Особенности лифтовых систем высотных зданий
В США строительство высотных зданий начали развивать в конце 19 века. Помимо конструкционных материалов и инженерных решений, это возможно также благодаря созданию систем вертикального транспорта и лифтов.
Если под высотными зданиями понимать здания высотой более 130 метров, то в одной только России их более ста, а по всему миру – тысячи, и их число быстро растёт.
Здания в основном представляют собой коммерческие центры и отели, но есть и жилые здания — небоскребы, а также смешанные здания, в которых размещаются офисы, частные квартиры, рестораны и отели.
Но в первую очередь это коммерческие здания, построенные на сравнительно небольших участках земли. На их десятках (сотнях) этажей расположено множество офисов и работают тысячи (десятки тысяч) людей.
Чтобы транспортировка людей и грузов в высотных зданиях отвечала требованиям безопасности, комфорта и эффективности, лифтовая система должна иметь несколько исполнений.
Рассмотрим эти основные особенности и приведем примеры того, как их предлагают сейчас производители лифтового оборудования.
Режимы движения лифта. В зданиях ниже 30 этажей обычно используются два наиболее распространенных и простых режима:
• Каждый лифт обслуживает все этажи и останавливается на каждом этаже – от главной площадки в основании здания до самого верха, рис. 1, А).
• Половина лифтов обслуживает четные этажи здания, а половина – нечетные.
Для зданий выше 30 этажей такое решение неудобно, так как время поездки пассажиров, особенно на верхние этажи, становится неприемлемым.
Появилось решение организовать движение лифтов по «слепым зонам». Например, для шестидесятиэтажного дома это будет выглядеть так:
• Первая группа лифтов обслуживает с первого по двадцатый этажи здания. Высота первой группы лифтов не должна превышать высоту двадцатой группы.
• Вторая группа обслуживает этажи с двадцать первого по сорок. Эти лифты не останавливаются на этажах со 2 по 20 (включительно). Их возраст не может быть больше сорока лет.
• Третий комплект лифтов обслуживает этажи с 41 по 60. Эти лифты не будут останавливаться на этажах со 2 по 40 включительно.
Такое решение (рис. 1, Б) позволяет скоростному лифту воспользоваться этим и быстро пройти «мертвую зону», сократив время подъема, спуска и ожидания.
С точки зрения пожарной безопасности группа этажей, обслуживаемая «собственным» лифтом, отделена от другой группы этажей техническим этажом и конструктивно выполнена как «пожарный отсек». Машинное помещение лифта расположено на техническом этаже, это снижает затраты на шумо- и виброизоляцию помещений, используемых для размещения персонала.
Поскольку количество этажей превысило 60, такое решение оказалось неудобным. Количество шахт на нижних этажах постоянно увеличивается и они занимают большую часть доступного пространства в здании. Это неприемлемо для владельцев недвижимости, поскольку стоимость квадратного метра высотных зданий высока.
Если воспользоваться результатами расчета пассажиропотока в часы пик, то, согласно теории вероятностей, площадь, необходимая для шахты лифта, может оказаться больше, чем площадь, ограниченная наружными стенами здания.
Поэтому в настоящее время для новостроек высотой более 50 этажей приняты решения по организации лифтового движения «небесный вестибюль» и «высотный вестибюль» (рис. 1, Б). Этот план эксплуатации лифтов был реализован в Уиллис-Тауэр в Чикаго, Башнях-близнецах, Куала-Лумпуре, Тайбэе 101 на Тайване, московских небоскребах и т д.
Схема перевозки с использованием высотных залов организована следующим образом (рис. 1, Б). По вертикали небоскреб разделен на секции. Каждая секция представляет собой «высотку». Эту зону обслуживает отдельный комплект лифтов, шахты которых пересекают только этажи этой зоны. В этой зоне лифты используют слепые зоны для перевозки пассажиров по «классической» схеме.
Путешествие в залы высотных зданий и обратно осуществляется на скоростных лифтах, известных как «шаттлы». Челночные валы проходят по всей высоте здания, в зависимости от количества секций небоскреба имеется от 2 до 4 остановочных точек. Маршрутные автобусы могут организовать плотный пассажиропоток между верхним вестибюлем и основным уровнем посадки. Кроме того, внутри этой зоны пассажиропоток распределяется между лифтами.
Поэтому общее количество шахт и площадь, которую они занимают в каждой секции, остается приемлемой.
Маршрутный автобус – это скоростной лифт с большой пассажировместимостью и небольшим количеством остановок. Они осознают преимущества скорости, умноженной на грузоподъемность.
