Eine verbesserte und genauere Methode zur Berechnung des Energieverbrauchs eines Aufzugs

Es ist oft notwendig, die Aufzugsanlage mit der besten Leistung in Bezug auf die Energieeffizienz auszuwählen, zum Beispiel um die erste Auszeichnung im Klassifizierungssystem der Building Research Establishment Environmental Assessment Method zu erhalten (es gibt andere Umweltbewertungsklassifizierungen wie LEED, Green Star usw. ). Bisherige Methoden zur Berechnung des Energieverbrauchs waren ungenau, wie in CIBSE-Leitfaden D: 2010. Eine genauere Methode wurde von einer International Organization for Standardization (ISO) TC178 Working Group 10 entwickelt. Diese wurde am 25745. Juni 2 in ISO/DIS 6-2013 veröffentlicht. Eine vereinfachte Form der Berechnungsmethode wird hier gegeben.

Gegebene Daten

Das Verfahren beruht auf der Kenntnis von drei Datensätzen: bekannte Daten, gemessene Daten und geschätzte Daten.

Bekannte Daten für die Zielinstallation sind die Auslegungsdaten. Diese Daten sind: Nenndrehzahl; Nennlast; Beschleunigungswert; Ruckwert, Entfernung von Terminal-Etage zu Terminal-Etage; die Anzahl der Haltestellen; die Zeit für die Öffnungs-, Öffnungs- und Schließzeiten der Aufzugstüren an den Haltestellen; und Gegengewichtsverhältnis.

Die Messdaten werden mit der in EN ISO 25745-1:2012 festgelegten Methode entweder von einer tatsächlichen Zielinstallation oder einer Testturmanlage erhalten, die so eingestellt ist, dass sie die Zielinstallation emuliert. Diese Daten sind: laufender Energieverbrauch; Energieverbrauch im Ruhezustand; stehende Standby-Energie (diese Begriffe sind in BS EN ISO 25745-1:2012 definiert). Liegen keine Messdaten vor, können durch Simulation erhaltene Werte verwendet werden.

Geschätzte Daten sind ein Hinweis auf die Aktivität der Anlage, die von sehr geringer bis sehr hoher Aktivität reicht. Diese Daten werden durch die Anzahl der Fahrten pro Tag repräsentiert.

Geschätzter täglicher Energieverbrauch

Der geschätzte tägliche Energieverbrauch (Ed) eines Aufzugs ist die Summe des laufenden Verbrauchs (Erd) und der Stand-(Leerlauf/Standby-)Verbrauch (Esd):

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-eines-Lifts-eQUATION-1
(Gleichung 1)

Geschätzter täglicher Energieverbrauch im Betrieb

Der tägliche Laufverbrauch (Ed) ist abhängig von der Energie, die für eine durchschnittliche Fahrt verbraucht wird, die der Ziellift zurücklegt, multipliziert mit der Anzahl der Fahrten an einem Tag (nd). Der laufende Energieverbrauch (Erc) zur Durchführung des ISO-Referenzzyklus (eine Hinfahrt eines leeren Fahrkorbs von einer Endhaltestelle zur anderen Endhaltestelle und Rückfahrt) wird durch die Messung gemäß EN ISO 25745-1:2012 gegeben. Diese Messung der Fahrenergie ist für ein leerer Wagen, der die Strecke zwischen den Terminallandungen zurücklegt (src). Die zurückgelegte Entfernung für eine durchschnittliche Reise (sav) ist kleiner als die Entfernung zwischen den Endlandungen und kann als Prozentsatz der Entfernung (src), dh: %S = sav/src.

Die Fahrenergiemessung erfolgt bei leerem Wagen. Im Betrieb trägt der Aufzug Passagierlasten von null bis zur vollen Nennlast. Im Allgemeinen ist die durchschnittliche Belastung gering. Um beladene Autos zu korrigieren, muss die Fahrenergie um einen Ladefaktor (kL). Somit ist der tägliche Laufverbrauch (Ed) in Wh ergibt sich aus Gleichung 2:

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Gleichung-2
(Gleichung 2)

Wo:

  • nd ist die Anzahl der Fahrten pro Tag (Eine Fahrt ist die Bewegung von einem Stockwerk zum anderen.)
  • %S ist die prozentuale durchschnittliche Fahrstrecke pro Fahrt für eine Zielinstallation.
  • kL ist der Auslastungsfaktor pro Fahrt.
  • Erc ist der gemessene oder geschätzte laufende Energieverbrauch des ISO-Referenzzyklus (zwei Fahrten) in Wh.
  1. Die Anzahl der Fahrten pro Tag (nd) für eine Zielanlage ist entweder bekannt oder kann geschätzt oder aus Tabelle 1 entnommen werden. Die Anzahl der Fahrten definiert die Nutzungskategorie für etwaige Berechnungen.
Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Tabelle-1
Tabelle 1: Kategorisierte Anzahl Starts pro Tag (Die ISO-Norm hat eine Nutzungskategorie sechs, die größer als 2,000 Fahrten pro Tag ist und hier nicht berücksichtigt wird, da sie nur unter extremen Umständen auftreten kann.)

