Aufzüge stellen typische potenzielle Energieverbraucher dar. Unter bestimmten Betriebsbedingungen schaltet der Antriebsmotor von Stromverbrauch auf Stromerzeugung um und produziert kontinuierlich regenerative elektrische Energie. Dies geschieht hauptsächlich in drei Szenarien: Erstens bei der Abwärtsfahrt mit hoher Last, wenn die Last der Kabine die Masse des Gegengewichts übersteigt und die potenzielle Energie der Schwerkraft die Kabine nach unten treibt, wodurch der Motor umgekehrt rotiert und Strom erzeugt wird; zweitens bei der Aufwärtsfahrt mit geringer oder keiner Last, wenn das Gegengewicht schwerer als die Kabine ist, wodurch es nach unten drückt und die Kabine nach oben zieht, wodurch der Motor erneut umgekehrt rotiert und Strom erzeugt wird; drittens beim Abbremsen, wenn der Aufzug vor Erreichen des Zielgeschosses abbremst, seine mechanische kinetische Energie schnell freisetzt und in elektrische Energie umwandelt. Praktische Projekterprobungen haben gezeigt, dass die durchschnittliche Energieeinsparung pro Aufzug nach der Installation von Energierückgewinnungssystemen 30 % erreichen und unter optimalen Bedingungen sogar 40 % übersteigen kann. Für Gewerbegebäude oder Wohnanlagen mit mehreren Aufzügen sind die wirtschaftlichen und sozialen Vorteile der Energieeinsparung erheblich und bieten ein hohes Maß an Werbe- und Anwendungspotenzial.
I. Prinzip der Energierückgewinnung
Herkömmliche, nicht modifizierte Aufzüge verfügen über keine Energierückgewinnungsfunktion. Die während des Aufzugsbetriebs erzeugte elektrische Rückgewinnungsenergie erhöht kontinuierlich die Zwischenkreisspannung des Frequenzumrichters. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, wird diese überschüssige Energie über Bremswiderstände als Wärme abgeführt. Dies führt nicht nur zu einem hohen Energieverlust, sondern erhöht auch kontinuierlich die Umgebungstemperatur im Maschinenraum des Aufzugs, was die Alterung der Anlage beschleunigt und die Betriebsstabilität des Aufzugs beeinträchtigt.
Durch die Installation eines speziellen Aufzugs-Energierückgewinnungssystems kann die elektrische Rückgewinnungsenergie zurückgewonnen, aufbereitet und zur Wiederverwendung in das Stromnetz eingespeist werden. Der gesamte Energierückgewinnungsprozess umfasst drei Hauptschritte:
- Energiegewinnung: Der vom Aufzug während des Betriebs erzeugte Wechselstrom wird durch den Gleichrichter des Frequenzumrichters in Gleichstrom umgewandelt und zwischengespeichert in den Zwischenkreiskondensatoren des Frequenzumrichters. Dadurch wird die erste Rückgewinnungsenergie erreicht.
- Intelligente Invertierung: Sobald die Gleichspannung des Frequenzumrichters einen voreingestellten Schwellenwert erreicht, wird die Energierückkopplungseinrichtung vorrangig aktiviert (vorrangig gegenüber dem Bremswiderstand). Mithilfe von Kernkomponenten wie einem IGBT-Vollbrückenwechselrichter und einem DSP-Mikroprozessor wandelt die Einrichtung die Gleichspannung in dreiphasigen Wechselstrom um, der hinsichtlich Frequenz, Phase und Spannung mit dem Niederspannungsnetz des Gebäudes kompatibel ist.
- Reinigung und Rückführung: Der invertierte Wechselstrom wird durch Komponenten wie Filterdrosseln gefiltert und gereinigt, um Oberwellen effektiv zu eliminieren. Nachdem sichergestellt wurde, dass die Stromqualität den Normen entspricht, wird der Strom sicher in das öffentliche Wechselstromnetz des Gebäudes eingespeist und so zur Energiegewinnung genutzt.