Очевидно, что для обеспечения перевозки большого количества пассажиров, минимизации времени ожидания в салоне, соблюдения требований безопасности и экономии электроэнергии необходима «иерархическая» организация перевозок, предполагающая использование скоростных лифтов и трансферов сложные системы управления. Основные требования к такой системе и способы ее реализации мы рассмотрим в разделе «Схема управления движением лифтов».
Рисунок 1. Схема движения лифтов: А) – многоэтажные здания; б) высотные здания; Б) – сверхвысокие здания (небоскребы).
Лифтовые технологические решения для высотных зданий Лифты постоянно совершенствуются с момента их создания.
Наиболее существенные изменения в конструкции лифтов связаны с тем, что лифты, особенно челночные в очень высоких зданиях, должны:
• Двигайтесь на высокой скорости. • Обеспечивает высоту подъема в сотни метров. • Перевозите большое количество пассажиров. В настоящее время скорость движения автомобиля 10 м/сек для скоростных лифтов считается нормальной.
до недавнего времени лифты небоскреба Тайбэй 101 считались самыми быстрыми лифтами, достигая скорости 60,6 км/ч, или 16,83 м/с. Он поднялся с 5-го этажа на 89-й этаж здания за 37 секунд.
в 2016 году Hitachi запустила два лифта в небоскребе Chow Tai Fook Enterprise в Гуанчжоу, Китай, со скоростью подъема 72 километра в час и 20 метров в секунду. Здание имеет высоту 530 метров и более 110 этажей. Лифту требуется всего 43 секунды, чтобы «перелететь» с первого этажа на 95-й. Действительно, его спуск был в два раза медленнее.
самый быстрый лифт в Западной Европе находится в лондонской башне Шард. Его скорость достигает 6 м/сек.
для справки, лифты принято разделять на четыре группы по скорости: • Низкоскоростные (до 1,0 м/с); • Высокоскоростные (от 1,0 до 2,0 м/с); • Высокоскоростные (от 2,0 до 4,0 м/с); • Высокая скорость (более 4,0 м/сек). Чтобы построить скоростной лифт, вам понадобится:
• Используйте обтекаемую кабину, рисунок 2, А) и Б). Если автомобиль не в такой форме, энергозатраты на работу лифтовой системы возрастут, а из-за неравномерности потока воздуха и турбулентности вокруг автомобиля движение автомобиля будет сопровождаться очень сильным шумом и вибрацией поток.
• Установите кабину на одну шахту. Это позволяет воздуху, «выталкиваемому» из салона, сравнительно свободно растекаться по салону. Если в силу конструктивных особенностей здания скоростной лифт размещен в «отдельной» шахте, необходимо предусмотреть каналы потока воздуха в направлении, противоположном направлению движения автомобилей.
• Убедитесь, что кабина звукоизолирована, поскольку при соприкосновении соседних кабин, особенно если они движутся в противоположных направлениях, неизбежны сильные потоки воздуха и создаваемый ими шум.
• Обеспечьте контроль давления воздуха в лифтах и лифтовых вестибюлях. Используйте вестибюль, чтобы войти в вестибюль лифта. Если вестибюль не заблокирован, открытие двери лифта автоматически блокируется. Если этого не сделать, пассажиры будут испытывать неприятное ощущение постоянной заложенности ушей. Люди очень некомфортны при внезапных изменениях стресса.
• Используйте фурнитуру для фиксации дверей лифта и шахты в открытом и закрытом положениях, выдерживайте резкие перепады давления, давление систем принудительной противопожарной вентиляции, обеспечивая при этом безопасность, предотвращая закрытие дверей в случае препятствий. Например, случайно сжатая рука не причиняет вреда человеку («Дверь лифта необходимо остановить силой руки ребенка»).
• Для крепления лифта к направляющим не следует использовать обычные для тихоходных лифтов скользящие башмаки, а использовать ролики – колеса. Это требует иной конструкции системы аварийной остановки кабины лифта. Когда высокоскоростной кабин останавливается из-за трения (что характерно для низкоскоростных лифтов), направляющие и тормоза могут нагреться до температуры плавления металла направляющего рельса.
• Для крепления рельсов к конструктивным элементам шахты лифта используйте высокопрочные хомуты. При этом зажим должен обеспечивать вертикальную подвижность рельса. Диапазон вибрации верхнего этажа высотного дома составляет около 10 метров. Колебания связаны с неоднородностями температурного поля и ветровыми нагрузками. Если рельсы затянуты слишком сильно, они могут сломаться.
