Лучшие характеристики пассажирских лифтов для высотных зданий

Все высотные здания объединяет одна общая черта. Именно от системы лифтов зависит, насколько удобно пользоваться зданием. Пассажирский лифт для высотного здания — это не лифт для здания средней высоты, установленный в более высоком шахте. При превышении определенной высоты логика проектирования меняется. Шахта занимает большую часть площади этажа. Время ожидания растет быстрее, чем время перемещения. А решение, принятое на этапе проектирования, остается неизменным на протяжении двадцати лет.

В данном руководстве объясняется, какими на самом деле должны быть оптимальные характеристики пассажирских лифтов для высотных зданий, как правильно интерпретировать соответствующие технические показатели и на что следует обратить внимание перед подписанием договора.

Почему в высотном здании нужен другой лифт

В малоэтажном здании каждый этаж обычно обслуживается одной группой лифтов. Такая схема работает, поскольку здание невысокое. Количество остановок невелико, расстояние перемещения короткое, а лифтовой шахт занимает небольшую часть площади каждого этажа.

В многоэтажном здании такой подход не работает. Сразу возникают две проблемы.

Во-первых, это площадь технического ядра. Если каждый лифт обслуживает все этажи, лифтовые шахты должны проходить по всей высоте здания. Чем выше здание, тем большую долю площади каждого этажа занимают лифты. Площадь, доступная для продажи или сдачи в аренду, сокращается на каждом уровне.

Второй фактор — время в пути. Если один лифт обслуживает слишком много этажей, количество остановок увеличивается. Пассажир, направляющийся на верхний этаж, вынужден ждать, пока кабина снова и снова останавливается по пути наверх. В какой-то момент время в пути становится неприемлемым, какой бы быстрой ни была скорость кабины.

Отраслевая практика устанавливает практический предел в этом вопросе. Руководство CIBSE D, являющееся стандартным британским справочным документом по планированию лифтового движения, рекомендует обслуживать одним лифтом или одной группой лифтов не более 15–16 этажей. При превышении этого числа здание следует разделить на секции.

Наглядный пример поможет понять масштаб. Возьмем, к примеру, 60-этажное офисное здание, в котором на каждом этаже размещается по 50 человек. Установим проектные требования: пропускная способность в период пиковой нагрузки — 12 процентов, а максимальный интервал между вызовами — 30 секунд. Это стандартные показатели для офисного потока пассажиров. В этих условиях в здании необходимо выделить четыре отдельные зоны, каждая из которых обслуживается собственной группой лифтов. Именно с этого начинается анализ лифтового трафика, и именно по этой причине проект высотного здания нельзя просто скопировать из другого проекта.

Суть в следующем. Показатели, определяющие, достаточно ли лифтов в высотном здании, — это пропускная способность и интервал. Это не грузоподъемность, указанная на странице каталога. Любое предложение по установке лифта в высотных зданиях должно исходить из этих двух цифр.

8 характеристик, определяющих особенности пассажирского лифта для высотных зданий

В оставшейся части этого раздела рассматриваются восемь характеристик, которые отличают настоящий пассажирский лифт для высотных зданий от лифта увеличенной грузоподъемности, предназначенного для зданий средней этажности. По каждой из них задаются одни и те же три вопроса: что это такое, как интерпретировать указанное число и какие подтверждающие документы следует запросить у поставщика.

1. Скорость, соответствующая высоте здания

Скорость имеет значение, поскольку она сокращает время поездки туда и обратно. Более быстрый автомобиль обслуживает те же остановки за меньшее время, что сокращает время ожидания для всех пассажиров.

Общие рекомендации по скорости лифтов в высотных зданиях в зависимости от высоты здания:

Для проекта высотного здания разумной отправной точкой является тяговая система, способная развивать скорость не менее 5 м/с (около 1 000 футов/мин). В сверхвысоких зданиях скорость лифтов часто достигает 10 м/с и более. Самые быстрые пассажирские лифты, эксплуатируемые на сегодняшний день, развивают скорость до 21 м/с; они установлены в финансовом центре CTF в Гуанчжоу.

