Οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής σε στρατηγικές οικοδόμησης υψηλής ανόδου

Για κτίρια υψηλής ανόδου ⁇ κατασκευές που ήδη ωθούν τα όρια της μηχανικής, της επιστήμης υλικού και του αστικού σχεδιασμού ⁇ το ρίσκο είναι ιδιαίτερα υψηλό. Ανεβαίνουν οι παγκόσμιες θερμοκρασίες, εντείνουν τις καταιγίδες, αυξάνουν το επίπεδο της θάλασσας και πιο συχνά ακραία καιρικά φαινόμενα απαιτούν μια θεμελιώδη επανεξέταση του πώς οι ουρανοξύστες σχεδιάζονται, κατασκευάζονται και λειτουργούν. Αρχιτέκτονες, δομικοί μηχανικοί και προγραμματιστές δεν ζητούν πλέον if η προσαρμογή του κλίματος είναι απαραίτητη, αλλά πόσο γρήγορα και περιεκτικά μπορεί να ενσωματωθεί. Αυτό το άρθρο διερευνά τις κύριες προκλήσεις που θέτει η κλιματική αλλαγή στον σχεδιασμό υψηλής ανόδου και εξετάζει τις στρατηγικές που αναδύονται για τη δημιουργία ανθεκτικών, βιώσιμων κάθετων πόλεων.

Βασικές προκλήσεις που προκύπτουν από την κλιματική αλλαγή

Αυξημένες θερμοκρασίες και ζήτηση ψύξης

Για τα κτίρια υψηλής ανόδου, τα οποία έχουν μεγάλες επιφανειακές περιοχές εκτεθειμένες στο άμεσο ηλιακό φως, αυτό σημαίνει σημαντικά υψηλότερα φορτία ψύξης. Χωρίς προσαρμοστικό σχεδιασμό, τα μηχανικά συστήματα κλιματισμού πρέπει να λειτουργούν σκληρότερα, καταναλώνοντας περισσότερη ενέργεια και αυξάνοντας τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου ⁇ δημιουργώντας έναν επικίνδυνο βρόχο ανάδρασης. Σε πολλές τροπικές και υποτροπικές πόλεις, η ψύξη ήδη αντιστοιχεί στο 40 ⁇ 60% της ενεργειακής χρήσης ενός ψηλού κτιρίου. Καθώς τα κύματα θερμότητας γίνονται πιο έντονα, οι παθητικές στρατηγικές ψύξης και τα ενεργειακά αποδοτικά συστήματα γίνονται κρίσιμα.

Πιο Έντονες Καταιγίδες και Αιολικές Δυνάμεις

Τα κλιματικά μοντέλα προβάλλουν σταθερά την αύξηση της έντασης των τροπικών κυκλώνων, καταιγίδες, και εξωτροπικές καταιγίδες. Για τις δομές υψηλής ανόδου, ο άνεμος είναι ήδη ένα κυρίαρχο πλευρικό φορτίο? ισχυρότερες ⁇ πές και πιο συχνά σοβαρά γεγονότα ωθούν τα δομικά όρια σχεδιασμού. Οι ανεμογεννήτριες μπορεί να προκαλέσουν δυσφορία στους επιβάτες, κόπωση επένδυση, ακόμη και δομικές βλάβες.

Αύξηση των επιπέδων της θάλασσας και κίνδυνος πλημμύρας

Περίπου το 65% των μεγαλύτερων πόλεων του κόσμου ⁇ και πολλά από τα ψηλότερα κτήρια του ⁇ βρίσκονται σε παράκτιες ζώνες που είναι ευάλωτες στην άνοδο του επιπέδου της θάλασσας. Με θάλασσες που προβλέπεται να αυξηθούν 0,5 ⁇ μέτρο κατά 2100 κάτω από σενάρια μέτριων εκπομπών, υποδομές εδάφους και συστήματα ιδρυμάτων αντιμετωπίζουν αυξημένο κίνδυνο κατακλυσμού και εισβολής αλμυρού νερού.

