قلة من المهندسين المعماريين في المملكة المتحدة يمكنهم التباهي بأنهم يستمعون إلى المستشارين البيئيين أو المصممين أو شاغلي مشاريعهم الحالية. وأولئك الذين يتعلمون من أخطائهم ويستخدمون الخبرة المكتسبة في المشاريع اللاحقة يجب تضمينهم في الكتاب الأحمر.
قام Architype ، وهو جيل جديد من المهندسين المعماريين المتحمسين ، ببناء المدارس الأولى في المملكة المتحدة لتلبية معايير Passivhaus الألمانية. من خلال عملهم ، أثبتوا أن المدرسة لا يمكن أن تكون مجرد مبنى جميل ، ولكن أيضًا مبنى حيث تكون مريحة للدراسة بسبب تفكيرها وكفاءتها في استخدام الطاقة.
"الطاقة تشبه إلى حد ما النفايات: من الجيد دائمًا إعادة تدويرها ، ولكن من الأفضل فقط إنتاج كميات أقل. أيضًا مع الطاقة: يمكنك استخدام مصادرها المتجددة ، أو الألواح الشمسية ، أو يمكنك فقط أن تستهلك كميات أقل منها ".
جوناثان هاينز ، مدير مكتب Architype
ما هو معيار Passivhaus؟
وللتذكير ، فإن هذا المعيار الألماني لكفاءة الطاقة في المباني ، الذي طوره Passivhaus Institut ، هو مؤشر على انخفاض استهلاك الطاقة والراحة في المساحة الداخلية والجودة المعمارية للعنصر. يعتقد الكثير من الناس عبثًا أنه لا ينطبق إلا على الإسكان: الترجمة من "Haus" الألمانية لا تعني فقط المنزل ، ولكن أي هيكل ، والمعيار مناسب لأي مبنى من أي نوع. يتضح مدى تقدمه من خلال الأرقام: استهلاك الطاقة القياسي لمدرسة عادية في إنجلترا هو 100 كيلو واط في الساعة / م 2 سنويًا ، ويجب ألا يستهلك المبنى الذي تم بناؤه وفقًا لمعيار Passivhaus أكثر من 15 كيلو واط في الساعة / م 2 سنويًا. على عكس المعايير الأخرى ، يساعد Passivhaus في تقليل استهلاك الطاقة من خلال تحسين قرارات التصميم - مثل العثور على الشكل الأكثر إحكاما ، وأفضل اتجاه للمبنى ، وما إلى ذلك.
نادرًا ما يُنظر إلى معيار Passivhaus في إنجلترا حيث تعمل رموز كفاءة الطاقة المحلية بطريقة معاكسة تمامًا. بالمقارنة مع Passivhaus ، فإن معيار BREEAM الأخضر الشهير في إنجلترا والذي تضغط عليه الحكومة له العديد من معايير التقييم التي لا علاقة لها غالبًا باستهلاك الطاقة: على سبيل المثال ، يمكن الحصول على نقاط إذا كانت المسافة بين المبنى المتوقع وأقرب صندوق بريد أقل من 500 متر. بالإضافة إلى ذلك ، لا تركز BREEAM على تقليل كمية الاستهلاك ، ولكن على إنتاج طاقة إضافية من مصادر متجددة.
كيف يعمل مهندس Passivhaus؟
أولاً ، يقلل التوصيل الحراري للجدران والأسقف والأسقف والأبواب. ثانيًا ، يعتني بالضيق الحراري للمبنى: يجب تقليل جميع "الجسور الباردة" (مناطق فقدان الحرارة ، الموجودة غالبًا في مفاصل العناصر الهيكلية للمبنى) إلى الصفر أو تقليلها. بالإضافة إلى ذلك ، في مرحلة التصميم الأولية بالفعل ، تم تصميم المبنى باستخدام برنامج PHDP (حزمة تصميم المنزل السلبي). ومع ذلك ، عادةً ما يقوم المهندسون المعماريون البريطانيون أولاً بوضع الخطوط العريضة للمبنى بالكامل ، والتفكير في المخططات ، وبعد ذلك فقط يعطونها للمهندسين لحساب استهلاك الطاقة. إنهم يحاولون تحسين شيء ما ، لكن احتمال تصحيح الأخطاء في المشروع النهائي ضئيل للغاية. لذلك ، من الأكثر فاعلية التفكير في هذا الأمر في مراحل مبكرة من العمل ، عندما يمكن تغيير المشروع بشكل كبير إذا لزم الأمر ، على سبيل المثال ، للتدفئة.
