АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КЛАССА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛИФТОВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 696.6

DOI: 10.25206/1813-8225-2020-172-26-31

А. В. ДЕД В. А. ТКАЧЕНКО

Омский государственный технический университет, г. Омск

АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАСЧЕТА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КЛАССА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛИФТОВ_

В статье представлены результаты реализации разработанного алгоритма для расчета энергопотребления лифтов, с целью определения класса их энергетической эффективности. Алгоритм основан на методах измерения реального энергопотребления лифтов, находящихся в эксплуатации или выпускающихся в обращение. Практическая реализация сформированного алгоритма расчета выполнена в программной среде Microsoft Visual Studio. Формируемый разработанной программной отчет соответствует требованиям действующей нормативной документации ГОСТ Р 56420.2-2015 «Лифты, эскалаторы и конвейеры пассажирские. Энергетические характеристики».

Ключевые слова: базовый цикл лифта, измерение потребляемой электроэнергии, привод лифта, производительность, класс энергетической эффективности, энергетические характеристики.

В настоящее время на территории Российской Федерации ежедневно для обеспечения перевозки пассажиров и грузов, как в жилом фонде, так и в административном секторе, находится в эксплуатации более 450 000 лифтов [1]. При исследовании качества функционирования устройств, непосредственно обеспечивающих работу лифтов в режиме нагрузки и ожидания, определено, что энергопотребление данных электротехнических комплексов может составлять от 10 % до 30 % от суммарной величины мощности потребляемой действующим зданием в целом [2, 3].

Почти 10 лет назад «Технический регламент о безопасности лифтов», утвержденный Постановлением Правительства РФ от 02.11.2009 г. № 782, определил требования для всех лифтов о проведении экспертной проверки в сроки, не превышающие 5 лет (для лифтов, изготовленных до 1992 года) и 7 лет (для лифтов, изготовленных после 1992 года), с выводом с последующей модернизацией или заменой лифтового оборудования, для приведения к новым стандартам ресурсосбережения [4]. С 2011 года на территории Таможенного союза действует «Технический регламент о безопасности лифтов», согласно которому все пассажирские лифты с 2012 года должны иметь в документации указание на класс своей энергетической эффективности [5]. Данные меры были обусловлены необходимостью приведения характеристик лифтов к новым стандартам безопасности и энергоэффективности.

Для достижения вышеуказанных задач в связи с актуальностью вопроса об обеспечении рационального и наиболее эффективного использования энергии, а также наличия доступного и просто-

го способа периодического контроля потребления энергии электрооборудованием находящихся в эксплуатации лифтов, и ее сравнения с паспортными значениями, был разработан и утвержден в 2012 году стандарт ГОСТ Р 54764-2011 «Лифты и эскалаторы. Энергетическая эффективность» [6].

В 2015 году в качестве развития данного направления ГОСТ Р 54764-2011 был преобразован в три новых документа, срок действия которых начался с 2016 года [7-9]:

1) ГОСТ Р 56420.1-2015 (ИСО 25745-1:2012) «Лифты, эскалаторы и конвейеры пассажирские. Энергетические характеристики. Часть 1. Измерение и контрольные проверки» — в части методов измерений и контрольных проверок;

2) ГОСТ Р 56420.2-2015 (ИСО 25745-2:2015) «Лифты, эскалаторы и конвейеры пассажирские. Энергетические характеристики. Часть 2. Расчет энергопотребления и классификация энергетической эффективности лифтов» — в части расчета энергопотребления и классификации энергетической эффективности лифтов;

3) ГОСТ Р 56420.3-2015 (ИСО 25745-3:2015) «Лифты, эскалаторы и конвейеры пассажирские. Энергетические характеристики. Расчет энергопотребления и классификация энергетической эффективности эскалаторов и пассажирских конвейеров» — в части расчета энергопотребления и классификации энергетической эффективности эскалаторов и пассажирских конвейеров.

Данные нормативные акты сформировали новую базу для применения специалистами организаций (изготовителям, энергоаудиторам, монтажным и сервисным организациям и компаниям), выпол-

няющим работы по определению энергетической эффективности электрооборудования, в том числе по периодическому контролю энергопотребления лифтов и при проведении контроля и прогнозировании потребления электроэнергии в здании в целом.

