جنرال لواء

حل أزمة الطاقة في العالم بالمباني الخشبية


يؤدي التحضر والنمو السريع في عدد السكان إلى زيادة الطلب العالمي على الطاقة. تظل مواكبة الطلب على الطاقة واحدة من أكبر تحديات القرن الحادي والعشرين.

يتم إنشاء المباني باستمرار للحفاظ على مساحة كافية للنمو السكاني ، ولكن دورة حياة المبنى هي واحدة من أكثر العمليات كثافة في استخدام الطاقة في العالم. تستهلك المباني ومواد البناء ومكونات البناء اللاحقة تقريبًا 40 بالمائة من الطلب العالمي على الطاقة.

في حين أن هناك العديد من الأسباب لاستخدام كمية كبيرة من الطاقة في بناء المباني وصيانتها ، فإن أحد الاهتمامات البيئية الرئيسية ينشأ من تصنيع الأسمنت ، وهو أحد المكونات الأساسية في الخرسانة.

إنها مادة نفعية تُستخدم في تصنيع الجسور وناطحات السحاب والأساسات السكنية ، من بين العديد من الاستخدامات الأخرى. لكن صناعة الأسمنت من أسوأ العوامل المسببة للتلوث. يمثل إنتاجها حوالي 5٪ من ثاني أكسيد الكربون العالمي (CO2) وحدها.

مشكلة البناء الخرساني

تغييرات نمط الحياة ومع وجود مجتمع عازم على الفضاء ، يزداد الطلب على المباني الأحدث والأكبر باستمرار. يتم هدم المباني القديمة لإفساح المجال أمام المبنى الجديد ، ويتناقص متوسط ​​عمر المبنى العادي. لكن العديد من المباني التي تم تطهيرها دمرت قبل وقت طويل من انتهاء عمرها الإنتاجي. يأتي هدم الهياكل الخرسانية مصحوبًا بمضاعفات خاصة به ، مثل ميله إلى التسرب إلى التربة السطحية والأجسام المائية وتسميمها.

"المباني هي واحدة من أكبر مستهلكي الموارد العالمية وجميع الطاقة المنتجة ، وهي من المساهمين الأساسيين في غازات الاحتباس الحراري والنفايات الصلبة."

يقول فريق MIT Mass Timber Design ، وهو مجموعة صغيرة من باحثي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يقودون مبادرة جديدة لتغيير الطريقة المباني مصنوعة. "[لذا] أصبحت الحاجة إلى نماذج المباني الذكية للطاقة أكثر أهمية من أي وقت مضى."

يتم باستمرار تطوير مواد بناء جديدة واستخدام تقنيات جديدة ، ولكن العديد من المؤسسات ، بما في ذلك معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، تحقق في استخدام تقنيات بديلة قديمة أرخص ، وربما أكثر دواما من المباني الخرسانية والفولاذية.

بناء مبانى خشبية حديثة

يمكن القول إن الرومان هم من أتقنوا الخرسانة ، وما زالت العديد من هياكلهم قائمة حتى اليوم. بينما صمدت هياكلها أمام اختبار الزمن ، فإن وصفة الخرسانة الرومانية ، التي لا تزال واحدة من أقوى المواد التي صنعها الإنسان ، قد ضاعت في النهاية عندما سقطت الإمبراطورية الرومانية. بعد انهيارها ، أصبحت الخرسانة نادرة وتم التخلي عنها إلى حد كبير. لن يكون الأمر كذلك حتى منتصف القرن الثامن عشر قبل أن يستعيد الفولاذ والخرسانة شعبيتهما.

ومع ذلك ، يقوم المهندسون المدنيون والمهندسون المعماريون اليوم بإعادة ممارسات البناء الحديثة لإعادة دمج الأخشاب كهيكل أساسي ومواد بناء. يجري التحقيق في تقنيات جديدة لاستبدال الهياكل الخرسانية المسلحة بالفولاذ بمسكن خشبي ضخم. تعد جامعات مثل جامعة ميريلاند ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وغيرها رائدة في التقنيات الجديدة لإعادة تكييف الخشب مع العالم الحديث.

غالبًا ما تعتبر الهياكل الخرسانية المسلحة بالفولاذ حلول بناء طويلة الأجل. بالنسبة للكثيرين الذين يعيشون في إطار خشبي ومبطن بالحوائط الجافة ، فإن فكرة المنزل الذي يدوم قرنًا أو أكثر أمر لا يمكن تصوره تقريبًا. يتم هدم المباني قبل فترة طويلة من ذلك الوقت ، ولكن عادةً قبل انتهاء عمرها الافتراضي.

