يمر نحو 30 بالمئة من استخدام الطاقة العالمي عبر مبانٍ مثل برج المكاتب هذا
تستهلك المباني قدرًا من الطاقة يفوق بكثير ما يتخيله معظم الناس: إذ تقول وكالة الطاقة الدولية إن المباني تستحوذ على نحو 30% من الاستهلاك النهائي العالمي للطاقة، وترتفع النسبة إلى نحو 34% إذا أُخذت في الحسبان الطاقة المرتبطة بمواد البناء وعملياته. وهذا يعني أن شريحة كبيرة من طاقة العالم تمر عبر أبراج المكاتب العادية طوال اليوم، حتى حين تبدو ساكنة تمامًا من على الرصيف. وهذا ما يفعله ذلك المبنى الهادئ ظاهريًا في داخله حقًا.
وتكتسب هذه النسبة أهميتها لأن أبراج المكاتب لا تقتصر على احتواء العمل. فهي تدير تبادلًا مستمرًا للحرارة والهواء والضوء والحركة. وقد يجعل المظهر الخارجي المصقول المبنى كله يبدو سلبيًا، أشبه بشيء يعمل بلا جهد. لكنه ليس سلبيًا. إنه آلة مخصّصة لإبقاء مئات الأشخاص أو آلافهم في حالة راحة داخل مناخ خارجي متغير.
قراءة مقترحة
الواجهة ليست زينة، بل هي أول قرار يتعلق بالطاقة.
لنبدأ بالغلاف الخارجي. ففي برج المكاتب، تحدد الواجهة مقدار ضوء الشمس الذي يدخل، ومقدار الحرارة التي تدخل معه، ومقدار الحرارة الداخلية التي تتسرب إلى الخارج، ومقدار ضوء النهار الذي يمكنه أن يحل محل الإضاءة الكهربائية. ويسمّي المهندسون هذا «غلاف المبنى». وبعبارة أبسط، هو الحاجز بين الظروف الداخلية وكل ما في الخارج مما يحاول الإخلال بها.
والمفاضلة الأساسية هنا بسيطة: فزيادة المساحات الزجاجية قد تحسن الإضاءة الطبيعية والإطلالات، لكنها قد ترفع أيضًا الكسب الحراري الشمسي وتزيد العبء الواقع على التبريد.
مقايضات الواجهة في لمحة
| خيار الواجهة | الفائدة المحتملة | الأثر على الطاقة |
|---|---|---|
| مساحة زجاجية كبيرة | مزيد من ضوء النهار والإطلالات | غالبًا ما تدخل حرارة شمسية أكبر إلى المبنى |
| نسبة مرتفعة من النوافذ إلى الجدران | مساحات محيطية أكثر سطوعًا | سطح أقل عزلًا مقارنة بالجدار المصمت |
| قلة التظليل الخارجي | مظهر خارجي أنظف | يضطر نظام التبريد إلى إزالة مزيد من الحرارة غير المرغوب فيها |
| زجاج وتظليل أفضل | ضوء نهار مع تحكم أكبر | يمكن أن يقلل الكسب الحراري ويخفض حمل الأنظمة |
وهنا تخدعنا أبراج كثيرة. فالزجاج الأزرق العاكس قد يبدو حادًا وخاملًا، وكأنه شبه معزول عن الطقس. لكن ذلك السطح الأملس يفرز ضوء الشمس باستمرار: فجزء منه ينعكس إلى الخارج، وجزء ينفذ على هيئة ضوء، وجزء ينفذ على هيئة حرارة، وكل ذلك يغير الحمل الواقع على الأنظمة الموجودة خلفه.
وليست كل المباني الزجاجية سيئة الأداء، وهذه نقطة مهمة. فالنتيجة تختلف باختلاف الاتجاه، ونوع الزجاج، والتظليل، وإحكام منع تسرب الهواء، وأنظمة التحكم، والمناخ المحلي. ويمكن لواجهة جيدة التصميم أن تحد من الحرارة غير المرغوب فيها، وتحافظ بصورة أفضل على الهواء المكيّف، وتستفيد في الوقت نفسه من ضوء النهار بكفاءة. فالمظهر وحده يخبرك بأقل بكثير مما تخبرك به المواصفات وطريقة التشغيل.
