YUKARİ YÖNDE ASANSÖR TRAFİĞİ VE PERFORMANS HESABI C.Erdem İMRAK * M.Cüneyt FETVACI** GİRİŞ. er binanın fonksiyonuna göre değişen insan ve yüklerin hareketliliği kullanılacak transport sisteminin seçimini ve Günümüzde asansörlerin kullanımı bina içindeki insan sirkülasyonuna cevap vermek için hızla artmıştır. Üç veya daha fazla katlı binalarda asansör hizmetinden yararlanmak bir mecburiyet haline gelmiştir. Ayrıca hastahanelerde hasta ve özürlülerin bina içinde rahat hareket edebilmeleri için de asansörlergereklidir. Asansör sistemi tarafından sunulan servis sadece yeterli değil, aynı zamanda uygun daolmalıdır. Yavaş ve verimsiz çalışan asansör sistemleri binaların faaliyetlerini etkilemekte ve insanları huzursuz etmektedir. Bu çalışmada asansör mekanik dizaynından önce yapılması gereken asansör trafik ve performans hesabı ele alınacak, konuyla ilgili iki örnek verilecektir. -maliyeti etkilemektedir. Aynı kullanım fonksiyonu olan binalarda kadararası mesafenin değişik olması, binanın yatay ve dikey yönde ilerlemesi de bu hareketliliği etkilemektedir. Aynı iç zemin alanına sahip ancak yükseklikleri veya inşaat alanı farklı olan binalar ; sirkülasyon elemanları tarafından işgal edilen saha oranı ile asansörler ve diğer mekanik donanımın parasal maliyetlerinde önemli bir değişim gösterirler. Merdivenler, koridorlar ve mekanik sistemlerin dizaynı önemli olmakla beraber, bina kalitesi ilk olarak, meydana gelecek insan sirkülasyonunun analizine bağlıdır. Anahtar sözcükler : Asansör trafiği, periormans hesabı, bekleme zamanı trafik akışı, İnsan ve yüklerin bina içinde bir yerden diğer bir yere taşınması sırasında geçen zaman ve hareket halindeki insan ve yüklerin yoğunluğu önemlidir. Binanın kalitesinin incelenmesi, koridorların, merdivenlerin To serve the indoor people circulation the application of elevators nowadays rapidly increases. In the buildings with three or more stories the use of elevator servico becomes compulsory. The elavators are especially necessary in hospitals for circulation of patients and disabledes in the buildings comfortably. The service perfomed by elevator system is not only adequate but also convenient at the same time. Slow andunefticienl elevatorsystems affect building actmes and make people uneasy. In this study elevator traffic and performance calculations which should be done before elevator mechanical design are examined and two illustrative examples are given. ve düşey transport sistemlerinin düzgün seçilmesi ve dizayn edilmesi anlamına gelmektedir. Bina yüksekliğinin kapalı alanların hareketliliğe oranı ile doğrudan ilişkisi vardır. Hizmet için kullanılan iç mekanların toplam mekana oranının bina yüksekliğine (kat adedine) göre değişimi Tregenza tarafından Şekil l'de görüldüğü gibi ifade edilmştir [1]. Keywords : Elevator traffic, traffic flow, pcrfomance calculation, waiting time Doç.Dr., İTO. Makina Fakültesi " Araş.Gör.Dr., İTÜ. Makina Fakültesi Şekil 1. Kat Adedine Göre Hizmet İçin Kullanılan. Alanların Toplam Alana Oranı 18
