1. Situação atual dos elevadores na China e dos elevadores em hospitais terciários
1. Situação atual da indústria de elevadores na China
No final de 2017, o número total de elevadores na China atingiu cerca de 5,6 milhões, representando aproximadamente 70% da produção mundial. A produção anual e a posse de elevadores colocaram a China em primeiro lugar no mundo, tornando-a o maior produtor e exportador mundial de elevadores.
No entanto, devido a razões históricas, como limitações tecnológicas e o atraso nas normas de economia de energia para elevadores, embora a tecnologia de economia de energia em elevadores na China tenha atingido o nível de liderança internacional em alguns aspectos, marcas como Tongli, Mitsubishi, Thyssen, Xunda, Hitachi, etc., lançaram sucessivamente, nos últimos anos, elevadores síncronos de ímã permanente sem engrenagens, com casas de máquinas pequenas e sem casa de máquinas, cada vez mais eficientes em termos energéticos. Contudo, a taxa de penetração de elevadores com economia de energia no mercado ainda é muito baixa. A taxa de penetração de elevadores síncronos de ímã permanente sem engrenagens que economizam mais de 30% de eletricidade é inferior a 10%, e a taxa de penetração de elevadores com dispositivos de feedback de energia integrados que possuem uma taxa de recuperação de energia regenerativa de 30% é inferior a 2%. Existe um enorme espaço para economia de energia em toda a indústria de elevadores na China, e um enorme mercado para elevadores com eficiência energética.
Situação atual do funcionamento dos elevadores em hospitais terciários
Sendo o principal e único meio de transporte ferroviário para o deslocamento vertical de pacientes e equipe médica entre os diferentes andares de hospitais, os elevadores em hospitais terciários apresentam as seguintes características:
① O número de elevadores transportados é enorme
Segundo as estatísticas, em 2017, o volume médio anual de pacientes ambulatoriais em hospitais terciários na China ultrapassou os 2 milhões de pessoas. Tomando como exemplo o Hospital Popular de Wuxi, em 2015, o volume anual de pacientes ambulatoriais atingiu 3,09 milhões, com uma disponibilidade efetiva de 2.000 leitos. Destes, mais de 90% dos pacientes e acompanhantes precisam utilizar os elevadores para chegar aos departamentos ou andares de internação. Além disso, há também a presença de pessoal de apoio logístico, como médicos, enfermeiros, pessoal administrativo, de limpeza e de segurança, o que eleva consideravelmente o volume de transporte utilizado pelos elevadores do hospital.
A figura a seguir mostra a média diária de partidas de elevadores em hospitais de diferentes níveis, de acordo com as estatísticas dos respectivos departamentos. Entre eles, a média diária de partidas de elevadores em hospitais terciários da região já ultrapassou 2.000 vezes por dia.
Efeito da utilização de equipamentos de economia de energia em elevadores hospitalares
▲ Figura 1 Estatísticas dos tempos médios diários de arranque dos elevadores em hospitais de diferentes dimensões
② O elevador está em uso há muito tempo.
Devido às necessidades específicas e aos grupos de serviço dos elevadores hospitalares, a maioria dos elevadores médicos requer operação 24 horas por dia. Tomando como exemplo o Hospital Popular de Wuxi, existem 38 elevadores verticais da marca Guangzhou Hitachi no hospital. Destes, 16 elevadores médicos, localizados no setor de internação, operam ininterruptamente 24 horas por dia, 365 dias por ano, exceto durante os períodos de manutenção de rotina. O tempo de operação diário dos elevadores para os ambulatórios e pronto-socorro também ultrapassa 12 horas.
③ Os elevadores têm um elevado consumo de energia durante a utilização.
De acordo com dados estatísticos, o consumo médio diário de eletricidade de cada elevador em um hospital terciário varia de 60 kWh a 100 kWh, com uma média de 80 kWh/dia. Além disso, o consumo de energia do ar condicionado ou dos ventiladores na casa de máquinas, especificamente utilizados para o resfriamento dos elevadores no verão, pode atingir um consumo diário total de eletricidade de 100 kWh/dia durante os horários de pico. Tomando como exemplo um hospital terciário com 40 elevadores, o consumo diário de eletricidade dos elevadores durante os horários de pico do verão pode chegar a 4000 kWh, o que é impressionante.
④ Alta temperatura na sala de máquinas do elevador
Atualmente, 90% dos elevadores no mercado são elevadores VVVF (Controle de Frequência e Velocidade Variáveis), dos quais apenas cerca de 2% possuem dispositivos de feedback de energia integrados e são elevadores de alta eficiência energética. Os 98% restantes desperdiçam a eletricidade gerada durante subidas com carga leve, descidas com carga pesada e frenagens em níveis, através do uso de resistores de frenagem e conversão eletrotérmica. Após uma grande quantidade de eletricidade ser convertida em energia térmica, a temperatura na casa de máquinas do elevador aumenta drasticamente. Se medidas de resfriamento forçado não forem tomadas em tempo hábil, o elevador entrará em autoproteção devido à alta temperatura, resultando em acidentes com desligamento de emergência, afetando seriamente o funcionamento normal do elevador e a satisfação dos passageiros.
