電梯?走向綠色未來

方陵生

除了在電梯間里的短暫時間，我們一般不會過多地想到電梯。對于許多人來說，進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。但這種垂直運輸是工程學(xué)上的一個奇跡，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挑戰(zhàn)。為應(yīng)對城市人口不斷涌入和海平面不斷上升的嚴峻現(xiàn)實，開發(fā)商不僅需要建造更高的建筑，還需要設(shè)計更環(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），到磁馬達設(shè)計（使用磁場驅(qū)動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、潤滑劑對環(huán)境有害、經(jīng)濟成本高等。一棟典型的摩天大樓里，將重達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，每一個電梯井都需要有自己的馬達，特別高的高層建筑通常還需要在一樓和屋頂之間有一個空中大廳。事實上，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械系統(tǒng)。

以上這些都與美國綠色建筑委員會對建筑物進行能源和環(huán)境設(shè)計評估認證（LEED）總體得分有關(guān)。LEED是全球公認的可持續(xù)發(fā)展標志，盡管也有許多電梯制造商會請第三方來對他們的材料進行生命周期和毒理學(xué)評估，但世界各地的建筑都希望能夠得到LEED的認證。

綠色垂直運輸計劃

雖然LEED直到2016年才發(fā)布了最新的電梯標準，但綠色垂直運輸計劃早在20世紀90年代就已經(jīng)開始了。例如，無機房（MRL）電梯技術(shù)淘汰了安置液壓油和機泵的房間，這是電梯設(shè)計自一個世紀前實現(xiàn)電氣化以來的最大進步之一。無機房電梯占用垂直和水平空間更少，少了機房設(shè)計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。

如今一些制造商對再生能源驅(qū)動系統(tǒng)很感興趣，正在開發(fā)設(shè)計可以回收能源的電梯，實現(xiàn)垂直運輸行業(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實現(xiàn)舊電梯更新凈能耗為零的公司。現(xiàn)在工程師們不但要找到電梯運行時節(jié)約能源的方法，更關(guān)鍵的是，還要找到電梯不運行時節(jié)約能源的方法。

蒂森克虜伯電梯美洲公司負責(zé)可持續(xù)發(fā)展的副總裁布拉德·內(nèi)梅斯說道：“我們實際上產(chǎn)生的能源比我們消耗的要多。”作為垂直運輸技術(shù)領(lǐng)域的先驅(qū)，該公司設(shè)計了一種在電梯不用時關(guān)閉電梯燈光、風(fēng)扇，甚至切斷電梯驅(qū)動設(shè)備動力的睡眠模式，電梯在沒人用時進入“睡眠”狀態(tài)，在接收到乘客命令時立即“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備。為了減少能源浪費，提高效率，奧的斯電梯公司設(shè)計了一個名為“CompassPlus目的終點調(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個國家250多個城市都使用了奧的斯的這項技術(shù)?！眾W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)

電梯上下運行的電梯井設(shè)計對于建筑物的結(jié)構(gòu)完整至關(guān)重要，需要同時考慮到建筑物空間的可持續(xù)利用和投資回報。奧的斯是世界上最大的垂直運輸系統(tǒng)制造商，世界上的一些標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世紀中葉，而提升設(shè)備的使用甚至可以追溯到羅馬時代。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)計和應(yīng)用靈感。

然而，現(xiàn)代電梯工程師面臨一個獨特的現(xiàn)代問題：當(dāng)電梯橋廂被潮水淹沒時，如何消除水中有毒有害物質(zhì)的問題。日益嚴峻的氣候變化形勢，意味著嚴重的風(fēng)暴潮有可能會淹沒電梯井。當(dāng)潮水退去時，融入水中的電梯系統(tǒng)中的有害潤滑劑將直接進入供水系統(tǒng)，對水生生物構(gòu)成極大威脅。為應(yīng)對威脅，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_電梯新設(shè)備安裝部門高級副總裁邁克·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行合作，赫斯特大廈是紐約市第一個獲得LEED認證的建筑。

根據(jù)2017年的一份全球報告，高層建筑的電梯安裝價格從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，以減少每次運行的停站次數(shù)。根據(jù)報告顯示，綠色電梯已經(jīng)逐漸得到認可，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節(jié)能效果。

雖然電梯的更新?lián)Q代需要付出昂貴代價，但這種付出是值得的。當(dāng)開發(fā)人員采用可持續(xù)的垂直運輸技術(shù)時，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)軌上運行的各自獨立的電梯間，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樓層。奧的斯設(shè)計的較小的電梯設(shè)備則利用平型傳動帶取代傳統(tǒng)的繩索，這樣可以減少重量、空氣阻力和熱摩擦。這些解決方案對消費者有很大的吸引力，同時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，在一個石灰石礦山中向里鉆進350米，創(chuàng)建了一個研究起重材料、機器人技術(shù)、振動共振和自由落體的技術(shù)實驗室。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行，這種電梯既可以在建筑物內(nèi)部運行，也可以在建筑物外部運行，既可以垂直運行，也可以水平運行，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)化計劃極大地增加了對垂直交通的需求。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)，都是垂直運輸領(lǐng)域內(nèi)前沿新技術(shù)創(chuàng)新的標志。將于2020年完工的沙特阿拉伯的吉達塔將是第一個高度達到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，他將在完全由太陽能驅(qū)動的無繩電梯間內(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)計電梯時將不再受到地心引力的限制。在一個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。

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