Os fornecedores de sistemas de feedback de energia para elevadores lembram que o uso de elevadores verticais em edifícios altos está se tornando cada vez mais comum. Para alcançar bons resultados em economia de energia em elevadores, ainda há um longo caminho a percorrer. Além dos esforços diários de gestão (como a instalação de sensores automáticos nos elevadores durante os horários de menor movimento), o mais importante é a pesquisa tecnológica e o processo de fabricação das empresas. De acordo com dados estatísticos, o consumo de energia do motor do elevador, ao tracionar a carga, representa mais de 70% do consumo total de energia do elevador. Portanto, o foco prático na operação de elevadores com economia de energia reside na atualização e aprimoramento dos sistemas de acionamento e tração, nos métodos de regulação de velocidade e nos métodos de controle.
1. Tecnologia de feedback de energia
A tecnologia de realimentação de energia consiste em utilizar um inversor para converter a corrente contínua (CC) de um conversor de frequência em corrente alternada (CA) e devolvê-la à rede elétrica quando o motor está em modo de geração de energia. Observando as características de funcionamento dos elevadores, nota-se que metade do seu tempo de operação é de geração de energia. Em teoria, o efeito de economia de energia da tecnologia de realimentação deveria ser muito bom. No entanto, segundo estatísticas incompletas, atualmente mais de 92% dos elevadores desperdiçam essa energia na forma de aquecimento por resistência regenerativa. Com base nas estatísticas de quase 1,3 milhão de elevadores em uso em todo o país no início de 2011, e considerando que a potência média de cada elevador é de 15 kW e a potência média da resistência regenerativa é de 5 kW, isso equivale a ter uma fornalha elétrica de cerca de 7 milhões de kW na China aquecendo sem qualquer utilidade. Que desperdício! A tecnologia de realimentação de energia trata a alimentação de energia dos elevadores como um objeto controlado, o que apresenta muitas vantagens. Atualmente, essa tecnologia tem sido amplamente utilizada por diversos fabricantes de elevadores, e um sistema de realimentação de energia foi desenvolvido, permitindo que a eletricidade processada pela avançada tecnologia de retificação múltipla seja devolvida à rede elétrica do edifício para uso por outros equipamentos elétricos. O dispositivo de economia de energia com realimentação da série PFE é uma unidade de frenagem dedicada a elevadores. Ele converte com eficiência a energia elétrica regenerada armazenada no capacitor do inversor do elevador em energia CA e a envia de volta à rede, transformando o elevador em uma "usina de energia" verde para fornecer energia a outros equipamentos, o que resulta em economia de energia elétrica. Além disso, ao substituir resistores por outros componentes que consomem energia, a temperatura ambiente na casa de máquinas é reduzida e a temperatura de operação do sistema de controle do elevador é otimizada, prolongando a vida útil do elevador. A casa de máquinas não necessita de equipamentos de refrigeração, como ar-condicionado, o que indiretamente gera economia de energia elétrica.
2. Tecnologia VVVF (Controle de Velocidade com Tensão Variável e Frequência Variável)
A tecnologia VVVF tem sido amplamente utilizada em sistemas modernos de controle de acionamento de elevadores com regulação de velocidade CA. O uso da tecnologia VVVF, já consolidada, em sistemas de acionamento de elevadores tornou-se a principal forma de aprimorar o desempenho do controle de acionamento e melhorar a qualidade da operação dos elevadores atualmente. A tecnologia VVVF eliminou diversos tipos de acionamentos de controle de velocidade para motores CA de dupla velocidade e substituiu os acionamentos CC sem engrenagens, o que não só melhora o desempenho operacional dos elevadores, como também economiza energia e reduz perdas de forma eficaz. A seguir, analisa-se o desempenho de economia de energia dos elevadores VVVF de acordo com os diferentes estágios de operação do elevador. A operação do elevador pode ser simplificada em três estágios: partida, operação em velocidade constante e frenagem.
(1) Estágio de partida: VVVF inicia em condições de baixa frequência, resultando em baixa corrente reativa e reduzindo significativamente a corrente total de partida e o consumo de energia.
(2) Seção de velocidade constante: A energia consumida pelos elevadores ACVV (regulação de tensão e velocidade) durante a operação em velocidade constante é semelhante à dos elevadores controlados por VVVF em condições de subida com carga total e meia carga. Durante a subida com carga leve (ou descida com carga pesada), devido ao efeito de tração reversa, os elevadores ACVV precisam obter energia da rede elétrica para gerar torque de frenagem, enquanto os elevadores VVVF funcionam em estado de frenagem regenerativa e não precisam obter energia da rede elétrica.