Zemin alanı oranının bina yüksekliği ile artma eğilimi gösterdiği ve bu örnekle 3 ve. 15 kat arasında hemen hemen 2 katına çıkardığı kolaylıkla görülebilir. Binaların yükseklikleri arttığında asansörler ve yangın merdivenleri düşey transport için kaçınılmaz olarak karşımıza çıkmaktadır. Bina nüfusu aynı kaldığı halde artan kat adedine göre asansörlere öncelik verilerek merdiven alanları azalmakta ve asansör sayısı da artmaktadır. ASANSÖR TRAFİĞİ VE TRAFİK AKIŞ HESABİ Hizmet talep eden insanların asansör vasıtasıyla katlar arasındaki ulaşımını düzenleyen kurallar topluluğu olarak tanımlanan asansör trafiğinden, maksimum sayıda insanın, minimum zamanda hedeflenen kadara ulaştırılması beklenmektedir [2]. Binalarda monte edilecek asansör tesislerinin proje ve tesis edilmesinde öncelikle trafik hesabının ve analizinin yapılması bir zorunluluk olarak belirtilmiştir. Asansör Yönetmeliğinde trafik hesabı, "bina şekil ve ihtiyaçlarına göre asansör (kabin) adet, hız, kapasite kumanda ve kullanım şekillerini en ekonomik biçimde tespit eden hesap tarzıdır" şeklinde tanımlanmakta ve hesap sonucu kabin adedi ve kapasitesine uygun asansörlerin binalara tesis edilmesi hükümleri getirilmiştir [2,3]. Asansör trafik akış hesabının temel amacı, insanların kadarda bekleme sürelerini en aza düşürmek ve konfor sağlamakür. Katta bekleme süreleri, kullanıcının çağrı düğmesine basmasıyla başlar, asansörün bu çağrıya cevap vermesiyle son bulur. Bu süre ne kadar kısa olursa, trafik analizinin o derecede iyi yapılmış, asansörün kapasite ve hızının iyi seçildiğini gösterir. Binanın kullanım amacına göre yolculuk süresinin 60 ila 90 saniye arasında olmasının en konforlu hal olduğunu göstermektedir [4,5]. Asansörün performansını ölçmede iki kriter dikkate alınır: belli bir zaman diliminde taşman insan sayısıdır; ikincisi ise asansörden hizmet bekleme süresi ile kadararası seyir mesafesidir. Barney tarafından taşman insan sayısı için ortalama 5 dakika alınması ve yolcular için bekleme süresinin 2 dakika altında olması önerilmiştir [6]. Herhangi bir sebepten dolayı bekleme zamanı artabilir. Asansör kapasitesinin hesabında 5 dakikalık pik trafik akışı ve ulaşma oranı esas alınır. Binada yaşayanların geliş zamanında en yoğun olduğu 5 dakikada, değişik bina tipleri ve karakteristikleri için karşılaştırılabilir bir değerdir [1,2]. Asansörlerin Öncelikle Seçimi Bir asansörün performansı, tanımlanan zamanda taşınan yolcu sayısı, yolcuların asansörü beklerken veya kadar arasında giderken geçen mesafe ve zaman ile ifade edilir. Bu kriterler alındığında sistemler olumlu sonuçlar vermektedir. Taşıma kapasitesi hesaplan genellikle 5 dakikalık pik trafik akışı ve ulaşma oranı esas alınır. Tablo l'de pik yükleme durumunda nominal trafik değerleri verilmiştir ve verilen yüzde değerleri, 5 dakikada ulaşan yolcu sayısının binada oturanların sayısına oranıdır [1, 3, 6]. Tablo 1. Pik Yükleme Durumunda Nominal Trafik Değerleri Bina Tipi Tek kullanıcılı iş merkezi Çok kullanıcılı iş merkezi Eğlence