Enerji Verimliliğine Adanmışlık

Yayın TarihiKasm-Aralık, 2018 Yazdır

Kapı kontrol sistemlerinde enerji tüketiminin azaltılması

Düşey ulaşım enerjisi tüketimi ve dünyada tüketilen toplam enerji içindeki ekonomik etkileri hakkında birçok makale bulunmaktadır. Uluslararası Enerji Ajansı tarafından sağlanan verilere göre [1], 2014 yılında, brüt üretim, artı ithalat, eksi ihracat ve kayıplar da dahil olmak üzere elektrik tüketimi yılda 21,962,54 TWh oldu. Bazı yazarlar [2 & 3], asansör sistemlerinde kullanılan enerjiyi bütünün% 2-5’i olarak hesaplarlar. Ortalama olarak, asansör sistemlerinde tüketilen enerji, yılda yaklaşık 768,69 TWh olarak belirtilebilir. Tahrik sistemi tarafından tüketilen enerjiye ek olarak, kabinlerde aydınlatma, havalandırma, kabin ekranları (yönlü oklar, zemin göstergeleri, vb.), yapılandırılabilir çıkış ekranları veya motorlu kapılar gibi başka unsurlar da bulunur ve bu enerjinin bir kısmını da bu destek sistemleri tüketir.

Fermator Grup, dünyadaki asansörler ve otomatik kapılar için en büyük tek tip ürün üreticilerinden biri olarak, kapı kontrol sistemlerinin enerji tüketiminin azaltılması, aynı zamanda performansın iyileştirilmesi ve güvenlik standartlarına ve yönetmeliklerine uyulması için çaba sarfetmektedir. Bu makalede, kapı kontrol sisteminde tüketilen enerjiyi ölçmek için kullanılan metodoloji tanımlanmakta ve Fermator Grup tarafından kapı uygulamalarında, optimum enerji tüketimine ulaşmak için geliştirilen bazı yenilikler açıklanmaktadır.

Kabin ve Kapı Kontrol Sistemlerinin Enerji Tüketimi

Normal şartlar altında, VDI 4707’de[4] sunulan asansör kullanım kategorilerine göre, günlük ortalama bekleme süresi 18-23,7 saattir. Kapının çalışma ve durma pozisyonlarında ne kadar enerji tüketildiğini bilmek önemlidir. Örnek olarak, Şekil 1’de, Avrupa Asansör Birliği’nin E4 Projesinde[5] Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma Teşkilatı (OECD) ülkeleri için yayınladığı verilerden referans alınarak, konut ve konut dışı (veya ticari) sektörler için çalışma ve durma durumlarındaki enerji tüketimi verilmiştir.

Konut sektöründe, bekleme durumunda tüketilen enerji, asansör sisteminde tüketilen toplam enerjinin yaklaşık %67,16’sını temsil etmektedir. Ancak, konut dışı sektör için bu oran %40’a kadar azalmaktadır. Birinci şekil yorumlandığında, kapı sistemindeki enerji tüketimini optimize etmek için gerçekleştirilen herhangi bir işlemin, açık ve kapalı kapı durumları için ve ayrıca kapı çevriminin devam ettiği durum için ayrı ayrı tedbirler içermesi gerektiği açıktır.

Sabit Kapı: Akıllı Çözüm Olarak Fermator Group Kontrol Pozisyonu

Açık veya kapalı kapı pozisyonlarında enerji tasarrufu için atılan adımları anlamak için, şu anda kapılarda tüketilen enerjinin ölçümlenmesi gerekmektedir. “Asansörler ve Yürüyen Merdivenler Enerji Performans Analizi”[6], bekleme modundayken enerji tüketimini azaltmak için “En İyi Mevcut Teknolojiler” adlı bir senaryo önerdi. Göz önünde bulundurulan alanlar arasında aydınlatma sistemi, elektronik kontrol panelleri, invertör ve kapı operatörü bulunmaktaydı. Analiz, bu unsurların her biri için ve kapı operatörü için tüketim kotaları tahsis etmiştir. Bu pay toplam tüketimin yaklaşık% 7,7’sine denk gelmektedir. OECD üyeleri için 2016 yılında “bekleme durumundayken” kapı kontrol ünitelerinde tüketilen enerji Şekil 2’de gösterilmiştir.

