电梯?走向绿色未来

方陵生

除了在电梯间里的短暂时间，我们一般不会过多地想到电梯。对于许多人来说，进入电梯的感觉并不十分美妙，它有可能让人感到幽闭恐怖、尴尬或焦躁不安。但这种垂直运输是工程学上的一个奇迹，电梯在许多高层建筑中永不疲倦地上下往返，不只是简单地将乘客和货物送到酒店客房、大堂和地下室，每次还要携带重达数吨的钢铁电缆一同上下。

电梯面临的挑战

在全球各地的高楼大厦中，每天都有70多亿次的电梯上下之旅。世界上有一半人口居住在城市，预计到2050年，城市人口将占世界总人口的70%，高效节能的垂直交通已成为十分紧迫的一项挑战。为应对城市人口不断涌入和海平面不断上升的严峻现实，开发商不仅需要建造更高的建筑，还需要设计更环保的垂直交通工具，以一种安全且可持续的方式，将居民从地面转移到空中。

目前，最新设计的电梯已包含了许多绿色环保功能，如LED灯、水溶性涂料和可循环利用的建筑材料等，许多公司开始探索从有几百年传统历史的绳索-滑轮系统获取灵感的替代方案。从斜线升降式（如美国拉斯维加斯的卢克索酒店的电梯是以39度的坡度沿着酒店金字塔结构的建筑升降的）到终点调度（将前往同一目的层的乘客安排在同一部电梯中），到磁马达设计（使用磁场驱动电梯间在楼层之间上下升降），世界上的垂直交通正在给我们带来更高的期望和挑战。

然而，电梯目前还存在许多问题，技术老化、电梯间笨重、润滑剂对环境有害、经济成本高等。一栋典型的摩天大楼里，将重达30多吨的电梯提升起来需要的能耗十分庞大。楼层越高，需要的电梯井越多，每一个电梯井都需要有自己的马达，特别高的高层建筑通常还需要在一楼和屋顶之间有一个空中大厅。事实上，电梯通常占建筑物能源使用的2%～10%，包括各种建材设施（室内油漆、地毯、控制面板、照明、通风系统）以及用于操控电梯间本身的机械系统。

以上这些都与美国绿色建筑委员会对建筑物进行能源和环境设计评估认证（LEED）总体得分有关。LEED是全球公认的可持续发展标志，尽管也有许多电梯制造商会请第三方来对他们的材料进行生命周期和毒理学评估，但世界各地的建筑都希望能够得到LEED的认证。

绿色垂直运输计划

虽然LEED直到2016年才发布了最新的电梯标准，但绿色垂直运输计划早在20世纪90年代就已经开始了。例如，无机房（MRL）电梯技术淘汰了安置液压油和机泵的房间，这是电梯设计自一个世纪前实现电气化以来的最大进步之一。无机房电梯占用垂直和水平空间更少，少了机房设计的建筑物屋顶可成为一片宽敞的绿色区域，例如在屋顶上种植植物和安置太阳能电池板等。

如今一些制造商对再生能源驱动系统很感兴趣，正在开发设计可以回收能源的電梯，实现垂直运输行业的可持续发展。2017年，世界领先的电梯公司蒂森克虏伯公司成为首个实现旧电梯更新净能耗为零的公司。现在工程师们不但要找到电梯运行时节约能源的方法，更关键的是，还要找到电梯不运行时节约能源的方法。

蒂森克虏伯电梯美洲公司负责可持续发展的副总裁布拉德·内梅斯说道：“我们实际上产生的能源比我们消耗的要多。”作为垂直运输技术领域的先驱，该公司设计了一种在电梯不用时关闭电梯灯光、风扇，甚至切断电梯驱动设备动力的睡眠模式，电梯在没人用时进入“睡眠”状态，在接收到乘客命令时立即“醒来”。

电梯需要大量能源的原因之一是，即使在没有人使用的情况下仍然需要大量能源维持，例如，在早晨高峰时间过后，电梯处于闲置状态，但电梯系统仍然必须保持通电状态，这样才可以为下一位乘客的呼叫做好准备。为了减少能源浪费，提高效率，奥的斯电梯公司设计了一个名为“CompassPlus目的终点调度”的系统，同一目的层的乘客安排在同一部电梯中。该公司的另一种以太阳能和风能为动力通过电池供电的Gen2专利技术，则使电梯耗能量更低。“如今50个国家250多个城市都使用了奥的斯的这项技术。”奥的斯美洲公司总裁汤姆·维宁说。“到目前为止，我们已经卖出了50多万部Gen2电梯。”

