إضفاء لون الخضرة على المباني الأسمنتية.... .

إضفاء لون الخضرة على المباني الأسمنتية!!

   حيث تتم محاولات الحد من أثار الانبعاث الكربوني في المملكة المتحدة حيث من خلال معالجة مشكلة الطاقة المستخدمة في المباني الحالية، ويتضمن ذلك أيضًا المباني الأسمنتية التي تم بنائها بين ستينيات وتسعينيات القرن التاسع عشر؛ فهذه المباني غالبا ما تكون بدون كفاءة للحرارة أو البرودة، وأيضًا غير مريحة للسكن وإعادة ترميمها مكلفة. 
 
   ولكن الأساليب الجديدة في الكسوة(العزل) قد تحول تلك المباني لمباني ذات كفاءة للطاقة، وبذلك نملك مباني ذات إنبعاث كربوني أقل بتكلفة أقل من إعادة لبناء. ويشرح البروفسور دوغ كينغ فرينج، كبير المستشارين العلميين والهندسيين لمؤسسة بحوث البناء، بعض فوائد إعادة الكسوة (العزل). حيث تمثل المباني حوالي 45٪ من إجمالي انبعاثات الكربون في المملكة المتحدة. وبالتالي، فإنها سوف تلعب دورًا رئيسيًا في الخطط التي تهدف إلى تحقيق التزام الحكومة بمعالجة الأحتباس الحراري وتغير المناخ وأيضًا مع تخفيض بنسبة 80٪ من انبعاثات غازات بيوت التدفئة البلاستيكية  بحلول عام 2050.

   وقد ركز المهندسون المعماريون والمدنيون على تصميم وبناء مبانٍ جديدة ذات آثار انبعاثات منخفضة من الكربون، ومع ذلك، فإن هذا سيكون تحسن بسيط في المباني الحالية، لكن يتوقع ان يكون تحسن بما يقدر بنحو 80٪ من المباني التي ستكون موجودة في عام 2050. هدم المباني واستبدالها ليس فكرة عملية  في خطوة من شأنها على أي حال ان يكون لها أنبعاثها الكربوني الخاص، نظرًا للحاجة إلى إزالة واستبدال كميات كبيرة من الخرسانة. ويجب تحسين أداء الطاقة في المباني الحالية إذا كانت أهداف الكربون مجتمعة .

  الآلاف من المباني ذات الطابع الخرساني التي بنيت بين 1960 و 1980 هي من بين أقل كفاءة في استخدام الطاقة..... 
انظر إلى معدن الكربون وسوف تجد العديد من هذه المباني التي لم يعد تجديدها يشكل صعوبة في اجتذاب المستأجرين عندما تصدر شهادات أداء الطاقة، التي أصبحت إلزامية بموجب توجيه الاتحاد الأوروبي في يناير 2013. وفي حين سيتعين هدم عدد كبير من المباني، فإن بدائل إعادة البناء ستضمن أن العديد من المباني القديمة تكون قادرة على تحقيق المعايير الجديدة لأداء الطاقة. المنطقة التي لديها أكبر إمكانات لتحسين أداء معظم المباني ذات الطابع الخرساني هي الكسوة - قشر من الزجاج، إطارات النوافذ والألواح التي تشكل الجدران الخارجية للمباني.

الكسوة "العزل" والتوصيل:

  تسبب الكسوة "العزل" الرديئة في فقدان معظم المباني حرارتها  في فصل الشتاء، وتزيد من الحرارة المكتسبة من وهج الشمس في الصيف. التحسينات الأخرى، مثل تحسين أنظمة التدفئة والتهوية، هي مهمة، ولكن الكسوة "العزل"هي في كثير من الأحيان المفتاح. وعادة ما تكون العناصر الأولى التي تفشل في أنظمة الكسوة القديمة هي الحشوات المرنة (السدادات) تكون بين مجموعة متنوعة من المفاصل بما في ذلك تلك الموجودة بين إطارات الزجاج والأطر المعدنية وبين إطار النافذة والهيكل الخرساني .
   حيث فشل هذه الحشوات يسبب فقدان حرارة كبيرة من خلال الثغرات. على سبيل المثال، في العام الماضي، عندما فحص المهندسون نظام تكييف الهواء الضعيف في مبنى الحكومة في الثمانينيات، وجدوا أن سوء نوعية قشرة البناء مشكلة أكثر خطورة. يمكن أن يكلف استبدال هذا 1200 جنيه استرليني للمتر المربع الواحد، ولكن فقط 200 جنيه استرليني للمتر المربع الواحد يمكنهم ببساطة استبدال الحشوات الفاشلة للكسوة وحل معظم المشكلة.