merkezi, oteller Evler % 15-20 11-15 10-15 5-7 Farklı kullanımdaki binalarda tesis edilen asansörlerin ön seçiminde kullanılan tablolar, Williams [7], Linzey [8], Forwood ve Gero [9] ve birçok araştırmacı tarafından geliştirilmiş ve kabin boyudan, hızı ve trafik akışı arasındaki ilişkiler tanımlanmıştır. Kadararası mesafenin 3.3 metre ve giriş üstündeki kabinler için aynı yönlü trafik akışının olduğu 30 saniye ortalama periyoda sahip asansör sistemleri Şekil 2'de yer almaktadır [1]. Mühendis ve Makina - Cilt: 45 Sayı; 531 19
Ana giriş üzerindeki kat adedi Şekil 2. 30 Saniye Periyod İçin Asansör Sistemleri (aynı yönlü trafik) [l] Ana giriş üzerindeki kat adedi Şekil 3. 45 Saniye Periyod İçin Asansör Sistemleri (aynı yönlü trafik) [1] Bu çizelgede 2/0.75 gösterimi, 0.75 m/s hızında 2 görülen grafik yardımıyla yapılabilir. Özellikle iş merkezleri adet kabinli asansör sistemi için kullanılmaktadır. 45 için 45 s periyodlar tercih edilmelidir. Bütün seçimler saniyelik periyodlar için de hesaplama ve seçim Şekil 3'de gündüz yukan-pik trafik akışı için düzenlenir. 20
Yolcu sayısına bağlı yaygın olarak kullanılan kabin kapasiteleri Tablo 2'de yük (kg) ve yolcu sayısı olarak verilmiştir [6,10]. Tablo 2. Nominal Kabin Kapasiteleri Yolcu sayısı 1 2 3 4 6 8 10 12* Yük (kg) 100 160 250 315 450 630 800 900 YOİCÎÎ sayısı 13 16 20* 21 24* 26 28* 33 Yük (kg) 1000 1250 1500 1600 1800 2000 2100 2500 * EN 81 normunda tanımlı olarak verilmeyen büyüklükler Yukarı Yönde Trafikte TaSep Olasılığı Binada bulunanların yoğun olarak binada üst katlara ulaşmak istemesiyle oluşan yukarı yönde trafik, asansör trafik akışının diğer halleri olan aşağı yönde trafik, kadararası trafik ve rasgele trafik arasında en etkili ve belirleyici olandır. Bina içinde üst kadara seyahat etmek isteyen ortalama yolcu sayısı değişmemektedir. Belli bir çevrim içinde bir kattan diğerine gitmek istemeyen yolcu ihtimali olarak kabul edilirse, yukarı yönde trafik durumunda kabinin bir çevrim sırasında duracağı durak sayısı aşağıdaki şekilde ifade edilir, E,=n(!-p 0 )+l (1) burada n kat adedini göstermektedir. Birleşik analiz yöntemi kullanılarak verilen yüksekliğe gelmeden önce seyahat sırasında durulan durak sayısı bulunabilir. Burada kat numarası k ile ifade edilirse olmak üzere seyahat sırasında durulan muhtemel durak sayısı : (1) ve (2) ifadelerinin sağ tarafındaki terimler bir çevrim sırasında yukarı ve aşağı trafiği temsil etmektedir. Bunu takiben ayrıca (2) (3) yazılabilir. Burada herhangi bir çevrim sırasında bir kattan diğerine gitmeme ihtimali olan yolcu olasılığıdır. Belirli bir kata asansörün seyahat olasılığı i olarak tanımlanırsa ve bu kattan daha yüksekte kat olmadığı varsayılırsa en yüksek dönüş katı: (4a) (4b) ifadeleri ile bulunabilir. E, ve Eh için kullanılan (1) ve (4) denklemleri özdeş ve aynı zamanda sürekli sabit yolcu sayısına bağlıdır. ASANSÖR PERFORMANS HESABI Sabah trafik halinde, dolu kabinin zemin kattan yukarı kadara doğru hareket ettiği ve kadarda kabinden çıktığı; en üst