دور الصلب الهيكلي في تصميمات بناء صفر الطاقة

تحديد معيار بناء صفر - طاقة

ويمثل قطاع البناء العالمي نحو 40 في المائة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون المتصلة بالطاقة، مما يجعل إزالة الكربون في البيئة المبنية أولوية ملحة، كما أن بناء الطاقة الصفرية، الذي يسمى مبنى للطاقة الصافية، مصمم لتوليد الطاقة في الموقع بقدر ما تستهلكه من الطاقة المتجددة على مدى سنة، وهذا العمل المتوازن يتطلب مزيجا من كفاءة الطاقة القصوى والتوليد المتجدد في الموقع، وهو عادة ما يستهلكه الفولطيسيون الشمسية.

ومع ذلك، فإن الرحلة إلى زب تُعرّف بواسطة هرمية، والأولوية الأولى هي كفاءة الطاقة العدوانية، التي تقلل بشكل كبير من الطلب على الطاقة في المبنى من خلال عمليات الإغلاق ذات الأداء العالي، والتشييد بالهواء، والنظم الميكانيكية الفعالة، والأولوية الثانية هي توليد الطاقة المتجددة في الموقع، التي تغطي الحمولة المتبقية للطاقة، فقط بعد أن يتم النظر في هذه الخطوات، وتدعم الصلب كل طبقة من هذه الهياكل الهرمية الدائمة، وذلك بتمكينة من العناصر.

Net-Zero Site vs. Net-Zero Source

بناء موقع صافيه صفر ينتج طاقة على الأقل كما يستخدم سنوياً في الموقع، ويُحسب بناء مصادر صافية للطاقة المستهلكة والمولدة في المصدر، بما في ذلك فقدان الإرسال، وقدرة الصلب على دعم المناطق الكبيرة من السقف للصفوف فولتيكي، ومدى توافقه مع نظامي تصنيفات الفوتاتوغرافية المدمجة في المبنى، تجعل من المواد الهيكلية المفضلة لكلاهما.

The Embodied Carbon Challenge in ZEBs

وفي حين أن الطاقة التشغيلية هي محور التركيز الرئيسي للشركة، فإن صناعة البناء تعترف بشكل متزايد بأهمية استخدام الكربون المجسد؛ والانبعاثات المرتبطة باستخراج المواد ونقلها وصنعها وتشييدها، وهي هيئة تعتمد على المواد الكثيفة الكربون مثل الخرسانة التقليدية تقوض أهدافها في مجال الاستدامة، فالفولاذ الهيكلي، ولا سيما عندما يكون مصدره من فرون القطب الكهربائي ذات المحتوى العالي التدوير، يتيح مساراً للحد من إعادة تدوير الكربون.

لماذا الفولاذ البنى الأساسية لمبنى صفر الطاقة

ويوفر الصلب الهيكلي مزيجا فريدا من الممتلكات الميكانيكية التي تدعم بشكل مباشر متطلبات الأداء الصارمة لتصميمات مجلس إدارة عمليات حفظ السلام، حيث إن ارتفاع نسبة القوة إلى الوزن، والقابلية للخصوبة، والقدرة على الاستمرار تجعل من الضروري إيجاد مظاريف البناء ذات الأداء العالي التي تتطلب أهدافا صافية للطاقة الصفرية.

نسبة عالية من القوة إلى الوزن

المباني التي لا تحتوي على طاقة صفرية تتطلب تجويفات أعمق وطبقات عزل مستمرة لتلبية المنازل المتحركة أو رموز الطاقة المتقدمة هذه التجمعات ذات الجدران السميكة يمكنها أن تضيف قدرا كبيرا من الحمولة إلى الهيكل، ونسبة القوة العالية إلى الوزن تعني أن الأطار الهيكلية الخفيفة يمكن أن تدعم هذه الضيوف الثقيلة دون الحاجة إلى أسس ضخمة وكثيفة الكربون، بالإضافة إلى أن قوة العمود الصلب تسمح بتغطية الأطول

دال - المرونة والقدرة على مواجهة الزلازل

فالاستمرارية مبدأ أساسي من مبادئ الاستدامة، إذ يتطلب بناء يفشل في الزلزال إعادة بناء كاملة، وإهدار كل مدخرات الطاقة التشغيلية، حيث أن الصلب هو في جوهره مقذوفة، مما يتيح استيعاب الطاقة السيزمية وتبديدها عن طريق التشهير المسيطر، ويقيم هذا النثر كمياً بنسبة القوة المتشابكة إلى القوة، كما أن الروابط الصلبة، مثل الأطر القصوى التي تهيأ لحظة، والمرونة.

الأداء الحراري وتحدي الجسر الحراري

وهناك مسألة حاسمة في تصميم المجلس الوطني الصيني وهي إزالة الجسور الحرارية، إذ يحدث جسر حراري عندما تخترق مادة عالية السلوك، مثل الفولاذ، طبقة العزل، مما يتيح التغل في مظروف البناء، ويخضع الصلب للضغط الحراري، ولكن هذا تحد في التصميم وليس لتحلل طبقة الصلب المكسورة.