Однако скорость не является самоцелью. В здании с зонированием в более высоких зонах обычно устанавливаются более быстрые лифты, чтобы время поездки туда и обратно было одинаковым для всех зон. Зона, обслуживающая более высокие этажи, требует более высокой скорости, чтобы пройти тот же цикл за то же время.

Спросите у поставщика: Покажите мне расчёт, который связывает эту скорость с высотой моего здания и условиями зонирования.

2. Пропускная способность, определенная по результатам исследования транспортных потоков

Вместимость вагона — это результат, а не отправная точка. Она определяется количеством пассажиров, пиковым спросом и целевым интервалом.

Типичные диапазоны грузоподъемности лифтов в высотных зданиях:

Автомобиль весом 1 600 кг, вмещающий около 21 пассажира, — это типичный размер для основного пассажирского лифта в коммерческом здании.

Ошибка заключается в том, что эти цифры рассматриваются как некий «меню». Автомобиль грузоподъемностью 1 600 кг может подойти для одного здания, но оказаться неподходящим для другого здания той же высоты. Важно то, была ли грузоподъемность рассчитана исходя из численности населения и пикового спроса.

Спросите у поставщика: Как была рассчитана эта вместимость на основе данных о количестве людей на этаже и схеме движения?

3. Эффективность движения: пропускная способность и интервал

Именно эту часть большинство покупателей пропускает, а большинство поставщиков объясняет недостаточно понятно. При этом она является самой важной частью проекта лифта для высотных зданий.

Три взаимосвязанных показателя характеризуют эффективность работы системы.

Round trip time (RTT). The time a car takes to leave the main floor, serve all its probable stops, reach the highest call and return. RTT depends on speed, acceleration, the number of probable stops, the number of passengers per trip and the door times.

Interval. The round trip time divided by the number of cars in the group. This is the average time a passenger waits at the landing before a car arrives. It is the number passengers actually notice.

Handling capacity. The percentage of the building population the group can move in five minutes during the busiest peak. The five-minute window is the standard measure because it captures the worst part of the morning.

For office buildings, an up-peak handling capacity of 12 percent with a maximum interval of 30 seconds is a common design target. Residential, hotel and mixed-use buildings use different targets, because their peaks are gentler and spread over a longer period.

A round trip time calculation is normally enough for the first pass of an elevator traffic design. Detailed design then uses simulation to test destination control and lunchtime traffic, which behave differently from the morning peak.

Спросите у поставщика: give me the probable stops, the round trip time, the resulting interval and the handling capacity percentage for my building. If they cannot produce these, the proposal is not a design. It is a guess.

4. Drive and Control Technology

Above a certain height, hydraulic drives are no longer an option. Hydraulic elevators suit short travel and low speed, and they are normally chosen for heavy loads. A high-rise passenger elevator uses traction.

The current standard for high-rise work is a gearless permanent magnet synchronous machine paired with a variable voltage variable frequency (VVVF) drive. Each part contributes something specific.

Gearless permanent magnet machine. Higher efficiency than a geared machine, lower noise, better speed control and no gearbox oil to change.

VVVF control. Smooth acceleration and deceleration, precise stopping at the floor, and less mechanical stress on the whole system. This is what makes a fast elevator feel calm.

Спросите у поставщика: which traction machine and which drive, with model numbers.

5. Ride Comfort at Speed

Travelling hundreds of metres in seconds is unpleasant if the car vibrates or sways. Comfort at high speed is an engineering result, not a matter of interior finishes. It comes from several systems working together:

• permanent magnet synchronous drive
• advanced variable frequency control
• precise leveling accuracy
• high-strength guide rails
• vibration reduction engineering

Poor stability at speed has a second cost. It increases wear on the guide rails and the car frame, which leads to earlier maintenance and a shorter service life.

