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家用电梯的主要设计特性及选型方法

2021-03-15 17:39:59

在国内,家用电梯无强制性标准,不在特种设备制造许可目录中,其载重量小,提升高度低,因此准入门槛低。市场上的家用电梯厂家较多,不少是贴牌产品,缺少自主的系统性设计。2015 年之前,主流大厂很少涉足该市场。2015 年以后,随着国内别墅兴建热潮的兴起,家用电梯需求增量明显,各大主流电梯厂家纷纷推出自主品牌的家用电梯。作为直接服务于终端用户的一类电梯产品,家用电梯本身兼具了家用电器的特征,在这个市场上,电梯产品的销售模式和产品包装也得到了创新,一些小品牌电梯,以线下体验店模式,在家用电梯热销初期,获得了较大成功,并被各大电梯厂所推广;2019 年,上海三菱推出全新一代家用电梯产品LEON-II,以天猫体验店的销售模式,开展线上销售电梯。在本文中,笔者结合国内市场上现有家用电梯产品,总结了各种驱动形式家用电梯的优缺点,概括了家用电梯在进行设计时需要考虑的主要特性,同时从专业角度,向广大用户介绍如何针对建筑特点进行家用电梯的选型。


1 家用电梯驱动形式及优缺点分析


在作为特种设备的电梯市场上,曳引驱动方式是主流。家用电梯不算特种设备,多种具有古老传统的驱动方式依然活跃,例如螺杆式、卷扬式等强制驱动方式。不同驱动方式,优缺点差异明显。


(1) 螺杆驱动。螺杆式电梯可以简单理解为随平台安装的驱动电动机驱动螺母绕着螺杆转动,由此产生举升力,带动平台向上、向下运动。优点:结构简单,成本低,安装空间小。缺点:敞开式平台,机械噪声大、运行速度慢( 通常为0.15m/s)、舒适感差、螺杆易磨损。


(2) 卷扬驱动。卷扬式电梯原理同辘轳,利用钢丝绳在电动机的旋转作用下卷绕在绳桶上实现轿厢的升降。优点:结构简单,制造成本低,主机的布置可以设置在井道外,布置灵活。缺点:速度底,钢丝绳由于强制弯折,寿命受到影响,通常需要配置齿轮减速箱,运行舒适感差。

(3) 链轮驱动。采用传统的链轮链条传动技术,该驱动方式常见于立体车库。优点:占用空间小,成本低。缺点:运行噪声大,舒适感差,需要大量润滑油。


(4) 液压驱动。采用液压装置的顶伸原理,实现轿厢的上下运行。优点:能耗低,底坑要求小,速度适中,运行噪声小。缺点:易漏油,对高低温敏感,不环保,有气味,噪声大,油路维修不便。


(5) 曳引驱动。通过钢丝绳或者钢带与驱动轮槽的摩擦力驱动轿厢进行升降。优点:能耗低,运行噪声低,运行舒适感好,运行速度高,使用寿命长,自动化程度高。缺点:产品成本较高,土建要求相对于强制驱动电梯( 螺杆驱动、链轮驱动) 高。


2 家用电梯设计时需要考虑的特性


2.1 安全性


家用电梯本质仍是电梯,安全性应等同于特种设备。特种设备应遵循相关的设计制造及安装标准,目前世界范围内,针对家用电梯或别墅电梯的标准如下。


(1) 中国,推荐性国家标准GB/T 21739-2008《家用电梯制造与安装规范》。


(2) 美国,无专用的家用电梯标准,仅在ASME 标准A17.1《电梯与自动扶梯安全规范》的第5.3 节提到了“私人住宅电梯(Private Residence Elevators)”。


(3) 欧洲,无专用的家用电梯标准,私人住宅电梯通常按照EN 81-41《电梯制造与安装安全规范 载人和载货用特殊电梯 第41 部分:为行动不便人员使用的垂直升降平台》。


(4) 澳大利亚,AS 1735.18《电梯、自动扶梯和自动人行道 第18 节:自动控制的私人住宅用乘客电梯》,为强制性标准。


无论是推荐性标准还是强制性标准,均能从设计、制造和安装等多个方面规范电梯产品,保证安全性。此处所指安全性,不仅是指用户直接关心的使用安全性,还指用于维护设备正常运转而进行的专业作业人员的安全性,这些也增加了电梯运行的土建空间需求,增大了按照标准设计的家用电梯的设计难度和复杂性。以上海三菱的LEON-II 家用电梯为例,严格按照推荐性国家标准进行设计制造,在建筑物顶楼层高低至2 750mm、基坑深度低至300mm 的情况下,仍预留了电梯在极限条件下的运行缓冲空间,并配备机械性的保护装置,确保使用者的安全以及维护人员的安全;同时结合家用电梯分布特点及使用特点,配备远程服务系统,实现对电梯安全运行状态的监控并提供基于数据分析的预测性维护指南。


