1、 Tình hình thang máy tại Trung Quốc và thang máy tại các bệnh viện tuyến cuối
1. Tình hình hiện tại của ngành thang máy Trung Quốc
Tính đến cuối năm 2017, tổng số thang máy tại Trung Quốc đã đạt khoảng 5,6 triệu chiếc, chiếm khoảng 70% tổng sản lượng toàn cầu. Sản lượng và quyền sở hữu thang máy hàng năm đứng đầu thế giới, đưa Trung Quốc trở thành quốc gia sản xuất và xuất khẩu thang máy lớn nhất thế giới.
Tuy nhiên, do những lý do lịch sử như hạn chế về công nghệ và tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng cho thang máy còn chậm trễ, mặc dù công nghệ tiết kiệm năng lượng thang máy của Trung Quốc đã đạt đến trình độ hàng đầu quốc tế ở một số khía cạnh, các thương hiệu như Tongli, Mitsubishi, Thyssen, Xunda, Hitachi, v.v. đã lần lượt tung ra các thang máy không có phòng máy và thang máy không có phòng máy đồng bộ nam châm vĩnh cửu tiết kiệm năng lượng hơn trong những năm gần đây. Tuy nhiên, tỷ lệ thâm nhập của thang máy tiết kiệm năng lượng trên thị trường vẫn còn rất thấp. Tỷ lệ thâm nhập của thang máy không có hộp số đồng bộ nam châm vĩnh cửu tiết kiệm hơn 30% điện năng là dưới 10% và tỷ lệ thâm nhập của thang máy có thiết bị phản hồi năng lượng tích hợp có tỷ lệ thu hồi năng lượng tái tạo 30% là dưới 2%. Có một không gian tiết kiệm năng lượng rất lớn trong toàn bộ ngành công nghiệp thang máy ở Trung Quốc và có một không gian thị trường rất lớn cho thang máy tiết kiệm năng lượng.
Tình hình vận hành thang máy tại các bệnh viện tuyến cuối hiện nay
Là công cụ vận chuyển đường sắt chính và duy nhất để vận chuyển bệnh nhân và nhân viên y tế theo chiều thẳng đứng trên các tầng khác nhau của bệnh viện, thang máy ở các bệnh viện tuyến cuối có những đặc điểm sau:
① Số lượng thang máy được vận chuyển rất lớn
Theo thống kê, tính đến năm 2017, lượng bệnh nhân ngoại trú trung bình hàng năm của các bệnh viện tuyến cuối tại Trung Quốc đã đạt hơn 2 triệu người. Lấy Bệnh viện Nhân dân Vô Tích làm ví dụ, năm 2015, lượng bệnh nhân ngoại trú hàng năm của Bệnh viện Nhân dân Vô Tích đạt 3,09 triệu người, với 2.000 giường bệnh thực tế. Trong số đó, hơn 90% bệnh nhân và nhân viên đi kèm cần đi thang máy để đến các khoa hoặc tầng bệnh được chỉ định. Ngoài ra, trong bệnh viện còn có các nhân viên phục vụ hậu cần như bác sĩ, điều dưỡng, nhân viên quản lý hành chính, nhân viên vệ sinh và bảo vệ, khiến lượng vận chuyển thực tế của thang máy bệnh viện rất lớn.
Biểu đồ dưới đây thể hiện số lần khởi động thang máy trung bình hàng ngày tại các bệnh viện tuyến trên theo thống kê của các khoa liên quan. Trong đó, số lần khởi động thang máy trung bình hàng ngày tại các bệnh viện tuyến trên trong khu vực đã vượt quá 2000 lần/ngày.
Hiệu quả của việc sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng trong thang máy bệnh viện
▲ Hình 1 Thống kê thời gian khởi động trung bình hàng ngày của thang máy tại các bệnh viện có quy mô khác nhau
② Thang máy đã được sử dụng trong một thời gian dài
Do nhu cầu và nhóm dịch vụ cụ thể của thang máy bệnh viện, hầu hết thang máy y tế đều yêu cầu hoạt động 24/24. Lấy Bệnh viện Nhân dân Vô Tích làm ví dụ, Bệnh viện Nhân dân Vô Tích có tổng cộng 38 thang máy đứng hiệu Hitachi Quảng Châu. Trong số đó, 16 thang máy y tế tại khoa nội trú luôn trong tình trạng hoạt động bận rộn 24/24, 365 ngày/năm, ngoại trừ thời gian bảo trì thông thường. Thời gian khởi động hàng ngày của khoa ngoại trú và khoa cấp cứu cũng hơn 12 tiếng.
