Abordagem híbrida de uso misto com elevadores de dois andares e elevadores de um andar em edifícios de escritórios.

PALAVRAS-CHAVE: Elevadores de dois andares (DD), elevadores de um andar (SD), capacidade de carga, uso misto, número de paradas, velocidade dos elevadores, comparação de preços, economia de espaço. 

RESUMO

Somente quando elevadores de dois andares (DD) são usados ​​como elevadores de vaivém é possível economizar 50% de espaço. Em comparação com elevadores de um andar (SD), os elevadores DD economizam apenas 30% (ou 1/3) do espaço, em vez dos 50% esperados. No entanto, seus custos de equipamento e manutenção são de 2.5 a 3.5 vezes maiores do que os dos elevadores SD com a mesma capacidade por andar. Isso os torna uma solução menos viável para países em desenvolvimento. Além disso, os elevadores DD consomem energia excessiva fora dos horários de pico, quando ambos os andares operam com poucos passageiros. Este artigo propõe uma abordagem híbrida inovadora que combina elevadores DD com elevadores SD para otimizar o espaço, reduzir custos e melhorar a eficiência energética em edifícios de escritórios, principalmente em edifícios de escritórios com um único inquilino.

Um projeto anterior de um edifício de escritórios com 29 andares inicialmente exigia 12 elevadores SD. Substituí-los por elevadores DD com a mesma capacidade por andar exigiria oito elevadores DD. Por fim, foi implementada uma solução otimizada: seis elevadores DD atendiam os andares T1 a T23, enquanto três elevadores SD atendiam os andares 24 a T29. Os seis elevadores DD operavam apenas nos horários de pico, enquanto os três elevadores SD funcionavam continuamente. Durante os horários de pico, esses elevadores SD atendiam apenas os executivos seniores nos seis andares superiores, mas fora dos horários de pico, estavam disponíveis para todos os ocupantes do edifício, reduzindo significativamente o consumo de energia. 

Essa abordagem híbrida também é aplicável a edifícios de escritórios mais altos. Para edifícios com 45 a 55 andares, serão necessários dois grupos de elevadores DD e quatro elevadores SD; para edifícios com 65 a 75 andares, serão necessários três grupos de elevadores DD e cinco elevadores SD. Cada grupo de elevadores DD atenderá 20 andares para otimizar o uso desses elevadores, mas o principal objetivo dessa configuração é economizar energia significativamente nos horários de menor movimento. 

1. INTRODUÇÃO

Esta inovação foi originalmente inspirada pela experiência do autor na substituição de seis elevadores de um andar por seis elevadores de dois andares no edifício da Câmara Municipal de Westminster (WCH), construído na década de 1960, entre 2017 e 2019 (Liang Hongliang, 2020). O projeto WCH foi o primeiro no Reino Unido em que seis elevadores de um andar foram totalmente substituídos por seis elevadores de dois andares, e possivelmente o segundo no mundo. Durante esse período, o autor observou que os elevadores de dois andares consumiam significativamente mais energia fora dos horários de pico, em comparação com os elevadores de um andar. Além disso, como os elevadores de dois andares precisavam operar continuamente, sofriam maior desgaste, resultando em custos mais elevados de manutenção e reparo. Neste artigo, apresenta-se uma abordagem híbrida de uso misto, combinando elevadores de dois andares e elevadores de um andar em edifícios de escritórios.

2. CRITÉRIOS DE PROJETO PARA EDIFÍCIOS DE ESCRITÓRIOS

2.1 Tráfego matinal unidirecional ascendente Capacidade de atendimento do grupo

A Capacidade de Atendimento de Grupos é usada para avaliar a "quantidade" de serviço de elevadores durante o período de pico de tráfego ascendente. Ela representa o número de pessoas, ou a porcentagem da população da zona, que podem ser transportadas pelos elevadores no mesmo período de 5 minutos de tráfego usado para medir o Tempo Médio de Espera. 

Capacidade de atendimento de grupos em horários de pico = 12% ou mais em um período de 5 minutos 

2.2 Intervalo Médio (IM) ou Tempo Médio de Espera no tráfego matinal de sentido único em horário de pico 

O Intervalo Médio (IM) ou Tempo Médio de Espera (TME) refere-se à "qualidade" do serviço de teleférico durante o período de maior movimento. O gráfico a seguir indica os padrões que aplicamos para avaliar os níveis de serviço com base no tempo médio de espera:

3. PRINCÍPIOS APLICADOS AQUI NO PROJETO DE TRANSPORTE VERTICAL 

Desde junho de 2014, este autor trabalha como consultor de transporte vertical (TV); no cabeçalho nº 3: altere "transporte vertical" para "TV". Em física, potência é definida como a taxa na qual o trabalho é realizado sobre um objeto. É uma grandeza dependente do tempo que reflete a rapidez com que uma tarefa é concluída. A fórmula para potência é P = W / t, onde P representa a potência, W é o trabalho e t é o tempo. Essencialmente, a potência é calculada dividindo-se a quantidade de trabalho realizado pelo tempo necessário para completá-lo.

