tìm hiểu về cách đạt được mức hiệu quả năng lượng cao trong các tòa nhà thông minh bằng việc điều khiển hệ thống thang máy và thang cuốn lift control

Thang máy cóhộp số sử dụng một hộp số giảm tốc để giảm tốc độ của buồng thang trong khithang máy không hộp số được ghép trực tiếp với động cơ.2.1.. Thang máy có hộp số Geared LiftsThang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN—

BÁO CÁO MÔN HỌC

HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ THÔNG MINH

Đề bài: Tìm hiểu về cách đạt được mức hiệu quả năng lượng caotrong các tòa nhà thông minh bằng việc điều khiển hệ thống thang

máy và thang cuốn (Lift Control)

GVHD: Nguyễn Hoàng Nam

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Huy Cường - 20173704

Nô i dung

I Giới thiệu chung 3

II Thang máy (Traction lifts) 4

2.1 Thang máy có hộp số (Geared Lifts) 5

2.2 Thang máy không hộp số (Gearless Lifts) 6

2.3 Thang máy không phòng máy (Machine Roomless Lifts) 7

III Thang cuốn (Escalators) 9

IV Công nghệ tiết kiệm năng lượng cho thang máy và thang cuốn 10

4.1 Hệ điều khiển thang máy 10

4.2 Hệ thống điều phối điểm đến (DDS) 13

4.3 Giải pháp khác 13

4.4 Giải pháp năng lượng cho thang cuốn 14

I Giới thiệu chung

Thang máy (Thang máy) và thang cuốn là yếu tố quan trọng tạo nên cuộc sốngvà làm việc nhiều tầng của con người trong các tòa nhà hiện nay.

Năng lượng dùng cho thang máy chiếm một lượng đáng kể (10%-15%) nănglượng tiêu thụ trong tòa nhà.

Nghiên cứu chỉ ra lượng năng lượng tiêu thụ liên đến việc mức năng lượng ởtrạng thái chờ cao, chiếm khoảng 5-90% tổng tiêu thụ Vì vậy, tiết kiệm nănglượng ở chế độ chờ là điều đặc biệt đáng chú ý.

II Thang máy (Traction lifts)

Thang máy điện kéo ngày nay có thể được sử dụng trong hầu hết các ứng dụngmà không có bất kỳ giới hạn đáng kể nào về chiều cao, tốc độ hoặc tải trọng dichuyển Có sẵn một loạt các tốc độ - từ 0,25 m/s đến 17 m/s - và cả tải trọng -một số thang máy chở hàng có thể có tải trọng định mức vượt quá 10.000 kg mặcdù thông thường ở tốc độ rất thấp.

Trong thang máy kéo, buồng thang được treo bằng các sợi dây quấn quanh mộtpuly được dẫn động bởi một động cơ điện Trọng lượng của buồng thang thườngđược cân bằng bởi một đối trọng bằng khối lượng của ô tô cộng với 45% đến50% tải trọng định mức Mục đích của đối trọng là đảm bảo duy trì một lực căngvừa đủ trong hệ thống treo để đảm bảo phát triển đủ lực kéo giữa dây thừng / dâyđai và bánh xe Ngoài ra, nó duy trì một mức năng lượng tiềm năng gần nhưkhông đổi trong toàn bộ hệ thống, giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng.

Theo truyền thống, thang máy kéo điện được trang bị động cơ DC do khả năngđiều khiển dễ dàng của chúng, nhưng sự phát triển của bộ truyền động biến tần đãdẫn đến sự ra đời của động cơ cảm ứng xoay chiều phổ biến hiện nay hoặc độngcơ DC nam châm vĩnh cửu Những bộ truyền động này cung cấp điều kiện điềukhiển tuyệt vời, với khả năng tăng tốc và giảm tốc mượt mà và độ chính xác cao.

Có hai loại thang máy kéo chính: có hộp số và không hộp số Thang máy cóhộp số sử dụng một hộp số giảm tốc để giảm tốc độ của buồng thang trong khithang máy không hộp số được ghép trực tiếp với động cơ.

