يُذكركم مُورِّدو مُراجعات طاقة المصاعد بأن استخدام المصاعد العمودية في المباني الشاهقة يزداد رواجًا. لتحقيق نتائج جيدة في توفير الطاقة في المصاعد، لا يزال الطريق طويلًا. فبالإضافة إلى جهود الإدارة اليومية (مثل تركيب أجهزة استشعار آلية على المصاعد خلال فترات التنقل غير المزدحمة)، يُعدّ البحث التكنولوجي وعملية التصنيع في شركات الإنتاج العاملَين الأهم. ووفقًا للبيانات الإحصائية، يُمثل استهلاك طاقة مُضيف محرك المصعد الذي يسحب الحمولة أكثر من 70% من إجمالي استهلاك الطاقة للمصعد. لذلك، ينصبُّ التركيز العملي للمصاعد الموفرة للطاقة على تحديث وتحسين أنظمة القيادة والجر، وطرق تنظيم سرعة المصعد، وطرق التحكم.
1. تكنولوجيا ردود الفعل للطاقة
تقنية التغذية الراجعة للطاقة هي عملية استخدام عاكس لعكس التيار المستمر من محول التردد إلى طاقة تيار متردد، وإعادة تغذيته إلى شبكة الكهرباء عندما يكون المحرك في حالة توليد. يتضح من خصائص عمل المصاعد أن نصف حالة تشغيلها تكون في حالة توليد الطاقة. من الناحية النظرية، يُفترض أن يكون تأثير توفير الطاقة لتقنية التغذية الراجعة للطاقة ممتازًا. وفقًا لإحصاءات غير مكتملة، فإن أكثر من 92% من المصاعد حاليًا تهدر هذه الطاقة فقط في شكل تسخين بالمقاومة المتجددة. بناءً على إحصاءات ما يقرب من 1.3 مليون مصعد قيد الاستخدام على مستوى البلاد في بداية عام 2011، وبافتراض أن متوسط قدرة كل مصعد هو 15 كيلو واط ومتوسط قدرة المقاومة المتجددة هو 5 كيلو واط، فإن ذلك يعادل وجود فرن كهربائي بقدرة حوالي 7 ملايين كيلو واط في الصين يسخن دون أي استخدام. يا له من إهدار! تتعامل تقنية التغذية الراجعة للطاقة مع مصدر طاقة الدخل للمصاعد ككائن متحكم فيه، مما يتمتع بالعديد من المزايا. في الوقت الحالي، تُستخدم هذه التقنية على نطاق واسع لدى العديد من مصنعي المصاعد، وقد طُوّر نظام تغذية راجعة للطاقة يسمح بإعادة تغذية الكهرباء المُعالجة بتقنية التصحيح المتعدد المتقدمة إلى شبكة كهرباء المبنى لاستخدامها في المعدات الكهربائية الأخرى. يُعدّ جهاز توفير الطاقة بتغذية راجعة للمصاعد من سلسلة PFE وحدة كبح تغذية راجعة مخصصة للمصاعد. يمكنه تحويل الطاقة الكهربائية المُعاد توليدها والمخزّنة في مكثف عاكس المصعد إلى طاقة تيار متردد وإعادتها إلى الشبكة بكفاءة، مما يُحوّل المصعد إلى "محطة طاقة" صديقة للبيئة لتزويد المعدات الأخرى بالطاقة، مما يُسهم في توفير الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، من خلال استبدال المقاومات لاستهلاك الطاقة، تنخفض درجة الحرارة المحيطة في غرفة الماكينة، وتُحسّن درجة حرارة تشغيل نظام التحكم في المصعد، مما يُطيل عمره الافتراضي. لا تتطلب غرفة الماكينة استخدام معدات تبريد مثل تكييف الهواء، مما يُوفّر الكهرباء بشكل غير مباشر.
