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Entwicklung des Energiekodex, Teil XNUMX

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Wie der bahnbrechende Hong Kong Energy Code entstand, der zu einem Abschnitt über die Energieeffizienz von Aufzügen führte.

Der erste Verhaltenskodex in Bezug auf Energie in Hongkong ist vielleicht der Verhaltenskodex für den Gesamtwärmedurchgangswert (OTTV) in Gebäuden, der 1995 von der Regierung von Hongkong veröffentlicht wurde Services Department (EMSD) der Regierung zur Ausarbeitung von Codes ähnlicher Art, aber zu unterschiedlichen Gebäudesystemen, unter denen der Unterausschuss für Aufzüge (Aufzüge in Nordamerika) und Fahrtreppencode für Energieeffizienz und Erhaltung gebildet wurde.

Ein solcher Kodex wurde von der Industrie bis 2012 auf freiwilliger Basis befolgt, als der gesetzliche Gebäudeenergiekodex (BEC) in Kraft trat.

Ihr Autor ist möglicherweise das einzige Mitglied, das vom ersten Tag an bis jetzt an der Erstellung der oben genannten Dokumente beteiligt war. Dieser Artikel präsentiert eine kurze Geschichte des Wachstums von Aufzugscodes in Hongkong und seiner parallelen Entwicklung in Europa. Es werden technische Überlegungen in Bezug auf den Code und einige damit verbundene Forschungsarbeiten des Autors diskutiert, die für Aufzugsingenieure nützlich sein können, die beabsichtigen, umweltfreundliche Aufzüge zu entwerfen, zu installieren, zu betreiben und zu warten.

Entwicklungsgeschichte

Seit dem Ölembargo von 1973 gibt es eine weltweite Besorgnis über die Verknappung fossiler Brennstoffe, und daher war Energieeinsparung in den 1970er und 1980er Jahren ein heißes Thema, obwohl die Besorgnis damals in keiner Weise mit der Besorgnis vergleichbar war das Geschenk. Die frühere Situation war nur deshalb ein Thema, weil der Treibstoffmangel als Problem für die Zukunft angesehen wurde. Daher waren nur wenige Menschen bereit, das Wirtschaftswachstum zugunsten der Minimierung des Energieverbrauchs zu opfern. Es ist bekannt, dass der Energieverbrauch einer Nation in hohem Maße ihr Bruttoinlandsprodukt widerspiegelt. Heute ist neben der begrenzten Versorgung mit fossilen Brennstoffen der Klimawandel das Hauptproblem. Die Nutzung fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung bedeutet, dass Millionen Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen.

Eine 1991 vom Energy Efficiency Advisory Committee of Hong Kong initiierte Beratungsstudie ergab, dass bei einer Gebäudehülle mit einem geeigneten OTTV der Strombedarf aus Klimaanlagen (und damit die Emission von Treibhausgasen aus der Stromerzeugung) reduziert werden könnte. Daher veröffentlichte die Baubehörde von Hongkong 1995 den OTTV-Code[1], um die Wärmeübertragung durch die Gebäudehülle im späten Frühjahr/Sommer/frühen Herbst zu begrenzen, wenn die durchschnittliche Außentemperatur höher ist als die der Innenräume. Der Kodex ist seit seiner Einführung verpflichtend.

1997 wurde vom EMSD eine Task Force eingerichtet, um eine Reihe von vier Sätzen von Verhaltenskodizes unter vier Unterausschüssen zu erarbeiten: Beleuchtung,[2] Klimaanlage,[3] Elektrische Dienste,[4] und Aufzüge und Fahrtreppen.[ 5] Bis 2003 wurde ein weiterer Kodex[6] (zusätzlich zu den gerade erwähnten vier präskriptiven Kodes) veröffentlicht. Dieser basierte auf Systemleistung und Simulation. Alle fünf Kodizes arbeiteten bis 2012 auf freiwilliger Basis und wurden dann zu einem Dokument zusammengefasst.[7] In den Jahren dazwischen hatte es mehrere Überarbeitungen gegeben, das Grundkonzept blieb jedoch unverändert.

