1. Hissien nykytilanne Kiinassa ja hissit korkeakouluissa
1. Kiinan hissiteollisuuden nykytilanne
Vuoden 2017 loppuun mennessä Kiinassa oli noin 5,6 miljoonaa hissiä, mikä vastaa noin 70 %:a maailman kokonaistuotannosta. Hissien vuotuinen tuotanto ja omistus olivat maailman johtavia, mikä tekee Kiinasta maailman suurimman hissien tuottajan ja viejän.
Historiallisista syistä, kuten teknologisista rajoituksista ja hissien energiansäästöstandardien jäljessä olemisesta, Kiinan hissien energiansäästöteknologia on joissakin suhteissa saavuttanut kansainvälisen johtavan tason, mutta tuotemerkit, kuten Tongli, Mitsubishi, Thyssen, Xunda, Hitachi jne., ovat viime vuosina lanseeranneet yhä energiatehokkaampia kestomagneetilla toimivia synkronisia vaihteettomia pienkonehuone- ja ei-konehuonehissejä. Energiansäästöhissien markkinaosuus on kuitenkin edelleen hyvin alhainen. Yli 30 % sähkönsäästöä tarjoavien kestomagneetilla toimivien synkronisten vaihteettomia hissejä on alle 10 %, ja 30 %:n regeneratiivisen energian talteenottoasteen omaavien sisäänrakennetuilla energianpalautuslaitteilla varustettujen hissien markkinaosuus on alle 2 %. Kiinan koko hissiteollisuudessa on valtava energiansäästötila, ja energiansäästöhisseille on valtavat markkinat.
Hissien toiminnan nykytilanne korkeakoulusairaaloissa
Koska hissit ovat tärkein ja ainoa raideliikenneväline potilaiden ja lääkintähenkilökunnan pystysuoraan kuljettamiseen sairaaloiden eri kerroksissa, niillä on seuraavat ominaisuudet:
① Kuljetettujen hissien määrä on valtava
Tilastojen mukaan Kiinan kolmannen asteen sairaaloiden keskimääräinen vuosittainen avohoitovolyymi oli vuonna 2017 yli 2 miljoonaa ihmistä. Esimerkiksi Wuxin kansansairaalassa vuonna 2015 Wuxin kansansairaalan vuosittainen avohoitovolyymi oli 3,09 miljoonaa ja sairaalassa avattiin 2000 vuodepaikkaa. Yli 90 % potilaista ja heidän avustajastaan tarvitsee hissiä päästäkseen nimetyille osastoille tai vuodeosastoille. Lisäksi sairaalassa on logistiikkapalveluhenkilöstöä, kuten lääkäreitä, sairaanhoitajia, hallintohenkilöstöä, siivous- ja turvallisuushenkilöstöä, mikä tekee sairaalahissien todellisesta kuljetusmäärästä valtavan.
Seuraava kuva näyttää eri tasojen sairaaloiden hissien päivittäisten keskimääräisten käynnistysten määrän asiaankuuluvien osastojen tilastojen mukaan. Näistä alueen kolmannen asteen sairaaloiden hissien päivittäinen keskimääräinen käynnistysten määrä on jo ylittänyt 2000 kertaa päivässä.
Energiansäästölaitteiden käytön vaikutus sairaalahisseissä
▲ Kuva 1. Eri kokoisten sairaaloiden hissien päivittäisten keskimääräisten käynnistysaikojen tilastot
② Hissi on ollut käytössä pitkään
Sairaalahissien erityistarpeiden ja palveluryhmien vuoksi useimmat lääketieteelliset hissit vaativat 24 tunnin käyttöä. Esimerkiksi Wuxin kansansairaalassa on yhteensä 38 Guangzhou Hitachi -merkkistä pystyhissiä. Näistä 16 sairaalaosaston lääketieteellistä hissiä on kiireisessä käytössä 24 tuntia vuorokaudessa, 365 päivää vuodessa, lukuun ottamatta normaalia huoltoaikaa. Myös avohoito- ja ensiapuosastojen päivittäinen käynnistysaika on yli 12 tuntia.