Согласно ГОСТ Р 56420.2-2015 в зависимости от величины потребляемой электрооборудованием лифта электрической энергии все подъемные машины, предназначенные для перемещения людей и (или) грузов с одного уровня на другой в кабине, можно разделить на 7 классов энергетической эффективности [8].

Необходимо отметить, что ГОСТ Р 56420.2-2015 был сформирован с учетом специфики работы национальных потребителей на основе международного стандарта ИСО 25745-2:2015 «Энергетическая эффективность лифтов, эскалаторов и пассажирских конвейеров. Часть 2. Расчет энергопотребления и классификация лифтов» (ISO 25745-2:2015 «Energy performance of lifts, escalators and moving walks — Part 2: Energy calculation and classification for lifts», MOD). Для этого в стандарт были включены дополнительные приложения, содержащие расчет определения класса энергоэффективности лифта на основе стандартных исходных данных, при выпуске его в обращение, а также примерную форму этикетки маркировки лифта с указанием класса энергоэффективности, оформляемую по результатам расчетов или испытаний.

Для принятия решения об энергоэффективности использования конкретной модели лифта в условиях реальных условий эксплуатации необходимо оперировать данным об общем потреблений электрической энергии электрооборудование лифта без учета вспомогательного оборудования (освещение в шахте лифта; обогрев и охлаждение кабины лифта, освещение в машинном помещении; обогрев, вентиляция и кондиционирование воздуха в машинном помещении; устройства бесперебойного питания лифта и т.п).

В качестве источника для получения данных об энергопотреблении лифта могут быть применены методы непосредственного измерения энергопотребления во время имитации соответствующих режимов работы, описанные в ГОСТ Р 56420.1 или же оценка потребления энергии производится по-

средством расчета или моделирования. Таким образом, существует возможность применения метода определения класса энергоэффективности как для лифтов, выпускающихся в обращение, так и находящимся в эксплуатации, в том числе к модернизированным.

В результате анализа исходных данных и проведения необходимых расчетов класс энергетической эффективности лифта устанавливают путем сравнения суточного энергопотребления, с пороговыми значениями, вычисленными по показателям уровней эффективности для режима движения и режима ожидания [8].

Основные исходные данные используемые для расчета представлены в табл. 1, среди которых непосредственно по результатам измерений (моделирования) определяются энергия, потребляемая в режиме движения в базовом (рис. 1, 2) и коротком цикле, а также мощность, используемая в режиме ожидания первого, второго и третьего уровня.

Базовый режим движения происходит путем перемещения пустой кабины лифта от нижнего этажа к последнему верхнему и обратно, при этом двери кабины лифта должны совершить два полных рабочих цикла открывания и закрывания.

При коротком цикле пустая кабина лифта должна на установившейся скорости движения пройти вверх и вниз расстояние не менее 25 % до половины всей высоты подъема с центром перемещения установленным в средней точке шахты.

Под режимами ожидания каждого из уровней предполагается состояние, при котором лифт остается неподвижным на этаже после поездки (сразу после поездки, через 5 минут и через 30 минут после поездки соответственно) [8].

Основными шагами для определения класса энергоэффективности лифта, находящегося в эксплуатации, являются расчеты следующих параметров:

1. Среднее расстояние поездки лифта.

2. Среднее энергопотребление на метр в режиме движения.

3. Энергопотребление при пуске/остановке.

4. Энергопотребление порожней кабины в режиме движения в среднем цикле.

5. Ежедневное электропотребление в режиме движения.

Таблица 1

Перечень данных для расчета класса энергоэффективности лифта

Паспортные данные

Данные измерений

1. Номинальная грузоподъемность О, (кг)

2. Номинальная скорость V (м/с)

3. Высота подъема й, (м)

4. Число этажей

5. Тип лифта

6. Уравновешивание

7. Ускорение а, (м/с2)

8. Средний рывок 7, (м/с3)

9. Число включений за сутки (лй)*

10. Число остановок*

11. Средняя поездка, (%)*

12. Средняя загрузка кабины, (%)*

13. Коэффициент загрузки К*

1. Мощность в режиме ожидания первого уровня Ри, (Вт)

2. Мощность в режиме ожидания второго уровня Р (Вт)

3. Мощность в режиме ожидания третьего уровня Pstm, (Вт)

4. Энергопотребление в базовом цикле Ес, (Втхч)

5. Энергопотребление в коротком цикле Е (Втхч)

6. Время на открывание дверей Ь (с)

7. Расстояние короткого цикла 55с, (м)

* для лифтов, режим работы которых хорошо известен, данные величины могут быть согласованы заинтересованными в оценке годового энергопотребления сторонами [7].