(3) Seção de frenagem: Os elevadores ACVV geralmente utilizam o método de frenagem por consumo de energia na seção de frenagem, que obtém a corrente de frenagem da rede elétrica, e essa corrente é convertida em energia térmica e consumida no rotor do motor. Para motores com rotores de maior inércia, a corrente de frenagem por consumo de energia pode atingir 60-80 A, e o aquecimento do motor também é relativamente severo. Os elevadores VVVF não requerem energia da rede elétrica durante a fase de frenagem, e o motor elétrico opera em estado de frenagem regenerativa. A energia cinética do sistema do elevador é convertida em energia elétrica e consumida pela resistência externa do motor, o que não só economiza energia, mas também evita o fenômeno de aquecimento do motor causado pela corrente de frenagem.
De acordo com cálculos operacionais reais, os elevadores controlados por VVVF podem economizar mais de 30% de energia em comparação com os elevadores com regulação de velocidade ACVV. O sistema VVVF também pode melhorar o fator de potência do sistema elétrico, reduzindo a capacidade dos equipamentos da linha do elevador e dos motores elétricos em mais de 30%. Com base no exposto, pode-se observar que os elevadores com regulação de velocidade por frequência variável VVVF apresentam características significativas de economia de energia, representando a direção de desenvolvimento da regulação de velocidade em elevadores e trazendo benefícios econômicos e sociais consideráveis.
3. Princípio e Aplicação do Sistema de Controle de Elevadores com Barramento CC
Em locais onde os elevadores são usados com frequência, um único elevador geralmente não é suficiente, sendo comum o uso simultâneo de dois ou mais elevadores. Nesses casos, pode-se considerar o reaproveitamento da energia excedente gerada por um ou dois elevadores durante a geração de energia para uma barra de distribuição compartilhada, visando a economia de energia. O sistema de controle de elevadores com barramento CC é geralmente composto por disjuntores, contatores, inversores, motores e fusíveis. Sua característica principal é conectar todos os elevadores do lado CC do sistema a uma barra de distribuição comum. Dessa forma, cada elevador pode converter a energia CA em energia CC por meio de seu próprio inversor durante a operação e reaproveitá-la na barra. Os demais elevadores conectados à mesma barra podem utilizar plenamente essa energia, reduzindo o consumo total de energia do sistema e atingindo o objetivo de conservação de energia. Quando um dos elevadores apresenta defeito, basta desligar o disjuntor correspondente. Esse esquema apresenta as vantagens de estrutura simples, baixo custo, segurança e confiabilidade.
4. Aplicação de novos meios de tração
O meio de tração tradicional para elevadores é o cabo de aço, que consome muita energia devido ao peso e ao atrito do próprio cabo. A aplicação de tiras de aço revestidas com poliuretano, em substituição aos cabos de aço tradicionais, revoluciona o conceito de projeto dos elevadores convencionais, possibilitando a conservação de energia e o aumento da eficiência. As tiras de aço revestidas com poliuretano, com apenas 3 milímetros de espessura, são mais flexíveis e duráveis do que os cabos de aço tradicionais, com uma vida útil três vezes maior. A alta resistência e a elevada força de arrasto das tiras de aço revestidas com poliuretano permitem a miniaturização do motor principal. O diâmetro da roda de tração do motor principal pode ser reduzido para 100-150 milímetros. Combinado com a tecnologia de engrenagens sem ímãs permanentes, o volume da máquina de tração pode ser reduzido em 70% em comparação com os motores principais tradicionais, facilitando a implementação de um projeto sem casa de máquinas, o que resulta em grande economia de espaço e redução dos custos de construção. Atualmente, tanto o elevador Otis GEN2 quanto o elevador Xunda 3300AP adotaram essa tecnologia, que comprovadamente economiza até 50% de energia em comparação com os elevadores tradicionais. Além disso, o cabo de tração de fibra sintética sem núcleo de alta resistência da Xunda Elevator Company está atualmente em fase de verificação operacional e acredita-se que chegará ao mercado chinês em breve.
