L'impatto dei cambiamenti climatici sulle strategie di progettazione di edifici ad alto rischio

Per gli edifici ad alto rischio, le strutture che già spingono i confini dell'ingegneria, della scienza materiale e della pianificazione urbana, le postazioni sono particolarmente elevate.

Sfide chiave poste dal cambiamento climatico

Maggiore temperatura e domanda di raffreddamento

Gli effetti dell'isola di calore urbano, combinati con un clima globale riscaldante, stanno aumentando le temperature ambientali nei centri della città. Per gli edifici ad alta velocità, che hanno grandi aree di superficie esposte alla luce solare diretta, questo significa carichi di raffreddamento significativamente più elevati. Senza il design adattativo, i sistemi di climatizzazione meccanica devono lavorare più a basso consumo di energia e aumentare le emissioni di gas serra, creando un pericoloso ciclo di feedback.

Tempeste e Forze eoliche più intense

Per le strutture ad alto volume, il vento è già un carico laterale dominante; le raffiche più forti e gli eventi più frequenti spingono i limiti di progettazione strutturale. Le oscillazioni a vento indotte possono causare disagio occupante, affaticamento e anche danni strutturali.

Livelli del mare di sollevamento e rischio di inondazione

Circa il 65% delle città più grandi del mondo, e molti dei suoi edifici più alti, si trovano nelle zone costiere vulnerabili all'aumento del livello del mare. Con i mari che hanno progettato di aumentare 0.5-1 metro per 2100 sotto scenari di emissioni moderate, infrastrutture di livello terra e sistemi di fondazione affrontare il rischio aumentato di inondazione e intrusione di acqua salata.

Maggiore frequenza di eventi meteorologici estremi

Oltre ai pericoli individuali, la composizione di eventi estremi, come le onde di calore durante la siccità, o le precipitazioni pesanti a seguito di un incendio, crea scenari multi-hazard. I sistemi di costruzione ad alta velocità devono essere progettati per la resilienza attraverso i guasti a cascata. Ad esempio, un'onda di calore combinata e un'interruzione di corrente potrebbero intrappolare gli occupanti in torri non ventilate, mentre la pioggia torrenziale può sopraffare in loco sistemi di drenaggio progettati per meno intensi.

Strategie di progettazione per le alte risilicenze climatiche

Integrità strutturale migliorata

Per resistere a tempeste più forti e carichi di vento più elevati, gli ingegneri stanno adottando approcci di design basati sulle prestazioni che vanno oltre i requisiti di codice-minimo. Ad esempio, gli edifici possono essere adattati per ridurre i carichi del vento - arrotondate o sfaccettate geometrie che deflettono le raffiche delle raffiche, ma anche materiali avanzati come il cemento ultra-alta prestazione, il rischio di alto rendimento, e il legno cross-laminato (per i sistemi ibridi) permettono di ridurre i framesati.

Tetti e pareti verdi

Le buste vegetali non sono più un ripensamento; sono parte integrante dell'adattamento climatico. I tetti verdi e le pareti vive riducono l'effetto dell'isola di calore urbano, le temperature superficiali inferiori fino a 30°C attraverso l'evapotraspirazione e migliorano l'isolamento degli edifici. Su facciate ad alto volume, i giardini verticali possono intercettare l'acqua piovana, ridurre il deflusso e fornire il raffreddamento naturale agli spazi adiacenti.

Smart Glazing e Shading

I vetri adattivi, come il vetro elettrocromo che si lega alla luce del sole, possono ridurre i carichi di raffreddamento fino al 20% mantenendo la qualità della luce del giorno. Dispositivi di ombreggiatura dinamica, inclusi gli sfalzi motorizzati, gli schermi perforati e i pannelli fotovoltaici integrati nella costruzione, controllo del guadagno di calore solare.

Sistemi di gestione dell'acqua

Gli edifici ad alta quota possono incorporare la raccolta delle acque piovane da superfici di tetto e terrazza, immagazzinando l'acqua in cisterne per usi non potabili come l'irrigazione e il raffreddamento torre makeup. Allo stesso tempo, i tetti blu-verdi e i giardini di pioggia su piani intermedi attenuano il discarico elevato e ritardano lo scarico di picco ai sistemi di tempesta municipali.

Integrazione energetica rinnovabile

I pannelli solari fotovoltaici sono ora integrati in pareti a tenda, tramogge e ombrelloni, trasformando l'intera facciata in un impianto di alimentazione. Le turbine eoliche integrate da edifici, anche se meno comuni, sono state testate su torri supertalli dove le velocità del vento sono più elevate e più coerenti. Il recupero di calore da sistemi di ventilazione e ascensori contribuisce ad alta efficienza energetica.

Case Studies: Clima-Adaptive Skyscrapers

Il bordo (Amsterdam, Paesi Bassi)

Anche se solo quindici storie, The Edge è spesso citato come il più verde edificio per uffici del mondo. Utilizza una facciata solare a sud, un sistema di stoccaggio dell'energia termica aquifer, e l'illuminazione a LED alimentato da una griglia PoE (Power over Ethernet). Il suo avanzato sistema di gestione degli edifici utilizza migliaia di sensori per regolare l'illuminazione, il riscaldamento e la ventilazione in base all'occupazione e alle condizioni esterne.

One Central Park (Sydney, Australia)

Questa torre mista d'uso presenta un sistema eliostato che dirige la luce solare su plaza ombreggiate, riducendo la necessità di illuminazione artificiale. La facciata integra pareti verdi idroponiche che si estende su 1.200 metri quadrati, irrigate da acqua nera trattata. Il design ridotto carico di raffreddamento di picco del 15% e funge da modello per l'integrazione di sistemi passivi e attivi in climi subtropicali umidi.

Torre di Shanghai (Shanghai, Cina)

Il secondo edificio al mondo è un esempio di ridimensionamento del vento e di efficienza energetica. La sua forma di torsione riduce i carichi del vento del 24% rispetto a una forma quadrata, salvando il materiale strutturale. La facciata a doppia pelle crea una zona di buffer che isola gli interni, mentre un sistema di raccolta delle acque piovane e pompe di calore geotermiche contribuiscono alla certificazione LE PlatinumED. Le 270 turbine eoliche della torre generano abbastanza energia per la sua illuminazione esterna.

Prospettive future

Il ritmo dei cambiamenti climatici è l'estremo dei codici di costruzione in molte regioni. I futuri alti-ris probabilmente incorporeranno le caratteristiche che stiamo solo cominciando a vedere: le facciate biomimetiche che "brea" per regolare la temperatura, i micro-griglie decentralizzate per la resilienza energetica, e i gemelli digitali che modellano i rischi climatici in tempo reale.

Conclusioni

Il cambiamento climatico non è una minaccia lontana per gli edifici ad alto valore, è un driver di progettazione attuale. Dalla fortificazione strutturale contro i superstormi alle facciate intelligenti che bilanciano il comfort termico con l'uso dell'energia, le strategie qui descritte rappresentano lo stato dell'arte nel design di edifici ad alto valore climatico-adaptivo. Per gli sviluppatori e i responsabili politici, investire in queste misure non è solo un imperativo ambientale ma anche finanziario: gli edifici progettati per le condizioni climatiche più basse gestiranno i costi più elevati.

Per ulteriori informazioni sulle proiezioni climatiche per le aree urbane, vedere il [IPCC Sesta relazione di valutazione (WGII)[] e il Consiglio sugli edifici alti e sulla biblioteca di ricerca Urban Habitat (CTBUH). Ulteriori casi di studio sono disponibili dall'iniziativa