h에 달할 수 있는데, 이는 놀라운 수치입니다.
④ 엘리베이터 기계실 고온
현재 시중에 판매되는 엘리베이터의 90%는 VVVF(가변 주파수 가변 속도 제어) 방식이며, 이 중 에너지 피드백 장치가 내장된 고효율 에너지 절약형 엘리베이터는 약 2%에 불과합니다. 나머지 98%의 엘리베이터는 경부하 상승, 중부하 하강, 그리고 평지 제동 시 발생하는 전기를 제동 저항과 전기 열 변환 장치를 통해 낭비합니다. 많은 양의 전기가 열에너지로 변환되면 엘리베이터 기계실의 온도가 급격히 상승합니다. 강제 냉각 조치를 적시에 취하지 않으면 고온으로 인해 엘리베이터가 자체 보호되어 비상 정지 사고가 발생하여 엘리베이터의 정상적인 운행과 승객 만족도에 심각한 영향을 미칩니다.
따라서 국가품질기술감독검사부서는 모든 엘리베이터 기계실에 에어컨, 선풍기 등 고출력 냉각 장비를 갖추도록 요구하고 있으며, 엘리베이터 기계실 온도가 40℃를 초과할 경우 에어컨을 가동하여 냉각하도록 명시적으로 규정하고 있습니다.
⑤ 엘리베이터 이용 실패율 높음
고온은 전자 부품의 노화 및 고장을 유발하는 주요 원인 중 하나이며, 운행 중 엘리베이터 비상 정지로 인한 "갇힘 사고"의 주요 원인 중 하나이기도 합니다. 구이저우성 엘리베이터 빅데이터 표본 통계에 따르면, 병원 엘리베이터의 갇힘 사고는 전체 엘리베이터 유형 중 9.18%로 가장 높은 고장률을 기록하며, 주택용 엘리베이터의 고장률 3.44%를 크게 상회합니다. 또한, 통계에 따르면 엘리베이터 "갇힘 사고"의 95% 이상이 더운 여름철에 발생하며, 대부분의 엘리베이터는 과도한 사용과 미흡한 냉방 조치로 인해 발생합니다.
2. 엘리베이터 회생 에너지 활용 기술 - 전기 에너지 피드백 장치 소개
엘리베이터 전기 에너지 피드백 장치는 VVVF 엘리베이터의 에너지 소비 제동에 사용되는 특수 에너지 절감 장치입니다. 엘리베이터의 경부하 상승, 중부하 하강, 그리고 수평 제동 작동 시 기계적 운동 에너지와 중력 위치 에너지로부터 변환된 직류 전기 에너지를 회수합니다. 직류/교류 변환, 정류 및 필터링 과정을 거쳐 엘리베이터 주변 전기 설비에 사용될 수 있도록 지역 전력망으로 전송됩니다.
에너지 절약형 리노베이션을 도입하기 전, 에너지 소비 제동을 사용하는 VVVF 엘리베이터의 특징은 에너지 소비량이 많은 것이 아니라, 많은 양의 전기를 생산하지만 재활용되지 않는다는 것이었습니다. 오히려 가용 전기 에너지가 열 에너지로 변환되어 무용지물로 소진되었습니다. 이로 인해 엘리베이터 기계실의 온도가 급격히 상승하는 문제가 발생하여, 특수 냉각 장비(에어컨 팬)를 설치해야 했습니다. 그렇지 않으면 엘리베이터의 정상적인 작동에 영향을 미쳤습니다. 냉각 장비 자체의 작동 에너지 소비량도 에너지 소비량입니다. 여름철 방열이 불량한 엘리베이터 기계실에서는 엘리베이터 에어컨의 작동 에너지 소비량이 엘리베이터 자체의 작동 에너지 소비량을 초과할 수도 있어 에너지 낭비가 매우 심각합니다.
에너지 절약 변환은 엘리베이터의 원래 구조를 변경하지 않고 엘리베이터 전기 에너지 피드백 장치를 사용하여 수행됩니다.에너지 회수 장치만 물리적으로 병렬로 연결됩니다.피드백 장치의 작동 전압은 엘리베이터 제동 저항의 작동 전압보다 낮으므로 피드백 장치가 제동 저항보다 우선하여 전기 에너지를 그리드로 피드백하여 재활용합니다.피드백 장치가 고장 나면 엘리베이터의 DC 버스 전압이 계속 상승하고 엘리베이터 제동 저항이 재시작되며 엘리베이터는 자동으로 원래의 비에너지 절약 작동 상태로 전환되지만 엘리베이터의 정상적인 사용에는 영향을 미치지 않습니다.따라서 엘리베이터 전기 에너지 피드백 장치는 안전합니다.미쓰비시의 GPM-M 시리즈와 OTIS의 REGEN 시리즈 엘리베이터에는 모두 에너지 피드백 장치가 장착되어 있습니다.
병원 엘리베이터에 에너지 절약 장비를 적용한 효과
▲ 그림 2 엘리베이터 전기 에너지 피드백 장치의 작동 원리도
엘리베이터 에너지 피드백 장치의 에너지 전환율은 최대 97%에 달하며, 직접적인 에너지 절감률은 15%에서 45% 사이, 평균 에너지 절감률은 30%입니다. 병원 에너지 절감 프로젝트에서 측정된 최고 에너지 절감률은 51%입니다.