2.1 Thang máy có hộp số (Geared Lifts)

Thang máy giảm tốc thường được sử dụng trong các ứng dụng trung bình (7đến 20 tầng), nơi tốc độ cao không phải là mối quan tâm lớn (tốc độ điển hìnhnằm trong khoảng 0,1 m/s đến 2,5 m/s) Hộp số giảm tốc cho phép sử dụng cácđộng cơ nhỏ hơn, ít tốn kém hơn, do đó có thể làm việc ở tốc độ cao hơn, tạo ramô-men xoắn mong muốn.

Máy thường bao gồm động cơ, phanh, hộp số và bánh răng kéo Hộp số giảmtốc được sử dụng phổ biến nhất vẫn là loại bánh răng sâu, bao gồm bánh răng cônvà bánh răng sâu Tỷ số giảm của bánh răng được đưa ra bằng cách chia số răngtrên bánh xe cho số lần bắt đầu trên sâu Những bánh răng sâu này tương đối kémhiệu quả và trong một số trường hợp, được thay thế bằng bánh răng xoắn.

2.2 Thang máy không hộp số (Gearless Lifts)

Trong thang máy không hộp số, bánh răng được truyền động trực tiếp bởi độngcơ, do đó loại bỏ tổn thất trong bộ truyền bánh răng Loại thang máy này thườngđược sử dụng trong các ứng dụng nhà cao tầng với tốc độ danh định từ 2,5 m / sđến 10 m / s Tuy nhiên, những phát triển gần đây đã làm cho nó có sẵn để sửdụng trong các tòa nhà thấp tầng và với tốc độ thấp hơn 2,5 m / s.

Máy trong thang máy không hộp số bao gồm một động cơ, puly kéo và phanh.Vì động cơ được ghép trực tiếp với puly kéo nên không có tổn thất truyền độngvà cả hai đều quay cùng tốc độ Do đó, động cơ phải quay với tốc độ rất thấp -tốc độ sợi dây bằng chu vi của rọc nhân với tốc độ quay của động cơ Ví dụ, đốivới tốc độ danh định là 5 m / s và đường kính puli là 750 mm, tốc độ động cơ yêucầu chỉ là 128 vòng / phút.

2.3 Thang máy không phòng máy (Machine Roomless Lifts)

Tiết kiệm không gian xây dựng được đánh giá cao luôn là mối quan tâm củacác nhà thiết kế thang máy và nó là động lực của các giải pháp công nghệ mangtính sáng tạo cao Thông thường, tất cả các thang máy, dù là lực kéo hoặc thủylực, đều yêu cầu một phòng máy nơi chứa động cơ và tủ điều khiển do kích thướccủa thiết bị Phòng máy này thường được đặt phía trên trục nâng đối với thangmáy kéo.

Sự phát triển trong công nghệ động cơ nam châm vĩnh cửu và bộ truyền độngđộng cơ cho phép giảm đáng kể kích thước và hình dạng của các bộ phận này, dođó, có thể lắp tất cả các thiết bị trực tiếp vào thang máy trục (những thang máynày thường được trang bị động cơ nam châm vĩnh cửu không hộp số hiệu suấtcao).

Ngoài ra, kích thước của động cơ được giảm bớt nhờ hệ thống dây được sửdụng Các đầu của dây cáp được cố định vào cấu trúc hỗ trợ, và các puly treođược cung cấp phía trên (hoặc bên dưới) buồng thang và đối trọng tạo ra một hệthống ròng rọc phức hợp.

Với dây 2:1 hoặc 4:1, tốc độ ô tô giảm tương ứng xuống 1/2 hoặc 1/4 tốc độdây và tải trọng lên dây cũng giảm xuống 1/2 hoặc 1/4, do đó có thể giảm đườngkính và số lượng dây thừng và có thể sử dụng động cơ nhỏ hơn.

Một số nhà sản xuất thậm chí còn đi xa hơn, đưa ra các giải pháp với hệ thốngdây đai 10: 1, tránh sự cần thiết của đối trọng và do đó, giải phóng không giancho một chiếc xe lớn hơn Sản phẩm này hướng đến việc cải tạo vì nó có thể thaythế những buồng thang cũ hơn và chật chội hơn bằng những buồng thang lớn hơncó thể chứa tốt hơn xe lăn hoặc xe nôi.

