電梯?走向綠色未來

方陵生

除了在電梯間里的短暫時(shí)間，我們一般不會(huì)過多地想到電梯。對(duì)于許多人來說，進(jìn)入電梯的感覺并不十分美妙，它有可能讓人感到幽閉恐怖、尷尬或焦躁不安。但這種垂直運(yùn)輸是工程學(xué)上的一個(gè)奇跡，電梯在許多高層建筑中永不疲倦地上下往返，不只是簡單地將乘客和貨物送到酒店客房、大堂和地下室，每次還要攜帶重達(dá)數(shù)噸的鋼鐵電纜一同上下。

電梯面臨的挑戰(zhàn)

在全球各地的高樓大廈中，每天都有70多億次的電梯上下之旅。世界上有一半人口居住在城市，預(yù)計(jì)到2050年，城市人口將占世界總?cè)丝诘?0%，高效節(jié)能的垂直交通已成為十分緊迫的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)城市人口不斷涌入和海平面不斷上升的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)，開發(fā)商不僅需要建造更高的建筑，還需要設(shè)計(jì)更環(huán)保的垂直交通工具，以一種安全且可持續(xù)的方式，將居民從地面轉(zhuǎn)移到空中。

目前，最新設(shè)計(jì)的電梯已包含了許多綠色環(huán)保功能，如LED燈、水溶性涂料和可循環(huán)利用的建筑材料等，許多公司開始探索從有幾百年傳統(tǒng)歷史的繩索-滑輪系統(tǒng)獲取靈感的替代方案。從斜線升降式（如美國拉斯維加斯的盧克索酒店的電梯是以39度的坡度沿著酒店金字塔結(jié)構(gòu)的建筑升降的）到終點(diǎn)調(diào)度（將前往同一目的層的乘客安排在同一部電梯中），到磁馬達(dá)設(shè)計(jì)（使用磁場驅(qū)動(dòng)電梯間在樓層之間上下升降），世界上的垂直交通正在給我們帶來更高的期望和挑戰(zhàn)。

然而，電梯目前還存在許多問題，技術(shù)老化、電梯間笨重、潤滑劑對(duì)環(huán)境有害、經(jīng)濟(jì)成本高等。一棟典型的摩天大樓里，將重達(dá)30多噸的電梯提升起來需要的能耗十分龐大。樓層越高，需要的電梯井越多，每一個(gè)電梯井都需要有自己的馬達(dá)，特別高的高層建筑通常還需要在一樓和屋頂之間有一個(gè)空中大廳。事實(shí)上，電梯通常占建筑物能源使用的2%～10%，包括各種建材設(shè)施（室內(nèi)油漆、地毯、控制面板、照明、通風(fēng)系統(tǒng)）以及用于操控電梯間本身的機(jī)械系統(tǒng)。

以上這些都與美國綠色建筑委員會(huì)對(duì)建筑物進(jìn)行能源和環(huán)境設(shè)計(jì)評(píng)估認(rèn)證（LEED）總體得分有關(guān)。LEED是全球公認(rèn)的可持續(xù)發(fā)展標(biāo)志，盡管也有許多電梯制造商會(huì)請(qǐng)第三方來對(duì)他們的材料進(jìn)行生命周期和毒理學(xué)評(píng)估，但世界各地的建筑都希望能夠得到LEED的認(rèn)證。

綠色垂直運(yùn)輸計(jì)劃

雖然LEED直到2016年才發(fā)布了最新的電梯標(biāo)準(zhǔn)，但綠色垂直運(yùn)輸計(jì)劃早在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)開始了。例如，無機(jī)房（MRL）電梯技術(shù)淘汰了安置液壓油和機(jī)泵的房間，這是電梯設(shè)計(jì)自一個(gè)世紀(jì)前實(shí)現(xiàn)電氣化以來的最大進(jìn)步之一。無機(jī)房電梯占用垂直和水平空間更少，少了機(jī)房設(shè)計(jì)的建筑物屋頂可成為一片寬敞的綠色區(qū)域，例如在屋頂上種植植物和安置太陽能電池板等。