Рис. 1. График изменения суммарного потребления активной мощности лифтом при испытании в базовом цикле

Рис. 2. График изменения суммарного потребления электрической энергии лифтом при испытании в базовом цикле

9

Расчет пороговых значений общего "энергопотребления

С Конец

Рис. 3. Алгоритм расчета класса энергетической эффективности лифта

6. Время прохождения среднего расстояния.

7. Общее время нахождения лифта в режиме движения.

8. Время нахождения лифта в режиме ожидания.

9. Суточное энергопотребление в режиме ожидания.

10. Общее суточное энергопотребление.

11. Пороговые значения общего потребления за сутки

12. Общее энергопотребление за год.

13. Показатель уровня энергопотребления лифта в режиме движения.

14. Удельное энергопотребление в режиме движения в базовом цикле.

15. Определение класса энергоэффективности.

На основе вышеуказанного порядка расчета сотрудниками кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ОмГТУ был сформирован алгоритм (рис. 3) и разработана программа «Elevator 1.0» для определения параметров энергетической эффективности лифтов, на основе данных, полученных согласно методике проведения измерений, определяемой ГОСТ Р 56420.1-2015 [7].

Программа «Elevator 1.0» реализована на объектно-ориентированном языке программирования С#

Таблица 2

Рис. 4. Окно выбора способа расчета программы «Elevator 1.0»

Рис. 5. Окно программы «Elevator 1.0» для ввода данных, полученных в результате прямых измерений

Исходные данные для расчета класса энергоэффективности лифта типа ЛП-1021С

Номинальная грузоподъемность О, (кг) 1500

Номинальная скорость V, (м/с) 2,5

Высота подъема й, (м) 75

Число этажей 20

Тип лифта С канатоведущим шкивом

Уравновешивание 50

Ускорение а, (м/с2) 1

Средний рывок 7, (м/с3) 1,25

Число включения за сутки (па) 500

Число остановок >3

Средняя поездка, (%) 44

Средняя загрузка кабины, (%) 3,5

Коэффициент загрузки К 0,94

Время на открывание дверей Ь (с) 8

Мощность в режиме ожидания первого уровня Ри, (Вт) 500

Мощность в режиме ожидания второго уровня Р (Вт) 300

Мощность в режиме ожидания третьего уровня Рй30, (Вт) 120

Энергопотребление в базовом цикле Ес (Втхч) 170

Расстояние короткого цикла 55с, (м) 50

Энергопотребление в коротком цикле Ес, (Втхч) 120

Рис. 6. Окно программы «Elevator 1.0» с результатами расчета класса энергоэффективности

и интегрируема на оборудование с операционной системой Windows Vista и выше [10].

Принципиальная структура программы включает в себя окна выбора типа расчета (рис. 4), ввода информации, как идентификационной, так и полученной в ходе полевых измерений и данных таблиц ГОСТ (рис. 5), окна вывода категории энергоэффективности (рис. 6).

В завершение работы программа предоставляет возможность сформировать отчет с расчетом класса энергетической эффективности в формате PDF (с последующим его открытием) и этикетку маркировки лифта по классу энергоэффективности.

Ниже представлен пример расчета для лифта пассажирского серии ЛП-1021С, находящегося в эксплуатации, технические параметры для которого представлены в табл. 2.

Sav = Src • Sav% = 75 • 0,44 = 33 (мм) ,

(1)

= ei ,699 (кВт • ч),

(9)

где Sar — среднее расстояние поездки ;шфта, м; Sc — вы со та п о AT^fViMa, — средняя мое з дка.