엘리베이터 에너지 피드백 장치를 도입하면 기계 에너지와 위치 에너지에서 변환된 모든 전기 에너지가 재활용됩니다. 엘리베이터 기계실의 주 열원인 제동 저항이 작동을 멈추고 더 이상 열을 발생시키지 않습니다. 따라서 엘리베이터 기계실 온도를 크게 낮출 수 있습니다. 기존에는 엘리베이터 냉각을 위해 계속 작동해야 했던 에어컨의 온/오프 횟수를 줄여 에어컨 전력 소비량과 전기 요금을 절감하여 2차 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다.
또한, 엘리베이터 기계실의 주요 열원 제동 저항이 작동을 멈추면서 기계실 온도가 크게 낮아지고 엘리베이터 작업 환경이 개선되었습니다. 고온 자체 보호 기능을 통해 비상 정지로 인한 사고를 예방할 수 있습니다. 엘리베이터 기계실 환경이 개선되면 엘리베이터 회로 기판 전자 부품의 노화 속도가 느려지고, 고장률이 크게 감소하며, 그에 따라 엘리베이터 유지 보수 비용도 절감됩니다. 동시에 엘리베이터의 실제 수명도 그에 따라 연장됩니다.
3. 엘리베이터 재생에너지 활용기술 도입 후 효과 분석
동급 병원 엘리베이터 에너지 절감 성공 사례 조사와 우시인민병원 엘리베이터 현장 시운전을 통해 확인된 에너지 절감 효과를 결합하여, 우시인민병원은 재생에너지 활용 기술을 활용한 에너지 절감 리노베이션 조건을 충족하고 투자 가치가 있는 VVVF 의료용 엘리베이터 33대에 대해 두 차례에 걸쳐 에너지 절감 리노베이션을 실시했습니다. 엘리베이터 에너지 피드백 장치를 설치한 결과, 상당한 에너지 절감 효과가 나타났습니다. 결과는 다음과 같습니다.
① 에너지 절감 효과
에너지 절약형 리노베이션 후 시험 결과, 재생에너지 활용 기술을 활용한 에너지 절약형 리노베이션은 엘리베이터에 상당한 에너지 절감 효과를 가져왔으며, 샘플링 시험 에너지 절감률은 34.33%, 평균 에너지 절감률은 30%였습니다. 동시에 엘리베이터 기계실 온도가 크게 낮아졌고, 제동 저항기 온도는 191.6℃에서 27.0℃로 떨어졌습니다. 엘리베이터 운행 고장률 또한 뚜렷한 감소 추세를 보였으며, 프로젝트 전체는 엘리베이터의 원활하고 안전한 운행을 보장하면서 고효율 에너지 절감이라는 목표를 달성했습니다.
표 1: 본 프로젝트의 에너지 절감율 효과 시험 현장 기록
병원 엘리베이터에 에너지 절약 장비를 적용한 효과
② 투자수익
이 에너지 절약 프로젝트는 약 2년 안에 모든 에너지 절약 투자 비용을 회수할 수 있습니다. 장비의 설계 수명은 15년이며, 나머지 13년간의 에너지 절약 효과는 병원의 순수익입니다.
③ 환경적 이점
이 에너지 절약 프로젝트를 시행하면 전국적으로 약 1980톤의 원탄을 절약할 수 있고, 이산화탄소 배출량을 약 518만 7600kg, 아황산가스 배출량을 약 1만 6830kg, 질소산화물 배출량을 약 1만 4652kg 줄일 수 있습니다.
표 2 프로젝트의 환경적 이익 계산
병원 엘리베이터에 에너지 절약 장비를 적용한 효과
4、결론
병원에서 중요한 철도 운송 수단인 의료용 엘리베이터의 안전하고 원활한 운행은 병원 운영의 효율성과 이미지, 그리고 생명을 구하는 속도와 직결됩니다. 따라서 양호한 작업 환경에서 의료용 엘리베이터의 안전하고 원활한 운행을 보장하는 것은 매우 중요합니다.
에너지 절약 요건, 산업 표준, 기술적 한계 등 역사적인 이유로 인해, 3차 병원과 같은 공공기관에서 에너지 회생 기술이나 영구자석 동기식 기어리스 기술과 같은 에너지 절약 기술을 적용한 엘리베이터를 사용하는 비율은 상대적으로 낮습니다. 대부분의 3차 병원용 엘리베이터는 높은 작동 환경 온도, 높은 에너지 소비량, 그리고 높은 고장률이라는 특징을 가지고 있습니다.
우시 인민병원이 일정 기간 동안 재생에너지 활용 기술을 활용한 엘리베이터 에너지 절약형 리노베이션을 시행한 경험을 바탕으로, 병원 신축, 증축, 리노베이션 과정에서는 재생에너지 활용 기술과 영구자석 동기식 기어리스 기술을 적용한 고효율 엘리베이터를 최대한 선택하는 것이 좋습니다. 병원 내 기존 건물의 경우, 리노베이션 경험과 자격을 갖춘 에너지 절약 서비스 업체를 선택하고, 안전성 확보를 기반으로 전기 에너지 피드백 장치를 설치하는 등 과학적인 엘리베이터 리노베이션을 통해 엘리베이터 운영 에너지 소비를 절감하고 병원 운영 비용을 절감하며 친환경 병원을 구축하는 것이 좋습니다.