صرفه جویی انرژی در آسانسور

بدون شک زندگی در شهرهای امروزی بدون استفاده از آسانسور عملا غیر ممکن است. کمبود جا و نیاز به ساختمانهای چند طبقه و زندگی در طبقاتی بالاتر از سطح همکف استفاده از آسانسور را به امری اجتناب ناپذیر بدل می کند. مسلما آسانسور یکی از سیستمهای پر مصرف در ساختمانهاست. صرف نظر از میزان انرژی مصرفی، آسانسورها قابلیت زیادی در کاهش مصرف انرژی دارند. در این مقاله به بررسی برخی از تحقیقات انجام شده در رابطه با میزان مصرف انرژی در آسانسورهای نمونه پرداخته می شود. همچنین راهکارهایی جهت کاهش مصرف انرژی ارائه می گردد.

بخش اول: بررسی تحقیقات انجام شده

تا سال 2012 بیش از 11200000 آسانسور نصب شده در جهان و 5300000 آسانسور نصب شده در اروپا موجود بوده است.

حدود یک سوم  کل انرژی مصرفی در جامعه در بخشهای مسکونی و خدماتی مخصوصا ساختمانها مصرف می شود. بین 3% تا 8% کل انرژی مصرفی در ساختمان  مربوط به آسانسورهاست. بسته به نوع آسانسور و کاربری آن، مصرف انرژی در حالت “آماده به کار” ⁽¹⁾ می تواند تا حدود 80% کل انرژی مصرفی باشد. با به کارگیری روش های مدرن، می توان  تا بیش از 65% در مصرف انرژی صرفه جویی کرد.

در یک تحقیق 81 دستگاه آسانسور نمونه در کشورهای  آلمان، ایتالیا، هلند و پرتغال مورد بررسی قرار گرفته است.

با بررسی سایتهای نمونه مشخص شده است که بین 11 تا 95 درصد کل مصرف انرژی آسانسور در زمان “آماده به کار” مصرف می شود. تفاوتها در میزان انرژی مصرفی این حالت مربوط به الگوی استفاده است. منظور از الگوی استفاده تعداد دفعات استفاده از آسانسور، تعداد طبقات، ارتفاع چاه و نوع کاربری ساختمان است. انرژی مصرفی در حالت “آماده به کار” مخصوصا در ساختمانهای مسکونی که مدت زمان “آماده به کار” در آنها طولانی است چشمگیر است.

تخمین زده می شود که کل انرژی مصرفی آسانسورها در اروپا تا سال 2010 حدود 18.4TWh است. که 6.7TWh  در بخش مسکونی،10.9TWh  در بخش خدماتی و 810GWh آن در بخش صنعتی مصرف می شود.

سناریوهای ممکن برای کاهش مصرف انرژی به دو دسته تقسیم می شوند:

1-BAT (Best Available Technology) : استفاده از بهترین تجهیزات و تکنولوژی های موجود که از لحاظ اقتصادی نیز به صرفه هستند و در خط تولید شرکتهای تولید کننده قرار دارند.

2- BNAT (Best but Not Available Technology) : استفاده از جدید ترین تکنولوژی ها و تجهیزات که البته از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیستند و در حال حاضر در بخش های R&D شرکتها یافت می شوند و هنوز به تولید انبوه نرسیده اند.

با بکار گیری سناریوهای فوق نتایج زیر تخمین زده می شود:

BAT: 10TWh قابل صرفه جویی و 4400000 تن کاهش CO2

BNAT: 12TWh قابل صرفه جویی و 5500000 تن کاهش CO2

در مجموع حدود 65% در مصرف انرژی صرفه جویی خواهد شد. که حدود 80 درصد آن مربوط به کاهش مصرف در زمان “آماده به کار” است.

در هر دو سناریو، استفاده از لامپهای LED نقش بسیار مهمی در کاهش مصرف دارد.

همچنین تحقیق دیگری  که در سال 2005 بر روی 33 دستگاه آسانسور انجام شده است نتایج تقریبا مشابهی با این تحقیق بیان میکند.

برخی روشهای پیشنهادی برای کاهش مصرف انرژی عبارتند از:بالانسی 20% به جای 40-50%، استفاده از لامپهای LED، استفاده از درایو، استفاده از موتور گیرلس، به کارگیری مد “استراحت”⁽²⁾ و پاسخ دهی به روش .Collective\

تحقیق دیگری که در سال 2012 در انگلستان انجام شده است بیان می دارد که یک سوم انرژی تولیدی در ساختمان ها مصرف می شود.

هر چند آسانسورها  بزرگترین مصرف کننده انرژی نیستند، اما پتانسیل بالایی برای صرفه جویی دارند. در این خصوص استفاده از درایوهای Regenerative سهم زیادی در کاهش مصرف انرژی دارند.