dönüş katından zemine döndüğü kabul edilmektedir [6]. Kabinin bu hareketi ve yolcuların inip binmeleriyle oluşan çevrim zamanı aşağıda görülen değerlerin bir fonksiyonudur. a) Kabinin seyir mesafesi Maksimum hızda seyreden ve kat mesafesi sabit bir sistemde, Eh en yüksek dönüş katı (tahmin edilen), h bir katı tam hızda geçme zamanı kabul edilirse, (5) olarak yazılabilir. Burada h zamanı, kat yüksekliği / hız ile bulunur. b) Durak Kadarı Her katta durma sonucu asansörde frenleme, ivmelenme, kapıların hareketi için ilave zamanlar oluşmaktadır. Yakın kadar arasındaki kısa mesafeli seyirlerde, tam kapasite hıza ulaşılamaz. Bu durumda 21
her bir durak katı için ayrı ayrı hesap yapılabilir. Esi, Es2, Ess tahmini durak katları, tsı, ts2, fes eşit mesafedeki kadar için tam kapasitede seyir hızı ile kapı işletim zamanlan alındığında, (6) şeklinde göstermek uygundur. Maksimum hıza ulaşması ve tekrar fren yapması için üç kattan fazla mesafe gereken çok hızlı asansörlerde bu formül çok küçük, genelde önemsiz hata verir, c) Taşınan Yolcu Sayısı Yolcu transferinde, t P her bir yolcunun kabine binip inmesi için geçen zaman ve E P taşınacak yolcu adedi ise, transfer zamanı bulunur. Ep'h (7) Yolcu transfer zamanı kabinin derinliği, kapı genişliği, lobi dizaynı ve asansörü kullanacak toplam insan sayısı ile ilgilidir. Yapılan araştırmalar sonucunda yolcu transferi için, aynı yönlü trafik için t p = 2.1 s ve rastgele katlararası trafik için t p = 3.0 s alınabileceği görülmüştür [1]. Bu durumda bir kabin için çevrim zamanı (seyir zamanı) T, =2-E h -t h +E S1 -t S ı +E S2 -t S2 +E SS -t ss +E p -t p (8) dir. Sabit 3.3 m kat mesafesi için asansör performans parametreleri t h den t kadar olanlar Tablo 3'de verilmiştir. Gözlenen yolcu ulaşma oranı, birim zamanda taşınan yolcu adedine göre hesaplanır. Yolcu ulaşma oranına göre birim zamanda taşınan yolcu sayısı, a,=e p /T, (9) olur. Normalde asansör işletim parametreleri ile yolcu ulaşma oranlarının doğruluğunda tam bir kesinlik olmadığından % 5-10 arasında bir yanılma payına izin verilir [1,6]. Çevrim zamanının önemli miktarda değişmesi neden olan durumlarda en yüksek faktör kabul edilmelidir. C adet asansörün çalıştırıldığı durumda bir kabinin hareketleri arasındaki ana periyod, T C =F-T,/C (10) burada, F değeri, 1.05 ile 1.10 arasında keyfi bir faktördür. Bu durumda yolcu ulaşma oranı ise, a c =E p /T c (11) olur. Zemin kât yüksekliği diğerlerinden fazla olursa ya da herhangi başka bir durumda ana çevrim zamanına sürekli bir ilave vardır. Ti değeri, uygun bir değerle yükseltilmelidir. Yukarı zonlara asansörün servisini hesaplamak için Şekil 4'de verilen 4 eğriden yararlanılır. Kabin %80 yüklü halde iken lokal katlara servis yapıldığında Ti zamanları verilmiştir. Tablo 3. Asansör Parametreleri ve Yolcu Transfer Zamanları Tahrik Motoru Asansör hızı Kapı Genişliği Açılma Durumu 4 tsı ts2 hs redüktörlü AC motor 0.75 m/s 800 mm Normal 4.40 9.50 9.50 9.50 redüktörlü AC motor 1.00 m/s 800 mm 3.30 10.50 10.50 10.50 redüktörlü v-v motor 1.50 m/s 1100 mm 2.20 6.80 6.80 6.80 redüktörsüz v-v motor 2.50 m/s 1100 mm 1.32 7.00 6.90 6.80 redüktörsüz v-v motor 3.50 m/s 1100 mm 0.94 7.40 7.60 7.50 redüktörsüz v-v motor 5.00 m/s 1100 mm 0.66 7.60 8.20 8.30 22
