1. Situación actual de los ascensores en China y de los ascensores en hospitales terciarios.
1. Situación actual de la industria de ascensores en China
A finales de 2017, el número total de ascensores en China ascendía a unos 5,6 millones, lo que representaba aproximadamente el 70 % de la producción mundial. La producción y el número de ascensores en el año ocuparon el primer lugar a nivel mundial, convirtiendo a China en el mayor productor y exportador de ascensores del mundo.
Sin embargo, debido a razones históricas como las limitaciones tecnológicas y el retraso en los estándares de ahorro de energía para ascensores, aunque la tecnología de ahorro de energía de ascensores de China ha alcanzado el nivel líder internacional en algunos aspectos, marcas como Tongli, Mitsubishi, Thyssen, Xunda, Hitachi, etc. han lanzado sucesivamente ascensores de sala de máquinas pequeña y sin sala de máquinas síncronos de imanes permanentes más eficientes energéticamente en los últimos años. Sin embargo, la tasa de penetración de ascensores de ahorro de energía en el mercado aún es muy baja. La tasa de penetración de ascensores síncronos de imanes permanentes sin engranajes que ahorran más del 30% de electricidad es inferior al 10%, y la tasa de penetración de ascensores con dispositivos de retroalimentación de energía incorporados que tienen una tasa de recuperación de energía regenerativa del 30% es inferior al 2%. Existe un enorme espacio de ahorro de energía en toda la industria de ascensores en China, y hay un enorme espacio de mercado para ascensores de ahorro de energía.
Situación actual del funcionamiento de los ascensores en los hospitales terciarios
Como principal y única herramienta de transporte ferroviario para el traslado vertical de pacientes y personal médico en diferentes pisos de los hospitales, los ascensores en los hospitales terciarios tienen las siguientes características:
① El número de ascensores transportados es enorme
Según las estadísticas, en 2017, el volumen promedio anual de pacientes ambulatorios en hospitales terciarios de China superó los 2 millones de personas. Por ejemplo, en 2015, el Hospital Popular de Wuxi registró 3,09 millones de pacientes ambulatorios, con una ocupación real de 2000 camas. Más del 90 % de los pacientes y su personal acompañante necesitan utilizar ascensores para acceder a los departamentos o plantas de las salas designadas. Además, el hospital cuenta con personal de servicios logísticos, como médicos, enfermeras, personal de gestión administrativa, personal de limpieza y seguridad, lo que aumenta el volumen real de transporte en ascensores.
La siguiente figura muestra el promedio diario de arranques de ascensores en hospitales de diferentes niveles, según las estadísticas de los departamentos correspondientes. Entre ellos, el promedio diario de arranques de ascensores en hospitales terciarios de la región ya supera las 2000 veces al día.
El efecto del uso de equipos de ahorro energético en ascensores de hospitales
▲ Figura 1 Estadísticas de los tiempos promedio diarios de arranque de ascensores en hospitales de diferentes escalas
② El ascensor ha estado en uso durante mucho tiempo.
Debido a las necesidades específicas y a los grupos de servicio de los ascensores hospitalarios, la mayoría de los ascensores médicos requieren funcionamiento las 24 horas. Por ejemplo, en el Hospital Popular de Wuxi hay un total de 38 ascensores verticales de la marca Guangzhou Hitachi. De ellos, 16 ascensores médicos del departamento de hospitalización operan con alta demanda las 24 horas del día, los 365 días del año, excepto durante el mantenimiento normal. El tiempo de arranque diario para los departamentos de consultas externas y urgencias también supera las 12 horas.
③ Los ascensores tienen un alto consumo de energía durante su uso.
Según datos estadísticos, el consumo eléctrico diario promedio de cada ascensor en un hospital terciario oscila entre 60 kWh y 100 kWh, con un promedio de 80 kWh/día. Además, el consumo energético del aire acondicionado o de los ventiladores de la sala de máquinas, utilizados específicamente para la refrigeración de los ascensores en verano, puede alcanzar un consumo eléctrico diario total de 100 kWh/día durante las horas punta. Si tomamos como ejemplo un hospital terciario con 40 ascensores, el consumo eléctrico diario de los ascensores durante las horas punta de verano puede alcanzar los 4000 kWh, lo cual es sorprendente.
④ Alta temperatura en la sala de máquinas del ascensor
Actualmente, el 90% de los ascensores del mercado son VVVF (Control de Velocidad Variable de Frecuencia Variable), de los cuales solo un 2% incorpora dispositivos de retroalimentación de energía y son ascensores de alta eficiencia y ahorro energético. El 98% restante desperdicia la electricidad generada durante la subida con carga ligera, la bajada con carga pesada y el frenado a nivel mediante resistencias de frenado y conversión térmica eléctrica. Tras la conversión de una gran cantidad de electricidad en energía térmica, la temperatura en la sala de máquinas del ascensor aumenta bruscamente. Si no se implementan medidas de refrigeración forzada a tiempo, el ascensor se autoprotegerá debido a la alta temperatura, lo que provocará paradas de emergencia accidentales, afectando gravemente el funcionamiento normal del ascensor y la satisfacción de los pasajeros.
