Anbieter von energiesparenden Aufzugsanlagen weisen darauf hin, dass die Realisierung hoher Energieeinsparungen bei Aufzügen ein langwieriger und anspruchsvoller Prozess ist. Neben dem täglichen Management (z. B. der Installation von automatischen Sensoren außerhalb der Stoßzeiten) ist die technologische Forschung und Entwicklung der Hersteller von entscheidender Bedeutung. Statistiken zufolge entfallen über 70 % des Gesamtenergieverbrauchs eines Aufzugs auf den Antrieb. Daher liegt der Fokus im praktischen Betrieb energiesparender Aufzüge auf der Modernisierung und Verbesserung der Antriebs- und Traktionssysteme, der Geschwindigkeitsregelung und der Steuerungsmethoden. Dank intensiver Forschung und Entwicklung energiesparender Technologien in der Aufzugsbranche hat sich die Energieeinsparung bei Aufzügen stark weiterentwickelt.
1. Energierückkopplungstechnologie
Die Energierückkopplungstechnologie nutzt einen Wechselrichter, um den Gleichstrom eines Frequenzumrichters in Wechselstrom umzuwandeln und diesen ins Stromnetz zurückzuspeisen, wenn der Motor Strom erzeugt. Da Aufzüge die Hälfte ihrer Betriebszeit im Stromerzeugungsmodus verbringen, ist die Energieeinsparung durch diese Technologie theoretisch sehr hoch. Laut unvollständigen Statistiken verschwenden derzeit über 90 % der Aufzüge diese Energie jedoch durch regenerative Widerstandserwärmung. Die Energierückkopplungstechnologie betrachtet die Stromversorgung von Aufzügen als steuerbare Größe und bietet dadurch viele Vorteile. Sie wird bereits von mehreren Aufzugsherstellern eingesetzt, und es wurde ein Energierückkopplungssystem entwickelt, das den mittels fortschrittlicher Mehrfachgleichrichtung aufbereiteten Strom in das Gebäudenetz zurückspeist, um ihn von anderen elektrischen Geräten im Gebäude nutzen zu lassen. Die Rückkopplungsenergie wird in einer Batterie gespeichert und kann direkt an andere elektrische Geräte im Stromnetz abgegeben werden. Im Vergleich zu Vorgängermodellen weist dieses hybridelektrische Aufzugssystem eine umfassende Energieeinsparung von 20–50 % auf. Die Umwandlung von Aufzügen in energieeffiziente „Kraftwerke“, die andere Geräte mit Strom versorgen, spart Energie. Durch den Austausch von Widerständen gegen energieeffiziente Bauteile wird zudem die Umgebungstemperatur im Maschinenraum gesenkt und die Betriebstemperatur der Aufzugssteuerung optimiert, was die Lebensdauer des Aufzugs verlängert. Da im Maschinenraum keine Klimaanlage benötigt wird, wird indirekt zusätzlich Strom eingespart.
2. VVVF-Technologie (Variable Voltage Variable Frequency Speed Control)
Die VVVF-Technologie findet breite Anwendung in modernen AC-Drehzahlregelungs-Antriebssystemen für Aufzüge. Der Einsatz dieser ausgereiften Technologie ist heute der wichtigste Weg, die Regelungsleistung und damit die Betriebsqualität von Aufzügen zu verbessern. Die VVVF-Technologie hat verschiedene Arten von AC-Drehzahlregelungsmotoren mit zwei Drehzahlen abgelöst und DC-Getriebelose Antriebe ersetzt. Dies verbessert nicht nur die Betriebsleistung von Aufzügen, sondern spart auch effektiv Energie und reduziert Verluste. Im Folgenden wird die Energieeffizienz von VVVF-Aufzügen in verschiedenen Betriebsphasen analysiert. Der Aufzugsbetrieb lässt sich in drei Phasen unterteilen: Anfahren, Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit und Bremsen. (1) Anfahrphase: VVVF startet mit niedriger Frequenz, was zu geringem Blindstrom und einer deutlichen Reduzierung des Anfahrstroms und des Energieverbrauchs führt. (2) Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit: Der Energieverbrauch von ACVV-Aufzügen (Spannungs- und Drehzahlregelung) im Betrieb mit konstanter Geschwindigkeit ist vergleichbar mit dem von VVVF-gesteuerten Aufzügen unter Volllast und halber Last bei der Aufwärtsfahrt. Bei geringer Last beim Aufwärtsfahren (oder schwerer Last beim Abwärtsfahren) benötigen ACVV-Aufzüge aufgrund des Rückwärtszugs Energie aus dem Stromnetz, um ein Bremsmoment zu erzeugen. VVVF-Aufzüge hingegen arbeiten im regenerativen Bremsbetrieb und benötigen keine Energie aus dem Stromnetz. (3) Bremsabschnitt: ACVV-Aufzüge nutzen im Bremsabschnitt üblicherweise ein energieverbrauchendes Bremsverfahren. Dabei wird der Bremsstrom aus dem Stromnetz bezogen, in Wärmeenergie umgewandelt und im Rotor des Motors verbraucht. Bei Motoren mit großen Trägheitsrädern kann der Bremsstrom 60–80 A erreichen, was zu einer relativ starken Erwärmung des Motors führt. VVVF-Aufzüge benötigen während des Bremsvorgangs keine Energie aus dem Stromnetz. Der Elektromotor arbeitet im regenerativen Bremsbetrieb. Die kinetische Energie des Aufzugsystems wird in elektrische Energie umgewandelt und vom externen Widerstand des Motors verbraucht. Dies spart nicht nur Energie, sondern vermeidet auch die durch den Bremsstrom verursachte Motorerwärmung.
