Czy windy mogą jeździć poziomo?
Miliard ludzi na świecie korzysta przynajmniej raz dziennie z windy. Urządzenia dźwigowe tego czy innego rodzaju są używane od tysiącleci. Koloseum w Rzymie wyposażone było w ponad dwadzieścia wind napędzanych mięśniami niewolników. Przez wieki układy krążków i lin stosowano w kopalniach i fabrykach. Erhard Weigel, siedemnastowieczny niemiecki matematyk, wykorzystywał system krążków i lin do transportu wewnątrz siedmiopiętrowego domu w Jenie. Ludwik XV zainstalował w 1743 r. w Wersalu windę przenoszącą go do prywatnych komnat.
Pierwsze drapacze chmur i zmiana modelu kulturowego
Współcześnie znana nam konstrukcja windy została zaprezentowana na nowojorskiej Wystawie Przemysłu Narodów w maju 1854 r. przez Elishę Otisa (1). Opierała się na opatentowanym przez niego rozwiązaniu, czyli linach i przeciwwagach wraz ze sprężynowym mechanizmem zapadkowym, który zatrzymałby windę, gdyby główna lina pękła. Trzy lata po prezentacji Otis zainstalował swoją pierwszą windę pasażerską w budynku składu porcelany E.V. Haughwout and Company. Początkowo trudno było mówić o sukcesie. Klienci nie chcieli jeździć w przerażającym nowym urządzeniu, a firma handlowa pozbyła się go już w 1860 r. Na triumf koncepcja Otisa musiała zaczekać do wprowadzenia kolejnych wynalazków - konstrukcji stalowej ramy, umożliwiającej wznoszenie wyższych budynków, oraz silników elektrycznych, które pozwoliły na zwiększenie szybkości poruszania się wind.
W drugiej połowie XIX wieku winda po raz pierwszy wpłynęła na sposób budowania, na architekturę i ostatecznie na kształt miast w szerszym sensie. Choć zacząć trzeba było od postępów w technice budowlanej, która umożliwiła dodawanie coraz większej liczby kondygnacji, to przecież nie miało sensu mnożenie ich bez zwracania uwagi na to, czy ludzie będą w stanie do wyższych pomieszczeń się dostać - o wnoszeniu mebli i innych rzeczy nie mówiąc. A zatem rosnąca wysokość budynków uwarunkowana była rozwojem technologii transportu do góry.
Pierwsze formy wynoszenia ludzi ku niebu w nowojorskich drapaczach chmur pozostawały dość niezgrabne. W większości przypadków korzystano z podnośników hydraulicznych, ponieważ były znacznie szybsze niż napędzane parą wodną dźwigi firmy Otisa. Wymagały one tłoka wpuszczonego w ziemię na głębokość odpowiadającą wysokości wału windowego. To rozwiązanie niewygodne, ale nie niemożliwe do zrealizowania do wysokości mniej więcej dwudziestu pięter.
Silnik elektryczny zmienił sytuację. Oryginalna winda parowa Otisa wspinała się z prędkością 0,2 m na sekundę. Elektrycznie sterowane windy w pierwszym budynku o pięćdziesięciu piętrach - 241-metrowym Woolworth Building, otwartym w 1913 r. - były ponad dziesięciokrotnie szybsze. Dwie dekady później te w 381-metrowym Empire State Building przemieszczały się z prędkością 6 m/s, co było już bliskie współczesnemu standardowi dla wysokościowców.
Rozszerzając ludzki świat ku górze, winda obaliła wcześniejsze pojęcia prestiżu i komfortu. Przed dwudziestym wiekiem ludzie cenili sobie bliskość ulicy. Pierwsze piętro, tuż nad miejskim zgiełkiem, ale łatwo dostępne, było najbardziej poszukiwane. Wszystko powyżej drugiego piętra zazwyczaj rezerwowano dla służby. W hotelach i kamienicach standardy i ceny spadały wraz z wysokością. Winda nie tylko umożliwiła budowę znacznie wyższych gmachów, ale także zmieniła definicję komfortu mieszkania. Wraz z wysokością czynsze zaczęły rosnąć, a nie spadać. W dzisiejszych nowoczesnych obiektach mieszkania i gabinety wysoko na górze, nawet na poddaszu, często przeobrażane w luksusowy penthouse, są już dla ludzi bogatych i wysoko postawionych.
Szybciej i wygodniej
Obecnie na światowym rynku techniki wind dominuje kilka firm - fińska Kone, niemiecka Thyssenkrupp oraz szwajcarska Schindler, a za nią japońskie Mitsubishi i Hitachi, które przez lata wyeliminowały i zostawiły konkurencje w tyle. I właśnie ta czołówka poszukuje nowych rozwiązań technicznych, pilnie potrzebnych, bo to co sprawdzało się w budynku 50-metrowym, powyżej wysokości 300 m przestaje działać.
