Борьба с климатическим кризисом: умные материалы и адаптивные здания

Изменение климата является одной из наиболее серьезных проблем, с которыми сталкивается человечество. Климатический кризис оказывает все большее влияние на все сферы жизни, в том числе и на строительную индустрию. По прогнозам, цифровые технологии могут способствовать смягчению последствий изменения климата и достижению целей устойчивого развития.

Устойчивые строительные конструкции

Уже сейчас существует потребность в проектировании устойчивых зданий, способных противостоять экстремальным погодным явлениям. Такие постройки должны быть способны пережить мощные ураганы, интенсивные штормы и участившиеся наводнения, а это требует устойчивых стратегий проектирования и применения цифровых методов в строительстве и управлении зданиями.

Усиленные строительные конструкции

Усиленные строительные конструкции представляют собой использование более прочных материалов и методов строительства для увеличения стойкости. Это, например, армированный бетон, стальные балки, усиленные стены и колонны. Цифровые инструменты позволяют инженерам и архитекторам создавать точные математические модели таких конструкций, которые учитывают различные факторы, такие как нагрузки, сейсмическая активность, ветер и другие. Алгоритмы машинного обучения и анализ больших данных могут использоваться для анализа информации о конструкциях в реальном времени. Например, датчики могут собирать данные о деформациях и нагрузках на здания, аналитика может предсказывать возможные проблемы и предупреждать о них. Использование 3D-принтеров и роботов поможет создавать более точные и прочные конструкции.

Приподнятые фундаменты

Такие фундаменты предотвращают затопление подвальных помещений и повышают устойчивость здания к наводнениям. Цифровые карты и геопространственные данные помогают анализировать риски, связанные с природными бедствиями (наводнение, подъем уровня моря). Они позволяют выбирать подходящее местоположение и высоту для строительства, чтобы обеспечить безопасность и устойчивость. Системы управления зданиями, оснащенные сенсорами и автоматизированными системами, могут реагировать на изменяющиеся условия, такие как уровень воды или деформации почвы. Это позволяет адаптировать конструкции к новым условиям.

Специальные материалы

Некоторые композитные материалы могут иметь специальные составы, которые обеспечивают контролируемое термическое расширение. Это может быть полезно при проектировании адаптивных структур, где желательно учитывать изменения температуры. С помощью цифровых инструментов и компьютерных симуляций можно создавать новые материалы, которые обладают улучшенной устойчивостью к климатическим изменениям. Например, разрабатывать более прочные и долговечные составы, которые не подвержены коррозии или деформациям при экстремальных условиях.

Экономный расход воды

Нехватка воды — еще одна проблема, которую необходимо учитывать при проектировании. По мере повышения температуры и изменения водных циклов наш доступ к воде уменьшается, а это означает, что водопровод с низким расходом и сбор дождевой воды должны быть частью дизайна здания, чтобы максимально использовать имеющиеся ресурсы.

Основные принципы и компоненты такой системы включают:

Сантехнические приборы, которые потребляют меньше воды при использовании. Например, умные унитазы с двойной системой смыва могут существенно сократить расход воды.

Системы рециркуляции воды. Они позволяют перераспределять использованную воду (например, из душевых стоков) для использования в унитазах, снижая тем самым общий расход.

Системы мониторинга и контроля. Цифровые системы управления водоснабжением могут автоматически регулировать расход воды в зависимости от текущих потребностей и условий.

Сбор дождевой воды. Дождевая вода собирается с кровли и направляется через фильтры, чтобы удалить загрязнения и мусор. Очищенная вода может храниться в специальных резервуарах или баках для дальнейшего использования. Собранная вода может регулироваться умными системами управления и использоваться для полива садов и газонов, наполнения прудов, промышленных процессов и даже для унитазов и стиральных машин.

Энергоэффективность строительной отрасли

Изменение климата также приводит к повышению спроса на энергоэффективность в строительной отрасли. Это связано с тем, что повышение температуры воздуха приводит к увеличению потребления энергии для охлаждения зданий.

Использование возобновляемых источников энергии

Использование солнечных батарей и других возобновляемых источников энергии становится все более популярным в адаптивном дизайне зданий.

Солнечные батареи и ветряные турбины могут использоваться для генерации электроэнергии. В будущем будут использоваться более энергоэффективные материалы и технологии строительства. К таким технологиям относятся, например, использование пассивного солнечного отопления и охлаждения. Цифровой анализ позволит оптимизировать эффективность строительных материалов и дизайна, чтобы снизить энергопотребление зданий.

Необходимость перехода на возобновляемые источники энергии приведет к множеству инноваций в будущем. В докладе МГЭИК (Межправительственной группы экспертов по изменению климата) «Изменение климата 2022» отмечается, что «Цифровые технологии могут способствовать смягчению последствий изменения климата и достижению целей устойчивого развития». В будущем сенсоры, интернет вещей, робототехника и искусственный интеллект могут улучшить управление энергопотреблением во всех секторах, повысить энергоэффективность и способствовать внедрению многих технологий с низким уровнем выбросов, включая децентрализованную возобновляемую энергетику.