③ Hisseillä on suuri energiankulutus käytön aikana
Tilastotietojen mukaan korkeakoulusairaalan hissien keskimääräinen päivittäinen sähkönkulutus vaihtelee 60 kWh:sta 100 kWh:iin, keskimäärin 80 kWh/vrk. Lisäksi kesällä hissien jäähdytykseen käytettävän konehuoneen ilmastoinnin tai tuulettimien energiankulutus voi ruuhka-aikoina nousta jopa 100 kWh:iin päivässä. Esimerkiksi 40 hissillä varustetussa korkeakoulusairaalassa hissien päivittäinen sähkönkulutus kesän ruuhka-aikoina voi nousta jopa 4000 kWh:iin, mikä on hämmästyttävää.
④ Korkea lämpötila hissin konehuoneessa
Tällä hetkellä 90 % markkinoilla olevista hisseistä on VVVF-hissejä (Variable Frequency Variable Speed Control), joista vain noin 2 %:ssa on sisäänrakennetut energian takaisinkytkentälaitteet ja ne ovat tehokkaita energiansäästöhissejä. Loput 98 % hisseistä hukkaavat kevyen kuorman ylösnoston, raskaan kuorman alaslaskun ja tasajarrutuksen aikana syntyvän sähkön jarruvastusten ja sähköisen lämpömuunnoksen avulla. Kun suuri määrä sähköä on muunnettu lämmöksi, hissin konehuoneen lämpötila nousee jyrkästi. Jos pakkojäähdytystoimenpiteitä ei tehdä ajoissa, hissi suojaa itseään korkean lämpötilan vuoksi, mikä johtaa hätäpysäytyksiin ja vaikuttaa vakavasti hissin normaaliin toimintaan ja matkustajien tyytyväisyyteen.
Siksi kansallinen laatu- ja tekninen valvonta- ja tarkastusosasto vaatii, että kaikissa hissin konehuoneissa on oltava tehokkaat jäähdytyslaitteet, kuten ilmastointi ja tuulettimet, ja nimenomaisesti määrätään, että jos hissin konehuoneen lämpötila ylittää 40 ℃, ilmastointi on kytkettävä päälle jäähdytystä varten.
⑤ Hissien käytön korkea vikaantumisaste
Korkea lämpötila on yksi elektronisten komponenttien ikääntymisen ja vikaantumisen tärkeimmistä syistä, ja se on myös yksi tärkeimmistä syistä hissien hätäpysäytyksistä käytön aikana johtuviin "jumiin jääneisiin onnettomuuksiin". Guizhoun hissitietojen otostilastojen mukaan sairaaloiden hisseihin jääneiden ihmisten vikaantumisaste on 9,18 %:n luokkaa kaikkien hissityyppien joukossa suurin, mikä ylittää selvästi asuinrakennusten hissien vikaantumisasteen, joka on 3,44 %. Tilastot osoittavat myös, että yli 95 % hissien "jumiin jääneistä onnettomuuksista" tapahtuu kuumalla kesäsäällä, ja valtaosa hisseistä johtuu liiallisesta käytöstä ja riittämättömistä jäähdytystoimenpiteistä.
2. Hissin regeneratiivisen energian hyödyntämistekniikka - Johdatus sähköenergian takaisinkytkentälaitteeseen
Hissin sähköenergian takaisinkytkentälaite on erityinen energiansäästölaite, jota käytetään VVVF-hissien energiankulutuksen jarruttamiseen. Se ottaa talteen tasavirran sähköenergian, joka on muunnettu mekaanisesta liike-energiasta ja gravitaatiopotentiaalienergiasta hissin kevyen kuorman nostamisen, raskaan kuorman laskemisen ja tasajarrutuksen aikana. DC/AC-inversion, tasasuuntauksen ja suodatuksen jälkeen se johdetaan paikalliseen sähköverkkoon hissin ympäröivien sähkölaitteiden käytettäväksi.