Grundkonzept der CoP

Statistisch machen Aufzüge und Fahrtreppen 3-8% des gesamten elektrischen Energieverbrauchs von Gewerbegebäuden aus, während sie in den öffentlichen Bereichen von Wohnhochhäusern der dominierende Verbraucher sind. Der Unterausschuss Aufzüge und Fahrtreppen der Task Force zur Ausarbeitung des Verhaltenskodex für die Energieeffizienz von Aufzügen und Fahrtreppen (CoP) (dem Ihr Autor als Vertreter der Hong Kong Institution of Engineers angehörte) stand 1997 vor einem großen Problem, als Es wurde festgestellt, dass wir als Pionier auf diesem Gebiet keine Referenz haben. Anschließend legte der Unterausschuss fünf Hauptbereiche der CoP wie folgt fest:

Maximal zulässige elektrische Leistung von Aufzügen, Fahrtreppen und Fahrsteigen

  1. Verkehrsanalyse und Zoneneinteilung
  2. Steuerung des Liftsystems
  3. Energiemanagement
  4. Netzqualität

Zu den Problemen gehörten die Definition der maximal zulässigen elektrischen Leistung und ihrer wünschenswerten/praktischen Werte für den Stromverbrauch. Für Aufzüge haben wir entschieden, dass die maximal zulässige Leistung gemessen wird, wenn ein voll beladenes Auto mit voller Geschwindigkeit in Aufwärtsrichtung fährt. Diese Definition wird auch heute noch verwendet. Für praktische Werte wurden Briefe mit der Bitte um technische Daten an alle Vertreter von Aufzugsherstellern und Wartungsunternehmen in Hongkong gesendet. Leider war die Reaktion des Marktes unbefriedigend, während die allgemeine Antwort war, dass solche Informationen von den Herstellern nicht verfügbar waren.

Um diese Hürde zu nehmen, hat ein Regierungsingenieur mit Ihrem Autor zusammengearbeitet, um einen geheimen Plan zu entwickeln, um die Industrie zu einer Reaktion zu bewegen. Wir haben grundlegende Gesetze der Mechanik verwendet, um Gleichungen abzuleiten, um diese Leistung basierend auf Reibungsverlusten während der Fahrt, hydraulischen Verlusten, dynamischen Verlusten beim Beschleunigen und Verzögern, potenzieller Energieübertragung und -rückgewinnung usw. unter verschiedenen Bedingungen abzuschätzen und dann an die Industrie zu senden für Kommentare. Wäre die Reaktion erneut schlecht gewesen, wären diese theoretischen Werte (die für die Hersteller nicht günstig wären) durchgesetzt worden. Es wurden jedoch bald praktische und vernünftige Werte erhalten und in der CoP tabellarisch dargestellt (Abbildung 1). Der Codeentwurf wurde 1998 herausgegeben, während die erste Version im Jahr 2000 veröffentlicht wurde.

Für Hochhäuser war in der ersten Version eine verkehrsanalysebasierte Auslegung in Bezug auf Round-Trip-Time (RTT), System-Handling-Kapazität und Zonierung erforderlich, wurde jedoch in der Ausgabe 2005 darauf verzichtet. Für die Steuerung des Aufzugssystems war bei geringem Verkehr ein Standby-Modus für den Aufzugsbetrieb erforderlich. Das Energiemanagement erforderte die Installation von Messgeräten oder die Bereitstellung einer einfachen Verbindung zu solchen Geräten, um Parameter wie Spannungen, Ströme, Energieverbrauch, Gesamtleistungsfaktor, Leistung und Maximalbedarf zu messen. Diese Anforderung des Energiemanagements bleibt gültig.

 Besonderer Wert wurde auf die Regelung zweier elektrischer Parameter eines Aufzugs-, Fahrtreppen- oder Fahrsteigantriebs gelegt. Der Gesamtleistungsfaktor (TPF) ist definiert als:

Energie-Code-Entwicklung-Teil-Eins-Gleichung-1
(Gleichung 1)

 TPF wurde auf eine untere Grenze von 0.85 begrenzt. Hier ist P die vom Antrieb verbrauchte Wirkleistung (in kW) in Bezug auf die Grundschwingung von 50 Hz in Hongkong; Q ist die vom Antrieb verbrauchte Blindleistung (in kVAr) in Bezug auf die Grundschwingung; D ist die Verzerrungsleistung (in kVAd), die von allen anderen Stromoberschwingungskomponenten beigesteuert wird. Technisch entspricht der Nenner der vom Antrieb gezogenen „Scheinleistung“. Diese Anforderung ist in der aktualisierten CoP weiterhin gültig, es gibt jedoch ein Problem hinsichtlich der Praktikabilität im Zusammenhang mit der Messung, das in Teil XNUMX dieser Serie weiter erörtert wird.