Die prozentuale durchschnittliche Fahrstrecke (%S) kann anhand der gewählten Nutzungskategorie und der Anzahl möglicher Haltestellen im bedienten Gebäude aus Tabelle 2 entnommen werden.

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Tabelle-2
Tabelle 2: Prozentsatz der durchschnittlichen Reisedistanz (%S)

*Der vorgeschlagene Wert muss möglicherweise überprüft werden, wenn die Verkehrsbewegung zwischen den beiden Terminaletagen dominant ist. In diesem Fall kann die durchschnittliche Fahrstrecke gegen 100 % tendieren.

Beachten Sie, dass die Anzahl der Stopps für die Zielinstallation bekannte Daten sind.

Der Wert für den Lastfaktor (kL) kann mit den nachstehenden Gleichungen 3a/3e berechnet werden, wobei der Wert für die prozentuale durchschnittliche Wagenladung (%Q) ist der Tabelle 3 entsprechend der Nutzungskategorie und der Nennlast entnommen. Beachten Sie die Nennlast (Q) der Zielinstallation sind bekannte Daten.

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Tabelle-3
Tabelle 3: Durchschnittliche Pkw-Zuladung

Für Schlepplifte mit 50 % Gegengewicht:       

           kL = 1 – (%Q × 0.0164) (Gleichung 3a)

           Bereich 0.97–0.74.

Für Schlepplifte mit 40 % Gegengewicht:         

           kL = 1 – (%Q × 0.0192) (Gleichung 3b)

           Bereich 0.96–0.69.

Bei Hebebühnen ohne Gegengewicht:   

           kL = 1 + (%Q × 0.0071) (Gleichung 3c)

           Bereich 1.02–1.11.

Für Hebebühnen mit 35 % Ausgleich des Kabinengewichts:  

           kL = 1 + (%Q × 0.0100) (Gleichung 3d)

           Bereich 1.02–1.16.

Für Hebebühnen mit 70 % Ausgleich des Kabinengewichts: 

           kL = 1 + (%Q × 0.0187) (Gleichung 3e)

           Bereich 1.04–1.30.

Die ersten drei Gleichungen repräsentieren gängige Traktions- und Hydraulikaufzüge. Die in diesen Gleichungen angegebenen Parameter wurden aus einem Computermodell eines Aufzugssystems entwickelt. Der angezeigte Bereich gilt für den niedrigsten und höchsten %Q Werte in Tabelle 3. Es sollte beachtet werden, dass eine Last in einem Traktionsaufzug den Energieverbrauch verringert und in einem hydraulischen Aufzug den Energieverbrauch erhöht.

Geschätzter täglicher Energieverbrauch im Stehen

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Gleichung-4
(Gleichung-4)

Wo:

Pid         ist die verbrauchte Leistung, wenn sich der Lift im Leerlauf befindet (W)
            (gemessen nach Beendigung des Torbetriebs, wenn
             an einer Landung angehalten).

Pst         ist die verbrauchte Leistung, wenn sich der Lift im Standby-Modus befindet (W)
             (gemessen nach fünf Minuten Inaktivität).

Rid         ist das Verhältnis der Leerlaufzeit beim Verbrauch von Pid (Wert
             <1).

Rst         ist das Verhältnis der Standby-Zeit beim Verbrauch von Pst
             (Wert < 1).

tav         ist die Reisezeit die durchschnittliche Reisestrecke für die
             Zielinstallation, einschließlich Türzeiten (s).

Beachten Sie, dass der erste Term in Gleichung 4 die Zeit ist, in der der Aufzug nicht fährt, dh: im Stehen. 

Die Blindleistung und die Bereitschaftsleistung sind Messwerte, die nach der in EN ISO 25745-1:2012 angegebenen Methode ermittelt werden. Die Blindleistung wird bei leerem Fahrkorb und nach Beendigung des Türbetriebs gemessen. Die Standby-Leistung wird nach fünf Minuten Inaktivität gemessen.

Die ISO-Methode berücksichtigt Systeme, die bis zu 30 Minuten in einem zweiten Standby-Modus bleiben können. Dies wird hier nicht berücksichtigt.

Die Werte für Rid und Rst können Tabelle 4 entnommen werden. Die Zeit (tav) um die durchschnittliche Distanz (sav) ergibt sich aus Gleichung 5:

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Gleichung-5
(Gleichung 5)

Wo:

v         ist die Nenngeschwindigkeit (m/s).

j          ist der bewertete Ruck (m/s2).

td       ist die Zeit für das Öffnen, Öffnen und Schließen
             Zeiten der Aufzugstüren an den Haltestellen(n).

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Tabelle-4
Tabelle 4: Zeitverhältnisse im Idle- und Standby-Modus

Beispiele

Beispiel 1 – Zugkraftheber

Das folgende Beispiel stammt von SAFE S24 mit gerundeten Werten zur einfacheren Arithmetik.