محاسبات نشان می دهد میزان کاهش CO2 با استفاده از درایوهای Regenerative در انگلستان معادل CO2 تولیدی 100000  اتومبیل است.

استفاده از درایوهای Regenerative برای ساختمانهای کوچک با سرعت کم و استارت خوری پایین مقرون به صرفه نیست. استفاده از درایوهای Regenerative در مقایسه با درایوهای معمولی سبب کاهش مصرف انرژی بین 25% تا 35% می شود. مصرف انرژی آسانسور در یک ساختمان اداری متوسط تا 15% کل انرژی مصرفی آن ساختمان است. تخمین زده می شود بیش از 20% انرژی ماکزیمم آسانسور در حالت “آماده به کار” مصرف می شود. به کارگیری مد “استراحت” تا 95% انرژی مصرفی “آماده به کار” را کاهش می دهد.

با به کارگیری مد “استراحت” نتایج زیر حاصل می شود:

95% کاهش انرژی مصرفی در زمان “آماده به کار”

30% کاهش انرژی مصرفی در حرکت

30% کاهش انرژی مصرفی درایو

استفاده از درایوهای Regenerative به علاوه به کارگیری مد “استراحت” و نیز استفاده از لامپهای LED منجر به صرفه جویی 70% در مصرف انرژی آسانسور و کاهش 8.5% در کل انرژی مصرفی ساختمان خواهد داشت.

همچنین تحقیق مشابهی در سال 2005 در ایالات متحده انجام شده است. طبق نتایج این تحقیق، بیش از 700000 آسانسور در آمریکا نصب شده است.

مصرف انرژی آسانسورها در ساختمانهای با سیستم تهویه مرکزی حدود 5% کل انرژی مصرفی ساختمان است. تکنولوژی های جدید بین 30% تا 40% سبب کاهش مصرف انرژی می شوند.

بخش دوم: راهکارهای کاهش مصرف انرژی:

راهکارهای ارائه شده در این بخش تمام راهکارهای موجود نیستند اما مهمترین و اثربخش ترین آنها هستند. همچنین انجام تمام این راهکارها بطور همزمان ممکن است در یک پروژه میسر نباشد. در بکار گیری این روش ها و تجهیزات باید هزینه انجام کار و سود حاصل از  صرفه جویی مقایسه شود و سپس نسبت به اجرا و یا عدم به کار گیری آن تصمیم گیری شود.

1- لزوم نصب آسانسور

اولین سوالی که مطرح می شود این است که ساختار فعلی نیاز به نصب آسانسور جدید دارد یا نه؟ جواب این سوال با در نظر گرفتن ترافیک، تعداد طبقات، ظرفیت آسانسورهای موجود، زمان انتظار قابل قبول برای استفاده کنندگان آسانسور و … مشخص می شود. همچنین مکان یابی مناسب برای محل نصب و تعداد آسانسور با در نظر گرفتن موقعیت راه پله ها، طراحی ساختمان، میزان دسترسی، ظرفیت قابل حمل، ایمنی و … انجام شود. در هر صورت باید به این نکته توجه داشت که: تعداد نصب کمتر مساوی است با مصرف انرژی کمتر.

2- انتخاب تکنولوژی مناسب

هیدرولیک؟ گیربکسی و یا گیرلس؟ انتخاب تکنولوژی مناسب تاثیر بسیار زیادی در مصرف انرژی دارد.

آسانسورهیدرولیک معمولی  بیشترین مصرف انرژی را دارد و آسانسورهای کششی گیرلس حداقل مصرف انرژی را دارند. البته باید توجه داشت استفاده از تجهیزات مدرن در آسانسورهای هیدرولیک منجر به مصرف انرژی مشابه با آسانسورهای کششی می شود.

3- سیستم تعلیق و نسبت گیربکس

گیربکس سبب انتقال نسبت سرعت گشتاور موتور می شود. قطعات متحرک گیربکس سبب اصطکاک و در نتیجه تلفات می شوند. استفاده از موتور گیرلس یا گیربکس با راندمان بالا منجر به کاهش مصرف انرژی می شود. سیستم تعلیق⁽³⁾ نیز مشابه گیربکس عمل می کند. انتخاب صحیح ترکیب گیربکس، سیستم تعلیق و هرزگردها سبب مصرف بهینه انرژی می شود. همچنین استفاده از گیربکس خورشیدی⁽⁴⁾ و موتورهای گیرلس سبب کاهش مصرف انرژی می شود.

4- بررسی ساختار طرح

ساختار طرح باید به دقت بررسی شود . به عنوان مثال اتصال سیم بکسل یا سیلندر به نقطه میانی کابین سبب کاهش اصطحکاک و در نتیجه تلفات کمتر می شود.