Μεγαλύτερη συχνότητα των ακραία καιρικά γεγονότα

Πέρα από τους μεμονωμένους κινδύνους, η ανατοκοποίηση των ακραίων γεγονότων ⁇ όπως τα κύματα θερμότητας κατά τη διάρκεια της ξηρασίας, ή οι έντονες βροχοπτώσεις μετά από μια πυρκαγιά ⁇ δημιουργεί σενάρια πολλαπλών κινδύνων. Τα συστήματα κατασκευής υψηλών υψωμάτων πρέπει να σχεδιάζονται για την ανθεκτικότητα σε αποτυχίες που προκαλούν καύσωνα. Για παράδειγμα, ένα συνδυασμένο κύμα θερμότητας και διακοπή ρεύματος θα μπορούσε να παγιδεύσει τους επιβάτες σε μη αεριζόμενους πύργους, ενώ η καταρρακτώδης βροχή μπορεί να κατακλύζει τα συστήματα αποχέτευσης που έχουν σχεδιαστεί για λιγότερο έντονες καταιγίδες.

Στρατηγικές σχεδιασμού για το κλίμα-ανταγωνιστές υψηλό-ανόδους

Ενισχυμένη δομική ακεραιότητα

Για να αντέξουν ισχυρότερες καταιγίδες και υψηλότερα φορτία ανέμου, οι μηχανικοί υιοθετούν προσεγγίσεις σχεδιασμού βασισμένες στις επιδόσεις που υπερβαίνουν τις απαιτήσεις κώδικα-ελάχιστο. Για παράδειγμα, τα κτίρια μπορούν να διαμορφωθούν για να μειώσουν τα φορτία ανέμου ⁇ στρογγυλές ή με θέα γεωμετρίες που εκτρέπουν τις ⁇ πές αντί να τις αντιστέκονται. Προηγμένα υλικά όπως το σκυρόδεμα υψηλής απόδοσης, το ατσάλι υψηλής αντοχής και η διασταυρωμένη ξυλεία (για υβριδικά συστήματα) επιτρέπουν ελαφρύτερα αλλά ισχυρότερα πλαίσια. Συντονισμένοι αποσβεστήρες μάζας, μερικές φορές βάρους εκατοντάδων τόνων, βελτιώνονται για να εξουδετερώσουν όχι μόνο τον άνεμο αλλά και τις σεισμικές δυνάμεις, παρέχοντας διπλή προστασία κινδύνου.

Πράσινες στέγες και τοίχοι

Οι χορτονομικοί φάκελοι δεν αποτελούν πλέον μια δεύτερη σκέψη, είναι αναπόσπαστο στοιχείο της κλιματικής προσαρμογής. Οι πράσινες στέγες και τα ζωντανά τοιχώματα μειώνουν το φαινόμενο της αστικής θερμότητας, τις χαμηλότερες θερμοκρασίες της επιφάνειας μέχρι 30°C μέσω της εξατμίσθωσης και βελτιώνουν τη μόνωση των κτιρίων. Σε προσόψεις υψηλής ανόδου, οι κάθετοι κήποι μπορούν να αναχαιτίσουν τα βρόχινα ύδατα, να μειώσουν τις απορροές και να παρέχουν φυσική ψύξη σε παρακείμενους χώρους. Το Bosco Vertite στο Μιλάνο απέδειξε με φήμη ότι η υψηλή βλάστηση μπορεί να απομονώσει το CO2 και να μειώσει τη ζήτηση ενέργειας για HVAC. Πιο πρόσφατα έργα, όπως το Pelli Clarke ⁇ σχεδιασμένο Supertall στη Σιγκαπούρη, ενσωματώνουν τους ουρανοξύστες κάθε λίγους ορόφους για να δημιουργήσουν κάθετα οικοσυστήματα που ρυθμίζουν τα εσωτερικά μικροκλίματα.

Έξυπνη Αιφνιδιαστική Σκίαση

Τα παράθυρα είναι το θερμικό αδύναμο σημείο οποιουδήποτε φακέλου υψηλής ανύψωσης. Προσαρμοστικά τζάμια ⁇ όπως ηλεκτροχρόνιο γυαλί που χρωματίζει σε απάντηση στο ηλιακό φως ⁇ μπορούν να μειώσουν τα φορτία ψύξης μέχρι 20% διατηρώντας την ποιότητα του ήλιου. Δυναμικές συσκευές σκίασης, συμπεριλαμβανομένων μηχανοκίνητων λουστρών, διάτρητων οθονών, και φωτοβολταϊκών πάνελ με ενσωματωμένα κτίρια, περαιτέρω έλεγχο της ηλιακής θερμότητας κέρδος. Αυτά τα συστήματα ελέγχονται όλο και περισσότερο από λογισμικό διαχείρισης κτιρίων που χρησιμοποιεί δεδομένα καιρού σε πραγματικό χρόνο, βελτιστοποιώντας τη χρήση ενέργειας χωρίς να διακυβεύει την άνεση των επιβατών.

