Dobavitelji povratnih informacij o porabi energije v dvigalih vas opominjajo, da je uporaba vertikalnih dvigal v visokih stavbah vse bolj priljubljena. Za doseganje dobrih učinkov varčevanja z energijo pri dvigalih je treba reči, da je pred nami še dolga pot. Poleg vsakodnevnih prizadevanj za upravljanje (kot je namestitev avtomatskih senzorjev na dvigala v času izven prometnih konic) je najpomembnejši tehnološki razvoj in proizvodni proces proizvodnih podjetij. Statistični podatki kažejo, da poraba energije pogonskega gostitelja dvigala, ki vleče tovor, predstavlja več kot 70 % celotne porabe energije dvigala. Zato je praktični poudarek delovanja energetsko varčnih dvigal v posodobitvi in izboljšanju pogonskih in vlečnih sistemov, metod regulacije hitrosti dvigal in metod krmiljenja.
1. Tehnologija povratne zanke z energijo
Tehnologija energijske povratne zanke je postopek uporabe razsmernika za pretvorbo enosmerne strani frekvenčnega pretvornika v izmenično energijo in njeno vračanje v električno omrežje, ko je motor v stanju proizvodnje energije. Iz delovnih značilnosti dvigal je razvidno, da je polovica njihovega obratovalnega stanja v stanju proizvodnje energije. Teoretično bi moral biti učinek tehnologije energijske povratne zanke na varčevanje z energijo zelo dober. Glede na nepopolne statistične podatke trenutno več kot 92 % dvigal to energijo zapravlja le v obliki regenerativnega uporovnega ogrevanja. Na podlagi statističnih podatkov o skoraj 1,3 milijona dvigal v uporabi po vsej državi v začetku leta 2011, ob predpostavki, da je povprečna moč vsakega dvigala 15 kW in povprečna moč regenerativnega upora 5 kW, je to enakovredno električni peči z močjo približno 7 milijonov kW na Kitajskem, ki se segreva brez uporabe. Kakšna potrata! Tehnologija energijske povratne zanke obravnava vhodno napajanje dvigal kot nadzorovan objekt, kar ima številne prednosti. Trenutno se ta tehnologija pogosto uporablja pri več proizvajalcih dvigal, razvit pa je bil tudi sistem povratne zanke za porabo energije, ki omogoča, da se elektrika, obdelana z napredno tehnologijo večkratnega usmerjanja, vrne v električno omrežje stavbe za uporabo v drugi električni opremi v stavbi. Naprava za varčevanje z energijo s povratno zanko za dvigala serije PFE je namenska zavorna enota s povratno zanko za dvigala. Učinkovito lahko pretvori regenerirano električno energijo, shranjeno v kondenzatorju inverterja dvigala, v izmenični tok in jo pošlje nazaj v omrežje, s čimer dvigalo spremeni v zeleno "elektrarno" za napajanje druge opreme in ima učinek varčevanja z električno energijo. Poleg tega se z zamenjavo uporov za porabo energije zniža temperatura okolice v strojnici in izboljša delovna temperatura krmilnega sistema dvigala, kar podaljša življenjsko dobo dvigala. Strojnica ne potrebuje uporabe hladilne opreme, kot je klimatska naprava, kar posredno prihrani električno energijo.
2. Tehnologija VVVF (Variable Voltage Variable Frequency Speed Control)
Tehnologija VVVF se pogosto uporablja v sodobnih sistemih za krmiljenje pogonov dvigal z izmeničnim tokom. Uporaba zrele tehnologije VVVF v sistemih za pogon dvigal je danes postala glavni način za izboljšanje delovanja pogona dvigala in izboljšanje kakovosti delovanja dvigala. Tehnologija VVVF je odpravila različne vrste dvohitrostnih pogonov za krmiljenje hitrosti izmeničnih motorjev in nadomestila enosmerne brezgonske pogone, kar ne le izboljša obratovalno zmogljivost dvigal, temveč tudi učinkovito prihrani energijo in zmanjša izgube. V nadaljevanju je analizirana učinkovitost varčevanja z energijo dvigal VVVF glede na različne faze delovanja dvigala. Delovanje dvigala lahko poenostavljeno razdelimo na tri faze: zagon, delovanje z enakomerno hitrostjo in zaviranje.
(1) Začetna faza: VVVF se zažene pri nizkih frekvencah, kar ima za posledico nizek reaktivni tok in močno zmanjša skupni zagonski tok in porabo energije.
(2) Območje s stalno hitrostjo: Energija, ki jo porabijo dvigala z regulacijo napetosti in hitrosti ACVV (ACVV) med delovanjem s stalno hitrostjo, je podobna energiji dvigal z regulacijo VVVF pri polni in polovični obremenitvi navzgor. Pri lahki obremenitvi navzgor (ali težki navzdol) morajo dvigala ACVV zaradi učinka povratnega vleka pridobivati energijo iz električnega omrežja za ustvarjanje zavornega navora, medtem ko dvigala VVVF delujejo v regenerativnem zaviranju in ne potrebujejo energije iz električnega omrežja.