Bekleme durumu, açık veya kapalı konumdaki kapı ile ilişkilidir. Geleneksel olarak, kapı konumlarını korumak için, operatör bir şaft torku üzerinden, kayış üzerinde bir kuvvet ile sonuçlanacak bir motor voltajı uygular. Bu voltaj, açık veya kapalı kapıya uygulanan “durumu koruma akımı” veya tork ile ilişkilidir. Çoğu durumda, parametreler ile ifade edilebilen bir değerdir. Kapı kontrol sistemlerinde enerji kayıplarının ana nedenlerinden biri, bu “durumu koruma” konumunu sürdürmek için tüketilen akımdır.

Şekil 3, FBELT ve FSPRING eşit olduğunda ideal duruma ulaşıldığını gösteren bir kabin ve kat kapısı sistemi ve “kuvvetler” şemasını göstermektedir. Bu kuvvetler arasındaki bir dengesizlik, açık veya kapalı kapı pozisyonunda (FSPRING> FBELT) ya da sürücü ve motordaki Joule etkisiyle (FSPRING

Fermator Grup, terminal kapı pozisyonunun otomatik olarak sağlandığından emin olmak için bir algoritma kullanan “Fermator SMART Door Control Position®” isimli bir yazılım geliştirdi. Bu yazılım kat kapısının kapanma kuvveti ile motor torkunun sonuçsal gücü arasındaki doğru dengeyi sağlar. Fermator Grup SMART Drive’da bulunan bu özellik, olası konum salınımlarını önlemek için orantısal-integral-türev ters ayarlanma kontrolleri ile kombine uzay vektör darbe genişlik modülasyonu (PWM) sentezinin kullanımına dayanır (kapı “pompalama”).

Sahada yapılan ölçümlere göre yeni Fermator Grup yazılımı, açık kapı enerji tüketiminde %22 ile %42’lik bir azalma sağlar. Bu tasarruf yüzdelerini ölçülebilir enerji değerlerine dönüştürmek istersek, tüm kapı sistemleri SMART’ı içeriyorsa ve bir operatörün zamanının %5’inde açık kapı konumunda kaldığı varsayılırsa, tasarruf edilen enerji yılda 87.705 GWh’ye ulaşabilir. Açıkça, bir kapı uzun süre açık pozisyonda kalırsa, tasarruf edilen enerji daha büyük olacaktır. Öte yandan, yay ve kayış kuvvetleri arasındaki dengeyi korumak için gerekli ideal voltaj ile isteğe bağlı sabit voltaj arasındaki farkların artması, SMART tarafından tasarruf edilen enerjiyi artıracaktır.

İspanya hükümeti tarafından yayınlanan verilere dayanarak[8], 2012 yılında İspanya’daki “yapı” sektörü için emisyon faktörü (kgCO2 / kWh cinsinden) 0.33 olmuştur. Bu, İspanya’daki Ulusal Enerji Komisyonu tarafından yayınlanan son değerdir ve hesaplamalarda kullanılacak faktör olacaktır. Sadece “kapı açık durumu” için SMART yazılımı, CO2 nin atmosfere salınımında 28.942.65 ton kadar azalmaya katkıda bulunacaktır.

“Kapı açık” konumu için tarif edilen duruma benzer bir durum, “kapı kapalı” konumunda da mevcuttur. Bu konumda, kabin kapısını kat kapısına bağlayan kaşıkta bir yay kuvveti bulunmaktadır. “Kapı kapalı” pozisyonunda sahada yapılan ölçümlerde enerji tüketiminde % 22 ila %42 azalma sağlanmıştır.

Kapı Hareketi: Fermator Grubu Uzay Vektörü PWM ve Sabit Tork Açısı Kontrolü

Motor çalışmasında, Fermator Grup’un enerji tüketimini azaltma çabaları, kapı kontrol yazılımının gelişimine odaklandı. Geleneksel olarak, hem limit anahtarlı açık çevrim kontrolleri, hem de enkoder ve hız profillerine sahip kapalı çevrim kontrolleri, motora giden voltajı sentezlemek için sinüzoidal PWM’yi kullanmıştır. Fermator Grup, uzay vektörü PWM’yi (SVPWM) voltaj sentezleme stratejisi olarak birleştirerek bir adım daha ileriye gitti. Bu sayede elde edilen iyileştirmelerden bazıları:

SVPWM, aynı veri yolu voltajı için %15 daha fazla voltaj sentezleyebilir. Bu, “engeller” veya tekrar açma sinyallerinde daha hızlı dinamik tepkilere sahip daha çeşitli hız profillerine izin verir.