如今一些制造商對(duì)再生能源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)很感興趣，正在開發(fā)設(shè)計(jì)可以回收能源的電梯，實(shí)現(xiàn)垂直運(yùn)輸行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。2017年，世界領(lǐng)先的電梯公司蒂森克虜伯公司成為首個(gè)實(shí)現(xiàn)舊電梯更新凈能耗為零的公司?，F(xiàn)在工程師們不但要找到電梯運(yùn)行時(shí)節(jié)約能源的方法，更關(guān)鍵的是，還要找到電梯不運(yùn)行時(shí)節(jié)約能源的方法。

蒂森克虜伯電梯美洲公司負(fù)責(zé)可持續(xù)發(fā)展的副總裁布拉德·內(nèi)梅斯說道：“我們實(shí)際上產(chǎn)生的能源比我們消耗的要多?！弊鳛榇怪边\(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū)，該公司設(shè)計(jì)了一種在電梯不用時(shí)關(guān)閉電梯燈光、風(fēng)扇，甚至切斷電梯驅(qū)動(dòng)設(shè)備動(dòng)力的睡眠模式，電梯在沒人用時(shí)進(jìn)入“睡眠”狀態(tài)，在接收到乘客命令時(shí)立即“醒來”。

電梯需要大量能源的原因之一是，即使在沒有人使用的情況下仍然需要大量能源維持，例如，在早晨高峰時(shí)間過后，電梯處于閑置狀態(tài)，但電梯系統(tǒng)仍然必須保持通電狀態(tài)，這樣才可以為下一位乘客的呼叫做好準(zhǔn)備。為了減少能源浪費(fèi)，提高效率，奧的斯電梯公司設(shè)計(jì)了一個(gè)名為“CompassPlus目的終點(diǎn)調(diào)度”的系統(tǒng)，同一目的層的乘客安排在同一部電梯中。該公司的另一種以太陽能和風(fēng)能為動(dòng)力通過電池供電的Gen2專利技術(shù)，則使電梯耗能量更低。“如今50個(gè)國家250多個(gè)城市都使用了奧的斯的這項(xiàng)技術(shù)。”奧的斯美洲公司總裁湯姆·維寧說?！暗侥壳盀橹?，我們已經(jīng)賣出了50多萬部Gen2電梯。”

電梯中的新技術(shù)

電梯上下運(yùn)行的電梯井設(shè)計(jì)對(duì)于建筑物的結(jié)構(gòu)完整至關(guān)重要，需要同時(shí)考慮到建筑物空間的可持續(xù)利用和投資回報(bào)。奧的斯是世界上最大的垂直運(yùn)輸系統(tǒng)制造商，世界上的一些標(biāo)志性建筑中都有奧的斯公司的電梯，包括埃菲爾鐵塔、帝國大廈、原來的世貿(mào)中心，以及公認(rèn)的世界上最高建筑—高828米的哈利法塔。該公司的電梯生產(chǎn)史可以追溯到19世紀(jì)中葉，而提升設(shè)備的使用甚至可以追溯到羅馬時(shí)代。起吊設(shè)備、絞車和絞盤等古老的提升裝置都激發(fā)了早期電梯相應(yīng)反重力設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用靈感。

然而，現(xiàn)代電梯工程師面臨一個(gè)獨(dú)特的現(xiàn)代問題：當(dāng)電梯橋廂被潮水淹沒時(shí)，如何消除水中有毒有害物質(zhì)的問題。日益嚴(yán)峻的氣候變化形勢，意味著嚴(yán)重的風(fēng)暴潮有可能會(huì)淹沒電梯井。當(dāng)潮水退去時(shí)，融入水中的電梯系統(tǒng)中的有害潤滑劑將直接進(jìn)入供水系統(tǒng)，對(duì)水生生物構(gòu)成極大威脅。為應(yīng)對(duì)威脅，蒂森克虜伯公司開發(fā)了一種以菜籽油為原料的可生物降解的新型潤滑劑，以取代有可能造成水體污染的石油產(chǎn)品潤滑劑。