التوصيل الحراري هو أيضا شائع في هذه المباني...
 
    يحدث هذا من خلال النوافذ، وعادة ما تكون ذات زجاج واحد، عن طريق ألواح الكسوة غير الشفافة ومن خلال الإطار المعدني
 والمصممين غالبا ما يستخدمونه في مباني ذات الأمدة الزمنية المحددة . ينبغي أن يتم توفير نافذة مصممة تصميمًا جيدًا تدخل ضوء كاف مع تقليل فقدان الحرارة واكتساب الحرارة من  الشمس في فصل الشتاء، والتقليل من مكاسب الطاقة الشمسية و وهج في الصيف. زجاج اليوم هو "أكثر نقاءً" من الزجاج المثبت قبل 40 عامًا، مما يتيح المزيد من الضوء من خلاله عند تعيين الزجاج المزدوج في إطارات معزولة، كما أنه يوفر العزل الجيد. إضافة مظلات او سواتر من خارج المبنى يمكن أن تظلل الواجهات التي تواجه الشمس، والستائر الشمسية يمكن أن توفر التظليل المتغير والتحكم في درجة الحرارة الزائدة.

هناك طرق أخرى للسيطرة على تدفق الحرارة من خلال النوافذ. 
إن تطبيق الطلاء المعدني الرقيق جدا على كل جزء من الزجاج، المحمي داخل الفراغ المزدوج للزجاج، حيث يمكن أن يقلل الإشعاع من خلال النوافذ. حيث أن الطلاء على الجزء الخارجي يعكس الحرارة الشمسية للخروج من المبنى، في حين أن واحد على الجزء الداخلي يعكس الحرارة مرة أخرى في المبنى.

بناء " غي فوج ":

  وقد تم وضع اثنين من مشاريع لندن الأخيرة لتحقيق أقصى قدر من فوائد إعادة الإكساء. حيث أنه منذ أن تم بناء مبنى غي فوج في 1970، في حرم جامعة لندن في شرق لندن وقد استضافته كلية العلوم البيولوجية والبيئية في الجامعة. وحتى بضع سنوات مضت، كان الهيكل الخرساني المؤلف من سبعة طوابق، والذي تبلغ مساحته 000 7 متر مربع، قد حطَ ( ظهر عليه التصدع والتشقق) بسرعة. وقد تصدع البلاستيك الذي يغطي إطارات النوافذ الفولاذية غير المعالجة، مما يسمح للصلب بالتآكل والنوافذ للتسرب. وكانت إطارات الخرسانة المسلحة تتآكل بالقرب من الحواف الخارجية. و كان المبنى باردًا في فصل الشتاء وغير فعال للحرارة بسبب مواجهة التسرب. وفي الصيف، قام بعض الموظفين بوضع الستائرالمؤقتة لتوفير الظل من الوهج الشمسي الشديد.

  يمكن أن يكون ذلك مزعجًا ومكلفًا لإزالة الكسوة الموجودة في مبنى مسكون ، خاصة عندما يحتوي العزل الأصلي على الأسبستوس (مادة في البناء تدعى حرير صخري).
 قد يكون الحل الأفضل ترك الألواح القديمة في مكانها، وتغطيتها بطبقة جديدة من الكسوة....فهذا ما قامت به  مووت ماكدونالد "استشاري الهندسة والتنمية"، وبالعمل مع فريزر براون ماكينا المهندس المعماري؛ حيث اعتمدا هذا الحل لمبنى غي فوج عند تنفيذ الأعمال في حين بقي موظفو الجامعة في المبنى.