2. تقنية VVVF (التحكم في سرعة التردد المتغير والجهد المتغير)
تُستخدم تقنية VVVF على نطاق واسع في أنظمة التحكم الحديثة في محركات المصاعد ذات تنظيم سرعة التيار المتردد. وقد أصبح استخدام تقنية VVVF المتطورة في أنظمة محركات المصاعد الوسيلة الرئيسية لتحسين أداء التحكم في محركات المصاعد وتحسين جودة تشغيلها اليوم. وقد استغنت تقنية VVVF عن أنواع مختلفة من محركات التحكم في سرعة محركات التيار المتردد ثنائية السرعة، واستبدلت محركات التيار المستمر بدون تروس، مما يُحسّن الأداء التشغيلي للمصاعد، ويُوفر الطاقة ويُقلل الخسائر بفعالية. فيما يلي تحليل لأداء توفير الطاقة لمصاعد VVVF وفقًا لمراحل تشغيل المصعد المختلفة. يمكن تبسيط عملية تشغيل المصعد إلى ثلاث مراحل: بدء التشغيل، والتشغيل بسرعة ثابتة، والكبح.
(1) مرحلة البدء: تبدأ VVVF في ظل ظروف التردد المنخفض، مما يؤدي إلى تيار تفاعلي منخفض ويقلل بشكل كبير إجمالي تيار البدء واستهلاك الطاقة.
(2) قسم السرعة الثابتة: الطاقة التي تستهلكها مصاعد ACVV (تنظيم الجهد والسرعة) أثناء التشغيل بسرعة ثابتة تُشبه تلك التي تستهلكها مصاعد VVVF عند التحميل الكامل ونصف التحميل. عند التحميل الخفيف (أو التحميل الثقيل)، وبسبب تأثير السحب العكسي، تحتاج مصاعد ACVV إلى الحصول على طاقة من شبكة الكهرباء لتوليد عزم الكبح، بينما تعمل مصاعد VVVF في حالة كبح متجددة ولا تحتاج إلى الحصول على طاقة من شبكة الكهرباء.
(3) قسم الكبح: تستخدم مصاعد ACVV عمومًا طريقة كبح استهلاك الطاقة في قسم الكبح، حيث تحصل على تيار كبح استهلاك الطاقة من شبكة الكهرباء، ويُحوّل هذا التيار إلى طاقة حرارية تُستهلك في دوار المحرك. بالنسبة للمحركات ذات عجلات القصور الذاتي الأكبر، يمكن أن يصل تيار كبح استهلاك الطاقة إلى 60-80 أمبير، كما أن تسخين المحرك يكون شديدًا نسبيًا. لا تتطلب مصاعد VVVF أي طاقة من شبكة الكهرباء أثناء مرحلة الكبح، ويعمل المحرك الكهربائي في حالة كبح متجدد. تُحوّل الطاقة الحركية لنظام المصعد إلى طاقة كهربائية تُستهلك بواسطة المقاومة الخارجية للمحرك، مما لا يوفر الطاقة فحسب، بل يتجنب أيضًا ظاهرة تسخين المحرك الناتجة عن تيار الكبح.
وفقًا لحسابات التشغيل الفعلية، يمكن للمصاعد التي تُدار بواسطة VVVF توفير أكثر من 30% من الطاقة مقارنةً بمصاعد تنظيم السرعة ACVV. كما يُحسّن نظام VVVF معامل القدرة للنظام الكهربائي، ويُخفّض سعة معدات خط المصعد والمحركات الكهربائية بأكثر من 30%. بناءً على ما سبق، يُمكن ملاحظة أن مصاعد تنظيم السرعة بتردد متغير VVVF تتميز بخصائص توفير طاقة واضحة، مما يُمثل اتجاه تطوير تنظيم سرعة المصاعد، وله فوائد اقتصادية واجتماعية كبيرة.
3. مبدأ وتطبيق نظام التحكم في مصعد ناقل التيار المستمر
في الأماكن التي تُستخدم فيها المصاعد بكثرة، لا يكفي مصعد واحد، لذا غالبًا ما يُستخدم مصعدان أو أكثر في آنٍ واحد. بهذه الطريقة، يُمكن إعادة الطاقة الزائدة المُولّدة من مصعد واحد أو اثنين أثناء توليد الطاقة إلى قضيب توصيل مشترك بينهما، وذلك لتحقيق أهداف توفير الطاقة. يتكون نظام التحكم المشترك في مصاعد التيار المستمر عادةً من قواطع دوائر، ومُلامسات، ومُحوّلات، ومحركات، ومُصاهر. وتتمثل ميزته في ربط جميع المصاعد على جانب التيار المستمر من النظام بقضيب توصيل مشترك. وبهذه الطريقة، يُمكن لكل مصعد تحويل طاقة التيار المتردد إلى طاقة تيار مستمر من خلال مُحوّله الخاص أثناء التشغيل وإعادتها إلى قضيب التوصيل. يُمكن للمصاعد الأخرى على قضيب التوصيل الاستفادة الكاملة من هذه الطاقة، مما يُقلل من إجمالي استهلاك الطاقة للنظام ويُحقق هدف الحفاظ على الطاقة. في حالة تعطل أحد المصاعد، يُمكن ببساطة إيقاف تشغيل مفتاح الهواء عليه. يتميز هذا النظام بمزايا الهيكل البسيط، والتكلفة المنخفضة، والسلامة والموثوقية.
