W bardzo wysokiej windzie problemem staje się ciężar samej liny
Winda w wieżowcu nie podnosi tylko kabiny i pasażerów. Musi również rozpędzać długie liny nośne i elementy kompensacyjne, których masa rośnie wraz z wysokością szybu. Przy kilkuset metrach pionowej podróży tradycyjna lina stalowa może stać się jednym z głównych składników całej poruszającej się masy i wymuszać większy silnik, przeciwwagę oraz zużycie energii. KONE opracowało UltraRope z rdzeniem z włókna węglowego, którego masa jest około jednej piątej masy porównywalnej liny stalowej. Firma wskazuje, że technologia pozwala projektować znacznie dłuższe pojedyncze przejazdy windą, nawet do około kilometra. To nietypowa granica wysokości budynku: nie chodzi o wytrzymałość wieży, lecz o logistykę poruszania ludzi w pionie.
Każdy dodatkowy metr szybu dokłada metr liny
W klasycznej windzie trakcyjnej kabina jest połączona z przeciwwagą przez liny prowadzone przez koło napędowe. W niskim budynku masa lin jest stosunkowo niewielka względem kabiny i ładunku. W wieżowcu o setkach metrów wysokości sytuacja się zmienia. Długie liny nośne, liny kompensacyjne i inne ruchome elementy sumują się do wielu ton. Silnik musi nie tylko przemieszczać pasażerów, ale również kontrolować tę dodatkową masę podczas przyspieszania, hamowania i zmian kierunku.
Cięższa lina wymusza większą maszynę
Wraz ze wzrostem masy ruchomej rosną wymagania wobec napędu, hamulców, przeciwwagi i elementów konstrukcyjnych szybu. Większy silnik potrzebuje więcej miejsca i energii, a sama większa masa generuje kolejne obciążenia. KONE podaje przykład, w którym konwencjonalna technologia dla bardzo wysokich budynków oznacza dziesiątki ton elementów poruszających się w szybie. To sprzężenie zwrotne sprawia, że transport pionowy ma własną granicę praktycznej skali, niezależną od tego, czy sam budynek można jeszcze konstrukcyjnie podwyższyć.
Włókno węglowe zmniejsza masę około pięciokrotnie
UltraRope ma rdzeń z włókna węglowego pokryty warstwą zapewniającą odpowiednie tarcie na kole napędowym. Producent podaje, że masa liny jest około jednej piątej masy podobnego rozwiązania stalowego. Zmniejszenie ciężaru lin redukuje całkowitą masę ruchomą, co pozwala stosować mniejsze maszyny i ograniczać zużycie energii. Dodatkową zaletą jest inna charakterystyka dynamiczna włókna węglowego, przez co lina jest mniej podatna na problemy związane z kołysaniem budynku przy silnym wietrze.
Wysokość budynku to także problem transportowy
W ekstremalnie wysokich budynkach nie da się myśleć wyłącznie o konstrukcji i elewacji. Ludzie muszą dotrzeć na setne piętro w akceptowalnym czasie, a szyby wind zajmują cenną powierzchnię kondygnacji. Dlatego stosuje się sky lobby, windy ekspresowe, systemy dwupokładowe i inteligentne sterowanie ruchem. Lżejsze liny są częścią tego samego problemu. Technologia wysokościowa osiąga punkt, w którym kilka kilogramów zaoszczędzonych na każdym metrze liny może być równie istotne jak innowacja w betonie czy stali. Wieżowiec jest w praktyce pionowym systemem transportowym opakowanym w konstrukcję.
Lina odczuwa także kołysanie całego budynku
W superwysokiej wieży szyb windy nie jest idealnie nieruchomą pionową rurą. Podczas silnego wiatru cały budynek kołysze się, a bardzo długa lina może wykonywać własne drgania poprzeczne. Jeżeli jej częstotliwości zbliżą się do częstotliwości ruchu budynku, amplituda może wzrosnąć i wymusić ograniczenie pracy wind. KONE wskazuje, że włókno węglowe ma inną charakterystykę rezonansową niż stal, co ogranicza podatność na takie problemy. Transport pionowy jest więc powiązany nie tylko z ciężarem, ale również z dynamiką całego wieżowca.
Mniej masy to także mniejsze zużycie energii
Lżejszy układ lin oznacza, że przy każdym ruszaniu i hamowaniu trzeba rozpędzić mniejszą masę. Producent wskazuje więc nie tylko możliwość dłuższego przejazdu, ale również oszczędność energii i mniejsze wymagania wobec napędu. Korzyść rośnie wraz z wysokością, bo właśnie wtedy udział masy lin w całym układzie staje się największy.