Berechnungen aus dem laufenden Betrieb zufolge können mit VVVF gesteuerte Aufzüge im Vergleich zu mit ACVV geregelten Aufzügen über 30 % Energie einsparen. Das VVVF-System verbessert zudem den Leistungsfaktor des Stromnetzes und reduziert die Kapazität der Aufzugsanlagen und Elektromotoren um mehr als 30 %. Daraus lässt sich schließen, dass mit VVVF drehzahlgeregelte Aufzüge deutliche Energieeinsparungen erzielen, die zukunftsweisende Entwicklung der Aufzugsdrehzahlregelung darstellen und erhebliche wirtschaftliche und soziale Vorteile bieten.
3. Prinzip und Anwendung des DC-Bus-Aufzugssteuerungssystems
In Bereichen mit hohem Aufzugsaufkommen reicht ein Aufzug oft nicht aus, daher werden häufig zwei oder mehr gleichzeitig betrieben. Um Energie zu sparen, kann die überschüssige Energie, die von einem oder zwei Aufzügen während des Betriebs erzeugt wird, in eine gemeinsame Sammelschiene eingespeist werden. Das gängige DC-Sammelschienen-Steuerungssystem für Aufzüge besteht in der Regel aus Leistungsschaltern, Schützen, Wechselrichtern, Motoren und Sicherungen. Charakteristisch ist, dass alle Aufzüge auf der DC-Seite des Systems an eine gemeinsame Sammelschiene angeschlossen sind. So kann jeder Aufzug während des Betriebs mittels seines eigenen Wechselrichters Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln und diesen in die Sammelschiene einspeisen. Die anderen an der Sammelschiene angeschlossenen Aufzüge können diese Energie optimal nutzen, wodurch der Gesamtenergieverbrauch des Systems sinkt und Energieeinsparungen erzielt werden. Bei einer Störung eines Aufzugs wird einfach der entsprechende Luftschalter ausgeschaltet. Dieses System zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau, geringe Kosten sowie Sicherheit und Zuverlässigkeit aus.
4. Anwendung neuer Traktionsmedien
Das traditionelle Antriebsmedium für Aufzüge ist ein Stahlseil, dessen Gewicht und Reibung einen hohen Energieverbrauch verursachen. Der Einsatz von Polyurethan-Verbundstahlbändern anstelle herkömmlicher Stahlseile revolutioniert das Designkonzept traditioneller Aufzüge und ermöglicht so Energieeinsparung und Effizienzsteigerung. Polyurethan-Stahlbänder mit einer Dicke von nur 3 Millimetern sind flexibler und langlebiger als herkömmliche Stahlseile und weisen eine dreimal höhere Lebensdauer auf. Dank ihrer hohen Zähigkeit und Zugkraft können die Hauptantriebsmaschinen miniaturisiert werden. Der Durchmesser der Antriebsräder kann auf 100–150 Millimeter reduziert werden. In Kombination mit getriebeloser Permanentmagnet-Technologie lässt sich das Volumen der Antriebsmaschine im Vergleich zu herkömmlichen Hauptantriebsmaschinen um 70 % verringern. Dies ermöglicht eine maschinenraumfreie Konstruktion, spart erheblich Platz und senkt die Baukosten. Aktuell nutzen sowohl der Otis GEN2-Aufzug als auch der Xunda 3300AP-Aufzug diese Technologie, die nachweislich bis zu 50 % Energie im Vergleich zu herkömmlichen Aufzügen einspart. Darüber hinaus befindet sich das hochfeste, kernlose Traktionsseil aus synthetischen Fasern der Xunda Elevator Company derzeit in der Erprobungsphase und wird voraussichtlich in Kürze auf dem chinesischen Markt eingeführt.
