Doppelstockaufzüge – eine echte Lösung?

von Simon Russett, Geschäftsführer von Hoare Lea Lift Engineering

Einführung/Geschichte

Seitdem die Menschen zum Himmel blicken, scheinen sie ein tiefes Bedürfnis verspürt zu haben, hohe Bauwerke zu errichten, um darin zu leben, zu arbeiten oder ihren Göttern zu huldigen. In den letzten 5000 Jahren wurden weltweit zahlreiche große Steinbauten als Tempel, Orte der Ruhe oder zum Schutz errichtet, beispielsweise die Pyramiden in Ägypten, Anchorage in Kambodscha und Machu Picchu in Südamerika.

Solche Gebäude verfügten offensichtlich über keine mechanischen Aufzüge! Dies änderte sich Ende des 19. Jahrhunderts, als Elisha Graves Otis den ersten sicheren Aufzug erfand und ihn auf der Weltausstellung im Crystal Palace in New York City vorführte. In Nordamerika erlebte man einen wirtschaftlichen Aufschwung, der mit dem neu gewonnenen Wohlstand und dem Entwurf einiger der höchsten Gebäude der Welt einherging. Beispielsweise war der 110-stöckige Sears Tower in Chicago, der 1873 fertiggestellt wurde, das erste Gebäude mit Sky-Lobbys, Doppelstockaufzügen und lokalen Doppelstockaufzügen. Diese Megabauten erforderten ein neues Konzept für die Personenbeförderung.

Diese Erfindung, zusammen mit neuen Bautechniken mit Stahl, ebnete den Weg für eine Generation von Hochhäusern wie dem Chrysler Building, dem Empire State Building und dem Eiffelturm. Alle bis 1930 errichteten Gebäude nutzten herkömmliche einstöckige Aufzüge, die die einzelnen Gebäudebereiche bedienten. Die Otis Elevator Company entwickelte eine innovative Lösung mit zwei Kabinen in einem gemeinsamen Tragseil und installierte 1931 acht Doppelstockaufzüge mit zugehörigem Bediensystem im 66-stöckigen „Cities Service Building“ in New York City. Die obere Kabine bediente die geraden, die untere die ungeraden Stockwerke. Der Einsatz dieser Technologie war für dieses Gebäude jedoch nicht optimal, da das Untergeschoss für eine geplante U-Bahn-Station im Untergeschoss vorgesehen war. Die U-Bahn wurde nie gebaut, und schließlich stellte sich heraus, dass die Bedienung aller Stockwerke mit den oberen Kabinen für das Fahrgastaufkommen völlig ausreichte.

Double deck elevators (DD) can be compared to railways. These move large numbers of people horizontally using common connected carriages with a single drive system - double deck elevators use the same principle by creating vertical trains with double stacked cars. DD elevators comprise two passenger cars, one located above the other, connected to one suspension and drive system. The lower and upper decks can serve two adjacent floors simultaneously and during peak periods the decks are arranged to serve `even’ and `odd’ floors.

Seit 1930 ist die Nachfrage nach DD-Aufzügen mit dem Wachstum und der Komplexität der Gebäude stetig gestiegen. In den 1960er Jahren erlebten DD-Aufzüge einen neuen Aufschwung und etablierten sich endgültig.

The first buildings with all DD local elevators and a single zone of DD shuttle elevators were the twin 88 storey Petronas Towers in Kuala Lumpur, completed in 1997 by Otis. The same technology was used on the 88 storey International Finance Centre (IFC) Tower in Hong Kong, completed in 2004 also by Otis. The first building with all DD local elevators and dual zone DD shuttle elevators was the 101 story Taipei Financial Center, completed in 2004 by Toshiba. This 508 metre high building became the worlds tallest, breaking the half kilometre mark. It also smashed the record for high speed elevators from 12m/s to 16.8m/s.  This equates to a vertical top speed of just over 60km per hour. The title of the world's tallest building was held by the Burj Dubai, a mixed-use residential project completed in 2010, standing at 829 meters tall and featuring two double-deck (DD) elevators traveling at 10 m/s, as well as a series of single-deck (SD) elevators.

Europa-/Nordamerikanisches Modell

Weltweit gibt es Tausende von Doppelstockaufzügen in Hunderten von Gebäuden. Verglichen mit den fast 6.5 Millionen Aufzügen, die heute in Betrieb sind (siehe Abbildung: Weltweite Aufzüge), machen Doppelstockaufzüge nur 0.01 % des globalen Aufzugsmarktes aus und werden ausschließlich in Hochhäusern eingesetzt. Otis deckt rund 80 % des weltweiten Absatzes ab; weitere Anbieter sind Kone, Mitsubishi, Schindler, Hitachi und Toshiba.

DD-Aufzüge sind in den USA, Asien und China relativ verbreitet. Obwohl Europa über 50 % aller Aufzüge weltweit besitzt, gibt es dort nur 24 DD-Aufzüge in sechs Gebäuden. Das erste DD-System in Großbritannien wurde von der Express Lift Company im ehemaligen NatWest Tower, heute Tower 42, installiert. Der Turm wurde mit fünf DD-Aufzügen sowie einer Reihe von SD-Aufzügen ausgestattet.