5- انتخاب موتور با راندمان و سایز مناسب

عنصر کلیدی کاهش مصرف انرژی در حرکت ، راندمان موتور است. راندمان نسبت انرژی مکانیکی خروجی موتور به انرژی الکتریکی ورودی است. باید توجه داشت راندمان در خارج از نقطه کار نامی متغیر است. همچنین انتخاب موتور بزرگتر منجر به تلفات بیشتر و افزایش حرارت موتور می شود.

6- بررسی مزایای استفاده از ماژول و یا درایوهای Regenerative

با استفاده از ماژول Regeneration ذخیره یا تبدیل انرژی برگشتی از موتور امکان پذیر است. در درایوهای معمولی انرژی بازگشتی از موتور در زمان های عملکرد ژنراتوری به  صورت گرما در مقاومت ترمز⁽⁵⁾ تلف   می شود. البته باز گرداندن انرژی به ساختمان یا شبکه برق باید مطابق با قوانین شرکتهای محلی برق انجام شود . میزان صرفه جویی انرژی با استفاده از ماژول Regeneration برای آسانسورهای کوچک (630Kg, 1.6m/s) کمتر از 30%  و برای آسانسورهای بزرگ (2200Kg, 2.5m/s) به بیش از 40% می رسد.

7- وزنه تعادل

یکی از اهداف به کارگیری وزنه تعادل امکان انتخاب موتور با قدرت کمتر است. معمولا برای انتخاب وزنه تعادل بالانسی 50% در نظر گرفته می شود. باید توجه داشت معمولا کابین در حالت خالی به سمت طبقه احضار حرکت می کند و غالبا کابین معمولا کمتر از نصف ظرفیت پر است. در نتیجه میانگین واقعی بار کمتر از 50% است. با توجه به این موارد باید انتخاب نسبت بالانسی به طور مناسب و نه لزوما 50% انجام شود.

8- استفاده از تجهیزات سبک در ساختمان کابین

استفاده از تجهیزات سبک منجر به کاهش بار موتور و افزایش راندمان می شود . کاهش وزن منجر به کاهش انرژی مورد نیاز برای دور گیری⁽⁶⁾ و دور اندازی⁽⁷⁾ می شود.

9- استفاده از لامپهای  LED برای روشنایی

روشنایی یکی از مهمترین مصرف کننده ها در آسانسور است. مخصوصا وقتی دائم روشن باشند. استفاده از لامپهای فلورسنت و LED ها منجر به کاهش چشمگیر مصرف انرژی می شود. سطوح تیره و ناصاف دیواره های کابین سبب جذب نور می شود و لذا برای تامین روشنایی کافی، نور و انرژی بیشتری نیاز است.

10- درب ها

درب ها یکی از تجهیزات مصرف کننده انرژی هستند که پتانسیل خوبی برای کاهش مصرف دارند. استفاده از درب هایی که در زمان “آماده به کار”  نیاز به تغذیه ندارند به کاهش مصرف کمک می کند.

11- استفاده از ترانسفورمر و منابع تغذیه با راندمان بالا

تامین تغذیه مدارات ولتاژ پایین تابلو کنترل از طریق ترانسفورمر و منابع تغذیه تامین می شود. این تجهیزات باید بهترین و با راندمان حداکثری باشند.

12- استفاده از تجهیزات کم مصرف (برای تهویه، کلیدها، پنل و …)

به عنوان مثال استفاده برای سیستم تهویه از موتورهای با راندمان بالا استفاده شود.

13- کیفیت نصب

کیفیت نصب  تاثیر مستقیم بر مصرف انرژی دارد. نصب نامناسب ریلهای راهنما  منجر به افزایش اصطحکاک شده و در نتیجه  کابین برای حرکت نیاز به انرژی بیشتری دارد.

14- بررسی ارتباط چاه آسانسور و ساختمان از لحاظ نوع تهویه

دو کاربرد چاه در سیستم تهویه عبارتند از:

الف-  انتقال هوای تازه به کابین و چاه

ب- محل خروج دود حاصل از آتش سوزی

ساده ترین راه برای سیستم تهویه چاه ایجاد یک دریچه در بالای آن است. اما این کار علی رغم سادگی، منجر به هدر رفتن گرمای ساختمان می شود. معمولا شرکتهای آسانسوری در قبال هدر روی گرما مسئولیتی نمی پذیرند. طراحان ساختمان و معماران نیز در رابطه با هدر روی گرما از طریق چاه احساس مسئولیت نمی کنند. علاوه بر آن عدم عایق بندی دیواره چاه نیز سبب هدر روی انرژی می شود. پیشنهاد می شود از تهویه کنترل نشده  (مانند  دریچه بالای چاه) که منجر به اتلاف انرژی گرمایی ساختمان می شود اجتناب شود.

