Как высотные здания поддерживают цели устойчивого развития городов
Роль высотных зданий в устойчивом развитии городов
Быстрая урбанизация оказывает огромное давление на города, чтобы они могли вместить растущее население, не жертвуя при этом пригодностью для жизни или здоровьем окружающей среды. В этом балансирующем акте высотные здания стали ключевой стратегией, предлагая вертикальное решение горизонтального разрастания, которое потребляет естественные среды обитания и увеличивает углеродные следы. Концентрируя людей и деятельность в пределах компактных следов, эти структуры поддерживают множество целей городской устойчивости - от энергоэффективности и сокращения выбросов до защиты биоразнообразия и экономической жизнеспособности.
Устойчивость городов заключается не только в снижении негативных последствий; она также влечет за собой создание устойчивых, справедливых и процветающих сообществ. Высотные здания, спроектированные и управляемые с учетом устойчивости, могут способствовать всем трем столпам устойчивости: экологическим, социальным и экономическим. В этой статье рассматривается, как высотные здания поддерживают цели устойчивости городов, изучая их преимущества, зеленые технологии, которые они включают, проблемы, с которыми они сталкиваются, и политические рамки, которые направляют их развитие.
Максимальная эффективность землепользования
Одним из самых прямых вкладов высотных зданий в устойчивость является их способность максимизировать эффективность землепользования. В городах, где земля скудна и ценна, строительство вверх позволяет одному и тому же участку разместить больше людей, предприятий и удобств. Эта плотность уменьшает потребность в городской экспансии наружу, сохраняя зеленые пояса, сельскохозяйственные угодья и природные экосистемы. Например, одна высотная жилая башня может вмещать такое же количество домохозяйств, как малоэтажное подразделение, покрывающее многократно площадь, оставляя окружающий ландшафт нетронутым.
Эффективность землепользования также поддерживает биоразнообразие, предотвращая фрагментацию среды обитания. Когда города растут вертикально, а не горизонтально, они поддерживают коридоры для дикой природы и защищают чувствительные районы от развития. Кроме того, компактные городские формы снижают затраты на инфраструктуру на душу населения для дорог, водоснабжения и канализационных систем, освобождая муниципальные бюджеты для инициатив по устойчивому развитию, таких как создание парков и проекты возобновляемой энергии.
Сокращение выбросов на транспорте и разрастание городов
Развитие высокой плотности, обеспечиваемое высотными зданиями, неразрывно связано с более низкими выбросами от транспорта. Когда рабочие места, жилые помещения и услуги сосредоточены в вертикальных кластерах, расстояния между ежедневными пунктами назначения сокращаются. Эта близость поощряет ходьбу, езду на велосипеде и использование общественного транспорта над частными автомобилями. Знаковое исследование, опубликованное в Природные коммуникации , показало, что удвоение плотности городов снижает выбросы углерода на душу населения, связанные с транспортом, до 35%.
Высотные здания также поддерживают жизнеспособность систем общественного транспорта. Критическая масса пассажиров в нескольких минутах ходьбы от транзитной станции имеет важное значение для эффективных автобусных, метрополитеновых и легкорельсовых сетей. Плотные высотные районы обеспечивают это движение, делая общественный транспорт финансово устойчивым и уменьшая потребность в парковочной инфраструктуре. Результатом является добродетельный цикл: более высокие здания → более высокая плотность → лучший транзит → более низкие выбросы.
Поддержка общественного транспорта и пешеходной доступности
Хорошо спроектированные высотные районы часто интегрируют принципы развития, ориентированные на транзит. Размещение башен вблизи крупных транзитных узлов, обычно известных как «вертикальные деревни», создает благоприятные для пешеходов условия, где жители могут получить доступ к магазинам, офисам и рекреационным объектам в течение 15 минут ходьбы. Эта модель не только снижает зависимость от автомобилей, но и улучшает здоровье населения, содействуя активному транспорту.
