1. Aktuální situace výtahů v Číně a výtahů v nemocnicích terciárního stupně
1. Aktuální situace čínského výtahového průmyslu
Ke konci roku 2017 dosáhl celkový počet výtahů v Číně přibližně 5,6 milionu, což představuje asi 70 % celkové celosvětové produkce. Roční produkce a vlastnictví výtahů se umístilo na prvním místě na světě, což z Číny činí největšího světového výrobce a vývozce výtahů.
Avšak vzhledem k historickým důvodům, jako jsou technologická omezení a zaostávající standardy úspory energie pro výtahy, ačkoli čínská technologie úspory energie pro výtahy v některých ohledech dosáhla mezinárodního předního postavení, značky jako Tongli, Mitsubishi, Thyssen, Xunda, Hitachi atd. v posledních letech postupně uvedly na trh energeticky úspornější synchronní bezpřevodové výtahy s permanentními magnety pro malé strojovny i bez nich. Míra penetrace energeticky úsporných výtahů na trhu je však stále velmi nízká. Míra penetrace synchronních bezpřevodových výtahů s permanentními magnety, které ušetří více než 30 % elektřiny, je nižší než 10 % a míra penetrace výtahů s vestavěnými zařízeními pro zpětnou vazbu energie, které mají míru regenerace energie 30 %, je nižší než 2 %. V celém čínském odvětví výtahů existuje obrovský prostor pro úsporu energie a existuje obrovský tržní prostor pro energeticky úsporné výtahy.
Aktuální situace provozu výtahů v nemocnicích terciárního stupně
Jako hlavní a jediný železniční dopravní prostředek pro vertikální přepravu pacientů a zdravotnického personálu na různých patrech nemocnic mají výtahy v terciárních nemocnicích následující vlastnosti:
① Počet přepravovaných výtahů je obrovský
Podle statistik dosáhl v roce 2017 průměrný roční objem ambulantních pacientů v terciárních nemocnicích v Číně více než 2 miliony lidí. Vezměme si například Lidovou nemocnici Wuxi v roce 2015, kdy roční objem ambulantních pacientů dosáhl 3,09 milionu a skutečná kapacita lůžek byla 2000. Z nich více než 90 % pacientů a doprovodného personálu potřebuje k dosažení určených oddělení nebo pater výtah. Kromě toho je v nemocnici zaměstnán logistický personál, jako jsou lékaři, zdravotní sestry, administrativní pracovníci, úklidový a bezpečnostní personál, což skutečný objem přepravy nemocničních výtahů činí obrovským.
Následující obrázek ukazuje průměrný denní počet spuštění výtahů v nemocnicích různých úrovní podle statistik příslušných oddělení. Z nich průměrný denní počet spuštění výtahů v terciárních nemocnicích v regionu již překročil 2000krát za den.
Vliv použití energeticky úsporných zařízení ve výtazích v nemocnicích
▲ Obrázek 1 Statistiky průměrných denních dob spouštění výtahů v nemocnicích různého rozsahu
② Výtah je v provozu již dlouhou dobu
Vzhledem ke specifickým potřebám a servisním skupinám nemocničních výtahů vyžaduje většina zdravotnických výtahů 24hodinový provoz. Vezměme si jako příklad Lidovou nemocnici Wuxi, v Lidové nemocnici Wuxi je celkem 38 vertikálních výtahů značky Guangzhou Hitachi. Z nich 16 zdravotnických výtahů na lůžkovém oddělení je v rušném provozu 24 hodin denně, 365 dní v roce, s výjimkou běžné doby údržby. Denní doba spouštění ambulantních a pohotovostních oddělení je také delší než 12 hodin.
③ Výtahy mají během používání vysokou spotřebu energie
Podle statistických údajů se průměrná denní spotřeba elektřiny každého výtahu v terciární nemocnici pohybuje od 60 kWh do 100 kWh, s průměrem 80 kWh/den. Kromě toho může spotřeba energie klimatizace nebo ventilátorů ve strojovně, které se v létě používají k chlazení výtahů, dosáhnout celkové denní spotřeby elektřiny 100 kWh/den během špičky. Vezměme si jako příklad terciární nemocnici se 40 výtahy, denní spotřeba elektřiny výtahů během letní špičky může dosáhnout 4000 kWh, což je ohromující.
④ Vysoká teplota ve strojovně výtahu
V současné době je 90 % výtahů na trhu vybaveno technologií VVVF (Variable Frequency Variable Speed Control), z nichž pouze asi 2 % má vestavěná zařízení pro zpětnou vazbu energie a jedná se o vysoce účinné a energeticky úsporné výtahy. Zbývajících 98 % výtahů plýtvá elektřinou generovanou při lehkém zvedání, těžkém spouštění a rovnoměrném brzdění pomocí brzdných odporů a elektrické tepelné přeměny. Po přeměně velkého množství elektřiny na tepelnou energii teplota ve strojovně výtahu prudce stoupá. Pokud nebudou včas přijata opatření k nucenému chlazení, výtah se v důsledku vysoké teploty sám ochrání, což povede k nehodám s nouzovým vypnutím, což vážně ovlivní normální provoz výtahu a spokojenost cestujících.