(3) Zavorni del: Dvigala ACVV običajno uporabljajo metodo zaviranja s porabo energije v zavornem delu, pri čemer se zavorni tok pridobiva iz električnega omrežja, ta pa se pretvori v toplotno energijo, ki se porabi v rotorju motorja. Pri motorjih z večjimi vztrajnostnimi kolesi lahko zavorni tok doseže 60–80 A, segrevanje motorja pa je prav tako relativno močno. Dvigala VVVF med fazo zaviranja ne potrebujejo energije iz električnega omrežja, elektromotor pa deluje v regenerativnem zaviranju. Kinetična energija dvigalnega sistema se pretvori v električno energijo, ki jo porabi zunanji upor motorja, kar ne le prihrani energijo, temveč tudi prepreči segrevanje motorja zaradi zavornega toka.
Glede na dejanske izračune delovanja lahko dvigala, ki jih krmili VVVF, prihranijo več kot 30 % energije v primerjavi z dvigali z regulacijo hitrosti ACVV. Sistem VVVF lahko tudi izboljša faktor moči električnega sistema in zmanjša zmogljivost opreme dvigalnega voda in elektromotorjev za več kot 30 %. Na podlagi zgoraj navedenega je razvidno, da imajo dvigala z regulacijo hitrosti s spremenljivo frekvenco VVVF očitne lastnosti varčevanja z energijo, kar predstavlja smer razvoja regulacije hitrosti dvigal, ter prinaša znatne gospodarske in družbene koristi.
3. Načelo in uporaba sistema za krmiljenje dvigal z enosmernim tokom
Na mestih, kjer se dvigala pogosto uporabljajo, eno dvigalo ni dovolj, zato se pogosto uporabljata dve ali več dvigal hkrati. Na ta način se lahko razmisli o tem, da se presežna energija, ki jo med proizvodnjo energije ustvari eno ali dve dvigali, vrača na skupno zbiralko, da se dosežejo cilji varčevanja z energijo. Krmilni sistem dvigal z enosmernim tokom je običajno sestavljen iz odklopnikov, kontaktorjev, razsmernikov, motorjev in varovalk. Njegova značilnost je, da vsa dvigala na enosmerni strani sistema priključi na skupno zbiralko. Na ta način lahko vsako dvigalo med delovanjem pretvori izmenični tok v enosmerni tok prek svojega razsmernika in ga dovaja nazaj na zbiralko. Druga dvigala na zbiralki lahko to energijo v celoti izkoristijo, kar zmanjša skupno porabo energije sistema in doseže cilj varčevanja z energijo. Ko eno od dvigal ne deluje pravilno, preprosto izklopite zračno stikalo na tem dvigalu. Ta shema ima prednosti preproste strukture, nizkih stroškov ter varnosti in zanesljivosti.
4. Uporaba novih vlečnih medijev
Tradicionalni vlečni medij za dvigala je jeklena vrv, ki zaradi teže in trenja porabi veliko energije. Uporaba poliuretanskega kompozitnega jeklenega traku namesto tradicionalne jeklene vrvi v industriji dvigal popolnoma spodkopava koncept zasnove tradicionalnih dvigal, kar omogoča varčevanje z energijo in učinkovitost. Poliuretanski jekleni trakovi debeline le 3 milimetre so bolj prožni in trpežni kot tradicionalne jeklene vrvi, njihova življenjska doba pa je trikrat daljša od življenjske dobe tradicionalnih jeklenih vrvi. Visoka žilavost in velika sila upora poliuretanskega jeklenega traku povzročata, da je zasnova glavnega motorja nagnjena k miniaturizaciji. Premer vlečnega kolesa glavnega motorja se lahko zmanjša na 100–150 milimetrov. V kombinaciji s tehnologijo brez zobnikov s trajnimi magneti se lahko prostornina vlečnega stroja zmanjša za 70 % v primerjavi s tradicionalnimi glavnimi motorji, kar olajša zasnovo brez strojnice, kar močno prihrani prostor v stavbi in zmanjša stroške gradnje. Trenutno tako dvigalo Otis GEN2 kot dvigalo Xunda 3300AP uporablja to tehnologijo, za katero je bilo dokazano, da prihrani do 50 % energije v primerjavi s tradicionalnimi dvigali. Poleg tega je visoko trdna vlečna vrv iz sintetičnih vlaken brez jedra podjetja Xunda Elevator Company trenutno v fazi operativnega preverjanja in naj bi v bližnji prihodnosti vstopila na kitajski trg.
