Los proveedores de sistemas de retroalimentación energética para ascensores recuerdan que el uso de ascensores verticales en edificios de gran altura es cada vez más popular. Para lograr un buen ahorro energético en los ascensores, aún queda mucho por hacer. Además de las medidas de gestión diaria (como la instalación de sensores automáticos en los ascensores durante las horas punta), lo más importante es la investigación tecnológica y el proceso de fabricación de las empresas productoras. Según datos estadísticos, el consumo de energía del sistema de accionamiento del ascensor, al arrastrar la carga, representa más del 70 % del consumo total. Por lo tanto, el enfoque práctico de los ascensores de bajo consumo reside en la actualización y mejora de los sistemas de tracción y propulsión, los métodos de regulación de la velocidad y los métodos de control.
1. Tecnología de retroalimentación energética
La tecnología de retroalimentación energética consiste en utilizar un inversor para convertir la corriente continua (CC) de un convertidor de frecuencia en corriente alterna (CA) y devolverla a la red eléctrica cuando el motor está en estado generador. Las características de funcionamiento de los ascensores muestran que la mitad de su tiempo de funcionamiento se encuentra en estado generador. En teoría, el ahorro energético de la tecnología de retroalimentación energética debería ser muy bueno. Según estadísticas incompletas, actualmente más del 92 % de los ascensores solo desperdician esta energía en forma de calentamiento por resistencia regenerativa. Según las estadísticas de casi 1,3 millones de ascensores en uso en todo el país a principios de 2011, suponiendo que la potencia media de cada ascensor es de 15 kW y la potencia media de la resistencia regenerativa es de 5 kW, esto equivale a tener un horno eléctrico de unos 7 millones de kW en China calentándose sin ningún uso. ¡Menudo desperdicio! La tecnología de retroalimentación energética trata la fuente de alimentación de entrada de los ascensores como un objeto controlado, lo cual ofrece numerosas ventajas. Actualmente, esta tecnología se ha extendido en varios fabricantes de ascensores, y se ha desarrollado un sistema de retroalimentación de potencia que permite que la electricidad procesada mediante tecnología avanzada de rectificación múltiple se realimente a la red eléctrica del edificio para su uso por otros equipos eléctricos. El dispositivo de ahorro de energía con retroalimentación para ascensores de la serie PFE es una unidad de frenado de retroalimentación específica para ascensores. Convierte eficazmente la energía eléctrica regenerada almacenada en el condensador inversor del ascensor en corriente alterna y la devuelve a la red eléctrica, convirtiendo el ascensor en una "central eléctrica" ecológica que alimenta otros equipos y genera un ahorro de electricidad. Además, al sustituir las resistencias por consumo energético, se reduce la temperatura ambiente en la sala de máquinas y se mejora la temperatura de funcionamiento del sistema de control del ascensor, prolongando así su vida útil. La sala de máquinas no requiere el uso de equipos de refrigeración como el aire acondicionado, lo que supone un ahorro indirecto de electricidad.
2. Tecnología VVVF (Control de velocidad de frecuencia variable y voltaje variable)
La tecnología VVVF se ha utilizado ampliamente en los sistemas modernos de control de velocidad de ascensores con CA. El uso de esta tecnología se ha convertido en la principal vía para mejorar el rendimiento y la calidad de su funcionamiento. La tecnología VVVF ha eliminado varios tipos de variadores de velocidad para motores de CA de doble velocidad y ha sustituido a los variadores de CC sin engranajes, lo que no solo mejora el rendimiento operativo de los ascensores, sino que también ahorra energía y reduce las pérdidas. A continuación, se analiza el ahorro energético de los ascensores VVVF según las diferentes etapas de su funcionamiento. El funcionamiento del ascensor se puede simplificar en tres etapas: arranque, funcionamiento a velocidad constante y frenado.
(1) Etapa de arranque: VVVF arranca en condiciones de baja frecuencia, lo que genera una corriente reactiva baja y reduce en gran medida la corriente de arranque total y el consumo de energía.
(2) Sección de velocidad constante: El consumo de energía de los ascensores con regulación de voltaje y velocidad (ACVV) durante la operación a velocidad constante es similar al de los ascensores controlados por VVVF en condiciones de subida a plena carga y media carga. Durante la subida con carga ligera (o la bajada con carga pesada), debido al efecto de tracción inversa, los ascensores con ACVV necesitan obtener energía de la red eléctrica para generar par de frenado, mientras que los ascensores con VVVF funcionan en estado de frenado regenerativo y no necesitan obtener energía de la red eléctrica.
