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Desarrollo del código energético, primera parte

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Cómo se creó el innovador Código de Energía de Hong Kong, que dio lugar a una sección sobre la eficiencia energética de los ascensores.

El primer código de prácticas relacionado con la energía en Hong Kong es quizás el Código de prácticas para el valor global de transferencia térmica (OTTV) en edificios publicado por el gobierno de Hong Kong en 1995. Luego, en 1997, el Departamento de Electricidad y Mecánica estableció un grupo de trabajo. Departamento de Servicios (EMSD) del gobierno para redactar códigos de naturaleza similar pero en diferentes sistemas de construcción, bajo los cuales se formó el Subcomité de Ascensores (Ascensores en América del Norte) y el Código de Eficiencia y Conservación de la Energía de las Escaleras Mecánicas.

La industria había seguido un código de este tipo de forma voluntaria hasta 2012, cuando se hizo cumplir el Código de Energía de la Edificación (BEC) legal.

Su autor puede ser el único miembro que ha estado participando en la creación de los documentos antes mencionados desde el primer día hasta ahora. Este artículo presentará una breve historia del crecimiento del código de ascensor en Hong Kong y su desarrollo paralelo en Europa. Se discutirán las consideraciones técnicas relacionadas con el código y algunos trabajos de investigación asociados del autor, que pueden ser útiles para los ingenieros de ascensores que tengan la intención de diseñar, instalar, operar y mantener ascensores ecológicos.

Historia del desarrollo

Desde el embargo petrolero de 1973, ha habido una preocupación mundial con respecto a la escasez de combustibles fósiles y, por lo tanto, la conservación de energía había sido un tema candente en las décadas de 1970 y 1980, aunque la preocupación en ese momento no era de ninguna manera comparable a la de el presente. La situación anterior fue solo un problema porque la deficiencia de combustible se consideró un problema para el futuro. Por lo tanto, pocas personas estaban dispuestas a sacrificar el crecimiento económico en aras de minimizar el consumo de energía. Es bien sabido que el consumo de energía de una nación refleja en gran medida su producto interno bruto. Ahora, además del suministro limitado de combustibles fósiles, el principal problema es el cambio climático. Utilizar combustibles fósiles para generar electricidad implica poner a la atmósfera millones de millones de toneladas métricas de dióxido de carbono.

Un estudio de consultoría en 1991 iniciado por el Comité Asesor de Eficiencia Energética de Hong Kong encontró que si la envolvente de un edificio se construía con un OTTV adecuado, la demanda de electricidad del aire acondicionado (y, por lo tanto, la emisión de gases de efecto invernadero de la generación de energía) podría reducirse. Por lo tanto, la Autoridad de Edificios de Hong Kong publicó el Código OTTV en 1995 [1] para limitar la cantidad de transferencia de calor a través de la envolvente del edificio durante el período de finales de primavera / verano / principios de otoño, cuando la temperatura exterior promedio es más alta que en el interior. El código ha sido obligatorio desde su implementación.

En 1997, el EMSD estableció un grupo de trabajo para redactar una serie de cuatro conjuntos de códigos de prácticas en cuatro subcomités: Iluminación, [2] Aire acondicionado, [3] Servicios eléctricos, [4] y Ascensores y escaleras mecánicas. [ 5] En 2003, se había publicado otro código [6] (además de los cuatro códigos prescriptivos que se acaban de mencionar). Éste se basó en el rendimiento y la simulación del sistema. Los cinco códigos habían funcionado de forma voluntaria hasta 2012, cuando se combinaron en un solo documento. [7] En los años intermedios, hubo varias revisiones, pero el concepto básico se mantuvo sin cambios.

Concepto básico de la CoP

Estadísticamente, los ascensores y escaleras mecánicas representan del 3 al 8% del consumo total de energía eléctrica de los edificios comerciales, mientras que es el consumidor dominante de las áreas públicas de los edificios residenciales de gran altura. El subcomité de ascensores y escaleras mecánicas del grupo de trabajo encargado de redactar el Código de prácticas para la eficiencia energética de las instalaciones de ascensores y escaleras mecánicas (CoP) (del que su autor era miembro en representación de la Institución de Ingenieros de Hong Kong) se enfrentó a un gran problema en 1997, cuando Se estableció que nosotros, como pioneros en esta área, no teníamos ningún referente. Luego, el subcomité determinó cinco áreas principales de la CoP, de la siguiente manera:

Potencia eléctrica máxima permitida de ascensores, escaleras mecánicas y pasillos rodantes