Noise is a separate issue, and it belongs partly to the building rather than the equipment. Sound insulation for elevator systems is covered by VDI 2566 and VDI 4100, with DIN 4109 governing sound insulation in the building itself. Practical measures include a separate sound-proofed machine room, single-shell shaft walls with adequate mass, double-shell shaft construction to decouple the shaft from the building structure, and keeping bedrooms or quiet rooms away from shaft walls.

Спросите у поставщика: the guide rail specification, the leveling accuracy in millimetres, and measured noise values rather than a description.

6. Group Control and Destination Dispatch

In a tall building, at least half the performance comes from scheduling rather than hardware. Two elevators with the same machines can deliver very different waiting times depending on how they are controlled.

Group control coordinates the cars in one group so they do not chase the same calls.

Destination dispatch goes further. The passenger enters a destination floor at the landing, and the system assigns the car that produces the shortest overall journey. Passengers heading to the same part of the building travel together, which reduces the number of stops.

The effect is measurable. Destination-based group control has been reported to reduce travel time by up to 30 percent compared with conventional collective control.

There is a trade-off. Passengers must enter their floor before boarding, which changes a habit. Signage and a short learning period are part of the package, not optional extras.

Спросите у поставщика: a simulation using my floor populations and traffic pattern, not a general claim about their control system.

7. Energy Efficiency

In a tall building, the difference between two designs is large, because the machines run long distances all day. Several features reduce consumption, and they compound.

Regenerative drive. When the car brakes, or travels down with a light load, the motor acts as a generator. Instead of losing that energy as heat, the drive returns it to the building supply. Reported savings for regenerative systems can reach around 50 percent of running energy.

Standby mode. Group control systems with this function place idle cars into a low-power state. Reductions in the region of 40 percent have been reported for control systems with this feature.

LED lighting. Low-power lighting in the car and on the landing panels.

Lighter suspension. Carbon-fibre belts such as KONE UltraRope are about 81 percent lighter than steel rope and allow a single elevator to travel up to 1,000 m, roughly double the limit for steel.

Спросите у поставщика: whether the drive is regenerative, and the basis for any energy saving figure quoted.

8. Safety and Compliance

Compliance is not a feature you compare between suppliers. It is a floor you must clear, and what it requires depends on the market you are building in.

The standards that matter most for a high-rise passenger elevator:

• EN 81-20 — правила техники безопасности при строительстве и монтаже пассажирских и грузовых лифтов. Базовый стандарт, действующий на территории большей части Европы, Ближнего Востока, Африки и значительной части Азии.
• EN 81-21 — установка новых пассажирских и грузовых лифтов в существующих зданиях.
• EN 81-28 — дистанционный вызов службы экстренной помощи для пассажирских и грузовых лифтов.
• EN 81-70 — доступность лифтов для людей, в том числе для людей с ограниченными возможностями.
• EN 81-72 — подъемники для пожарных.
• EN 81-73 — как ведет себя лифт в случае пожара.
• EN 81-50 — как осуществляется изготовление компонентов лифта, проведение расчетов и испытаний.
• ASME A17.1 — аналогичный базовый стандарт для рынка США.

Высокая скорость предъявляет дополнительные требования к оборудованию: защита от превышения скорости, двойное торможение, аварийный электрический привод и резервированный контроль. Все эти элементы являются обязательными для кареты, движущейся со скоростью 6 м/с и более.

Спросите у поставщика: сертификаты типовых испытаний и их номера, а не заявление о соответствии лифта местным требованиям.

Эти восемь пунктов — то, что объединяет лучшие модели пассажирских лифтов для высотных зданий. Кроме того, это восемь моментов, на которые следует обратить внимание в любом полученном вами предложении.

Выбор систем, определяющих ваше основное пространство

Вышеперечисленные характеристики описывают один пассажирский лифт в высотном здании. На уровне всего здания более значительное влияние на проект оказывает другой комплекс решений. Эти решения определяют, какая часть площади этажа отводится под лифтовые шахты, а значит, какая часть здания может быть использована.

Как правило, в высотных зданиях на лифтовые шахты приходится большая доля площади центрального ядра. Существует несколько стратегий, позволяющих уменьшить эту долю. Решения по большинству из них принимают застройщик и архитектор, а не поставщик лифтов, поэтому их необходимо обсудить на раннем этапе.