II. Relevante Normenanforderungen
Die nationale Norm GB/T 32271-2015 „Energierückkopplungsvorrichtung für Aufzüge“ regelt die technischen Parameter, Prüfverfahren und die Sicherheit von Energiespar-Rückkopplungsvorrichtungen für Aufzüge. Sie gilt für ungeregelte Gleichrichter-Aufzüge mit variabler Spannung und Frequenz (VVVF) und Nennspannungen bis zu 400 V in TN-S-Stromversorgungssystemen. Die Norm legt verbindliche Anforderungen an Kernindikatoren wie Energieeffizienz, Netzqualität und Betriebssicherheit fest. Die spezifischen Anforderungen lauten wie folgt:
Anforderungen an die Effizienzklassifizierung: Es werden drei Effizienzstufen basierend auf den Lastbedingungen definiert: Umwandlungseffizienz ≥ 85 % bei 25 % Last, ≥ 90 % bei 50 % Last und ≥ 95 % bei 100 % Nennlast.
Anforderungen an die Netzqualität: Der Klirrfaktor (THDi) des in das Netz zurückgespeisten Stroms muss ≤ 5 % betragen. Zusätzlich werden spezifische Grenzwerte für den Gehalt an ungeraden und geraden Oberschwingungen festgelegt, um Störungen im öffentlichen Stromnetz zu vermeiden.
Anforderungen an den Leistungsfaktor: Wenn die Ausgangsleistung des Geräts 50 % seiner Nennleistung erreicht, muss der Leistungsfaktor ≥ 0,90 betragen, um die Netzstabilität zu gewährleisten.
Sicherheitsfunktionen: Das Gerät muss mit umfassenden Schutzmechanismen ausgestattet sein, darunter Schutz vor Inselbetrieb, Überspannung, Unterspannung, Kurzschluss und Leerlauf. Es muss außerdem Fehlerszenarien wie Netzfrequenzabweichungen abfangen können, um den sicheren und stabilen Betrieb des Geräts und des Netzes zu gewährleisten.
Diese Norm legt auch die Prüfplattform, die Bedingungen und die Messmethoden zur Überprüfung dieser Indikatoren fest. Sie schreibt den Einsatz hochpräziser bidirektionaler Energiezähler zur simultanen Messung an den DC-Eingangs- und AC-Ausgangsklemmen des Geräts vor. Durch Vergleich der Wirkenergie am DC-Eingang mit der Wirkenergie am AC-Ausgang wird der tatsächliche Wirkungsgrad des Energierückkopplungsgeräts berechnet, um sicherzustellen, dass das Gerät die Leistungsstandards erfüllt.
III. Auswahlverfahren für die Energierückkopplungsmessung in Aufzügen
Gemäß den technischen Anforderungen der nationalen Norm und unter Berücksichtigung der Betriebsmerkmale von Energierückkopplungssystemen in Aufzügen ist bei Nachrüstungsprojekten der Einsatz von Messgeräten sowohl auf der Gleichstromseite (Geräteeingang) als auch auf der Wechselstromseite (Geräteausgang am Netzanschluss) erforderlich. Diese Konfiguration deckt den Bedarf an Datenüberwachung für Stromerzeugung, Rückkopplungsmenge, Netzqualität und Wirkungsgrad ab. Konkret werden auf der Gleichstromseite Gleichspannung, Gleichstrom und bidirektionale Gleichstrom-Rückspeisungsenergie überwacht. Auf der Wechselstromseite werden Dreiphasenspannung, Dreiphasenstrom, bidirektionale Wirkenergie, Blindleistung und Scheinleistung überwacht. Gleichzeitig werden Netzqualitätsparameter wie Stromoberschwingungen, Oberschwingungsgehalt, Leistungsfaktor und Gleichstromanteil im gesamten System überwacht.
(1) Messverfahren auf der Wechselstrom-Netzanschlussseite (für den Gesamtenergieverbrauch des Aufzugs und Statistiken zur Rückkopplungsenergie)
Installationsort: An der 380-V-Drehstrom-Eingangsleitung des Aufzugsverteilers und am Netzanschluss des Energierückkopplungsgeräts.
Hauptzweck: Messung der aus dem Netz bezogenen und der vom Aufzug ins Netz zurückgespeisten Energie. Dies ermöglicht die Berechnung des Gesamtenergieverbrauchs und der Energieeinsparungen des Aufzugs und liefert Daten für Energieeffizienzbewertungen.