Por lo tanto, el departamento nacional de supervisión e inspección técnica y de calidad requiere que todas las salas de máquinas de ascensores estén equipadas con equipos de refrigeración de alta potencia, como aire acondicionado y ventiladores, y estipula explícitamente que si la temperatura en la sala de máquinas del ascensor supera los 40 ℃, se debe encender el aire acondicionado para enfriar.
⑤ Alta tasa de fallos en el uso del ascensor
Las altas temperaturas son una de las principales causas del envejecimiento y las fallas de los componentes electrónicos, así como una de las principales causas de los accidentes por atrapamiento causados por paradas de emergencia de ascensores durante su funcionamiento. Según las estadísticas de muestra de Guizhou sobre big data de ascensores, la tasa de fallos de personas atrapadas en ascensores de hospitales es la primera entre todos los tipos de ascensores, con un 9,18 %, superando con creces la tasa de fallos de los ascensores residenciales, que es del 3,44 %. Las estadísticas también muestran que más del 95 % de los accidentes por atrapamiento en ascensores ocurren durante el calor del verano, y la gran mayoría de los ascensores se deben al uso excesivo y a medidas de refrigeración inadecuadas.
2. Tecnología de utilización de energía regenerativa en ascensores: Introducción al dispositivo de retroalimentación de energía eléctrica
El dispositivo de retroalimentación de energía eléctrica para ascensores es un dispositivo especializado de ahorro de energía que se utiliza para el frenado de consumo de energía en ascensores VVVF. Recupera la energía eléctrica de corriente continua (CC) convertida a partir de energía cinética mecánica y energía potencial gravitacional durante la subida con carga ligera, la bajada con carga pesada y el frenado de nivel. Tras la inversión de CC/CA, la rectificación y el filtrado, se transmite a la red eléctrica local para su uso por los equipos eléctricos circundantes del ascensor.
Antes de la implementación de la renovación para el ahorro energético, la característica de los ascensores VVVF que utilizaban el frenado de consumo energético no era su alto consumo, sino su alta generación de electricidad, que no se reciclaba. Por el contrario, la energía eléctrica disponible se convertía en energía térmica y se consumía en vano. El problema secundario causado por esto era el aumento repentino de la temperatura en la sala de máquinas del ascensor, que requería la instalación de equipos de refrigeración especializados (ventiladores de aire acondicionado); de lo contrario, afectaría el funcionamiento normal del ascensor. El consumo energético operativo del equipo de refrigeración también es un consumo energético. En salas de máquinas de ascensores con mala disipación de calor en verano, el consumo energético operativo del aire acondicionado del ascensor puede incluso superar el consumo energético operativo del propio ascensor, por lo que el desperdicio de energía es muy grave.
El ahorro de energía se logra mediante un dispositivo de retroalimentación de energía eléctrica del ascensor, sin modificar su estructura original. Solo se conecta físicamente en paralelo un dispositivo de recuperación de energía. La tensión de trabajo del dispositivo de retroalimentación es inferior a la de la resistencia de frenado del ascensor, por lo que este tiene prioridad sobre esta y devuelve la energía eléctrica a la red eléctrica para su reciclaje anticipado. Si el dispositivo de retroalimentación falla, la tensión del bus de CC del ascensor seguirá aumentando, la resistencia de frenado se reiniciará y el ascensor volverá automáticamente al estado de funcionamiento original sin ahorro de energía, sin afectar su uso normal. Por lo tanto, el dispositivo de retroalimentación de energía eléctrica del ascensor es seguro. Tanto los ascensores de la serie GPM-M de Mitsubishi como los de la serie REGEN de OTIS incorporan dispositivos de retroalimentación de energía.
El efecto del uso de equipos de ahorro energético en ascensores de hospitales
▲ Figura 2 Diagrama del principio de funcionamiento del dispositivo de retroalimentación de energía eléctrica del ascensor
La tasa de conversión de energía del dispositivo de retroalimentación de energía del ascensor puede alcanzar el 97%, con un ahorro directo de energía de entre el 15% y el 45%, y un ahorro promedio del 30%. El ahorro energético más alto registrado en proyectos de ahorro energético hospitalario es del 51%.
Tras la adopción del dispositivo de retroalimentación de energía para ascensores, se recicla toda la energía eléctrica convertida a partir de energía mecánica y energía potencial. La resistencia de frenado de la fuente principal de calor en la sala de máquinas del ascensor deja de funcionar y deja de generar calor. Por lo tanto, la temperatura en la sala de máquinas se reduce considerablemente. El aire acondicionado, que antes requería estar encendido continuamente para enfriar el ascensor, ahora se enciende y apaga con menos frecuencia, lo que permite un ahorro energético secundario al ahorrar electricidad y costes de electricidad.