Proto národní oddělení pro dohled a kontrolu kvality a technického dohledu vyžaduje, aby všechny strojovny výtahů byly vybaveny vysoce výkonným chladicím zařízením, jako je klimatizace a ventilátory, a výslovně stanoví, že pokud teplota ve strojovně výtahu překročí 40 ℃, musí být pro chlazení zapnuta klimatizace.
⑤ Vysoká poruchovost výtahů
Vysoká teplota je jednou z hlavních příčin stárnutí a selhání elektronických součástek a také jednou z hlavních příčin „nehod způsobených uvíznutím“ způsobených nouzovým vypnutím výtahů během provozu. Podle statistik velkých dat o výtahech z provincie Guizhou se míra poruchovosti uvízlých osob ve výtazích v nemocnicích s 9,18 % umístila na prvním místě mezi všemi typy výtahů, což výrazně převyšuje míru poruchovosti výtahů v obytných budovách, která činí 3,44 %. Statistiky také ukazují, že k více než 95 % „nehod způsobených uvíznutím“ ve výtazích dochází během horkého letního počasí, přičemž drtivá většina výtahů je způsobena nadměrným používáním a nedostatečnými chladicími opatřeními.
2. Technologie využití rekuperační energie výtahu - Úvod do zařízení pro zpětnou vazbu elektrické energie
Zařízení pro zpětnou vazbu elektrické energie výtahu je specializované zařízení pro úsporu energie používané pro brzdění výtahů s regulací otáček a otáček (VVVF). Rekuperuje stejnosměrnou elektrickou energii přeměněnou z mechanické kinetické energie a gravitační potenciální energie během lehkého zvedání, těžkého spouštění a rovnoměrného brzdění výtahu. Po inverzi DC/AC, usměrnění a filtraci je energie přenášena do místní elektrické sítě pro využití okolními elektrickými zařízeními výtahu.
Před zavedením energeticky úsporné renovace nebyla charakteristikou výtahů VVVF využívajících brzdění spotřebou energie velká spotřeba energie, ale generování velkého množství elektřiny, která se však nerecyklovala. Naopak, dostupná elektrická energie se přeměňovala na tepelnou energii a zbytečně spalovala. Druhotným problémem, který to způsobovalo, byl náhlý nárůst teploty ve strojovně výtahu, což vyžadovalo instalaci specializovaného chladicího zařízení (ventilátorů klimatizace), jinak by to ovlivnilo normální provoz výtahu. Provozní spotřeba energie chladicího zařízení je také spotřebou energie. Ve strojovnách výtahů se špatným odvodem tepla v létě může provozní spotřeba energie klimatizace výtahu dokonce překročit provozní spotřebu energie samotného výtahu, takže plýtvání energií je velmi vážné.
Energeticky úsporná transformace se provádí pomocí zpětnovazebního zařízení pro elektrickou energii výtahu, aniž by se měnila původní struktura výtahu. Paralelně je fyzicky zapojeno pouze zařízení pro rekuperaci energie. Provozní napětí zpětnovazebního zařízení je nižší než napětí brzdného rezistoru výtahu, takže zpětnovazební zařízení má přednost před brzdným rezistorem a vrací elektrickou energii zpět do sítě k předběžné recyklaci. Jakmile dojde k poruše zpětnovazebního zařízení, napětí stejnosměrné sběrnice výtahu se bude dále zvyšovat, brzdný rezistor výtahu se restartuje a výtah se automaticky přepne do původního neenergeticky úsporného provozního stavu, ale neovlivní to normální používání výtahu. Zpětnovazební zařízení pro elektrickou energii výtahu je proto bezpečné. Výtahy řady GPM-M od Mitsubishi a řady REGEN od OTIS jsou vybaveny zpětnovazebními zařízeními pro energii.
Vliv použití energeticky úsporných zařízení ve výtazích v nemocnicích
▲ Obrázek 2 Schéma principu fungování zařízení zpětné vazby elektrické energie výtahu
Míra přeměny energie zařízení pro zpětnou vazbu energie výtahu může dosáhnout 97 %, s přímou mírou úspory energie mezi 15 % a 45 % a průměrnou mírou úspory energie 30 %. Nejvyšší míra úspory energie naměřená v nemocničních projektech na úsporu energie je 51 %.
Po zavedení zařízení pro zpětnou vazbu energie výtahu se veškerá elektrická energie přeměněná z mechanické a potenciální energie recykluje. Hlavní brzdný odpor zdroje tepla ve strojovně výtahu přestane fungovat a již negeneruje teplo. Tím se výrazně sníží teplota ve strojovně výtahu. Klimatizaci, která původně musela být neustále zapnutá pro chlazení výtahu, lze nyní méně často zapínat a vypínat, čímž se dosáhne sekundárních úspor energie úsporou elektřiny z klimatizace a nákladů na elektřinu.