Ennen energiansäästöremontin toteuttamista energiankulutusjarrutusta käyttävien VVVF-hissien ominaispiirre ei ollut se, että ne kuluttivat paljon energiaa, vaan se, että ne tuottivat suuren määrän sähköä, jota ei kuitenkaan kierrätetty. Päinvastoin, käytettävissä oleva sähköenergia muutettiin lämpöenergiaksi ja poltettiin pois turhaan. Tämän aiheuttama toissijainen ongelma oli hissin konehuoneen äkillinen lämpötilan nousu, joka edellytti erikoistuneiden jäähdytyslaitteiden (ilmastointipuhaltimien) asentamista, muuten se olisi vaikuttanut hissin normaaliin toimintaan. Jäähdytyslaitteiden käyttöenergiankulutus on myös energiankulutusta. Hissin konehuoneissa, joissa lämmönhukka on huono kesällä, hissin ilmastoinnin käyttöenergiankulutus voi jopa ylittää hissin itsensä käyttöenergiankulutuksen, joten energianhukkaa on erittäin vakava ongelma.
Energiansäästömuunnos suoritetaan hissin sähköenergian takaisinkytkentälaitteella muuttamatta hissin alkuperäistä rakennetta. Vain energian talteenottolaite on fyysisesti kytketty rinnan. Takaisinkytkentälaitteen käyttöjännite on alhaisempi kuin hissin jarruvastuksen, joten takaisinkytkentälaitteella on etusija jarruvastukseen nähden ja se syöttää sähköenergian takaisin verkkoon kierrätettäväksi etukäteen. Kun takaisinkytkentälaite toimii virheellisesti, hissin tasavirtakiskon jännite jatkaa nousuaan, hissin jarruvastus käynnistyy uudelleen ja hissi siirtyy automaattisesti alkuperäiseen ei-energiansäästötilaan, mutta tämä ei vaikuta hissin normaaliin käyttöön. Siksi hissin sähköenergian takaisinkytkentälaite on turvallinen. Sekä Mitsubishin GPM-M-sarjan että OTISin REGEN-sarjan hisseissä on energian takaisinkytkentälaitteet.
Energiansäästölaitteiden käytön vaikutus sairaalahisseissä
▲ Kuva 2 Hissin sähköenergian takaisinkytkentälaitteen toimintaperiaatekaavio
Hissin energian takaisinkytkentälaitteen energianmuunnosprosentti voi nousta 97 prosenttiin, suoran energiansäästöasteen ollessa 15–45 prosenttia ja keskimäärin 30 prosenttia. Sairaaloiden energiansäästöprojekteissa mitattu korkein energiansäästöaste on 51 prosenttia.
Hissin energian takaisinkytkentälaitteen käyttöönoton jälkeen kaikki mekaanisesta energiasta ja potentiaalienergiasta muunnettu sähköenergia kierrätetään. Hissin konehuoneen päälämmönlähteen jarruvastus lakkaa toimimasta eikä enää tuota lämpöä. Siksi hissin konehuoneen lämpötilaa voidaan laskea huomattavasti. Ilmastointilaitetta, jonka alun perin piti olla jatkuvasti päällä hissin jäähdyttämiseksi, voidaan nyt kytkeä päälle tai pois harvemmin, mikä saavuttaa toissijaisen energiansäästön säästämällä ilmastointilaitteen sähköä ja sähkökustannuksia.
Lisäksi hissin konehuoneen päälämmönlähteen jarruvastuksen lakatessa toimimasta konehuoneen lämpötila on laskenut merkittävästi ja hissin työympäristö on parantunut. Hissi voi välttää hätäpysäytysten aiheuttamat onnettomuudet korkean lämpötilan itsesuojauksen ansiosta. Hissin konehuoneen ympäristön parantumisen myötä hissin piirilevyn elektronisten komponenttien ikääntymisnopeus hidastuu, hissin vikaantumisaste laskee merkittävästi ja hissin ylläpitokustannukset pienenevät vastaavasti. Samalla hissin todellinen käyttöikä pidentyy vastaavasti.