迅達(dá)電梯公司則致力于減少電梯的能耗和排放?！拔覀兊脑O(shè)備組件有80%是可回收的?！毖高_(dá)電梯新設(shè)備安裝部門高級(jí)副總裁邁克·拉姆丹恩斯說道。該公司與美國包括赫斯特大廈在內(nèi)的一些最知名的綠色建筑進(jìn)行合作，赫斯特大廈是紐約市第一個(gè)獲得LEED認(rèn)證的建筑。

根據(jù)2017年的一份全球報(bào)告，高層建筑的電梯安裝價(jià)格從50萬美元的每層都停的單層電梯到100多萬美元的隔層停站雙層電梯不等，后者可以分別在單層或雙層樓層停站，以減少每次運(yùn)行的停站次數(shù)。根據(jù)報(bào)告顯示，綠色電梯已經(jīng)逐漸得到認(rèn)可，一些公用事業(yè)公司為綠色“現(xiàn)代化”電梯提供稅收優(yōu)惠，一些安裝商向企業(yè)和客戶提供現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，展示新安裝電梯的真實(shí)節(jié)能效果。

雖然電梯的更新?lián)Q代需要付出昂貴代價(jià)，但這種付出是值得的。當(dāng)開發(fā)人員采用可持續(xù)的垂直運(yùn)輸技術(shù)時(shí)，他們也在刺激著創(chuàng)新。像蒂森克虜伯的“TWIN”雙層電梯，擁有在同一條導(dǎo)軌上運(yùn)行的各自獨(dú)立的電梯間，可以在30多層樓的建筑的頂層和底層之間移動(dòng)而無需在一樓和屋頂之間增加空中大廳，可為企業(yè)或住宅樓多騰出一整個(gè)樓層。奧的斯設(shè)計(jì)的較小的電梯設(shè)備則利用平型傳動(dòng)帶取代傳統(tǒng)的繩索，這樣可以減少重量、空氣阻力和熱摩擦。這些解決方案對(duì)消費(fèi)者有很大的吸引力，同時(shí)還可以大幅減少建筑物內(nèi)的能源開支并增加室內(nèi)美感。

許多公司正在測試更新的技術(shù)。例如，總部位于赫爾辛基的電梯制造商Kone Oyj，在一個(gè)石灰石礦山中向里鉆進(jìn)350米，創(chuàng)建了一個(gè)研究起重材料、機(jī)器人技術(shù)、振動(dòng)共振和自由落體的技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。在德國，蒂森克虜伯公司正在測試最新的“MULTI”電梯技術(shù)，依靠磁場而非電纜上下運(yùn)行，這種電梯既可以在建筑物內(nèi)部運(yùn)行，也可以在建筑物外部運(yùn)行，既可以垂直運(yùn)行，也可以水平運(yùn)行，為建筑師提供了一系列創(chuàng)新的可能性。

近年來，亞洲和中東地區(qū)的“高層建筑熱”導(dǎo)致電梯需求激增。如，中國的城鎮(zhèn)化計(jì)劃極大地增加了對(duì)垂直交通的需求。迪拜是世界上最高的18座高樓所在地，那里的全景電梯、人類環(huán)境改造突破系統(tǒng)和降噪技術(shù)，都是垂直運(yùn)輸領(lǐng)域內(nèi)前沿新技術(shù)創(chuàng)新的標(biāo)志。將于2020年完工的沙特阿拉伯的吉達(dá)塔將是第一個(gè)高度達(dá)到1000米的建筑。

未來，當(dāng)一位乘客乘坐電梯升上隱沒在云層中的第300層樓層時(shí)，他將在完全由太陽能驅(qū)動(dòng)的無繩電梯間內(nèi)完成這次上升之旅。這樣的電梯將可以自由地旅行，建筑師在設(shè)計(jì)電梯時(shí)將不再受到地心引力的限制。在一個(gè)土地資源有限的星球上，可持續(xù)向上發(fā)展的海拔高度是最重要的。

迅達(dá)電梯公司的拉姆丹恩斯說道：“隨著城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展，我們的工作就是確保我們有能力比以往任何時(shí)候都升得更高?！?/p>