Ascensori a due piani: una vera soluzione?

di Simon Russett, Direttore di Hoare Lea Lift Engineering

Introduzione/Storia

Fin da quando gli esseri umani hanno iniziato a guardare il cielo, sembrano aver sentito un bisogno innato di creare strutture elevate in cui vivere, lavorare o rendere omaggio alle divinità prescelte. Negli ultimi 5000 anni sono stati costruiti in tutto il mondo numerosi grandi edifici in muratura come templi, luoghi di riposo o di protezione, come ad esempio le Piramidi in Egitto, Anchor Watt in Cambogia e Machu Picchu in Sud America.

Tali edifici ovviamente non disponevano di mezzi di trasporto verticale meccanici! Ciò avvenne alla fine del XIX secolo, quando Elisha Graves Otis inventò il primo ascensore sicuro e lo presentò all'Institute Fair del Crystal Palace di New York City, nel 1854. L'ascesa del Nord America coincise con una ritrovata prosperità e con la progettazione di alcuni degli edifici più alti del mondo. Ad esempio, la Sears Tower di Chicago, con i suoi 110 piani, completata nel 1973, fu il primo edificio a utilizzare sky lobby con ascensori DD e ascensori SD locali. Queste mega strutture richiedevano un nuovo approccio al trasporto delle persone e al 19.

Questa invenzione, insieme alle nuove tecniche costruttive che prevedevano l'uso dell'acciaio, diede inizio a una generazione di grattacieli come il Chrysler Building, l'Empire State Building e la Torre Eiffel. Tutti gli edifici costruiti fino al 1930 utilizzavano cabine convenzionali a un piano (SD) disposte in modo da servire le diverse zone dell'edificio. La Otis Elevator Company fu pioniera nell'invenzione di un sistema che utilizzava due cabine racchiuse in un'arcata comune e, nel 1931, installò otto ascensori "a due piani" con personale di servizio nel "Cities Service Building" di 66 piani di New York. La cabina superiore serviva i piani pari e quella inferiore i piani dispari. L'applicazione di questa tecnologia a questo edificio non fu del tutto appropriata, poiché il piano inferiore era destinato a servire una stazione della metropolitana, progettata al piano interrato. La metropolitana non fu mai costruita e alla fine si scoprì che utilizzare solo le cabine superiori per servire tutti i piani era sufficiente per gestire il traffico passeggeri!

Gli ascensori a due piani (DD) possono essere paragonati alle ferrovie. Queste trasportano un gran numero di persone orizzontalmente utilizzando vagoni comuni collegati tra loro da un unico sistema di azionamento. Gli ascensori a due piani utilizzano lo stesso principio, creando treni verticali con cabine sovrapposte. Gli ascensori a due piani sono composti da due cabine passeggeri, una posizionata sopra l'altra, collegate da un unico sistema di sospensione e azionamento. I piani inferiore e superiore possono servire simultaneamente due piani adiacenti e, durante le ore di punta, vengono organizzati per servire i piani pari e dispari.

Dal 1930, la domanda di ascensori DD è aumentata costantemente, con l'aumento dell'altezza e della complessità degli edifici. Negli anni '1960, una nuova era: è in questo periodo che gli ascensori DD hanno trovato la loro massima diffusione.

I primi edifici dotati di ascensori locali a doppia alimentazione (DD) e di una singola zona di ascensori navetta DD furono le due torri gemelle Petronas di 88 piani a Kuala Lumpur, completate nel 1997 da Otis. La stessa tecnologia fu utilizzata per la International Finance Centre (IFC) Tower di Hong Kong, anch'essa di 88 piani, completata nel 2004 da Otis. Il primo edificio con ascensori locali a doppia alimentazione (DD) e ascensori navetta DD a doppia zona fu il Taipei Financial Center di 101 piani, completato nel 2004 da Toshiba. Questo edificio alto 508 metri divenne il più alto del mondo, superando la soglia del mezzo chilometro. Sconfisse anche il record di velocità per gli ascensori ad alta velocità, portandolo da 12 m/s a 16.8 m/s. Ciò equivale a una velocità verticale massima di poco più di 60 km/h. Il titolo di edificio più alto del mondo era detenuto dal Burj Dubai, un progetto residenziale a uso misto completato nel 2010, alto 829 metri e dotato di due ascensori a due piani (DD) che viaggiano a 10 m/s, oltre a una serie di ascensori a un solo piano (SD).

Modello Europa/Nord America

Ci sono migliaia di ascensori a due piani (DD) in centinaia di edifici in tutto il mondo. Rispetto ai quasi 6.5 milioni di ascensori in funzione oggi (vedi l'immagine degli ascensori globali), gli ascensori DD rappresentano solo lo 0.01% del mercato globale degli ascensori e sono utilizzati solo per edifici alti. Otis fornisce circa l'80% delle vendite globali; altri fornitori sono Kone, Mitsubishi, Schindler, Hitachi e Toshiba.