In London gibt es rund 86 Millionen Quadratfuß belegte Gewerbefläche. Neue Büroflächen sind gefragt, und der Platzmangel führt zu immer höheren Gebäuden. Sollte der Markt Gebäude mit mehr als 35 Stockwerken erfordern, könnten Doppelaufzüge eine Lösung für das Problem der vertikalen Bewegung bieten.

The North American model is largely used in buildings of around 100 storeys with SD local elevators and DD elevators acting as shuttles to sky lobbies. It seems unlikely this model will fit the UK or Europe; generally because few buildings in Europe are this high – most are likely to be between 30 - 60 levels. In the UK it is likely DD elevators will be used as the passenger elevators – not as shuttle elevators. For passengers, the experience will be the same – they will not necessarily be aware they are travelling in a DD elevator.

DD-Aufzüge sind als primäres vertikales Transportsystem für eine Reihe geplanter Hochhäuser in London vorgesehen, darunter beispielsweise der Broadgate Tower von British Land, der Heron Tower von Gerald Ronson, der London Bridge Tower von Sellar Properties, der Blackfriars Bridge Tower von Land Securities und der Bishopsgate Tower von DIFA. Sollten diese Projekte realisiert werden, dürfte die Anzahl der DD-Aufzüge in Großbritannien in den nächsten 5–10 Jahren auf rund 50 Einheiten steigen und sich damit im Vergleich zu Europa verdreifachen.

Vorteile/Einschränkungen von Doppelstockaufzügen

Der eigentliche Vorteil von Doppelaufzügen (DD) liegt darin, dass sie Personen in der gleichen Zeit wie Doppelaufzüge befördern können, jedoch weniger Schachtfläche benötigen. Das Kabinenverhältnis beträgt etwa 2:3, sodass aus 8 Doppelaufzügen 5 oder 6 Doppelaufzüge werden. Als Faustregel gilt für den effizienten Betrieb von Doppelaufzügen eine Zone von etwa 15 bis 18 Etagen pro Fahrgastgruppe, wobei dies jedoch stark von der Gebäudestruktur abhängt. Bei der Auswahl von Aufzugssystemen für bestimmte Gebäude ist Vorsicht geboten, da die Technologie in manchen Fällen ungeeignet sein kann. Für einen effizienten Betrieb von Doppelaufzügen ist eine Geschossfläche von über 2000 m² erforderlich, um eine ausgeglichene Nachfrage und eine hohe Übereinstimmung der Fahrgastzahlen zwischen aufeinanderfolgenden Etagen zu gewährleisten. Dies lässt sich mithilfe von Software wie Elevate (von Peters Research) berechnen, um einen Kennwert zu ermitteln. Die Ergebnisse können anschließend im Aufzugshandbuch (Barney 2005) überprüft werden, um festzustellen, ob Doppelaufzüge eine effektive Lösung darstellen.

Die Fahrgäste werden zu den Rolltreppen geleitet; von dort aus können sie das gewünschte Stockwerk auswählen, entweder gerade oder ungerade. Sobald ein Aufzug hält, um eine Fahrt aus einem oberen Stockwerk zu bedienen, werden Fahrten zu jedem beliebigen Zielstockwerk zugelassen. Üblicherweise werden Fahrten zu den oberen Stockwerken dem letzten Stockwerk zugewiesen. Das erste Stockwerk bedient die Fahrten, die mit den Haltestellen des letzten Aufzugs übereinstimmen. Eine effizientere Lösung ist die Auswahl des optimalen Stockwerks für die Fahrt. Moderne Doppelstockaufzüge verfügen über ausgeklügelte Steuerungssysteme, die sicherstellen, dass das beste Aufzugsdeck ausgewählt wird, um Wartezeiten, Fahrzeiten und die Anzahl der Haltestellen pro Aufzug zu minimieren. Bei der Fahrt nach oben bedient das untere Stockwerk die Fahrten in den oberen Stockwerken, und bei der Fahrt nach unten bedient das untere Stockwerk die Fahrten in die unteren Stockwerke.

Moderne Steuerungssysteme wie die Hall Call Allocation (HCA) beseitigen die Probleme, die entstehen, wenn Fahrgäste ihr Ziel erst im Zug festlegen, da die Eingabe über einen Touchscreen in der Lobby erfolgt. Die Zielwünsche werden personalisiert und anschließend in Etagengruppen zusammengefasst, was die betriebliche Effizienz deutlich steigert. HCA beseitigt außerdem die Nachteile für Fahrgäste außerhalb der Stoßzeiten, wenn ein Zug auf einem Deck hält, ohne dass auf dem anderen Deck ein Zug ankommt oder ein anderer Zug anfährt. Zudem sind keine Überwachungskameras und Bildschirme in beiden Wagen mehr erforderlich, um die Auslastung zu überwachen.

Die Mehrheit der DD-Anlagen in Großbritannien wird HCA-Steuerungen verwenden, und einige, wie beispielsweise der von Kohn Pedersen Fox entworfene Heron Tower, verfügen sogar über DD-Wagen aus Glas! (Siehe Scenic DD als Referenz, da dies nicht von Heron stammt).