4. تطبيق وسائل الجر الجديدة
إن وسيلة الجر التقليدية للمصاعد هي الحبال السلكية الفولاذية، التي تستهلك طاقة كبيرة بسبب وزنها واحتكاكها. إن استخدام شرائح الفولاذ المركبة من البولي يوريثان بدلاً من الحبال السلكية الفولاذية التقليدية في صناعة المصاعد يُغير مفهوم تصميم المصاعد التقليدية تمامًا، مما يُتيح توفير الطاقة وزيادة الكفاءة. تتميز شرائح الفولاذ المصنوعة من البولي يوريثان، التي يبلغ سمكها 3 ملليمترات فقط، بمرونة ومتانة أكبر من حبال الأسلاك الفولاذية التقليدية، حيث يبلغ عمرها الافتراضي ثلاثة أضعاف عمرها الافتراضي. كما أن المتانة العالية وقوة السحب العالية لشرائح الفولاذ المصنوعة من البولي يوريثان تجعل تصميم المحرك الرئيسي يبدو مصغرًا. يمكن تقليل قطر عجلة الجر للمحرك الرئيسي إلى 100-150 ملليمترًا. وبفضل تقنية المغناطيس الدائم بدون تروس، يمكن تقليل حجم آلة الجر بنسبة 70% مقارنةً بالمحركات الرئيسية التقليدية، مما يُسهّل تحقيق تصميم خالٍ من غرفة الماكينة، مما يوفر مساحة كبيرة في المبنى ويقلل تكاليف البناء. حاليًا، يعتمد كلٌّ من مصعدي Otis GEN2 وXunda 3300AP هذه التقنية، التي أثبتت فعاليتها في توفير الطاقة بنسبة تصل إلى 50% مقارنةً بالمصاعد التقليدية. إضافةً إلى ذلك، يخضع حبل الجرّ عالي القوة المصنوع من الألياف الاصطناعية بدون نواة من شركة Xunda للمصاعد حاليًا لمرحلة التحقق التشغيلي، ومن المتوقع طرحه في السوق الصينية قريبًا.
5. تقنية السرعة المتغيرة
تُعد تقنية المصاعد متغيرة السرعة تقنيةً جديدةً موفرةً للطاقة وصديقةً للبيئة، ظهرت في السنوات الأخيرة. ويعتمد البحث والتطوير في هذه التقنية على إمكانات توفير الطاقة التي تتميز بها المصاعد التقليدية. أثناء تشغيل المصاعد التقليدية، لا تُضبط السرعة المُصنّفة إلا عند وصول آلة الجر إلى أقصى حمولتها، أي عند وصول طاقة خرجها إلى أقصى حد، سواءً في حالة الحمولة الكاملة أو الفارغة. ومع ذلك، عند وجود حوالي نصف الركاب فقط، ونظرًا لتوازن الصندوق مع ثقل الموازنة، يكون الحمل على آلة الجر صغيرًا، ويظل هناك فائض في طاقة الخرج. أي أنه لا يُستخدم سوى جزء من طاقة آلة الجر. تقنية المصاعد متغيرة السرعة هي استخدام الطاقة المتبقية عند انخفاض الحمل لزيادة سرعة المصعد في ظل نفس ظروف الطاقة. يمكن لتطبيق هذه التقنية الجديدة زيادة السرعة القصوى للمصاعد إلى 1.6 ضعف السرعة المقدرة. تُظهر المحاكاة التجريبية انخفاض وقت انتظار الركاب بنحو 12%. هذا لا يقتصر على تقصير وقت انتظار المصعد ووقت الركوب اللذين يُثيران استياء الركاب فحسب، بل يُحسّن أيضًا كفاءة التنقل وراحته. يُطيل تحسين كفاءة التنقل وقت استعداد المصاعد، ويمكن إطفاء إضاءة المصاعد، مما يُوفر الطاقة بشكل كبير. في الوقت نفسه، يُمكن لتقنية المصاعد متغيرة السرعة زيادة سرعة المصعد بمقدار مستوى واحد دون تغيير طراز آلة الجر، مما يُسهم بشكل كبير في توفير التكلفة والطاقة.