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Üst kat adedi 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Üst kat adedi 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Üst kat adedi 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Üst kat adedi Şekil 4. Tek Kabinin % 80 Yüklü Halde Çevrim Zamanları Tek Kullanıcılı Btsıadakt Asansör Performans Hesabı Ek örnek olarak 800 kişinin bulunduğu tek kullanıcılı ve 10 katlı bir iş merkezi ele alınacaktır. Bu binada tesis edilecek asansörlerin öncelikle seçimi aşağıda gösterilmiştir, a) Tek kullanıcılı iş merkezi için % 15 yolcu ulaşma oranı Tablo l'den alınırsa, 5 dakikadaki taşıma kapasite olarak bulunur. b) Kabin kapasitesi kabul edilen 30 saniyelik periyod 23
ve 24 kişi/dak için Şekil 2 yardımıyla 1250 kg'lık (16 kişilik) olarak okunur, c) Binadaki 10 kat ve 24 kişi/dak için 4 kabinli 2.5 m/s hızlı veya 4 kabinli 1.5 m/s hızlı asansörler seçilebilir. Periyod 30 saniye altında ise ilk seçimi; 30 saniye üzerinde ise sonuncusunun seçimi gerekir. Sonuçta akşam çıkış zamanı ise tam ters yönde trafik akışı yaratılmaktadır. Bu nedenle diğer zamanlara oranla yoğun hareketlilik vardır. Orta ve aşağı katlarda bulunanların merdivenlere yönlendirilmeleri gerekir. Yukarı Zoncla Hizmet Veren Asansör Performans Hesabı Asansör trafiğinde zon, bir grup asansörün hizmet verdiği binada biribiri sıra ardışık kadar topluluğu olarak tanımlanmaktadır [3]. Bu çalışmada ele alınan ikinci örnekte kat yüksekliği 3.3 m olan bir binada yukarı zonda (15-29 katları arasında) bir grup asansör hizmet vermektedir. Zemin kattan yukarı zona 30 kişi/dak yoğunlukta taşıma için kabin sayısı ve büyüklüğü hesaplanacaktır. Seçimi yapabilmek için esas periyod, ilgili ulaşma oranı değişik alternatifler için bulunacak ve en ucuz tesis maliyeti göz önüne alınacaktır. a) Şekil 2 yardımıyla 5 kabinli asansör hızı ilk olarak 2.5 m/s olarak seçilir ve kabin kapasitesi 1250 kg (16 kişilik) olarak seçilir. b) Aynı yönlü trafik akışı için dağılım olasılığı 0.4 alındığında Es değerleri (3) ve EH değeri (4) yardımıyla Es, = 5.3; Ev = 2.0 ; E^ = 22 ; EH = 13.3 okrak hesaplanır. c) Bir kabin için çevrim zamanı T,=2-13.3-1.32+5.3-7.0 + 2.0-6.9 + 2.2-6.8 + (16-0.8)-2.1 = 128s olarak hesaplanbilir. Şekil 4'de görülen Ep = 12.8 olan grafikten ana durak üzerindeki 14 kat ve 2.5 m/s hız için benzer netice okunabilir, d) Lobi katı (15.nci kat) üzerinde 14 ana durak olduğuna göre ilave zaman, olur. e) İlave zamanın dikkate alınmasıyla toplam çevrim zamanı T, =128 + 37 = 165 s dir. f) Ep değeri 12.8 için gerekli ulaşma oranı, a, = (12.8-60)/165 = 4.65 kişi/dak olarak bulunur. Buradan elde edilir. Diğer çözümler ise Tablo 4'de asansör hızı ve kabin kapasitesine göre toplu halde verilmiştir. Yukarı zonda hizmet veren asansör için