Зонирование. Здание разделено на вертикальные секции, каждая из которых обслуживается собственной группой. В Руководстве D CIBSE рекомендуется, чтобы в каждой зоне находилось не более 15–16 этажей. Увеличение количества зон приводит к сокращению площади центрального ядра, поскольку меньшее количество лифтов поднимается на самый верх здания. В примере с 60-этажным зданием одна зона требует наибольшего пространства ядра, а четыре зоны — наименьшего.

Зонирование сопряжено с определенными затратами. Перемещение между зонами становится ограниченным, поэтому в зданиях обычно предусмотрен пересадочный этаж, на котором пассажиры пересаживаются, не возвращаясь на основной этаж. Расположение этого этажа имеет большее значение, чем кажется на первый взгляд. Если этаж пересадки сам по себе является обслуживаемым, люди, работающие на нём, будут предпочитать более быстрый лифт верхней зоны и будут пользоваться им даже в тех случаях, когда проект транспортного потока предполагает, что они этого не делают. Перенос этажа пересадки на один уровень выше решает эту проблему, но требует затрат площади в центральной части здания.

Двухпалубные лифты. Две кабины закреплены в одной шахте и обслуживают два соседних этажа одновременно. В часы пик нижняя кабина обслуживает нечетные этажи, а верхняя — четные; нижний и верхний основные этажи соединяются эскалаторами. Количество остановок сокращается вдвое, благодаря чему сокращается время поездки туда и обратно и увеличивается пропускная способность на один шахтный колодец. В примере с 60-этажным зданием две зоны двухпалубных лифтов занимают около 2 600 м² внутреннего пространства здания.

Двухкабинные лифты имеют два ограничения. Все этажи должны быть одинаковой высоты, поскольку обе кабины должны обслуживать соседние этажи на всем протяжении маршрута. А поскольку обе кабины иногда останавливаются на этаже, который обслуживает только одна из них, часть пути для половины пассажиров оказывается потраченной впустую. Доля остановок, полезных для обеих кабин, является показателем эффективности такой схемы. Эффективная система управления позволяет увеличить эту долю.

По две машины на каждый ствол. В одном шахте курсируют две независимые кабины: нижняя обслуживает нижний участок, а верхняя — верхний. Пространство в шахте напоминает двухпалубную конструкцию. Преимущества очевидны: высота полов не обязательно должна быть одинаковой, а кабины физически не связаны между собой. Недостатком является то, что одной кабине, возможно, придётся ждать, пока другая не тронется с места. На практике эта система оснащается системой управления по пунктам назначения, поскольку без информации о пунктах назначения планирование движения теряет большую часть своих преимуществ.

Лифты-шаттлы и «небесные вестибюли». Экспресс-лифты доставляют пассажиров в один или несколько промежуточных вестибюлей, расположенных на определенной высоте здания, где они пересаживаются на местные лифты. Удаление экспресс-зон из верхних групп освобождает больше пространства в центральном ядре, чем требуется самому челночному лифту. В приведенном примере двухпалубный шаттл в сочетании с местными двухпалубными лифтами занимает около 2 300 м². Недостатком является то, что для поездки теперь требуется два лифта вместо одного.

Лифты без тросов. Кабины, приводимые в движение линейными двигателями, могут перемещаться как по горизонтали, так и по вертикали, а также курсировать по замкнутому контуру между двумя шахтами. В приведенном примере бесканатная система, обслуживающая уровни G, 16, 31 и 46 по замкнутому контуру с двумя подъемными и двумя спускными шахтами позволяет сократить занимаемую площадь до примерно 1 800 м². Её пропускная способность значительно превышает возможности канатных лифтов, поскольку замкнутый контур обеспечивает постоянную циркуляцию кабин. Это повышает ограничение по высоте, которое системы с тросами накладывают на очень высокие здания.