2.2 免维护性


家用电梯具有使用场所私人化、使用空间私密性等特点,从设计上应尽可能考虑免维护特性,从而降低维护频率,减少维护难度。电梯驱动方式、导向系统和悬挂系统的选择对电梯的免维护性造成较大影响。

曳引驱动方式,无齿轮永磁曳引机、滚动导向系统和钢丝绳悬挂方式都能从较大程度上实现系统级的免维护特性。同时配置对关键安全部件、系统进行自动监控和警示的设备或功能,为电梯的免维护特性保驾护航。以LEON-II 家用电梯为例,采用曳引驱动方式,在保证钢丝绳正常使用寿命20 年的情况下,额外配置了钢丝绳断丝检测装置,避免因长期缺少维保和极端使用工况对产品安全造成的潜在风险;采用全滚动导向系统设计,无需额外润滑,对家居环境无油污污染;在控制系统内部,设置了电梯周期性自检功能,为电梯的安全性提供保姆式服务。


2.3 便利性


便利性应成为家用电梯的主要特性之一,它至少应包含如下两项:使用的便利性和救援的便利性。

由于家用电梯的使用人群通常以老年人和未成年人为主,需要针对该特点进行使用便利性定制设计:家用电梯的开门形式应尽量采用自动门,开门尺寸和开关门速度也应特别定制;轿内的操纵面板尽量考虑大按钮、机械式按钮,保证操作的简单直接;厅门召唤设计需要考虑儿童自行乘梯的可能性并作出预防性设置,具备防止儿童误操作的可能。


在救援便利性方面,由于家用电梯多安装在别墅区域,环境私密,局部人口密度低,为电梯因外部因素( 如停电) 或内部因素( 如故障自我保护) 而造成的困人救援造成了阻碍。因此家用电梯故障救援的便利性设计尤为重要。以LEON-II 家用电梯为例,配置停电自动平层功能,电梯停电后可通过备用电源紧急平层放人;可通过按下轿内警铃按钮,实现一键拨号,联系家人及专业的救援人员;公司拥有24h 全国服务热线,完善的分公司、维保站网络,多层次提供救援便利性。


2.4 审美性和审美的可拓展性


轿厢的设计应与家装风格相契合,具有大众审美效果的同时保持个性化与多样性。通过轿厢照明光影效果的设计、箱体表面及地板材质和纹理的选择,将冰冷的工业品调制成温馨、大气的家居品。同时考虑不同人群的个性化审美需求,需要保证足够的预留装潢余量。以LEON-II 家用电梯为例,提供了2 种系列8 款整体轿厢,提供200kg 的可预留装潢余量,充分保证用户审美需求的可拓展性。


2.5 舒适性


家用电梯的设计应保证充分的舒适性,包含平滑的起制动、运行的低噪声、低振动等舒适性。别墅预留的基坑深度小、顶层高度低,井道平面空间有限,上述土建特性限制了轿厢运行平台的结构设计。因此,在家用电梯普及的欧洲地区,复古驱动形式的电梯被广泛采用,例如液压驱动、螺杆驱动、链轮驱动等,这些电梯,从轿厢运行平台的设计方式上,多采用了背包架式结构,从而获得灵活的布置和较大的梯占比,在土建布置上有巨大的优势。但是由于驱动形式古老,控制系统简单,在速度较大时,通常无法获得良好的振动舒适性( 升降平台的速度通常不大于0.15m/s)。对于曳引式的电梯,承载轿厢室的主要结构——轿厢架,主要分为龙门架结构和背包架结构。别墅环境井道的土建尺寸有限,无论轿厢架是哪种结构,导靴的偏载受力情况常见。因家用电梯载重量小,轿厢尺寸小,轿厢架结构不会对舒适性造成较大影响,均能获得良好的振动舒适性。对于龙门架结构的电梯,轿厢导轨双侧布置,占用井道空间大,结构设计复杂,虽然平台的安装调整较为容易,但是井道尺寸的局限也限制了这种优势。对于背包架结构的电梯,仅需单侧布置圈梁,井道布局灵活,易实现贯通门、直角开门等多种情况,更适合小尺寸的别墅井道,不过由于静载状态下导靴受力较龙门架大,设计时需要考虑导靴的静压变形。以LEON-II 家用电梯为例,选用具有灵活布局能力的背包架结构,采用超高分子材料特制轮面的滚动导靴,实现长期静压情况下的快速回弹自适应,可实现电梯稳定良好的运行舒适性能。


