Поставщики систем обратной связи по энергопотреблению лифтов напоминают, что использование вертикальных лифтов в высотных зданиях становится всё более популярным. Для достижения хорошего энергосберегающего эффекта в лифтах, можно сказать, предстоит пройти долгий путь. Помимо ежедневных усилий по управлению (таких как установка автоматических датчиков на лифтах в часы пониженной нагрузки), важнейшими являются технологические исследования и производственный процесс производственных предприятий. Согласно статистическим данным, энергопотребление привода лифта, перемещающего груз, составляет более 70% от общего энергопотребления лифта. Поэтому практическое применение энергосберегающих лифтов направлено на обновление и совершенствование систем привода и тяги, методов регулирования скорости лифта и методов управления.
1. Технология энергетической обратной связи
Технология обратной энергетической связи представляет собой процесс использования инвертора для преобразования постоянного тока преобразователя частоты в переменный и подачи его обратно в электросеть, когда двигатель находится в режиме генерации. Рабочие характеристики лифтов показывают, что половина их рабочего состояния приходится на режим генерации электроэнергии. Теоретически, энергосберегающий эффект технологии обратной энергетической связи должен быть очень высоким. Согласно неполной статистике, в настоящее время более 92% лифтов тратят эту энергию только впустую, используя рекуперативный нагрев. Согласно статистике почти 1,3 миллиона лифтов, эксплуатируемых по всей стране на начало 2011 года, если предположить, что средняя мощность каждого лифта составляет 15 кВт, а средняя мощность рекуперативного резистора — 5 кВт, это эквивалентно наличию в Китае электрической печи мощностью около 7 миллионов кВт, которая нагревается без использования. Какая расточительность! Технология обратной энергетической связи рассматривает входное электропитание лифтов как управляемый объект, что имеет множество преимуществ. В настоящее время эта технология широко используется несколькими производителями лифтов, и была разработана система обратной связи по мощности, которая позволяет возвращать электроэнергию, обработанную с помощью усовершенствованной технологии многократного выпрямления, в электросеть здания для использования другим электрооборудованием здания. Энергосберегающее устройство обратной связи для лифтов серии PFE представляет собой специализированный тормозной блок с обратной связью для лифтов. Оно эффективно преобразует рекуперированную электроэнергию, накопленную в конденсаторе инвертора лифта, в переменный ток и возвращает его в сеть, превращая лифт в экологичную «электростанцию» для питания другого оборудования, что обеспечивает экономию электроэнергии. Кроме того, замена резисторов, управляющих потреблением энергии, снижает температуру окружающей среды в машинном помещении и улучшает рабочую температуру системы управления лифтом, продлевая срок службы лифта. Машинное помещение не требует использования охлаждающего оборудования, такого как кондиционер, что косвенно экономит электроэнергию.
2. Технология VVVF (регулирование скорости с помощью переменного напряжения и частоты)
Технология VVVF широко используется в современных системах управления лифтовыми приводами переменного тока с регулированием скорости. Применение проверенной технологии VVVF в системах лифтовых приводов стало основным способом повышения эффективности управления лифтовыми приводами и качества их работы. Технология VVVF позволила отказаться от различных типов двухскоростных приводов переменного тока и заменить безредукторные приводы постоянного тока, что не только повышает эксплуатационные характеристики лифтов, но и эффективно экономит энергию и снижает потери. Ниже представлен анализ энергосберегающих характеристик лифтов VVVF на различных этапах работы лифта. Работу лифта можно упростить, разделив на три этапа: запуск, работа с постоянной скоростью и торможение.
(1) Пусковой этап: VVVF запускается в условиях низкой частоты, что обеспечивает низкий реактивный ток и значительно снижает общий пусковой ток и потребление энергии.
(2) Участок с постоянной скоростью: Энергопотребление лифтов с системой ACVV (регулирование напряжения и скорости) при работе с постоянной скоростью аналогично энергопотреблению лифтов с системой VVVF при полной и половинной нагрузке при движении подъёма. При небольшой нагрузке при подъёме (или при большой нагрузке при движении вниз), из-за эффекта обратного тяги, лифты с системой ACVV нуждаются в энергии из электросети для создания тормозного момента, в то время как лифты с системой VVVF работают в режиме рекуперативного торможения и не нуждаются в энергии из электросети.