- Kabelgebundenes Netzwerk (Standard für Neubauprojekte):
Ausgewähltes Gerät: Dreiphasen-Schienen-Energiezähler DTSD1352.
Gerätevorteile: Unterstützt Dreiphasen-Vierleitermessung, bietet hochpräzise bidirektionale Vierquadrantenmessung der Klasse 0,5S. Kompatibel mit externen Stromwandlern mit geteiltem Kern. Geeignet für die Nachrüstung von Aufzügen in neuen Wohnanlagen und Gewerbegebäuden. Die kabelgebundene Vernetzung ist stabil und zuverlässig und eignet sich für standardisierte Bauprojekte.
- Drahtloses IoT-System (für Nachrüstungsprojekte mit schwieriger Verkabelung):
Ausgewähltes Gerät: Drahtloser IoT-Stromzähler der Serie ADW300.
Gerätevorteile: Optionale 4G- und WLAN-Kommunikationsmodule unterstützen die bidirektionale transparente TCP-Übertragung, wodurch Daten direkt in die Cloud hochgeladen werden können. Es ist keine aufwendige Verkabelung erforderlich und die Installation kann ohne Stromausfall erfolgen. Das System eignet sich für die energiesparende Nachrüstung von Aufzügen in älteren Wohngebieten oder freistehenden Gebäuden.
(2) Messsystem für die DC-Rückkopplungsschiene (zur Erfassung von Statistiken zur regenerativen DC-Energie)
Installationsort: Auf der DC-540V/750V-Schienenseite innerhalb des Energierückkopplungsgeräts.
Hauptzweck: Unabhängige Messung der regenerativen DC-Erzeugung des Aufzugs und Berechnung des Wirkungsgrads des Energierückkopplungsgeräts. Auch geeignet für Szenarien mit integrierten Energiespeichersystemen (Kondensator/Lithiumbatterie) im Aufzug zur Echtzeitüberwachung der DC-Energiedaten während des Lade-/Entladevorgangs.
Ausgewähltes Gerät: Bidirektionaler DC-Energiezähler DJSF1352-RN zur Schienenmontage.
Gerätevorteile: Spannungsmessbereich von 0 bis 1000 V DC, unterstützt den Anschluss von 75-mV-Shunts und 0–20-mA-/0–10-V-Hall-Sensoren. Optionaler Zweikanal-DC-Eingang zur gleichzeitigen Überwachung der regenerativen Erzeugung und des Lade-/Entladevorgangs des Energiespeichers. Verfügbar in den Genauigkeitsklassen 0,5 und 1,0 für höchste Präzisionsanforderungen.
(3) Datenerfassungs- und Übertragungsschema
Verdrahtete Messgeräte benötigen spezielle Datenerfassungsgeräte, um Feldinstrumentendaten zentral zu erfassen, zu analysieren und in die Cloud hochzuladen und so eine stabile Datenübertragung zu gewährleisten.
Ausgewählte Geräte: ANet-1E2SM-4G, AWT100-4G Datenkonzentratoren.
Gerätevorteile: Die Downstream-Seite ist mit der RS485-Schnittstelle und dem Modbus-RTU-Standardprotokoll kompatibel und somit mit allen vor Ort eingesetzten intelligenten Messgeräten kompatibel. Die Upstream-Seite unterstützt sowohl 4G-Funk- als auch Ethernet-Übertragung. Das Gerät verfügt über ein Schienenmontagesystem, das sich für verschiedene Anlagenraumszenarien eignet, und ermöglicht eine flexible Auswahl des Gerätemodells entsprechend den Anforderungen der übergeordneten Plattform.
IV. Lösung für das Energie-Feedback-Managementsystem von Aufzügen
Die Lösung wird durch die Acrel-EIoT Energy IoT SaaS Cloud-Plattform ergänzt, eine eigens entwickelte, schlanke und intelligente Managementplattform. Sie unterstützt den Gerätezugriff über verschiedene Protokolle und den synchronen Zugriff mehrerer Endgeräte. Die Plattform integriert umfassende Funktionen wie Echtzeit-Energiemonitoring, Analyse der Anlageneffizienz, Diagnose der Netzqualität, Push-Benachrichtigungen bei Fehlermeldungen und die automatische Erstellung von Datenberichten. Dies ermöglicht die Fernvisualisierung, Digitalisierung und intelligente Verwaltung des Energie-Feedback-Systems von Aufzügen. Benutzer können die Geräteinbetriebnahme schnell und einfach per QR-Code-Scan mit einer mobilen App durchführen. Energieverbrauchsdaten, Betriebsparameter und statistische Ergebnisse zur Energieeinsparung sind jederzeit über die Weboberfläche des Computers oder mobile Geräte abrufbar.