الصلب الهيكلي في مظروف البناء

وقد أدى الانتقال إلى منطقة زوي إلى تحويل مظروف البناء من حاجز طقسي بسيط إلى نظام لإدارة الطاقة يتسم بدرجة عالية من الهندسة، ويوفر الصلب العمود الفقري الهيكلي لهذا النظام.

دعم الجدران العالية الأداء والشوف

ويمكن أن تكون التجمعات الجدارية المتقدمة، مثل تلك المطلوبة لمعايير البيت السلبي، سميكة من 12 إلى 18 بوصة، تشمل طبقات متعددة من العزل، ومتخلفات البخار، والنسيج الهيكلي، وتحتفظ البذور الصلبة، المصممة على أنها فولاذ مزود بالأجهزة التبريدية أو الصلب الهيكلي، بدعم ثابت وغير قابل للاحتراق لهذه التجمعات.

التكامل مع التكنولوجيات المتجددة

إن بناء الطاقة الصفرية هو محطة توليد الطاقة، فالفولاذ هو المادة الهيكلية الوحيدة القادرة على دعم الأوزان والشحنات المتصاعدة من النظم ذات الفولطية الضوئية الكبيرة الحجم، ويوفر الأرصفة والملابس الهيكلية نقاطا متصاعدة مخصصة لأجهزة الاستطلاع الفائقة، أما بالنسبة للهياكل الأساسية المدمجة للفولاذ، فيوفر تركيبات الألواح البلاستيكية الخفية التي تحل محل الهياكل الأساسية التقليدية المولدة.

الحد الأقصى من ضوء النهار مع لونغ سبانز

لوحات الطابق العميق تتطلب إضاءة صناعية كبيرة خلال ساعات النهار، زيادة الطلب على الطاقة، قوة الصلب تسمح بقطع الطوابق الخالية من العمود من 30 إلى 60 قدماً أو أكثر،

دورة حياة الاستدامة للفولاذ الهيكلي

ويجب أن يقلل الـ(زمبابوي) الحقيقي من الأثر البيئي عبر دورة حياة المبنى بأكملها، من استخراج المواد الخام إلى نهاية العمر، ويوفر الصلب دورة حياة مغلقة لا يمكن أن تتطابق مع أي مادة هيكلية أخرى.

Infinite Recyclability without Downcycling

ويمكن سحق الخرسانة واستخدامها كمجموع، ولكنها تفقد سلامتها الهيكلية، ولكن يمكن إعادة تدويرها، ولكن طول الألياف يقلل من قوتها، غير أن الصلب يمكن أن يذوب ويصلح في شكل هيكلي جديد دون فقدان أي ممتلكات مادية، ويسمى إعادة تدوير ذات نوعية أساسية، وعندما يبلغ المعهد الأمريكي لتشييد الصلب أن معدل إعادة تدوير الفولاذ في المستقبل يتجاوز 90 في المائة.

كربون منخفض التراب: ثورة الفول الأخضر

وتشهد صناعة الفولاذ تحولاً عميقاً لتقليل آثارها الكربونية، حيث تستخدم المطاحن الصلبة المتكاملة التقليدية فرون الانفجار والأفران الأساسية للأكسجين التي تعتمد على الفحم المختلط، غير أن إنتاجات الكوكب المولدة من الطاقة الكهربائية يمكن أن تُستخدم باستخدام الطاقة المتجددة واستخدام الصلب المُعاد تدويره، علاوة على أن عمليات إنتاج الحديد المخفضة المباشرة القائمة على الهيدروجين قد بدأت تظهر في اتجاه الغاز الطبيعي المُنتج من الهيدروجين.

Case Study: The Edge and Industrial ZEBs

"الدج في "أمستردام "الذي يُذكر كأحد أخضر مباني المكاتب في العالم حقق نسبة 98.4% من "بري إي إم" في إطاره الصلبي

أفضل الممارسات في مجال التصميم والتشييد

ويتطلب إدماج الصلب في مبنى لا طاقة له اتباع نهج تصميمي صارم، يتحول من نموذج بناء خطي إلى عملية تصميم متكاملة، ويتمثل مفتاح ذلك في تحقيق الحد الأمثل من إطار الصلب لأداء الطاقة من المراحل المفاهيمية الأولى.

عملية التصميم المتكاملة (IDP) و BIM

ويقتضي تصميم بناء الطاقة الصفرية أن يُعَدّ جميع أصحاب المصلحة، والمالك المعماري، والمهندس الهيكلي، ومهندس الشركة، ومهندس البناء، وشركة " تولّد " ، من البداية، وأن تكون عملية وضع نماذج المعلومات أساسية لهذه العملية، ويمكن أن تُنظَّم تفاصيلها بدقة، مما يتيح للفريق تنسيق عمليات التصاميم ذات الأداء العالي، وكشف الاختتامى، والمقاييس.

تحقيق الحد الأمثل لإطار الصلب من أجل أداء الطاقة

ويمكن لاستراتيجيات تصميم عديدة أن تقلل من الرشوة الحرارية لإطار الصلب مع الحفاظ على الكفاءة الهيكلية، وينبغي تصميم العزل المستمر الخارجي بسمكة تُحسب للإطار الحراري للفولاذ، واستخدام مهرّجين من الفولاذ المُتزعزع، يسمح بسلاسل أكبر من المنافذ الميكانيكية، والعزل، كما أن تكريس الفولاذ مع نقطة أقل من الغلة أو استخدام نظم متجانسة من الفولاذية يمكن أن يقلل.

:: الكشف عن مواد الكربون المنخفضة التحلل

المواصفات هي أقوى أداة لضمان أن الفولاذ الهيكلي للزبنزين يلبي أهداف الاستدامة، يتطلب أن يتم تزويد جميع الصلب البنيوي من مرفق إي إي إي إي إي إي إي إي إيه أي دي لجميع منتجات الفولاذ للتحقق من إحترار العالم، تحديد محتوى أدنى أعيد تدويره بنسبة 50% إلى 75 في المائة، بالنسبة للمشاريع التي تهدف إلى LEED v5 أو تحدي بناء الأحياء، هذه المواصفات إلزامية

إدارة النفايات

فالفولط هو أحد أكثر المواد كفاءة من حيث نفايات البناء، وصناعة الصلب عملية تصنيع دقيقة، وقطعت أعضاؤها وحفرت وغرقت في بيئة مصنعية خاضعة للرقابة، وليس في موقع بناء فوضوي، وهذا التلفيق خارج الموقع يقلل من نفايات الخردة، وأي خردة تولدت يتم جمعها وإعادة تدويرها، علاوة على ذلك، فإن بناء الفولاذ هو عملية بناء جاف، ولا تقل استهلاك المياه، ولا توجد أي متسع من المواد الكيميائية.

معالجة الجسور الحرارية في الصلب ZEBs

وتكرس أجزاء كاملة من الأدلة الهندسية الهيكلية لمراقبة الجسور الحرارية، ولكي ينجح هذا المصنع، يجب أن يكون له استراتيجية واضحة لتفصيل ملحقات التصفيق والتغلغلات الجدارية التي تعبر طبقة العزل.

ملحقات الشفاه المكسورة حراريا

وأبسط حل للملحقات المكسورة هو استخدام الشظايا المكسورة حرارياً، وهذه المشابك التي تُصنع عادة من النيلون المقوى أو الصلب اللاصق، تخلق انفصالاً مادياً في مسار التدفق الحر، وتدعم تصفية الأمطار في الوقت الذي تخفض فيه درجة الحرارة من خلال هيكل الصلب، وعندما تستخدم بالاقتران مع طبقة مستمرة من الوصلات الجامدة الخارجية

استراتيجيات الحشد العميقة والعزلة

وتوجد استراتيجيتان أساسيتان لزرع الجدران الصلبة: العزل العميق للموجات والعزلة الخارجية، وينطوي العزل العميق على ملء التجويف الكامل مع وجود صوف معدني كثيف أو رغوة رذاذ، وفي حين أن ذلك فعال، فإنه يمكن أن يجسر بقوة من خلال القذف الصلب نفسه، ويضع العزل المستمر في المبنى على خلفية إطار الفولاذ.

التوقعات الاقتصادية والسوقية

وعادة ما تتراوح أقساط التكلفة الأولية لمبنى صفر الطاقة بين 5 و 15 في المائة مقارنة بالبناء التقليدي، ومع ذلك، فإن المدخرات التشغيلية الطويلة الأجل، مقترنة بخفض تكاليف الطاقة الشمسية ودوامة الفولاذ، توفر عائداً قوياً للاستثمار، وتعجل أعمال البناء بالبناء، وتوفر سرعة الشغل وتوليد الدخل، مع تشديد رموز الطاقة على الصعيد العالمي، وزيادة الضرائب على الكربون،

إن دور الصلب الهيكلي في تصميمات بناء الطاقة الصفرية آخذ في الاتساع، فالفولاذ ليس مجرد مادة هيكلية، بل هو عامل تمكين من الاستدامة، ومن خلال دعم المظاريف العالية الأداء في مجال بناء الطاقة في الموقع، وتيسير توليد الطاقة في الموقع، وتوفير دورة حياة مادية كاملة، ويعالج الصلب مباشرة التحديات المزدوجة للطاقة التشغيلية والكربون المجسد، وبالنسبة للمهندسين المعماريين والمهندسين الملتزمين بتسليم المباني التي تنتج الطاقة الناقصة، فإن إطار البناء الهيكلي ليس مجرد.