برعاية
برعاية

محرك الرفع الهيدروليكي VVVF الموفر للطاقة

برعاية
الشكل 5: نظام عاكس مغلق الحلقة

تواجه البلدان المتقدمة والنامية على حد سواء تحديات كبيرة للحد من انبعاثات الكربون والأثر البيئي. في حين أن المنتجات الجديدة الموفرة للطاقة تصل إلى السوق كل يوم ، فإن معايير كفاءة الطاقة والمبادئ التوجيهية التي وضعتها الحكومات تعمل كمحفزات في تصفية المنتجات القديمة وغير الفعالة. لا تختلف صناعة المصاعد ، فقد شهدت تصميمات موفرة للطاقة وصديقة للبيئة في السنوات القليلة الماضية. كانت تقنية الجهد المتغير والتردد المتغير (VVVF) موجودة في كل من مصاعد الجر والمصاعد الهيدروليكية منذ فترة طويلة وأصبحت شائعة تدريجياً. ومع ذلك ، لا تزال العديد من الأسئلة قابلة للنقاش. تبحث هذه المقالة في بعض حقائق كفاءة الطاقة واتجاهات السوق وسوق المصاعد الهيدروليكية في أوروبا والهند لمعرفة كيف يمكن لمحرك المصعد الهيدروليكي VVVF البسيط وغير المكلف تشكيل مستقبل المصاعد الهيدروليكية.

تعد كفاءة الطاقة الآن من بين أهم المعلمات التي ينظر إليها المصممون والمصنعون والمستهلكون أثناء اختيار المنتج. يؤكد تسويق المنتجات على البصمة البيئية والجوانب الصديقة للبيئة لجعل الإعلانات أكثر جاذبية. ومع ذلك ، خلف حملات تسويق المنتجات المعقدة والملصقات الخضراء ، لا تزال بعض الأسئلة الأساسية التي تهم المستخدم النهائي بدون إجابة جزئيًا.

متى يكون المصعد موفرًا للطاقة؟

تمت مناقشة الإجابة على هذا السؤال لفترة طويلة. بعض الآراء في إجابته هي كما يلي:

  1. إذا كانت فترة الاسترداد للمصعد من ثلاث إلى خمس سنوات.
  2. إذا كان المصعد يستهلك أقل من 3-5٪ من إجمالي استهلاك الطاقة للمبنى.
  3. إذا كان المصعد منخفضًا في استهلاك الطاقة التشغيلية والاستعدادية.

في حين أن استهلاك الطاقة والمال عادة ما تكون المعلمات الوحيدة التي يتم التركيز عليها ، يجب ألا ننسى أن هناك معلمات مهمة أخرى غالبًا ما يتم تجاهلها. للتأكد مما إذا كان المصعد موفرًا للطاقة ، يجب إجراء تحليل كامل لدورة الحياة (LCA) للنظام باستخدام الأدوات المناسبة والمعلومات الإحصائية. يأخذ تقييم دورة الحياة في الاعتبار العمر الافتراضي الكامل للمنتج (الشكل 1). هل سيكون نظام المصعد موفرًا للطاقة إذا احتاج إلى طاقة أقل للتشغيل ولكن عملية تصنيعه كانت كارثة بيئية ، حيث تتطلب قدرًا غير عادي من الموارد للنقل والتركيب؟ علاوة على ذلك ، ماذا لو تعرض مستوى الأمان للخطر ، وكان له تكاليف صيانة عالية وتأثير بيئي؟ يجب حساب الطاقة المستثمرة في كل هذه العوامل - وليس فقط تكاليف التشغيل الاحتياطية المنخفضة -.