Aufzugsparameter

  • Schlepplift in einem Bürogebäude
  • Nennlast: 1,500 kg
  • Nenngeschwindigkeit: 2.50 m/s
  • Reisen: 75 m
  • Anzahl Haltestellen: 20
  • Gegengewicht: 50%
  • Beschleunigung: 1.0 m/s2
  • Ruck 1.25 m/s3
  • Türzeiten: 8.0 s

Durch Messung oder Simulation ermittelte Daten

  • Tagesausflüge: 750 (Kategorie 4)
  • Leerlaufleistung: 500 W
  • Standby-Leistung nach 5 Minuten: 120 W
  • ISO-Referenzzyklusenergie: 170 Wh

Daten aus Tabellen

  • Durchschnittliche Reisedistanz: 44% (aus Tabelle 2)
  • Durchschnittliche Pkw-Beladung: 3.5 % (aus Tabelle 3)
  • Ladefaktor (kL): 0.94 (von kL = 1 – (%Q × 0.0164))
  • Ruhe-/Standby-Zeitverhältnis: 45/55 (aus Tabelle 4)

Berechnung

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Gleichung-6a

sav = 0.44 × 75 = 33 m

tav = 33/2.5 + 2.5/1 + 1/1.25 + 8 = 24.5 s

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Gleichung-7

                                                                             = 5,500 Wh

Ed = 26,367 + 5,500 = 31,867 Wh

Das sind 32 kWh pro Tag (ca. 0.6 p [0.6 c] pro Fahrt).

Beispiel 2 – Hydraulischer Aufzug

(Dieses Beispiel stammt von SAFE S3 mit gerundeten Werten zur einfacheren Arithmetik.)

Aufzugsparameter

  • Hydraulischer Aufzug in einem Wohngebäude
  • Nennlast: 500 kg
  • Nenngeschwindigkeit: 0.6 m/s
  • Reisen: 13 m
  • Anzahl Haltestellen: 5
  • Gegengewicht: 0%
  • Beschleunigung: 0.3 m/s2
  • Ruck: 0.5 m/s3
  • Türzeiten: 8.0 s

Durch Messung oder Simulation ermittelte Daten

  • Tagesausflüge: 30 (Kategorie 1)
  • Leerlaufleistung: 50 W
  • Standby-Leistung nach 5 Minuten: 31 W
  • ISO-Referenzzyklusenergie: 91 Wh

Daten aus Tabellen

  • Durchschnittliche Reisedistanz: 44% (aus Tabelle 2)
  • Durchschnittliche Pkw-Beladung: 7.5 % (aus Tabelle 3)
  • Ladefaktor (kL): 1.05 (von kL = 1 + [%Q × 0.0071])
  • Ruhe-/Standby-Zeitverhältnis: 13/87 (aus Tabelle 4)

Berechnung

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Gleichung-8

                                                                               = 631Wh

sav = 0.44 × 13 = 5.7 m

tav = 5.7/0.6 + 0.6/0.3 + 0.3/0.5 + 8 = 20.1 s

Eine-verbesserte-und-genauere-Methode-zur-Berechnung-des-Energieverbrauchs-einer-Lift-Gleichung-9

                                                                                 = 797 Wh

Ed = 631 + 797 = 1,428 Wh

Das sind 1.4 kWh pro Tag (ca. 0.7 p [0.7 c] pro Fahrt).

Warnung

Die Angaben in den Tabellen 2, 3 und 4 basieren auf den Medianwerten der Nutzungskategorie. Wenn festgestellt wird, dass die Nutzung am unteren oder oberen Ende einer Kategorie liegt, kann die Verwendung des Medianwerts ungenau sein. Wenn die tatsächliche Anzahl der Fahrten daher nicht nahe am Median liegt, wird vorgeschlagen, die Werte durch Interpolation aus den Tabellen zu erhalten.

Danksagung

  • ISO/TC178/WG10 zur Entwicklung der Methode.
  • Die Arbeitsgruppe der WG10 zur Entwicklung des Auslastungsfaktors (kL).
  • Die in der Norm enthaltenen Tabellen wurden von Ana Lorente im Rahmen ihres Doktoratsstudiums über ihre Dissertation „Life Cycle Analysis and Energy Modeling of Lifts“ an der Universität Zaragoza, Spanien, zur Unterstützung der Arbeit der WG10 entwickelt.[4]
Referenzen
[1] BS EN ISO 25745-1:2012 Energieeffizienz von Aufzügen, Fahrtreppen und Fahrsteigen Teil 1: Energiemessung und -überprüfung.
[2] CIBSE-Leitfaden D: 2010.
[3] ISO/DIS 25745-2: 2013 Energieeffizienz von Aufzügen, Fahrtreppen und Fahrsteigen Teil 2: Energieberechnung und -klassifizierung für Aufzüge (Aufzüge).
[4] Lorente, AM, Nunez, JL & Barney GC: „Energiemodelle für Aufzüge“; 2. Symposium zu Aufzugs- und Fahrtreppentechnologien, 27. September 2013, The University of Northampton

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