Например, высотные районы Гонконга являются одними из самых доступных для прогулок в мире, с повышенными пешеходными дорожками и подземными связями, связывающими жилые башни со станциями метро, торговыми центрами и парками. Такие конструктивные особенности уменьшают заторы на уровне земли и обеспечивают защищенные маршруты, которые поощряют ходьбу круглый год. Аналогичным образом, высотная застройка в центре Ванкувера была сопряжена с обширными велосипедными дорожками и быстрым расширением транзита, что привело к одному из самых низких показателей владения автомобилем в Северной Америке на душу населения.
Зеленые технологии и инновации в дизайне
Современные высотные здания далеки от энергоемких стеклянных башен прошлого. Сегодня архитекторы и инженеры интегрируют набор зеленых технологий, которые сокращают использование энергии, сохраняют воду и минимизируют отходы. Эти инновации имеют решающее значение для согласования высотных зданий с амбициозными климатическими целями, такими как чистые нулевые выбросы к 2050 году.
Меры по энергоэффективности
Энергоэффективность начинается с оболочки здания. Высокопроизводительное остекление с покрытиями с низкой эмиссией, передовыми изоляционными материалами и воздухонепроницаемой конструкцией снижает нагрузку на отопление и охлаждение. Многие башни теперь включают в себя зеленые крыши или живые стены, которые обеспечивают изоляцию, уменьшают стоки ливневых вод и смягчают эффект городского теплового острова. В некоторых проектах зеленые крыши покрывают более 60% доступной площади крыши, удваивая в качестве рекреационного пространства для жителей.
Эффективность освещения значительно улучшилась с широким внедрением светильников LED в сочетании с дневными светочувствительными элементами управления. Умные датчики тускнеют при искусственном освещении, когда естественного дневного света достаточно, и выключают свет в незанятых помещениях. Например, Башня Банка Америки в Нью-Йорке использует высокопроизводительную занавесную стену, которая оптимизирует проникновение дневного света, уменьшая использование энергии освещения более чем на 25% по сравнению с обычной стеклянной башней.
Системы HVAC являются еще одним основным направлением. Системы переменного потока хладагента (VRF), охладители рекуперации тепла и контролируемая спросом вентиляция адаптируют отопление и охлаждение к фактическому заполнению. Некоторые башни используют охлажденные балки или системы лучистой плиты, которые более эффективны, чем принудительный воздух. В Шанхайской башне, одной из самых высоких в мире, используется фасад с двойной кожей, который создает тепловой буфер, сокращая потребление энергии примерно на 20%.
Интеграция возобновляемых источников энергии
Интеграция возобновляемых источников энергии в высотные здания является сложной задачей из-за ограниченной площади крыши и затенения от соседних структур. Однако появляются творческие решения. Интегрированные в здания фотоэлектрические элементы (BIPV) теперь доступны в виде стеклянных панелей, шпандель на занавесной стене и даже оконного остекления, которые могут генерировать энергию без ущерба для эстетики. Башня FLT:0 использует фотоэлектрические панели, встроенные в ее фасад, для обеспечения до 15% от общего спроса на энергию.
Ветровые турбины также адаптируются для высотных условий. Маленькие турбины вертикальной оси могут быть установлены на крышах или в углах зданий, где скорость ветра выше. Бахрейнский Всемирный торговый центр знаменит тем, что включает в себя три моста, охватывающие две башни, каждый из которых несет большую ветряную турбину, которая в совокупности генерирует 11-15% электроэнергии здания. В то время как такие установки остаются нишевыми, достижения в технологии микросетей и аккумуляторных батареях делают возобновляемые источники энергии на месте более жизнеспособными для высотных зданий.
Сохранение и управление водными ресурсами
Высотные здания могут значительно снизить потребление воды за счет переработки серы, сбора дождевой воды и низкотемпературных светильников. Серая вода из раковин, душевых и прачечных может быть обработана на месте и повторно использована для промывки туалетов или орошения. Дождевая вода, собранная с крыш, может храниться в резервуарах для полива ландшафта или грима охлаждающей башни. Башня CIS в Манчестере (Великобритания) собирает дождевую воду для своих систем охлаждения, экономя почти 2 миллиона литров воды в сети ежегодно.