5. Tecnologia de velocidade variável
A tecnologia de elevadores com velocidade variável é outra tecnologia inovadora, econômica e ecologicamente correta, que surgiu nos últimos anos. A pesquisa e o desenvolvimento dessa tecnologia baseiam-se no potencial de economia de energia dos elevadores tradicionais. Durante a operação de elevadores tradicionais, a velocidade nominal é definida apenas quando a máquina de tração está em sua carga máxima, ou seja, quando a potência de saída da máquina de tração está no máximo, tanto com carga total quanto vazia. No entanto, quando há apenas cerca de metade dos passageiros presentes, devido ao equilíbrio da cabine com o contrapeso, a carga na máquina de tração é, na verdade, pequena, havendo ainda potência de saída excedente. Ou seja, apenas uma parte da potência da máquina de tração é utilizada. A tecnologia de elevadores de velocidade variável utiliza a energia residual, quando a carga é baixa, para aumentar a velocidade do elevador sob as mesmas condições de potência. A aplicação dessa nova tecnologia pode aumentar a velocidade máxima dos elevadores em até 1,6 vezes a velocidade nominal. A simulação demonstra que o tempo de espera dos passageiros foi reduzido em cerca de 12%. Isso não só diminui o tempo de espera e o tempo de viagem, que são os principais fatores de insatisfação dos passageiros, como também melhora a eficiência e o conforto da mobilidade. A melhoria na eficiência da mobilidade prolonga o tempo de espera dos elevadores, e as luzes internas podem ser desligadas, o que gera uma significativa economia de energia. Além disso, a tecnologia de elevadores de velocidade variável permite aumentar a velocidade do elevador em um nível sem alterar o modelo da máquina de tração, o que contribui significativamente para a redução de custos e o aumento da economia de energia.
6. Sistema de seleção de camadas objetivas
O sistema de controle Xunda M10 foi o primeiro a aplicar a tecnologia de seleção de andar de destino na China. Através de aprimoramento contínuo e inovação em pesquisa e desenvolvimento, seu conceito de uso foi aceito pela população chinesa e impulsionou a inovação contínua de empresas similares no setor. Seu sistema de nova geração, o Schindler ID, foi implementado em diversos edifícios de alto padrão na China (Edifício Nanjing Zifeng, Edifício PetroChina). Em termos simples, os elevadores tradicionais só selecionam o andar após entrar no elevador e informar o andar desejado. Durante os horários de pico, eles frequentemente param andar por andar, o que é ineficiente. No entanto, a aplicação de sistemas de seleção de andar de destino permite que as pessoas que se dirigem ao mesmo andar sejam organizadas antes de entrar no elevador, o que aumenta a eficiência. Combinando bancos de dados de software relevantes, tecnologia Bluetooth e sistemas de gerenciamento de condomínios, a chamada por cartão inteligente e a atribuição de elevadores são utilizadas para integrar verdadeiramente os elevadores em edifícios inteligentes. As áreas de atividade para as pessoas que entram no edifício são predefinidas, melhorando a eficiência da gestão e o nível de segurança do edifício e da comunidade.
7. Atualizar o sistema de iluminação da cabine do elevador e o sistema de exibição de andares.
Segundo informações relevantes, a substituição das lâmpadas incandescentes, fluorescentes e outras luminárias convencionais por diodos emissores de luz (LEDs) em elevadores pode gerar uma economia de energia de cerca de 90%, além de aumentar a vida útil das luminárias de 30 a 50 vezes em comparação com as convencionais. As lâmpadas de LED geralmente consomem apenas 1W, não geram calor e permitem diversos designs e efeitos visuais, tornando-as mais bonitas e elegantes. O elevador permanece em modo de espera, enquanto o sistema de exibição dos andares está sempre em funcionamento. A utilização da tecnologia de desligamento automático ou redução do brilho pela metade também contribui para a economia de energia.
8. Elevador movido a energia solar
Em comparação com elevadores comuns, os elevadores movidos a energia solar apresentam duas características marcantes: primeiro, a alimentação elétrica pode ser alternada automaticamente. Segundo, a adoção de novas tecnologias para redes ópticas complementares permite armazenar a energia solar e a energia elétrica gerada durante o funcionamento do elevador em baterias específicas. Após atingir determinados parâmetros, a rede elétrica deixa de fornecer energia, alternando automaticamente para o modo de alimentação por bateria, aproveitando ao máximo a energia solar e reciclando a energia elétrica.