أصعب شيء في معيار Passivhaus هو التحقق من امتثال الكائن ، حيث لا تمثل المؤشرات البيانات المحسوبة لمهندسي التصميم فحسب ، بل هي أيضًا قياسات حقيقية في منزل تم بناؤه وتشغيله بالفعل. والبناء تمامًا كما تم تصميمه يمثل صداعًا شهيرًا لجميع المهندسين المعماريين.
من هم Architype Architects؟
Architype هو نوع جديد من الاستوديوهات المعمارية التي تأسست منذ 29 عامًا واكتسبت سمعة تحسد عليها على مر السنين كمصممي المباني عالية الجودة الموفرة للطاقة.تملي نهجهم الأصلي من خلال الرغبة في إشراك العملاء والمقيمين في المستقبل في عملية التصميم. من ذوي الخبرة ، طوروا مجموعة من الحلول التقنية التي تزيد من جودة "المنتج المصنّع".
خلال فترة وجوده ، نما فريق Architype من خمسة إلى 53 شخصًا ، على الرغم من ذلك فقد تمكنوا من الحفاظ على نهج إبداعي جديد للتصميم ، بما في ذلك التحليل المتكرر ومناقشة المشاريع. حجم مبيعات الشركة السنوي 3 مليون جنيه سنويا.
لماذا قررت Architype تطبيق معيار Passivhaus في إنجلترا؟
منذ حوالي خمس سنوات ، قام Architype ، بالتعاون مع جامعة أكسفورد بروكس ، أحد أكبر معاهد أبحاث التكنولوجيا الموفرة للطاقة في العالم ، بجمع وتحليل معلومات حول "أداء" المباني المدرسية التي شيدها المكتب. ونتيجة لذلك ، تبين أنه على الرغم من استراتيجيات كفاءة الطاقة المختلفة ، فقد استهلكت هذه المدارس كمية هائلة من الطاقة حيث فتحت النوافذ فيها خلال فصل الشتاء. وفي تلك اللحظة ، كان تكييف معيار Passivhaus مع الحقائق البريطانية مهتمًا بـ Architype ، لأنه بفضل التهوية الميكانيكية والضيق الحراري ، استهلكت المباني التي تم بناؤها وفقًا لهذا المعيار طاقة أقل بشكل ملحوظ وتولدت كميات أقل من ثاني أكسيد الكربون. كانت ميزة إضافية هي الفرصة الحقيقية لدراسة كيفية "عمل" المبنى وحلول التصميم التي تساعد على تحسين كفاءة الطاقة أكثر من غيرها.
يخشى العديد من المهندسين المعماريين من أن معيار Passivhaus سيحد من خيالهم. لكن المهندسين المعماريين في Architype يجادلون بأن الإطار الصارم الذي وضعوه هو الذي يطلق العملية الإبداعية الكاملة في رؤوسهم.
من خلال استخدام أساليب Passivhaus Architype في مشاريعهم الأخيرة ، حققوا تبسيطًا جذريًا للأشكال والتفاصيل ، وتحسين عملية التصميم وحتى الإشراف المعماري. تمكنوا من تحقيق النتائج المرجوة من خلال التفكير في كل حل خطوة بخطوة واختبار أدائه في الممارسة العملية. وفقًا لمدير المكتب جوناثان هاينز ، كان الدرس الأكثر أهمية بالنسبة لشركة Architype هو إدراك أهمية تبسيط المشروع بشكل عام والتفاصيل الهيكلية بشكل خاص.