كيف يتم تصنيف المصاعد الموفرة للطاقة؟

يتم تركيب ما يقرب من 300,000 إلى 350,000 مصعد كل عام ، منها 80,000 إلى 100,000 مصعد هيدروليكي. يقدر مخزون الرفع العالمي بحوالي تسعة ملايين منشأة ، منها 3.5-3.8 مليون هيدروليكية. بينما يركز المهندسون المعماريون والمهندسون على جعل المصاعد الحديثة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة ، لا ينبغي تجاهل عدد المنشآت القديمة. سيؤدي خفض استهلاك الطاقة بنسبة 25٪ تقريبًا إلى إنتاج 4-5 تيراواط ساعة من الطاقة سنويًا ، وهو ما يعادل 3,500 توربينات رياح يمكن أن تولدها في ذلك الوقت.

يتم اعتماد معايير جديدة لكفاءة الطاقة في صناعة المصاعد ، مثل ISO 25745 Part 1 و VDI 4707 ، بقوة في البلدان المتقدمة لجعل أنظمة المصاعد ذات كفاءة في استخدام الطاقة. هذه قابلة للتطبيق على التركيبات الجديدة والقائمة. على سبيل المثال ، يضع معيار كفاءة الطاقة VDI 4707 المصعد في فئة معينة. يُمنح النظام فئة طاقة بناءً على استهلاكه للطاقة أثناء السفر والاستعداد. علاوة على ذلك ، تعتمد كفاءة الطاقة أيضًا على نوع نظام المصعد. يعتمد هذا النوع من الشهادات على نطاق واسع على استهلاك الطاقة والاستعداد ولا يأخذ في الاعتبار LCA الكامل للنظام.

الاتجاه العام للسوق

في صناعة المصاعد ، تحدد أربعة معايير رئيسية اتجاهات السوق على نطاق واسع: سياسات الأعمال للشركات الكبيرة ، والسياسات الحكومية (في شكل قواعد ولوائح) ، واحتياجات العملاء والقضايا الفنية. المثال الكلاسيكي في صناعة المصاعد هو الاستخدام المتزايد لتقنية VVVF ، حيث يتم تسويقها على أنها موفرة للطاقة وصديقة للبيئة ، مع تقديم بدايات أكثر سلاسة ، ودقة بدء وإيقاف. يتم دعم هذه التكنولوجيا على نطاق واسع من قبل المعاهد الحكومية في البلدان المتقدمة في شكل معايير جديدة لكفاءة الطاقة وشهادات وتصنيف كفاءة الطاقة. ومع ذلك ، من المهم التأكيد مرة أخرى على حقيقة أنه لا يمكن اعتبار كل حل من حلول VVVF المتوفرة في السوق منتجًا موفرًا للطاقة ، نظرًا لأن أرقام التشغيل واستهلاك الطاقة الاحتياطية قد تكون مضللة ، خاصة عندما يكون المنتج مصحوبًا بمثل هذه العيوب مثل تكاليف الصيانة العالية والتصميم المعقد وعقود الخدمة الحصرية التي غالبًا ما تفيد الشركة المصنعة فقط. من المهم جدًا إلقاء نظرة على الصورة الكاملة قبل الوصول إلى نتيجة ، بدلاً من مجرد التركيز على جزء منها.

سوق الرفع الهيدروليكي الهندي

إن المزايا التي توفرها المصاعد الهيدروليكية في سوق المصاعد منخفضة الارتفاع معروفة جيدًا. يمكن ملاحظة ذلك في تقرير E4 المنشور في مارس 2010. وفقًا لذلك ، من إجمالي مخزون المصاعد البالغ 4.8 مليون مصعد في أوروبا ، فإن 1.18 مليون (25٪) من المصاعد الهيدروليكية. هذا يعني أنه من خلال التركيب السنوي من 110,000 إلى 120,000 مصعد ، فإن 25,000 إلى 30,000 عبارة عن تركيبات هيدروليكية. يعرض سوق المصاعد في المملكة المتحدة أيضًا صورة مماثلة ، حيث أن حوالي 21٪ من التركيبات هيدروليكية. في المملكة المتحدة وحدها ، سيتعين تحديث ما يقدر بنحو 30,000 مصعد هيدروليكي لتلبية معايير كفاءة الطاقة في السنوات الخمس إلى العشر القادمة.