وبمجرد أن تضع الواجهة الشروط، يقضي بقية المبنى يومه كله في الاستجابة لها. فالأضواء تضيف حرارة. والناس يضيفون حرارة. وأجهزة الكمبيوتر تضيف حرارة. ثم تأتي الشمس لتضيف المزيد. قد يبدو البرج هادئًا، لكن في داخله مجرى نابض من المضخات والمراوح ومجاري الهواء والأنابيب والمبرّدات والمراجل وأنظمة التحكم والمحركات، كلها تحاول إبقاء الظروف مستقرة طابقًا بعد طابق.
هل فكرت يومًا في مقدار الطاقة الذي تلتزم به الواجهة الزجاجية للمبنى في هدوء؟
قد يجعل طابق مكتبي مشمس نصف المبنى يعمل بجهد أكبر
لا تؤثر الواجهة المشمسة في مسألة واحدة تتعلق بالراحة فحسب، بل قد تطلق سلسلة من التأثيرات التي تدخل الإضاءة والتبريد في حلقة واحدة.
كيف تُنشئ منطقة مشمسة واحدة طلبًا إضافيًا على الطاقة
تسخّن الشمس المنطقة المحيطية
تبدأ المكاتب القريبة من النوافذ بالشعور بارتفاع الحرارة في الجانب المشمس من الطابق.
تُسدل الستائر
يقلل العاملون الوهج، لكن المساحة تفقد أيضًا ضوء النهار المفيد.
تبقى الإضاءة الكهربائية قيد التشغيل
قد تحتاج الإضاءة الاصطناعية إلى زيادة السطوع أو إلى البقاء فعالة مدة أطول.
ترتفع الحرارة الداخلية من جديد
تضيف الأضواء والناس والمعدات مزيدًا من الحرارة إلى الطابق.
يعمل التبريد بجهد أكبر
يجب على نظام التبريد إزالة الحرارة الشمسية والحرارة الداخلية الإضافية المتولدة داخل المكان معًا.
وفي المباني التجارية، يظل التدفئة أحد أكبر أوجه استخدام الطاقة إجمالًا. وتقول إدارة معلومات الطاقة الأمريكية إن تدفئة المساحات شكّلت 32% من استهلاك الطاقة في المباني التجارية الأمريكية عام 2018، وكانت التهوية والإضاءة أيضًا من بين أكبر أوجه الاستخدام. لذلك لا يكتفي البرج بمقاومة حر الصيف. ففي كثير من الأماكن، يقضي أشهرًا أيضًا في تعويض الدفء الذي يتسرب عبر الزجاج والإطارات والشقوق والأبواب وحواف الأسطح.
32%
شكّلت تدفئة المساحات 32% من استخدام الطاقة في المباني التجارية الأمريكية عام 2018، ما يوضح مقدار ما تنفقه أبراج المكاتب لمجرد الحفاظ على الدفء الداخلي.
وتضيف التهوية طبقة أخرى من التعقيد. فالعاملون في المكاتب يحتاجون إلى هواء نقي، وهذا الهواء يتعين عادة تحريكه بالمراوح ثم تبريده أو تسخينه أو تجفيفه أو ترطيبه قبل أن يصبح مريحًا في الداخل. وفي يوم رطب، لا يقتصر عمل النظام على خفض درجة الحرارة، بل يزيل أيضًا الرطوبة من الهواء الداخل حتى لا تبدو الغرفة لزجة.
ثم تأتي الأحمال المتراكبة، واحدًا تلو الآخر. تعمل الإضاءة. ويعمل التبريد. وتنتظر التدفئة أو تدور على فترات. وتدفع مراوح التهوية الهواء. وتحرك المضخات المياه المبردة والساخنة. وتصعد المصاعد وتهبط. وتُفتح الأبواب. ويتسرب الهواء. وتستجيب أنظمة التحكم. ويضيف كل طابق طبقة أخرى من الطلب.
الأجزاء التي لا تراها هي التي تقوم بأثقل الأعمال
تجري معظم أعمال الطاقة في البرج داخل أنظمة نادرًا ما يلاحظها الناس من الشارع.
الأنظمة الخفية وراء برج يبدو هادئًا
الإضاءة
تحتاج الطوابق المكتبية العميقة غالبًا إلى إضاءة كهربائية عبر مساحات واسعة، وتتحول هذه الأحمال الضوئية لاحقًا إلى حرارة يتعين على نظام التبريد إزالتها.