На практике в большинстве проектов сочетаются несколько из этих стратегий. Окончательный выбор определяется соотношением затрат и удобства использования, и конструкция, которая выглядит эффективной на бумаге, не всегда оказывается удобной в эксплуатации.

Все это объединяет одна практическая рекомендация: привлеките поставщика лифта к процессу проектирования до того, как будет закреплен каркас. Как только размеры шахты и машинного помещения будут определены, оставшиеся варианты станут ограниченными и дорогостоящими.

Проектные показатели по типам зданий

Правильный выбор технических характеристик пассажирского лифта для высотного здания зависит от того, кто и в какое время пользуется зданием. В приведенной ниже таблице представлены основные приоритеты.

Это типовые технические характеристики лифтов, а не жесткие правила. Стоит четко обозначить различия. В жилом небоскребе надежность и бесшумная работа важнее максимальной скорости, поскольку жильцы пользуются лифтами каждый день и замечают любую неисправность. В офисном небоскребе задача состоит в том, чтобы быстро перемещать большое количество людей в часы утреннего и вечернего пика, поэтому интеллектуальное групповое управление играет более важную роль, чем дополнительная отделка кабины. В гостинице лифт является частью впечатлений гостей, поэтому плавный пуск и остановка имеют большое значение. В многофункциональном здании система управления должна координировать различные схемы движения и разные правила доступа внутри одного и того же лифтового ядра.

Civil and Shaft Conditions to Fix Early

Shaft and pit dimensions for a high-rise passenger elevator are fixed by the structure, so they have to be decided before the structure is built. Changing them later is either impossible or very costly.

Pit depth and overhead height. Every model has its own minimum figures, and they should come from the supplier’s drawings rather than from a general estimate. As a reference point, a typical commercial machine-room-less traction elevator can require a minimum pit of about 1,480 mm and a minimum total overhead of about 4,020 mm. Other models differ significantly.

Machine room, or no machine room. Rope-driven electric elevators conventionally have the machine room above the shaft, and hydraulic elevators have it at the bottom. Machine-room-less (MRL) systems place the machine in the shaft head or the pit. An MRL elevator frees the space and the cost of a separate machine room, but maintenance work is carried out in a more confined space, and the space requirements, travel and speed must be confirmed with the manufacturer rather than assumed.

Fire requirements. The rules differ by market, and they are strict. Following the German Model High-Rise Directive (MHHR), buildings classed as high-rise must have at least two elevators serving every floor, and each elevator must have a fire-protected vestibule in front of the landing door as a safe area. Floor numbers, signs pointing to the nearest required staircase, and signs prohibiting elevator use in a fire must be installed in those vestibules.

Shaft construction and ventilation. Shafts must generally be separate from other spaces. In the German code, up to three elevators are permitted in one shaft, and the fire rating of the enclosing walls follows the building class. Shaft ventilation has to release smoke in a fire, so the shaft head needs an opening with a clear area of at least 2.5 percent of the shaft floor area, and not less than 0.10 m². A smoke and heat exhaust ventilator is the usual solution, since it stays closed in normal operation and opens automatically when needed.

Sound insulation. Covered by VDI 2566 and VDI 4100, with DIN 4109 for the building. This is a planning issue as much as an equipment issue. Position the shaft early so that bedrooms and quiet rooms are not built against shaft walls.

Accessibility. Under DIN 18040, an elevator counts as barrier-free from lift type 2 in DIN EN 81-70. The minimum car size is 1.10 × 1.40 m with a clear door opening of 900 mm, which allows a wheelchair user and an accompanying person to travel together. Type 3 allows several people and lets a wheelchair turn inside the car. Control panels must sit at least 0.90 m and no more than 1.10 m above the floor, and there must be at least 1.50 × 1.50 m of clear space in front of the elevator on every floor.

The figures above are European. Confirm the local code for your market before the design is frozen. A project in the United States, for example, works to ASME A17.1.

What to Check Before You Buy

Most problems with a high-rise passenger elevator are not caused by a bad product. They are caused by a decision made at the wrong moment. These are the seven checks that prevent the expensive ones.