  1. Análisis de tráfico y zonificación
  2. Control del sistema de elevación
  3. Gestión energética
  4. calidad de la energía

Los problemas incluían cómo definir la potencia eléctrica máxima permitida y sus valores prácticos / deseables para el uso de energía. Para los ascensores, decidimos medir la potencia máxima permitida cuando un automóvil completamente cargado funciona a toda velocidad en dirección ascendente. Esta definición todavía se utiliza en la actualidad. Para valores prácticos, se enviaron cartas solicitando datos técnicos a todos los representantes de Hong Kong de los fabricantes de ascensores y contratistas de mantenimiento. Lamentablemente, la respuesta del mercado no fue satisfactoria, mientras que la respuesta general fue que los fabricantes no disponían de esa información.

Para superar este obstáculo, un ingeniero del gobierno trabajó con su autor para lanzar un plan secreto para impulsar a la industria a responder. Usamos leyes fundamentales en mecánica para derivar ecuaciones para estimar dicha potencia en base a pérdidas por fricción durante el viaje, pérdidas hidráulicas, pérdidas dinámicas durante la aceleración y desaceleración, transferencia y regeneración de energía potencial, etc.en diferentes condiciones, y luego las enviamos a la industria. para comentarios. Si la respuesta hubiera sido nuevamente pobre, estos valores teóricos (que no serían favorables para los fabricantes) se habrían cumplido. Sin embargo, pronto se recibieron y tabularon valores prácticos y razonables en la CoP (Figura 1). El proyecto de código se publicó en 1998, mientras que la primera versión se publicó en 2000.

Para edificios de gran altura, el diseño basado en análisis de tráfico en términos de tiempo de ida y vuelta (RTT), la capacidad de manejo del sistema y la zonificación se requirió en la primera versión, pero se renunció en la edición de 2005. Para el control del sistema de elevación, se requería el modo de espera de operación de elevación durante poco tráfico. La gestión de la energía requería la instalación de dispositivos de medición o la provisión de una conexión simple a dichos dispositivos para medir parámetros tales como voltajes, corrientes, consumo de energía, factor de potencia total, potencia y demanda máxima. Este requisito de gestión energética sigue siendo válido.

 Se hizo especial hincapié en la regulación de dos parámetros eléctricos de un ascensor, una escalera mecánica o un pasillo rodante. El factor de potencia total (TPF) se define como:

Energy-Code-Desarrollo-Parte-Uno-Ecuación-1
(Ecuación 1)

 TPF se limitó a un límite inferior de 0.85. Aquí, P es la potencia activa (en kW) consumida por el variador con respecto al componente fundamental de 50 Hz en Hong Kong; Q es la potencia reactiva (en kVAr) consumida por el variador con respecto al componente fundamental; D es la potencia de distorsión (en kVAd) aportada por todos los demás componentes armónicos de corriente. Técnicamente, el denominador es equivalente a la "potencia aparente" extraída por el variador. Este requisito sigue siendo válido en la CoP actualizada, pero existe una cuestión de practicidad relacionada con la medición, que se analizará con más detalle en la segunda parte de esta serie.

La distorsión armónica total (THD) se define como:

Energy-Code-Desarrollo-Parte-Uno-Ecuación-2
(Ecuación 2)

Aquí, Ih se refiere a la componente armónica de la corriente consumida por el elevador, la escalera mecánica o el andador móvil, mientras que I1 es la componente fundamental. Se incluyó una tabla en la CoP que regulaba la THD máxima (%) frente a la clasificación de corriente fundamental del accionamiento de elevación. Por ejemplo, el límite fue del 35% para la mayoría de los ascensores que operan con una corriente fundamental de 40-80 A. Este requisito sigue siendo válido en la CoP actualizada, pero hay un problema relacionado con la practicidad relacionada con la medición, que se discutirá más a fondo. en la segunda parte. Controlando estos dos parámetros, la calidad de la energía eléctrica sería satisfactoria y se producirían menos pérdidas de calor a lo largo del sistema de transmisión y distribución de energía eléctrica.