Además, debido a la parada de la resistencia de frenado de la principal fuente de calor en la sala de máquinas del ascensor, la temperatura en la sala de máquinas ha disminuido significativamente y el entorno de trabajo del ascensor ha mejorado. El ascensor puede evitar accidentes causados por paradas de emergencia gracias a la autoprotección contra altas temperaturas. Tras la mejora del entorno de la sala de máquinas, se ha ralentizado el envejecimiento de los componentes electrónicos de la placa de circuito impreso del ascensor, se ha reducido significativamente la tasa de fallos del ascensor y, en consecuencia, se ha reducido el coste de mantenimiento. Al mismo tiempo, se ha prolongado la vida útil del ascensor.
3. Análisis de beneficios tras la adopción de la tecnología de aprovechamiento de energía regenerativa en ascensores.
Basándose en la investigación de casos exitosos de ahorro energético en ascensores de hospitales del mismo nivel, y en combinación con los evidentes efectos de ahorro energético de las pruebas in situ de ascensores en el Hospital Popular de Wuxi, este hospital llevó a cabo renovaciones de ahorro energético en 33 ascensores médicos VVVF que cumplen con los requisitos para una renovación de ahorro energético mediante tecnología de aprovechamiento de energías renovables y que representan una inversión valiosa, en dos lotes. Se instalaron dispositivos de retroalimentación energética en los ascensores, y los efectos de ahorro energético fueron significativos. Los resultados son los siguientes:
① Efecto de ahorro de energía
Los resultados de las pruebas realizadas tras la renovación energética muestran que el uso de tecnologías de energía renovable para este fin tiene un importante efecto de ahorro energético en los ascensores, con una tasa de ahorro energético en la prueba de muestreo del 34,33 % y una tasa de ahorro energético promedio del 30 %. Al mismo tiempo, la temperatura en la sala de máquinas del ascensor disminuyó significativamente, y la temperatura de la resistencia de frenado bajó de 191,6 ℃ a 27,0 ℃. La tasa de fallos en el funcionamiento del ascensor también mostró una clara tendencia a la baja, y el proyecto en general logró el objetivo de alta eficiencia y ahorro energético, garantizando un funcionamiento fluido y seguro del ascensor.
Tabla 1: Registros in situ de las pruebas del efecto de la tasa de ahorro de energía para el proyecto
El efecto del uso de equipos de ahorro energético en ascensores de hospitales
② Ingresos por inversiones
Este proyecto de ahorro energético permite recuperar toda la inversión en ahorro energético en aproximadamente dos años. La vida útil prevista del equipo es de 15 años, y los 13 años restantes de ahorro energético representan los ingresos netos del hospital.
③ Beneficios ambientales
Después de la implementación de este proyecto de ahorro de energía, se pueden ahorrar alrededor de 1.980 toneladas de carbón crudo para el país, reducir las emisiones de dióxido de carbono en aproximadamente 5,1876 millones de kilogramos, reducir las emisiones de dióxido de azufre en aproximadamente 16.830 kilogramos y reducir las emisiones de óxido de nitrógeno en aproximadamente 14.652 kilogramos.
Tabla 2 Cálculo de los beneficios ambientales del proyecto
El efecto del uso de equipos de ahorro energético en ascensores de hospitales
4. Conclusión
Como importante medio de transporte ferroviario en hospitales, el funcionamiento seguro y fluido de los ascensores médicos está relacionado con la eficiencia y la imagen de las operaciones hospitalarias, así como con la rapidez para salvar vidas. Por lo tanto, garantizar el funcionamiento seguro y fluido de los ascensores médicos en un entorno de trabajo adecuado es fundamental.
Debido a razones históricas, como los requisitos de ahorro energético, los estándares de la industria y las limitaciones técnicas, la proporción de instituciones públicas, como los hospitales terciarios, que utilizan ascensores con tecnologías de ahorro energético, como la tecnología de regeneración de energía y la tecnología síncrona sin engranajes de imanes permanentes, es relativamente baja. La mayoría de los ascensores de hospitales terciarios se caracterizan por una alta temperatura ambiente de trabajo, un alto consumo de energía durante su funcionamiento y una alta tasa de fallos.
Basándonos en la experiencia del Hospital Popular de Wuxi en la renovación de ascensores para el ahorro energético mediante el uso de energías renovables, se recomienda a los profesionales elegir, en la medida de lo posible, ascensores de alta eficiencia con tecnología de energías renovables y tecnología síncrona sin engranajes de imanes permanentes durante la construcción, ampliación y renovación del hospital. En el caso de los edificios hospitalarios existentes, se recomienda contratar empresas de servicios de ahorro energético con experiencia y cualificación en renovación, y renovar los ascensores de forma responsable mediante la instalación de dispositivos de retroalimentación de energía eléctrica, garantizando así la seguridad. Esto permitirá ahorrar energía durante el funcionamiento de los ascensores, reducir los costes operativos y crear un hospital sostenible.