5. Tehnologija spremenljive hitrosti
Tehnologija dvigal s spremenljivo hitrostjo je še ena nova energetsko varčna in okolju prijazna tehnologija, ki se je pojavila v zadnjih letih. Raziskave in razvoj tehnologije dvigal s spremenljivo hitrostjo temeljijo na potencialu varčevanja z energijo tradicionalnih dvigal. Med delovanjem tradicionalnih dvigal se nazivna hitrost nastavi le, ko je vlečni stroj pri največji obremenitvi, torej ko je izhodna moč vlečnega stroja največja, tako pri polni kot prazni obremenitvi. Ko pa je prisotnih le približno polovica potnikov, je zaradi dejstva, da je ohišje uravnoteženo s protiutežjo, obremenitev vlečnega stroja dejansko majhna in še vedno obstaja presežek izhodne moči. To pomeni, da se porabi le del moči vlečnega stroja. Tehnologija dvigal s spremenljivo hitrostjo "je uporaba preostale moči pri nizki obremenitvi za povečanje hitrosti dvigala pod enakimi pogoji moči. Uporaba te nove tehnologije lahko poveča največjo hitrost dvigal na 1,6-kratnik nazivne hitrosti. Simulacijska demonstracija kaže, da se je čas čakanja potnikov zmanjšal za približno 12 %. To ne le skrajša čas čakanja dvigala in čas vožnje, s katerim so potniki najbolj nezadovoljni, ampak tudi izboljša učinkovitost in udobje mobilnosti. Izboljšanje učinkovitosti mobilnosti podaljša čas pripravljenosti dvigal, osvetlitev dvigal pa se lahko izklopi, kar ima pomemben učinek varčevanja z energijo. Hkrati lahko tehnologija dvigal s spremenljivo hitrostjo poveča hitrost dvigala za eno stopnjo, ne da bi povečala model vlečnega stroja, kar lahko igra pomembno vlogo pri prihranku stroškov in energije.
6. Sistem za izbiro objektivnih plasti
Krmilni sistem Xunda M10 je bil prvi na Kitajskem, ki je uporabil tehnologijo izbire ciljnega nadstropja. Z nenehnim izboljševanjem ter inovacijami na področju raziskav in razvoja je kitajsko ljudstvo sprejelo njegov koncept uporabe in je vodil do nenehnih inovacij privržencev v panogi. Njegov sistem Schindler ID nove generacije je bil uporabljen v več luksuznih stavbah na Kitajskem (stavba Nanjing Zifeng, stavba PetroChina). Preprosto povedano, tradicionalna dvigala izberejo nadstropje šele po vstopu vanj in ga obvestijo, v katero nadstropje želijo iti. V času prometnih konic se pogosto ustavljajo plast za plastjo, kar je neučinkovito. Vendar pa uporaba sistemov za izbiro ciljnega nadstropja omogoča, da se ljudje, ki gredo v isto nadstropje, organizirajo pred vstopom v dvigalo, kar lahko izboljša učinkovitost. Z združevanjem ustreznih programskih podatkovnih baz, tehnologije Bluetooth in sistemov za upravljanje skupnosti se klicanje pametnih kartic in dodeljevanje dvigal uporabljata za resnično integracijo dvigal v pametne stavbe. Območja aktivnosti za osebje, ki vstopa v stavbo, so vnaprej določena, kar izboljšuje učinkovitost upravljanja in raven varnosti stavbe in skupnosti.
7. Posodobite sistem razsvetljave kabine dvigala in sistem talnega prikaza
Glede na ustrezne informacije lahko uporaba LED svetlečih diod za posodobitev pogosto uporabljenih žarnic z žarilno nitko, fluorescenčnih sijalk in drugih svetil v kabinah dvigal prihrani približno 90 % porabe razsvetljave, življenjska doba svetil pa je 30- do 50-krat daljša od običajnih svetil. LED svetila imajo običajno moč le 1 W, se ne segrevajo in lahko dosežejo različne zunanje oblike in optične učinke, zaradi česar so lepa in elegantna. Dvigalo je v stanju pripravljenosti, sistem prikaza na tleh pa je vedno v delovnem načinu. Uporaba tehnologije spanja za samodejni izklop ali zmanjšanje svetlosti za polovico lahko prav tako doseže cilje varčevanja z energijo.
8. Dvigalo na sončno energijo
V primerjavi z običajnimi dvigali imajo dvigala, ki jih napaja sončna energija, dve očitni značilnosti: prvič, napajanje se lahko samodejno preklaplja. Druga je uporaba novih tehnologij za komplementarna optična omrežja. Sončno energijo in električno energijo, ki nastane med delovanjem dvigala, je mogoče shraniti v posebnih baterijah. Ko so doseženi določeni parametri, električno omrežje ne potrebuje nadaljnjega napajanja, temveč samodejno preklopi v stanje napajanja iz baterij, pri čemer v celoti izkorišča sončno energijo in reciklira električno energijo.