Considerando um edifício de escritórios com 25 a 30 andares e elevadores SD em uma zona, a capacidade de carga VT pode ser representada da seguinte forma:

P = n₁ x SX Qg x (1.5 xv₁) = 2/3 xn₁ x D x Qg x (1.5 xv₁) = 1/2 xn₁ x D x Qg x (1.5 xv₁) + 3 x SX Qg x (2 xv₁) =fxm/s

Nota: Se os elevadores de um único piso estiverem em duas zonas;

P = (1/2 x n₁) x SX Qg xv₁ + (1/2 x n1) x SX Qg x (2 xv₁) = n₁ x S x Qg x (1.5 xv₁)

em que:

3.1 Princípio 01

O primeiro princípio no projeto de transporte vertical (TV) é minimizar ao máximo o número de poços de elevador.

3.2 Princípio 02

O segundo princípio no projeto de elevadores verticais é manter as velocidades de elevação o mais baixas possível. Quando as velocidades de elevação excedem 2.5 m/s, cada aumento de 2 m/s dobra o custo por unidade. Para zonas de baixa altura, a velocidade não deve exceder 4.0 m/s. Isso ocorre porque, quando a velocidade ultrapassa 3.5–4.0 m/s, a configuração do cabo muda de 2:1 para 1:1, resultando em uma máquina duas vezes maior que um sistema 2:1, aumentando significativamente os custos. Para melhorar a eficiência de movimentação sem aumentar a velocidade de elevação, a chave é reduzir o número de paradas. Com sistemas de alto desempenho, um tempo de ciclo (T) de 8.7 segundos entre andares significa que cada parada requer pelo menos 5 segundos, o que impacta fortemente o tempo médio de espera. Para selecionar a velocidade para escritórios, o Tempo Nominal de Deslocamento deve variar na faixa de 20 a 30 segundos, conforme estabelecido pela norma ISO 8100-32:2020. 

Além de reduzir o número de paradas, outra abordagem é aumentar a capacidade da cabine do elevador. Em edifícios comerciais, a capacidade mínima padrão da cabine é de 1,275 kg. Aumentá-la para 1,600 kg, 1,800 kg ou 2,000 kg pode melhorar a eficiência de movimentação. Na mesma velocidade, o custo por elevador aumentaria apenas 20 a 30%, em comparação com um aumento de 50 a 100% devido a velocidades mais altas.

3.3 Princípio 03

O terceiro princípio no projeto de VT é evitar o uso de elevadores de dois andares (DD), exceto quando utilizados como elevadores de ligação. Os custos de equipamento e manutenção de cada elevador DD são de 2.5 a 3.5 vezes maiores do que os de elevadores de um andar (SD) com a mesma capacidade por andar. Além disso, os elevadores DD consomem significativamente mais energia fora dos horários de pico, já que ambos os andares permanecem operacionais mesmo quando atendem poucos passageiros.

Se todos os elevadores de um edifício forem de dois andares, independentemente de o edifício estar dividido em zonas ou não, surge outro problema: os passageiros que trabalham nos andares superiores enfrentarão os maiores tempos de viagem. Normalmente, os andares superiores abrigam altos executivos e escritórios VIP, o que significa que esses ocupantes de alto status teriam experiências de viagem piores do que seus subordinados. Além disso, sua privacidade não seria bem protegida. Portanto, a solução ideal é usar elevadores de um andar nos andares superiores para garantir um melhor serviço aos ocupantes VIP.

4. Como podemos minimizar o número de elevações necessárias?

Utilizando sistemas de controle de "chamada de destino", elevadores de dois andares e saguões panorâmicos em edifícios mais altos, a Figura 1 compara o espaço central economizado com o uso de elevadores de dois andares em vez de elevadores de um andar (Godwin A CPD). A Figura 2 mostra um projeto real de terceiros, que apresenta três grandes problemas: Primeiro, os elevadores de dois andares em zonas de arranha-céus têm uma velocidade de 6 m/s, o que resulta em custos de equipamento e manutenção muito elevados. Segundo, cada grupo de elevadores de dois andares atende apenas 14 andares, muito menos do que o número ideal de 20 andares (Godwin A CPD), resultando em redundância significativa de equipamentos em ambos os grupos. Terceiro, o consumo de energia é excessivo fora dos horários de pico.    

4.1 Número efetivo de andares para elevadores de um e dois andares

Os elevadores de dois andares possuem duas cabines dispostas uma sobre a outra dentro de um cabo de aço, permitindo que passageiros em dois andares consecutivos sejam atendidos simultaneamente.