• Используйте лифтовые тросы, резонансная частота которых отличается от резонансной частоты здания. В противном случае вибрации шахтных канатов могут достичь критических амплитуд и привести к повреждению конструкции элеватора.
• Подвесить противовес с помощью компенсационных тросов, рисунок 3, Б). В целом, вес тросов является основной проблемой, ограничивающей высоту подъема при «прыжке», «уменьшая вес движущихся частей лифта». Компенсационный трос не может полностью решить проблему максимального ускорения кабины, а лишь частично компенсирует разницу сил между неподвижным рычагом кабины и неподвижным рычагом противовеса.
• Решать вопросы, связанные с пожарной безопасностью лифтов. Шахта лифта представляет собой трубу огромной высоты. Если пожар возникнет на нижнем этаже, могут возникнуть огромные сквозняки. Дым и продукты горения могут выбрасываться на верхние этажи. Поэтому необходимо предусмотреть системы пожаротушения, системы герметизации дверей шахт и лифтовых холлов, использовать специальные огнезащитные материалы. Подробно этот вопрос рассмотрен в статье «Пожарная безопасность лифта». Также обсуждаются требования к «пожарным лифтам», согласно которым, согласно законодательству РФ, здания высотой более 45 м должны быть оборудованы «пожарными лифтами.
• Обеспечение одновременной перевозки большого количества пассажиров, оцениваемого до ста человек. Для перевозки большого количества пассажиров применяют двухэтажные кабины, рисунок 2 Б). Двухэтажная кабина состоит из каркаса, перемещается в шахте и обслуживает одновременно два соседних этажа. В каждую каюту можно садиться и высаживаться на том уровне, к которому она причаливает. Для эффективного управления двумя этажами вагонов в группе лифтов необходима сложная система автоматизации, однако данное решение зарекомендовало себя востребованным в офисных зданиях с большим пассажиропотоком между этажами. Несмотря на высокую стоимость, инвесторы остановили свой выбор на этом решении, потому что… За счет сокращения количества лифтовых шахт высвобождается дополнительная полезная площадь.
Обзор свойств, необходимых для высотных лифтов, показывает, насколько сложно изготовить продукцию с этими свойствами.
Рис. 2. Форма кабины высокоскоростного лифта. Двухэтажный лифт DoubleDeck B), C).
А) Б)
Рисунок 3. Лифт с обычным А) и компенсационным кабелем Б) пример.
Башня Королевства строится в Джидде, Королевство Саудовская Аравия, как показано на рисунке 4. Высота здания 1007 метров. Здание будет оснащено лифтовым оборудованием Kone. В здании есть два этажа лифтов со скоростью работы, превышающей 10 метров в секунду, а также самый высокий на данный момент «высотный» лифт, способный «прыгать» на 660 метров.
Всего Kingdom Tower будет оснащена 21 лифтом KONE MonoSpace, 29 лифтами KONE MiniSpace, 7 лифтами KONE Doubledeck MiniSpace, 8 лифтами KONE TravelMaster и 110 эскалаторами.
Двухэтажный лифт KONE Doubledeck MiniSpace способен разместить на палубе 70 человек.
Для лифтов используйте тросы UltraRope «для уменьшения веса движущихся частей лифта» и приводы EcoDisc для «эффективных приводов».
Рисунок 4. Королевская башня, Джидда, Саудовская Аравия.
Система Twin — это относительно новая концепция высотных лифтов, впервые предложенная и реализованная немецкой компанией ThyssenKrupp Elevator Company. Две кабины лифта работают независимо друг от друга в шахте лифта. Каждая машина имеет свое приводное устройство, противовес и т.д. Этот метод позволяет лучше обслуживать пассажиров без увеличения площади шахты лифта. Разумеется, «свобода передвижения» одной кабины ограничена расположением другой. Это чем-то напоминает организацию движения трамваев или троллейбусов. Такое решение требует мощной системы управления. Современные вычислительные средства и датчики делают задачу создания такой системы управления весьма реальной. Это очень сложное техническое решение, но хотя прогресс идет медленно, оно становится распространенным.
Схема управления движением лифта
Решения по управлению движением лифтов представляют собой настоящий прорыв для систем вертикальной транспортировки в высотных зданиях.
Раньше лифты не могли «запомнить» несколько запросов. Один выполняется, затем обрабатывается следующий. Далее идет «последовательный контроль». В этом сценарии все запросы регистрируются и выполняются последовательно. При наличии нескольких ожидающих запросов команды пассажиров внутри кабины имеют приоритет: лифт сначала доставляет пассажира на нужный этаж, затем перемещается на этаж с самым старым сохраненным вызовом.
