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Sviluppo del codice energetico, prima parte

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Come è stato creato l'innovativo Hong Kong Energy Code, che ha portato a una sezione sull'efficienza energetica degli ascensori.

Il primo codice di condotta relativo all'energia a Hong Kong è forse il Codice di condotta per il valore globale di trasferimento termico (OTTV) negli edifici pubblicato dal governo di Hong Kong nel 1995. Successivamente, nel 1997 è stata istituita una task force dall'ente per l'elettricità e la meccanica Services Department (EMSD) del governo per redigere codici di natura simile ma su diversi sistemi di costruzione, in base al quale è stato formato il Sottocomitato per gli ascensori (Ascensori in Nord America) e il Codice delle scale mobili per l'efficienza e la conservazione dell'energia.

Tale codice era stato seguito dall'industria su base volontaria fino al 2012, quando è stato applicato il Building Energy Code (BEC).

Il tuo autore potrebbe essere l'unico membro che ha partecipato alla creazione dei suddetti documenti dal primo giorno fino ad ora. Questo articolo presenterà una breve storia della crescita del codice degli ascensori a Hong Kong e del suo sviluppo parallelo in Europa. Saranno discusse considerazioni tecniche relative al codice e alcuni lavori di ricerca associati dell'autore, che possono essere utili agli ingegneri ascensori che intendono progettare, installare, gestire e mantenere ascensori ecologici.

Storia dello sviluppo

Dall'embargo petrolifero del 1973, c'è stata una preoccupazione globale per quanto riguarda la carenza di combustibili fossili e, quindi, il risparmio energetico era stato un tema caldo negli anni '1970 e '1980, sebbene la preoccupazione a quel tempo non fosse in alcun modo paragonabile a quella di il presente. La situazione precedente era solo un problema perché la carenza di carburante era considerata un problema per il futuro. Pertanto, poche persone erano disposte a sacrificare la crescita economica per ridurre al minimo il consumo di energia. È noto che il consumo energetico di una nazione riflette molto il suo prodotto interno lordo. Ora, oltre alla fornitura limitata di combustibili fossili, il problema principale è il cambiamento climatico. L'utilizzo di combustibili fossili per generare elettricità implica l'immissione nell'atmosfera di milioni di milioni di tonnellate di anidride carbonica.

Uno studio di consulenza nel 1991 avviato dal Comitato consultivo sull'efficienza energetica di Hong Kong ha rilevato che se l'involucro di un edificio fosse costruito secondo un OTTV adatto, la domanda di elettricità dall'aria condizionata (e, quindi, l'emissione di gas serra dalla produzione di energia) potrebbe essere ridotto. Pertanto, la Building Authority di Hong Kong ha pubblicato il codice OTTV nel 1995[1] per limitare la quantità di trasferimento di calore attraverso l'involucro dell'edificio durante il periodo di tarda primavera/estate/inizio autunno, quando la temperatura media esterna è superiore a quella interna. Il codice è obbligatorio sin dalla sua attuazione.

Nel 1997, l'EMSD ha istituito una task force per redigere una serie di quattro serie di codici di condotta nell'ambito di quattro sottocomitati: illuminazione,[2] aria condizionata,[3] servizi elettrici,[4] e ascensori e scale mobili.[ 5] Nel 2003 era stato pubblicato un altro codice[6] (oltre ai quattro codici prescrittivi appena citati). Questo era basato sulle prestazioni e sulla simulazione del sistema. Tutti e cinque i codici operavano su base volontaria fino al 2012, quando sono stati riuniti in un unico documento[7]. Negli anni trascorsi, c'erano state diverse revisioni, ma il concetto di base era rimasto invariato.

Concetto di base della CoP

Statisticamente, ascensori e scale mobili rappresentano il 3-8% del consumo totale di energia elettrica degli edifici commerciali, mentre è il consumatore dominante delle aree pubbliche dei grattacieli residenziali. Il sottocomitato Ascensori e scale mobili della task force per la stesura del Codice di condotta per l'efficienza energetica degli impianti di ascensori e scale mobili (CoP) (di cui l'autore era membro in rappresentanza dell'Hong Kong Institution of Engineers) ha dovuto affrontare un grosso problema nel 1997, quando era accertato che noi, come pionieri in questo campo, non avevamo alcun riferimento. Il sottocomitato ha quindi determinato cinque aree principali della CoP, come segue:

Potenza elettrica massima consentita di ascensori, scale mobili e tappeti mobili

  1. Analisi del traffico e zonizzazione
  2. Controllo del sistema di sollevamento
  3. Gestione energetica
  4. Qualità dell'energia

I problemi includevano come definire la potenza elettrica massima consentita e i loro valori desiderabili/pratici per l'utilizzo di energia. Per gli ascensori, abbiamo deciso che la potenza massima consentita deve essere misurata quando un'auto a pieno carico sta marciando a tutta velocità in direzione verso l'alto. Questa definizione è ancora in uso oggi. Per i valori pratici, lettere di richiesta di dati tecnici sono state inviate a tutti i rappresentanti di Hong Kong dei produttori di ascensori e degli appaltatori di manutenzione. Sfortunatamente, la risposta del mercato è stata insoddisfacente, mentre la risposta generale è stata che tali informazioni non erano disponibili dai produttori.