4.2 Regras práticas para aplicações de elevadores de dois andares

Segundo Godwin:

• O alcance efetivo do piso é de 20 andares, enquanto os elevadores de um único andar têm um alcance efetivo de 12 andares.
• Grandes lajes de piso
• População de 100 a 120 pessoas por andar.
• 40 a 60 andares sem saguão panorâmico
• Prédios com 80 a 100+ andares e saguão panorâmico.
• elevadores de transporte expresso
• Prédios altos e esguios com mais de 70 andares.
• Prédios baixos de 10 a 20 andares com 200 pessoas por andar.
• Alturas de piso idênticas são preferíveis.

5. EXPLORAÇÃO DO PROBLEMA E DESENVOLVIMENTO DO PROJETO 

5.1. Projeto inicial

O autor trabalhou em um projeto de um edifício de escritórios de 29 andares em um país em desenvolvimento, onde o projeto inicial (Figuras 4 e 5 e Tabela 5) foi aprovado pelo cliente. O desempenho é mostrado na Tabela 6. No entanto, alguns meses depois, o cliente solicitou uma avaliação de uma solução com elevadores de dois andares para o edifício. A principal razão para essa solicitação foi o aumento significativo da população. Além disso, os restaurantes estavam localizados no segundo andar, mas nenhum elevador de passageiros — com exceção dos elevadores do estacionamento — oferecia acesso direto a esse andar. Com elevadores de dois andares, seria possível instalar um par de escadas rolantes, permitindo que os passageiros acessassem o segundo andar a partir do primeiro andar (térreo) com facilidade.

5.1 Segundo Projeto Oito Elevadores de Dois Andares

O segundo projeto, com oito elevadores de dois andares em um mesmo grupo, é mostrado nas Figuras 6 e 7A. A Figura 7B representa uma inovação do autor em relação à Figura 2 (um projeto real de terceiros). A Figura 7B possui oito elevadores de dois andares em um único grupo de controle de destino, mas com quatro andares em comum para maior tolerância a falhas e melhor manuseio. Seu desempenho é apresentado na Tabela 8, sendo ainda melhor que o da Figura 7A. 

 5.2 Uso misto: Três elevadores de um andar e seis elevadores de dois andares.

Após a realização de diversas simulações por meio do Adsimulo (Godwin et al., 2012), foi criado o terceiro projeto, que utilizava três elevadores de um andar com seis elevadores de dois andares (Figuras 8 e 9). Seu desempenho é apresentado na Tabela 9.

5.3 Avaliação de Engenharia 

O terceiro projeto, que combina elevadores de dois andares (DD) e de um andar (SD), requer nove poços de elevador, tornando o núcleo do elevador extremamente compacto. No entanto, devido à localização do projeto, o autor não recomendou essa solução. Dito isso, esse projeto poderia ser adequado para países desenvolvidos, particularmente em grandes metrópoles internacionais como Londres, Paris e Nova York.

6. CONCLUSÕES

Adrian Godwin (1958-2019), da MovvéO Ltd, chegou à conclusão de que a economia de espaço de 30% era baseada nos resultados de simulações de tráfego VT, o que significa que, se um prédio de escritórios com menos de 30 andares precisar de 12 elevadores SD, precisará de 8 elevadores DD para ter capacidade de atendimento suficiente. 

A utilização mista de três elevadores de um andar e seis elevadores de dois andares neste edifício de escritórios de 29 andares permite economizar um quarto do número de poços, embora ocupe pouco espaço em comparação com dois grupos de seis elevadores de dois andares em duas zonas. Apesar de ainda não estar disponível, esta seria a melhor solução de transporte vertical para edifícios de escritórios com 28 a 30 andares em grandes metrópoles internacionais. Esta abordagem híbrida também é aplicável a edifícios de escritórios mais altos: para edifícios com 45 a 55 andares, serão necessários dois grupos de elevadores de dois andares e quatro elevadores de dois andares; para edifícios com 65 a 75 andares, serão necessários três grupos de elevadores de dois andares e cinco elevadores de dois andares. Cada grupo de elevadores de dois andares atenderá 20 andares para otimizar o uso desses elevadores, mas o principal objetivo desta configuração é economizar energia significativamente nos horários de menor movimento.

7. NOTA DO AUTOR

Adrian Godwin foi o primeiro a utilizar o controle de destino em elevadores de dois andares. Neste artigo, utilizo principalmente sua apresentação de desenvolvimento profissional contínuo para arquitetos sobre as últimas tendências em design de transporte vertical e BIM como referência; algumas imagens e tabelas foram retiradas diretamente dessa apresentação. Portanto, este artigo também é dedicado à memória do Sr. Godwin, que foi meu mentor e meu herói.