الواجهات المعمارية المستدامة في الشرق الأوسط

ENVIRONMENTAL AND ENERGY EFFICIENTMARKET TRENDS

تمر صناعة البناء العالمية بمشروع ضخم في كل من الأسواق الناشئة والأسواق الراسخة. وفقًا لتقرير Global Construction 2025 ، سينمو حجم إنتاج البناء بأكثر من 70 ٪ وسيصل إلى قيمة سنوية تبلغ 15 تريليون دولار في جميع أنحاء العالم بحلول عام 2025. ومن المقدر أن يكون هناك 2 مليار نسمة إضافي، مما سيزيد من التحضر.

وقد أدى هذا بشكل ثابت إلى زيادة الحاجة إلى البنية التحتية المستدامة والعديد من الحكومات في الشرق الأوسط حريصة على تعزيز الاستدامة البيئية في صناعة البناء. نما تأثير لوائح المباني الخضراء على مدى السنوات القليلة الماضية، ولحسن الحظ، بدأت شركات البناء الكبرى العاملة في دول مجلس التعاون الخليجي بالفعل في إظهار التزاماتها بممارسات البناء المستدامة الدولية والمحلية.

اتخذت دولة الإمارات العربية المتحدة خطوات خاصة للتحول إلى مبانٍ أكثر استدامة وصحة، ومن بين الممارسات المعتمدة، كان استخدام الواجهات هو الأكثر استخدامًا. هذه الميزة في المباني هي بالفعل عنصر أساسي في تقاليد المنطقة حيث عملت على الحماية من حرارة الصحراء.

تعد واجهات المباني اليوم أكثر كفاءة لأنها تتضمن تركيب عازل حراري على النوافذ والتحول من إضاءة الفلورسنت إلى إضاءة (LED)هذا المفتاح هو حل للحفاظ على الطاقة في مفاهيم المباني الخضراء لتقليل استهلاك الطاقة.

ما المقصود من واجهات المباني؟

واجهة المبنى هي الحاجز بين البيئات الداخلية والخارجية. في حين أن الاهتمام هو الحفاظ على مساحة داخلية صحية ومريحة وبيئة صالحة للعيش ، سيتم توجيه التركيز نحو توفير الراحة الحرارية الداخلية. لا يقتصر الحل على أنظمة تكييف الهواء أو التدفئة فقط عندما يكون لدينا خيار مستدام ، ولكنه يلعب أيضًا دورًا حيويًا في تقليل استهلاك الطاقة وتعزيز الراحة الحرارية الداخلية.

سنركز هنا على نوعين رئيسيين من أنظمة الواجهات ، أحدهما يعمل كبشرة ثانية لحماية الجدار الداخلي يسمى `` الواجهة المزدوجة الجلد '' والآخر ينظم درجات الحرارة بناءً على المواد المستخدمة في المبنى ، وهذا تسمى "الواجهة الزجاجية". يتمتع كلا نظامي الواجهات بخصائص مقاومة لتحسين راحة ساكن المبنى والتفاعل مع الخارج.

كيف تعمل واجهات المباني على تحسين أداء المبنى؟

جاذبية و جمالية

الواجهة هي كما يعبر الإسم نفسه وجه المبنى. وهي التي تخلق هوية المبنى وغالبًا ما تسمى بوصف تطور معين في المبنى؛ أو باختصار، الطريقة التي تميز الشكل العام للمبنئ، والذي يرتبط باالتصميم الداخلي وهندسة المبنى، يجب أن يأخذ تصميم الواجهة في الاعتبار صفات مثل التحوير، والملمس، واللون، والانعكاس، ومستوى اللمعان، بالإضافة إلى إمكانية دمج أنماط مختلفة على السطح لضوء النهار أو التهوية الطبيعية.

النظام الهيكلي

يعتبر النظر في الجوانب الهيكلية لتصميم الواجهة أمرًا حيويًا أيضًا. يجب أن تكون قادرة على تحمل الرياح، وقوة الحمل الحي، والوزن الذاتي، وقوة الأحمال الزلزالية، وكذلك حركات البناء في ظل ظروف مختلفة. يجب استيعاب كل ما سبق طوال العمر الافتراضي الكامل لواجهة المبنى من خلال فهم حجم أعضاء إطار واجهة المبنى، بما في ذلك نوع النظام، وقوة المواد، والاختبار، ورمز التصميم، والتعديلات، والتحميل، والأرضية و الارتفاع و الكثير من تفاصيل أخرى.

المتانة والثبات

يجب تصميم واجهات المبنى باستخدام مواد وأنظمة متينة. كأقصى حماية خارجية للمبنى، تكون واجهة المبنى عرضة لأشعة الشمس والمطر والتغيرات الأخرى في درجات الحرارة. تعتبر صيانة الواجهة أيضًا أمرًا يجب أخذه في الاعتبار عند اختيار المواد حيث قد تتلاشى مواد التكسية أو تتشقق أو تتعرض للخدش.