الهند ، من ناحية أخرى ، هي سوق نامية عندما يتعلق الأمر بالتركيب الهيدروليكي. منذ وقت ليس ببعيد ، كانت المصاعد الهيدروليكية تعتبر مشكلة بسبب بعض الأساطير في صناعة المصاعد. تم استخدام المكونات الهيدروليكية الصناعية لصنع مجموعات طاقة للمصاعد الهيدروليكية ؛ كان التصميم الخاطئ وغياب المعرفة الفنية المحددة مسؤولين بشكل أساسي عن المشاكل والإخفاقات. ومع ذلك ، مع توفر المكونات الصحيحة والمعرفة الفنية ، شهدت صناعة المصاعد الهيدروليكية زيادات في عدد التركيبات على مدى السنوات الثماني الماضية. معدل نموها الآن أكثر من 60٪ سنويا.

يبلغ إجمالي تركيب المصاعد الهيدروليكية (بما في ذلك الركاب وغير الركاب) ما يقرب من 8 ٪ من إجمالي عدد المصاعد المركبة سنويًا. من المتوقع أن يكون لدى الهند ما يقدر بـ 20,000 إلى 25,000 منشأة هيدروليكية جديدة في السنوات الخمس المقبلة. هذا تقدير متحفظ ، ولا يمثل سوى المدن الكبرى والمدن من المستوى 1 و 2. هناك حاجة إلى أكثر من 20,000 نظام مواقف للسيارات في مدن المستوى 1 و 2 لتخفيف الازدحام في مواقف السيارات في السنوات القليلة المقبلة. نظرًا لأن المصاعد الهيدروليكية تخلق المزيد من الاختراقات في هذا السوق ، فإن فكرة استخدام المنتجات الموفرة للطاقة لم تعد اختيارية ؛ بدلاً من ذلك ، فهو موجود في قائمة الميزات "الضرورية".

هل الحل الهيدروليكي VVVF أفضل من الحل الهيدروليكي التقليدي؟

يجب أن تكون الإجابة على هذا السؤال منطقية وكذلك تحليلية. من أجل تحديد الحل الهيدروليكي (التحكم الميكانيكي أو التحكم الإلكتروني المؤازر أو التحكم في VVVF) الأنسب لتطبيق معين ، يجب مراعاة ما يلي:

1) يوفر نظام التحكم الهيدروليكي الميكانيكي حلاً بسيطًا وموثوقًا وفعالًا من حيث التكلفة. ومع ذلك ، فهي ليست مناسبة جدًا عندما تكون الاختلافات في درجة الحرارة والحمل عالية. نظرًا لأن الاختلافات في درجة حرارة الزيت تغير لزوجة الزيت ، فقد تفشل تعديلات الصمامات الميكانيكية في إعطاء جودة السفر المطلوبة عندما تكون التغيرات في درجة الحرارة والحمل شديدة. ثانيًا ، معظم الصمامات الميكانيكية عبارة عن صمامات ذات ملف لولبي عادي ، والتي عادةً ما تكون في وضع التشغيل / الإيقاف. في حالة عدم وجود نظام الحلقة المغلقة مع ردود الفعل في الوقت الحقيقي ، توفر الصمامات تدفقًا مضبوطًا مسبقًا دون معرفة الحاجة الحقيقية للنظام. الصمامات الميكانيكية هي خيارات جيدة للمصاعد منخفضة الاستخدام (أقل من 150 رحلة في اليوم) ، حيث لا تكون التغيرات في درجات الحرارة والحمل شديدة ويكون الحل البسيط والموثوق والفعال من حيث التكلفة ذا أهمية قصوى.

