استدامة سماوية

Sky sourced sustainability – how can super tall buildings benefit form height

استدامة سماوية – كيف يمكن للمباني فائقة الطول الإفادة من الارتفاع

لوك لونج& بيتر ويزمانتل

ملخص

إن استخدام الأرض والبيئة ذات التدرج الشبيه كمصدر للطاقة كان أمرا شائعا على مر التاريخ. بخلاف الشمس والرياح، لا يرى المصممون السماء كمصدر لفوائد أضافية. هدف هذه الورقة البحثية هو جعل مصممي المباني الطويلة على وعى أكبر بمصادر الاستدامة الأخرى " في السماء"، كيف تتغير هذه المصادر مع الارتفاع وكيف يمكن لهذه المعرفة أن تفيد تصميم، إنشاء، وتشغيل المباني الطويلة.

تمت مناقشة العوامل البيئية الخارجية. اقترحت أساليب لكيفية الإفادة منها. حيث أن مواصفات الطاقة الحالية ومعايير البناء " الأخضر" لا تتعامل مع موضوع التباينات البيئية مع الارتفاع؛ فإن للسماء القدرة على تقديم فرص توفير طاقة متميزة وربما تضيف إلى الاستدامة الكمية للمبنى الطويل.

حيثما أمكن تم استخدام برج طوله 1 كم في دبي كمثال للتوضيح.

مقدمة

بينما نعرف كل مصادر الطاقة الأرضية، فإن فوائد السماء البيئية – ما عدا طاقة الشمس والرياح- لا تكثر مناقشتها في مجتمع التصميم. إن جني الأشكال المختارة من طاقة السماء – مثلا باستغلال ميزة معدل زوال الحرارة- قد يكون له أثر قليل للغاية على البيئة. من المهم أن نفهم ما يمكن للسماء تقديمه لأن الجيل القادم من المباني الفائقة الطول لا يعد فقط بمزيد من الطول وإنما – بسبب الاهتمام الحالي بالبيئة – يجب أن يكون أكثر استدامة من المباني القائمة. مثلا، برج دبي (شكل 1)- تحت الإنشاء حاليا- سيكون أطول بكثير من أطول مبنى تم بناؤه (شكل 2) وله عدة اعتبارات تخص التصميم المستدام. بخلاف برج دبي، أعلنت مخططات في دبي ومدن كبرى آسيوية وشرق أوسطية أخرى لمباني أطول. تم الإعلان عن عدة مقترحات بالفعل لأبراج طولها 1000 متر أو أكثر. لذا من المهم حاليا أن يفهم المصممون كيف يمكن للسماء أن تفيد الأجيال القادمة من المباني الطويلة.

دراسة الآثار البيئية للارتفاع واستخدام الطاقة

جرت القليل من الدراسات على تأثير الارتفاع في استخدام الطاقة في المباني الطويلة. خلال تصميم برج الحرية، كلف المختبر الوطني للطاقة المتجددة في الولايات المتحدة بنمذجة استهلاك الطاقة باستخدام برنامج يسمى Energy Plus. شملت النمذجة درجة الحرارة، وتغيرات أثر الرياح مع الارتفاع لكنها لم تشمل التغير في ضغط الهواء، الرطوبة، أو كثافة الهواء. أثر عمليات المحاكاة أوضح أن "...... العوامل البيئية التي تتباين مع الارتفاع لها أثر هام على إجمالي الطاقة السنوية لتبريد وتدفئة المبنى.... خفض في إجمالي طاقة تبريد وتدفئة المبنى السنوية يعادل 13% بدون عوامل بيئية مقارنة بكل العوامل مجتمعة. الظل كان له أكبر أثر." بمعطيات طبيعة المبنى والبيئة، قد تزيد النسبة إذا اشتملت على ضغط الهواء، الرطوبة، والكثافة. يجب ملاحظة أن الدراسة اشتملت على أثر الظل للمباني التي حول البرج، التي تسبب 9% من توفير الطاقة ( بيتر ج. إليس وبول أ. تورسيليني، 2005).

المتوسط المحسوب - بيئة أفضل للمباني التي يسود فيها التبريد

من ملاحظات دراسة برج الحرية أن استخدام المستوى المتوسط لبرج منتظم وضربه في إجمالي عدد الطوابق يعد تقريبا جيدا لاستهلاك الطاقة للبرج كله (بيتر ج. إليس وبول أ. تورسيليني، 2005). يجب أن يأخذ هذا التقريب في الاعتبار أثر تأثير التراص. عموما، مهما بلغ طول المبنى، فإن البيئة الأرضية " ثابتة". كلما زاد طول المبنى في المناخ الحار والرطب، كلما زاد التناقص في "المتوسط المحسوب" لدرجة الحرارة، كثافة الهواء، والرطوبة، وكلما زاد التناقص في استخدام الطاقة. بأخذ دبي كمثال، فإن درجة الحرارة - باستخدام معدل الزوال الجاف المتعادل (ADLR) مع ارتفاع عند مستوى متوسط لمبنى طوله 500 متر- تكون 43.7 مئوية، درجة حرارة معدل الزوال للمستوى المتوسط لمبنى ارتفاعه 1000 متر تكون 41.2 مئوية، أنظر شكل 3. كمية الرطوبة وكثافة الهواء تظهر أيضا أنماطا مماثلة. بالتركيز على العوامل البيئية، من الممكن أن تقدم المبنى التي يسود بها التبريد " متوسط محسوب " أفضل لتوفير الطاقة. للمباني التي تسود بها التدفئة، قد تكون النتيجة معاكسة.

دراسات الاستدامة السماوية باستخدام مبنى افتراضي طوله 1 كم

البقية في الجزء الثاني بإذن الله