بحث انرژی را از دو دیدگاه اقتصادی و زیست محیطی دارای اهمیت است. در ساختمانهای مدرن و امروزی آسانسور 5 تا 15 درصد انرژی مصرفی ساختمان را به خود اختصاص میدهد و بقیه مصرف به سیستم هایی چون تهویه مطبوع روشنایی و … اختصاص پیدا می کند. گرچه درصد مصرف انرژی آسانسور در کنار سیستم های موجود دیگر در ساختمان کم است ولی می توان با طراحی مناسب برای آسانسور در کنار بهینه سازی مصرف سایر سیستمها انرژی مصرفی ساختمان را تا حد امکان کاهش داد.
هر سیستمی با توجه به طراحی آن سطح خاصی از مصرف انرژی را به خود اختصاص می دهد. در این بخش چهار نوع رایج در طراحی آسانسور ها را بررسی میکنیم این چهار سیستم عبارتند از : سیستمهای هیدرولیک ، تک سرعته یا دو سرعته ، سیستم های مجهز به درایو های ACVV و سیستم های مجهز به درایو های VVVF .
این سیستم ها وزنه تعادل ندارند و در اکثر آنها موتور فقط در جهت بالا کار میکند و آسانسور در جهت پایین به نیروی موتور نیازی ندارد. هنگام حرکت در جهت بالا انرژی بصورت انرژی پتانسیل ذخیره میشود و در جهت پایین بخش عمده ای از آن به حرارت تبدیل میشود. به دلایل ذکر شده این سیستم نسبت به سیستم هایی که بررسی خواهند شد کارایی کمتری دارد.
در این سیستم ها از موتورهایی استفاده می شود که دارای دو سیم پیچ برای سرعتهای تند و کند هستند . سیم پیچ دوم میتواند سرعتی معادل 4/1 سرعت نهایی موتور را به سیستم اعمال کند. در این سیستم ها جهت کاهش لرزش در تغییر سرعتها معمولا از یک فلایویل سنگین استفاده می شود . فلایویل ها انرژی زیادی را در خود ذخیره می کند و سپس تلف می نماید که همین امر کارایی سیستم را پایین می آورد . گاهی اوقات برای نرم کردن سیستم در تغییر سرعتها از مقاومت استفاده میکنند که این امر نیز مانند استفاده از فلایویل انرژی زیادی را تلف می نماید. به دلایل ذکر شده تلفات انرژی اینگونه سیستم ها بالاست و از این رو به عنوان یک سیستم با کارایی پایین شناخته می شود.
این درایوها با موتورهایی که دارای دو سیم پیچ هستند کار می کنند. ولتاژ استاتور موتور به کمک تریستورهای موجود در درایو کنترل می شود همچنین جریان DC تزریقی به سیم پیچ دور کند موتور نیز توسط درایو کنترل می شود . در درایو های ACVV هنگامی که سرعت کاهش می یابد گشتاور نیز کاهش می یابد بنابراین سیستم ناپایدار می شود و در نتیجه مراحل استارت و استپ با راندمان خوبی صورت نمیگیرد این سیستم همچنین برای کاهش سرعت باید ولتاژ را کاهش دهد که این امر با افزایش زاویه آتش تریستورها همراه خواهد بود. در این حالت هارمونیهای زیادی به سیم پیچ موتور اعمال می گردد که این هارمونیها هیچ فایده ای برای عملکرد موتور ندارند و فقط باعث تولید حرارت بیشتر در موتور میشوند.
این نوع درایوها با تغییر ولتاژ و فرکانس کنترل سرعت را انجام میدهند و یک شکل موج شبیه سینوسی را در هر سرعتی تولید می کنند .کلیه مشکلات ذکر شده در سیستم های قبلی در این سیستم رفع و به میزان قابل ملاحظه ای از حرارت موتور کاسته شده است تا جاییکه در طراحی موتورهای VVVF فن خنک کننده تعبیه نشده است. سیستم VVVF کارایی بالایی در سیستمهای آسانسوری دارد. نسبت مستقیم مصرف انرژی با سرعت آسانسور است یعنی با افزایش سرعت انرژی مصرفی نیز افزایش می یابد.
آسانسورهای دو سرعته برای سیستم های بالاتر از M/S 1 پیشنهاد نمی گردد چون از لحاظ مصرف انرژی کارایی پایینی دارند حتی استفاده از این نوع آسانسورها برای سرعتهای کمتر از 1M/S نیز بهینه نیست . اگر یک آسانسور کششی با موتور دو سرعته 100درصد انرژی را مصرف کند یک سیستم ACVV 10درصد و یک سیستم VVVF 50 در صد آن را مصرف میکند.