نظرًا لأن تصنيف المبنى لم يكن عاملاً حاسمًا ، فقد كان Architype جاهزًا لاختبار معيار Passivhaus في أي مشروع. الآن ، بعد أن اكتسبوا خبرة في هذا المجال ، يقومون بتصميم جامعة ومبنى أرشيف وقرية تضم 150 منزلاً وكنيسة والعديد من المنازل الخاصة وفقًا لمبادئ هذا المعيار. ومع ذلك ، قبل خمس سنوات ، كان تخصصهم هو المباني المدرسية ، ولهذا السبب أصبحوا أول ميدان اختبار لهم في Passivhaus. كان المطلب الوحيد المهم لعميل المدارس الخمس ، مجلس مقاطعة ولفرهامبتون ، هو الحفاظ على ميزانية متواضعة للغاية.
حتى الآن ، أكمل Architype بالكامل بناء مؤسستين تعليميتين - مدرسة Oakmeadow الابتدائية ومدرسة Bushbury Hill ، وفي نوفمبر 2013 تم الانتهاء من مدرسة Swillington الابتدائية الثالثة. تم استبدالهم جميعًا بمباني مدرسية متقادمة وبالتالي مهدمة ، وهم مدينون بمظهرهم للمبادرة الحكومية الحالية. ومع ذلك ، يعتقد جوناثان هاينز أن زيادة انتشار المدارس "السلبية" في إنجلترا هو سؤال كبير ، على وجه التحديد بسبب الصعوبات في التمويل العام. لذلك ، يأمل Architype أن يكون هناك طلب كبير على مثل هذه المشاريع ، على سبيل المثال ، في ويلز ، حيث يختلف نظام التمويل الحكومي عن النظام الإنجليزي.
السمات المعمارية للمدارس "السلبية"
بدأت عملية التصميم بالبحث عن الشكل الأمثل وعدد الطوابق والعمق والاتجاه للمبنى باستخدام برنامج النمذجة الديناميكية PHDP الذي سبق ذكره. من البحث الأولي ، أصبح من الواضح مدى أهمية المبنى المدمج لتقليل استهلاك الطاقة. جعل تقليل مساحة سطح المبنى بالنسبة إلى مساحة الأرضية من الممكن تحقيق تحسين الطاقة بالفعل في مرحلة المفهوم.بالنسبة إلى المدرستين اللتين تم بناؤهما بالفعل ، تم في النهاية اختيار تركيبة من وحدات تخزين بسيطة مستطيلة الشكل مكونة من طابقين مع مساحة مركزية تستخدم للترفيه.
تم تصميم المبنى للسماح بدخول ضوء الشمس إلى جميع مباني المدرسة ، بحيث يتم استخدام الإضاءة الاصطناعية بأقل قدر ممكن. لتقليل احتمالية ارتفاع درجة الحرارة خلال أشهر الصيف ، تم تقليل عدد النوافذ التي تواجه الغرب والشرق إلى الصفر ، نظرًا لأن أشعة الشمس من زاوية منخفضة يكون دائمًا أكثر صعوبة في التعتيم ، وبالتالي تواجه النوافذ الشمال والجنوب.
تحتوي جميع الغرف على تهوية عرضية تُستخدم بشكل رئيسي في الصيف وفي غير موسمها. بالإضافة إلى ذلك ، خلال الأشهر الأكثر دفئًا ، كتدبير إضافي ، يتحول الاستجمام المركزي إلى "مدخنة" حيث يرتفع الهواء الدافئ ويخرج من خلال النوافذ العلوية بفضل اختلاف الارتفاع وتأثير الجاذبية. لفصل الشتاء ، يتم توفير تهوية بنظام استرداد الحرارة. وغني عن القول ، مقارنة بالمدارس التي تفتح فيها النوافذ للتهوية في موسم البرد ، فإن مثل هذا النظام يقلل بشكل كبير من فقدان الحرارة. وهو يختلف عن نظام الاسترداد القياسي حيث يتم تسخين الهواء النقي الداخل إلى الغرفة بواسطة حرارة الهواء المعالج من الاستجمام المركزي. في هذا الفضاء ، يتم تسخين الهواء بشكل سلبي عن طريق الإشعاع الشمسي وانبعاث الحرارة الداخلية ، بما في ذلك من تلاميذ المدارس الذين يجرون أثناء فترة الراحة.