③ Thang máy tiêu thụ nhiều năng lượng trong quá trình sử dụng
Theo số liệu thống kê, mức tiêu thụ điện trung bình hàng ngày của mỗi thang máy tại một bệnh viện tuyến cuối dao động từ 60kW/h đến 100kW/h, trung bình là 80kW/h/ngày. Ngoài ra, mức tiêu thụ điện của điều hòa không khí hoặc quạt trong phòng máy chuyên dùng để làm mát thang máy vào mùa hè có thể lên tới 100kW/h/ngày vào giờ cao điểm. Ví dụ, một bệnh viện tuyến cuối có 40 thang máy, mức tiêu thụ điện hàng ngày của thang máy vào giờ cao điểm mùa hè có thể lên tới 4000kW/h, một con số đáng kinh ngạc.
④ Nhiệt độ cao trong phòng máy thang máy
Hiện nay, 90% thang máy trên thị trường là thang máy VVVF (Variable Frequency Variable Speed Control), trong đó chỉ khoảng 2% được tích hợp thiết bị phản hồi năng lượng và là thang máy tiết kiệm năng lượng hiệu suất cao. 98% thang máy còn lại lãng phí điện năng được tạo ra trong quá trình nâng tải nhẹ, hạ tải nặng và phanh tầng thông qua việc sử dụng điện trở phanh và chuyển đổi nhiệt điện. Sau khi một lượng lớn điện năng được chuyển đổi thành nhiệt năng, nhiệt độ trong phòng máy thang máy tăng đột ngột. Nếu không có biện pháp làm mát cưỡng bức kịp thời, thang máy sẽ tự bảo vệ do nhiệt độ cao, dẫn đến sự cố dừng khẩn cấp, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động bình thường của thang máy và sự hài lòng của hành khách.
Do đó, cơ quan giám sát và kiểm tra chất lượng kỹ thuật quốc gia yêu cầu tất cả các phòng máy thang máy phải được trang bị thiết bị làm mát công suất lớn như điều hòa không khí và quạt, đồng thời quy định rõ ràng rằng nếu nhiệt độ trong phòng máy thang máy vượt quá 40℃ thì phải bật điều hòa không khí để làm mát.
⑤ Tỷ lệ sử dụng thang máy thất bại cao
Nhiệt độ cao là một trong những nguyên nhân chính gây lão hóa và hỏng hóc các linh kiện điện tử, đồng thời cũng là một trong những nguyên nhân chính gây ra "tai nạn kẹt thang máy" do thang máy ngừng hoạt động khẩn cấp. Theo thống kê mẫu về dữ liệu lớn về thang máy tại Quý Châu, tỷ lệ người bị kẹt trong thang máy bệnh viện đứng đầu trong tất cả các loại thang máy với 9,18%, vượt xa tỷ lệ hỏng hóc của thang máy dân dụng là 3,44%. Thống kê cũng cho thấy hơn 95% "tai nạn kẹt thang máy" xảy ra trong thời tiết mùa hè nóng bức, phần lớn là do sử dụng quá mức và hệ thống làm mát không đầy đủ.
2、 Công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo thang máy - Giới thiệu về thiết bị phản hồi năng lượng điện
Thiết bị phản hồi năng lượng điện thang máy là thiết bị tiết kiệm năng lượng chuyên dụng, được sử dụng cho hệ thống phanh tiêu thụ năng lượng của thang máy VVVF. Thiết bị này thu hồi năng lượng điện một chiều được chuyển đổi từ động năng cơ học và thế năng trọng trường trong quá trình thang máy nâng tải nhẹ, hạ tải nặng và phanh ngang. Sau khi đảo chiều, chỉnh lưu và lọc DC/AC, năng lượng này được truyền đến lưới điện địa phương để sử dụng cho các thiết bị điện xung quanh thang máy.