Übersichtstabelle zur Auswahl von Systemhardware und -software:
| Name | Bild | Modell | Funktion | Anwendung |
| Dreiphasen-Wechselstromzähler | | DTSD1352 | Dreiphasenstrom- und Spannungsmessung Zeitabhängige Energiemessung (TOU) Bidirektionale (Import/Export) Energiestatistik Konfiguration mehrerer zeitabhängiger Tarife (TOU), kompatibel mit verschiedenen Tarifmodellen Genauigkeitsklasse 0,5S RS485-Schnittstelle | Stromverteilungsleitung des Aufzugs oder Netzanschlusspunkt für Energierückführung |
| Multifunktions-Energiezähler | | ADW300 | Dreiphasen-Messung elektrischer Parameter Zeitabhängige Energiemessung (TOU) Bidirektionale (Import/Export) Energiestatistik Integrierte Stromwandler mit geteiltem Kern Installation unter Spannung möglich RS485-Schnittstelle 4G-Funkkommunikation Genauigkeitsklasse 0,5S (bei Verwendung externer/Standard-Stromwandler) Genauigkeitsklasse 1,0 (bei Verwendung der integrierten Stromwandlerlösung mit geteiltem Kern) | Stromverteilungsleitung des Aufzugs oder Netzanschlusspunkt für Energierückführung |
| Gleichstrom-Energiezähler |  | DJSF1352-RN | Misst Spannung, Strom, Leistung und bidirektionale (Ein-/Ausfuhr-)Energie in Gleichstromsystemen Kompatibel mit Hall-Sensoren (optional) | Gleichstromausgangsklemme für Frequenzumrichter (VFD) von Aufzügen |
| Strom-Hall-Sensor |  | AHKC-EKA | Messbereich: Gleichstrom 0 bis (5–500) A Ausgang: Gleichstrom 4–20 mA Betriebsspannung: Gleichstrom 12/24 V | Passender Gleichstrom-Energiezähler |
| Intelligentes Gateway |  | ANet-2E4SM | Integriertes Linux-Betriebssystem Netzwerkkommunikation über Socket-Modus Unterstützt den Upload komprimierter Daten im XML-Format Bietet ARS-Verschlüsselung und MD5-Identitätsauthentifizierung für höchste Sicherheit Unterstützt fortsetzbare Datenübertragung (Wiederaufnahme nach Unterbrechung) Unterstützt diverse Kommunikationsprotokolle: Modbus (RTU), Modbus TCP, DL/T645-1997, DL/T645-2007, IEC 60870-5-101, IEC 60870-5-103, IEC 60870-5-104 Kompatibel mit verschiedenen Plattformen | Kompatibel mit Acrel-EIoT oder Drittanbieterplattformen |
| Drahtloser Router |  | AWT100-4G | Ausgestattet mit Datenerfassungs- und 4G-Upload-Funktionen, nutzt es den drahtlosen Übertragungsmodus und verbindet sich mit der Acrel-EIoT Energy IoT Cloud-Plattform. | Kompatibel mit der Acrel-EIoT Cloud-Plattform |
| Energie-IoT-Cloud-Plattform |  | Acrel-EIoT | Ausgestattet mit Funktionen wie Datenerfassung, Datenanalyse, Fehlerwarnung, Datenberichterstattung und Anlagenverwaltung. Unterstützt das Scannen von QR-Codes per App zur Inbetriebnahme, was im Wesentlichen eine „inbetriebnahmefreie“ Einrichtung ermöglicht. | Unterstützt sowohl private als auch öffentliche Cloud-Bereitstellungen, wobei verschiedene Datenhosting-Optionen verfügbar sind. |