يتم إيلاء الكثير من الاهتمام في مشروع المدارس "السلبية" لقضايا الضيق الحراري للمبنى وتقليل "الجسور الباردة" التي سبق ذكرها - وهي مشكلة غالبًا ما يتم نسيانها في إنجلترا. تتشكل معظم هذه "الجسور" في منطقة الأساس ، لأنها على اتصال مباشر بالأرض ، وعند مفاصل العناصر الهيكلية. وجد المهندسون المعماريون إجابة أصلية على هذا السؤال ، واقترحوا على المصممين تصميم أساس يكون معزولًا تمامًا ولن يمس الأرض مباشرة. في البداية ، أعلن المصممون البريطانيون - شركاء Architype أن ذلك مستحيل من الناحية الفنية ، على الرغم من حقيقة أن هذه الطريقة تستخدم على نطاق واسع في ألمانيا والنمسا في تشييد المباني "السلبية" ، ولكن فيما بعد تمكنت Architype من إقناعهم كل نفس. في النهاية ، تبين أن هذا الحل أرخص من الأساس الشريطي التقليدي ، لأن الطريقة المطبقة تتطلب حفرًا أقل. عندما تم تنفيذ مثل هذا النظام ، تم تقليل عدد "الجسور الباردة" في منطقة الأساس إلى الصفر.
للتخلص من "الجسور الباردة" عند مفاصل العناصر الإنشائية ، توصل المهندسون المعماريون إلى فكرة تقسيم هيكل المبنى إلى جزء داخلي وآخر خارجي. يتم تغليف الجزء الداخلي بالكامل من الهيكل بالكامل بطبقة عازلة للحرارة تسمى "بطانية" ، وبالتالي فهي مغلقة تمامًا. علاوة على ذلك ، فإن العزل الحراري للمؤسسة يجاور العزل الحراري للجدران ، مما يخلق حلقة مغلقة ، مما يجعل من الممكن حل مشكلة "الجسور الباردة" تمامًا. ومع ذلك ، بسبب هذا الحل ، كان لابد من ربط الستائر والمظلات وعناصر الواجهة المماثلة بهياكل خارجية إضافية غير متصلة بالإطار الرئيسي.
تم إيلاء اهتمام خاص لتبسيط المكونات الهيكلية. اضطر فريق المشروع إلى بذل الكثير من الجهد لإيجاد توازن بين فقد الحرارة من خلال النوافذ والإشعاع الشمسي ، وهو أمر مهم للتدفئة السلبية ، مما أدى في النهاية إلى سيطرة صارمة على جميع النوافذ والأبواب في المبنى.
جميع المواد المستخدمة في بناء المدارس صديقة للبيئة وتم إنتاج معظمها في إنجلترا نفسها ، مما قلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن نقل المواد. استخدمنا أيضًا Warmcell - العزل الحراري المصنوع من ورق الصحف المعاد تدويره.
في أول شهر ونصف بعد الانتهاء من البناء ، قام المهندسون المعماريون بزيارة مدارسهم كل أسبوع (بعد ذلك - مرة كل أسبوعين ومرة واحدة في الشهر) من أجل مراقبة عمل جميع الأنظمة وفهم شعور سكانها في المبنى.بالإضافة إلى قياس كمية الطاقة المستهلكة ومستويات ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة والرطوبة ، طلب Architype من جميع موظفي المدرسة تدوين ملاحظات حول كيفية "عمل" المبنى وكيف يشعرون به. تم جمع كل هذه المعلومات ومناقشتها في اجتماعات مع المقاولين من أجل تحسين المشاريع المستقبلية.