yapılan performans hesapları sonuçları aşağıda özedenmiştir. a) 3 adet geniş kabin 5.0 m/s hızla 20 kişi/dak ulaşma oranı ile yolcuları taşıyabilir fakat 60 saniye periyod ortaya çıkar. Bu zamanı yarıya indirmek için 5 kabin gerekir. b) 5 adet 1250 kg kapasiteli 3.5 m/s hızlı kabin 24 kişi/dak ulaşma oranı ve 32 saniye periyod verir. c) 3.5 m/s ve 5.0 m/s hızlarda 4 kabin kullanıldığında ise periyod 40 saniye civarına çıkar. Asansör sistemindeki kabin sayısını arttırmak, periyodda azaltma yaratabilir. Benzer şekilde kabin 24
Tablo 4. Yukarı Zonda Hizmet Veren Asansör İçin Performans Hesapları Asansör hızı [m/s] Kabin kapasitesi [kg] Toplam çevrim zamanı [s] Ulaşma oranı fkişi/dak] T, = 152 a ; = 5.1 3.5 1250 7V = 40 a 4 = 19.2 r, = 32 a, = 24.0 3.5 1500 T; =168 T 4 = 44 a; = 5.7 a, = 21.8 5.0 1250 T, = 140 T 4 = 31 O; = 5.5 a 4 = 20.8 5.0 2100 T, = 170 Tj = 60 a, = 6.8 cij=\9a kapasitesini arttırmak ise, taşıma kapasitesini arttırır ancak bununla birlikte periyod değerini de arttırır. Asansör hızındaki artış, taşıma kapasitesinde çok az bir artış ve periyodda kayde değer bir iyileşme sunmaktadır. SONUÇLAR VE ÖNERİLER. Asansör Yönetmeliğinde belirtildiğe gibi bina kullanım fonksiyonuna göre asansör sistemindeki kabin adet, hız, taşıma kapasitesi, kumanda ve kullanım şekillerini en ekonomik biçimde tespit eden hesap tarzı olan ve mekanik tasarımdan önce yapılması istenen trafik hesabı ve performans hesabı bu çalışmada tanımlanmakta ve performans hesabı sonucu kabin adedi ve kapasitesinin seçimine ait örnekler ele alınmıştır. Asansör tesisini projelendiren mühendislerin sorumluluğunda olan trafik hesabı ve performans analizi daha sonra ortaya çıkacak uzun beklemeler, zaman kaybı ve sonradan yapılacak düzenlemelere harcanacak masraflar gibi sorunları ortadan kaldıracaktır. KAYNAKÇA 2. îmrak, CE. Kapalı Mekanlarda İnsan Trafiği ve Asansör Trafik Hesabı, Mühendis ve Makina Temmuz 1999, Cilt 40, Sayı 474, s. 21-25, TMMOB Makina Mühendisleri Odası Aylık Yayını 3. îmrak, CE., Gerdemeli, Î., 2000. Asansörler ve Yürüyen Merdivenler, Birsen Yayınevi, İstanbul. 4. Imrak, C.E., "Asansör Kontrol Sistemleri ve Trafik Analizi", 7. Uluslararası Makina Tasarımı ve İmalat Kongre Kitabı, 11-13 Eylül 1996, ODTÜ, Ankara, s.351-360. 5. Barney, G.C., Dos Santos, S.M., "Elevator Traffic Analysis, Design and Control", Peter Peregrinus Ltd., 1995. 6. Barney, G.C., 2003. Elevator Traffic Handbook. Ellis Horwood, London 7. Williams, RH., 1974. Selectin of Passenger Lifts for Tall Office Buildings, Architects'Journal, Vol. 160, s.1337-1340. 8. Iinzet, M.P.T., 1973. Optimum List Design for Tall Buildings, Building Science, Vol.8 s.27-32. 9. Forwood, B.S, Gero, J.S., 1970. Computer Simulated Oft Design-Analysis, Computer Report CR9, Dept. of Arc. Sei., University of Syndey. 10. Strakosch, G.R., 1982. Vertical Transportation : Elevators and Escalators, 2nd Edition, John Wiley & Sons, New York. 1. Tregenza, P., 1976. The Design of Interior Circulation, Crosby Lockwood Staples, London. 25