Jak poprawić efektywność energetyczną wind

Podstawowe parametry wind to udźwig i szybkość przemieszczenia się, ale coraz istotniejsze dla użytkowników stają się walory użytkowe, a także efektywność energetyczna. Nowo instalowane lub modernizowane dźwigi, w zależności od rodzaju zastosowanego napędu, zużywają od 5% do 10% energii elektrycznej zasilającej budynek. Urządzenia te podlegają certyfikacji energetycznej, która uwzględnia 7 klas efektywności energetycznej (A-G).

ROZWIĄZANIA PRZYJAZNE ŚRODOWISKU

 

1. Redukcja zużycia zasobów

Duży wpływ ma zużycie energii elektrycznej ma jednostka napędowa dźwigu, ponieważ od tego zależą koszty eksploatacji, trwałość urządzeń, a także komfort jazdy, czyli łagodny start oraz dokładne i płynne zatrzymywanie na przystankach. W dźwigach elektrycznych najlepiej warunki te spełniają napędy bezreduktorowe zbudowane na silnikach synchronicznych stało magnetycznych, wyposażone w neodymowe magnesy trwałe. Silniki tego typu charakteryzują się bardzo wysoką sprawnością przekraczającą 95% i stanowią aktualnie najbardziej perspektywiczny napęd do dźwigów osobowych.

Dalsze oszczędności uzyskuje się, wyłączając oświetlenie kabiny, klimatyzację i inne urządzenia, które pobierają prąd elektryczny w momencie, gdy winda nie jest akurat używana. Uruchomienie funkcji stand-by po zatrzymaniu dźwigu służy zmniejszeniu poboru mocy czynnej na postoju. Co więcej, producent aparatury sterowej powinien przeanalizować stosowane aparaty pod względem energochłonności.

2. Redukcja produkowanych odpadów

Wytwórca dźwigu powinien zadbać o właściwą utylizację odpadów przemysłowych. Wzrost świadomości ekologicznej konsumentów odnosi pozytywny skutek i coraz więcej przemysłowców, w tym zajmujących się produkcją automatyki oraz maszyn obiera strategie ekologicznego rozwoju swoich przedsiębiorstw. Międzynarodowe Certyfikaty przyznawane firmom, które wdrożyły systemy zarządzania w organizacji to:

• PN-EN ISO 9001 – Systemy zarządzania jakością – Wymagania
• PN-EN ISO 14001– System zarządzania środowiskowego
• PN-N-18001 – Systemy zarządzania bezpieczeństwem i higieną pracy

3. Redukcja emisji substancji zanieczyszczających środowisko

Nowoczesne windy nie powinny zużywać oleju i zawierać substancji szkodliwych dla zdrowia, ani nie emitować zakłóceń magnetycznych. Problem emisji substancji zanieczyszczających środowisko naturalne dotyczy przede wszystkim dźwigów hydraulicznych.

JAK STEROWAĆ RUCHEM?

W wysokich budynkach, w których spodziewamy się największego natężenia ruchu w godzinach szczytu, aby skrócić czas oczekiwania, jak i samej jazdy, instaluje się kilka wind. Ich jazdę trzeba skoordynować w taki sposób, aby nie jeździły puste, ani przepełnione.

W celu zapewnienia optymalnego zużycia energii, należy unikać zbyt częstego zatrzymywania się dźwigów na przystankach. Jednocześnie pasażerowie nie powinni za długo czekać na windę, ani też spędzać w niej zanadto dużo czasu.

Natomiast gdy budynek wielopiętrowy obsługiwany jest przez jedno lub dwa/trzy urządzenia, stosuje się system sterowania ruchem „zbiorczość w dół”. Oznacza to, że winda z parteru zawozi pasażerów aż na najwyższe wskazane piętro, a następnie rozwozi mieszkańców zgodnie z wezwaniami z góry na dół (jak na powyższej grafice). Gdy kabina przekroczy 80% wartości maksymalnego obciążenia, winda nie zatrzyma się na przystankach, aby umożliwić jak najszybszy transport pasażerów.

W przypadku kilku wind, aparat sterujący powinien być tak zaprogramowany, aby tylko jedno urządzenie zatrzymywało się na żądanym przystanku. Dla dźwigów współpracujących w systemach grupowych, należy rozważyć wymianę starej aparatury sterującej, jeśli taka występuje – np. w dźwigach licencyjnych wyprodukowanych w latach 80. XX wieku – na kompatybilną z nowym oprogramowaniem sterowania ruchem.

 

Tabela I. Przewidywany przepływ ruchu w budynku, a rodzaj sterowania dźwigu osobowego.

Rodzaj budynku	Przewidywany przepływ ruchu	Kierunek transportu
Budynki mieszkalne	Komunikacja głównie między piętrami, a parterem	Zbiorczość dół
Biurowce, szpitale	Częsta komunikacja między poszczególnymi piętrami	Zbiorczość góra – dół

 

KLASYFIKACJA ENERGETYCZNA DŹWIGÓW

Parametry wpływające na efektywność energetyczną dźwigów:

Na postoju:

• rodzaj oświetlenia kabiny,
• sterowanie z wbudowanym trybem stand-by
  (wygaszanie oświetlenia kabiny, wyświetlaczy, falownika, napędów drzwi),

W trakcie jazdy:

• lekka konstrukcja dźwigu,
• obniżony współczynnik zrównoważenia dźwigu elektrycznego,
• odpowiednio dostosowana do budynku konstrukcja aparatury sterowej,
• rodzaj zastosowanego zespołu napędowego.

Normy i zalecenia:

1. Wytyczne VDI 4707 część 1 – Dźwigi – Efektywność energetyczna.
2. Norma PN-EN ISO 25745-1 – Charakterystyka energetyczna dźwigów, schodów i chodników ruchomych – Część 1: Pomiar zużycia energii i weryfikacja
3. Norma PN-EN ISO 25745-2 – Efektywność energetyczna dźwigów, schodów i chodników ruchomych – Część 2: Obliczanie energii i klasyfikacja dźwigów (wind)

Dzięki wytycznym Stowarzyszenia Niemieckich Inżynierów VDI 4707 można z dość dużą dokładnością oszacować pobór energii czynnej przez dźwig. Kluczową kwestią jest jednak odpowiedni wybór kategorii użytkowania dźwigu w zależności od rodzaju budynku, ilości przystanków i lokali itd. W założeniach do wyboru kategorii nie ma jednak mowy o tym, jak należy traktować dźwig jeżdżący w grupie. Do budynków mieszkalnych kategorii wysokiej i wysokościowej zalecany jest dobór odpowiednich urządzeń należących do klasy A lub B według VDI 4707.

 

Tabela II. Wpływ rodzaju zespoły napędowego na efektywność energetyczną dźwigów osobowych.

 

Rodzaj zespołu napędowego	Zespół napędowy	Zapotrzebowanie własne 𝑚𝑊ℎ/(𝑘𝑔∙𝑚)	Średni pobór mocy	Klasa zapotrzebowania na energię elektryczną
				na postoju	w trakcie jazdy	EFEKTYWNOŚĆ ENERGETYCZNA
Elektryczny	reduktorowy dwubiegowy	2,11*	4447 W **	A	E	C
	reduktorowy regulowany falownikiem	0,88 *	1431 W **	B	C	B
	bezreduktorowy z magnesami trwałymi	0,83 *	1245 W **	B	B	B
Hydrauliczny	z blokiem zaworów elektromechanicznym	6,09 *	4433 W **	B	G	D
	z blokiem zaworów regulowanym elektronicznie	5,99 *	5071 W **	B	G	D

* zapotrzebowanie własne na energię w trakcie jazdy, które określa ilość energii, wyrażoną w mWh, potrzebną na podniesienie masy 1 kg na wysokość 1 m w badanym dźwigu

** pomiary uzyskane w badaniu efektywności energetycznej dźwigów w zależności od rodzaju zastosowanego napędu opublikowanym na konferencji „Dźwigi w projektowaniu i eksplantacji”, 19-21.04.2017 r., Janów Podlaski

Technologia EKO technologią przyszłości

Pomiary efektywności energetycznej dźwigów wykazują, że dźwigi o klasie efektywności energetycznej A można wykonać tylko przy wykorzystaniu zespołu napędowego bezreduktorowego z magnesami trwałymi, najlepiej w połączeniu z układem odzysku energii, ale tylko wtedy, gdy dźwig spełnia określone warunki. W tego rodzaju silnikach duże znaczenie ma ilość par biegunów silnika i zawartość neodymu w magnesach.

Dostępność tego typu urządzeń na rynku przynosi oszczędności energetyczne przekraczające nawet 50%. Inwestor oszczędzając energię elektryczną, ma także szansę, aby odciążyć swój budżet, a uzyskane oszczędności przeznaczyć na bieżące potrzeby, jak np. remont klatki schodowej, ogrzewanie elewacji czy obsadzenie terenów zielonych.

Do wymogu wysokiej klasyfikacji energetycznej zawsze jednak warto podchodzić z rozwagą, ponieważ w niskich budynkach mieszkalnych winda jeździ zwykle sporadycznie – poniżej 5% czasu dobowego. Zgodnie z pomiarami w dźwigach 11-to przystankowych obsługujących budynki mieszkalne, czas jazdy jest niewiele wyższy i wynosi zaledwie 6-7% czasu dobowego. W takich przypadkach należy zatroszczyć się o niski pobór energii na postoju i nie warto dopuszczać lekkiej konstrukcji podatnej na dewastacje lub stosować dodatkowych układów elektroniki zwracających energię, ponieważ zysk będzie nie wielki albo koszty nigdy się nie zwrócą (w stanie spoczynku układ również pobiera energię).