1. Do not choose on initial price alone. A low purchase price usually leads to higher maintenance costs and earlier modernization. Build a twenty-year lifecycle cost comparison, and include energy, maintenance, spare parts and the expected date of the first major overhaul.

2. Do not underestimate the required speed. An undersized speed shows up as long waiting times during peak hours, and complaints follow quickly. The speed has to come from the traffic calculation, not from a similar project.

3. Do not ignore energy efficiency. In a tall building, the running hours are long and the distance travelled is large, so the gap between an efficient design and an average one compounds every year. Ask whether the drive is regenerative and ask for the basis of the savings figure.

4. Do not overlook after-sales support. Every day an elevator is out of service is a day of lost use and complaints. Ask where spare parts are held, what response time is promised, and whether the supplier will still support this model in ten to fifteen years. An elevator outlives its first control system, so the modernization path matters as much as the initial specification.

5. Do not accept a vague traffic calculation. Ask for probable stops, round trip time, interval and handling capacity in writing, for your building. A supplier who answers with a standard car size has not designed anything.

6. Do not treat standards as marketing language. Ask for type-examination certificates and their numbers. “Complies with local requirements” is not evidence, and the gap is usually discovered at inspection, when it is expensive to close.

7. Do not skip factory pre-commissioning. Elevators that undergo full system linkage testing before dispatch typically produce fewer site problems and a smoother handover. Ask whether the system is tested as a linked whole, and ask for the record.

The real cost of a high-rise passenger elevator appears over years, not during bidding.

Часто задаваемые вопросы

What speed does a high-rise elevator need? It depends on height and zoning. Common practice is 2.0 to 2.5 m/s for 10 to 20 floors, 3.0 to 5.0 m/s for 20 to 40 floors, and 6.0 to 10.0 m/s above 40 floors. For high-rise projects, at least 5 m/s is a reasonable starting point. The correct answer, however, comes from the round trip time calculation for your building, not from the floor count alone.

How many passenger elevators does a high-rise building need? The number follows from the handling capacity and interval targets. Industry practice suggests serving no more than 15 to 16 floors with one elevator group. A 60-floor office building with 50 people per floor, designed for a 12 percent up-peak handling capacity and a 30-second maximum interval, needs four zones. The number of cars per zone then follows from the zone population and the round trip time.

Is a machine room-less elevator suitable for a high-rise building? MRL systems are widely used in high-rise projects, including residential towers. They free the space and cost of a separate machine room. Two points need checking: maintenance is carried out in a confined shaft, so service access should be planned; and because MRL designs differ between manufacturers, the space requirements, travel and speed must be confirmed with the supplier rather than assumed.

What is a good waiting time for a high-rise elevator? For office buildings, a maximum interval of 30 seconds during the morning peak is a common design target, and a lower figure is better. Residential and hotel buildings usually work to less demanding targets, because their peaks are spread over a longer period. What matters is that the target is set and that the design is calculated against it.

Traction or hydraulic — which one for a high-rise? Traction. Hydraulic elevators have a practical height and speed limit, and they are normally chosen for heavy loads at low speed. A high-rise passenger elevator uses a gearless traction machine with a variable frequency drive.

What is handling capacity in elevator design? Handling capacity is the percentage of the building population that an elevator group can transport in five minutes during the busiest peak. Together with the interval, it is the standard measure of whether an elevator system is adequate for a building. It is calculated from the round trip time, the number of cars in the group and the number of passengers per trip.

Заключение

The best passenger elevator features for high-rise buildings are not the ones with the highest figures. The right elevator is the one whose traffic numbers were calculated for that specific building. Speed, capacity, drive technology and comfort all matter, but chosen without the calculation they are guesses, and a tall building has no room for guesses.

Five things are worth asking for before you commit: the round trip time calculation, the resulting interval and handling capacity, the type-examination certificates, the twenty-year cost comparison, and the modernization path. A supplier who can answer all five is a supplier who understands high-rise work.

LJ Elevator runs configuration studies for high-rise projects from building height, floor populations and traffic pattern, and provides the supporting calculations with the proposal.