تصميم مبانٍ للمكاتب التجارية للطاقة الصفرية في البيئات الحضرية

Why Zero Energy Matters in Urban Office Environments

وتشكل مباني المكاتب التجارية الحضرية حصة كبيرة من استهلاك الطاقة العالمية وانبعاثات غازات الدفيئة، فمع توسع المدن وتشديد الأهداف المناخية، لا يصبح تصميم أي مبان للطاقة أمراً ضرورياً بيئياً فحسب، بل هو أمر مالي وتنظيمي، حيث ينتج بناء مكاتب الطاقة الصفرية الطاقة بقدر ما يستهلكه على مدى عام، وذلك عادة من خلال تدابير توليد الطاقة المتجددة في الموقع وتدابير الكفاءة القصوى، وفي الظروف الحضرية الكثيفة التي تكون فيها أسعار الإنتاج المعمارية أقل وتوفر فيها شبكات توليد الطاقة الخلاقة تحت الضغط.

المبادئ الأساسية لتصميم الطاقة الصفرية في المناطق الحضرية

ويعتمد تصميم الطاقة الصفرية في سياق المدينة على ثلاثة استراتيجيات مترابطة: خفض الطلب على الطاقة من خلال تدابير سلبية، وتلبية الحمولة المتبقية بالمتجددات في الموقع، وتحقيق الأداء التشغيلي الأمثل بالضوابط الذكية، ويجب تكييف كل استراتيجية مع القيود التي تفرضها بيئة مبنية.

التصميم السلبي كخط الدفاع الأول

وقبل إضافة أي نظم متجددة، يجب أن يقلل المبنى من شهيته من الطاقة إلى أدنى حد، وفي المكاتب الحضرية، يبدأ هذا التوجه بالبناء، ونسب التزحلق، والكتل الحرارية.() ويمكن لمواجهات التجميل التي تحركها الجنوب (في نصف الكرة الشمالي) أن تلتقط شمس الشتاء بينما تحجب الأجهزة المتظلية حرارة الصيف.() وتخفض التذبذبذبات الميكانيكية العالية مع تطف منخفض الحرارة إلى حد كبير(10).

مظروف المباني المجهزة بأجهزة مجهزة

In urban towers, the envelope must combat both heat loss in winter and solar gain in summer. Continuous insulation, thermal break framing, and air-sealing details are critical. Green roofs and living walls add insulation while mitigating the urban heat island effect. The envelopeing also affects daylighting: dynamic glazing or lotrochmic windows automatically tint to reduce glare and

Renewable Energy Integration in Tight Urban Sites

وتواجه منطقة السقف المحدودة والظلام من الأبراج المجاورة تحديات في مجال الفولطية الضوئية، غير أن الابتكارات مثل تركيبات الفولتاتوغرافية المدمجة في المباني، والأماكن الشمسية العمودية، والاشتراكات في الطاقة الشمسية المجتمعية يمكن أن تتغلب على هذه الحدود، ونادرا ما تكون التربينات الريحية في الموقع صالحة في المدن بسبب الاضطراب والضجيج، ولكن المحور الرأسي الصغير يمكن أن يوفر عملاً.

تخزين الطاقة والتفاعل بين المحن

وكثيرا ما تتواصل المراكز الحضرية المحدودة الحجم مع شبكة الدعم، ولكن تخزين البطاريات يتيح لها تحويل الإنتاج الشمسي إلى حمولات ذروة مسائية، كما أن من شأن منافذ الذكاء وضوابط الاستجابة للطلب أن تمكن المبنى من بيع الطاقة الزائدة أو تقليل الجذب أثناء الضغط على الشبكة، وفي المناطق الكثيفة، يمكن للزجاجات الصغرى أن تربط بين عدة مبان للطاقة صفرا، وتقاسم موارد توليد الطاقة وتخزينها.

تكنولوجيات بناء الذكاء للأداء الأمثل

ويتطلب عدم تشغيل الطاقة نظاما لإدارة المباني يتعلم ويكيف، كما أن أجهزة الاستشعار التراكمية، ورصد ثاني أكسيد الكربون، والمقاييس التنبؤية تضبط الإضاءة، والتردد في الهيدروكربون، والظلام في الوقت الحقيقي، مثلا، تستخدم شركة إدج 000 28 جهاز استشعار لتتبع كل شيء من الاستخدام المكتبي إلى استهلاك الطاقة، وقطع النفايات.

شحن المركبات الكهربائية وجيل الطاقة في الموقع

وتشمل المكاتب الحضرية على نحو متزايد محطات شحن السيارات التي تصبح حمولة كبيرة، ويجب أن يحسب تصميم مكتب صفر للطاقة ذلك عن طريق الإفراط في إنتاج الفلول الخماسي الكلور أو إدماج الشحنات ذات الاتجاهين التي تستخدم بطاريات السيارات كمخزن. وتبين شركة سان فرانسيسكو 0 صافي الطاقة كيف يمكن للمباني القائمة أن تضيف PV ونظم بطارية لتعويض الطلب على المركبات الإلكترونية.