(3) Тормозная секция: лифты ACVV обычно используют метод торможения с потреблением энергии в тормозной секции, который получает ток торможения от электросети, а ток преобразуется в тепловую энергию и потребляется в роторе двигателя. Для двигателей с более инерционными колесами ток торможения с потреблением энергии может достигать 60-80 А, а нагрев двигателя также относительно сильный. Лифты VVVF не требуют энергии от электросети во время фазы торможения, а электродвигатель работает в режиме рекуперативного торможения. Кинетическая энергия лифтовой системы преобразуется в электрическую энергию и потребляется внешним сопротивлением двигателя, что не только экономит энергию, но и предотвращает явление нагрева двигателя, вызванное током торможения.
Согласно расчётам, основанным на реальных эксплуатационных данных, лифты с частотно-регулируемым приводом (VVVF) позволяют экономить более 30% энергии по сравнению с лифтами с регулированием скорости ACVV. Система VVVF также позволяет повысить коэффициент мощности электросистемы, снизить мощность оборудования лифтовой линии и электродвигателей более чем на 30%. Исходя из вышеизложенного, лифты с частотно-регулируемым приводом (VVVF) обладают очевидными энергосберегающими характеристиками, что является новым направлением развития технологий регулирования скорости лифтов, а также обеспечивает значительные экономические и социальные преимущества.
3. Принцип и применение системы управления лифтом с шиной постоянного тока
В местах с высокой частотой использования лифтов одного лифта недостаточно, поэтому часто используются два или более лифтов одновременно. Таким образом, можно рассмотреть возможность возврата избыточной энергии, вырабатываемой одним или двумя лифтами во время выработки электроэнергии, на общую шину этих лифтов для достижения целей энергосбережения. Система управления лифтами с общей шиной постоянного тока обычно состоит из автоматических выключателей, контакторов, инверторов, двигателей и предохранителей. Её особенностью является подключение всех лифтов на стороне постоянного тока системы к общей шине. Таким образом, каждый лифт может преобразовывать переменный ток в постоянный через собственный инвертор во время работы и подавать его обратно на шину. Другие лифты на этой шине могут полностью использовать эту энергию, снижая общее энергопотребление системы и достигая цели энергосбережения. При неисправности одного из лифтов достаточно просто отключить воздушный выключатель на этом лифте. Эта схема обладает преимуществами простоты конструкции, низкой стоимости, безопасности и надёжности.
4. Применение новых тяговых средств
Традиционным тяговым средством для лифтов является стальной трос, потребляющий много энергии из-за веса и трения стального троса. Применение полиуретановой композитной стальной ленты вместо традиционного стального троса в лифтовой промышленности полностью меняет концепцию проектирования традиционных лифтов, делая возможным энергосбережение и эффективность. Полиуретановые стальные ленты толщиной всего 3 миллиметра более гибкие и долговечные, чем традиционные стальные тросы, со сроком службы в три раза больше, чем у традиционных стальных тросов. Высокая прочность и большое сопротивление полиуретановой стальной ленты обуславливают тенденцию к миниатюризации конструкции главного двигателя. Диаметр тягового колеса главного двигателя может быть уменьшен до 100-150 миллиметров. В сочетании с технологией безредукторного привода на постоянных магнитах, объем тягового механизма может быть уменьшен на 70% по сравнению с традиционными главными двигателями, что позволяет легко реализовать конструкцию без машинного отделения, значительно экономя пространство в здании и снижая затраты на строительство. В настоящее время эта технология применяется в лифтах Otis GEN2 и Xunda 3300AP, что, как доказано, позволяет экономить до 50% энергии по сравнению с традиционными лифтами. Кроме того, высокопрочный тяговый канат из синтетического волокна без сердечника компании Xunda Elevator Company в настоящее время проходит этап эксплуатационных испытаний и, как ожидается, выйдет на китайский рынок в ближайшем будущем.