Внутренняя эффективность воды достигается с помощью туалетов с двойным наливом, кранов с сенсорным активированием и эффективных посудомоечных машин и стиральных машин. Многие сертифицированные зелеными цветами высотные здания нацелены на сокращение использования воды в помещениях на 30-40% по сравнению с исходными строительными нормами. Эта экономия особенно важна в регионах с дефицитом воды, где жизнь с высокой плотностью может иначе напрягать муниципальные запасы.
Умные строительные системы и IoT
Интернет вещей (IoT) трансформирует то, как высотные здания управляют энергией и ресурсами. Умные датчики контролируют температуру, влажность, заполняемость и качество воздуха в режиме реального времени, подавая данные в системы управления зданиями (BMS), которые оптимизируют HVAC, освещение и вентиляцию. Прогнозные алгоритмы могут предвидеть потребности в отоплении или охлаждении на основе прогнозов погоды и моделей заполняемости, уменьшая ненужную работу.
Интеллектуальные лифты уменьшают потребление энергии, группируя пассажиров, путешествующих на аналогичные этажи, и используя рекуперативное торможение для захвата энергии. Системы мониторинга с светодиодным питанием предупреждают команды обслуживания о неисправностях, прежде чем они вызовут серьезные поломки, продлевая срок службы оборудования и сокращая отходы. В совокупности эти технологии могут сократить использование эксплуатационной энергии на 15-30% сверх того, что обычные меры эффективности достигают в одиночку.
Устойчивые материалы и методы строительства
Воплощенный углерод строительных материалов - выбросы, выделяемые во время добычи, производства и транспортировки - представляет собой серьезную проблему для высотного строительства, в котором используются большие количества стали и бетона. Промышленность реагирует новыми материалами и методами, которые снижают этот первоначальный углеродный след.
Низкоуглеродистый бетон и сталь
На долю бетонного производства приходится около 8% глобальных выбросов CO2. Для решения этой проблемы инженеры разрабатывают смеси из низкоуглеродистого бетона, которые заменяют часть цемента дополнительными цементными материалами (SCM), такими как мухоловка, шлак или кальцинированная глина. Некоторые высотные здания в настоящее время используют бетон, продуцируемый углеродом , который хранит CO2 во время процесса отверждения, эффективно улавливая выбросы. В здании One Angel Square в Манчестере использовался бетон с 50% GGBS (земля гранулированная доменная печь шлак), уменьшая его воплощенный углерод более чем на 30%.
Сталь также декарбонизируется через электрические дуговые печи, работающие на возобновляемой энергии и использовании переработанной металлолома. Эмпайр Стейт Билдинг подвергся модернизации, которая включала замену старых окон высокоэффективными блоками, но конструкционная сталь уже была в значительной степени переработана. Сегодня многие новые башни определяют сталь с мельниц, которые предоставляют экологические декларации продукции (EPD) с проверенным низким содержанием углерода.
Модульное и сборное строительство
Модульное строительство — сборка компонентов зданий за пределами площадки и сборка их на месте — сокращает количество отходов, сокращает сроки строительства и улучшает контроль качества. Для высотных зданий этот метод становится все более популярным. Отель Mariott в финансовом районе Нью-Йорка был построен с использованием сборных ванных комнат, что экономит недели труда и сокращает отходы на месте на 25%.
Кросс-ламинированная древесина (CLT) становится жизнеспособной альтернативой для высотных зданий, известных как массивная древесина. Хотя гибридные конструкции не подходят для самых высоких башен, они сочетают CLT со сталью или бетоном для средних и высотных конструкций. Mjøstårnet в Норвегии, 18-этажная башня, является самым высоким деревянным зданием в мире. Массовая древесина секвестрирует углерод и требует меньше энергии для производства, чем сталь или бетон, хотя пожарная безопасность и управление влагой остаются ключевыми соображениями.
Вызовы и компромиссы
Несмотря на их преимущества, высотные здания не лишены проблем устойчивости.Сбалансированная оценка должна учитывать воплощенный углерод, эксплуатационные потребности в энергии и социальные последствия.