3. Hyötyanalyysi hissin regeneratiivisen energiankäyttötekniikan käyttöönoton jälkeen
Wuxin kansansairaala toteutti energiansäästöremontteja 33:lle VVVF-lääketieteelliselle hissille, jotka täyttävät uusiutuvan energian hyödyntämisteknologiaa hyödyntävän energiansäästöremontin ehdot ja joilla on investointiarvo kahdessa erässä. Hissien energianpalautelaitteet asennettiin, ja energiansäästövaikutukset olivat merkittäviä. Tulokset ovat seuraavat:
① Energiansäästövaikutus
Energiansäästöremontin jälkeiset testitulokset osoittavat, että uusiutuvan energian hyödyntämisteknologian käytöllä energiansäästöremontissa on merkittävä energiansäästövaikutus hisseihin. Otantatestin energiansäästöaste oli 34,33 % ja keskimääräinen energiansäästöaste 30 %. Samalla hissin konehuoneen lämpötila laski merkittävästi ja jarruvastuksen lämpötila laski 191,6 ℃:sta 27,0 ℃:een. Myös hissin toiminnan vikaantumisaste osoitti selkeää laskusuuntausta, ja kokonaisuudessaan projekti saavutti tavoitteen saavuttaa korkea hyötysuhde ja energiansäästö samalla varmistaen hissin sujuvan ja turvallisen toiminnan.
Taulukko 1: Projektin energiansäästönopeuden vaikutustestauksen paikan päällä tehdyt tiedot
Energiansäästölaitteiden käytön vaikutus sairaalahisseissä
② Sijoitustuotot
Tämä energiansäästöprojekti voi kattaa kaikki energiansäästöinvestoinnit noin kahdessa vuodessa. Laitteiden suunniteltu käyttöikä on 15 vuotta, ja loput 13 vuotta energiansäästöhyödyistä ovat sairaalan nettotuloja.
③ Ympäristöhyödyt
Tämän energiansäästöhankkeen toteuttamisen jälkeen se voi säästää maalle noin 1980 tonnia raakahiiltä, vähentää hiilidioksidipäästöjä noin 5,1876 miljoonaa kiloa, vähentää rikkidioksidipäästöjä noin 16830 kiloa ja vähentää typpioksidipäästöjä noin 14652 kiloa.
Taulukko 2 Hankkeen ympäristöhyötyjen laskelma
Energiansäästölaitteiden käytön vaikutus sairaalahisseissä
4. Johtopäätös
Sairaaloissa tärkeänä raideliikenteen välineenä lääketieteellisten hissien turvallinen ja sujuva toiminta liittyy sairaalan toiminnan tehokkuuteen ja imagoon sekä ihmishenkien pelastamisen nopeuteen. Siksi lääketieteellisten hissien turvallisen ja sujuvan toiminnan varmistaminen hyvässä työympäristössä on erittäin tärkeää.
Historiallisista syistä, kuten energiansäästövaatimuksista, alan standardeista ja teknisistä rajoituksista, julkisten laitosten, kuten korkeakoulujen, kuten sairaaloiden, energiansäästötekniikoilla, kuten energian talteenottotekniikalla ja kestomagneettisella synkronisella vaihteettomalla tekniikalla, varustettujen hissien osuus on suhteellisen pieni. Useimmilla korkeakoulujen sairaaloiden hisseillä on korkea työympäristön lämpötila, korkea energiankulutus hissin käytön aikana ja korkea vikaantumisaste hissin käytön aikana.
Wuxin kansansairaalan kokemuksen perusteella hissien energiansäästöremonttien toteuttamisesta uusiutuvan energian hyödyntämisteknologian avulla on suositeltavaa, että sairaalan rakentamis-, laajennus- ja peruskorjausprosessissa valitaan mahdollisimman paljon tehokkaita hissejä, joissa käytetään uusiutuvan energian hyödyntämisteknologiaa ja kestomagneettista synkronista vaihteetonta teknologiaa. Sairaaloiden olemassa oleviin rakennuksiin suositellaan, että sairaalat valitsevat energiansäästöpalveluyrityksiä, joilla on kokemusta ja pätevyyttä peruskorjauksista, ja että ne peruskorjaavat hissejä tieteellisesti asentamalla sähköenergian takaisinkytkentälaitteita turvallisuuden varmistamiseksi, jotta voidaan säästää hissien käyttöenergiankulutusta, vähentää sairaalan käyttökustannuksia ja luoda vihreä sairaala.