Étude Kleemann sur les ascenseurs écoénergétiques

Kleemann-Energy-Efficient-Elevator-Study
Figure 2

Met en évidence les mesures prises par Kleemann pour réduire la consommation d'énergie dans les ascenseurs hydrauliques et à traction, tout en analysant les mesures et les résultats de réduction d'énergie

Ces dernières années, il y a eu une tendance croissante à considérer les aspects environnementaux des nouvelles conceptions d'ascenseurs, les rendant plus efficaces et respectueux de l'environnement. Le but de cet article est de mettre en évidence les actions menées par Kleemann concernant la réduction de la consommation d'énergie dans les ascenseurs hydrauliques et à traction, tout en présentant et en analysant les mesures et les résultats de réduction d'énergie. L'article se concentre également sur l'influence de divers systèmes sur la consommation d'énergie des ascenseurs.

Une augmentation des ascenseurs écoénergétiques

Les ressources naturelles limitées combinées à une demande énergétique accrue ont conduit à une concentration mondiale sur les questions environnementales. Bilan carbone, voitures basse consommation, classes énergétiques pour home les appareils électroménagers, les systèmes d'évaluation de l'efficacité des bâtiments et l'expansion des ressources énergétiques renouvelables sont quelques exemples du mouvement « vert ». De plus, des dispositions législatives mondiales récentes tentent de réduire la consommation d'énergie du secteur du bâtiment. Cependant, aucune disposition législative de ce type n'existe pour les ascenseurs, bien que la communauté des ascenseurs ait un intérêt commun, en mettant l'accent sur la consommation d'énergie pendant le fonctionnement des ascenseurs. De nombreux fabricants d'ascenseurs ont présenté des produits « verts » dotés de fonctionnalités permettant de réduire la consommation d'énergie pendant le déplacement et la marche au ralenti de l'ascenseur.

Jusqu'à présent, l'industrie des ascenseurs s'est concentrée sur la consommation d'énergie pendant le fonctionnement de l'ascenseur, ignorant l'empreinte environnementale totale de l'unité en raison de l'intérêt principal du client final. Cependant, l'ensemble du cycle de vie doit être pris en compte.

Législation et activités normatives

Il n'existe pas de législation européenne directe couvrant les questions écologiques dans les ascenseurs. La directive sur la performance énergétique des bâtiments (2002/91/CE) et la directive sur les produits liés à l'énergie (2010/31/CE) sont les législations les plus pertinentes, bien qu'à l'heure actuelle, elles n'incluent pas les ascenseurs dans leur champ d'application. Il existe également plusieurs activités normatives concernant l'efficacité énergétique des ascenseurs. Au niveau international, les normes ISO EN 25745-1/2 traitant des mesures énergétiques et de la classification des ascenseurs sont en cours d'élaboration. À l'heure actuelle, la norme la plus répandue est VDI 4707-1, qui fournit une méthode de classification énergétique dans la plage « A » à « G » (Figure 1).

Réduction d'énergie des ascenseurs chez Kleemann

Les recherches de Kleemann sur la réduction de l'énergie sont menées en collaboration entre les départements R&D et Recherche et Innovation. La recherche a commencé en 2005 en mettant l'accent sur les ascenseurs à traction et hydrauliques. Pour estimer les économies d'énergie de plusieurs actions, deux modèles, un ascenseur hydraulique et un ascenseur à traction, ont été initialement mesurés. Les spécifications de base de ces modèles étaient :

Ascenseur hydraulique agissant indirectementAscenseur à traction
Charge nominale : 630 kg750 kg
Voyage: 6.2 m55
Vitesse nominale : 0.63 mps1.6 mégapixels

Un schéma énergétique typique d'un ascenseur hydraulique est illustré à la figure 2. En descente, la consommation d'énergie est faible, car le moteur ne fonctionne pas pendant la descente.

Résultats des mesures du modèle hydraulique :

  • Consommation d'énergie pendant un cycle de référence (montée et descente avec voiture vide) : 58 Wh
  • Puissance en veille : 53 W

Un diagramme d'énergie typique pour un ascenseur à traction est illustré à la figure 3. En descente, l'énergie consommée est plus élevée, car il y a un contrepoids. La mesure a été effectuée avec une voiture vide.

Résultats des mesures du modèle de traction :

  • Consommation d'énergie pendant un cycle de référence (montée et descente avec voiture vide) : 135 Wh
  • Puissance en veille : 76 W

Ascenseur hydraulique : conception de la voiture et du châssis

Sans contrepoids, il est important de minimiser le poids mort pour réduire la consommation d'énergie lors de la montée. Dans notre modèle d'essai, nous avons repensé la voiture et le cadre de la voiture pour obtenir une réduction de poids de 9 % (de 650 à 590 kg).

Nouveaux résultats de mesure :

  • Consommation d'énergie au cours d'un cycle de référence : 51 Wh
  • Mesure précédente : 58 Wh (réduction de 12 %)

Ascenseur hydraulique : Inverter Drive

En utilisant un variateur pour contrôler le fonctionnement du moteur pendant le mouvement ascendant, la fonction de dérivation hydraulique est évitée. Par conséquent, le pompage d'huile est limité à ce qui est nécessaire, ce qui réduit le fonctionnement du moteur.

Nouveaux résultats de mesure :

  • Consommation d'énergie au cours d'un cycle de référence : 37 Wh
  • Mesure précédente : 51 Wh (réduction de 27.5 %)

Il est important de noter que l'onduleur entraîne une augmentation de la consommation totale en veille. Dans notre mesure, la puissance en veille est passée de 53 à 85 W. Par conséquent, il est important d'examiner la nécessité d'utiliser l'onduleur ou de trouver des moyens d'arrêter l'onduleur lorsque l'ascenseur est inactif.