Gesamtklirrfaktor (THD) ist definiert als:

Energie-Code-Entwicklung-Teil-Eins-Gleichung-2
(Gleichung 2)

Dabei bezeichnet Ih die harmonische Komponente der Stromaufnahme des Aufzugs-, Fahrtreppen- oder Fahrsteigantriebs, während I1 die Grundschwingung ist. In den CoP wurde eine Tabelle aufgenommen, die den maximalen THD (%) gegen den Grundschwingungsstrom des Aufzugsantriebs regelte. Zum Beispiel lag der Grenzwert für die meisten Aufzüge, die mit einem Grundstrom von 35-40 A betrieben wurden, bei 80 %. Diese Anforderung ist in der aktualisierten CoP weiterhin gültig, aber es gibt ein Problem in Bezug auf die Praktikabilität der Messung, das weiter erörtert wird im zweiten Teil. Durch die Steuerung dieser beiden Parameter wäre die Qualität der elektrischen Energie zufriedenstellend und es würde weniger Wärmeverlust entlang des elektrischen Energieübertragungs- und -verteilungssystems auftreten.

Parallele Entwicklung in Europa

Im Jahr 2006 wurde von der European Lift Association eine Arbeitsgruppe gegründet, die sich mit der Frage der Energieeffizienz von Aufzügen beschäftigt. 2007 hat die Europäische Kommission eine Studie zu diesem Thema ins Leben gerufen. Der Verein Deutscher Ingenieure hat mit der VDI 4707 den ersten nationalen Leitfaden zur Energieeffizienz von Aufzügen in Europa herausgegeben. Dieser Code zielte darauf ab, Aufzüge nach ihrem Energieverbrauch zu klassifizieren und eine einfache Berechnung des typischen Energiebedarfs einer Aufzugsanlage basierend auf ihrem Betriebsprofil zu ermöglichen. Das Ziel war ein einfacher Ansatz, um die Energieeffizienz verschiedener Aufzüge zu vergleichen. Der erste Entwurf der VDI 4707 erschien 2007; die erste formelle Ausgabe erschien 2008 und die endgültige Version – Teil 1 zum Thema „Energieeffizienz von Aufzugsanlagen“ – wurde Ende März 2009 veröffentlicht.

Bei der Bewertung des Energieverbrauchs sind zwei Kategorien von Belang: die Reise- oder Betriebsklasse und die Standby-Klasse. Die Reiseenergie wird gemessen und in eine von sieben Stufen von „A“ bis „G“ eingeteilt, während die Standby-Energie ebenfalls gemessen und in eine von sieben Stufen eingeteilt wird. Beide Klassen werden dann zur Gesamtklasse bzw. Gesamtnote zusammengefasst, wobei die Klasse „A“ die beste und die Klasse „G“ die schlechteste ist. Diese basieren auf drei weiteren Parametern: Nennlast (in kg), Weg (in m) und Nutzungsintensität. Die Nutzungsintensität wird in fünf Kategorien eingeteilt (Tabelle 1). Mit anderen Worten, ein Vergleich der Energieeffizienzklassen ist nur unter Berücksichtigung von Aufzügen derselben Nutzungskategorie möglich. Ein Aufzug der Nutzungskategorie 50 verbraucht im Standby weniger als 0.80 W und während der Fahrt nicht mehr als XNUMX mWh/(m-kg) ist in die Klasse A einzuordnen.