وهكذا ، في أحد المشاريع المدرسية الأولى ، تم اكتشاف أن مستوى الطاقة الأولية المستهلكة يتجاوز المعيار بشكل كبير. كان سبب ذلك وجود تدفئة في غرفة مضخة الرش ، والتي لم تكن معزولة حرارياً. من ناحية أخرى ، في سياق المراقبة ، وجد المهندسون المعماريون أن نظام التهوية لاستعادة الحرارة يجعل الأطفال أكثر انتباهاً في الفصل ، حيث يتنفسون الهواء النقي.
نظرًا لأن المبنى معزول تمامًا ومحكم الإغلاق ، فإن غلاية منزلية واحدة تكفي لتسخينه ، حيث يتم عادةً تسخين الشقق في إنجلترا ، ولكن أثناء التصميم ، طلبت الخدمة الفنية بالمدرسة تركيب غلاية إضافية إضافية - والتي لاحقًا بالطبع ، تبين أنها غير ضرورية. لفتت اللجنة التي فتشت المبنى الانتباه إلى حقيقة أنه على الرغم من الطقس البارد ، تم إيقاف كلا الغلايتين - لأنه حتى بدون تدفئة ، ظل المبنى من الداخل في درجة حرارة مريحة.
طوال فترة المراقبة ، التي استمرت عامًا ، أخبر المهندسون موظفي مدارسهم كيفية استخدام الإضاءة والتهوية والأنظمة الأخرى بشكل صحيح في مثل هذا المبنى غير المعتاد ، بل ونشروا "دليل مستخدم" مصور. قضى Architype أيضًا الكثير من الوقت في شرح للطلاب سبب الحاجة إلى الطاقة ، ومكان الحصول عليها ، والأهم من ذلك ، كيفية توفيرها. أيضًا ، سُمح لأطفال المدارس بإبداء تعليقات للمعلمين ، على سبيل المثال ، إذا نسوا إطفاء الضوء. كان الأطفال سعداء بمثل هذا الاحتمال ، والذي لا يمكن قوله عن المعلمين.
وفقًا لنتائج سنة المراقبة ، وجد أن المباني المدرسية "السلبية" في Architype لا تستهلك فعليًا أكثر من 14-15 كيلو واط / متر مربع سنويًا ، بينما استهلكت المدارس السابقة لنفس المهندسين المعماريين 40-50 كيلو واط / متر مربع لكل عام؛ ومع ذلك ، فإن المدارس العادية في إنجلترا تستهلك 100 كيلو واط في الساعة / م 2 سنويًا.
عند تحليل العملية الكاملة لإنشاء وتنفيذ المشروع ، يمكننا أن نستنتج أن النجاح يرجع إلى حد كبير إلى العمل المنسق جيدًا للفريق بأكمله: العميل الذي تعاون معه Architype لسنوات عديدة ، وهو المقاول والمهندسون المعماريون والمصممون. سمحت العديد من الاجتماعات والمفاوضات لجميع أعضاء الفريق من البداية أن يفهموا بوضوح ما يتم القيام به ولماذا. كما تم إجراء عدد كبير من عمليات التفتيش والاختبارات ، بما في ذلك اختبار الدخان ، والذي يحدد مدى ضيق المبنى.
تمكنت Architype من تحقيق نتائج مذهلة باستخدام معيار Passivhaus كأداة تصميم ودون إنفاق أي أموال إضافية على التقنيات الموفرة للطاقة (على الرغم من أن مباني Passivhaus عادة ما تؤتي ثمارها بسرعة كبيرة: في المتوسط 5-10 سنوات حسب أسعار الطاقة). من خلال بناء سير عملهم على مراقبة ماذا وكيف "يعمل" في المبنى ، يسعى هؤلاء المهندسون لتحقيق الجودة من خلال تبسيط المبنى نفسه وتفاصيله ، مع إثبات أن كفاءة الطاقة لا تتعارض مع الجمال والأناقة. كما قال الموسيقي تشارلز مينجوس ، "البساطة المعقدة أمر شائع. وتبسيط التعقيد هو الإبداع ": هذه هي الفلسفة التي تلتزم بها ورشة Architype.