التبريد
يعتمد التبريد على المبرّدات أو الوحدات المجمعة، والمضخات، والمراوح، ومجاري الهواء، والملفات، وأنظمة التحكم التي تواصل ضبط درجات الحرارة منطقةً بعد منطقة.
التدفئة
في المناخات الباردة أو المختلطة، تحتاج المناطق المحيطية القريبة من الزجاج غالبًا إلى مزيد من التدفئة لأن الواجهات تفقد الدفء أسرع من الجدران المعزولة.
المصاعد
لا تكون المصاعد عادة أكبر الأحمال، لكن ارتفاع البرج يجعل الرفع والكبح واضطراب الهواء الناتج عن الحركة تكلفة طاقة متكررة.
هناك اعتقاد شائع بأن البرج إذا بدا أنيقًا وعاكسًا فلا بد أن يكون عالي الكفاءة. وهذا صحيح أحيانًا، وغير صحيح أحيانًا أخرى. فقد أظهرت أعمال علم البناء منذ زمن أن المساحات الزجاجية الكبيرة جدًا قد تمحو مكاسب الكفاءة إذا لم يكن الزجاج والتظليل وأنظمة التحكم جيدة بما يكفي، لأن الواجهة تواصل تسليم أنظمة التدفئة والتبريد مزيدًا من العمل.
ما الذي يخبرك به البرج الزجاجي الأنيق، وما الذي لا يخبرك به
إذا بدا البرج أنيقًا وعاكسًا، فلا بد أن يكون موفرًا للطاقة.
يعتمد الأداء على الحزمة كاملة: نوع الزجاج، ومقدار الزجاج، والاتجاه، والتظليل الخارجي، وإحكام منع تسرب الهواء، ومدى جودة ضبط أنظمة التحكم وصيانتها.
وتواصل الأبحاث الخاصة بواجهات المكاتب الوصول إلى الحقيقة الأساسية نفسها بأشكال مختلفة: فالأداء يعتمد على الحزمة، لا على المظهر. فنوع الزجاج مهم. ومقدار الزجاج مهم. والجهة التي يواجهها المبنى مهمة. والتظليل الخارجي مهم. ومدى مقاومة الواجهة لتسرب الهواء مهم. وحتى أفضل تصميم على الورق قد يهدر الطاقة إذا كانت أنظمة التحكم مضبوطة على نحو سيئ أو إذا أسيئت صيانتها.
كيف تقرأ برجًا من الرصيف
ما إن ترى المبنى بوصفه نظامًا للطاقة حتى تصبح الإشارات الهادئة أسهل ملاحظة. ابدأ بمساحة الزجاج. فبرج مكسو بالزجاج يعقد صفقة أكبر مع ضوء الشمس والحرارة مقارنة بمبنى يضم جدرانًا معزولة أكثر.
ثم تفحص التظليل. فالزعانف العميقة، أو البروزات، أو النوافذ الغائرة، أو الشاشات الخارجية، تعني عادة أن أحدهم يحاول ضبط الكسب الشمسي قبل أن يصل إلى الداخل. أما الستائر الداخلية فتساعد على تقليل الوهج، لكنها أقل فاعلية في إيقاف الحرارة لأن ضوء الشمس يكون قد عبر الغلاف بالفعل.
بعد ذلك، انتبه إلى الاتجاه. فالشمس لا تضرب كل جانب بالطريقة نفسها، ولذلك قد يصنع جدار زجاجي عريض يواجه الغرب حملًا مختلفًا جدًا بعد الظهر مقارنة بجانب شمالي مظلل. قد لا ترى أنظمة التحكم أو المراوح أو الملفات من الخارج، لكنك تستطيع غالبًا أن تستنتج مقدار الجهد الذي سيتعين عليها بذله.
استخدم هذه القائمة السريعة: انظر إلى مقدار الزجاج، وما إذا كانت الواجهة تحتوي على تظليل خارجي، وأي الجوانب تتعرض لأقسى أشعة الشمس، وما الأنظمة الداخلية التي يتعين عليها التعويض خلف ذلك الغلاف. عندها يتوقف البرج عن الظهور كجسم صامت، ويبدأ في أن يُقرأ على حقيقته: آلة مناخ بحجم مبنى.