Воплощенный углерод и энергия
Чем выше здание, тем больше структуры и материалов требуется на квадратный метр площади пола из-за ветровых нагрузок и требований к фундаменту. Исследование Совета по высотным зданиям и городской среде обитания (CTBUH) показало, что воплощенный углерод на квадратный метр значительно увеличивается выше 40 этажей. Для того, чтобы высотные здания были действительно устойчивыми, сокращение эксплуатационной энергии должно компенсировать эти первоначальные инвестиции в углерод в течение срока службы здания - расчет, который зависит от источника энергии здания и интенсивности углерода в сети.
Использование низкоуглеродных материалов и эффективных методов строительства имеет решающее значение, но даже тогда высотные здания могут иметь отрицательное воздействие на климат, если они вытесняют варианты с более низким содержанием углерода. Ключ заключается в том, чтобы обеспечить, чтобы плотность, которую они позволяют, действительно заменяла сценарии разрастания, а не просто добавляла площадь в уже плотных городах.
Расходы и финансирование
Зеленые технологии и высококачественные материалы часто несут авансовые премии. В то время как многие функции окупаются с течением времени за счет экономии энергии и воды, разработчики могут колебаться вкладывать средства, если арендаторы не хотят платить более высокую арендную плату или стоимость недвижимости. Механизмы зеленого финансирования, такие как зеленые облигации и кредиты, связанные с устойчивостью, помогают преодолеть этот разрыв, предлагая лучшие условия для проектов, отвечающих целям устойчивости. Например, Всемирный совет по зеленому строительству сообщает, что сертифицированные зеленые здания в крупных городах имеют премии за аренду 4-10% и более высокие ставки заполняемости, что делает их привлекательными инвестициями.
Социальное равенство и влияние на общество
Высотные застройки могут усугубить социальное неравенство, если они обслуживают исключительно богатых жителей или вытесняют существующие общины. Затенение от башен может уменьшить солнечный свет и доступ к паркам для близлежащих малоэтажных районов. Ветровые туннели на уровне улиц могут сделать ходьбу неприятной или небезопасной. Эти вопросы требуют тщательного городского дизайна: отступление башни от пешеходных уровней, сохранение дневного света через зонирование и обеспечение того, чтобы многоэтажные районы включали в себя доступные единицы жилья.
Политика в области инклюзивного зонирования, такая как обязательные элементы доступного жилья, может обеспечить совместное использование преимуществ высокой плотности. Такие города, как Ванкувер и Сиэтл, требуют, чтобы новые высотные объекты способствовали развитию общественных удобств, от парков до детских садов, в рамках процесса утверждения. Равноправное развитие, ориентированное на транзит (eTOD), гарантирует, что жители с низким доходом имеют доступ к экономическим возможностям, которые поддерживает плотность.
Политика и рамки городского планирования
Для реализации потенциала устойчивости высотных зданий требуется поддерживающая политика и комплексное городское планирование.Без нормативных указаний высотные здания могут увеличить заторы, напрячь инфраструктуру или ухудшить экологическую справедливость.
Бонусы за зонирование и плотность
Многие города используют бонусы плотности, чтобы побудить разработчиков включать функции устойчивости или общественные выгоды. В обмен на строительство более высоких или больших зданий, от застройщиков может потребоваться предоставление зеленых крыш, зарядных станций для электромобилей или вклад в модернизацию транзита. Программа Нью-Йорка Зонирование для доступности и устойчивости предлагает бонусы за площадь для зданий, которые достигают сертификации LEED или включают доступное жилье.
Коды на основе форм также могут определять, как высотные здания относятся к улице и общественной сфере. Они регулируют неудачи, высоты подиума и фасад на уровне улицы, чтобы гарантировать, что высокие здания способствуют привлекательной пешеходной среде, а не подавляют ее. Портленд, штат Орегон, ограничивает высоту зданий вблизи транзитных коридоров, поощряя более высокие башни в обозначенных зонах плотности, уравновешивая рост с пригодностью для жизни.
