Должны ли мы пользоваться лифтом вместо лестницы, чтобы сэкономить энергию?

В нашем университете висит табличка, призывающая студентов подниматься по лестнице вместо лифта, чтобы сэкономить университетское электричество жарким нью-йоркским летом.

Когда вы поднимаетесь по лестнице, вы вырабатываете примерно в 8 раз больше своей механической энергии в обмене веществ, которая рассеивается в виде тепла и должна охлаждаться кондиционированием воздуха в наших охлаждаемых лестничных клетках.

Каковы правдоподобные предположения о пределах энергоэффективности кондиционеров и механического подъема лифта? Какие (фундаментальные) ограничения препятствуют достижению 100% эффективности лифта? Есть ли другие важные факторы для этого анализа?

Возможно ли, что университет ошибается? Должны ли мы пользоваться лифтом вместо лестницы, чтобы сэкономить энергию университета? Люди энергосберегающего будущего похожи на Валл-И ?

Источником этого вопроса является проблема физики ванной комнаты, размещенная над туалетами физического факультета университета рядом с офисами выпускников. Задачи представляются сотрудниками отдела. Насколько мне известно, ни один из этих вопросов никогда не был домашним заданием. Этот вопрос адаптирован моей туалетной памятью из задачи, которую предоставил Андрей Грузинов .

Не забывайте, что двигатель лифта поднимает гораздо больше, чем просто человека, и потребляемая энергия (плюс тепло) соответственно больше.
@Javier Лифты обычно имеют противовес, равный весу самой кабины лифта. Так что на самом деле нужно тратить энергию только на то, чтобы поднять / замедлить падение людей в машине и преодолеть трение.
О фуникулерной природе лифтов: в одном из публичных музеев города, где я вырос, есть стеклянные лифты, в которых также видны рабочие механизмы вверху и внизу. Когда автомобиль меняет пол, эта огромная стопка железных пластин (подобно весовой машине Геркулеса) смещается на несколько сантиметров.
Я не думаю, что это очень уместно для важных частей проблемы, но предположительно проблема становится более актуальной из-за того, что наш физический факультет находится на 10-м этаже здания.
Я думаю, стоит отметить для анализа, что вы, вероятно, не едите «полную» систематическую неэффективность лифта, поскольку вас действительно волнует только себестоимость подъема одного человека с помощью лифта, а лифты редко работают с одним человеком. в нашем оживленном здании. Если вы предполагаете, что вы будете в меньшинстве, следуя совету университета пользоваться лестницей, систематические затраты исчезнут почти полностью (поскольку лифты уже будут работать большую часть времени). Обратите внимание, что даже в этом случае все еще существует фундаментальный предел, препятствующий идеальной эффективности подъема.
Мой друг считает, что университет не заботится об экономии энергии и просто хочет, чтобы мы тренировались.
Секретная реальная причина использования противовеса на тяговом лифте состоит в том, чтобы держать подъемный канат натянутым, чтобы он не скользил по барабану. Тяговый лифт не может работать без существенного противовеса, независимо от того, насколько мощным вы сделаете двигатель. Если это также делает систему более энергоэффективной, это дополнительное преимущество.
Как бы ни было весело размышлять об этом, необходимо также учитывать долгосрочные последствия, а не просто сравнение работы, проделанной для одного события подъема. Использование лестниц сделает человека более эффективной машиной, способной делать больше и потреблять меньше. Здоровые люди могут переносить умеренные температуры, не включая кондиционер в своей комнате. Со временем им требуется меньше медицинской помощи (хотя нездоровые могут умереть раньше). Трудно сказать, какой путь лучше, основываясь на предположениях. Вам нужно учесть все эти факторы и запустить настоящую симуляцию. Я очень хочу увидеть результаты.
Сколько стоит кВт-час в Нью-Йорке?... и сколько стоит обучение???
@JEB ну, конечно, по крайней мере, аспиранты финансируются
@james Интересно. Это имеет смысл, хотя с учетом уравнения ведущего моста может показаться, что довольно скромный противовес можно заставить работать, просто застраховав достаточное количество витков.
Быстрый поиск в гугле показывает, что этот вопрос задавали и отвечали много раз. Много раз и с несколькими противоречивыми ответами. Польза для здоровья неоспорима, если не учитывать риски падения с лестницы (определенно ненулевые, это одна из самых распространенных производственных травм). Иногда я использую лестницу, чтобы добраться до своего офиса на пятом этаже — часто в обычные рабочие часы, но никогда, когда я на работе в нерабочее время.