2) يوفر حل التحكم الإلكتروني المؤازر ، بفضل التحكم الإلكتروني ذي الحلقة المغلقة ، ميزة مميزة على حل الصمام الميكانيكي. يحتوي على ملفات لولبية متناسبة يتم التحكم فيها بواسطة بطاقة إلكترونية تتفاعل مع إشارات الوقت الفعلي من التدفق ودرجة الحرارة وأحيانًا مستشعرات الضغط. وبالتالي ، يمكن للنظام أن يغير الأداء ديناميكيًا ليناسب المتطلبات ، مما يعوض عن التغيرات الكبيرة في درجة الحرارة والضغط. يعد حل الصمام الإلكتروني خيارًا جيدًا لكل من المصاعد ذات الاستخدام المعتدل والمرتفع (أكثر من 160 رحلة في اليوم) ، حيث تكون التغيرات في درجات الحرارة والحمل عالية ، وتكون راحة السفر ، ودقة البدء والإيقاف هي الشغل الشاغل ( على سبيل المثال ، المستشفيات ومجمعات التسوق والمباني التجارية).

3) يمكن النظر إلى التحكم في VVVF على أنه حل هجين يجمع بين مزايا الصمامات الميكانيكية والإلكترونية. متوفر كحلقة مغلقة أو مفتوحة ، لا يقوم النظام بتعويض التغيرات في درجة الحرارة والضغط فحسب ، بل يجعل أيضًا صمام التحكم خاليًا من الضبط تقريبًا. إنه حل موفر للطاقة ويمكن أيضًا تطبيقه بشكل فعال خاصة في حالة عدم توفر تيار البدء العالي (الذي يتطلبه المحرك). الطاقة المستمدة من العاكس في مرحلة البدء أقل بكثير من التركيب التقليدي ، ويمكن تحقيق توفير إجمالي في الطاقة بأكثر من 30٪ مقابل التركيبات التي لا تستخدم VVVF. هذا الحل هو الأفضل للمواقع التي يكون فيها عدد الدورات في اليوم أعلى من 160 ؛ التغيرات في درجة حرارة الزيت والحمل عالية ؛ تيار البدء العالي غير متوفر ؛ الراحة في القيادة ودقة البدء والإيقاف مهمة ، بغض النظر عن تغيرات درجة الحرارة والحمل ؛ و / أو توفير الطاقة التشغيلية والاحتياطية من الاهتمامات الأساسية.

ما هو حل VVVF الهيدروليكي المثالي؟

يوضح الشكل 4 المعايير الستة المهمة التي يجب وضعها في الاعتبار أثناء اختيار حل VVVF. المعلمات مثل البساطة والأمان وفعالية التكلفة والموثوقية وتكاليف الخدمة المنخفضة يجب أن توزن بالتساوي مع كفاءة الطاقة (التشغيل المنخفض واستهلاك الطاقة الاحتياطية). لا ينبغي لأحد أن ينسى أيضًا أن تكاليف الخدمة والصيانة في المصاعد تفوق كثيرًا الاستثمار وتوفير الطاقة طوال عمر النظام الكامل. من أجل تمييز النظام بشكل صحيح على أنه موفر للطاقة ، يجب أن يكون LCA هو المؤشر الأساسي.

الحلول الهيدروليكية VVVF المتاحة

هناك العديد من أنواع الحلول الهيدروليكية VVVF المتوفرة في السوق ، من البسيطة إلى المعقدة ، ومنخفضة التكلفة إلى باهظة الثمن. يتم تصنيفها على نطاق واسع إلى حلقة مفتوحة أو مغلقة ، اعتمادًا على التقنية المستخدمة للتحكم في محرك الأقراص.