Dźwig osobowy EkoWinda® to nowoczesne rozwiązanie zaprojektowane przez inżynierów Winda – Warszawa Sp. z o. o.  przeznaczone dla budynków mieszkalnych i komercyjnych. Stworzony został z myślą o zredukowaniu kosztów eksploatacji do minimum. Dzięki wykorzystaniu energooszczędnych podzespołów takich jak wciągarka bezreduktorowa, przemiennik częstotliwości, oświetlenie diodowe „typ Eko” oraz zastosowaniu trybu stand-by, zużycie energii elektrycznej przez windę zostało zredukowane o ponad 50 % w stosunku do zdecydowanej większości zainstalowanych dźwigów w Polsce. Dodatkowym atutem jest bezolejowa praca, co wpływa pozytywnie na środowisko, w którym mieszkamy.

Problem generowania energii biernej

Certyfikacja energetyczna ma na celu uświadomienie właścicielom instalacji dźwigowej stopnia energochłonności ich urządzeń. Twórcy systemu certyfikacji liczą na to, że użytkownicy będą wybierać dźwigi zużywające mniej energii czynnej. Produktem ubocznym wytwarzania energii czynnej najczęściej są gazy cieplarniane.

Niestety zupełnie niezauważonym problemem jest generowanie przez nowoczesne windy energii biernej pojemnościowej. Być może spowodowane jest to tym, że energia bierna generowana jest przez urządzenie, a nie wytwarzana w elektrowni, tym samym nie wpływa na emisję gazów cieplarnianych. Jest za to bardzo nielubiana przez dostawców energii, którzy muszą stosować grubsze przewody sieci dostawczej, większe transformatory itd. Z tego powodu koszt energii biernej jest ponad cztery razy większy niż energii czynnej.

Nawet w najpopularniejszej taryfie G11 mimo, że nowe liczniki nie wskazują stanu energii biernej to w praktyce mierzą jej ilość. Taka informacja jest przesyłana do zakładu energetycznego, a na właściciela nakładane są wysokie kary za przekroczenie limitów zapisanych w aneksie lub umowie z dostawcą energii.

Obecnie zakłady energetyczne instalują liczniki przystosowane do pomiaru energii biernej, a stare liczniki będą sukcesywnie wymieniane w ramach procesu legalizacji. Energia bierna nie jest uwzględniana w klasyfikacji efektywności energetycznej, lecz ze względu na coraz częstsze stosowanie liczników tej energii przez zakłady energetyczne, powinno dążyć się do jej zmniejszenia.

ZWROT ENERGII DO SIECI BUDYNKU

Kiedy winda elektryczna jedzie w dół, a masa jej obciążenia, czyli kabiny z ładunkiem, jest większa niż masa przeciwwagi, silnik hamuje. Podobnie jest wtedy, gdy pusta kabina przemieszcza się w górę. W niektórych okolicznościach, aby odzyskać energię, która w takich sytuacjach tracona jest na ciepło wydzielane do otoczenia, instaluje się specjalne układy zwrotu energii. Systemy te powodują, że prąd generowany przez napęd windy jest odsyłany do sieci elektrycznej budynku, a następnie wykorzystywany na bieżące potrzeby, np. oświetlenie klatki schodowej.

Jeśli właściciel nieruchomości lub jej zarządca chce zastosować system odzysku energii, musi on pamiętać, żWinda Warszawae technologia ta sprawdza się jedynie w budynkach o dużym natężeniu ruchu oraz w dźwigach o znacznym udźwigu.

W praktyce najlepsze efekty tego typu systemów odnotowuje się w dźwigach o wysokości podnoszenia powyżej 30 m. Co więcej, zastosowanie układu zwrotu energii jest opłacalne pod warunkiem, że system będzie zasilał sieć elektryczną budynku, a nie akumulatory, które są wykorzystywane tylko w przypadku awarii zasilania.

Wybór optymalnego rozwiązania

Przy wyborze dostawcy należy zachować duży rozsądek, ponieważ faktyczna różnica zużycia energii pomiędzy dźwigami klasy A i B jest znikoma. Warto też pamiętać, że zespół napędowy dźwigu o nieco wyższej mocy, niż oczekiwana, w praktyce wykazuje się dłuższą żywotnością ze względu na „zapas mocy”.

Systemy odzysku energii oferowane w „gratisie” do zamówienia mogą również okazać się problematyczne i po kilku latach ulec awarii. Ze względu na to, w przypadku budynków mieszkalnych o wysokości do 11-12 przystanków zaleca się stosowanie dźwigów o prostej konstrukcji bez dodatkowej elektroniki, niewymagających ponoszenia znacznych kosztów w trakcie kilkudziesięciu lat eksploatacji urządzenia.