لا يخطط الكثيرون للعيش في منزل صغير لفترة طويلة ويضعون خططًا للترقية إلى مساحة أرضية أكبر. يتزايد الطلب على المنازل الكبيرة ، وبالتالي يتم هدم المنازل الأصغر لإفساح المجال أمام المنازل الجديدة.

Mass Timber Design Longhouse من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

يغير معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا العقلية الكامنة وراء الإنشاءات الخشبية قصيرة المدى. تقود مجموعة من الباحثين في الجامعة مبادرة للتحقيق في تصاميم الأخشاب الجماعية الجديدة - المباني القائمة على الخشب المصممة لتكون أكثر كفاءة وأرخص تكلفة من المباني الخرسانية والفولاذية ، ولكنها متينة.

يقترح الفريق بناء منازل طويلة من الخشب - منازل خشبية كبيرة هندسية مبنية من قطع ضخمة من الخشب.

تم تطوير Longhouse من قبل فريق متعدد التخصصات في Mass Timber Design ، وهي ورشة تصميم في MIT Architecture تستكشف مستقبل المباني المستدامة عند تقاطع الهندسة المعمارية والتكنولوجيا. تشمل اعتمادات المشروع: (عالم أبحاث) جون كلاين (فريق التصميم والهندسة) جون فيشتيل ، بول شورت ، ديمي فانغ ، أندرو بروس ، هيرين لي ، ألكسندر بودوين ماكاي.

"حظيت مجموعة الأخشاب ، وهي تصميم مبني يعتمد على الخشب ، وتكنولوجيا البناء ، باهتمام كبير على مدار العقود القليلة الماضية نظرًا لكفاءتها وسرعتها ودقتها وتعدد استخداماتها في البناء للتطبيقات المنخفضة إلى الشاهقة. أصبحت المباني الخشبية الجماعية أكثر شيوعًا في جميع أنحاء أمريكا الشمالية ، ويرجع ذلك على وجه الخصوص إلى الفوائد البيئية للتكنولوجيا والتأثيرات المحتملة التي يمكن أن تحدثها على صحة الغابات في أمريكا وترميمها. قامت MIT Mass Timber Design ، وهي ورشة عمل للتصميم في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، باستكشاف إمكانات التصميم والهندسة لهذه التقنيات وتطوير نموذج أولي ضخم لبناء الأخشاب: The Longhouse ". يقول MIT.

من خلال دمج التكنولوجيا الحديثة مع التكنولوجيا من الماضي ، يقترحون بناء مبنى خشبي متعدد الأغراض عالي التقنية في حرم معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. بينما يأخذ خطوة إلى الوراء في الوقت المناسب ، سيتم تجهيز المبنى ليكون منتجًا للطاقة.

"يمكن ضبط اتجاه المبنى وعمق وزاوية سقف سن المنشار مع الظروف الشمسية المحلية واحتياجات ضوء النهار الطبيعي. تسمح نسبة النافذة إلى الجدار المنخفضة مع الغلاف المعزول بدرجة عالية بمبنى موفر للطاقة. يستخدم المشروع عمليات التصنيع التي يتم التحكم فيها رقميًا بواسطة الكمبيوتر (CNC) لتمكين نظام معياري مسبق الصنع للتجميع الفعال "، كما يصف الفريق.

"من أجل تحقيق مساحة كبيرة ممتدة للخليج من أجل المرونة ، تم تصميم المبنى كسلسلة من أقواس الخشب الرقائقي (LVL) التي تمتد عبر البعد الأقصر للمبنى. يستخدم كل قوس شكلًا جانبيًا مثلثيًا رقيق الجدران لتقليل التشوهات في الهيكل وتوفير صلابة شاملة للمبنى ".

في الوقت الحالي ، هي مجرد فكرة مقترحة لمعالجة وباء الطاقة والتلوث. لكنهم ليسوا وحدهم في مهمتهم ، فالعديد من الشركات والمؤسسات الأخرى تقود مبادرات مماثلة لدمج تصاميم الأخشاب المستدامة كحل بناء طويل الأجل.

فوائد الخشب كمادة للبناء

الخشب خفيف وقوي ، ويحافظ على خصائص عزل ممتازة دون الحاجة إلى موارد إضافية. على عكس الخشب ، تعتبر الخرسانة عازلًا رديئًا وتتطلب مواد إضافية لإبقائها معزولة بشكل أفضل.