Desarrollo paralelo en Europa

En 2006, la Asociación Europea de Ascensores estableció un grupo de trabajo para abordar la cuestión de la eficiencia energética de los ascensores. En 2007, la Comisión Europea inició un estudio para profundizar en el tema. El primer conjunto de directrices sobre el rendimiento energético de los ascensores a nivel nacional en Europa, VDI 4707, fue publicado por la Asociación de Ingenieros Alemanes. Este código tenía como objetivo clasificar los ascensores en función de su consumo energético y permitir un cálculo sencillo de la demanda energética típica de una instalación de ascensores en función de su perfil operativo. El objetivo era adoptar un enfoque simple para comparar el rendimiento energético de diferentes ascensores. El primer borrador de VDI 4707 apareció en 2007; la primera edición formal apareció en 2008, y la versión final, la Parte 1 sobre “Eficiencia energética de los ascensores”, se publicó a finales de marzo de 2009.

Hay dos clases de preocupaciones en la evaluación del consumo de energía: la clase de viaje u operativa y la clase de reserva. La energía de viaje se mide y categoriza en uno de siete grados, de “A” a “G”, mientras que la energía de reserva también se mide y categoriza en uno de siete grados. Luego, ambas clases se combinan para formar la clase o grado general, siendo la clase "A" la mejor y la peor la clase "G". Estos se basan en tres parámetros más: carga nominal (en kg), recorrido (en m) e intensidad de uso. La intensidad de uso se clasifica en cinco categorías (Tabla 1). En otras palabras, la comparación de clases de eficiencia energética solo es posible considerando ascensores que pertenecen a la misma categoría de uso. Un elevador en la categoría de uso uno consume menos de 50 W durante el modo de espera y no más de 0.80 mWh / (m-kg) durante el viaje debe clasificarse en la Clase A.

Para medir el viaje o la energía operativa, se realiza un recorrido de referencia con una cabina de ascensor vacía que sube desde el piso más bajo hasta el piso superior, luego de regreso al piso más bajo (es decir, tanto hacia arriba como hacia abajo). La distancia total recorrida está representada por d (en m), y la capacidad (nominal) del contrato del automóvil es CC (en kg). El consumo total de energía, Eref, durante estos dos viajes se mide y se normaliza a la energía específica durante la carrera de referencia, Esprun, utilizando la siguiente ecuación:

Energy-Code-Desarrollo-Parte-Uno-Ecuación-3
(Ecuación 3)

 Este método de medición también se recomienda en una norma posterior de la Organización Internacional de Normalización (ISO). [8] La principal crítica a esta medida es que pone menos énfasis en el alto consumo de energía durante la aceleración y desaceleración. Por lo tanto, puede ser injusto para los edificios de poca altura. Los lectores deben tener en cuenta que todo el concepto se basa en medir el rendimiento del accionamiento de elevación solo, bastante similar a la sección contraparte del Código de Energía de Hong Kong. Se ignora la contribución distintiva del control de supervisión inteligente, mientras que el principal ahorro de energía en realidad podría ser el resultado del despacho inteligente de pasajeros. Este es otro punto que se discutirá en la Parte 2 de esta serie.

La medición del consumo de energía en espera es sencilla y se puede realizar de 5 a 10 minutos. después de una carrera. EN 81 permite apagar las luces dentro del automóvil cuando el automóvil está inactivo con las puertas del automóvil cerradas para reducir el consumo de energía en espera. Sin embargo, encender y apagar con frecuencia las lámparas de descarga reduce significativamente su vida útil.

A nivel internacional, el borrador de ISO / DIS 25745-1 [8] se publicó en 2008, y su última versión se publicó en 2012. Proporciona un cálculo para estimar el consumo de energía de los ascensores utilizando la siguiente ecuación:

Energy-Code-Desarrollo-Parte-Uno-Ecuación-4
(Ecuación 4)

dónde:

  • EL es la energía utilizada por un solo ascensor en un año (en kW X h).
  • S es el número de arranques realizados por año.
  • P es la clasificación del motor de accionamiento (en kW).
  • th es el tiempo para viajar entre el piso de la entrada principal y el piso más alto servido desde el instante en que las puertas se cierran hasta el instante en que comienzan a abrirse (es decir, medio ciclo de recorrido de referencia) (en s.).
  • Een espera es la energía de reserva utilizada por un solo ascensor en un año (en kW X h).
  • La ecuación se basa en varios supuestos y tiene varias desventajas:
  • El edificio tiene una población de piso uniforme.
  • El número de paradas hacia arriba es igual al número de paradas hacia abajo.
  • No se hace ninguna concesión para la regeneración.
  • No se tienen en cuenta las acciones del controlador de tráfico. (Solo se consideran unidades individuales).
  • No se realiza un número significativo de paradas debajo del piso de la entrada principal.
  • No se tiene en cuenta energía adicional para viajar a través de una zona rápida.