أداء الواجهات تحت تقلبات الطقس

تتمثل إحدى الوظائف الرئيسية لواجهة المبنى في حماية السكان من الطقس. يتضمن ذلك أداءً حراريًا مناسبًا عن طريق الحد من تسرب الهواء، وتقليل مخاطر التكثيف والعفن وكذلك منع تغلغل المياه.

أداء الواجهات تحت التأثير الصوتي

إلى جانب الحد من تسرب الهواء ، يجب تصميم واجهات المبنى للحد بشكل كافٍ من الضوضاء الخارجية ، ولا سيما حركة المرور والمعدات الميكانيكية. يجب أن تمنع الواجهة أيضًا الضوضاء الذاتية ، مثل تلك التي يمكن أن تحدث بسبب احتكاك المعدن بالأجزاء المعدنية.

الأداء الحراري للواجهات

كل منطقة لها تأثير مختلف على بناء الواجهات وبالتالي هناك أهمية كبيرة لمساهمة الحمل الحراري. في المباني التجارية، يمكن أن تساهم أنظمة التدفئة والتبريد بنسبة تصل إلى 50٪ من إجمالي فاتورة الطاقة، لذا فإن تحسين الأداء الحراري للواجهة يساهم في تقليل حجم أنظمة HVAC التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وخفض تكلفة الطاقة في المبنى أثناء التشغيل.

أهمية الاستدامة في واجهات المباني

عندما نقول "واجهات مستدامة"، فإننا نتوقع حاويات خارجية تستخدم أقل قدر ممكن من الطاقة للاحتفاظ بمناخ داخلي مريح ، وتعزيز الكفاءة لبعض المواد، والتي يكون لها تأثير سلبي أقل على البيئة. يمكن للواجهات المستدامة أن تقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة في المبنى وتحمي من الطقس والرطوبة.

يمكن اتخاذ مجموعة متنوعة من التدابير الإضافية لضمان الاستدامة مثل تضمين مصادر المواد المستدامة مثل استخدام المواد المعاد تدويرها أو القابلة لإعادة التدوير، أو الحد أو تجنب تمامًا اختيار المكونات ذات المحتوى العالي من المركبات العضوية المتطايرة (VOC) ، مما يضمن أن المواد المختارة لعناصر الواجهة تم إنتاجها في مصانع حاصلة على شهادة ISO14001 ، وتتضمن مكونات غلاف المبنى التي يمكن أن تولد الطاقة (من الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو مصادر متجددة أخرى) ، إلخ.

فيما يلي مثالان لأنواع أنظمة الواجهات.

واجهات مزدوجة الجدار

يشتمل هذا التصميم على طبقتين للواجهة؛ جدار معزول وطبقة تظليل أو حماية ثانية تحمي الجدار الداخلي من العوامل الجوية. هناك العديد من الدراسات والتقنيات الناشئة على واجهات التنفس. أحد الأمثلة على ذلك هو استخدام شبكة معدنية لإنشاء جدار ثانٍ.

يستخدم هذا الهيكل شبكة معدنية شفافة من الخارج تسمح بحركة الهواء وتوفر الظل وتقلل من التعرض المباشر للشمس مع السماح للضوء الطبيعي بالمرور داخل المبنى. يجب أخذ بعض العوامل في الاعتبار عند اختيار اللون والمسافة بين الشبكة والواجهة وعامل انعكاس الضوء.

Figure 1 Metal mesh skin, The Hague, Netherlands (source: ArchDaily)

يمكن بناء واجهة جيدة التهوية تُعرف أيضًا باسم Rainscreen Cladding بجدار غير شفاف مزدوج الطبقة مع وجود فجوة هوائية بينهما. سيتم تركيب طبقة العزل على الجدار الداخلي وكسوة الواجهة على الجدار الخارجي. سيتم توفير فتحات تهوية في أعلى وأسفل الجدار للسماح بتدوير الهواء طوال اليوم. يمكن فتح هذه الفتحات وإغلاقها حسب الموسم والوقت من اليوم.

يخلق الهواء الذي يتحرك عبر تجويف الجدار طريقة للتهوية الطبيعية للواجهة مما يقلل من حرارة أشعة الشمس ويعزز الراحة الحرارية الداخلية. بالإضافة إلى فوائدها في كفاءة الطاقة ؛ تعمل هذه التقنية أيضًا على حماية مواد البناء والعناصر الهيكلية من الطقس والمطر ، كما تعمل على تقليل الرطوبة والرطوبة التي تتبخر بسرعة داخل فجوة الهواء.

Figure 2 Breathable facade illustration (Source: ArchDaily)

تسمح هذه الأنواع من أنظمة الإحاطة للسطح الخارجي بالتهوية بشكل طبيعي ؛ تقليل الاعتماد على المراوح وضواغط الهواء التي تأتي على حساب الضوضاء والانزعاج المحتمل من حركة الهواء.

واجهة زجاجية

تعتبر مكونات النوافذ مثل النوافذ والجدران الستارية والمناور عناصر مهمة في تصميم الواجهة. إنها تسمح للضوء الطبيعي بدخول المبنى وتوفر اتصالاً بين خارج المبنى وداخله. كما أنها تؤثر على استهلاك الطاقة الإجمالي للمبنى. تحدد مواد البناء وخصائصها مقدار استخدام الطاقة بالإضافة إلى فقدان الحرارة أو اكتسابها للمبنى. علاوة على ذلك، تدعم معايير الجودة اختيار مكونات النوافذ وتحدد الجوانب التي يمكن أن تقلل من تأثيرات شمسية سلبية.

إحدى هذه الميزات هي Dynamic Glazing. يتم تعريفه على أنه أي منتج من منتجات fenestration لديه القدرة العكسية تمامًا لتغيير خصائص أدائه، بما في ذلك معامل U أو معامل اكتساب الحرارة الشمسية (SHGC) أو النفاذية المرئية (VT). " 2015 IECC

في السنوات الأخيرة، ابتكر المهندسون المعماريون والاستشاريون مجموعة من التصاميم لواقيات الشمس التي يتم التحكم فيها رقميًا والتي تتحرك استجابة للظروف البيئية المتغيرة. إحدى هذه التقنيات هي نظام ذكي يتحكم في لون أو صبغة الزجاج ويعمل وفقًا للطقس ووقت النهار. عندما تكون السماء غائمة والشمس مخفية، سيكون الزجاج صافياً، من ناحية أخرى، حيث تشع الشمس خلال النهار، سيتم تلوين الزجاج لتقليل تأثيرات الشمس (اكتساب الحرارة، وأشعة الشمس المباشرة، والوهج) إما تلقائيًا باستخدام أدوات التحكم وأجهزة الاستشعار الذكية أو يدويًا عن طريق تكامل BMS أو لوحة اللمس أو الجهاز المحمول.

تسمح الصبغات الزجاجية الديناميكية إلكترونيًا لشاغلي المبنى باختيار أفضل مستوى من الضوء الطبيعي لراحتهم. وقد فتح هذا الطريق أمام ابتكارات أكثر مرونة. يتوفر أحد الأمثلة حيث يمكن تقسيم اللوحة الزجاجية إلى مناطق ويعمل الصبغة بشكل متغير في كل منطقة (منطقة الإضاءة) أو يمكن للظل أن يتحول تدريجياً مع اللوحة الزجاجية (Glass Harmony).

بناءً على ملاحظات المستهلكين والشهادة المقدمة من العملاء المختلفين حول هذه التكنولوجيا، فإن حل الزجاج هذا لديه:

· تحسين مفاهيم الصحة والعافية بنسبة 54٪ ،

· جعل الناس أكثر إنتاجية بنسبة 40٪ ،

· زيادة الراحة البصرية بنسبة 56٪

· تحسين ضوء النهار بنسبة 82٪

· تعزيز الرضا في مكان العمل بنسبة 73٪.

أثارت الموجة الأخيرة من القلق بشأن الاستدامة وتقليل البصمة الكربونية للمباني اهتمام المهندسين المعماريين بمثل هذه الأنظمة. تعتمد استراتيجيات التصميم للواجهات المستدامة عالية الأداء بشكل كبير على موقع المبنى ومناخه. يمكننا أن نرى أن التقنيات والابتكارات الناشئة كل يوم مثيرة للاهتمام وسيكون لدينا المزيد من المنتجات التي يمكن أن تساعد أهداف الاستدامة والبيئة والعافية لتوفير جو معيشي صحي ومريح للركاب وتقليل الآثار السلبية على البيئة وتقليل انبعاثات الكربون الناتجة عن الاستخدام المفرط للأنظمة الميكانيكية.

تعتبر واجهات المبنى عاملاً أساسيًا لبناء الكفاءة والقدرة على التكيف. سيكون للجمع بين عناصر البناء غير الشفافة الفعالة مع الاختيار الصحيح لأنظمة التزجيج تأثير كبير على الاستدامة في جميع الجوانب بما في ذلك كفاءة الطاقة وراحة السكان والرفاهية والراحة الحرارية والراحة البصرية وتقليل الكربون. مع استمرار استنفاد الطاقة والموارد الطبيعية الأخرى، أصبح من الواضح أن التقنيات والاستراتيجيات التي تسمح لنا بالحفاظ عن البيئة الداخلية مع استهلاك القليل من هذه الموارد هي أهداف رئيسية لتصميمات الواجهات المعاصرة.

Author: Nour Mousa, Senior Sustainability Consultant at Alpin Limited

Article published by Alpin