  وأظهرت النماذج أن الخلايا الضوئية في أضواء السقف وأجزاء من الزجاج العمودي يمكن أن تلبي بعض احتياجات الكهرباء في المبنى. لم يكن هناك مساحة كافية على السطح للألواح الشمسية على مبنى غي فوج؛ بدلا من ذلك تم دمج الخلايا الضوئية في الزجاج المزدوج الجديد. الجزء الخارجي هو في الواقع لوحة للطاقة الشمسية، والسماح من خلاله بضوء كاف أثناء تحويل الفائض إلى كهرباء. وتبلغ مساحة الخلايا الضوئية التي تبلغ مساحتها 120 مترًا مربعًا 2700 كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويًا

 أتمت مووت ماكدونالد ريكلاد المبنى بتكلفة قدرها 4 ملايين جنيه استرليني. وحقق المشروع تحسنًا بنسبة 65٪ في الأداء الحراري لألواح العازلة للمبنى. وقد مدد العمل حياة المبنى في جزء بسيط من التكلفة لإنشاء هيكل جديد. وانخفض الطلب على الطاقة بنسبة 70٪، وتكاليف الصيانة أصبحت أقل، مع خفض انبعاثات الكربون بمقدار 6 كجم ثاني أكسيد الكربون / متر مربع.

مستشفى غاي:

  على نطاق أوسع بكثير، بدأ بلفور بيتي مشروعًا في العام الماضي لاستعادة النسبة الاكبر من  برجين يتكونان من 34 طابقا من مستشفى غاي في جنوب لندن. بنيت في أوائل 1970 ووكانت أول أطول مبنى في لندن، والمشكلة المباشرة هي الخرسانة سبالينغ - الخرسانة التي تتساقط، متشققة  أو مكسرة، عادة بسبب التآكل في قضبان حديد التسليح. وقد عرض هذا حديد التسليح الخرسانة لمزيد من التآكل وشكل خطرًا على المارة أدناه. وكان التحدي الرئيسي هو تركيب الألومنيوم الجديد والألواح الزجاجية بأمان وكفاءة على مستشفى يعمل بشكل كامل. ويتطلب ذلك التخطيط المنظم والسقالات المعقدة التي كان يتعين تعليقها على السطح الخارجي للمبنى.

  وبمجرد الانتهاء من الكسوة بشكل أكثر، سيكون على الفريق الذهاب للعمل داخل المستشفى وإزالة النوافذ الموجودة حاليًا. وقد قدر أروب؛ مهندس المشروع، أن التوفير السنوي  في انبعاثات الكربون التشغيلية من خلال الكسوة الأكثر كفاءة ستدفع الكربون الذي نتج  في تنفيذ التجديد في حوالي 13 عامًا.

ثيرمال ماس:

 التعامل بشكل صحيح مع الكسوة، يجعل مشاكل التدفئة والتبريد والتهوية مشاكل ثانوية. 
في المبنى المثالي مع الكسوة المثالية، لن تكون هناك حاجة للتدفئة أو التبريد على الإطلاق. في الواقع، في معظم المباني، تكون الوظيفة الرئيسية للنظم الميكانيكية والكهربائية هي ببساطة لتصحيح المشاكل داخل نسيج المبنى.

  في الوقت الذي قد تُشكل فيهالكتلة الحرارية العديد من المشاكل، إلا أنه يمكن  للمباني القديمة الخرسانية أن تحمل ميزة كبيرة واحدة في الكتلة الحرارية الكبيرة. أنها تحتفظ الحرارة. الخرسانة لديها سعة حرارية أعلى بكثير من المواد في الأسقف المعلقة أو حتى في الأثاث داخل المباني. الخرسانة المكشوفة (الخرسانة التي لا تغطيها الجصي وغيرها من المواد) تمتص الحرارة من النشاط اليومي وتحد من ارتفاع درجة الحرارة. في الليل، عندما يكون هناك القليل من الحرارة التي يتم توليدها, الخرسانة تقوم بإعادة  بعث الحرارة المخزنة في الداخل. في فصل الشتاء، وهذا يمنع المبنى من الحصول على برودة شديدة خلال الليل ويقلل من الحاجة إلى التسخين في صباح اليوم التالي. في الصيف، تهوية المبنى بالهواء البارد يمكن تصريف الحرارة الفائضة، تبريد الهيكل كله استعدادا لليوم التالي.

  الكتلة الحرارية تعمل بشكل جيد مع استراتيجية تعرف باسم التهوية النقل....
   ويحل هذا محل الهواء الساخن، في غرفة مهملة مع هواء نقي بدرجة الحرارة المطلوبة. الهواء لا يجب أن يكون مبرد بنفس درجة الحرارة المنخفضة مثل تكييف الهواء التقليدي، لذلك الهواءالخارجي يمكن أن يبرد المبنى لمعظم السنة، مما يؤدي إلى توفير كبيرفي الطاقة. وبما أن الهواء لا يحتاج إلى أن يسخن إلى درجة حرارة عالية في فصل الشتاء، فإن مصدر منخفض الدرجة، مثل مضخات الحرارة، بدلًا من مراجل الوقود الأحفوري (الغاز والبترول) يمكن أن توفر الحرارة.