يوضح الشكل 5 حل عاكس مغلق الحلقة. في ذلك ، يتم تحديث البطاقة الإلكترونية والعاكس ببيانات في الوقت الفعلي من جهاز التشفير (متصل بالمحرك) ومستشعرات التدفق والضغط ودرجة الحرارة. ثم تتخذ وحدة التحكم إجراءً تصحيحيًا ، اعتمادًا على التباين الذي تسجله مقابل المعلمات المحددة مسبقًا. مثل هذا النظام ليس معقدًا فحسب ، بل إنه مكلف أيضًا ويصعب صيانته. ثانيًا ، يمكن لنظام الحلقة المغلقة أن يطلق اهتزازات عند الترددات المنخفضة حيث يحاول تصحيح الحركة باستمرار. لا يعني تجديد نظام موجود تغيير صمام التحكم الكامل والمحرك فحسب ، بل يعني أيضًا تغيير المحرك وأحيانًا المضخة ، مما يجعل العمل معقدًا ومكلفًا في كثير من الأحيان. فيما يتعلق بكفاءة الطاقة والاستثمار الأولي ، لا يمكن تبرير تطبيق هذه الأنظمة إلا للمصاعد عالية الاستخدام (أكثر من 700 دورة / يوم).

جهاز تحكم في العاكس ذو الحلقة المفتوحة مثل جهاز Blain EV4[1] يقدم مزايا عملية ، حيث يظل النظام بسيطًا وسهل الاستخدام وفعالًا من حيث التكلفة ويمكن صيانته بسهولة. كما هو موضح في الشكل 6 ، لا يتفاعل صمام التحكم مع العاكس ولا بالبطاقة الإلكترونية ، ويتم توصيله ببساطة بوحدة التحكم في الرفع. العاكس متصل بجهاز التحكم في الرفع ومستشعر درجة الحرارة والمحرك ، ولا يحتاج إلى جهاز استشعار ضغط وتدفق باهظ الثمن. بمساعدة البرنامج المضمن ، يمكنه حساب الحمل ، وقراءة درجة الحرارة الحالية من مستشعر درجة الحرارة ومعالجة بيانات أداء الزيت والمضخة للحصول على سرعات المحرك (الترددات المرجعية) في هرتز للحصول على سرعات كاملة ، والتسوية ، والفحص والثانوية الكاملة . بالإضافة إلى ذلك ، يتم حساب كسب التحكم في درجة الحرارة والترددات المرجعية للتسرب لضغوط السيارات الفارغة والمحملة. ونتيجة لذلك ، يتم استهلاك قدر أقل من الطاقة أثناء السفر ، مما يزيد من كفاءة النظام ويقلل أيضًا من تسخين الزيت. يؤدي استخدام العاكس أيضًا إلى تقليل تيار بدء تشغيل المحرك وحجم عداد الطاقة الكهربائية. تمت برمجة العاكس للتشغيل إما في وضع السرعة الثابتة (حيث يتم الحفاظ على الإخراج بشكل مستقل عن تغيرات الحمل ودرجة الحرارة) أو وضع توفير الطاقة (حيث يقلل العاكس السرعة الكاملة مع زيادة الحمل) ، وبالتالي يستهلك طاقة أقل ، ولكن مع الحفاظ على زوايا التسارع والتباطؤ أثناء السفر في منطقة مريحة. يمكن أن يتخذ إجراءً تصحيحيًا من خلال التقاط عزم دوران المحرك على فترات زمنية ثابتة وإعادة حساب الإخراج الصحيح من خلال مقارنته بالمعلمات المبرمجة مسبقًا.

تركيب مثل هذا النظام سهل ، حيث يتم تبسيط صمام التحكم من خلال عدم وجود عناصر تحكم في الاتجاه العلوي. إن إعطاء نوع الزيت وبيانات المصعد تشغيلًا تعليميًا بسيارة فارغة يكفي للعاكس للتعلم الذاتي وتكوين نفسه تلقائيًا أثناء التثبيت الأولي. ثانيًا ، يتيح هذا التصميم إمكانية تجديد أحد التركيبات الحالية بمجرد تبديل بعض المكونات في صمام التحكم وإضافة العاكس ، مما يجعله محرك VVVF. تم تصميم الحل عن قصد ليكون متوافقًا مع الإصدارات السابقة ، مما يجعله فعالاً من حيث التكلفة لأعمال التجديد. يتم الاحتفاظ بالتحكم السفلي ميكانيكيًا عن عمد ، حيث تنزل المصاعد الهيدروليكية بسبب الجاذبية ، ولا يلزم التحكم في العاكس لـ 80٪ من التركيب.