نوع سیستم پیشنهادی | سرعت آسانسور |
VVVF/AC/SP | V‹=1 |
VVVF/ACVV | 1‹V‹=3 |
VVVF | V›=3 |
جدول شماره 1
TP
(seconds) |
تعداد توقف | نوع سیستم | |
6 | کمتر از 6 توقف | Without counterweight | hydraulic |
5/10 | 6 | AC2-speed | geared |
5/8 | 12 | ACVV(HIGHT MASS) | |
5/6 | 12 | ACVV(LOW MASS) |
جدول شماره 2
سیکل کامل حرکتی شامل استارت آسانسور و حرکت با شتاب مثبت و حرکت با سرعت ثابت و حرکت با شتاب منفی و توقف است. با توجه به اینکه میزان انرژی مصرفی با سطح زیر منحنی جریان متناسب است energy∞∫I(t).dt دیده میشود که بیشترین زمان مصرف انرژی برای سیستم های فوق در لحظه شروع بعد حرکت و در لحظه دور اندازی و توقف است. یک سیستم آسانسوری پیوسته در حال استارت و توقف می باشد و در اکثر زمانها در مرحله ای است که بیشترین مصرف جریان را دارد و استفاده از سیستم هایی که در مراحل فوق جریان مصرفی کمتری دارند بهینه است . این جریان برای آسانسورهای مجهز به درایو VVVF بسیار کمتر از سایر سیستم هاست و همین عامل باعث صرفه جویی 50درصدی انرژی در اینگونه سیستمها می شود.
Schroeder یک فرمول کلی برای محاسبه انرژی روزانه یک آسانسور ارائه داده است. پایه و اساس این فرمول TP (Typical trip time) است . این عامل به تعداد توقف نوع کنترل موتور و سرعت آسانسور وابسته است. این فرمول به شرح ذیر است:
E= (RₓSTₓTP)/3600
پارامترهای مختلف عبارتند از:
انرژی مصرف شده : E(Day/KWH)
قدرت موتور : R(KW)
تعداد استارت ها در هر روز : ST
برای درک بهتر به مثال زیر توجه کنید:
یک آسانسور دو سرعته با موتور 7/5KW با 1440 استارت در روز را در نظر بگیرید. میزان انرژی مصرفی را بدست آورید؟
E= (RₓSTₓTP)/3600
5/31 کیلو وات ساعت در روز مصرف انرژی آسانسور فوق است. اگر بطور تقریبی کاهش مصرف انرژی در سیستم VVVF را 40 تا 50 درصد در نظر بگیرید در مثال فوق مصرف انرژی روزانه به 5/12 کیلووات ساعت کاهش می یابد. برای اینکه بتوان اعداد و ارقام فوق را با ارزش ریالی تبدیل کرد کافی است.
هزینه ( ریال ) | اطلاعات تکنیکی | |||||
میزان صرفه جویی انرژی | میزان مصرف انرژی در سال | سیستم کنترل | موتور | سیستم کنترل | جریان نامی | توان موتور |
5053200 | 12633000 | 000/000/5 | X | 2-Speed | 12 | 5/5 |
7579800 | 000/000/14 | X | VVVF | |||
6900000 | 17250000 | 000/000/5 | Y | 2-Speed | 17 | 5/7 |
10350000 | 000/000/16 | Y | VVVF | |||
10106400 | 25266000 | 000/000/5 | Z | 2-Speed | 2 | 11 |
15159600 | 000/000/20 | Z | VVVF |
جدول شمار 3
جدول شماره 3 هزینه های مورد نظر را بطور تقریبی نشان میدهد. همانطور که ذکر شد مقادیر جدول فوق تقریبی است و فقط جهت ملموس نمودن کاهش مصرف انرژی بیان شده است . میزان مصرف انرژی برای آسانسوری با 1500 استارت در روز با توانهای مختلف در نظر گرفته شده است . در جدول فوق برای موتور قیمت تعیین نشده است چون از موتورهای دو سرعته نیز می توان برای سیستم های مجهز به درایو VVVF استفاده نمود. اگر سیستم VVVF انتخاب شود نیاز به فن موتور نیست و در طراحی موتورهای VVVF فن موتور حذف شده است . اگر نسبت افزایش هزینه های لازم جهت مجهز کردن سیستم به درایو VVVF را به میزان انرژی صرفه جویی شده محاسبه نمایید دیده میشود که بعد از گذشت حدود 1 الی 2 سال هزینه پرداختی برای خرید یک سیستم VVVF جبران میگردد.
علاوه بر موارد ذکر شده عوامل دیگری به شرح زیر میتواند در کاهش مصرف انرژی در آسانسور کمک کنند:
1.انتخاب مناسب موتور
2.کاهش اینرسی سیستم ( فلایویل و سایر جرمهای حرکتی )
3.نوع گیربکس( WORM GEAR از سایر گیربکسها کارایی پایینتری دارد)
4.استفاده از انرژی تولیدی در مراحل ژنراتوری موتور آسانسور
5.تعداد استارتها و روش کنترل ترافیک
انتخاب روشهای مناسب در مرحله طراحی و اجرای صحیح آنها در دیدگاه اول ممکن است هزینه بر تلقی شود در حالیکه میزان کاهش مصرف انرژی باعث می شود بعد از چند سال هزینه های صرف شده جبران گردد . انتخاب سیستم کنترل VVVF و نصب صحیح بخش مکانیک آسانسور و انتخاب بهترین روش کنترل ترافیک با توجه به تعداد مسافران و شرایط مختلف دیگر تاثیر زیادی در کاهش مصرف انرژی خواهد داشت.