Thang máy không phòng máy ban đầu bị giới hạn bởi các yếu tố như chiềucao, tốc độ và công suất di chuyển, nhưng ngày nay chúng có thể được cung cấpvới khoảng cách di chuyển lên đến 80 m, sức chứa từ tám (630 kg) đến 21 người(1.600 kg), và tốc độ hợp đồng lên đến 2,5 m/s.

III Thang cuốn (Escalators)

Thang cuốn là đơn vị mang tải được thiết kế để vận chuyển người, giữa haitầng Chúng được truyền động bởi một động cơ điện và một hệ thống truyền độngdi chuyển các bước và tay vịn với tốc độ đồng bộ Thang cuốn được hỗ trợ bởimột giàn chứa tất cả các thành phần cơ khí, chẳng hạn như bộ truyền động, phanhvà xích.

Thang cuốn thường di chuyển với tốc độ khoảng 0,5 m / s - đủ nhanh để cungcấp dịch chuyển nhanh chóng trong khi không bỏ qua sự thoải mái và an toàn.Chúng được sử dụng cả trong các tòa nhà thương mại và các phương tiện giaothông công cộng như sân bay, siêu thị và nhà ga Để vận chuyển xe đẩy giữa haitầng, các lối đi nghiêng được sử dụng Tại các sân bay, các lối đi bộ di chuyểnngang được lắp đặt để di chuyển hành khách nhanh hơn đến điểm đến của họ.

IV Công nghệ tiết kiệm năng lượng cho thang máy và thang cuốn

Như đã đề cập, sự phát triển công nghệ trong ngành thang máy chủ yếu đượcthúc đẩy bởi các yếu tố khác ngoài hiệu quả năng lượng Theo truyền thống, cácmối quan tâm chính trong thiết kế thang máy, an toàn, tốc độ di chuyển, tiếng ồnâm thanh, sự thoải mái khi đi xe và không gian chiếm dụng.

Tuy nhiên, nhu cầu về các sản phẩm tiết kiệm năng lượng và các tòa nhà xanhhơn đã tăng lên, trong vài năm gần đây, và ngành công nghiệp thang máy đã đápứng theo đó, mang đến cho khách hàng các giải pháp đáp ứng nhu cầu ngày càngtăng này.

Trong phần này, mô tả ngắn gọn về các công nghệ tiết kiệm năng lượng đượcáp dụng cho thang máy.

4.1 Hệ điều khiển thang máy

Ngày nay, hệ thống truyền động được sử dụng rộng rãi nhất là truyền động Tầnsố biến đổi điện áp (VVVF) Mục đích điều khiển tốc độ vô cấp bằng hệ thốngthay đổi điện áp và tần số đảm bảo cho thang máy chạy êm và dừng tầng chínhxác hơn đồng thời tiết kiệm được hơn 40% điện năng tiêu thụ.

Đặc điểm của hệ điều khiển VVVF chính là hoạt động dựa trên biến đổi điệpáp, bên cạnh đó là sự biến đổi tần số của nguồn điện xoay chiều trước khi cấp vàomotor hoạt động.

Những loại thang máy sử dụng tủ điều khiển VVVF đồng nghĩa với việc dòngđiện 3 pha được chỉnh lưu thành 1 pha rồi mới investes thành điện một chiều vàquay lại 3 pha, mang điện áp và tần số mong muốn của thiết bị và cả người dùng.

Hệ điều khiển VVVF hoạt động giúp biến đổi điện áp, tần số, mục đích chínhlà phục vụ hạn chế gia tốc của motor mỗi khi khởi động và dừng lại.

Điều này cũng có nghĩa là khi gia tốc giảm thì cabin thang máy bắt đầu hoạtđộng và dừng lại giúp người trong cabin thang máy có cảm giác tự nhiên, thoảimái và an toàn, tránh tình trạng rung lắc gây nguy hiểm cho người sử dụng.