Сертификаты зеленого строительства
Добровольные программы сертификации, такие как LEED (Лидерство в области энергетики и экологического проектирования), BREEAM (Метод оценки экологической эффективности строительного исследовательского учреждения) и WELL , обеспечивают стороннюю проверку эффективности устойчивого развития. Высокоэтажные проекты, которые проводят эти сертификации, часто достигают более низкого энергопотребления, лучшего качества воздуха в помещении и более высокого уровня удовлетворенности пассажиров. Многие города теперь требуют сертификации для зданий выше определенной высоты или квадратного метра.
Край в Амстердаме, часто называемый самым зеленым зданием в мире, демонстрирует, как интегрированный дизайн и интеллектуальные технологии могут достичь BREEAM Outstanding с почти нулевым энергетическим балансом. Хотя он и не является традиционным жилым многоэтажным, его принципы, такие как использование светодиодной системы освещения на базе Ethernet, которая контролирует заполняемость, воспроизводятся в многоэтажных типологиях.
Будущие направления
По мере ужесточения климатических целей и развития технологий высотные здания будут продолжать развиваться. Следующее поколение высотных зданий стремится быть не только менее вредными, но и активно регенеративными.
Нет-ноль и углеродно-нейтральные башни
Несколько высотных проектов нацелены на чистый нулевой эксплуатационный углерод через производство возобновляемой энергии на месте и высокоэффективные системы. Brock Commons Tallwood House в Ванкувере, 18-этажная массовая деревянная студенческая резиденция, предназначена для почти нулевой энергии. В настоящее время изучается возможность замены воплощенного углерода углеродными кредитами или секвестрацией на месте (например, включение панелей водорослей, которые захватывают CO2). UNStudio -спроектированная Десять башен в Тайбэе включает живой фасад водорослей, который производит биомассу для энергии при затенении здания.
Форум лидеров по углероду выступает за оценку жизненного цикла всего строительства (LCA) и более строгие ограничения на воплощенный углерод в строительных кодексах. Будущие высотные здания могут использовать углеродсодержащий бетон, переработанную сталь и биоматериалы для достижения истинной углеродной нейтральности в течение всего жизненного цикла.
Биофильный дизайн и зеленые пространства
Биофильный дизайн — интеграция природы в построенную среду — набирает обороты в высотной архитектуре. Небесные сады, вертикальные леса и зеленые стены улучшают качество воздуха, уменьшают стресс и обеспечивают среду обитания для городской дикой природы. Bosco Verticale (Вертикальный лес) в Милане имеет 900 деревьев, 5000 кустарников и 11 000 растений наземного покрова, распределенных по двум башням. Эта зелень поглощает CO2, производит кислород и действует как естественный фильтр для твердых частиц.
Будущие высотные здания могут включать в себя еще более амбициозные биофильные элементы: коммунальные теплицы на каждом этаже, парки под открытым небом на средней высоте и атриумы с «зеленым ядром», которые циркулируют свежий воздух через здание. Эти пространства не только приносят пользу окружающей среде, но и создают возможности для социального взаимодействия и психического благополучия в плотных городских условиях.
Заключение
Высотные здания являются незаменимыми инструментами для достижения устойчивости городов в быстро урбанизирующемся мире. При интеграции с экологически чистыми технологиями, устойчивыми материалами и продуманным городским дизайном они могут резко сократить потребление земли, выбросы от транспорта и использование ресурсов, одновременно способствуя развитию динамичных, пригодных для прогулок сообществ. Для продвижения вперед требуется решение проблем воплощенного углерода, справедливости и стоимости с помощью инновационной политики и непрерывного технологического прогресса.
В конечном счете, успех высотных зданий в поддержке целей устойчивого развития зависит от целостного подхода, который уравновешивает плотность с пригодностью для жизни, экологические показатели с социальной включенностью и непосредственные потребности с долгосрочной устойчивостью. С скоординированными действиями архитекторов, планировщиков, разработчиков и политиков наши города могут расти вверх, не ставя под угрозу будущее планеты.
Ссылки и дальнейшее чтение:
— Климатические решения ООН: Почему города держат ключ к борьбе с изменением климата —
— Всемирный совет по зеленому строительству —
— Совет по высотным зданиям и городской среде обитания (CTBUH) —
—
Природные коммуникации: плотность городов и выбросы от транспорта