Συστήματα διαχείρισης υδάτων

Τα κτίρια υψηλής ανόδου μπορούν να ενσωματώσουν τη συγκομιδή των βρόχινων υδάτων από τις επιφάνειες της στέγης και της βεράντας, αποθηκεύοντας νερό σε υπόγειες δεξαμενές για μη πιθανές χρήσεις όπως το μακιγιάζ των πνευμόνων άρδευσης και ψύξης. Ταυτόχρονα, γαλάζιες στέγες και βροχοφυκών σε ενδιάμεσα δάπεδα εξασθενούν την απορροή και καθυστερούν την απόρριψη αιχμής σε δημοτικά συστήματα καταιγίδων. Ορισμένα σχέδια χρησιμοποιούν τον δομικό πυρήνα του κτιρίου ως σύστημα κατεδάφισης βρόχινων υδάτων για την ελαχιστοποίηση των αγωγών. Για την αντιμετώπιση της ανόδου του επιπέδου της θάλασσας και των παράκτιων πλημμυρών, κρίσιμη υποδομή ⁇ όπως ηλεκτρικό διακοπτικό σύστημα, γεννήτριες και μηχανήματα ανελκυστήρων ⁇ είναι ανυψωμένα πάνω από τα προβαλλόμενα επίπεδα πλημμυρών ή στεγάζονται σε αδιάβροχα καταλύματα.

Ολοκλήρωση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας

Οι ηλιακοί φωτοβολταϊκοί πίνακες είναι τώρα ενταγμένοι σε τοίχους κουρτίνας, spandrels, και ηλιακοί άξονες, μετατρέποντας ολόκληρη την πρόσοψη σε ένα εργοστάσιο ενέργειας. Οι ανεμογεννήτριες που είναι ενσωματωμένες σε κτίρια, αν και λιγότερο συχνές, δοκιμάζονται σε υπερτασικούς πύργους όπου οι ταχύτητες του ανέμου είναι υψηλότερες και πιο συνεπείς. Η ανάκτηση θερμότητας από τα συστήματα εξαερισμού και τους ανελκυστήρες συμβάλλει στην ενεργειακή απόδοση. Σε συνδυασμό με αντλίες θερμότητας υψηλής απόδοσης και την αποθήκευση ενέργειας, οι υψηλοί υψομέτροι μπορούν να μειώσουν δραστικά το λειτουργικό τους αποτύπωμα άνθρακα, ακόμη και όταν αυξάνεται η ζήτηση ψύξης.

Μελέτες περιπτώσεων: Κλίμα-Αγορά Ουρανοξύστες

Η άκρη (Άμστερνταμ, Ολλανδία)

Αν και μόνο δεκαπέντε ιστορίες, The Edge συχνά αναφέρεται ως το πιο πράσινο κτίριο γραφείων στον κόσμο. Χρησιμοποιεί μια νότια όψη, ένα σύστημα αποθήκευσης θερμικής ενέργειας υδροφόρου ορίζοντα, και LED φωτισμό που τροφοδοτείται από ένα PoE (Δύναμη πάνω Ethernet) πλέγμα. Προηγμένο σύστημα διαχείρισης κτιρίων χρησιμοποιεί χιλιάδες αισθητήρες για να προσαρμόσει τον φωτισμό, τη θέρμανση και τον εξαερισμό με βάση την πληρότητα και τις συνθήκες εξωτερικού χώρου.

Ένα Κεντρικό Πάρκο (Sydney, Αυστραλία)

Αυτός ο πύργος μεικτής χρήσης διαθέτει ένα σύστημα ηλιοστάτη που κατευθύνει το ηλιακό φως σε σκιασμένες πλατείες, μειώνοντας την ανάγκη για τεχνητό φωτισμό. Η πρόσοψη ενσωματώνει υδροπονικούς πράσινους τοίχους που καλύπτουν 1.200 τετραγωνικά μέτρα, αρδευόμενοι από επεξεργασμένο μαύρο νερό. Ο σχεδιασμός μείωσε το φορτίο ψύξης κορυφών κατά 15% και χρησιμεύει ως μοντέλο για την ενσωμάτωση παθητικών και ενεργών συστημάτων σε υγρά υποτροπικά κλίματα.