е„

1 етс -ecc 1 170-100 11 Вт • ч ^, (2)

где Emm — соеднее потреблен7е Н0 метр в оомиме движешея, 0т-ч /м; 0 — энергопотребление в ба -зовом цикле, Вт-ч; Est: — энергопотребление в коротком циосе, Нт-е; Sc — нч)ссто01^е^е к=роткого цикла, м.

1

essr = Sf • К - 2I^ ета ' SJ м

где Еш — суточное энчргопотребчение в режиме ожидания, кВт-ч; Рм, 0 , Р — мощность в режиме ожидания первого, второго и третьего уровня соответственно, Вт; Ям — временной интервал режима ожидания от остановки до 5 минут; Я — временной интервал режиме ожидания от 5 до 30 минут; Я1в0 — временной интероал режима ожидания третьего ур овня.

ed = EH + епо =

= 00,01 + 6,699 = 06,9е9 (кВт • ч),

(10)

где Ed — оещео С-Т+чноо энepгooo,гpeблeние, кВт-ч.

е н • (170 - -2 • 1 • -5) = 100 (Вт • ч)

(3)

ЕС - Ed- dop = 06,509 • 365 =

= 9,822(кВт-ч-365 сут/ч),

(11)

где Essc — энeогolIoооабл-нис np1 пнскечостановке, Вт-ч.

E„о=б•Erа•еoс+б•ESo =

= 0 • 1 • 3 =+0-10 = E6 (Вт • ч) , (4)

где Еу — общее энергопотребление за год, (кВт-ч-365 сут/г); й — число дней работы лифта в год.

E = 1000 • KL • Emv о 2 • Q • Snv

где E — 0аертеп-тр6Влпние пoнoжнeй 3абины в режиме дюже 1вия 0 с]нобмeа( циклч, Вт-ч.

1000 • 0,94 • 86 „ ( мВт • ч

- о 0,82

2 • 1.500 • 33

(12)

к, • n a

р _ L d й ^ rrt —

0мм•500•Р6

2е6000

20,В1 (кВт • ч) ,

: —г0000 —+ 0 = 04,5 (с), 2,5 1 ),05 5

33600

36500

3 = 24-^0 04 - 3,4 ^0=,6 (ч).

где Espc — поK000TeAb уровня энеpгoп6тpeблeния лифта В00ЖИМ2 движения, мВт-чэ5кг—); Q — н^ми-нальная грузоподъёмность, кг.

(5)

Emr о

1000- Е„

1000 •170 6 о0,Пб[ еР-ИГн (13)

где Erd — ежнонnннoe эне0гопoсс]эе=ленип 3i режиме движения• кВ09 60 — кнэффициeнг зачрузки; nd — число вк0ЮЧ2ни= 0а 20ГКЛ.

= =Лоl-еOнlп+t

°BV V и 5,0 j +td

(6)

где t — времп ПI] еоoжв6ния среднего цикла, с; V — номиннлыгая 5К0еосэь^ з[/]j; и — 00ко3ение^ м/с2; j — средоий лывок, м/и3; td — вр емя на от-^10,1^6 да ер е0, с.

= = ПвНиг = 1сПВПоПMвO = 3,4 (ч), IСI

где td — общ9= бмeмн нах43эд3нио oифтэ в режиме дниже+ия, +;

(8)

2 • Q•S 2•1500•П5

где Espr — yдeяьн55 энoн5нпoтpeблгнимлифpa в режиме даижения в ]5мяпoм цикре, 16^4/5^^). одя kq—сса энергепииосюй эффектавности А:

— с 0,П2 0 Q n"' S,) + )П0 • i о d 1000 o

00 (0 2 • 1500-500-ДД + 50 • 20,1. о 18850 (Вт • ч> (14)

Э 1000) Д v ;

Еэ с 18,85 (гВт -н). /В«( кчпссс эпертедической э ффективности В: Q • •S,,.

— С 1—

-^ + 100) • 11 о

1000

о 11,

1500•500 • 30

1000 о 28ПМ0 (Вт • н ) Е—п С28,ЭМ(гВт • ч).