Trước khi triển khai cải tạo tiết kiệm năng lượng, đặc điểm của thang máy VVVF sử dụng phanh tiêu thụ năng lượng không phải là chúng tiêu thụ nhiều năng lượng mà là chúng tạo ra một lượng điện lớn nhưng không được tái chế. Ngược lại, năng lượng điện có sẵn đã bị chuyển đổi thành năng lượng nhiệt và bị đốt cháy một cách vô ích. Vấn đề thứ cấp do điều này gây ra là nhiệt độ trong phòng máy thang máy tăng đột ngột, đòi hỏi phải lắp đặt thiết bị làm mát chuyên dụng (quạt điều hòa không khí), nếu không sẽ ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thang máy. Mức tiêu thụ năng lượng vận hành của bản thân thiết bị làm mát cũng là một mức tiêu thụ năng lượng. Trong phòng máy thang máy có khả năng tản nhiệt kém vào mùa hè, mức tiêu thụ năng lượng vận hành của điều hòa không khí thang máy thậm chí có thể vượt quá mức tiêu thụ năng lượng vận hành của chính thang máy, do đó lãng phí năng lượng là rất nghiêm trọng.
Quá trình chuyển đổi tiết kiệm năng lượng được thực hiện bằng cách sử dụng thiết bị phản hồi năng lượng điện của thang máy mà không làm thay đổi cấu trúc ban đầu của thang máy. Chỉ có một thiết bị thu hồi năng lượng được kết nối vật lý song song. Điện áp làm việc của thiết bị phản hồi thấp hơn điện trở phanh thang máy, do đó thiết bị phản hồi được ưu tiên hơn điện trở phanh và phản hồi năng lượng điện về lưới điện để tái chế trước. Khi thiết bị phản hồi trục trặc, điện áp bus DC của thang máy sẽ tiếp tục tăng, điện trở phanh thang máy sẽ khởi động lại và thang máy sẽ tự động chuyển sang trạng thái làm việc ban đầu không tiết kiệm năng lượng, nhưng điều này sẽ không ảnh hưởng đến việc sử dụng bình thường của thang máy. Do đó, thiết bị phản hồi năng lượng điện của thang máy là an toàn. Dòng thang máy GPM-M của Mitsubishi và dòng REGEN của OTIS đều được trang bị thiết bị phản hồi năng lượng.
Hiệu quả của việc sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng trong thang máy bệnh viện
▲ Hình 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị phản hồi năng lượng điện thang máy
Tỷ lệ chuyển đổi năng lượng của thiết bị phản hồi năng lượng thang máy có thể đạt tới 97%, với tỷ lệ tiết kiệm năng lượng trực tiếp từ 15% đến 45%, tỷ lệ tiết kiệm năng lượng trung bình là 30%. Tỷ lệ tiết kiệm năng lượng cao nhất được đo lường trong các dự án tiết kiệm năng lượng bệnh viện là 51%.
Sau khi áp dụng thiết bị phản hồi năng lượng thang máy, toàn bộ năng lượng điện được chuyển đổi từ cơ năng và thế năng sẽ được tái chế. Điện trở hãm nguồn nhiệt chính trong phòng máy thang máy sẽ ngừng hoạt động và không còn sinh nhiệt nữa. Nhờ đó, nhiệt độ trong phòng máy thang máy có thể giảm đáng kể. Điều hòa không khí vốn phải bật liên tục để làm mát thang máy giờ đây có thể được bật/tắt ít hơn, giúp tiết kiệm năng lượng thứ cấp bằng cách tiết kiệm điện năng và chi phí điện năng cho điều hòa.
Ngoài ra, do điện trở hãm nguồn nhiệt chính trong phòng máy thang máy ngừng hoạt động, nhiệt độ trong phòng máy đã giảm đáng kể, môi trường làm việc của thang máy được cải thiện. Thang máy có thể tránh được sự cố do dừng khẩn cấp nhờ cơ chế tự bảo vệ khi nhiệt độ cao. Sau khi môi trường phòng máy thang máy được cải thiện, tốc độ lão hóa của các linh kiện điện tử trên bảng mạch thang máy sẽ chậm lại, tỷ lệ hỏng hóc thang máy sẽ giảm đáng kể, chi phí bảo trì thang máy cũng giảm theo; đồng thời, tuổi thọ thực tế của thang máy cũng được kéo dài tương ứng.