Ascenseur hydraulique : poids d'équilibrage

L'utilisation d'un poids d'équilibrage, comme le montre la figure 4, entraîne une réduction d'énergie significative lorsque la voiture monte. Le poids d'équilibrage est limité pour assurer une pression minimale d'au moins 12 à 13 bars.

Nouveaux résultats de mesure :

  • Consommation d'énergie au cours d'un cycle de référence : 22 Wh
  • Mesure précédente : 37 Wh (réduction de 40 %)

Ascenseur de traction : sans engrenage/VVVF au lieu de machines à engrenages

Il est bien connu que l'utilisation de machines sans engrenage peut améliorer l'efficacité de l'ascenseur, car l'engrenage a un faible rapport d'efficacité. De plus, l'entraînement à tension variable et fréquence variable (VVVF) permet de réduire les pertes du moteur et les courants de démarrage, ainsi qu'un facteur de puissance proche de l'unité sur toute la plage de vitesse.

Les résultats sont indicatifs :

Machine à engrenages/AC2

  • Consommation d'énergie au cours d'un cycle de référence : 135 Wh
  • Puissance en veille : 76 W
  • Machine sans engrenage/VVVF
  • Consommation d'énergie au cours d'un cycle de référence : 73 Wh
  • Puissance en veille : 113 W

Réduction d'énergie pendant le cycle de référence : 45 %

Ascenseur de traction

Le type d'élingue de voiture (centrale ou en porte-à-faux), associé au coefficient de frottement des patins guidés, joue un rôle important dans l'efficacité totale de l'arbre. Les châssis de voiture en forme de « L » avec des patins de guidage ayant un coefficient de frottement de 0.3 pourraient augmenter la charge déséquilibrée jusqu'à 70 % (figure 5).

Ascenseur de traction : entraînement régénératif

Un entraînement régénératif peut permettre une réduction d'énergie significative, en particulier dans les bâtiments à usage intensif. Néanmoins, les concepteurs d'ascenseurs doivent prendre en compte la propre consommation d'énergie du dispositif de régénération.

  • Mesures énergétiques du modèle de traction équipé d'une unité de régénération : 
  • Consommation d'énergie au cours d'un cycle de référence : 51 Wh
  • Puissance en veille : 248 Wh

Mesure précédente : 73 Wh (réduction de 30.1 %)

Ascenseurs hydrauliques et à traction : éclairage de voiture efficace

L'utilisation de LED au lieu de lampes à incandescence pour l'éclairage de la voiture permet d'économiser jusqu'à 90 W pendant le mouvement de la voiture.

La durée du cycle de référence d'un modèle d'essai pourrait être de 30 à 60 s. Par conséquent, la réduction pertinente en un cycle est faible.

Type de lampeEfficacité lumineuse
Incandescent10-18 W
Halogène incandescent15-20 W
Fluorescent compact35-60 W
Fluo linéaire50-100 W
LED30-150 W

Ascenseurs hydrauliques et à traction : consommation en veille 

La consommation en veille joue un rôle dans la consommation d'énergie totale de l'ascenseur, en particulier lorsque l'ascenseur est utilisé dans des bâtiments résidentiels, comme le montre la figure 6. Par conséquent, il est essentiel de réduire la consommation en veille après un temps d'inactivité spécifique. Dans ce cas, le contrôleur et l'onduleur (le cas échéant) sont mis en mode basse consommation d'énergie, avec les affichages cabine et palier éteints et les portes automatiques en mode veille (met le moteur hors service).

Actions/étapesConsommation d'énergie au cours d'un cycle de référenceL'alimentation de secours
Ascenseur hydraulique conventionnel58 Wh53 W
9% de réduction de voiture et poids du cadre51 Wh53 W
Utilisation d'un onduleur pour moteur Contrôle37 Wh85 W
Utilisation d'un poids d'équilibrage22 Wh85 W
Utilisation du contrôleur avec fonction veille22 Wh25 W
Réduction d'énergie60 % 52 %
Tableau 1
Actions/étapesConsommation d'énergie pendant un cycle de référenceL'alimentation de secours
Ascenseur de traction à engrenages/AC2135 Wh76 W
Ascenseur à traction sans engrenage/VVVF73 Wh113 W
Utilisation de patins de guidage avec un facteur de coefficient de 0.1 à la place 0.3(Réduire le déséquilibre charge 10%)N/D
Utilisation d'un entraînement régénératif51 Wh248 W
Utilisation d'un contrôleur avec fonction veille51 Wh42 W
Réduction d'énergie62 % 44 %
Tableau 2

Résumé

Pour le modèle hydraulique avec une charge nominale de 630 kg, une course de 6.2 m, trois arrêts et une vitesse nominale de 0.63 mps, le tableau 1 donne la réduction d'énergie pour chaque action d'économie d'énergie :

Le tableau 2 montre le modèle d'essai de traction avec une charge nominale de 750 kg, une course de 55 m, 18 arrêts et une vitesse nominale de 1.6 mps :

Conclusion

Il existe des économies d'énergie potentielles liées à la demande d'énergie pour le trajet et la veille des ascenseurs. Depuis 2005, Kleemann a mené des recherches approfondies sur la réduction d'énergie des ascenseurs. Cette recherche a conduit à des réductions significatives de la consommation d'énergie pendant le trajet et en veille. Jusqu'à présent, l'industrie des ascenseurs s'est principalement concentrée sur l'énergie consommée pendant le fonctionnement des ascenseurs. Cependant, une évaluation du cycle de vie complet pourrait fournir une image complète de l'empreinte carbone des ascenseurs.

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