电梯中的新技术

电梯上下运行的电梯井设计对于建筑物的结构完整至关重要，需要同时考虑到建筑物空间的可持续利用和投资回报。奥的斯是世界上最大的垂直运输系统制造商，世界上的一些标志性建筑中都有奥的斯公司的电梯，包括埃菲尔铁塔、帝国大厦、原来的世贸中心，以及公认的世界上最高建筑—高828米的哈利法塔。该公司的电梯生产史可以追溯到19世纪中叶，而提升设备的使用甚至可以追溯到罗马时代。起吊设备、绞车和绞盘等古老的提升装置都激发了早期电梯相应反重力设备的设计和应用灵感。

然而，现代电梯工程师面临一个独特的现代问题：当电梯桥厢被潮水淹没时，如何消除水中有毒有害物质的问题。日益严峻的气候变化形势，意味着严重的风暴潮有可能会淹没电梯井。当潮水退去时，融入水中的电梯系统中的有害润滑剂将直接进入供水系统，对水生生物构成极大威胁。为应对威胁，蒂森克虏伯公司开发了一种以菜籽油为原料的可生物降解的新型润滑剂，以取代有可能造成水体污染的石油产品润滑剂。

迅达电梯公司则致力于减少电梯的能耗和排放。“我们的设备组件有80%是可回收的。”迅达电梯新设备安装部门高级副总裁迈克·拉姆丹恩斯说道。该公司与美国包括赫斯特大厦在内的一些最知名的绿色建筑进行合作，赫斯特大厦是纽约市第一个获得LEED认证的建筑。

根据2017年的一份全球报告，高层建筑的电梯安装价格从50万美元的每层都停的单层电梯到100多万美元的隔层停站双层电梯不等，后者可以分别在单层或双层楼层停站，以减少每次运行的停站次数。根据报告显示，绿色电梯已经逐渐得到认可，一些公用事业公司为绿色“现代化”电梯提供税收优惠，一些安装商向企业和客户提供现场测量数据，展示新安装电梯的真实节能效果。

虽然电梯的更新换代需要付出昂贵代价，但这种付出是值得的。当开发人员采用可持续的垂直运输技术时，他们也在刺激着创新。像蒂森克虏伯的“TWIN”双层电梯，拥有在同一条导轨上运行的各自独立的电梯间，可以在30多层楼的建筑的顶层和底层之间移动而无需在一楼和屋顶之间增加空中大厅，可为企业或住宅楼多腾出一整个楼层。奥的斯设计的较小的电梯设备则利用平型传动带取代传统的绳索，这样可以减少重量、空气阻力和热摩擦。这些解决方案对消费者有很大的吸引力，同时还可以大幅减少建筑物内的能源开支并增加室内美感。

许多公司正在测试更新的技术。例如，总部位于赫尔辛基的电梯制造商Kone Oyj，在一个石灰石矿山中向里钻进350米，创建了一个研究起重材料、机器人技术、振动共振和自由落体的技术实验室。在德国，蒂森克虏伯公司正在测试最新的“MULTI”电梯技术，依靠磁场而非电缆上下运行，这种电梯既可以在建筑物内部运行，也可以在建筑物外部运行，既可以垂直运行，也可以水平运行，为建筑师提供了一系列创新的可能性。

近年来，亚洲和中东地区的“高层建筑热”导致电梯需求激增。如，中国的城镇化计划极大地增加了对垂直交通的需求。迪拜是世界上最高的18座高楼所在地，那里的全景电梯、人类环境改造突破系统和降噪技术，都是垂直运输领域内前沿新技术创新的标志。将于2020年完工的沙特阿拉伯的吉达塔将是第一个高度达到1000米的建筑。

未来，当一位乘客乘坐电梯升上隐没在云层中的第300层楼层时，他将在完全由太阳能驱动的无绳电梯间内完成这次上升之旅。这样的电梯将可以自由地旅行，建筑师在设计电梯时将不再受到地心引力的限制。在一个土地资源有限的星球上，可持续向上发展的海拔高度是最重要的。

迅达电梯公司的拉姆丹恩斯说道：“随着城市化进程的迅速发展，我们的工作就是确保我们有能力比以往任何时候都升得更高。”