La última CoP

La CoP se hizo obligatoria con la publicación de BEC en 2012 [7] al incorporar los cinco códigos antes mencionados, el más reciente de los cuales se basa en el desempeño. La CoP 2012 sobre ascensores y escaleras mecánicas tiene cuatro propósitos:

  • Reducir el consumo de energía mediante la imposición de la potencia eléctrica máxima permitida de los accionamientos de motor
  • Reducir las pérdidas en la utilización de energía mediante la imposición de requisitos de factor de potencia total mínimo permitido y limitaciones en las cargas de decoración y el modo de espera en la operación de elevación.
  • Reducción de pérdidas debidas a problemas asociados con la calidad de la energía
  • Proporcionar instalaciones adecuadas de medición y monitoreo de energía para una mejor gestión de la eficiencia energética.

Las condiciones para limitar el consumo de energía de los ascensores, escaleras mecánicas y pasillos rodantes se han discutido anteriormente. Para los elevadores de tracción, la clasificación se basa en la carga nominal y la velocidad nominal. Para los elevadores hidráulicos, la clasificación se basa únicamente en la carga nominal, ya que la velocidad suele ser bastante baja. Para las escaleras mecánicas, la clasificación se basa en el ancho nominal, la altura, la velocidad y el tipo (servicio no público, servicio público y servicio pesado). Para los pasillos rodantes, la clasificación se basa en el ancho, la longitud, la velocidad y el tipo nominales (servicio no público y servicio público). También se han discutido el factor de potencia total y la calidad de la energía en términos de distorsión armónica total.

La última CoP incluye varios requisitos nuevos en comparación con la edición de 2000. La carga de decoración del ascensor se rige, ya que el uso de materiales pesados ​​para la decoración del automóvil desperdicia energía. La carga de decoración permitida D con respecto a la carga nominal L se rige por las siguientes ecuaciones en la Tabla 2.

Durante los períodos de poco tráfico, debe haber un modo de estacionamiento disponible para al menos un ascensor en un grupo o banco. El sistema de ventilación / aire acondicionado que sirve a una cabina de ascensor debe detenerse cuando la cabina está inactiva durante algún tiempo.

Más que esperar en la segunda parte

Un indicador universal, propuesto por su autor hace unos 10 años para la evaluación comparativa del rendimiento energético de los ascensores, que se ocupa tanto del control de accionamiento como de supervisión, se incluye ahora en la guía técnica del código como referencia para los ingenieros de ascensores. El indicador y los desarrollos relacionados se analizarán en la segunda parte de esta serie. También discutirá varios métodos prácticos para tratar las cláusulas en la CoP de Hong Kong y abordar algunos problemas con cláusulas seleccionadas. Además, se discutirá un método de ahorro de energía para ascensores desarrollado por el autor.

Referencias
[1] Building Authority, Código de prácticas para el valor global de transferencia térmica en edificios, Hong Kong, 1995.
[2] Departamento de Servicios Eléctricos y Mecánicos, Código de prácticas para la eficiencia energética de las instalaciones de iluminación, 1998.
[3] Departamento de Servicios Eléctricos y Mecánicos, Código de prácticas para la eficiencia energética de las instalaciones de aire acondicionado, 1998.
[4] Departamento de Servicios Eléctricos y Mecánicos, Código de prácticas para la eficiencia energética de las instalaciones eléctricas, 1999.
[5] Departamento de Servicios Eléctricos y Mecánicos, Código de prácticas para la eficiencia energética de las instalaciones de ascensores y escaleras mecánicas, 2000.
[6] Departamento de Servicios Eléctricos y Mecánicos, Código de energía de construcción basado en el rendimiento, 2003.
[7] Departamento de Servicios Eléctricos y Mecánicos, Código de prácticas para la eficiencia energética de la instalación de servicios en edificios, 2012 (www.beeo.emsd.gov.hk/en/pee/BEC_2012.pdf).
[8] ISO / DIS 25745-1, Rendimiento energético de ascensores, escaleras mecánicas y pasillos móviles, Parte 1: Medición y verificación de energía, 2008.
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El Dr. Albert So es miembro de la junta ejecutiva y asesor científico de la Asociación Internacional de Ingenieros de Ascensores (IAEE). También es el secretario académico de la rama IAEE HK-China y profesor invitado honorario de la Universidad de Northampton en el Reino Unido. Es miembro del Grupo Asesor Técnico de Elevator World, Inc., y tiene su sede en Seattle.

Mundo del ascensor | Portada de abril de 2014

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