دراسات حالة في مجال الطاقة الصفرية في المناطق الحضرية

The Edge, Amsterdam

وكثيرا ما يُدعى مكتب خضراء العالم، ويحقق شركة إدج حالة الطاقة غير الثابتة والقربية من الصفر، وتغطى مواجهتها الجنوبية بألف متر مربع من الألواح الشمسية، وتستخدم واجهة الشمال لوحات شفافة لجلب ضوء النهار، وتُستبدل محطة مشتركة للحرارة والطاقة (تُحل محلها ترقية مائية) وتُغطى تخزين المباني الحرارية بمتطلباتها من الاحترار والتبريد.

فندق أواسيا في وسط المدينة، سنغافورة

ويستخدم هذا المكتب ذو الشدة العالية وبرج الفنادق في المناطق المدارية في سنغافورة " واجهة حيّة " تضم ٢١ نوعا من المزاحفين الذين يحلقون المبنى ويبددون الميكروبيات، وتعمل الحدائق السماء على مستويات متعددة على تشجيع التهوية الطبيعية وتوفير حيز للراحة في الهواء الطلق دون زيادة المساحة الأرضية، كما أن كثافة استخدام الطاقة في المبنى تقل بنسبة ٣٠ في المائة عن برج مكتب سنغافورة المعتاد.

Unisphere, Maryland

وقد حقق هذا المبنى الذي يضم 000 130 قدم مربع في مجموعة حضرية فرعية شهادات صافية في مجال الطاقة من خلال الجمع بين حقل حراري ثابت جغرافي، ومسح خام (يغطي 70 في المائة من استخدام الطاقة)، ومظروف فعال للغاية، ويدل تصميمه على أنه حتى في البيئات الحضرية ذات الاستخدام المختلط، لا يمكن تحقيق الطاقة الصفرية دون التضحية بالأجهزة الاصطناعية.

التغلب على التحديات الحضرية النموذجية

Shading and Solar Access

وفي وسط البلدات الكثيفة، يمكن للأبراج المتاخمة أن تقلل من الإمكانات الشمسية بنسبة تتراوح بين ٢٠ و ٤٠ في المائة، ويجب على المصممين أن يستخدموا دراسات الوصول الشمسي في وقت مبكر من عملية التصميم، وتشمل الحلول ترتيب أولويات المناطق التي تحلق على سطح الجنوب، باستخدام بي.ب.ب.ب.ت في التوابع الشرقية والغربية، أو الدخول في اتفاقات لشراء الطاقة الكهربائية للمتجددات خارج الموقع لتغطية العجز.

زوينغ وهدر تنظيمي

ولا تزال هناك مدن كثيرة لديها مدونات تتجاوز حدود أداء المظروف أو تتطلب مواقف السيارات، وقد اعتمدت ولايات قضائية تدريجية مثل فانكوفر ونيويورك عدداً من رموز بناء الطاقة للبناء الجديد، ويمكن للتعاون المبكر مع سلطات التخطيط ومجالس البناء الخضراء أن يبسط الموافقات ويحدد الحوافز.

أولا - الاقتصاد في التكلفة ودورة الحياة

وعادة ما تكون لمباني الطاقة الصفرية تكلفة أولية أعلى بنسبة تتراوح بين ٥ و ١٥ في المائة، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى تحسين الظروف المحيطة والمتجددة، غير أن تحليل تكاليف دورة الحياة يبين وفورات صافية من فواتير المرافق المنخفضة، والأجور المرتفعة، وزيادة قيم الملكية، فالتمويل الأخضر، والائتمانات الضريبية، والتسعير الكربوني )مثل القانون المحلي لنيويورك ٩٧( يجعل حالة الأعمال التجارية أكثر قوة كل سنة.

المستقبل: الطريق إلى صفر من الكربون

أما الحدود التالية فهي صفر من الكربون، مما يضيف الكربون المجسد من المواد والبناء، إذ أن المكاتب الحضرية للطاقة الصفرية ستستخدم على نحو متزايد مواد منخفضة الكربون مثل الأخشاب الجماعية أو الصلب المعاد تدويره، وسيكون من الضروري كهرباء جميع النظم (التدفئة والتبريد والطبخ) إلى جانب توفير الطاقة المتجددة 100 في المائة من الشبكة، كما أن التكنولوجيات مثل النوافذ الشمسية الشفافة والرياح الرأسية تتقدم بحلول عام 2030، وتعتمد مدن كثيرة دروسا في مجال البناء التجاري للطاقة الجديدة.

والدفع نحو بناء المكاتب التجارية الصفرية للطاقة في المناطق الحضرية ليس مجرد اتجاه - بل هو تحول ضروري - مع التصميم المتكامل والتكنولوجيا الابتكارية والالتزام بالأداء، يمكن للمدن أن تقود الطريق إلى إيجاد أماكن عمل منتجة ومتجددة على حد سواء.