Впоследствии был реализован «коллективный» план контроля. Она остается доминирующей системой в жилищном строительстве как версия «односторонней нисходящей системы сбора». Когда лифт опускается, он останавливается на этаже в соответствии с требованиями этажа, чтобы забрать и высадить пассажиров. Если звонок (например, с пятого этажа) раньше, чем звонок с шестого этажа, но лифт находится выше шестого этажа (например, на восьмом этаже), при вызове на шестой этаж он сначала остановится на шестом а затем перейти к пятому.
При перемещении вверх запросы на этаж не принимаются, выполняются только команды из кабины, так как в жилых домах редко приходится перемещать людей с одного этажа на другой. На устройстве вызова этажа этого лифта имеется кнопка.
Позже системы двунаправленного сбора (вверх и вниз) стали использовать в офисных зданиях, гостиничных зданиях и медицинских центрах. В этом случае устройство вызова этажа лифта использует две кнопки – вверх и вниз, система управления указывает не только этаж, на котором находится вызывающий абонент, но и направление движения. Эта система также стала очень распространенной. Сейчас в России это самая распространенная система.
Основными недостатками таких систем являются неопределенность и недостаток информации. Если в перевозке задействовано несколько лифтов (группа лифтов), отсутствие точной информации о том, «куда идти», снижает эффективность оптимизации по параметрам «какой лифт в группе останавливается или отправляется». Выигрыш от оптимизации, конечно, будет, но не такой большой, как в случае оптимизированной системы, работающей с полной информацией. Однако алгоритмы оптимизации для этого ограниченного подхода были улучшены; были применены алгоритмы, имитирующие нейронные сети человеческого мозга; Влияние относительно небольшое.
Система «Выбор этажа назначения» вносит фундаментальные улучшения. Он разрабатывался с начала 1990-х годов и стал фактическим стандартом для всех высотных зданий.
Этому способствуют многие факторы: • Быстрый прогресс в области компьютерных технологий. • Разработать системы безопасности на основе смарт-карт и бесконтактных карт.
• Улучшения в системе пожарной безопасности: для посадки в лифт пассажиры должны входить в огороженный вестибюль лифта через тамбур. Это означает, что потенциальные пассажиры должны пройти через «зону входа и выхода», которая легко блокируется терминалом «идентификации.
Теперь можно «заставить» пассажира заранее сообщить ему, куда он хочет отправиться, или узнать это автоматически с помощью бесконтактной карты, запретить ему доступ в запретные зоны, отделить его от других непрошеных пассажиров, поприветствовать его и так далее и так далее
Такая система управления движением лифта в сочетании с другими системами «умного здания» позволяет собирать статистику, в том числе «большие данные» с течением времени, и вносить очень тонкие настройки в систему транспортировки лифта.
Эффективность данного решения очень высока, что подтверждено многолетним опытом. Эволюция систем управления лифтами и лифтовыми группами представлена на рисунке 5.
Рисунок 5. Эволюция систем управления лифтами.
На рисунке 6 в очень упрощенной форме показано, как можно повысить эффективность лифтовой системы, если упростить пассажиропоток и ввести квантование времени.
Рисунок 6. Группа лифтов упорядоченно перевозит пассажиров.
Если пассажиры по прибытии беспорядочно и непрерывно пользуются лифтом, количество остановок лифта невозможно контролировать. Если пассажиропоток буферизован на определенный период времени, то нетрудно построить оптимальный вариант подъема на нужный этаж для группы пассажиров, образующей этот период.
Благодаря малому времени групповой задержки пассажиры в целом могут выиграть время для достижения необходимого этажа, сократив количество пусков и остановок кабины лифта, тем самым сэкономив электроэнергию и уменьшив количество рабочих минут в режиме разгона или торможения для электродвигателей г.
Мощная система управления не только позволяет автоматически отключать определенные лифты в периоды низкой нагрузки, например, вечером или ночью, но и позволяет постоянно контролировать состояние вашего лифтового оборудования, проводить упреждающий мониторинг и выявлять возможные проблемы и сбои заранее, чтобы оперативно их устранить.
Кроме того, связь с другими интеллектуальными системами автоматизации зданий повышает безопасность лифтовой системы. Например, подключившись к датчику амплитуды колебаний здания, лифтовая система заранее предупредит пассажиров о возможных проблемах и вовремя остановит лифт, когда амплитуда колебаний превысит допустимое значение.
Другие способы повышения энергоэффективности лифта
Эффективная система управления лифтом является важным инструментом снижения энергетических затрат на вертикальную транспортировку в зданиях.
Источник — Liftobzor.ru