6. نظام اختيار الطبقة الموضوعية
كان نظام التحكم Xunda M10 أول نظام يُطبّق تقنية اختيار الطابق المقصود في الصين. ومن خلال التحسين المستمر والابتكار في البحث والتطوير، لقي مفهوم استخدامه قبولًا لدى الشعب الصيني وقاد الابتكار المستمر للمتابعين في هذه الصناعة. وقد طُبّق نظام Schindler ID من الجيل الجديد في العديد من المباني الراقية في الصين (مبنى Nanjing Zifeng ومبنى PetroChina). ببساطة، تختار المصاعد التقليدية الطابق فقط بعد دخول المصعد وتُبلغ المصعد بالطابق الذي يريد الذهاب إليه. وخلال ساعات الذروة، غالبًا ما تتوقف المصاعد طبقة تلو الأخرى، وهو أمر غير فعال. ومع ذلك، يسمح تطبيق أنظمة اختيار الطابق المقصود بتنظيم الأشخاص الذين يذهبون إلى نفس الطابق قبل دخول المصعد، مما يمكن أن يُحسّن الكفاءة. ومن خلال الجمع بين قواعد بيانات البرامج ذات الصلة وتقنية Bluetooth وأنظمة إدارة المجمعات السكنية، تُستخدم بطاقات الاتصال الذكية وتعيين المصاعد لدمج المصاعد فعليًا في المباني الذكية. ويتم تحديد مناطق أنشطة الموظفين الذين يدخلون المبنى مسبقًا، مما يُحسّن كفاءة الإدارة ومستوى السلامة في المبنى والمجتمع السكني.
7. تحديث نظام إضاءة عربة المصعد ونظام العرض الأرضي
وفقًا للمعلومات ذات الصلة، يُمكن أن يُوفر استخدام ثنائيات LED الباعثة للضوء، لتحديث المصابيح المتوهجة والفلورسنت ووحدات الإضاءة الأخرى الشائعة الاستخدام في عربات المصاعد، حوالي 90% من استهلاك الإضاءة، ويتراوح عمر هذه الوحدات بين 30 و50 ضعفًا من عمر الوحدات التقليدية. تتميز مصابيح LED عادةً بقوة 1 واط فقط، وهي خالية من الحرارة، ويمكنها تحقيق تصميمات خارجية وتأثيرات بصرية متنوعة، مما يجعلها جميلة وأنيقة. يكون المصعد في وضع الاستعداد، ونظام العرض الأرضي في وضع التشغيل دائمًا. كما يُمكن تحقيق أهداف توفير الطاقة من خلال استخدام تقنية السكون التي تُطفئ تلقائيًا أو تُقلل السطوع إلى النصف.
8. مصعد يعمل بالطاقة الشمسية
بالمقارنة مع المصاعد التقليدية، تتميز المصاعد التي تعمل بالطاقة الشمسية بميزتين واضحتين: أولاً، إمكانية تبديل مصدر الطاقة تلقائيًا. ثانيًا، اعتماد تقنيات جديدة للشبكات الضوئية التكميلية. إذ يُمكن تخزين الطاقة الشمسية والطاقة الكهربائية المُولّدة أثناء تشغيل المصعد في بطاريات مُخصصة. بعد الوصول إلى معايير مُحددة، لا تحتاج شبكة الكهرباء إلى مواصلة إمدادها بالطاقة، بل تنتقل تلقائيًا إلى حالة البطارية، مُستغلةً الطاقة الشمسية بالكامل ومُعيدةً تدوير الطاقة الكهربائية.