Per superare questo ostacolo, un ingegnere del governo ha collaborato con il tuo autore per lanciare un piano segreto per spingere l'industria a rispondere. Abbiamo utilizzato le leggi fondamentali della meccanica per derivare equazioni per stimare tale potenza in base a perdite per attrito durante la marcia, perdite idrauliche, perdite dinamiche durante l'accelerazione e la decelerazione, potenziale trasferimento e rigenerazione di energia, ecc. in condizioni diverse, quindi le abbiamo inviate all'industria per i commenti. Se la risposta fosse stata ancora scarsa, questi valori teorici (che non sarebbero favorevoli ai produttori) sarebbero stati applicati. Tuttavia, valori pratici e ragionevoli sono stati presto ricevuti e tabulati nella CoP (Figura 1). La bozza del codice è stata emessa nel 1998, mentre la prima versione è stata pubblicata nel 2000.

Per i grattacieli, nella prima versione era richiesta una progettazione basata sull'analisi del traffico in termini di tempo di andata e ritorno (RTT), capacità di gestione del sistema e zonizzazione, ma nell'edizione 2005 è stata rinunciata. Per il controllo del sistema di sollevamento, era necessaria la modalità standby dell'ascensore in condizioni di traffico ridotto. La gestione dell'energia prevedeva l'installazione di dispositivi di misurazione o la fornitura di un semplice collegamento a tali dispositivi per misurare parametri quali tensioni, correnti, consumo energetico, fattore di potenza totale, potenza e domanda massima. Questo requisito di gestione dell'energia rimane valido.

 Particolare enfasi è stata posta sulla regolazione di due parametri elettrici di un ascensore, una scala mobile o un azionamento di marciapiede mobile. Il fattore di potenza totale (TPF) è definito come:

Energy-Code-Development-Part-One-Equation-1
(Equazione 1)

 TPF era limitato a un limite inferiore di 0.85. Qui P è la potenza attiva (in kW) consumata dall'azionamento rispetto alla componente fondamentale di 50 Hz a Hong Kong; Q è la potenza reattiva (in kVAr) consumata dal drive rispetto alla componente fondamentale; D è la potenza di distorsione (in kVAd) fornita da tutte le altre componenti armoniche di corrente. Tecnicamente, il denominatore è equivalente alla "potenza apparente" assorbita dal motore. Questo requisito è ancora valido nella CoP aggiornata, ma c'è una questione di praticità relativa alla misurazione, che sarà ulteriormente discussa nella seconda parte di questa serie.

La distorsione armonica totale (THD) è definita come:

Energy-Code-Development-Part-One-Equation-2
(Equazione 2)

Qui Ih si riferisce alla componente armonica della corrente assorbita dall'azionamento dell'ascensore, della scala mobile o del tapis roulant, mentre I1 è la componente fondamentale. Nella CoP è stata inclusa una tabella che regolava il THD massimo (%) rispetto alla corrente nominale fondamentale dell'azionamento dell'ascensore. Ad esempio, il limite era del 35% per la maggior parte degli ascensori funzionanti con una corrente fondamentale di 40-80 A. Questo requisito è ancora valido nel CoP aggiornato, ma esiste un problema relativo alla praticità relativa alla misurazione, che verrà ulteriormente discusso nella seconda parte. Controllando questi due parametri, la qualità dell'energia elettrica sarebbe soddisfacente e si verificherebbero minori perdite di calore lungo il sistema di trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica.

Sviluppo parallelo in Europa

Nel 2006, la European Lift Association ha istituito un gruppo di lavoro per affrontare la questione dell'efficienza energetica degli ascensori. Nel 2007, la Commissione europea ha avviato uno studio per esaminare l'argomento. La prima serie di linee guida relative alle prestazioni energetiche degli ascensori su base nazionale in Europa, VDI 4707, è stata pubblicata dall'Associazione degli ingegneri tedeschi. Questo codice mirava a classificare gli ascensori in base al loro consumo energetico e consentire un facile calcolo del fabbisogno energetico tipico di un impianto di ascensore in base al suo profilo operativo. L'obiettivo era quello di adottare un approccio semplice per confrontare le prestazioni energetiche di diversi ascensori. La prima bozza di VDI 4707 è apparsa nel 2007; la prima edizione ufficiale è apparsa nel 2008 e la versione finale – Parte 1 su “Lift Energy Efficiency” – è stata pubblicata alla fine di marzo 2009.