Πύργος της Σαγκάης (Σανγκάι, Κίνα)

Το δεύτερο πιο κομψό κτίριο του κόσμου είναι ένα παράδειγμα ανθεκτικότητας του ανέμου και ενεργειακής απόδοσης. Η συστροφή του μορφή του μειώνει τα φορτία του ανέμου κατά 24% σε σύγκριση με ένα τετράγωνο σχήμα, εξοικονομώντας δομικό υλικό. Η πρόσοψη διπλού δέρματος δημιουργεί μια ζώνη απομόνωσης που μονώνει τους εσωτερικούς χώρους, ενώ ένα σύστημα συλλογής βρόχινων υδάτων και γεωθερμικές αντλίες θερμότητας συμβάλλουν στην πιστοποίηση LEED Platinum. Οι 270 ανεμογεννήτριες του πύργου παράγουν αρκετή ενέργεια για τον εξωτερικό φωτισμό του.

Μελλοντική προοπτική

Ο ρυθμός της κλιματικής αλλαγής είναι outstripping κώδικες κτιρίων σε πολλές περιοχές. Μελλοντικές υψηλές αναβαθμίσεις θα ενσωματώσει χαρακτηριστικά που μόλις αρχίζουν να βλέπουμε: βιομιμητικές προσόψεις που ⁇ αναπνοές ⁇ να ρυθμίζουν τη θερμοκρασία, αποκεντρωμένα μικρο-κρίδια για την ενεργειακή ανθεκτικότητα, και ψηφιακά δίδυμα που αποτελούν σε πραγματικό χρόνο κινδύνους για το κλίμα. Πολεοδόμοι εξετάζουν ⁇ σπρέυουν πόλη ⁇ αρχές που ενσωματώνουν τη διαχείριση των υδάτων σε επίπεδο κτιρίου με την αποστράγγιση σε όλη την πόλη. Καθώς ο παγκόσμιος πληθυσμός αστικοποίηση περαιτέρω, και καθώς οι πυκνές κάθετες γειτονιές γίνονται πιο συχνές, η αλληλεπίδραση μεταξύ σχεδιασμού κτιρίων και προσαρμογής του κλίματος θα γίνει ακόμα πιο κρίσιμη. Η επόμενη γενιά αρχιτεκτόνων και μηχανικών πρέπει να αγκαλιάσει πολυεπιστημονική συνεργασία, αντλώντας την επιστήμη του κλίματος, την ανάλυση δεδομένων και τα νέα υλικά για τη δημιουργία πύργους που δεν είναι απλώς ψηλοί, αλλά πραγματικά ανθεκτικοί.

Συμπέρασμα

Η κλιματική αλλαγή δεν αποτελεί μακρινή απειλή για τα κτίρια υψηλής ανόδου ⁇ είναι ένας σημερινός οδηγός σχεδιασμού. Από τη δομική οχύρωση ενάντια στις υπερκαταιγίδες μέχρι τις ευφυείς προσόψεις που ισορροπούν τη θερμική άνεση με τη χρήση ενέργειας, οι στρατηγικές που περιγράφονται εδώ αντιπροσωπεύουν την κατάσταση της τέχνης σε κλιματικά προσαρμόσιμο ψηλό σχεδιασμό κτιρίων. Για τους προγραμματιστές και τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής, η επένδυση σε αυτά τα μέτρα δεν είναι μόνο μια περιβαλλοντική επιταγή αλλά και μια οικονομική: κτίρια που έχουν σχεδιαστεί για μελλοντικές κλιματικές συνθήκες θα ελέγχουν υψηλότερες αξίες περιουσιακών στοιχείων, χαμηλότερο λειτουργικό κόστος, και μεγαλύτερη ικανοποίηση των επιβατών. Καθώς η έρευνα συνεχίζεται και εξελίσσεται η τεχνολογία, οι υψηλές αναβαθμίσεις θα γίνουν μοντέλα αυτάρκειας και ανθεκτικότητας, αποδεικνύοντας ότι ακόμη και οι ψηλότερες δομές μπορούν να συνυπάρχουν με έναν μεταβαλλόμενο πλανήτη.

Για πιο εμπεριστατωμένα στοιχεία σχετικά με τις κλιματικές προβολές για τις αστικές περιοχές, βλέπε την Έκτη Έκθεση Αξιολόγησης του IPCC (WGII) και την Ερευνητική βιβλιοθήκη του Συμβουλίου για τα Ψηλά Κτίρια και τον Αστικό Οικοτόπο (CTBUH). Επιπλέον μελέτες περιπτώσεων είναι διαθέσιμες από την [Παγκόσμια πρωτοβουλία του Συμβουλίου Πράσινης Κτίριου .