5. Технология переменной скорости
Технология лифтов с переменной скоростью – ещё одна новая энергосберегающая и экологически чистая технология, появившаяся в последние годы. Исследования и разработки в области лифтов с переменной скоростью основаны на энергосберегающем потенциале традиционных лифтов. В процессе работы традиционных лифтов номинальная скорость устанавливается только при максимальной нагрузке тягового механизма, то есть при максимальной выходной мощности тягового механизма, как при полной загрузке, так и при порожнем состоянии. Однако, когда в кабине находится лишь около половины пассажиров, из-за того, что кабина уравновешена противовесом, нагрузка на тяговый механизм фактически невелика, и всё ещё остаётся излишек выходной мощности. Другими словами, используется лишь часть мощности тягового механизма. Технология лифта с переменной скоростью заключается в использовании остаточной мощности при низкой нагрузке для увеличения скорости лифта при тех же условиях мощности. Применение этой новой технологии позволяет увеличить максимальную скорость лифтов до 1,6 раз от номинальной скорости. Демонстрация моделирования показывает, что время ожидания пассажиров сократилось примерно на 12%. Это не только сокращает время ожидания лифта и время в пути, которыми больше всего недовольны пассажиры, но и повышает эффективность мобильности и комфорт. Повышение эффективности мобильности увеличивает время ожидания лифтов, а освещение лифтов может быть отключено, что имеет значительный энергосберегающий эффект. В то же время технология лифта с переменной скоростью позволяет увеличить скорость лифта на один уровень без изменения модели тяговой машины, что может сыграть важную роль в экономии затрат и энергии.
6. Система выбора объективных слоев
Система управления Xunda M10 стала первой в Китае, где была применена технология выбора этажа назначения. Благодаря постоянному совершенствованию и научно-исследовательским разработкам, её концепция использования была принята китайцами и привела к постоянным инновациям в отрасли. Система нового поколения Schindler ID была применена в нескольких элитных зданиях в Китае (здания Nanjing Zifeng и PetroChina). Проще говоря, традиционные лифты выбирают этаж только после входа в лифт и сообщают лифту, на какой этаж они хотят попасть. В часы пик они часто останавливаются этаж за этажом, что неэффективно. Однако применение систем выбора этажа назначения позволяет организовать людей, направляющихся на один и тот же этаж, перед посадкой в лифт, что может повысить эффективность. Благодаря сочетанию соответствующих программных баз данных, технологии Bluetooth и систем управления сообществом, вызов и назначение лифта по смарт-картам используются для полной интеграции лифтов в интеллектуальные здания. Зоны активности для персонала, входящего в здание, заранее определены, что повышает эффективность управления и уровень безопасности здания и сообщества.
7. Обновить систему освещения кабины лифта и систему отображения информации на этаже.
Согласно актуальной информации, использование светодиодных ламп вместо ламп накаливания, люминесцентных ламп и других осветительных приборов в кабинах лифтов позволяет сэкономить около 90% электроэнергии, а срок службы светильников в 30–50 раз превышает срок службы обычных светильников. Светодиодные лампы, как правило, имеют мощность всего 1 Вт, не нагреваются и позволяют создавать различные внешние дизайны и оптические эффекты, делая их красивыми и элегантными. Лифт находится в режиме ожидания, а система индикации на этаже постоянно работает. Использование технологии сна для автоматического отключения или уменьшения яркости вдвое также позволяет добиться энергосбережения.
8. Лифт на солнечной энергии
По сравнению с обычными лифтами, лифты, работающие на солнечной энергии, обладают двумя очевидными особенностями: во-первых, возможность автоматического переключения источника питания. Во-вторых, применение новых технологий для дополнительных оптических сетей. Солнечная энергия и электроэнергия, вырабатываемая лифтом, могут накапливаться в специальных аккумуляторах. При достижении определённых параметров электросеть не нуждается в дальнейшем питании, а автоматически переключается на питание от аккумуляторов, полностью используя солнечную энергию и повторно используя электроэнергию.