Portanto, o departamento nacional de supervisão e inspeção técnica e de qualidade exige que todas as salas de máquinas de elevadores sejam equipadas com equipamentos de refrigeração de alta potência, como ar condicionado e ventiladores, e estipula explicitamente que, se a temperatura na sala de máquinas do elevador exceder 40 ℃, o ar condicionado deve ser ligado para resfriamento.
⑤ Alta taxa de falhas no uso de elevadores
A alta temperatura é uma das principais causas de envelhecimento e falha de componentes eletrônicos, e também uma das principais razões para "acidentes com pessoas presas" causados por desligamentos de emergência de elevadores durante a operação. De acordo com as estatísticas amostrais de big data de elevadores de Guizhou, a taxa de falhas com pessoas presas em elevadores hospitalares ocupa o primeiro lugar entre todos os tipos de elevadores, com 9,18%, superando em muito a taxa de falhas em elevadores residenciais, de 3,44%. As estatísticas também mostram que mais de 95% dos "acidentes com pessoas presas" em elevadores ocorrem durante o calor do verão, sendo a grande maioria causada por uso excessivo e medidas de refrigeração inadequadas.
2. Tecnologia de Utilização de Energia Regenerativa em Elevadores - Introdução ao Dispositivo de Feedback de Energia Elétrica
O dispositivo de realimentação de energia elétrica para elevadores é um equipamento especializado para economia de energia, utilizado na frenagem de elevadores VVVF. Ele recupera a energia elétrica de corrente contínua convertida a partir da energia cinética mecânica e da energia potencial gravitacional durante as operações de subida com carga leve, descida com carga pesada e frenagem em nível do elevador. Após a inversão CC/CA, retificação e filtragem, a energia é transmitida à rede elétrica local para uso pelos equipamentos elétricos adjacentes ao elevador.
Antes da implementação da renovação para economia de energia, a característica dos elevadores VVVF que utilizavam frenagem para redução do consumo de energia não era o alto consumo energético, mas sim a geração de uma grande quantidade de eletricidade que não era reaproveitada. Pelo contrário, a energia elétrica disponível era convertida em energia térmica e desperdiçada. O problema secundário causado por isso era o aumento repentino da temperatura na casa de máquinas do elevador, o que exigia a instalação de equipamentos de refrigeração especializados (ventiladores de ar condicionado), caso contrário, o funcionamento normal do elevador seria afetado. O consumo de energia do próprio equipamento de refrigeração também representa um consumo energético. Em casas de máquinas de elevadores com baixa dissipação de calor no verão, o consumo de energia do ar condicionado do elevador pode até mesmo exceder o consumo do próprio elevador, tornando o desperdício de energia muito grave.
A transformação para economia de energia é realizada por meio de um dispositivo de realimentação de energia elétrica para elevadores, sem alterar a estrutura original do elevador. Apenas um dispositivo de recuperação de energia é conectado fisicamente em paralelo. A tensão de operação do dispositivo de realimentação é menor que a do resistor de frenagem do elevador, portanto, o dispositivo de realimentação tem prioridade sobre o resistor de frenagem e realimenta a energia elétrica para a rede para reciclagem antecipada. Caso o dispositivo de realimentação apresente mau funcionamento, a tensão do barramento CC do elevador continuará a subir, o resistor de frenagem do elevador será reiniciado e o elevador retornará automaticamente ao estado de operação original sem economia de energia, sem afetar o uso normal do elevador. Portanto, o dispositivo de realimentação de energia elétrica para elevadores é seguro. Os elevadores das séries GPM-M da Mitsubishi e REGEN da OTIS são equipados com dispositivos de realimentação de energia.
Efeito da utilização de equipamentos de economia de energia em elevadores hospitalares
▲ Figura 2 Diagrama do princípio de funcionamento do dispositivo de realimentação de energia elétrica do elevador
A taxa de conversão de energia do dispositivo de feedback de energia do elevador pode atingir 97%, com uma taxa de economia de energia direta entre 15% e 45% e uma taxa média de economia de energia de 30%. A maior taxa de economia de energia medida em projetos de economia de energia em hospitais é de 51%.
Após a adoção do dispositivo de recirculação de energia para elevadores, toda a energia elétrica convertida a partir de energia mecânica e potencial é reciclada. O resistor de frenagem, principal fonte de calor na casa de máquinas do elevador, para de funcionar e deixa de gerar calor. Consequentemente, a temperatura na casa de máquinas pode ser significativamente reduzida. O ar-condicionado, que antes precisava ficar ligado continuamente para resfriar o elevador, agora pode ser ligado e desligado com menos frequência, gerando economia de energia secundária, tanto no consumo do ar-condicionado quanto na conta de luz.