Gli ascensori DD sono relativamente comuni negli Stati Uniti, in Asia e in Cina. Sebbene l'Europa disponga di oltre il 50% degli ascensori mondiali, ne conta solo 24 in sei edifici. Il primo sistema DD nel Regno Unito è stato installato in quella che un tempo era la National West Tower, ora Torre 42, da The Express Lift Company. La torre era dotata di cinque ascensori DD, oltre a diversi ascensori SD.

A Londra ci sono circa 86 milioni di metri quadrati di spazi commerciali occupati. La domanda di nuovi uffici commerciali è elevata e la pressione sugli spazi significa che gli edifici stanno diventando sempre più alti. Se il mercato richiede edifici con più di 35 piani, gli ascensori DD potrebbero offrire una soluzione al problema della movimentazione verticale.

Il modello nordamericano è ampiamente utilizzato in edifici di circa 100 piani, con ascensori locali SD e ascensori DD che fungono da navette per le hall panoramiche. Sembra improbabile che questo modello sia adatto al Regno Unito o all'Europa, generalmente perché pochi edifici in Europa raggiungono tale altezza – la maggior parte si aggira tra i 30 e i 60 piani. Nel Regno Unito, è probabile che gli ascensori DD vengano utilizzati come ascensori per i passeggeri, non come ascensori navetta. Per i passeggeri, l'esperienza sarà la stessa: non si accorgeranno necessariamente di viaggiare in un ascensore DD.

Gli ascensori DD sono stati progettati come principale fonte di trasporto verticale per diversi grattacieli in programma a Londra, tra cui la Broadgate Tower di British Land, la Heron Tower di Gerald Ronson, la Sellar Properties London Bridge Tower, la Land Securities Blackfriars Bridge Tower e la Bishopsgate Tower di DIFA. Se questi progetti saranno realizzati, il numero di ascensori DD nel Regno Unito dovrebbe aumentare fino a circa 50 unità nei prossimi 5-10 anni, triplicando il numero di installazioni DD in Europa.

Vantaggi/limitazioni degli ascensori a due piani

Il vero vantaggio dell'ascensore DD è che, sebbene le persone possano essere trasportate nello stesso tempo degli ascensori SD, la superficie del vano richiesta è ridotta. Il rapporto tra le cabine è di circa 2:3, quindi 8 cabine SD diventeranno 5 o 6 cabine DD. La regola generale per il funzionamento efficiente dell'ascensore DD prevede una zona di circa 15-18 piani per ciascun gruppo, sebbene ciò dipenda interamente dalla disposizione dell'edificio. È necessario prestare attenzione nella selezione degli impianti di risalita per edifici specifici, poiché in alcuni casi la tecnologia potrebbe non essere appropriata. Affinché gli ascensori DD funzionino in modo efficiente, è necessaria una superficie di pavimento superiore a 2000 m² per garantire un carico equilibrato e un elevato livello di coincidenza per le persone che si spostano tra piani consecutivi. Questo può essere calcolato utilizzando un software come Elevate (di Peters Research) per determinare un indice di merito. I risultati possono quindi essere verificati utilizzando l'Elevator Handbook (Barney 2005) per determinare se gli ascensori DD offrono una soluzione efficace.

I passeggeri vengono guidati verso le scale mobili; da qui possono selezionare il piano corretto in cui recarsi, sia ai piani pari che a quelli dispari. Non appena un ascensore si ferma per rispondere a una chiamata da un piano superiore, vengono accettate le chiamate di cabina verso qualsiasi piano di destinazione. Un approccio ben noto per la gestione delle chiamate di piano prevede che le chiamate di piano vengano assegnate al piano di coda. Il piano di coda gestisce le chiamate che coincidono con le fermate della cabina di coda. Una soluzione più efficiente consiste nello scegliere il piano di coda migliore per la chiamata di piano. I moderni ascensori DD utilizzano controlli sofisticati per garantire la selezione del piano migliore, riducendo al minimo i tempi di attesa dei passeggeri, i tempi di percorrenza e il numero di fermate effettuate da ciascun ascensore. Durante la salita, il piano inferiore risponde alle chiamate di piano superiore e, durante la discesa, il piano inferiore risponde alle chiamate di piano inferiore.

I moderni sistemi di controllo, come l'Hall Call Allocation (HCA), eliminano i problemi associati alla scelta della destinazione da parte dei passeggeri all'interno della cabina, poiché questa viene inserita tramite un touch screen nella hall. Le richieste di destinazione vengono personalizzate e quindi raggruppate in gruppi di piani, per un'efficienza operativa notevolmente migliorata. L'HCA elimina anche gli svantaggi per i passeggeri durante le ore di punta, quando un piano potrebbe fermarsi per una chiamata senza che vi sia una coincidenza tra un pianerottolo o una chiamata in cabina sull'altro piano. Inoltre, non richiede telecamere a circuito chiuso e schermi di visualizzazione in entrambe le carrozze per visualizzare le condizioni di carico.

