1、 Tình hình thang máy tại Trung Quốc và thang máy tại các bệnh viện tuyến cuối
1. Tình hình hiện tại của ngành thang máy Trung Quốc
Tính đến cuối năm 2017, tổng số thang máy tại Trung Quốc đã đạt khoảng 5,6 triệu chiếc, chiếm khoảng 70% tổng sản lượng toàn cầu. Sản lượng và quyền sở hữu thang máy hàng năm đứng đầu thế giới, đưa Trung Quốc trở thành quốc gia sản xuất và xuất khẩu thang máy lớn nhất thế giới.
However, due to historical reasons such as technological limitations and lagging energy-saving standards for elevators, although China's elevator energy-saving technology has reached the international leading level in some aspects, brands such as Tongli, Mitsubishi, Thyssen, Xunda, Hitachi, etc. have successively launched more energy-efficient permanent magnet synchronous gearless small machine room and non machine room elevators in recent years. However, the penetration rate of energy-saving elevators in the market is still very low. The penetration rate of permanent magnet synchronous gearless elevators that save more than 30% of electricity is less than 10%, and the penetration rate of elevators with built-in energy feedback devices that have a regenerative energy recovery rate of 30% is less than 2%. There is a huge energy-saving space in the entire elevator industry in China, and there is a huge market space for energy-saving elevators.
Current situation of elevator operation in tertiary hospitals
As the main and only rail transportation tool for vertically transporting patients and medical staff on different floors of hospitals, elevators in tertiary hospitals have the following characteristics:
① The number of elevators transported is huge
According to statistics, as of 2017, the average annual outpatient volume of tertiary hospitals in China has reached over 2 million people. Taking Wuxi People's Hospital as an example, in 2015, the annual outpatient volume of Wuxi People's Hospital reached 3.09 million, with an actual opening of 2000 beds. Among them, more than 90% of patients and accompanying personnel need to take elevators to reach designated departments or ward floors. In addition, there are logistics service personnel such as doctors, nurses, administrative management personnel, cleaning and security maintenance personnel in the hospital, making the actual transportation volume of hospital elevators huge.
The following figure shows the daily average number of starts for elevators in hospitals of different levels according to relevant departments' statistics. Among them, the daily average number of starts for elevators in tertiary hospitals in the region has already exceeded 2000 times per day.
The effect of using energy-saving equipment in hospital elevators
▲ Figure 1 Statistics of daily average startup times of elevators in hospitals of different scales
② The elevator has been in use for a long time
Due to the specific needs and service groups of hospital elevators, most medical elevators require 24-hour operation. Taking Wuxi People's Hospital as an example, there are a total of 38 Guangzhou Hitachi brand vertical elevators in Wuxi People's Hospital. Among them, 16 medical elevators in the inpatient department are in a busy operation state 24 hours a day, 365 days a year, except for normal maintenance time. The daily start-up time for outpatient and emergency departments is also more than 12 hours.
③ Elevators have high energy consumption during use
According to statistical data, the average daily electricity consumption of each elevator in a tertiary hospital ranges from 60kW. h to 100kW. h, with an average of 80kW. h/day. In addition, the energy consumption of air conditioning or fans in the machine room specifically used for elevator cooling in summer can reach a comprehensive daily electricity consumption of 100 kW. h/day during peak hours. Taking a tertiary hospital with 40 elevators as an example, the daily electricity consumption of elevators during peak summer hours can reach 4000 kW. h, which is astonishing.
④ High temperature in elevator machine room
Currently, 90% of elevators on the market are VVVF (Variable Frequency Variable Speed Control) elevators, of which only about 2% have built-in energy feedback devices and are high-efficiency energy-saving elevators. The remaining 98% of elevators waste the electricity generated during light load up, heavy load down, and level braking through the use of braking resistors and electric thermal conversion. After a large amount of electricity is converted into heat energy, the temperature in the elevator machine room rises sharply. If forced cooling measures are not taken in a timely manner, the elevator will self protect due to high temperature, resulting in emergency shutdown accidents, seriously affecting the normal operation of the elevator and passenger satisfaction.
Therefore, the national quality and technical supervision and inspection department requires that all elevator machine rooms must be equipped with high-power cooling equipment such as air conditioning and fans, and explicitly stipulates that if the temperature in the elevator machine room exceeds 40 ℃, air conditioning must be turned on for cooling.
⑤ High failure rate of elevator usage
High temperature is one of the main causes of aging and failure of electronic components, and also one of the main reasons for "trapped accidents" caused by emergency shutdowns of elevators during operation. According to the Guizhou sample statistics of elevator big data, the failure rate of trapped people in hospital elevators ranks first among all types of elevators at 9.18%, far exceeding the residential elevator failure rate of 3.44%. Statistics also show that over 95% of "trapped accidents" in elevators occur during hot summer weather, with the vast majority of elevators being caused by excessive use and inadequate cooling measures.
2、 Elevator Regenerative Energy Utilization Technology - Introduction to Electric Energy Feedback Device
The elevator electric energy feedback device is a specialized energy-saving device used for energy consumption braking VVVF elevators. It recovers the direct current electric energy converted from mechanical kinetic energy and gravitational potential energy during light load up, heavy load down, and level braking operation of the elevator. After DC/AC inversion, rectification, and filtering, it is transmitted to the local power grid for use by surrounding electrical equipment of the elevator.
Before the implementation of energy-saving renovation, the characteristic of VVVF elevators using energy consumption braking was not that they consumed a lot of energy, but that they generated a large amount of electricity but were not recycled. On the contrary, the available electrical energy was converted into heat energy and burned away in vain. The secondary problem caused by this was a sudden rise in temperature in the elevator machine room, which required the installation of specialized cooling equipment (air conditioning fans), otherwise it would affect the normal operation of the elevator. The operating energy consumption of cooling equipment itself is also an energy consumption. In elevator machine rooms with poor heat dissipation in summer, the operating energy consumption of elevator air conditioning can even exceed the operating energy consumption of the elevator itself, so energy waste is very serious.
The energy-saving transformation is carried out by using an elevator electric energy feedback device, without changing the original structure of the elevator. Only an energy recovery device is physically connected in parallel. The working voltage of the feedback device is lower than that of the elevator braking resistor, so the feedback device takes priority over the braking resistor and feeds back the electric energy to the grid for recycling in advance. Once the feedback device malfunctions, the DC bus voltage of the elevator will continue to rise, the elevator braking resistor will restart, and the elevator will automatically switch to the original non energy saving working state, but it will not affect the normal use of the elevator. Therefore, the elevator electric energy feedback device is safe. Mitsubishi's GPM-M series and OTIS's REGEN series elevators both come with energy feedback devices.
The effect of using energy-saving equipment in hospital elevators
▲ Figure 2 Working principle diagram of elevator electric energy feedback device
The energy conversion rate of the elevator energy feedback device can reach 97%, with a direct energy-saving rate between 15% and 45%, and an average energy-saving rate of 30%. The highest energy-saving rate measured in hospital energy-saving projects is 51%.
Sau khi áp dụng thiết bị phản hồi năng lượng thang máy, toàn bộ năng lượng điện được chuyển đổi từ cơ năng và thế năng sẽ được tái chế. Điện trở hãm nguồn nhiệt chính trong phòng máy thang máy sẽ ngừng hoạt động và không còn sinh nhiệt nữa. Nhờ đó, nhiệt độ trong phòng máy thang máy có thể giảm đáng kể. Điều hòa không khí vốn phải bật liên tục để làm mát thang máy giờ đây có thể được bật/tắt ít hơn, giúp tiết kiệm năng lượng thứ cấp bằng cách tiết kiệm điện năng và chi phí điện năng cho điều hòa.
Ngoài ra, do điện trở hãm nguồn nhiệt chính trong phòng máy thang máy ngừng hoạt động, nhiệt độ trong phòng máy đã giảm đáng kể, môi trường làm việc của thang máy được cải thiện. Thang máy có thể tránh được sự cố do dừng khẩn cấp nhờ cơ chế tự bảo vệ khi nhiệt độ cao. Sau khi môi trường phòng máy thang máy được cải thiện, tốc độ lão hóa của các linh kiện điện tử trên bảng mạch thang máy sẽ chậm lại, tỷ lệ hỏng hóc thang máy sẽ giảm đáng kể, chi phí bảo trì thang máy cũng giảm theo; đồng thời, tuổi thọ thực tế của thang máy cũng được kéo dài tương ứng.
3、 Phân tích lợi ích sau khi áp dụng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo thang máy
Dựa trên kết quả điều tra các trường hợp tiết kiệm năng lượng thành công của thang máy tại các bệnh viện cùng cấp, kết hợp với hiệu quả tiết kiệm năng lượng rõ rệt từ việc thử nghiệm thang máy tại Bệnh viện Nhân dân Vô Tích, Bệnh viện Nhân dân Vô Tích đã tiến hành cải tạo tiết kiệm năng lượng cho 33 thang máy y tế VVVF đáp ứng các điều kiện cải tạo tiết kiệm năng lượng bằng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo và có giá trị đầu tư theo hai đợt. Thiết bị phản hồi năng lượng thang máy đã được lắp đặt, và hiệu quả tiết kiệm năng lượng là đáng kể. Kết quả như sau:
① Hiệu quả tiết kiệm năng lượng
Kết quả thử nghiệm sau khi cải tạo tiết kiệm năng lượng cho thấy việc sử dụng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo để cải tạo tiết kiệm năng lượng đã mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể cho thang máy, với tỷ lệ tiết kiệm năng lượng thử nghiệm mẫu là 34,33% và tỷ lệ tiết kiệm năng lượng trung bình là 30%. Đồng thời, nhiệt độ trong phòng máy thang máy giảm đáng kể, nhiệt độ của điện trở phanh giảm từ 191,6℃ xuống còn 27,0℃. Tỷ lệ sự cố trong vận hành thang máy cũng cho thấy xu hướng giảm rõ rệt, toàn bộ dự án đã đạt được mục tiêu đạt hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng, đồng thời đảm bảo thang máy vận hành êm ái và an toàn.
Bảng 1: Hồ sơ tại chỗ về thử nghiệm hiệu quả tỷ lệ tiết kiệm năng lượng cho dự án
Hiệu quả của việc sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng trong thang máy bệnh viện
② Thu nhập đầu tư
Dự án tiết kiệm năng lượng này có thể thu hồi toàn bộ khoản đầu tư tiết kiệm năng lượng trong khoảng 2 năm. Tuổi thọ thiết kế của thiết bị là 15 năm, và 13 năm lợi ích tiết kiệm năng lượng còn lại chính là lợi nhuận ròng của bệnh viện.
③ Lợi ích về môi trường
Sau khi triển khai dự án tiết kiệm năng lượng này, có thể tiết kiệm cho đất nước khoảng 1980 tấn than thô, giảm lượng khí thải carbon dioxide khoảng 5,1876 triệu kg, giảm lượng khí thải sulfur dioxide khoảng 16830 kg và giảm lượng khí thải nitơ oxit khoảng 14652 kg.
Bảng 2 Tính toán lợi ích môi trường của dự án
Hiệu quả của việc sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng trong thang máy bệnh viện
4、 Kết luận
Là một phương tiện vận chuyển đường sắt quan trọng trong bệnh viện, việc vận hành an toàn và trơn tru của thang máy y tế liên quan đến hiệu quả và hình ảnh của hoạt động bệnh viện, cũng như tốc độ cứu sống bệnh nhân. Do đó, việc đảm bảo thang máy y tế vận hành an toàn và trơn tru trong môi trường làm việc tốt có ý nghĩa vô cùng quan trọng.
Do các lý do lịch sử như yêu cầu tiết kiệm năng lượng, tiêu chuẩn ngành và hạn chế kỹ thuật, tỷ lệ các cơ sở công lập như bệnh viện tuyến cuối sử dụng thang máy với công nghệ tiết kiệm năng lượng như công nghệ tái tạo năng lượng và công nghệ không hộp số đồng bộ nam châm vĩnh cửu còn tương đối thấp. Hầu hết thang máy bệnh viện tuyến cuối có đặc điểm là nhiệt độ môi trường làm việc cao, tiêu thụ năng lượng cao trong quá trình vận hành và tỷ lệ hỏng hóc cao trong quá trình vận hành.
Dựa trên kinh nghiệm của Bệnh viện Nhân dân Vô Tích trong việc triển khai cải tạo thang máy tiết kiệm năng lượng bằng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo trong một thời gian, chúng tôi khuyến nghị các đồng nghiệp nên ưu tiên lựa chọn thang máy hiệu suất cao, sử dụng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo và công nghệ không hộp số đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong quá trình xây dựng, mở rộng và cải tạo bệnh viện. Đối với các tòa nhà hiện có trong bệnh viện, chúng tôi khuyến nghị các bệnh viện nên lựa chọn các công ty dịch vụ tiết kiệm năng lượng có kinh nghiệm và trình độ chuyên môn về cải tạo, đồng thời tiến hành cải tạo thang máy một cách khoa học bằng cách lắp đặt thiết bị phản hồi năng lượng điện trên cơ sở đảm bảo an toàn, nhằm tiết kiệm năng lượng tiêu thụ khi vận hành thang máy, giảm chi phí vận hành bệnh viện và hướng đến một bệnh viện xanh.