SVPWM, tüm modülasyon katsayıları tamamı için toplamda daha düşük harmonik bozulmaya sahiptir. Bu, motorda daha düşük Joule etkisi kayıpları oluşturur ve sonuç olarak daha düşük motor çalışma sıcaklıklarına neden olur.

Fermator Grup, kapı kontrol yazılımında sabit torklu açı (CTA) kontrolü kullanır. Bu yazılım, Dariusz Swierczynski[7] tarafından yükün nominal yük değerinin %200’ünün altında olduğunu açıkladığı durumlar için, CTA kontrol yazılımının amper başına maksimum torku pratik olarak garanti etmesini sağlar. CTA kullanılarak elde edilen temel gelişmeler şunlardır:

Motorun kapı panellerine uyguladığı doğrusal kuvvetin kontrolü ile EN 81-20/-50 gibi mevcut standartların gerekliliklerine uygunluğun sağlanması.

Motor çalışma sıcaklığındaki azalmaya katkısı: Sahada alınan ölçümlerden aynı çalışma koşulları altında, yeni kontrol yazılımının kullanımı ile motor sıcaklığı 5-10 °C daha düşük ölçülmüştür.

Geleceğe Bakış

Çevreye duyarlı modeller oluşturma politikalarını sürdüren Fermator Grup, “Akıllı Cihazlar – SMART Devices” serisini geliştiriyor. Bu strateji, enerji azaltma kavramlarının evriminin elektrik tüketimini etkileyen mekanik unsurlara dönüşmesini sağlayacaktır. Kaşık - kavrama sistemleri, askı / paten sürtünmesi, kapı kütlesi ve enerji tasarrufuna katkıda bulunabilecek her türlü eleman incelenirken, Fermator Grup, güvenlik ve sağlamlığı garanti etmeye odaklanmış durumdadır

Hector Rivas Elektrik Mühendisliği alanında doktora sahibidir ve güç-elektronik ve daimi mıknatıslı motor kontrollerinde uzmandır. 2014’ün ortalarından bu yana Fermator Grubu’nun Teknolojik Yenilik Departmanı’nın bir parçası olmuştur. Ayrıca, Barselona Üniversitesi’nde, Yenilenebilir Enerji ve Enerji Sürdürülebilirliği alanında yüksek lisans programlarında profesör olarak görev yapmaktadır.

Referanslar :

[1] International Energy Agency. Yearly report energy consumption, January 2015.

[2] Harvey Sachs, Harry Misuriello and Sameer Kwatra. “Advancing Elevator Energy Efficiency,” American Council for an Energy-Efficient Economy, Report A1501, January 2015.<

[3] Al-Sharif, L. “Lift Energy Consumption: General Overview, 1974-2001,” Elevator Engineering, October 2004, p. 61-66.

[4] Association of German Engineers. “VDI 4707 GUIDELINES: Lifts Energy Efficiency,” May 2008.

[5] European Lift Association-E4 Project. “Energy Efficient Elevators and Escalators,” March 2010.

[6] Carlos Patrão, Aníbal De Almeida, João Fong and Fernando Ferreira. ISR-University of Coimbra. “Elevators and Escalators Energy Performance Analysis,” ACEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings, 2010, p. 53-63.

[7] MSc. Dariusz Świerczyński. “Direct Torque Control with Space Vector Modulation (DTC-SVM) of Inverter-Fed Permanent Magnet Synchronous Motor Drive,” PhD.D. Thesis, Faculty of Electrical Engineering Institute of Control and Industrial Electronics, Warsaw University of Technology, Poland, 2015.

[8] Ministerio de Industria, Energía y Turismo, Gobierno de España. “Factores de Emisión de CO2 y Coeficientes de Paso a Energía Primaria de Diferentes Fuentes de Energía Final Consumidas en el Sector de Edificios en España,” January 2016.