Fallstudie

Kürzlich war ich an der Planung neuer Aufzüge für einen bestehenden Turm in Victoria beteiligt. Dieser Turm umfasste 27 Stockwerke und bot rund 26.000 m² Bürofläche. Die Gebäudesanierung sah die Schaffung von 41.000 m² durch den Anbau von bis zu drei höheren Geschossen und die Erweiterung der Fassaden vor. Die bestehenden Aufzüge bestanden aus zwei Gruppen mit je sechs Wagen, die die oberen und unteren Bereiche bedienten. Die Vergrößerung der Bürofläche würde die Leistungsfähigkeit dieser Konfiguration unbrauchbar machen. Um dieses Problem zu lösen, wurden zahlreiche Lösungsansätze geprüft.

1. Die bestehenden 12 Schächte bleiben erhalten und es werden 4 neue Schächte hinzugefügt. Dadurch entstehen Flach-, Mittel- und Hochhaussysteme, die die BCO-Leistung erreichen. Das offensichtliche Problem ist die Platzierung der vier neuen Schächte und der damit verbundene Verlust an Netto-Immobilienfläche (siehe Abbildungen 1 und 2 für Flach-, Mittel- und Hochhaussysteme).
2. Bieten Sie Systeme für niedrige, mittlere und hohe Gebäude an und verbessern Sie die Systemleistung mit HCA-Regelungssystemen. Dies erforderte weiterhin die gleichen Systeme, reduzierte aber lediglich die Gruppe der niedrigen Gebäude auf drei. HCA-Regelungen arbeiten im Spitzenlastbetrieb am effizientesten, jedoch weniger effizient im Zwei-Wege- und im Abwärtslastbetrieb.
3. Die bestehenden Schächte sollten beibehalten und doppelstöckige Personenaufzüge installiert werden. Die Analyse ergab, dass vier doppelstöckige Aufzüge für niedrige und vier für hohe Gebäude vorgesehen sind. Mit einer Übereinstimmungsrate von 77 % für die Anrufe wurden die Leistungsanforderungen des BCO erfüllt. Durch diese Option wurden in jeder Gruppe zwei Schächte frei, die nun für zwei neue Lastenaufzüge genutzt werden können, da das Gebäude nur über minimale Kapazitäten verfügt.
4. Um die Probleme mit der gleichzeitigen Belastung der oberen und unteren Decks zu lösen, waren Rolltreppen zwischen den beiden Lobbyebenen erforderlich. Zur Einhaltung des Behindertengleichstellungsgesetzes (DDA) wurden außerdem zwei Pendelaufzüge zwischen den Ladeebenen benötigt, und praktischerweise standen dafür auch zwei Schächte zur Verfügung (siehe Abbildungen 1 und 2 der Doppeldeckergruppe). Interessanterweise konnte der Schachtbereich oberhalb der Pendelaufzüge für Steigleitungen der Haustechnik genutzt werden.

Diese Fallstudie verdeutlicht einige wesentliche Vorteile von Doppelstockaufzügen. Dazu gehören beispielsweise eine geringere Flächennutzung, der Einbau von weniger Aufzügen und die dadurch gewonnene Fläche für andere Dienstleistungen. Die allgemeinen Prinzipien lassen sich auch auf neue Projekte übertragen.

Es werden auch einige mögliche Einschränkungen aufgezeigt. Die Hauptzugangsbereiche müssen vergrößert werden, um Rolltreppen und Shuttle-Aufzüge unterzubringen und so die Anforderungen des Behindertengleichstellungsgesetzes (DDA) zu erfüllen. Auch eine geeignete Beschilderung, die Fahrgäste zum richtigen Deck und damit zu ihrem Ziel leitet, muss berücksichtigt werden. Wie bereits erwähnt, tragen HCA-Maßnahmen wesentlich zur Minderung dieser Probleme bei.

Beim Vergleich von Doppel- und Standardaufzügen spielen die finanziellen Aspekte natürlich eine wichtige Rolle. Es ist allgemein bekannt, dass Doppelaufzüge bis zu doppelt so teuer sind wie Standardaufzüge. Zwar werden für die gleiche Leistung weniger Kabinen benötigt als für die gleiche Anzahl an Standardaufzügen, aber nicht die Hälfte. Doppelaufzüge sind daher die teurere Lösung. Die Platzersparnis ist jedoch für Gebäudeeigentümer attraktiv, da mehr Bürofläche über die gesamte Lebensdauer des Gebäudes zu höheren Einnahmen führt. Die jährlichen Wartungskosten sind bei Doppelaufzügen niedriger als bei Standardaufzügen, und die Fahrzeiten während der Spitzenzeiten sind aufgrund der geringeren Anzahl an Haltestellen kürzer. Diese geringere Anzahl an Haltestellen trägt auch zur Energieeinsparung bei.

Moderne DD-Aufzüge können auch die üblichen Einwände und Bedenken ausräumen, wie sie beispielsweise in der folgenden Tabelle aufgeführt sind: