كيف تدعم الهندسة الهيكلية تنمية مدن الطاقة الصافية

مؤسسة نيت - زيرو: المساهمات الأساسية للهندسة الهيكلية

ويترجم مهندسو الهياكل الأساسية أهداف الطاقة الصافية الطموحة إلى واقع قابل للبناء، إذ إن قراراتهم المبكرة - التي تُعنى بمسارات التحميل، والخيارات المادية، وبناء الطلب الأساسي على الطاقة في المشروع - يحددها الهندسة، ويقلل النظام الهيكلي المصمم تصميما جيدا من الحاجة إلى التدفئة والتبريد الميكانيكيين، مما يتقلص مباشرة أثر الطاقة التشغيلية للمبنى.

كفاءة العرض واختيار المواد

ويتحمل كل عضو هيكلي تكلفة كربونية، مجسدة (من استخراج المواد وصنعها ونقلها) وتشغيلها (من خلال الرصيف الحراري) ويعطي المهندسون الآن الأولوية ] للكفاءة المادية : باستخدام أقل كمية من المواد لدعم حمولات مأمونة، مما يقلل من الكربون المجسد ويقلل وزن المبنى، مما يسمح بتجهيزات أقل وبتدئلاًاً.

استراتيجيات التصميم السلبي التي يمكن أن تُعتمد من خلال الهيكل

ويمكن أن تحد لوحات الطابق العميق من الإضاءة النهارية، بينما تتيح المباني الضحلة التهوية الطبيعية، ويتعاون المهندسون مع المهندسين من أجل تحقيق أقصى قدر من التوجه، ونسب النوافذ إلى الجدران، والظلام. Thermal mass] في طابقين من الخرسانة أو الاختلال يستوعبان الحرارة أثناء النهار والنهار.

المواد الابتكارية التي تحقق أداء الطاقة

وتقدم علوم المواد إلى مهندسين هيكليين بأدوات تقل في الوقت نفسه عن الكربون المجسد وتحسن الكفاءة التشغيلية.

البدائل ذات الأداء العالي

والاختبار هو أكثر مواد البناء استخداماً، ولكنه أيضاً مصدر رئيسي لثاني أكسيد الكربون. [الخرسانة الخرسانية ] [الفولط المحتوي على ثاني أكسيد الكربون أثناء الخلط، والعزل الدائم له. تستخدم مادة الخرسانة () منتجات صناعية فرعية للقضاء على 80 في المائة من الانبعاثات المجسدة.

المواد المعاد تدويرها والمتجددة

ويحتفظ الفولاذ المعاد تدويره بقوامه ويقلل من آثار التعدين، ويتزايد استخدام الأخشاب العابرة للحدود والزرق في هياكل منتصف الأزمة، وتخزين الكربون، وتمكين البناء على نحو أسرع. Bamboo و]]]]]]]]، وهي توفر عناصر متجددة ، وهي تقدم خيارات أكثر استراحة،

المواد الذكية والمستجيبة

وتستوعب مواد تغيير المسارات المدمجة في العناصر الهيكلية الطاقة الحرارية وتطلقها، وتتحول في حمولات التبريد، وتخفض السبيكة المتناقلة، وتغذيتها الخرسانية الذاتية، الصيانة، وتمتد من عمر الخدمات، وتسهم في تحقيق وفورات في الطاقة على مدى الحياة.

النظم الهيكلية لتكامل الطاقة المتجددة

ويجب أن تولد مباني الطاقة الصافية للطاقة المتجددة في الموقع، وتوفر الهندسة الهيكلية الدعم والوصلات اللازمة لإدماج الأجيال في أمان وكفاءة.

رووفتوب ومبنى المدمج

وتضيف صفائف من الفلفل الحار القياسية حمولات ميتة وحية إلى السقف، ويجب على المهندسين تقييم القدرات الموجودة أو تصميم هياكل جديدة لمعالجة الوزن، والارتفاع الريحي، والانجراف الجليدي. Building-integrated photovoltaics (BIPV)]استبدال مواد الركود التقليدي أو السقف، وتحويل المظار الكامل إلى مولد كهربائي.

هياكل دعم توربينات الرياح

وتحتاج الاضطرابات الريحية الصغيرة الحجم على المباني إلى الجبال المقاومة للاهتزاز وتحليلات الاضطرابات الحمائية. التخثر الهيكلي ] وأجهزة الرماة الجماعية المسماة التي تخفف من الارتدادات، بما يكفل الراحة الراكبة وطول التربينات، وبالنسبة للاضطرابات الكبيرة الحجم، يجب على المؤسسات مقاومة التجاوز في فترات الدهون.

تخزين الحرارة الأرضية والهيكلية

وتحتاج حقول الثقوب ومضخات الحرارة الأرضية إلى حسابات دقيقة للحمولات تحت سطح الأرض. ] نظم البناء النشطة حراريا ] تعمم المياه من خلال مصفوف أو جدران محددة، باستخدام الكتلة التي يملكها الهيكل كبطارية حرارية، ويقترن هذا النهج بتوليد الطاقة الشمسية والريحية، ويحول استخراج الحرارة إلى أوقات الفائض المتجدد.

Resilient Design for a Changing Climate

ويجب أن تصمد المدن التي ترتفع فيها مستويات الطقس المفرطة دون فقدان الوظيفة، كما أن القدرة على التكيف الهيكلي تكفل أن تكون سمات الطاقة ذات الكفاءة - مثل النوافذ الكبيرة للضوء النهاري أو صفائف البوليفينات المفلورة - عواصف الإنقاذ، والموجات الحرارية، والفيضانات.

الاعتبارات المتعلقة بالطقس والنزعات الزخرية

وتحتاج المناطق المعرضة للإصابة بالاعصار إلى المباني لمقاومة ارتفاع سرعة الرياح وتأثير الحطام دون الإخلال بالظروف، وفي المناطق الزلزالية، تحول الموصلات الهيكلية دون الانهيار؛ ويصمم المهندسون وصلات مزعومة للطاقة تحمي التوابع الجليدية والمنشآت الشمسية. [(FLT:0]) القدرة على البقاء على قيد الحياة - القدرة على الحفاظ على درجات حرارة ثابتة دون تأخير

خطط التكيف للحد من الاستخدام والفيضانات المرنة

وكثيراً ما تكون إعادة هيكلة الهياكل القائمة للشبكة أكثر استدامة من البناء الجديد، ويقيم مهندسو الهياكل الأساسية قدرة على نقل الحمولة من أجل زيادة الفولط أو العزل الإضافي أو النظم الميكانيكية الجديدة، ويصممون من أجل المرونة - مثل الطوابق الطويلة الأجل التي تسمح بإعادة تشكيل الكربون في المستقبل، مما يقلل من الحاجة إلى التجديدات الكبرى.

النماذج والتحسينات الحاسوبية

وتعتمد الهندسة الهيكلية الحديثة على الأدوات الرقمية التي تحفيز الأداء، وتعظيم الاستخدام المادي، وتتكامل مع نماذج الطاقة.

باء - تقييم الأداء وتقييم الأداء

وتتبادل نماذج المعلومات المتعلقة بالبناء البيانات الهيكلية والطاقة ونماذج التخطيط البيئي المتعدد الأطراف، وتتيح أدوات البارامترات إجراء اختبار سريع لمئات المخططات الهيكلية للتقليل من استهلاك الطاقة. ]