5. Technologie mit variabler Drehzahl
Die Aufzugstechnologie mit variabler Geschwindigkeit ist eine weitere neue, energiesparende und umweltfreundliche Technologie, die in den letzten Jahren entwickelt wurde. Die Forschung und Entwicklung dieser Technologie basiert auf dem Energiesparpotenzial herkömmlicher Aufzüge. Im Betrieb herkömmlicher Aufzüge wird die Nenngeschwindigkeit nur dann erreicht, wenn die Antriebsmaschine unter Volllast arbeitet, d. h. wenn ihre Ausgangsleistung sowohl bei voller als auch bei leerer Auslastung maximal ist. Befinden sich jedoch nur etwa die Hälfte der Fahrgäste im Aufzug, ist die Last auf die Antriebsmaschine aufgrund des Gegengewichts geringer, und es steht noch überschüssige Ausgangsleistung zur Verfügung. Das heißt, es wird nur ein Teil der Leistung der Antriebsmaschine genutzt. Die Aufzugstechnologie mit variabler Geschwindigkeit nutzt die Restenergie bei geringer Last, um die Aufzugsgeschwindigkeit bei gleichbleibender Leistung zu erhöhen. Durch den Einsatz dieser neuen Technologie kann die maximale Aufzugsgeschwindigkeit auf das 1,6-Fache der Nenngeschwindigkeit gesteigert werden. Simulationsstudien zeigen eine Reduzierung der Wartezeit für Fahrgäste um ca. 12 %. Dies verkürzt nicht nur die von Fahrgästen am häufigsten kritisierten Wartezeiten und Fahrzeiten, sondern verbessert auch die Mobilität und den Komfort. Die gesteigerte Mobilitätseffizienz verlängert die Standby-Zeit der Aufzüge, und die Beleuchtung kann abgeschaltet werden, was zu einer signifikanten Energieeinsparung führt. Gleichzeitig ermöglicht die Aufzugstechnologie mit variabler Geschwindigkeit eine Geschwindigkeitserhöhung um eine Stufe, ohne dass die Antriebsmaschine angepasst werden muss. Dies trägt wesentlich zur Kosten- und Energieeinsparung bei.
6. Objektives Ebenenauswahlsystem
Durch kontinuierliche Verbesserung und innovative Forschung und Entwicklung hat sich dieses Nutzungskonzept in China etabliert und zu stetiger Weiterentwicklung in der Branche geführt. Herkömmliche Aufzüge wählen das gewünschte Stockwerk erst nach dem Betreten aus und geben es dem Aufzug an. Zu Stoßzeiten halten sie oft etagenweise, was ineffizient ist. Systeme zur Zielstockwerksauswahl ermöglichen es hingegen, Fahrgäste, die in dasselbe Stockwerk fahren möchten, bereits vor dem Betreten des Aufzugs zu organisieren und so die Effizienz zu steigern. Durch die Kombination relevanter Software-Datenbanken, Bluetooth-Technologie und Gebäudemanagementsystemen werden Smartcard-Anrufe und die Aufzugszuweisung genutzt, um Aufzüge nahtlos in intelligente Gebäude zu integrieren. Die Aktivitätsbereiche für Personen, die das Gebäude betreten, sind vordefiniert, was die Managementeffizienz und die Sicherheit im Gebäude und im gesamten Umfeld verbessert.
7. Modernisierung der Aufzugskabinenbeleuchtung und der Etagenanzeige.
Laut vorliegenden Informationen lassen sich durch den Austausch der üblicherweise in Aufzügen verwendeten Glühlampen, Leuchtstofflampen und anderer Beleuchtungskörper gegen LED-Leuchtdioden rund 90 % des Energieverbrauchs einsparen. Die Lebensdauer der Leuchten ist zudem 30- bis 50-mal länger als die herkömmlicher Leuchten. LED-Lampen verbrauchen in der Regel nur 1 W, erzeugen keine Wärme und ermöglichen vielfältige Außendesigns und optische Effekte, wodurch die Aufzüge ein ästhetisches und elegantes Erscheinungsbild erhalten. Der Aufzug befindet sich im Standby-Modus, während die Etagenanzeige permanent aktiv ist. Durch die Nutzung einer Energiesparfunktion, die die Beleuchtung automatisch abschaltet oder die Helligkeit halbiert, lassen sich weitere Energieeinsparungen erzielen.