+ 100 • 2006 ! о

где tnr — снбпчнoe энeчнпнo9e9бтeнит e реж=ме ожидания, к=

и • н + и • н + и • н

Р _ f id -"-к ^st5 0 0 п 5st50 0st30 6

е nr 0 nr е

nr nr

= 00,6 •

100

500 • 4T + 300•13 + 100 • 36

I00•1000

Полуденное в ходе расчета значение суточного энчргопотребления исследуемого лифта Ed (26,91 кВт-ч) лежит в промежутке между нормами классов А (18,85 кВт-ч) и В (28,79 кВт-ч), следова-текнт, лифт принадлежит классу энергоэффективности В.

Таким образом, сформированный и реализованный в программе «Elevator 1.0» алгоритм позволяет

0 Ле - Ле 0 75 - 50

30

сократить время на расчет класса энергетической эффективности лифта, а сама программа — провести и обосновать выбор оптимальных для конкретных условий эксплуатаций параметров лифтов, с учетом обеспечения их эффективного и безопасного функционирования как системы в целом.

Библиографический список

1. Чернышов С. А. Требование к энергоэффективности лифтов и энергосберегающие технологии в мировом и отечественном лифтостроении // Реформа ЖКХ. 2010. № 6. С. 52-54.

2. Селик Ф. Потребление энергии малоиспользуемыми лифтами в режиме ожидания // Лифт. 2010. № 1. С. 47.

3. Коваль А. С., Артеменко А. И. К вопросу энергосбережения в электроприводе пассажирских лифтов с регулируемой номинальной скоростью движения кабины лифта // Вестник Белорусско-Российского университета. 2018. № 4 (61). С. 49-55.

4. Об утверждении технического регламента о безопасности лифтов: постановление Правительства РФ от 2 октября 2009 г., № 782. Доступ из информ.-правовой системы «Законодательство России».

5. О принятии технического регламента Таможенного союза «Безопасность лифтов»: решение Комиссии Таможенного союза от 18 октября 2011 г., № 824. 22 с.

6. ГОСТ Р 54764-2011. Лифты и эскалаторы. Энергетическая эффективность. Введ. 2012-07-01. М.: Стандартин-форм, 2011. 17 с.

7. ГОСТ Р 56420.1-2015 (ИСО 25745-1:2012). Лифты, эскалаторы и конвейеры пассажирские. Энергетические характеристики. Ч. 1. Измерение и контрольные проверки. Введ. 2016-01-01. М.: Стандартинформ, 2015. 16 с.

8. ГОСТ Р 56420.2-2015 (ИСО 25745-2:2015). Лифты, эскалаторы и конвейеры пассажирские. Энергетические характеристики. Ч. 2. Расчет энергопотребления и классификация

энергетической эффективности лифтов. Введ. 2016 — 01—01. М.: Стандартинформ, 2015. 20 с.

9. ГОСТ Р 56420.3-2015 (ИСО 25745-3:2015). Лифты, эскалаторы и конвейеры пассажирские. Энергетические характеристики. Расчет энергопотребления и классификация энергетической эффективности эскалаторов и пассажирских конвейеров. Введ. 2016 — 01—01. М.: Стандартинформ, 2015. 20 с.

10. Заявка 2018666879 Российская Федерация. Elevator 10 / Дед А. В., Ткаченко В. А.; № 2018663940; заявл. 28.11.18; опубл. 21.12.18.

ДЕД Александр Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий». SPIN-код: 5237-6697 AuthorlD (РИНЦ): 512774 ORCID: 0000-0001-5625-8869 Адрес для переписки: [email protected] ТКАЧЕНКО Всеволод Андреевич, аспирант гр. ЭТа-191 кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий». SPIN-код: 5200-0062 AuthorlD (РИНЦ): 939477 ORCID: 0000-0002-7321-1162 AuthorlD (SCOPUS): 57210291005 ResearcherID: W-3652-2019

Для цитирования

Дед А. В., Ткаченко В. А. Алгоритмическая реализация расчета энергопотребления и определения класса энергетической эффективности лифтов // Омский научный вестник. 2020. № 4 (172). С. 26-31. DOI: 10.25206/1813-8225-2020-172-26-31.

Статья поступила в редакцию 15.05.2020 г. © А. В. Дед, В. А. Ткаченко