Zur Messung der Fahr- bzw. Betriebsenergie wird eine Referenzfahrt mit einer leeren Aufzugskabine von der untersten Etage in die oberste Etage und dann wieder zurück in die unterste Etage (also sowohl nach oben als auch nach unten) durchgeführt. Die zurückgelegte Gesamtstrecke wird durch d (in m) dargestellt, und die vertragliche (Nenn-)Kapazität des Autos beträgt CC (in kg). Der Gesamtenergieverbrauch Eref während dieser beiden Fahrten wird gemessen und mit folgender Gleichung auf die spezifische Energie während der Referenzfahrt Esprun normiert:

Energie-Code-Entwicklung-Teil-Eins-Gleichung-3
(Gleichung 3)

 Diese Messmethode wird auch in einer späteren Norm der International Organization for Standardization (ISO) empfohlen.[8] Der Hauptkritikpunkt an dieser Messung ist, dass sie weniger Wert auf den hohen Stromverbrauch beim Beschleunigen und Verzögern legt. Daher kann es gegenüber niedrigen Gebäuden unfair sein. Die Leser müssen beachten, dass das gesamte Konzept allein auf der Messung der Leistung des Aufzugsantriebs beruht, ganz ähnlich dem Gegenstück des Hong Kong Energy Code. Der besondere Beitrag einer intelligenten Überwachungssteuerung wird ignoriert, während die Hauptenergieeinsparungen tatsächlich auf eine intelligente Fahrgastabfertigung zurückzuführen sein könnten. Dies ist ein weiterer Punkt, der in Teil 2 dieser Serie diskutiert wird.

Die Messung des Standby-Energieverbrauchs ist unkompliziert und kann 5-10 Minuten lang durchgeführt werden. nach einem Lauf. EN 81 erlaubt das Abschalten des Lichts im Fahrzeuginnenraum, wenn das Fahrzeug bei geschlossenen Fahrzeugtüren im Leerlauf ist, um den Standby-Energieverbrauch zu reduzieren. Allerdings verkürzt das häufige Ein- und Ausschalten von Entladungslampen deren Lebensdauer erheblich.

Auf internationaler Ebene wurde 25745 der Entwurf ISO/DIS 1-8[2008] veröffentlicht, und seine neueste Version wurde 2012 veröffentlicht. Er bietet eine Berechnung zur Schätzung des Energieverbrauchs von Aufzügen anhand der folgenden Gleichung:

Energie-Code-Entwicklung-Teil-Eins-Gleichung-4
(Gleichung 4)

wo:

  • EL ist der Energieverbrauch eines einzelnen Aufzugs in einem Jahr (in kW x h).
  • S ist die Anzahl der Starts pro Jahr.
  • P ist die Leistung des Antriebsmotors (in kW).
  • th ist die Fahrzeit zwischen dem Haupteingangsstockwerk und dem höchsten bedienten Stockwerk vom Schließen der Türen bis zum Beginn des Öffnens (dh ein halber Referenzfahrtzyklus) (in s).
  • EBereitschaft ist die Standby-Energie, die ein einzelner Aufzug in einem Jahr verbraucht (in kW x h).
  • Die Gleichung beruht auf einer Reihe von Annahmen und hat mehrere Nachteile:
  • Das Gebäude hat eine einheitliche Geschossbelegung.
  • Die Anzahl der Aufwärtsstopps entspricht der Anzahl der Abwärtsstopps.
  • Eine Regeneration wird nicht berücksichtigt.
  • Die Handlungen des Verkehrsleiters werden nicht berücksichtigt. (Es werden nur einzelne Einheiten berücksichtigt.)
  • Unterhalb des Haupteingangsgeschosses werden keine nennenswerten Haltestellen gemacht.
  • Es wird keine zusätzliche Energie für die Fahrt durch eine Expresszone berücksichtigt.

Die neueste CoP

Die CoP wurde mit der Veröffentlichung des BEC im Jahr 2012[7] verbindlich gemacht, indem alle fünf oben genannten Codes aufgenommen wurden, von denen der neueste leistungsbasiert ist. Die CoP 2012 zu Aufzügen und Fahrtreppen verfolgt vier Ziele:

  • Reduzierung des Stromverbrauchs durch Festlegung der maximal zulässigen elektrischen Leistung von Motorantrieben
  • Reduzierung der Energieausnutzungsverluste durch Anforderungen an den minimal zulässigen Gesamtleistungsfaktor und Beschränkungen der Dekorationslasten und des Standby-Modus im Aufzugsbetrieb
  • Reduzierung von Verlusten durch damit verbundene Netzqualitätsprobleme
  • Bereitstellung geeigneter Mess- und Energieüberwachungseinrichtungen für ein besseres Energieeffizienzmanagement