في بعض حلول العاكس ، يتم حرق الطاقة المتولدة من النظام (تحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية في السفر السفلي) إلى مقاوم ، مما يمنع تسخين الزيت الهيدروليكي. يمتلك البعض نظامًا تجديديًا ، والذي يميل إلى تحويل الطاقة الكامنة المخزنة في الزيت إلى طاقة كهربائية ، والتي يتم تغذيتها بعد ذلك في الشبكة. تبدو مثل هذه الحلول جذابة في كتيبات التسويق والنظرية ؛ ومع ذلك ، فإن تكلفة تنفيذها (مع بعض أوقات الاسترداد تزيد عن 30 عامًا) ، والتعقيد والاستخدام العملي ، وصعوبة ضمان البنية التحتية المتاحة لها تفوق مزاياها.

وفورات الطاقة

غالبًا ما يواجه مستشارو المصاعد والمهندسون المعماريون أسئلة مهمة تتعلق بوقت الاسترداد وتوفير الطاقة من قبل المستخدمين النهائيين. في حين أن عدد الدورات التي يقوم بها المصعد في اليوم هو عامل حاسم مهم في توفير الطاقة ، فمن المهم أيضًا معرفة ما يلي:

يوضح الشكل 7 وفورات الطاقة فيما يتعلق بعدد الدورات في اليوم ومدة الاسترداد. في ذلك ، يمكن إجراء مقارنة واضحة بين المواقف المختلفة ، مثل ارتفاع استهلاك الطاقة الاحتياطية العاكس لعدد الدورات في اليوم ، وفترات الاسترداد المقدرة. كما هو موضح ، عند تشغيل عاكس باستهلاك طاقة احتياطي يبلغ 26 وات في وضع توفير الطاقة ، يتم تحقيق توفير في الطاقة بنسبة 44٪ ، مع فترة استرداد تبلغ ثلاث سنوات.

الخلاصة

يعد أداء الطاقة للمصاعد أحد العوامل العديدة لتقييم المصاعد الخضراء ؛ LCA الكامل هو الطريقة الصحيحة للتحقق مما إذا كان المصعد موفرًا للطاقة. يجب ألا تتمتع الأنظمة الهيدروليكية VVVF من الجيل الجديد بالخصائص المفيدة للمصاعد الهيدروليكية التقليدية فحسب ، بل يجب أن تكون أيضًا في وضع يمكنها من تعويض تغيرات الحمل ودرجة حرارة الزيت ، مع الحد الأدنى من استهلاك الطاقة الاحتياطية. يجب أن يقدم برنامج النظام أوضاع تشغيل مختلفة مثل وضع السرعة الثابتة ووضع توفير الطاقة وما إلى ذلك حتى يتمكن المستخدمون من تحديد طريقة التشغيل المناسبة لتناسب الاحتياجات الفردية.

مراجع
[1] د. ك. فرحات سيليك. Elevcon 2012. "طريقة تعويض الحمل ودرجة الحرارة للمصاعد الهيدروليكية الخضراء عن طريق العاكسات."
[2] د. ك. فرحات سيليك. الندوة الثانية حول تقنيات الرفع والسلالم المتحركة ، سبتمبر 2. "المصاعد الهيدروليكية الخضراء ذات الكفاءة الاقتصادية."
العلامات ذات الصلة
برعاية
برعاية

عالم المصاعد | غلاف يونيو 2013

دفتر صور متحركة

برعاية

عالم المصاعد | غلاف يونيو 2013

دفتر صور متحركة

برعاية