Kromě toho se díky zastavení hlavního brzdného odporu zdroje tepla ve strojovně výtahu výrazně snížila teplota ve strojovně a zlepšilo se pracovní prostředí výtahu. Díky vlastní ochraně proti vysoké teplotě se výtah může vyhnout nehodám způsobeným nouzovým vypnutím. Po zlepšení prostředí ve strojovně výtahu se zpomalí stárnutí elektronických součástek na desce plošných spojů výtahu, výrazně se sníží poruchovost výtahu a odpovídajícím způsobem se sníží náklady na údržbu výtahu; zároveň se odpovídajícím způsobem prodlouží i skutečná životnost výtahu.
3. Analýza přínosů po zavedení technologie rekuperace energie výtahu
Na základě šetření úspěšných případů úspor energie u výtahů v nemocnicích stejné úrovně a v kombinaci se zjevnými účinky úspor energie plynoucími z testování výtahů na místě v Lidové nemocnici Wuxi provedla Lidová nemocnice Wuxi ve dvou dávkách energeticky úsporné renovace 33 zdravotnických výtahů VVVF, které splňují podmínky pro energeticky úspornou renovaci s využitím technologie využití obnovitelné energie a mají investiční hodnotu. Byla instalována zařízení pro zpětnou vazbu energie výtahů a účinky úspory energie byly významné. Výsledky jsou následující:
① Úsporný efekt energie
Výsledky testů po energeticky úsporné rekonstrukci ukazují, že využití technologie obnovitelné energie pro energeticky úspornou rekonstrukci má významný energeticky úsporný vliv na výtahy, s mírou úspory energie při vzorkovacím testu 34,33 % a průměrnou mírou úspory energie 30 %. Zároveň se výrazně snížila teplota ve strojovně výtahu a teplota brzdného odporu klesla ze 191,6 ℃ na 27,0 ℃. Poruchovost provozu výtahu také vykazovala jasný klesající trend a celkový projekt dosáhl cíle vysoké účinnosti a úspory energie a zároveň zajistil plynulý a bezpečný provoz výtahu.
Tabulka 1: Záznamy z testování vlivu míry úspor energie na místě pro projekt
Vliv použití energeticky úsporných zařízení ve výtazích v nemocnicích
② Investiční příjem
Tento energeticky úsporný projekt dokáže vrátit veškeré investice do úspor energie přibližně za 2 roky. Navrhovaná životnost zařízení je 15 let a zbývajících 13 let úspor energie představuje čistý příjem nemocnice.
③ Přínosy pro životní prostředí
Po realizaci tohoto energeticky úsporného projektu lze v zemi ušetřit přibližně 1980 tun surového uhlí, snížit emise oxidu uhličitého o přibližně 5,1876 milionu kilogramů, snížit emise oxidu siřičitého o přibližně 16 830 kilogramů a snížit emise oxidů dusíku o přibližně 14 652 kilogramů.
Tabulka 2 Výpočet environmentálních přínosů projektu
Vliv použití energeticky úsporných zařízení ve výtazích v nemocnicích
4. Závěr
Bezpečný a plynulý provoz zdravotnických výtahů, jakožto důležitého nástroje železniční dopravy v nemocnicích, souvisí s efektivitou a image nemocničního provozu, stejně jako s rychlostí záchrany životů. Proto je zajištění bezpečného a plynulého provozu zdravotnických výtahů v dobrém pracovním prostředí velmi důležité.
Vzhledem k historickým důvodům, jako jsou požadavky na úsporu energie, průmyslové standardy a technická omezení, je podíl veřejných institucí, jako jsou terciární nemocnice, které používají výtahy s energeticky úspornými technologiemi, jako je technologie rekuperace energie a synchronní bezpřevodová technologie s permanentními magnety, relativně nízký. Většina výtahů pro terciární nemocnice se vyznačuje vysokou pracovní teplotou, vysokou spotřebou energie během provozu výtahu a vysokou poruchovostí během provozu výtahu.
Na základě zkušeností Lidové nemocnice Wuxi s implementací energeticky úsporných renovací výtahů s využitím technologie využití obnovitelných zdrojů energie se doporučuje, aby kolegové při výstavbě, rozšiřování a rekonstrukci nemocnice co nejvíce volili vysoce účinné výtahy s technologií využití obnovitelných zdrojů energie a synchronní bezpřevodovou technologií s permanentními magnety. U stávajících budov v nemocnicích se doporučuje, aby si nemocnice vybraly energeticky úsporné servisní společnosti se zkušenostmi a kvalifikací v oblasti renovací a vědecky renovovaly výtahy instalací zařízení pro zpětnou vazbu elektrické energie s ohledem na zajištění bezpečnosti, aby se ušetřila spotřeba energie při provozu výtahů, snížily se provozní náklady nemocnice a vytvořila se zelená nemocnice.