2.6 智能化


移动互联网的普及为家用电梯的电器属性提供了技术平台,智能化也必将成为家用电梯的一个重要属性。LEON-II 家用电梯具备故障自动诊断、智能照明、智能水离子风扇、智能光幕等多种智能配置,不仅体现了电梯的科技感,更增加了家用电梯的安全性。全新推出的EleCare 管梯APP,通过手机与电梯的联动,为业主和维保人员提供轻松便捷的用梯、管梯环境。


3 家用电梯的选型方法


家用电梯的选择更需要量身定制,任何一台电梯,都是单独的个体。


(1) 预留井道尺寸的考虑与选择。家用电梯作为垂直运输系统,运动部件与固定部件、运动部件与运动部件之间,要保证必要的安全间隙。同时还要考虑预期失效情况下,额外的安全距离。井道尺寸的大小要根据安全标准的约束,合理选取。LEON-II 家用电梯土建尺寸和布局充分考虑上述风险,可提供未建井道的标准解决方案和已有井道的定制解决方案。


(2) 装潢效果的选择。由于家用电梯的轿厢面积小,装潢的设计感尤为重要。选择家用电梯轿厢装潢时,需要结合别墅家装风格量身定制。工厂预制的装潢产品品质往往优于安装完成后进行的二次装潢,且装潢重量可控,与电梯系统的匹配性高。轿厢灯光氛围的营造是家用电梯的画龙点睛之笔,可作为家居环境的一抹亮店。LEON-II 家用电梯推出的古典优雅系列整体装潢方案涵盖自然典雅、现代奢华、现代中式、新古典等不同设计风格;萤石系列整体装潢通过灯光氛围的营造,提升轿厢空间档次,体现空间人性化,凸显了科技感( 见图1)。

(3) 电梯速度的选择。速度的增大意味着电梯运行具有较大的冲量,需要较大的安全距离。别墅建筑物高度一般在15m 以内,顶层层高矮,电梯底坑浅的情况常见,因此家用电梯的速度不宜大于0.4m/s。公共场所采用较高速度的电梯,除楼宇本身高度较大外,更重要的一点是考虑通勤效率。家居环境不存在通勤效率问题,0.4m/s 是一个优化的选择。


(4) 驱动形式的选择。提升高度小于4m 的情况,可优先考虑强制驱动形式的电梯,如螺杆驱动、卷扬驱动。这些形式的电梯结构简单、速度低、造价低,适用于两层的提升高度。提升高度4m 以上和楼层3层以上,可优先考虑曳引驱动形式的电梯,自动化程度高、速度快、舒适感佳。


(5) 开门形式、开门尺寸的选择。在土建条件允许的情况下,优选自动门。安全系数高,操作简单方便。开门宽度建议在750mm 以上,便于手动轮椅的进出。为了防止儿童对电梯的好奇触碰造成夹手等风险,选用玻璃门时注意采用磨砂贴膜。手拉门一般要求除自动门锁安全系统外,还要求轿厢或平台内要有双重的保护措施,上述措施会涉及较大成本,如果不是遵循推荐标准或者强制标准设计的电梯,此处存在隐患。应确认安全措施的情况下谨慎选用。


(6) 轿内控制方式的选择。虽然触控屏在家电领域已经较为普及,但不推荐电梯的直接操纵界面采用触控形式。建议采用简洁、易用、寿命较长的按钮式操纵箱。如有特别需求,可额外增加液晶显示面板。


(7) 轿厢照明的选择。建议选择能耗低、寿命长的LED 照明,但尽量避免灯光直射,选用具有反光板的设计。


(8) 尽量配置应急救援方案。由于家用电梯的私密性,需要考虑在停电等紧急情况下的应急方案。尽量选择带有停电自动救援装置、轿内对外联络系统的家用电梯,为家人乘梯提供较大限度的安全保障。当然上述配置会额外增加成本。


随着国内家用电梯的推广和普及,市场对家用电梯( 别墅电梯) 提出的要求逐渐提高。


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