15- خاموش کردن روشنایی کابین در زمان استراحت

LED ها می توانند بدون کاهش عمر، بار ها خاموش و روشن شده و یا چشمک زن شوند. خاموش کردن کنترل شده روشنایی کابین  علاوه بر سادگی اجرا منجر به کاهش چشمگیر انرژی می شود.

16- استفاده از فن اتوماتیک در کابین و خاموش کردن آن

در انتخاب فن باید راندمان آن در نظر گرفته شود. علاوه بر آن استفاده از سیستم کنترل اتوماتیک (زمان یا کنترل کننده دما) برای کنترل فن منجر به کاهش مصرف می شود.

17- خاموش کردن تجهیزات در مد “استراحت” و به کار گیری دو مد “استراحت”

همانطور که بیان شد، مصرف انرژی در حالت “آماده به کار” تا 80% کل مصرف آسانسور است. به کار گیری دو مد “استراحت” تاثیر زیادی در کاهش مصرف انرژی دارد.

مد “استراحت” به فاصله چند دقیقه ای پس از آخرین حرکت اتفاق می افتد که منجر به خاموش شدن و یا به حالت “استراحت” رفتن تجهیزات آسانسور مانند درایو و درب می شود. زمان برگشتن به مد کاری در این حالت کوتاه است.

مد “خواب عمیق”⁽⁸⁾: برای مدت زمان طولانی (شب) تجهیزات بیشتری خاموش می شوند.. زمان بازگشت به حالت کاری در این مد طولانی تر است.

18- روغن کاری مناسب

ریل و گیربکس باید دارای روغن کاری مناسبی باشند. روش و دوره زمانی بازرسی روغن کاری باید به دقت اجرا شود. روغن کاری سبب کاهش اصطکاک و در نتیجه کاهش مصرف انرژی می شود.

19- کنترل و مدیریت پاسخگویی به احضارها

مدیریت پاسخگویی به احضارها برای آسانسور سیمپلکس و گروهی قابل اجراست. به کارگیری روشهای کنترل فازی و شبکه های عصبی در مدیریت پاسخگویی علاوه بر کاهش مصرف تاثیر مستقیمی در کاهش زمان انتظار مسافرین دارد.

خاموش کردن یا در مد “استراحت” قرار دادن تعدادی از آسانسورها در زمان پیک کاری کم (مانند آخر شب  و تعطیلات) نیز در این زمینه مفید می باشد.

20- غیر فعال کردن عناصر وابسته به حرکت نرم در موارد غیر ضروری

در این رابطه می توان به خاموش کردن درایو و یا فعال کردن مد “استراحت” آن اشاره کرد.

انتخاب سرعت پایین تر منجر به مصرف کمتر انرژی می شود. همچنین زمانهای دورگیری. و دوراندازی. بهینه و کوتاهتر علاوه بر کاهش مصرف انرژی منجر به کوتاهتر شدن زمان انتظار نیز می شود.

جمع بندی

تحقیقات انجام شده در رابطه با میزان مصرف انرژی آسانسورها نشان می دهد که بخش زیادی از انرژی مصرفی آسانسورها در زمانهای “آماده به کار”  مصرف می شود. در آسانسورهای ساختمانهای مسکونی سهم انرژی مصرفی حالت “آماده به کار” می تواند تا بیش از 80% کل انرژی مصرفی آسانسور باشد. هر چقدر استفاده از آسانسور کمتر باشد سهم این بخش بیشتر می شود. همچنین روشنایی آسانسور از مهمترین بخش های مصرف کننده انرژی هستند. انرژی برگشتی در زمانهای کارکرد ژنراتوری موتور  غالبا به صورت گرما در مقاومت ترمز هدر می رود. استفاده از ماژول regeneration در ساختمانهای بلند و با استارت خوری زیاد می تواند تا بیش از 30% در مصرف انرژی صرفه جویی کند. استفاده از لامپهای LED تاثیر زیادی در کاهش مصرف انرژی در حالت “آماده به کار” دارد. استفاده از موتور و درایوهای با راندمان بالا نیز از عوامل کاهش مصرف انرژی هستند. آسانسورهای هیدرولیک پرمصرف ترین آسانسورها و انواع کششی گیرلس کم مصرف ترین در حرکت هستند. به کار گیری مد “استراحت” و “خواب عمیق”  می تواند تا 65% در مصرف انرژی در حالت “آماده به کار” صرفه جویی کند. علاوه بر موارد فوق کیفیت نصب و طراحی دقیق آسانسور نیز بسیار حائز اهمیت است. روغن کاری مناسب و به موقع، نصب دقیق ریل ها، استفاده از تجهیزات مناسب برای تهویه موتورخانه ، کابین و چاه نیز از مواردی است که سهل انگاری در انجام آنها، سبب اتلاف انرژی می شود.