Ответы (2)

Я задавался тем же вопросом и провел некоторые эмпирические испытания с моим лифтом.

TLDR;

Лифт использует огромное количество энергии для перемещения только лифта.

Для подъема на 5 этажей с помощью моего однопоршневого лифта с гидравлическим подъемником в день, когда я тестировал...

Лифт: ~550кВт

Лестница: 92 кВт / (22 калории)

Если лифт все равно поднимается, то вам следует запрыгнуть, так как ваш дополнительный вес почти не влияет на общую используемую мощность.

Если вы планируете подниматься на лифте в одиночку, вам следует подняться по лестнице.

Также имейте в виду, что большая часть энергии, используемой лифтом, превращается в тепло, и это тепло вырабатывается внутри оболочки здания, поэтому оно должно отбрасываться системой переменного тока.

Больше пояснений и данных здесь...

https://wp.josh.com/2013/05/29/elevator-power-usage-should-i-take-the-stairs/

Я рад видеть фактическое измерение, а не оценку. Однако, согласно Википедии, гидравлические лифты менее энергоэффективны, чем тяговые лифты, потому что у тяговых лифтов есть противовесы, а у гидравлических нет. В Википедии упоминается, что тяговые лифты могут потреблять до 80% меньше энергии, чем гидравлические лифты, поэтому каждая поездка на лифте будет потреблять около 110 кВт, что вполне сопоставимо с подъемом по лестнице.
Я должен добавить, что лифт в исходном вопросе не является гидравлическим лифтом, поскольку здание имеет высоту не менее 10 этажей (постер упомянул об этом в комментариях), а гидравлические лифты не используются для таких высоких зданий.

Принимая во внимание, что при подъеме по лестнице выделяется тепло, в 7 раз превышающее механическую энергию (одна часть идет на то, чтобы вы поднимали себя), сколько энергии требуется, чтобы отвести это тепло?

Второй закон термодинамики гласит, что лучшее, что вы можете сделать, это

Вт знак равно Вопрос Т час − Т с Т с ∼ Вопрос Δ Т Т

Где Δ Т - разница между внутренней и наружной температурой, а Т - наружная температура. Для простоты расчета, взяв T около комнатной температуры 280K, вы получите, что кондиционер лучше (использует меньше энергии, т. е. W/Q лучше, чем 1/7), если он работает при разнице температур менее Δ Т знак равно 40 К .

Кондиционеры в больших зданиях, как правило, даже лучше, чем это, с точки зрения использования электроэнергии за счет использования, например, испарительных чиллеров для выполнения большей части термодинамики.

Если на улице не очень жарко, поднимайтесь по лестнице.

@sammygerbil, если кондиционер более эффективен, вы экономите энергию, используя лестницу. Цель знака, упомянутого в вопросе, заключалась в экономии энергии для Университета.
@gphys Если подъем по лестнице побеждает в плане идеальной эффективности лифта, вам не нужно больше думать о лифте.
@GPhys Я с нетерпением жду вашего ответа. Фактическая энергоэффективность зданий сложна: я работаю в здании, где большую часть года термодинамическое охлаждение осуществляется за счет испарения, а электроэнергия используется только для вентиляторов. У него даже нет холодильной установки замкнутого цикла. Так что работает даже лучше (по мощности), чем мой показательный расчет.
@BobJacobsen Ах да, извините за ошибку. Я запутался.
Должны ли мы пользоваться лифтом вместо лестницы, чтобы сэкономить энергию?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v