(3) Frenado: Los ascensores ACVV generalmente utilizan el frenado por consumo de energía en esta fase. Este método obtiene la corriente de frenado de la red eléctrica, convirtiéndola en energía térmica y consumiéndola en el rotor del motor. En motores con ruedas de inercia más grandes, la corriente de frenado puede alcanzar entre 60 y 80 A, y el calentamiento del motor es relativamente intenso. Los ascensores VVVF no requieren energía de la red eléctrica durante el frenado, y el motor eléctrico funciona en modo de frenado regenerativo. La energía cinética del sistema del ascensor se convierte en energía eléctrica y es consumida por la resistencia externa del motor, lo que no solo ahorra energía, sino que también evita el calentamiento del motor causado por la corriente de frenado.
Según cálculos de operación reales, los ascensores controlados por VVVF pueden ahorrar más del 30 % de energía en comparación con los ascensores con regulación de velocidad ACVV. El sistema VVVF también puede mejorar el factor de potencia del sistema eléctrico y reducir la capacidad de los equipos de línea y los motores eléctricos del ascensor en más del 30 %. En base a lo anterior, se puede observar que los ascensores con regulación de velocidad de frecuencia variable VVVF presentan características evidentes de ahorro de energía, lo que representa la dirección de desarrollo de la regulación de velocidad de ascensores y genera importantes beneficios económicos y sociales.
3. Principio y aplicación del sistema de control de ascensores con bus de CC
En lugares donde se utilizan ascensores con frecuencia, un solo ascensor no es suficiente, por lo que se suelen utilizar dos o más simultáneamente. Por ello, se puede considerar realimentar el exceso de energía generada por uno o dos ascensores durante la generación de energía a una barra colectora compartida por estos ascensores para lograr objetivos de ahorro energético. El sistema de control de ascensores con bus de CC común generalmente se compone de interruptores automáticos, contactores, inversores, motores y fusibles. Su característica es conectar todos los ascensores del lado de CC del sistema a una barra colectora común. De esta manera, cada ascensor puede convertir la CA en CC a través de su propio inversor durante el funcionamiento y realimentarla a la barra colectora. Los demás ascensores de la barra colectora pueden aprovechar al máximo esta energía, reduciendo el consumo total de energía del sistema y logrando el objetivo de ahorro energético. Cuando uno de los ascensores falla, simplemente apague el interruptor de aire de ese ascensor. Este esquema ofrece las ventajas de una estructura simple, bajo costo, seguridad y confiabilidad.
4. Aplicación de nuevos medios de tracción
El medio de tracción tradicional para ascensores es el cable de acero, que consume mucha energía debido a su peso y fricción. El uso de fleje de acero compuesto de poliuretano en lugar del cable de acero tradicional en la industria de los ascensores revoluciona por completo el concepto de diseño de los ascensores tradicionales, posibilitando el ahorro y la eficiencia energética. Los flejes de acero de poliuretano, con un espesor de tan solo 3 milímetros, son más flexibles y duraderos que los cables de acero tradicionales, con una vida útil tres veces mayor. La alta tenacidad y la alta fuerza de arrastre del fleje de acero de poliuretano hacen que el diseño del motor principal tienda a ser miniaturizado. El diámetro de la rueda de tracción del motor principal puede reducirse a 100-150 milímetros. Combinado con la tecnología sin engranajes de imanes permanentes, el volumen del motor de tracción puede reducirse en un 70 % en comparación con los motores principales tradicionales, lo que facilita un diseño sin sala de máquinas, ahorrando considerablemente espacio y reduciendo los costos de construcción. Actualmente, tanto el ascensor Otis GEN2 como el ascensor Xunda 3300AP han adoptado esta tecnología, que ha demostrado ahorrar hasta un 50 % de energía en comparación con los ascensores tradicionales. Además, el cable de tracción de fibra sintética sin núcleo de alta resistencia de Xunda Elevator Company se encuentra en fase de verificación operativa y se espera que se introduzca en el mercado chino próximamente.