3、 Phân tích lợi ích sau khi áp dụng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo thang máy
Dựa trên kết quả điều tra các trường hợp tiết kiệm năng lượng thành công của thang máy tại các bệnh viện cùng cấp, kết hợp với hiệu quả tiết kiệm năng lượng rõ rệt từ việc thử nghiệm thang máy tại Bệnh viện Nhân dân Vô Tích, Bệnh viện Nhân dân Vô Tích đã tiến hành cải tạo tiết kiệm năng lượng cho 33 thang máy y tế VVVF đáp ứng các điều kiện cải tạo tiết kiệm năng lượng bằng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo và có giá trị đầu tư theo hai đợt. Thiết bị phản hồi năng lượng thang máy đã được lắp đặt, và hiệu quả tiết kiệm năng lượng là đáng kể. Kết quả như sau:
① Hiệu quả tiết kiệm năng lượng
Kết quả thử nghiệm sau khi cải tạo tiết kiệm năng lượng cho thấy việc sử dụng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo để cải tạo tiết kiệm năng lượng đã mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể cho thang máy, với tỷ lệ tiết kiệm năng lượng thử nghiệm mẫu là 34,33% và tỷ lệ tiết kiệm năng lượng trung bình là 30%. Đồng thời, nhiệt độ trong phòng máy thang máy giảm đáng kể, nhiệt độ của điện trở phanh giảm từ 191,6℃ xuống còn 27,0℃. Tỷ lệ sự cố trong vận hành thang máy cũng cho thấy xu hướng giảm rõ rệt, toàn bộ dự án đã đạt được mục tiêu đạt hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng, đồng thời đảm bảo thang máy vận hành êm ái và an toàn.
Bảng 1: Hồ sơ tại chỗ về thử nghiệm hiệu quả tỷ lệ tiết kiệm năng lượng cho dự án
Hiệu quả của việc sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng trong thang máy bệnh viện
② Thu nhập đầu tư
Dự án tiết kiệm năng lượng này có thể thu hồi toàn bộ khoản đầu tư tiết kiệm năng lượng trong khoảng 2 năm. Tuổi thọ thiết kế của thiết bị là 15 năm, và 13 năm lợi ích tiết kiệm năng lượng còn lại chính là lợi nhuận ròng của bệnh viện.
③ Lợi ích về môi trường
Sau khi triển khai dự án tiết kiệm năng lượng này, có thể tiết kiệm cho đất nước khoảng 1980 tấn than thô, giảm lượng khí thải carbon dioxide khoảng 5,1876 triệu kg, giảm lượng khí thải sulfur dioxide khoảng 16830 kg và giảm lượng khí thải nitơ oxit khoảng 14652 kg.
Bảng 2 Tính toán lợi ích môi trường của dự án
Hiệu quả của việc sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng trong thang máy bệnh viện
4、 Kết luận
Là một phương tiện vận chuyển đường sắt quan trọng trong bệnh viện, việc vận hành an toàn và trơn tru của thang máy y tế liên quan đến hiệu quả và hình ảnh của hoạt động bệnh viện, cũng như tốc độ cứu sống bệnh nhân. Do đó, việc đảm bảo thang máy y tế vận hành an toàn và trơn tru trong môi trường làm việc tốt có ý nghĩa vô cùng quan trọng.
Do các lý do lịch sử như yêu cầu tiết kiệm năng lượng, tiêu chuẩn ngành và hạn chế kỹ thuật, tỷ lệ các cơ sở công lập như bệnh viện tuyến cuối sử dụng thang máy với công nghệ tiết kiệm năng lượng như công nghệ tái tạo năng lượng và công nghệ không hộp số đồng bộ nam châm vĩnh cửu còn tương đối thấp. Hầu hết thang máy bệnh viện tuyến cuối có đặc điểm là nhiệt độ môi trường làm việc cao, tiêu thụ năng lượng cao trong quá trình vận hành và tỷ lệ hỏng hóc cao trong quá trình vận hành.
Dựa trên kinh nghiệm của Bệnh viện Nhân dân Vô Tích trong việc triển khai cải tạo thang máy tiết kiệm năng lượng bằng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo trong một thời gian, chúng tôi khuyến nghị các đồng nghiệp nên ưu tiên lựa chọn thang máy hiệu suất cao, sử dụng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo và công nghệ không hộp số đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong quá trình xây dựng, mở rộng và cải tạo bệnh viện. Đối với các tòa nhà hiện có trong bệnh viện, chúng tôi khuyến nghị các bệnh viện nên lựa chọn các công ty dịch vụ tiết kiệm năng lượng có kinh nghiệm và trình độ chuyên môn về cải tạo, đồng thời tiến hành cải tạo thang máy một cách khoa học bằng cách lắp đặt thiết bị phản hồi năng lượng điện trên cơ sở đảm bảo an toàn, nhằm tiết kiệm năng lượng tiêu thụ khi vận hành thang máy, giảm chi phí vận hành bệnh viện và hướng đến một bệnh viện xanh.