Các chức năng nổi bật của bộ điều khiển VVVF:Tự động mở cửa khi thang dừng bằng tầngTự động ghi lại các lỗi hay sự cố đã xảy ra.

Tự động ghi nhớ các dữ liệu trong giếng thang (khoảng cách các tầng, số tầng, khoảng chuyển tốc độ).

Tự động định hướng các ghi nhớ các tín hiệu vị trí tầng

Tự động di chuyển về tầng trệt và chờ đón khách khi không có cuộc gọi nào (nếu người đặt hàng yêu cầu).

Tự động chuyển sang chế độ phục vụ có cháy khi có tín hiệu hoả hoạn (nếu khách hàng cung cấp tín hiệu báo cháy của tòa nhà.

Tự động bảo vệ các thiết bị khi cửa thang gặp sự cố.Tự động thông báo khi thang quá tải.

Tự động bảo vệ khi thang hoạt động quá tốc độ.Đèn báo sự cố tự động bật sáng khi mất điện lưới.Tự động hủy lệnh gọi nhầm trong cabin.

Tự động hủy cuộc gọi ngược chiều với chiều chuyển độngDi chuyển với tốc độ cực thấp để chuyển động về bằng tầng

Cấu hình chung của bộ điều khiển VVVF

Nguồn cung cấp dòng điện xoay chiều ba pha, 50 Hz ban đầu được chuyển đổithành dòng điện một chiều, sau đó được lọc và cuối cùng bộ biến tần chuyển đổiđiện áp một chiều thành điện áp và đầu ra tần số mong muốn áp dụng cho độngcơ.

Một số hệ VVVF ngày nay sử dụng một phương pháp điều Vector Control.Khi kết hợp với phản hồi của bộ mã hóa để đo độ trượt, mô-men xoắn đầy đủ củađộng cơ sẽ khả dụng ngay cả ở tốc độ rất thấp, bao gồm cả 0 vòng / phút.

Đối với loại điều khiển này, cần sử dụng các phương trình mô hình động lựchọc của động cơ cảm ứng, dựa trên dòng điện và điện áp tức thời, để điều khiểntương tác giữa rôto và stato, dẫn đến điều khiển từ thông và mômen.

Trong trường thang máy đi xuống và trọng lượng tải (người bên trong) lớn hơnđối trọng, thì mômen động cơ ngược hướng với tốc độ, tức là động cơ hãm.Tương tự như vậy, khi thang máy không tải, có thể tiết kiệm năng lượng nếu độngcơ được điều khiển bằng bộ truyền động VVVF tái sinh.

Trong hầu hết các trường hợp, việc cung cấp các thiết bị khác được kết nối vớinguồn cung cấp (ví dụ như đèn chiếu sáng và hệ thống sưởi) có sẵn để tiêu thụbất kỳ nguồn điện tái tạo nào từ thang máy - điều này đúng với hầu hết các tòanhà Thay vào đó, các hệ thống tái tạo truyền tải điện trở lại máy biến áp phânphối và cấp nguồn cho mạng lưới điện trong tòa nhà cùng với nguồn điện từnguồn điện

Việc sử dụnghệ VVVF khônghộp số, tái tạonăng lượng cóthể giảm nănglượng tiêu thụxuống 19%

4.2 Hệ thống điều phối điểm đến (DDS)

DDS ( Destination Dispatching System ) là một kỹ thuật tối ưu hóa được sửdụng cho việc lắp đặt nhiều thang máy, trong đó nhóm hành khách cho cùng mộtđiểm đến vào cùng một thang máy Trong thời gian thực, hệ thống phân tích dữliệu đầu vào từ hành khách và nhóm các điểm đến của họ một cách hiệu quả, giúpgiảm số điểm dừng trong mỗi chuyến đi của thang máy.