  ويكشف حل تهوية النقل أيضًا عن عيب كبير في الهياكل الخرسانية القديمة: فبمعايير حديثة تكون عادة ذات ارتفاع منخفض من الأرض إلى السقف. هذا يترك مساحة صغيرة أو معدومة للقنوات تحت البلاط أو السقف الكبيرة اللازمة عادة لأنظمة التهوية النزوح. عند تحويل مكاتب " فيتزروفيا " في 1970 في لندن، حل أروب؛ هذه المشكلة عن طريق تشغيل قنوات كبيرة أسفل المبنى، مما يجعلها ميزة معمارية داخل الواجهة ثلاثية الجلد الجديدة.

بناء أنجل "الملاك"

  يبين هذا النهج كيف يمكن أن يؤدي الاستخدام الدقيق للكسوة الخارجية، والخدمات التي يمكن أن تحملها، إلى تحويل المباني القديمة إلى روائع معمارية، بينما لا يزال يوفر المال ويوفر الكربون مقارنة بالهدم وإعادة البناء. حتى وقت قريب، كان مركز الملاك كتلة مكتملة متعبة وغير محببة في وقت مبكرفي  1980 في تقاطع اسلنغتون في شمال لندن. كان من المقرر هدمه,
 في حين اقترح فريق التصميم من المهندس المعماري ألفورد هول موناغان موريس والمهندس الهيكلي آدامز كارا تايلور ومهندس الخدمات نورمان ديزني ويونغ؛ حيث اقترحوا الاحتفاظ بالهيكل القائم والذي تتألف من أربعة جوانب بشكل مستطيل مع فناء غير مستخدمة داخل، وتشيد مبنى جديد حوله.

  كانت الفكرة تسير بشكل جيد. على الرغم من أن الكسوة والخدمات كانت رثة ومهترئة ، وكان لا بد من استبدالها، كانت الخرسانة الهيكلية في حالة جيدة بشكل ملحوظ. وكانت هناك أيضا ارتفاعات كبيرة غير عادية من الأرض إلى السقف، تبلغ 3.7 متر، مما يضع قيودا قليلة جدًا على نوع الخدمات وموقعها. في الواقع، كان الإطار الخرساني "الهيكلية" كبيرة مما يعني أن المصممين يمكن أن تقوم بحفر ثقوب عند الضرورة دون المساس بقوة المبنى. يمكن أن تكون الكتلة الحرارية جزءا من نظام التدفئة والتبريد الفعال والمستدام.

  كما أن الحفاظ على المبنى يعني أنه لن تكون هناك حاجة لهدم والتخلص من 39،500m3 من الخرسانة. كما لن تكون هناك حاجة إلى كمية مماثلة من المواد الجديدة، مع مزايا واضحة في الاستدامة. وكان الحل في هذه الحالة أكثر بكثير من إعادة الرص والبناء؛ ووسع التصميم المبنى القديم بإضافة بعض الإطارات الخرسانية على الجانبين بالإضافة إلى طابق خامس إضافي وتراسات السقف على القمة. وتحويل الفناء القديم إلى مساحة مكتبية إضافية بالإضافة إلى ممر مغطى كبير.

مبنى أنجل"الملاك" يعطي سببًا هامًا لإعادة استخدام المباني القائمة حاليًا:
  فهو يمكن أن يقلل من النفايات. ووفقًا لبرنامج عمل النفايات والموارد (وراب)، فإن الحملة والهيئة الاستشارية المعنية بخفض النفايات في المملكة المتحدة، والبناء والهدم والحفر للمباني هي المسؤولة عن أكثر من 100 مليون طن من النفايات سنويا، أي حوالي ثلث نفايات المملكة المتحدة. الكثير من هذه النفايات يذهب مباشرة إلى المكب. وقد قام برنامج " وراب " بحملات لتحسين عملية إعادة التدوير، وخفض كمية النفايات التي تذهب إلى المكب إلى النصف. في حين أنه من الأفضل بالتأكيد إعادة تدوير المواد من المباني القديمة، في الواقع، هدم مبنى و سحق الخرسانة لإعادة استخدامها ليس نشاطا خال من الكربون. ويحث برنامج " وراب " صناعة البناء على تقليل كمية النفايات التي تولدها في المقام الأول، وتجنب هدم المباني يساعد على ذلك.