Ci sono due classi di preoccupazione nella valutazione del consumo energetico: la classe di viaggio o operativa e la classe standby. L'energia di viaggio viene misurata e classificata in uno dei sette gradi, da "A" a "G", mentre anche l'energia in standby viene misurata e classificata in uno dei sette gradi. Entrambe le classi vengono quindi combinate per formare la classe o il grado generale, la classe "A" è la migliore e la classe "G" è la peggiore. Questi si basano su altri tre parametri: carico nominale (in kg), corsa (in m) e intensità di utilizzo. L'intensità di utilizzo è classificata in cinque categorie (Tabella 1). In altre parole, il confronto delle classi di efficienza energetica è possibile solo considerando ascensori appartenenti alla stessa categoria di utilizzo. Un ascensore nella categoria di utilizzo uno consuma meno di 50 W in standby e non più di 0.80 mWh/(m-kg) durante il viaggio deve essere classificato in Classe A.

Per misurare la corsa o l'energia operativa, viene eseguita una corsa di riferimento con una cabina dell'ascensore vuota che sale dal piano più basso all'ultimo piano, quindi torna al piano più basso (cioè, sia in salita che in discesa). La distanza totale percorsa è rappresentata da d (in m) e la capacità contrattuale (nominale) dell'auto è CC (in kg). Il consumo totale di energia, Eref, durante questi due viaggi viene misurato e normalizzato all'energia specifica durante la corsa di riferimento, Esprun, utilizzando la seguente equazione:

Energy-Code-Development-Part-One-Equation-3
(Equazione 3)

 Questo metodo di misurazione è raccomandato anche in un successivo standard dell'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO).[8] La principale critica a questa misurazione è che pone meno enfasi sull'elevato consumo energetico durante l'accelerazione e la decelerazione. Pertanto, potrebbe essere ingiusto per gli edifici bassi. I lettori devono notare che l'intero concetto riguarda la misurazione delle prestazioni del solo azionamento dell'ascensore, in modo abbastanza simile alla sezione controparte dell'Hong Kong Energy Code. Il contributo distintivo del controllo di supervisione intelligente viene ignorato, mentre il principale risparmio energetico potrebbe effettivamente essere il risultato di un dispacciamento intelligente dei passeggeri. Questo è un altro punto che verrà discusso nella seconda parte di questa serie.

La misurazione del consumo di energia in standby è semplice e può essere eseguita in 5-10 min. dopo una corsa. La norma EN 81 consente lo spegnimento delle luci all'interno dell'auto quando l'auto è ferma con le porte dell'auto chiuse per ridurre il consumo di energia in standby. Tuttavia, l'accensione e lo spegnimento frequenti delle lampade a scarica ne riduce notevolmente la durata.

A livello internazionale, la bozza ISO/DIS 25745-1[8] è stata pubblicata nel 2008 e la sua ultima versione è stata pubblicata nel 2012. Fornisce un calcolo per stimare il consumo energetico dell'ascensore utilizzando la seguente equazione:

Energy-Code-Development-Part-One-Equation-4
(Equazione 4)

dove:

  • EL è l'energia utilizzata da un singolo ascensore in un anno (in kW X h).
  • S è il numero di avviamenti effettuati all'anno.
  • P è la potenza nominale del motore di azionamento (in kW).
  • th è il tempo di percorrenza tra il piano di ingresso principale e il piano più alto servito dall'istante in cui le porte si sono chiuse fino all'istante in cui iniziano ad aprirsi (cioè metà di un ciclo di viaggio di riferimento) (in s.).
  • Estandby è l'energia in standby utilizzata da un singolo ascensore in un anno (in kW X h).
  • L'equazione si basa su una serie di ipotesi e presenta diversi svantaggi:
  • L'edificio ha una popolazione di piani uniforme.
  • Il numero di fermate in salita è uguale al numero di fermate in discesa.
  • Nessuna indennità è prevista per la rigenerazione.
  • Non si tiene conto delle azioni del controllore del traffico. (Sono considerate solo le unità singole.)
  • Nessun numero significativo di fermate viene effettuato al di sotto del piano dell'ingresso principale.
  • Non viene presa in considerazione alcuna energia aggiuntiva per viaggiare attraverso una zona espressa.

L'ultimo CoP

La CoP è stata resa obbligatoria con la pubblicazione del BEC nel 2012[7] incorporando tutti e cinque i codici summenzionati, il più recente dei quali è basato sulle prestazioni. La CoP 2012 su ascensori e scale mobili ha quattro scopi:

  • Ridurre il consumo energetico imponendo la massima potenza elettrica consentita degli azionamenti a motore
  • Ridurre le perdite nell'utilizzo dell'energia imponendo requisiti di fattore di potenza totale minimo consentito e limitazioni sui carichi di decorazione e sulla modalità standby durante il funzionamento dell'ascensore
  • Riduzione delle perdite dovute a problemi di qualità dell'energia associati
  • Fornire strumenti di misurazione e monitoraggio dell'energia adeguati per una migliore gestione dell'efficienza energetica

Le condizioni per limitare il consumo di energia di ascensori, scale mobili e tappeti mobili sono state discusse in precedenza. Per gli ascensori a fune, la classificazione si basa sul carico nominale e sulla velocità nominale. Per gli ascensori idraulici, la classificazione si basa solo sul carico nominale, poiché la velocità è generalmente piuttosto bassa. Per le scale mobili, la classificazione si basa su larghezza nominale, altezza, velocità e tipo (servizio privato, servizio pubblico e servizio pesante). Per i marciapiedi mobili la classificazione si basa su larghezza nominale, lunghezza, velocità e tipologia (servizio privato e servizio pubblico). Sono stati discussi anche il fattore di potenza totale e la qualità della potenza in termini di distorsione armonica totale.

L'ultima CoP include diversi nuovi requisiti rispetto all'edizione 2000. Il carico della decorazione dell'ascensore è regolato, poiché l'uso di materiali pesanti per la decorazione dell'auto spreca energia. Il carico decorativo ammissibile D rispetto al carico nominale L è governato dalle seguenti equazioni nella Tabella 2.

Durante i periodi di scarso traffico, deve essere disponibile una modalità di parcheggio per almeno un ascensore in un gruppo o in una banca. Il sistema di ventilazione/climatizzazione a servizio di una cabina dell'ascensore deve essere arrestato quando la cabina rimane ferma per un certo periodo di tempo.

Altro da aspettarsi nella seconda parte

Un indicatore universale, proposto dal tuo autore circa 10 anni fa per il benchmarking delle prestazioni energetiche degli ascensori, che si occupa sia dell'azionamento che del controllo di supervisione, è ora incluso nella guida tecnica del codice di riferimento dagli ingegneri degli ascensori. L'indicatore ei relativi sviluppi saranno discussi nella seconda parte di questa serie. Discuterà inoltre vari metodi pratici con cui trattare le clausole nella CoP di Hong Kong e affronterà alcuni problemi con clausole selezionate. Inoltre, verrà discusso un metodo di risparmio energetico per gli ascensori sviluppato dall'autore.

Referenze
[1] Building Authority, Code of Practice for Overall Thermal Transfer Value in Buildings, Hong Kong, 1995.
[2] Dipartimento dei servizi elettrici e meccanici, Codice di condotta per l'efficienza energetica degli impianti di illuminazione, 1998.
[3] Dipartimento dei servizi elettrici e meccanici, Codice di condotta per l'efficienza energetica degli impianti di condizionamento dell'aria, 1998.
[4] Dipartimento dei servizi elettrici e meccanici, Codice di condotta per l'efficienza energetica degli impianti elettrici, 1999.
[5] Dipartimento dei servizi elettrici e meccanici, Codice di condotta per l'efficienza energetica degli impianti di ascensori e scale mobili, 2000.
[6] Dipartimento dei servizi elettrici e meccanici, Codice energetico degli edifici basato sulle prestazioni, 2003.
[7] Dipartimento dei servizi elettrici e meccanici, Codice di condotta per l'efficienza energetica dell'installazione di servizi edili, 2012 (www.beeo.emsd.gov.hk/en/pee/BEC_2012.pdf).
[8] ISO/DIS 25745-1, Prestazioni energetiche di ascensori, scale mobili e marciapiedi mobili, Parte 1: Misurazione e verifica dell'energia, 2008.
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Il Dr. Albert So è un membro del comitato esecutivo e consulente scientifico dell'Associazione Internazionale degli Ingegneri degli Ascensori (IAEE). È anche segretario accademico per la filiale IAEE HK-China e professore ospite onorario dell'Università di Northampton nel Regno Unito. Fa parte del Technical Advisory Group di Elevator World, Inc. e ha sede a Seattle.

Mondo Ascensore | Copertina di aprile 2014

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