5. Tecnología de velocidad variable
La tecnología de ascensores de velocidad variable es otra nueva tecnología de ahorro energético y respetuosa con el medio ambiente que ha surgido en los últimos años. La investigación y el desarrollo de esta tecnología se basan en el potencial de ahorro energético de los ascensores tradicionales. Durante el funcionamiento de los ascensores tradicionales, la velocidad nominal solo se establece cuando el mecanismo de tracción alcanza su carga máxima, es decir, cuando la potencia de salida del mecanismo de tracción es máxima, tanto con carga completa como sin carga. Sin embargo, cuando solo hay aproximadamente la mitad de los pasajeros presentes, debido a que la cabina está equilibrada con el contrapeso, la carga del mecanismo de tracción es realmente pequeña y aún existe un excedente de potencia de salida. Es decir, solo se utiliza una parte de la potencia del mecanismo de tracción. La tecnología de ascensores de velocidad variable consiste en aprovechar la energía restante cuando la carga es baja para aumentar la velocidad del ascensor en las mismas condiciones de potencia. La aplicación de esta nueva tecnología permite aumentar la velocidad máxima de los ascensores hasta 1,6 veces la velocidad nominal. La simulación muestra una reducción del tiempo de espera de los pasajeros de aproximadamente un 12 %. Esto no solo acorta el tiempo de espera y el tiempo de viaje, con los que los pasajeros están más insatisfechos, sino que también mejora la eficiencia y la comodidad de la movilidad. Esta mejora en la eficiencia de la movilidad permite prolongar el tiempo de espera de los ascensores y la posibilidad de apagar la iluminación, lo que supone un importante ahorro energético. Al mismo tiempo, la tecnología de ascensores de velocidad variable permite aumentar la velocidad del ascensor en un nivel sin aumentar el modelo de la máquina de tracción, lo que contribuye significativamente al ahorro de costes y energía.
6. Sistema de selección de capas objetivas
El sistema de control Xunda M10 fue el primero en aplicar la tecnología de selección de piso de destino en China. Gracias a la mejora continua y a la innovación en investigación y desarrollo, su concepto de uso ha sido aceptado por el pueblo chino y ha impulsado la innovación continua de los seguidores del sector. Su sistema de identificación Schindler de nueva generación se ha aplicado en varios edificios de alta gama en China (Edificio Nanjing Zifeng, Edificio PetroChina). En resumen, los ascensores tradicionales solo seleccionan el piso al entrar e informan al ascensor de la planta a la que desean ir. Durante las horas punta, suelen detenerse capa por capa, lo cual resulta ineficiente. Sin embargo, la aplicación de sistemas de selección de piso de destino permite organizar a las personas que van a la misma planta antes de entrar en el ascensor, lo que mejora la eficiencia. Mediante la combinación de bases de datos de software relevantes, tecnología Bluetooth y sistemas de gestión de comunidades, se utilizan las llamadas con tarjeta inteligente y la asignación de ascensores para integrarlos plenamente en los edificios inteligentes. Las áreas de actividad del personal que entra al edificio están predefinidas, lo que mejora la eficiencia de la gestión y la seguridad del edificio y la comunidad.
7. Actualizar el sistema de iluminación de la cabina del ascensor y el sistema de visualización del piso.
Según información relevante, el uso de diodos emisores de luz LED para reemplazar las lámparas incandescentes, fluorescentes y otras luminarias comunes en las cabinas de ascensores puede ahorrar aproximadamente un 90 % del consumo de iluminación, y su vida útil es de 30 a 50 veces mayor que la de las convencionales. Las lámparas LED suelen tener una potencia de tan solo 1 W, no generan calor y permiten lograr diversos diseños exteriores y efectos ópticos, lo que las hace atractivas y elegantes. El ascensor está en modo de espera y el sistema de visualización de planta siempre está en funcionamiento. El uso de la tecnología de suspensión para apagar automáticamente o reducir el brillo a la mitad también permite alcanzar objetivos de ahorro energético.
8. Ascensor con energía solar
En comparación con los ascensores convencionales, los ascensores alimentados con energía solar presentan dos características obvias: en primer lugar, la conmutación automática del suministro eléctrico. En segundo lugar, la adopción de nuevas tecnologías para redes ópticas complementarias. Es posible almacenar la energía solar y la energía eléctrica generada durante el funcionamiento del ascensor en baterías específicas. Al alcanzar ciertos parámetros, la red eléctrica no necesita continuar suministrando energía, sino que cambia automáticamente al modo de alimentación por batería, aprovechando al máximo la energía solar y reciclando la energía eléctrica.