Trong các hệ thống thông thường, hành khách nhấn nút gọi lên hoặc xuống vàđợi Sau đó, khách hàng vào chiếc thang đến đầu tiên, chen lấn để chọn điểm đếnvà dừng lại ở mỗi tầng đã chọn Với hệ thống thứ hai, hành khách nhập điểm đếncủa mình trước khi vào thang bằng bàn phím hoặc màn hình cảm ứng được đặttrong sảnh đợi Hệ thống ngay lập tức hướng mỗi hành khách đến một chiếcthang máy được chỉ định cụ thể đến tầng mà họ yêu cầu Khi đã vào trong thangmáy, nó sẽ tự động đưa hành khách đến tầng đích.

DDS mang lại những lợi ích quan trọng bao gồm giảm tiêu thụ năng lượng,giảm thời gian chờ đợi và giảm thiểu sự đông đúc và tắc nghẽn trong các hànhlang và hành lang của tòa nhà.

4.3 Giải pháp khác

Thang máy tiêu thụ năng lượng ngay cả khi chúng không nâng hoặc hạ tải.Mức tiêu thụ năng lượng này có thể chiếm hơn 90% tổng lượng điện tiêu thụtrong thang máy với số lượng chuyến đi hàng ngày thấp và do thiết bị hoạt độngliên tục, chẳng hạn như hệ thống điều khiển, chiếu sáng, thông gió, màn hình hiểnthị tầng và bảng điều khiển vận hành ở mỗi tầng và bên trong thang máy.

Để tiết kiệm năng lượng cho các tải này, có hai cách tiếp cận: sử dụng thiết bịcó hiệu suất tốt hơn thiết bị tiêu chuẩn được sử dụng và tắt thiết bị đó khi thangmáy không hoạt động.

Đặc biệt, ánh sáng là một trong những phụ tải đóng góp nhiều nhất vào việctiêu thụ điện ở chế độ chờ của thang máy Đèn LED chiếu sáng là một công nghệđã được cải tiến lớn trong vài năm qua Giá cả hợp lý, tuổi thọ rất dài có thể lên

tới 50.000 giờ và tuổi thọ của chúng không bị giảm bởi các chu kỳ bật/tắt thườngxuyên nên đèn LED là một sự lựa chọn hữu hiệu nhất.

Ngoài việc sử dụng các thành phần hiệu quả, có thể tiết kiệm năng lượng bằngcách tắt thiết bị hoặc đặt thiết bị ở chế độ năng lượng thấp khi không sử dụng.Như đã đề cập trước đó, trong thời gian nhu cầu thấp, việc tắt hoàn toàn một hoặcnhiều thang máy trong một nhóm cũng có thể là một lựa chọn tiết kiệm nănglượng tốt mà không ảnh hưởng đến chất lượng của dịch vụ.

4.4 Giải pháp năng lượng cho thang cuốn

Thông thường, thang cuốn luôn di chuyển bất kể điều kiện tải trọng nào, gâyhao phí năng lượng khi không có hành khách di chuyển Do đó, việc điều chỉnhtốc độ phù hợp với nhu cầu của hành khách tại bất kỳ thời điểm nào là mục tiêuhàng đầu.

Khi sử dụng hệ thống truyền động VVVF, tốc độ có thể được điều chỉnh đểphù hợp với nhu cầu của hành khách, do đó giảm tiêu thụ năng lượng và haomòn Hệ truyền động VVVF cung cấp chuyển đổi tốc độ rất mượt mà, gần nhưkhông thể nhận thấy.

Thang cuốn hoạt động ở 3 chế độ:Chế độ bình thường: vận tốc ổn định

Chế độ giảm tốc: tốc độ thang cuốn giảm đi sau một khoảng thời giankhông có khách.

Chế độ dừng: sau chế độ giảm tốc một khoảng thời gian, thang cuốndừng Ở chế độ này chỉ hệ thống điều khiển và hệ thống phát hiện hànhkhách hoạt động Khi phát hiện có hành khách, thang cuốn từ từ bắt đầuchuyển động trở lại, nhẹ nhàng tăng tốc cho đến khi đạt tốc độ ổn định.Tùy thuộc vào cường độ sử dụng thang cuốn, tùy chọn này có thể tiết kiệm đến40% năng lượng tiêu thụ của thang cuốn.