Além disso, devido à desativação do resistor de frenagem, principal fonte de calor na casa de máquinas do elevador, a temperatura na casa de máquinas diminuiu significativamente, melhorando o ambiente de trabalho do elevador. O elevador pode evitar acidentes causados por desligamento de emergência devido à autoproteção contra altas temperaturas. Após a melhoria do ambiente da casa de máquinas, a taxa de envelhecimento dos componentes eletrônicos na placa de circuito do elevador diminuirá, a taxa de falhas do elevador será significativamente reduzida e o custo de manutenção do elevador será correspondentemente reduzido; ao mesmo tempo, a vida útil real do elevador também será correspondentemente prolongada.
3. Análise dos benefícios após a adoção da tecnologia de utilização de energia regenerativa em elevadores
Com base na investigação de casos bem-sucedidos de economia de energia em elevadores de hospitais do mesmo nível, e considerando os efeitos evidentes de economia de energia observados em testes realizados no Hospital Popular de Wuxi, o hospital realizou, em duas etapas, a reforma para economia de energia em 33 elevadores hospitalares VVVF que atendiam aos requisitos para esse fim, utilizando tecnologia de aproveitamento de energia renovável e apresentando valor de investimento. Foram instalados dispositivos de feedback de energia nos elevadores, e os efeitos na economia de energia foram significativos. Os resultados são os seguintes:
① Efeito de economia de energia
Os resultados dos testes após a reforma para economia de energia mostram que o uso de tecnologia de aproveitamento de energia renovável para esse fim tem um efeito significativo na redução do consumo de energia dos elevadores, com uma taxa de economia de energia de 34,33% na amostra testada e uma taxa média de 30%. Ao mesmo tempo, a temperatura na casa de máquinas do elevador diminuiu significativamente, e a temperatura do resistor de frenagem caiu de 191,6 °C para 27,0 °C. A taxa de falhas na operação do elevador também apresentou uma clara tendência de queda, e o projeto como um todo atingiu o objetivo de alcançar alta eficiência e economia de energia, garantindo ao mesmo tempo a operação segura e eficiente do elevador.
Tabela 1: Registros in loco dos testes de efeito da taxa de economia de energia para o projeto
Efeito da utilização de equipamentos de economia de energia em elevadores hospitalares
② Rendimento de investimento
Este projeto de economia de energia pode recuperar todo o investimento em aproximadamente 2 anos. A vida útil projetada dos equipamentos é de 15 anos, e os 13 anos restantes de benefícios da economia de energia representam o lucro líquido do hospital.
③ Benefícios ambientais
Após a implementação deste projeto de economia de energia, será possível economizar cerca de 1980 toneladas de carvão bruto para o país, reduzir as emissões de dióxido de carbono em cerca de 5,1876 milhões de quilogramas, reduzir as emissões de dióxido de enxofre em cerca de 16830 quilogramas e reduzir as emissões de óxido de nitrogênio em cerca de 14652 quilogramas.
Tabela 2. Cálculo dos benefícios ambientais do projeto.
Efeito da utilização de equipamentos de economia de energia em elevadores hospitalares
4. Conclusão
Como importante ferramenta de transporte ferroviário em hospitais, a operação segura e eficiente dos elevadores hospitalares está diretamente relacionada à eficácia e à imagem das operações hospitalares, bem como à rapidez no salvamento de vidas. Portanto, garantir a operação segura e eficiente dos elevadores hospitalares em um ambiente de trabalho adequado é de suma importância.
Devido a razões históricas, como exigências de economia de energia, normas da indústria e limitações técnicas, a proporção de instituições públicas, como hospitais terciários, que utilizam elevadores com tecnologias de economia de energia, como a tecnologia de regeneração de energia e a tecnologia síncrona de ímã permanente sem engrenagens, é relativamente baixa. A maioria dos elevadores de hospitais terciários apresenta características como alta temperatura ambiente de trabalho, alto consumo de energia durante a operação e alta taxa de falhas.
Com base na experiência do Hospital Popular de Wuxi na implementação de uma reforma de elevadores com foco em economia de energia, utilizando tecnologia de aproveitamento de energia renovável, recomenda-se que, durante a construção, ampliação e reforma de hospitais, as instituições parceiras optem, sempre que possível, por elevadores de alta eficiência com tecnologia de aproveitamento de energia renovável e tecnologia síncrona de ímã permanente sem engrenagens. Para edifícios hospitalares já existentes, recomenda-se que os hospitais contratem empresas especializadas em reformas com foco em economia de energia e que realizem a modernização dos elevadores de forma científica, instalando dispositivos de feedback de energia elétrica, sempre priorizando a segurança. O objetivo é economizar energia durante a operação dos elevadores, reduzir os custos operacionais do hospital e criar um hospital sustentável.