La maggior parte delle installazioni DD nel Regno Unito utilizzerà controlli HCA e alcune, come la Heron Tower, progettata da Kohn Pederson Fox, hanno addirittura cabine DD in vetro! (vedere la panoramica DD come riferimento, poiché non è di Heron).

Argomento di studio

Di recente ho partecipato alla progettazione di nuovi sistemi di trasporto verticale (VT) per un grattacielo esistente a Victoria. Questo grattacielo era composto da 27 piani e offriva circa 280,000 piedi quadrati di spazi per uffici. La ristrutturazione dell'edificio avrebbe dovuto fornire 440,000 piedi quadrati aggiungendo fino a tre piani alti e ampliando le facciate. I sistemi di trasporto verticale esistenti erano costituiti da due gruppi da 6 carrozze ciascuno che servivano le zone alte e basse. L'aumento degli spazi per uffici avrebbe reso inaccettabili le prestazioni di questa configurazione. Per superare questo problema, sono state prese in considerazione numerose soluzioni:

1. Mantenere i 12 pozzi esistenti e includerne 4 nuovi. Ciò consentirebbe di realizzare sistemi bassi, medi e alti in grado di raggiungere le prestazioni BCO. Il problema evidente era dove collocare i quattro nuovi pozzi e la perdita di NIA (Inner Intelligence). (vedere le immagini 1 e 2 dei sistemi bassi, medi e alti).
2. Fornire sistemi a bassa, media e alta altezza e migliorarne le prestazioni con sistemi di controllo HCA. Ciò ha richiesto comunque gli stessi sistemi, ma ha ridotto il gruppo a bassa altezza a tre. I controlli HCA funzionano in modo più efficiente in modalità di picco ascendente, ma non altrettanto efficiente in modalità di picco discendente e bidirezionale.
3. Mantenere i vani esistenti e fornire ascensori per passeggeri a due piani. L'analisi ha portato alla fornitura di quattro ascensori a due piani bassi e quattro a due piani alti. Con un indice di merito del 77% per la coincidenza delle chiamate, questo ha soddisfatto i requisiti prestazionali del BCO. Questa opzione ha restituito due vani in ciascun gruppo, che hanno potuto essere utilizzati per ospitare due nuovi montacarichi, dato che l'edificio disponeva solo di una dotazione minima.
4. Per superare i problemi di carico simultaneo dei piani superiore e inferiore, è stato necessario installare scale mobili tra due livelli di atrio. Per garantire la conformità al Disability Discrimination Act (DDA), sono stati inoltre necessari due ascensori navetta tra i livelli di carico e, per maggiore praticità, sono stati resi disponibili anche due vani di corsa (vedere le immagini 1 e 2 del gruppo a due piani). È interessante notare che l'area del vano di corsa al di sopra del requisito navetta poteva quindi essere utilizzata per i montanti dei servizi M&E.

Questo caso di studio illustra alcuni dei principali vantaggi offerti dagli ascensori a due piani. Ad esempio, la riduzione dell'utilizzo dello spazio centrale, l'installazione di un minor numero di ascensori e la creazione di spazio per altri servizi. I principi generali possono essere applicati anche a nuovi progetti.

Mostra anche alcune possibili limitazioni. Le aree di accesso principali devono essere ampliate per ospitare scale mobili e ascensori navetta, al fine di garantire la conformità alla Direttiva sui Diritti di Proprietà Intellettuale (DDA). È inoltre necessario prevedere un'adeguata segnaletica per garantire che i passeggeri siano guidati al piano corretto per raggiungere la destinazione desiderata. Come discusso in precedenza, i controlli HCA contribuiscono notevolmente ad alleviare questi problemi.

Nel confrontare gli ascensori DD con quelli SD è ovviamente importante considerare le implicazioni finanziarie. È ampiamente riconosciuto che i DD hanno un costo di capitale fino al doppio degli ascensori SD. Sebbene siano necessarie meno cabine DD per raggiungere gli stessi requisiti prestazionali delle cabine SD, il numero non è la metà. Gli ascensori DD rappresentano quindi una soluzione più costosa. Tuttavia, il risparmio di spazio ottenuto sarà interessante per i proprietari di edifici, poiché un maggiore spazio per uffici si tradurrà in maggiori ricavi per tutta la durata di vita dell'edificio. I costi di manutenzione annuali sono inferiori per i DD rispetto a una soluzione SD e i tempi di percorrenza durante le ore di punta saranno inferiori rispetto a quelli SD, grazie al ridotto numero di fermate. Questa riduzione delle fermate si traduce anche in un risparmio energetico.

Gli ascensori DD moderni riescono anche a superare la serie standard di obiezioni e preoccupazioni, come quelle elencate nella tabella seguente: