ناطحات السحاب المعالجات التصميمية ل في المناخ الحارصفرية الطاقة

صفا محمد السعيد تقديم/ 2014 تمهيدي ماجستير

ملخص البحث

يناقش البحث استهالك ناطحات السحاب للطاقة غير المتجددة وتأثيراتها السلبية على م ، واتجاه الفكر العالمي نحو 19البيئة وكيف تطور تصميم ناطحات السحاب منذ القرن

تصميم ناطحات سحاب بيئية تراعي البيئة وال تستنفذ الموارد الطبيعة ، ونظم التقييم البيئية التي ساهمت بشكل كبير في التشجيع على تصميم وتشييد ناطحات السحاب البيئية ، اال أن هذه الفلسفه البيئية في تصميم ناطحات السحاب لم تلق اهتمام عند

المستثمرين واألجهزة الحكومية حتى وقت قريب ، ولكن في السنوات الخمسة الماضية بدأت تظهر بعض المشاريع التصميمة في المنطقة لناطحات سحاب منخفضة في

استهالك الطاقة.

و يهدف البحث الى التعرف على خصائص ناطحات السحاب صفرية الطاقة المالئمة للمناخ المحلي وأهم المعالجات التصميمية التي يمكن ان تطبق اقليميا و ذلك من خالل تحليل المعالجات التصميمة في برج بيرل كحالة دراسيه لناطحة سحاب صفرية الطاقة

للتعرف على المعالجات المعمارية التي استطاع البرج من خاللها أن يكون كفوء في استخدام الطاقة خاصة وأن مدينة شنغهاي الصينيه لها نفس الخواص المناخية الحاره

كما هو الحال في منطقة الشرق األوسط , حيث أن المعالجات واالستراتيجيات التصميمية لمباني الطاقة الصفرية تتباين بأختالف الظروف المناخية لكل دولة .

و في المقابل مقارنتها بأول مشروع لناطحة سحاب منخفضة االستهالك للطاقة في منطقة الشرق األوسط بمدينة دبي برج المنارة والذي هو تحت االنشاء للوقوف على

مدى كفاءة المعالجات التصميمة المستخدمة في البرج وتحديد المعالجات المكملة التي كان من الممكن أن تصل بالبرج لناطحة سحاب صفرية الطاقة .

حيث خلص البحث الى أنه يوجد ثالث مجموعات من النظم واالستراتيجيات التصميمة التي من شأنها تحقيق التوازن بين استهالك وانتاج الطاقة الذي تنشده المباني الصفرة الطاقة ، وهم مجموعة النظم السلبية ومجموعة النظم الكفوءة في استخدام الطاقة

وأخيرا مجموعة النظم الفعالة لتوليد الطاقة لتوليد الطاقة المتجددة.

مشكلة البحث

في حصر المعالجات التصميمة التي من شأنها تحقيق التوازن بين المشكلة البحثيةتكمن مقدار ما تستهلكه ناطحات السحاب من الطاقه و بين ما تنتجه وهو ما يسمى“ بالمبنى

صفري الطاقة“ ، مما يساعد على وضع شروط مستقبلية لتصميم ناطحات السحاب صفرية الطاقة خاصة في المناخ االقليمي الحار .

ناطحة سحاب جميعها 600حيث شهدت منطقة الشرق األوسط تشييد ما يقارب من ناطحات سحاب ملوثة للبيئة ومستنزفة للموارد المحلية من الطاقة الغير متجددة.

وعلى الرغم من االتجاه العالمي نحو بناء وتشييد ناطحات صديقة بالبيئة اال ان منطقة الشرق األوسط ال تزال متأخرة في تطبيق النهج التصميمي لناطحات السحاب الصديقة

للبيئة، ووضع التشريعات الملزمة بذلك.

منهجية البحث

Literatureيعتمد هذا البحث في مصادرة على البحوث القائمة من استعراض األدبيات )Reviews ،وتحليل وتوثيق المعلومات من الدراسات على شبكة اإلنترنت و التقارير ، )

والكتب وكذلك البيانات المتأنية للحصول على نتائج أكثر دقة ومالئمة مأخوذة من منشورات ووقائع مختلفة. بعض األشكال والجداول هنا التي تم تحليلها مأخوذة أيضا من

مصادر ثانوية.هو تحديد وحصر ومقارنة أداء وفاعلية األنظمة البيئية المختلفه المستخدمة هدف البحث

في ناطحات السحاب للوصول الى ناطحة سحاب صفرية الطاقة أو بالتحديد للوصول الى حد التوازن بين ما تستهلكه ناطحة السحاب من طاقة وما تنتجه منها , مع تحليل التقنيات

السلبية الداعمة لتقليل استهالك الطاقة وتحسين البيئة الداخلية لناطحات السحاب , واعتمد المنهج البحثي على أربع محاور رئيسية :

فهم الجذور العامة للفكرة من خالل البحث في األصل التاريخي لتصميم وتشييد أوال: ناطحات السحاب , وطرح التدرج التاريخي في تصميم ناطحات السحاب وانتقاء نماذج

لناطحات السحاب تمثل كال منها طابع الفترة الزمنية التي صممت فيها و االختالفات التصميمية التي طرأت عليها .

مناقشة ظهور فكرة المباني الخضراء وتأثيرها على تصميم ناطحات السحاب, ثانيا: وكفاءة أنظمة التقييم الخضراء للمباني و تأثيرها على تصميم ناطحات السحاب , وصوال

الى أحدث التوجهات التي تهدف الى تحقيق مبنى صفري الطاقة , وشرح العوامل األساسية لتحقيق مبنى صفري الطاقة.

تناول البحث بالتحليل والدراسة لنماذج ناطحات سحاب حققت في تصميمها ثالثا: لصفرية الطاقة .

ثم مناقشة مدى تحقيقها للتوازن في استهالك الطاقة بعد التشغيل ، و استخالص رابعا: شروط مستقبلية لتصميم ناطحات السحاب صفرية الطاقة على أساس مقارنة تحليلة

لألعمال التى تم تحليلها ودراستها في البحث.

منهجية البحث

الجزء النظري :1.I. مقدمة : التطور التاريخي في تصميم ناطحات السحاب .II.نظم تقييم الطاقه في المباني الخضراء

الجزء التحليلي :2.I.“حالة دراسة : ” برج نهر اللؤلؤ في الصين .II” حالة دراسة : برج بيت الضوء في دبي

الجزء التطبيقي :3 مقارنة تحليلية بين البرجين.•التوصيات والنتائج •

: مقدمة1 تصميم ناطحات السحاب في حقبة 1

السبعينيات(Ecological Skyscraper) ناطحات السحاب البيئية 2

نظم تقييم المباني الخضراء3LEED نظام تقييم الليد 4 المباني صفرية الطاقة5

تصميم ناطحات السحاب في فترة •السبعينيات :

بعد الحرب العالمية الثانية أصبح هناك تغيير في العديد من االماكن في أوروبا في انشاء وبناء ناطحات السحاب.

حيث قام المعماري توري بيرل في ميالن بتصميمة المميز ,وكذلك تيسثيو 1955Pirelli Towerسنة آنذاك لبرج

هونس في دوسيلدروف في التصميم المبكر والفريد ,و م.1969في انشاء مركز جون هانكوك في شيكاغو

على الرغم من أن ناطحات السحاب شاهقة االرتفاع قامت بعمل ثورة في األنظمة االنشائية وجذبت االنتباه

على الستوى العالمي بتسجيلها كأطول مجموعة من المباني وكلك جمالها المعماري .

على الرغم من ذلك اال ان اتصالها مع البيئة الحضرية المحيطة لم يتم مراعاتها بعناية.

سيطر النظام االنشاءي المكعب على تصميم ناطحات السحاب في فترة السبعينيات واذي هو عبارة عن المرايا الزجاجية العاكسة والتي غالبا ما تحيط بفراغات شاسعة داخليه ويبدو شكلها الخاجي كالصناديق وليس لها اتصال

حقيقي بالبيئة الحضريه لها .

مقدمة

.I مقدمة : التطور التاريخي في تصميم ناطحات السحاب .

جون هانكوك شيكاغو

Bioclimatic ناطحات السحاب البيئية : •Skyscrapers

في تصميم بنك هونج كونج طرح حلول جديده نورمان فوستر اال أن غفي وقت مبكر لتبريد المبنى بواسطة استخدام مياه البحر والتي

استخدمت أيضا في دورات المياة, مما خفض من استهالك الماء الصالح للشرب بشكل ملحوظ, كما تم االستعانة باالضاءة الطبيعية .

اقترح في نظرياتة اجراءات بخصوص كينج يانج اما المعماري استعمال الطاقة والماء والضوء في تصميم ناطحات السحاب.

وقال ان ناطحات السحاب ترتبط بأبعد من ذلك بالنباتات والمناخ المحلي والظروف البيئية للموقع وكذلك وظائف المبنى.

وبالتالي فان تصميم ناطحة السحاب تتاثر بالعديد من المطالب المعقدة.

: هي مبنى شاهق االرتفاع تعريف ناطحة السحاب البيئية ويمكن يشكل بنية مصممة باستخدام تقنيات سلبية لتقليل استخدام الطاقة

وذلك كي تكون على اتصال مع المناخ المحيط بها , بحيث يصبح المبنى متفاعل مع البيئة وقليل في استهالك الطاقه ومع ذلك يعمل

بكفاءة عاليه.

برج سويز ري

IBM Tower

وفي أواخر القرن العشرين ظهرت نظم تقييم للمباني والتي من شأنها تصنيف وقياس كفاءة التصميم البيئي للمبنى , هدفه هو التشجيع على اللتجاه الي التصميم البيئي للمباني وذلك لتحسين كفاءتها البيئية , وزيادة الطلب على المباني التي تساهم في تحسين األداء

البيئي, وهذه البرامج واألنظمة أثبتت فعالياتها كوسيلة لتحسين األداء البيئي للمبنى.ان نظم المعايير والتقييم تم تطويرها من خالل العديد من المنظمات الدولية.

م طورت مؤسسة بحوث البناء في المملكة 1990 فمثال في المملكة المتحدة سنة • BREEM ) BRE’ environmental assessment المتحدة برنامج طرق التقييم البيئية

method( و أصبح هذا النظام نموذج ألنظمة تقييم المباني الخضراء في العديد من المدن% من المباني االدارية التي بنيت حديثا 20 الى أن 2000األخرى , وتشير االحصاءات لسنة

.BREEMطبقا لمعايير نظام

, (Australian ‘Green Star’ system) كذلك ظهرت منظمات مشابهة في أستراليا • CASBEE. وفي اليابان نظام التقييم الشامل للكفاءة البيئية للمباني

أما بالنسبة للمجتمع األمريكي فكان أول ظهور لمصطلح العمارة الخضراء كان في مجلة •م 1993م , ثم أسس في شمال الواليات المتحدة سنة 1990معمارية في أواسط سنة

USGBC )United States Green Buildingقنصلية الواليات المتحدة للمباني الخضراء Council( وهي هيئه غير ربحية أنشأت بهدف دعم معايير العمارة الخضراء ، والتي قامت,

م .2000 للمباني الخضراء سنة LEEDبوضع برنامج تقييم

.II.نظم تقييم الطاقه في المباني الخضراء Green Building Rating System

LEED AE“نظام تقييم الطاقة في المباني ” •م , 1993هو نظام تصنيف المباني الخضراء وضعه مجلس األبنية الخضراء األمريكية عام

م , وهو عدة مجموعات من النقاط والعناوين الواجب 2000وصدر أول نظام تقييم سنة على المباني مراعاتها هي االحتياجات التي تتطلبها الطبيعة المحيطة بالتصميم من المباني

ذاتها. يجب تحقيق ثالث متطلبات رئيسيةوهي :LEED AEولتحقيق

تحقيق الحد األدنى من األداء الطاقي .1.

تحقيق المبادئ الرئيسية الدارة انظمة المبردات.2.

التكلفة األساسية ألنظمة الطاقة في المبنى .3.باالضافة لبندين آخرين وهما :

تحسين األداء الطاقي للمبنى .4.

استخدام مصادر الطاقة البديلة المتوفرة في الموقع المحيط .5.

LEEDحصلت العديد من ناطحات السحاب منذ العمل بنظام •The Hearstلتوفير استهالك الطاقة , فمثال برج LEEDعلى شهادة

Tower م حصل على أول 2006من تصميم المعماري نورمان فوستر سنةحيث صمم الذهبية لناطحة سحاب في نيويورك,LEEDشهادة

البرج على أن يكون موفر للطاقة المستخدمة في المباني االدارية % .26بنسبة تصل ألكثر من

لتوفير الطاقة هي المعيار األساسي لكفاءة LEEDوظلت معايير •المبنى البيئية في توفير واستهالك الطاقة....الى أن ظهر مصطلح

جديد وهو المباني صفرية الطاقة .

The Hearst Tower

Net Zero Energy Buildingsالمباني صفرية الطاقة : •م 2002م , في سنة 2005بدأ االتجاه الى انشاء وتصميم مبنى صفري الطاقة بحلول عام

توجيه المباني في أداء الطاقة, فوضعوا الحد األدنى من EUاعتمد االتحاد األوروبي معايير الكفاءة في استخدام الطاقة سواء في المباني السكنية أو التجارية.

م, وفي 2008ثم أعادت اللجنة اعادة صياغة المعايير والتوجيهات لتوفير الطاقة بحلول عام م وضعت اللجنة تعريف لمصطلح المباني القريبة من صفرية الطاقة.2010سنة

تتطلب المباني القريبة من صفرية الطاقة أن تأخذ باالعتبار المصادر المحلية للطاقة ومصادر م أصبحت جميع المباني المنشأه 2010الطاقة المتجدده بشكل أساسي , وبحلول عام

حديثا قريبة من صفرية الطاقة .هوه مبنى منخفض الطاقة جدا على أن : Net-ZEBتعريف المبنى صفري الطاقة •

يحقق التوازن بين استهالكه للطاقة المنخفضة وذلك باستخدام الطاقة المتجددة المتوفرة في البيئة المحيطة وعلى مدار السنة.

يجب أن ناخذ بعين االعتبار عاملين Net-ZEBللوصول الى تصميم بناء مبنى صفري الطاقة أساسيين في التصميم :

خفض نسبة الطاقة التي يحتاجها المبنى, وذلك بوضع حلول سلبية وأنظمة . 1كفوءة الستهالك الطاقة بالمبنى.

استخدام التقنيات المتعددة لتوليد الطاقة بحيث يحقق التوازن بين ما يحتاجه . 2المبنى كم من الطاقة وبين ما ينتجه , وذلك باستخدام مصادر الطاقة

المتجدده .

Pearl : برج نهر بيرل2River Tower 1معلومات عن البرج

الفلسفة التصميمية لبرج نهر بيرل2(Structural System) تحليل النظام االنشائي 3

(Cladding System ) نظام التكسية الخارجي 4

أربع خطوات لتحقيق الطاقة الصفرية 5.Iاالستخالص.II االمتصاص.IIIاالستصالح.IVاالنتاج

Official Name: Pearl River TowerBuilt: 2006-2010 Architect: Gordon GillStructural Engineer :Skidmore, Owings & MerrillDeveloper: Rowan Williams Davies & Irwin Inc.Type: Skyscraper Total Stories: 71 / 5 Below GroundMaximum Height : 310 MElevators : 29Floor Area : 212,165 M2 Total Gross Area Of Approximately: 2.2 Million Square FeetLocation: Zhujiang Avenue West ,Guangzhou, China

التعريف بالبرج

الفكرة العامة لتصميم البرج تتضمن فلسفة تصميمية شاملة تحقق التنوع في مقاييس االستدامة سواء االيجابية أو السلبية تعمل كنسيج واحد للحد من اعتماد البرج على الشبكة

الكهربية من المدينة.

الفلسفة التصميمية

steel X bracingيتكون النظام االنشائي للبرج من نظام مركب من كال من هيكل معدني structure وعناصر من الخرسانه المسلحة وذلك بهدف التقليل من حمل الجاذبية

وااللتواء .

تحليل النظام االنشائي

Structural Steel X Braces

Mega Columns

Fplan Floor Perimeter Columns

Reinforced-concrete Core

Structural Elements

Reinforced-concrete Core

Structural Steel X Braces

Mega Columns

مم 200واجهة زجاجية مزدوجة ذات تهوية داخلية , عبارة عن لوحين من الزجاج بينهم فرغ مع وجود فتحة صغيره للتهوية عند القاعده, الفراغ مزود بستارة متحركة فضية بسمك

مم ذاتية الحركة تساعد على حجب الحرارة.50والزجاج الخارجي هو زجاج عازل قليل االنبعاثية حتى يحافظ على درجة حرارة أقل داخل

البرج عن درجة حرارة المدينة ذات المناخ االستوائي الحار.

نظام التكسية الخارجي

Silver Venetian Blind . Double Glazed Wall

Low E Coating Skin and Blind reflected solar radiation

أربع خطوات لتحقيق برج صفري الطاقة

.I : االختزالReductionتهدف الى التعرف على الفرص الممكنة لتقليل كمية الطاقة المستهلكة باستخدام

استراتيجيات االختزال ، حيث تحتاج للتركيز على المستهلك األكبر للطاقة داخل المبنى وهو نظام التبريد وكذلك نظام االضاءة.

1استخدام نظام كساء خارجي مزدوج الحائط ذا فراغ مهوى مزود بستارة متحركة ذاتيا وذلك يساعد على تقليل أشعة الشمس المسموح بدخولها

.الى المبنى

2 استخدام السقف نظام الكمرات للتبريد في كل طوابق البرج للتحكم في ”Radiant Ceiling . توفير الراحة الحرارية لالنسان داخل المبنى

3 والذي يستخدم فيه الفراغ Floor Ventilation System نظام التهوية . . تحت األرضيات

4باستخدام الطاقة Dehumidification system نظام التدفئة

الشمسية المتجمعة من الواجهة المزدوجة تنتقل الى األدوار الميكانيكة .وتستخدم في التدفئة

5 Radiant Panel Geometry نظام االضاءة

نظام التكسية الخارجي والتهوية من األرضيات

Floor Ventilation Diagram

دورة الهواء داخل نظام التكسية الخارجيينتقل الهواء البارد من الفراغ المكتبي داخل البرج ليدخل الفراغ بين الحائطين الزجاجيين عن

طريق فجوه في األرضيات .يدخل الهواء البارد الى الفراغ المكتبي بالبرج عن طريق فجوات في األرضيات والتي تتصل

بانابيب تكييف الهواء , يدخل الهواء البارد داخل الفراغ فيعمل على تبريده ثم يعود الى السقف المصمم بشكل مقعر الذي يعمل على عكس الهواء الساخن الى األسفل مرة أخرى حيث يأتي دور حيث يدخل الهواء الساخن الى الفراغ بين الواجهة المزدوجة فينتقل الى أعلى ليدخل الى

فجوة في األرضيات للدور الذي يعلوه ليتم تبريده ثم يدخل الى الفراغ مرة أخرى وهو بارد.

. السقف المشع2

يستخدم في السقف كمرات تبريد بدال من الوسيلة التقليدية في التبريد مثل التكييف ، حيث س خالل أنابيب من النحاس في السقف والتي تبرد األلواح 14.5يتم ضخ الماء البارد بدرجة

المنحنية المعدنية المستخدمة في نظام السقف والزعانف المعدنية بالسقف ويعمل على تبريد الهواء داخل الفراغ المكتبي.

Radiant cooling with floor fed Ventilation “air circulation” Metal Ceiling System

.II :االمتصاص Absorptionتهدف هذه الخطوة لخلق العديد من استراتيجيات االمتصاص والتي تعتمد على

االستفادة من مميزات البيئة المحيطة بالبرج والمصادر السلبية للطاقة حول وداخل البرج.

1 .خاليا كهروضوئية مدمجة بالكساء الخارجي في الواجهة الجنوبية

2 كاسرات شمسية مدمج معها خاليا كهروضوئية في الواجهتين .الشرقية والغربية

3 .توفيراالضاءة الطبيعية والتحكم بها باستخدام ستائر ذاتية الحركة

4 . توربينات الرياح

التقنيات المستخدمة لخفض استهالك الطاقة

موديول الخاليا الشمسية المستخدمة في برج بيرل حقق وظيفة ثنائية وهما الكساء •الخارجي للمبنى ومصدر لتوليد الطاقة المتجددة ، وذلك بتجنب التكلفة المألوفة لاللواح

فقلت بذلك التكلفة المتزايدة للخاليا الشمسية.وضعت خاليا شمسية أيضا في سطح البرج لتحقيق أعلى مستوى من األداء .•أيضا استخدم كاسرات الشمس المدمج بها خاليا شمسية على األجزء من البرج الذي تتاثر •

بشكل سريع وسلبي بالسقوط المباشر ألشعة الشمس عليها .

الخاليا الكهروضوئية

Top Of The Tower Integrated Photovoltaic’

PVs solar shaded on the E&W facade

التقنيات المستخدمة لخفض استهالك الطاقة

اعتمد تصميم البرج عددا من االستراتيجيات التصميمية لتحقيق أعلى كفاءة ألداء توربينا •الرياح ، وهي :

تشكيل الواجهة الذي يقلل من قوة السحب •، 50و24م في األدوار الميكانيكية وهما الطابقين 4*3وجود البوابات األربعة للرياح بمساحة •

والتي تعمل على تجميع طاقة الرياح داخل انفاق الرياح.استخدام التوربينات الرأسية وهذا النوع قادر على االستفادة من سرعة الرياح في جميع •

االتجاهات مع خسارة طفيفة للطاقة.

توربينات الرياح

Wind Turbine Front View Wind Turbines Mechanical Floor

أنفاق الرياح في األدوار الميكانيكية

تدفق الرياح خالل أنفاق الرياح باألدوار الميكانيكية

Swirling wind

Swirling wind

تأثير الرياح على ناطحات ادارة الرياح في برج بيرلالسحاب العادية

.III : االستصالحReclamationالخطوة الثالثة لتصميم ناطحة سحاب عالية األداء تشمل استراتيجيات االستصالح

) اعادة االستخدام (، هدف هذه المجموعة من االستراتيجيات هو حصاد الطاقة المستخدمة بالفعل داخل المبنى ، حيث يتم امداد المبنى بالطاقة لمرة واحدة،

ويمكن إعادة استخدامها مرارا وتكرارا.تضم هذه االستراتيجيات اعادة استخدام الهواء في التدفئة والتبريد قبل وصوله الى

الفراغات المكتبية وهذا يتوقف على الوقت من السنة والظروف الجوية خارج المبنى واستخدام مبردات االمتصاص.استخدم البرج ثالث أنظمة وهي :

1 Chiller Heat Recovery

2 Exhaust Air Heat Recovery

3 Generator Heat Recovery

Chiller Heat Recovery النظام األول يعمل على تجميع المياه من األسطح البارده باستخدام مكثفات للسيطرة على

الرطوبة الداخلية ، يتم تصفية المياه.واستخدامها في الزراعات الداخلية والتنظيف و المرحاض

Exhaust Air Heat Recovery النظام الثاني يعمل على تبادل الهواء الملوث من الداخل بالروائح والسموم والرطوبة مع

الهواء النقي الذي يأتي مباشرة من الخارج في نظام التهوية من خالل مرشح يتم استخدام الحرارة من الهواء المستخرج لتدفئة الهواء النقي في

تبادل مع الهواء الساخن عبر األنابيب مما يوفر الهواء النقي في جميع . الفراغات داخل المبنى

Generator Heat Recovery النظام الثالث يعمل كمبادل حراري فهو يسترد الحرارة من الهواء الساخن ثم ينتج بخار يمكن

.استخدامه في عملية التبريد بعد ذلك

Exhaust Air Heat Recoveryدايجرام يوضح عمل نظام

.IV االنتاجGeneration ” و هي Micro-Turbineالفكرة التصميمة لبرج نهر بيرل أدرجت استخدام “

تكنولوجيا مولدات توربينات الغاز ، فهذه التوربينات الصغيرة تجعل المبنى قادرا على انتاج الطاقة النظيفة بكفاءة وبوسيلة مراعية للبيئة .

٪ ، فهي قادرة 80ان محطة التوليد المصممة لبرج نهر بيرل لتوليد الطاقة تتجاوز كفاءتها كيلو واط من الكهرباء و يمكن بعد ذلك أن تكون هذه األجهزة 65على توليد ما يقرب من

مجموعة متصلة لتقديم القدرة الكهربية المطلوبة في المبنى.

هناك العديد من المزايا التي تجعل التوربينات الصغيرة من مصادر توليد الطاقة المتجددة ، هي أرخص في التركيب والتشغيل Microturbineفمن وجهة النظر االقتصادية مولدات

بالمقارنة مع مولدات الغاز التقليدية أو التي تعمل بالديزل ، كما أنها غير مكلفة نسبيا، وسهلة التصنيع، ولها عدد قليل من األجزاء المتحركة.

ويمكنها أيضا أن تستخدم أنواع مختلفه من الوقود مثل الغاز الحيوي، والغاز الطبيعي والبروبان والديزل والكيروسين وغاز الميثان، ومصادر الوقود األخرى، مما يجعلها مناسبة للطاقة احتياطية في مجموعة متنوعة من التطبيقات، ميزة أخرى للتوربينات الصغيرة هو

قوة االحتمال والكفاءة ، و هي تعتبر نظام آمن لتوليد الطاقة ومنخفض الضوضاء واالهتزازات وهذه الخصائص تجعل التوربينات مثالية للتركيب في المبنى.

وتتطلب القليل من الصيانة ، التوربينات الصغيرة قادره على انتاج كمية كبيرة من الطاقة وذلك نسبة إلى حجمها ،و أيضا بسبب أحجامها المتنوعة يمكن وضعها في أي موقع ، ومن

وجهة النظر البيئية، هذه اآلالت الجديدة تلوث أقل وتعتمد على الموارد البيئية بشكل أقل.

ميكرو توربين

Micro-turbines ForGeneration Of PowerMicro turbine Flow Diagram

DIFC LIGHTHOUSE: برج المنارة3TOWER 1معلومات عن البرج

النظام االنشائي2( Cladding System ) نظام الكساء الخارجي3

التقنيات المستخدمة لخفض استهالك الطاقة4

التعريف بالبرج

DIFC Client:Project Location: Dubai International Financial Centre (DIFC)

Commercial Building Type:Construction Commencement: October 2008

Construction Completion: Not Completed YetArchitect: Shaun Killa, AtkinsTotal Area: 172,600 M2 (Gross Construction Area)Total Height: 402 MetersTotal Number Of Floors: 64 Storey

Façade: Double Facade, High Performance GlazingMaterials: P.T. concrete and steel floors

steel X bracing structure يتكون النظام االنشائي للبرج من نظام هيكلي معدني

P.T. Concrete And Steel Floorsمواد االنشاء :

النظام االنشائي

Structural Steel X Braces

واجهة زجاجية مزدوجة مثبت بها خاليا كهروضوئية مثبتة رأسيا على الواجهة , واستخدم سبع تقنيات مختلفة لتثبيت الخاليا الكهروضوئية من حيث طريقة التثبيت وزوايا الميل وحتى في

أنظمة التنظيف.

نظام التكسية الخارجي

Original sketchFaçade Integrated PV Cells

التقنيات المستخدمة لخفض استهالك الطاقة

طريقة البعض يتصل بجودة 50يقلل برج المنارة استهالك الطاقة باكثر من التحكم والبعض ألداء التقني والتكنولوجي في أنظمة البناء .

1 خاليا كهروضوئية مدمجة بالكساء الخارجي في الواجهة الشمالية . الغربية

2 كاسرات شمسية مدمج معها خاليا كهروضوئية في الواجهتين .الشرقية الجنوبية

3 .توفيراالضاءة الطبيعية والتحكم بها باستخدام ستائر ذاتية الحركة

4 . توربينات الرياح

5 . نظم استرداد أخذ الناتج من عملية واحدة وتغذيته الى آخر

التقنيات المستخدمة لخفض استهالك الطاقة

Section Through North-West Facade

Section Through South-East Facade

الواجهة الشمالية الغربية استخدم فيها نظام ستائر ذاتية الحركة والتوجية طبقا التجاه •أشعة الشمس.كما استخدمت الخاليا الكهروضوئية في هذا الجانب من الواجهة .

الواجهة الجنوبية الشرقية استخدم فيها كساء خارجي زجاجي مزدوج , واستخدمت كاسرات لتوفير الظالل ودمج معها الخاليا الكهروضوئية أيضا.

الخاليا الكهروضوئية

التقنيات المستخدمة لخفض استهالك الطاقة

صممت توربينات الرياح بحيث تقع في الثلث األخير من البرج وهي أدوار غير مأهولة , ثالث •توربينات عمودية على اتجاه تدفق الرياح , مثبتة بمحور يع في الجزء األوسط من واجهة

م.29البرج, تشغل توربينات الرياح من ارتفاع الواجهة

توربينات الرياح

Wind TurbinesWind Direction

4 :Conclusionمقارنة تحليلية بين البرجين.1 التوصيات والنتائج 2

التقنيات المستخدمة لخفض استهالك الطاقة

بعد الدراسة التحليلة لتقنيات والنظم المستخدمة في تصميم برجي بيرل والمنارة نجد أن كال التصميمن ينشدان التقليل من الطاقة المستهلكة للمبنى بشكل عام اال أن تصميم برج بيرل من

البداية يهدف الى الوصول بالتصميم الى الطاقة الصفرية واعتمد بذلك على أربع خطوات وهم االمتصاص واالستصالح واالنتاج واالستخالص وحقق التصميم بالفعل الطاقة الصفرية كأول

ناطحة سحاب في العالم صفرية الطاقة اال أن ألسباب ترجع الى اعتبارات ادارية واقتصادية خاصة بمدينة غوانتشوا الصينية ارجئ اضافة الميكرو توربين الى التصميم وبذلك نجد أن برج

%.55بيرل حقق خفض في استهالك الطاقة يصل الى اما بالنسبة لبرج المنارة بدبي فكان هدف التصميم هو تقليل استهالك الطاقة والتقليل من

الضارة بالبيئة والمناخ المحلي .co2االنبعاثات : يوضح بالتفصيل األنظمة المستخدمة في البرجين ونوعيتها ومدى كفاءة بعضها في 1والجدول

توفير الطاقة أو انتاج الطاقة.

أوجه المقارنة المعايير برج المنارة برج بيرل

توربينات الرياح

الموقع في المبنى

يشغل الثلث األخير من البرج م25غير المأهول بارتفاع

50، 24الطوابق الميكانيكية

النوعتوربينات أفقية تستقبل الرياح

في اتجاه واحدتوربينات رأسية تستقبل الرياح

في اتجاهين

العدد توربينات3 توربينات8

الكفاءة

One turbine:225 Kilowatt-hours

Total : 225x 3=675kilowatt-hours

1 turbine at level 25 : 120 kilowatt-hours

1 turbine at level 50: 240 kilowatt-hours

Total :120x4+240x4=1440 kilowatt-hours

الخاليا الكهروضوئ

ية

الموقع في المبنى

الواجهتين الشمالية الغربية – الجنوبية الشرقية

الواجهة الجنوبية والشرقية و الغربية والسطح

أنواعهاكاسرات شمسية وخاليامدمجة

بالكساء الخارجيكاسرات شمسية وخاليامدمجة

بالكساء الخارجي

كفاءتها خليه شمسية4000200 Megawatt-hours Per

Year

نظام التكسية الخارجي

النوع Ventilated Double-wall Facade System

Ventilated Double-wall Facade System

ستائر ذاتية الحركة

نظام االضاءة

أنواعها

• LED lighting for façade lighting • CIBSE Lighting Guide )LG( 7 compliant lighting with automatic daylight control and task lighting• Day light

• Radiant Panel Geometry• Day Light

نظام التهوية

Floor Ventilation

System -------

Radiant Ceiling

-------

HAVC

ميكروتوربين

------ -------

Heat recover

y systems

Chiller Heat Recovery

Exhaust Air Heat

Recovery

Generator Heat

Recovery

نجد أن التصميمن اعتمدا ثالث مجموعات من الحلول للتقليل من استهالك 1ومن جدول البرجين للطاقة أو توليد الطاقة المتجدده ، تتمثل مجموعت الحلول الثالث فيما يلي :

Passive Systems Solutions. مجموعة النظم السلبية .1 Energy Efficiency Solutions. مجموعة النظم الكفوءه في اعادة استخدام الطاقة. 2 Renewable Energy Systems Solutions. مجموعة نظم الطاقة المتجددة.3

ولكن قطعا يوجد اختالفات تصميمية تكنولوجية وتقنية في تصميم كال من تقنيات النظم السلبية مثل تصميم السقف في برج بيرل وتصميم األرضيات الذي يعتبر مصدر التهويه

األساسي للفراغات المكتبية على العكس من برج المناره اعتمد التبريد من السقف , وكذلك تقنيات النظم الفعالة المنتجة للطاقة المتجدده مثل توربينات الرياح والخاليا الشمسية ،

وسنحاول هنا الوقوف على أفضل الخيارات التصميمة في تلك النظم في حفظ وتوليد الطاقة .

النظم الفعالة متمثلة في : و التي تعتبر أحد االستراتيجيات الهامة BIWTالمدمجة بالمباني اوال : توربنات الرياح

المستحدثة المدمجة في المباني لتوليد الطاقة المتجددة ، غير أننا طبقا لجدول المقارنه التحليله نجد أن برج بيرل حقق انتاج أعلى للطاقة الستخدامه الجيد لتوربينات الرياح بتحقيق

عدة مواصفات مجتمعه :التوربينات الرأسية والتي تعتبر نسبيا أعلى كفاءة من التوربينات األفقية واألقل في فقد 1.

الطاقة ، ويتميز هذا النوع من التوربينات بسهولة عمليات التشغيل والصيانة مقارنة بالتوربينات األفقية المحور، كما أنها ال تحتاج إلي نظام توجيه .

دمج توربينات الرياح باستخدام أنفاق الرياح التي تزيد من سرعة الرياح وكذلك بوابات 2.الرياح التي تعمل بشكلها الديناميكي الهوائي على توجيه وتجميع الرياح داخل األنفاق.

واجهة البرج المنحنية الغير مسبوقة.3.

توربينات رأسية .8عدد توربينات الرياح الذي بلغ 4.

استخدام توربينات الرياح الرأسية األنسب استخداما في أنفاق الرياح.5.

هذه االستراتيجيات التصميمية أدت الى فقد اقل لطاقة الرياح و انتاج مقدار من الطاقة أكثر مرة مما تنتجه التوربينات الحرة في الطاقة ، كما ال يمكن اغفال الممارسة 15

المستدامة التي حققها هذا التصميم حيث يعمل التصميم على تدعيم ثبات واستقرار البرج في مواجهة أحمال الرياح دون الحاجة للزيادة في استخدام الحديد الصلب

والخرسانة المسلحة لتدعيم هيكل البرج ، وكذلك وضعت توربينات الرياح في األدوار م زيادة في ارتفاع البرج غير 29الميكانيكية ، على العكس مع برج المنارة الذي خصص

مأهولة تحمل توربينات الرياح الثالث فقط.

في حالتي الدراسه اعتمد التصميمن على استخدام ودمج الخاليا ثانيا: الخاليا الشمسية :الكهروضوئية بكفاءة وبعدد كبير في البرجين ، حيث دمج في تصميم واجهة برج المناره

خليه كهروضوئية لتحقيق عاملين أساسيين هما توفير الراحة 4000ما يقارب من الحرارية داخل الفراغات المكتبية باستخدام الخاليا الكهروضوئية شبه الشفافة والتي تساعد بدورها على التقليل من الوهج الشمسي وتوفير االضاءه الطبيعة المرغوبة ،

تصميم برج بيرل اعتمد أيضا دمج الخاليا الكهروضوئية في تصميم واجهات البرج حتى الواجهة الشمالية لتحقيق أعلى استفاده من الطاقة الشمسية وكذلك السطح باعتباره

المنطقة األعلى تعرضا ألشعة الشمس طوال النهار , واعتمد تصميم البرجين أيضا استخدام أنواع متعددة من الخاليا الكهروضوئية ، فتارة استخدم الخاليا الضوئية المدمجه

باالطار المعدني لنظام التكسية الخارجي كما في برج بيرل ، وتارة أخرى استخدمت الخاليا الكهروضوئي كاسرات شمسية .

على الرغم من عدم توافر أرقام وحسابات دقيقة على مقدار ما تنتجه الخاليا الكهروضوئية في برج المناره من طاقة كهربائية ويرجع ذلك لعدم اكتمال بناء البرج حتى اآلن ، اال أنه يمكننا القول أن البرجين استخدما نظام دمج الخاليا الكهروضئية بكفاءه عاليه نظرا لعدد

الخاليا الكهروضوئية المدمجه في تصميم البرجين .

يمكن حصر بعض النقاط للحصول على أفضل نتيجة النتاج الطاقة الشمسية المتجدده كالتالي:

استخدام أنواع مختلفه ، سواء كاسرات شمسية مدمج بها الخاليا الشمسية أو خاليا 1.كهروضوئية مدمجة بواجهات البرج أو االطارات المعدنية الفاصلة بين أأللواح الزجاجية

لنظام التكسية الخارجي .استخدام كل الواجهات حتى الشمالية ان أمكن .2.زيادة فعالية الخاليا الكهروضوئية التي تستخدم على السطح يرجع ذلك الى عدم وجود 3.

تأثير للظل على منطقة سطح المبنى طوال اليوم .

والتي اعتمد تصميم برج بيرل عليها في تحقيق Microturbinesثالثا: التوربينات الصغيرة الطاقة الصفرية الصافية .

النظم السلبية : يعتبر نظام التكسية الخارجي أحد االستراتيجيات الهامة لتحقيق خفض استهالك الطاقه ، حيث تؤدي دورا هاما في توفير الراحه الحرارية داخل المبنى في فصلي الصيف والشتاء على

السواء مما يقلل من االعتماد على الطاقة في التبريد والتدفئة.ومن خالل جدول المقارنة السابق بين برجي بيرل والمناره نجد تشابه كبير في نظام التكسية الخارجي من حيث الحائط الزجاجي المزدوج طبقتة الخارجية من الزجاج قليل االنبعاثية يعمل على عكس أشعة الشمس ، والطبقه الداخلية من الزجاج النقي بينهما فراغ غير

مفرغ الهواء ، يضم هذا الفراغ ستائر ذاتية الحركة ، حيث تغلق وقتح حسب زاوية سقوط أشعة الشمس وهي بطول الحائطين الزجاجيين تتحكم في الوهج الشمسي .

اال أن الواجهة المزدوجة في برج بيرل تتميز باتصالها بنظام التهوية في األسقف و األرضيات بالبرج ، حيث ينتقل الهواء البارد من الفراغ المكتبي داخل البرج ليدخل الفراغ بين

الحائطين الزجاجيين عن طريق فجوه في األرضيات .

يدخل الهواء البارد الى الفراغ المكتبي بالبرج عن طريق فجوات في األرضيات والتي تتصل بانابيب تكييف الهواء , يدخل الهواء البارد داخل الفراغ فيعمل على تبريده ثم يعود الى

السقف المصمم بشكل مقعر الذي يعمل على عكس الهواء الساخن الى األسفل مرة أخرى حيث يدخل الهواء الساخن الى الفراغ بين الواجهة المزدوجة فينتقل الى أعلى ليدخل الى

فجوة في األرضيات للدور الذي يعلوه ليتم تبريده ثم يدخل الى الفراغ مرة أخرى وهو بارد.

حقق هذا النظام في التكسية الخارجية و دمجها في نظام التهوية لألرضيات و األسقف نتائج أفضل من حيث الراحه الحرارية حيث يعمل الفراغ بين الحائطين الزجاجيين مع نظام التهوية

في الرأرضيات واألسقف على تقليل درجة الحرارة التي من الممكن أن تكتسبها الطبقة الزجاجية الداخلية المجاورة للفراغ المكتبي.

كما أن نظام التهويه عبر فجوات في األرضيات خاصة و أن الهواء له صفة االنتشار ، لم يكن هناك حاجه الستخدام مرواح ضخ الهواء البارد من األسقف كما هو معتاد في نظام التبريد

HVAC. مما حقق خفضا في استهالك الطاقة الالزمة لتشغيل هذه المرواح ، نخلص من ذلك أن نظام التكسية الخارجي ذو الحائط الزجاجي المزدوج مدمج به الستائر الذاتية الحركة نظام فعال في توفير الراحة الحرارية داخل المبنى اال أنه يصبح أكثر كفاءة

وفعاليه اذا تم استخدام األرضيات و األسقف في عملية تبريد الفراغ بين الحائطين الزجاجيين للحفاظ على الراحة الحرارية داخل الفراغ المكتبي.

النظم الكفوءة في اعادة استخدام الطاقة :أوال: نظم االضاءة الموفرة ونظم التحكم في تشغيل االضاءة التلقائي.

Heat Recovery Systemsثانيا : نظم استرداد الحرارة اعتمد تصميم برجي بيرل والمنارة نظم استرداد الحرارة في خفض استهالك الطاقة حيث يتم

امداد المبنى بالطاقة لمرة واحدة، ويمكن إعادة استخدامها مرارا وتكرارا و تضم هذه االستراتيجيات اعادة استخدام الهواء في التدفئة والتبريد قبل وصوله الى الفراغات المكتبية

وهذا يتوقف على الوقت من السنة والظروف الجوية خارج المبنى واستخدام مبردات االمتصاص.

ومما سبق يمكن توضيح مجموعات الحلول االستراتيجية لتحقيق الطاقة الصفرية الصافية في ناطحات السحاب ، في الجدول التالي .

Renewable Energy Systems Solutions

Energy Efficiency Solutions

Passive Systems Solutions

•Photovoltaics•Wind turbines•Microturbines

•Energy efficient lighting •Advanced lighting control•Mechanical air heat recovery•Hot water heat recovery

•Advanced envelope•Advanced glazing•Solar shading•Ground cooling•Skylights•Blinds for glare control

ومما سبق نستطيع أن نستنج االختالف الوحيد بين المعالجات التصميمة لناطحات السحاب صفرية الطاقة في المناخ الحار عن غيرها في المناخ البارد

والذي يتمثل في تصميم العناصر السلبية وبالتحديد نظام التكسية الخارجي المزدوج ، حيث استخدم في البرجين زجاج ذا انبعاثية أقل لنفاذية أشعة

الشمس على العكس من تصميم نظم التكسية الخارجية في المناطق البارده التي تهدف الى توفير التدفئة بالطاقة الشمسية .

واستنتجنا أهمية استخدام الميكرو توربين في تصميم ناطحات السحاب صفرية الطاقه حيث يعتبر المصدر البيئي األوفر في انتاج الطاقة بقدر يفوق

انتاج الخاليا الشمسية وتوربينات الرياح معا.

وختاما نجد أنه ليس ببعيد تصميم ناطحة سحاب صفرية الطاقة في منطقة الشرق األوسط , وبرج المنارة يعتبر بداية موفقة التجاه المنطقة نحو

التصميم الفعال لناطحات السحاب من حيث استهالك وانتاج الطاقة ، وبالرغم من عدم توافر االنتاج االقليمي لتكنولوجيا بناء ناطحة السحاب , اال أنه تم بناء

ناطحة سحاب في الشرق األوسط بتكاليف باهظة مما يخرجها 600أكثر من من نطاق تحقيق االستدامة ، بسبب عدم االعتماد على الموارد االقليمية ، اال

أن تصميم ناطحات السحاب صفرية الطاقة سيحقق قدر معين من االستدامة من حيث :

تغطية تكاليف االنشاء بتوفير ناطحة السحاب صفرية الطاقة الستهالك -الطاقه من مواردها القابلة للنفاذ وهي الوقود األحفوري .

وهي أحد الملوثات الناتجة عن ناطحات co2 تقليل نسبة ابعاثات غاز -السحاب العادية, وبالتالي التقليل من تلوث الهواء.

فاذا كان بناء وتشييد ناطحات السحاب ضرورة ، فلما ال نبدأ من حيث انتهى األخرون .

Thank you…