عادةً ما تكون الخرسانة أكثر تكلفة ، ولكن بالنسبة للمباني الكبيرة ، كان الفولاذ والخرسانة هما المواد المفضلة للبناء. ومع ذلك ، في الآونة الأخيرة ، تعمل التقنيات الجديدة على تحسين متانة الأخشاب ، مما يجعلها أكثر قابلية للتطبيق من الناحية البيئية والاقتصادية من نظيرتها الخرسانية.

ولكن ربما الأهم من ذلك ، وفقًا لدراسة قادها CORRIM (اتحاد أبحاث المواد الصناعية المتجددة) ، أن دورة حياة الفولاذ والخرسانة تؤدي إلى انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنسبة 26٪ إلى 31٪ أكثر من تلك الناتجة عن الخشب.

مع استمرار تدهور أنظمة الطقس ، أصبح من المهم أكثر من أي وقت مضى الحد من غازات الاحتباس الحراري. مع حركة وإدخال ضرائب الكربون وغيرها من ضرائب التلوث المماثلة ، قد تكون هناك أيضًا حوافز توفير أخرى للشركات لإجراء الانتقال.

يمكن أيضًا أن تكون الإنشاءات الخشبية أكثر إرضاءً من الناحية الجمالية وعندما يتم حصادها بشكل مناسب ، تعتبر موردًا متجددًا. ومع ذلك ، فإنه لا يخلو من مشاكله.

مشكلة المباني الخشبية

يشتهر الخشب بالانكماش والتورم بسبب التغيرات في محتوى الرطوبة. الآثار ملحوظة حتى في المباني الصغيرة للمساكن السكنية. غالبًا ما تنتظر الحوائط الجافة بضعة أيام أو أكثر حتى تستقر المنازل المؤطرة حديثًا قبل محاولة إنهاء أي جدار. إذا تم وضع الحوائط الجافة قبل استقرار المنزل ، فمن شبه المؤكد أنه سيتصدع - وهي مشكلة يتعلمها العديد من المتدربين وأفراد DIY.

بدون معالجة خاصة ، يكون الخشب قابلاً للاشتعال أيضًا ، وهي سمة غير مرغوب فيها خاصة عند التفكير في المجمعات الكبيرة وسلامتها. الخشب أيضًا عرضة للتغير في اللون والعفن ، ومع ذلك ، مع التدخل المناسب ، يمكن تقليل الضرر لمئات السنين.

من ناحية أخرى ، فإن الأخشاب الجماعية بطبيعتها مقاومة للحريق بسبب تأثير التفحم للمادة السائبة

مشاريع الأخشاب الأخرى في العالم

معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ليس المؤسسة الوحيدة التي تحقق في تنفيذ البناء الخشبي.

في وقت سابق من هذا العام ، اخترعت جامعة ماريلاند "خشبًا فائقًا" مصنوعًا من ألياف الخشب وتحويله إلى مورد فائق القوة.

"إنه قوي مثل الفولاذ ، لكنه أخف بست مرات. فهو يستهلك طاقة تكسير أكثر بعشرة أضعاف من الخشب الطبيعي. ويمكن حتى ثنيه وتشكيله في بداية العملية." قال Teng Li ، القائد المشارك للفريق والأستاذ المساعد Samuel P. Langley للهندسة الميكانيكية في مدرسة كلارك UMD.

تقوم شركة أخرى باسم Lever Architecture بوضع اللمسات الأخيرة على ناطحة سحاب خشبية مقترحة من 12 طابقًا في بورتلاند ، أوريغون. تمت الموافقة على تصميمهم العام الماضي وتعمل الشركة حاليًا على إنهاء التصاريح لبدء البناء. عند بنائه ، سيكون أول ناطحة سحاب خشبية في أمريكا.

تخطط شركة Sumitomo Forestry ، وهي شركة يابانية مقرها ، أيضًا لبناء ناطحة سحاب خشبية. ومع ذلك ، من المقرر أن يكون أطول ناطحة سحاب خشبية في العالم ، ومن المقرر أن يكتمل بحلول عام 2041. ووفقًا للشركة ، فإن 10 بالمائة من البرج المكون من 70 طابقًا سيكون من الصلب. وسيصنع الباقي من 180 ألف متر مكعب من الخشب الأصلي.

بطبيعة الحال ، هناك العديد من الحلول لوباء البناء والطاقة في القرن الحادي والعشرين. في حين أن هناك العديد من المواد الحديثة التي تبشر بتجاوز المباني الخرسانية والفولاذية في نهاية المطاف ، ربما تكون أفضل خطوة للأمام هي التراجع في الواقع.


شاهد الفيديو: توليد الكهرباء بدون وقود الكهرباء من العدم اختراعات تكنلوجيه ستراها اول مره (ديسمبر 2021).