  أراد المطور من مبنى أنجل توفير مساحة مكتبية عالية المواصفات ووضع ثلاثة تحديات إضافية للحفاظ على الهيكل القائم. وكان المشروع أوفر من الهدم الكامل وإعادة البناء. ثانيًا، كان لا بد من أن يكون تجديد الهيكل أسرع  حيث بلغت إيرادات الإيجار 10 ملايين جنيه إسترليني سنويًا من 24،000 متر مربع من مساحة الطابق الصافي، وكان من المهم توفير بضعة أشهر في البناء. وأخيرًا، حيث أن الهيكل الجديد يجب أن يكون أكثراستدامة، مع انخفاض انبعاثات الكربون.

  وكان الأهداف واضحة نسبية!!
ويمكن لفريق المشروع أن يثبت أن التكلفة البالغة 72 مليون جنيه استرليني كانت أرخص بنسبة 15٪ من الهدم وإعادة الإعمار، وأن هذا النهج يمكن أن يوفر ثلاثة أشهر من إيرادات الإيجار.

 وكان قياس مزايا الاستدامة أكثر صعوبة....

   فالأساليب التقليدية لتقييم الاستدامة لا تأخذ في الاعتبار إلا قليلاً عن الكربون المتجسد الذي تم إنقاذه من خلال إعادة استخدام المبنى. في الواقع، كان مبنى أنجل قد حقق أسلوب تقييم البيئة البيئية لمؤسسة بحوث البناء (بريم) على أنه "ممتاز" حتى لو كان المبنى القديم قد هدم تمامًا. ونتيجة لذلك، طور الفريق آلة حاسبة للكربون الخرساني ، وذلك باستخدام البيانات التي تم جمهعا من قبل جامعة "باث"، لتحديد الطاقة المجسدة في الهيكل الخرساني للمبنى. وأظهر هذا النموذج، الذي طبق على مبنى أنجل ( الملاك )، أن هدم الهيكل الخرساني واستبداله بإطار من الصلب كان سيؤدي إلى إهدار 7،400 طن من غازات الدفيئة، وهو ما يعادل تقريبا انبعاثات تشغيل المبنى بأكمله لمدة 13 عاما. وبالتالي، استطاع الفريق أن يجادل بأن المبنى المجدد يمكن أن يدار "خاليا من الكربون" لمدة 13 عاما، مقارنة بالبناء الجديد.

 وتم رفع الأرضية من أجل التدفئة والتبريد، ونظام نقل الهواء حيث يدفع الهواء من خلال قنوات كبيرة  جديدة على طول  450 ملم، وادخل للمكاتب من خلال شبكات وضعت في الأرض. في فصل الشتاء، يعود الهواء الساخن من النظام و يمزج مع الهواء الخارجي لتحقيق درجة حرارة 19 درجة مئوية، وإعادة تدوير فعال لثلثي الحرارة التي من شأنها أن يتم التخلص منها . وعموما، قدر الفريق أن نظام التدفئة والتهوية خفض انبعاثات الكربون بأكثر من 40٪، مقارنة مع نظام الملف –مروحة( نظام التدفئة القديم)  التقليدية.

وقد كان مبنى أنجل ناجحا بعدد من الطرق.
 وقد تم وضع قائمة مختصرة لجائزة ستيرلنغ المرموقة للهندسة المعمارية. وكان نجاحًا تجاريًا مع مجموعة كاملة من المستأجرين. وكان المشروع نموذجًا لإعادة التجديد المستدام للمباني الخرسانية القديمة المتعبة. بالإضافة إلى ذلك، كان مبنى أنجل الفائز في معهد the Chartered Institute of Building Services Engineers’ Building" " حيث فاز ببناء غي فوج للجائزة.


وتبين هذه المشاريع الثلاثة، مبنى غي فوج، ومستشفى غاي، ومبنى أنجل 
   كم من المهندسين المعماريين والمهندسين المدنيين يمكن أن يحققوا عن طريق الاستخدام الخيالي للمواد والتكنولوجيات الحديثة في المباني القديمة. فضلاً عن المساعدة في تحقيق طموحات المملكة المتحدة لتوفير الطاقة وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، فإن تقنيات الكسوة الجديدة هذه يمكن أن توفر أيضًا عمليات تجميل لبعض المعالم المعمارية ذات الإعجاب المنخفض على أفق المدينة.