Die Bedingungen zur Begrenzung des Stromverbrauchs von Aufzügen, Fahrtreppen und Fahrsteigen wurden bereits diskutiert. Bei Schleppliften erfolgt die Klassifizierung nach Nennlast und Nenngeschwindigkeit. Bei hydraulischen Aufzügen erfolgt die Klassifizierung nur nach Nennlast, da die Geschwindigkeit meist eher gering ist. Bei Fahrtreppen erfolgt die Klassifizierung nach Nennweite, Steigung, Geschwindigkeit und Typ (Nichtöffentlicher Dienst, Öffentlicher Dienst und Schwerlast). Bei Fahrsteigen erfolgt die Einteilung nach Nennweite, Länge, Geschwindigkeit und Art (nicht öffentlicher Dienst und öffentlicher Dienst). Der Gesamtleistungsfaktor und die Leistungsqualität in Bezug auf die gesamte harmonische Verzerrung wurden ebenfalls diskutiert.

Die neueste CoP enthält mehrere neue Anforderungen gegenüber der Ausgabe 2000. Die Hebedekorationslast ist geregelt, da die Verwendung von schweren Materialien für die Dekoration im Auto Energie verschwendet. Die zulässige Dekorationslast D in Bezug auf die Nennlast L wird durch die folgenden Gleichungen in Tabelle 2 bestimmt.

In verkehrsarmen Zeiten muss für mindestens einen Aufzug einer Gruppe oder Bank ein Parkmodus verfügbar sein. Die Lüftungs-/Klimaanlage einer Aufzugskabine muss bei längerem Stillstand der Kabine abgeschaltet werden.

Mehr zu erwarten in Teil XNUMX

Ein universeller Indikator, der von Ihrem Autor vor etwa 10 Jahren zum Benchmarking der Energieeffizienz von Aufzügen vorgeschlagen wurde und der sowohl den Antrieb als auch die Überwachungssteuerung berücksichtigt, ist jetzt in den technischen Leitlinien des Codes als Referenz für Aufzugsingenieure enthalten. Der Indikator und die damit verbundenen Entwicklungen werden im zweiten Teil dieser Serie diskutiert. Außerdem werden verschiedene praktische Methoden zum Umgang mit Klauseln in der CoP von Hongkong erörtert und einige Probleme mit ausgewählten Klauseln angegangen. Darüber hinaus wird eine vom Autor entwickelte Energiesparmethode für Aufzüge diskutiert.

Referenzen
[1] Baubehörde, Code of Practice for Overall Thermal Transfer Value in Buildings, Hongkong, 1995.
[2] Abteilung für elektrische und mechanische Dienste, Verhaltenskodex für die Energieeffizienz von Beleuchtungsanlagen, 1998.
[3] Abteilung für elektrische und mechanische Dienste, Verhaltenskodex für die Energieeffizienz von Klimaanlagen, 1998.
[4] Abteilung für elektrische und mechanische Dienstleistungen, Verhaltenskodex für die Energieeffizienz von Elektroinstallationen, 1999.
[5] Abteilung für elektrische und mechanische Dienste, Verhaltenskodex für die Energieeffizienz von Aufzugs- und Fahrtreppenanlagen, 2000.
[6] Abteilung für elektrische und mechanische Dienstleistungen, Performance-Based Building Energy Code, 2003.
[7] Abteilung für elektrische und mechanische Dienstleistungen, Code of Practice for Energy Efficiency of Building Service Installation, 2012 (www.beeo.emsd.gov.hk/en/pee/BEC_2012.pdf).
[8] ISO/DIS 25745-1, Energieeffizienz von Aufzügen, Fahrtreppen und Fahrsteigen, Teil 1: Energiemessung und -verifizierung, 2008.
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Dr. Albert So ist Vorstandsmitglied und wissenschaftlicher Berater der International Association of Elevator Engineers (IAEE). Er ist auch akademischer Sekretär der IAEE HK-China Branch und Honorar-Gastprofessor der University of Northampton in Großbritannien. Er ist Mitglied der Technical Advisory Group von Elevator World, Inc. und hat seinen Sitz in Seattle.

Aufzugswelt | April 2014 Titelbild

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