Ponad sto budynków na całym świecie liczy sobie już ponad 300 m - prawie wszystkie powstały w tym stuleciu. Nie da się już w nich stosować pojedynczych szybów dla wind o tradycyjnej konstrukcji. Same stalowe liny ważyłyby tyle, by grozić zerwaniem się pod własnym ciężarem. A to nie jedyne problemy, z jakimi borykają się projektanci, a za nimi ludzie mieszkający i pracujący w takich wieżowcach. Kheir Al-Kodmany z University of Illinois badał np. problemy i konflikty związane z długim oczekiwaniem na windy. Pojawiają się też specyficzne kwestie architektoniczne. Bardzo wysokie budynki zwężają się mocno na najwyższych kondygnacjach. Szyby wind nie mogą - więc zajmują niekiedy nawet 40% przestrzeni ostatnich pięter.
Zwiększenie prędkości, na czym skupiają się japońscy producenci dźwigów, pozwala rozwiązać nieco problemy czasowe. Windy zazwyczaj poruszają się z prędkością 8-9 m/s. Modele Mitsubishi w Shanghai Tower są ponad dwukrotnie szybsze, osiągając prędkość 20 m/s. Ale choć użytkownicy cenią sobie szybkość, zwykle ciężko znoszą powstające wtedy przyspieszenia. Prawdę mówiąc, konstruktorzy - co sami przyznają - mogliby budować jeszcze szybsze windy, ale nie wiadomo, czy ludzie znieśliby podróże nimi.
Fińska Kone koncentruje się więc bardziej na doskonaleniu konstrukcji i algorytmach potrzebnych do zapobiegania niepotrzebnym zatrzymaniom i pustym przejazdom, co skracałoby czas oczekiwania i zmniejszało liczbę potrzebnych szybów. Coraz częściej stosuje się rozwiązania informujące użytkowników, z której windy mają skorzystać, zamiast takich, w których to użytkownik mówi systemowi, dokąd chce jechać. Dochodzą do tego konstrukcje wind dwupoziomowych, obsługujących parzyste i nieparzyste poziomy jednocześnie, co optymalizuje wykorzystanie systemu. W testowanych przez Kone rozwiązaniach przewiduje się też oddzielanie w razie potrzeby górnego oraz dolnego pokładu i operowanie dwóch niezależnych wind w jednym szybie. Pojawiły się nawet próby stosowania układu aż trzech wind w tym samym szybie.
Finowie opracowali UltraRope (2), cięgno oparte na włóknie węglowym, które pozwala na budowanie znacznie wyższych pojedynczych dźwigów. Kone za pomocą swoich rozwiązań stworzyła rekordowe systemy dźwigowe w Burdż Chalifa (3), czyli kilometrowym wysokościowcu w Dżuddzie w Arabii Saudyjskiej. Projektowane tam szyby windowe miały sięgać 660 m wysokości. Inwestycję jednak wstrzymano z powodu podejrzeń o korupcję, więc tak wysokie windy zobaczymy być może prędzej gdzie indziej.
Winda po nowemu
Eksperymenty w laboratorium firmy Thyssenkrupp idą dalej, odchodząc w ogóle od zasady konstrukcji linowej. Wykorzystuje się w nich technikę kolei dużych prędkości do stworzenia systemu Multi, opartego na elektromagnetyzmie, nieco podobnie do zasady działania i poruszania się kolei typu maglev - tylko nie na torach lecz w szybach. Usuwa to wszelkie ograniczenia wysokości zasięgu windy, a w dodatku pozwala dodać do ruchu pionowego także ten w poziomie. Oznaczałoby to możliwość wprowadzenia takich możliwości, jak „mijanki” wind, omijanie wind stojących, korzystanie z „nie swojego” szybu, a nawet wyprzedzanie (4).
Pierwszy budynek, w którym uruchomione zostaną tego rodzaju windy - East Side Tower w Berlinie - nie będzie mógł korzystać z Multi, dopóki nie uzyska certyfikatu władz, co stanie się jednak prawdopodobnie całkiem niedługo, bo jeszcze w 2020 r. Nie wykorzysta się tam natomiast w pełni potencjału systemu. Choć bowiem Multi mogłoby zaspokoić wszystkie potrzeby za pomocą zaledwie sześciu szybów, to służby ratownicze, mniej ufne wobec nowej technologii, zażądały dwóch dodatkowych, staromodnych wind, aby mogły dotrzeć do górnych pięter, gdyby coś poszło nie tak.
Tymczasem Adrian Godwin, konsultant zaangażowany w projekty najwyższych budynków na świecie, wraz z Thomasem Heatherwickiem szkicują już projekty budynków ruchomych, w których systemy takie jak Multi w ogóle nie potrzebują tradycyjnie rozumianych szybów. Ich obiekty zmieniałyby geometrię, wraz z nimi zmieniając trajektorie transportujących ludzi wind. Co więcej, windy tego rodzaju mogłyby połączyć całe skupiska budynków, dzielnice i miasta, rewolucjonizując wręcz urbanistykę.
Zatem znów technologia windy wpłynęłaby w decydującym stopniu na kształt miast, w których żyjemy.
Mirosław Usidus
