Die Verstädterung und das schnelle Bevölkerungswachstum treiben den globalen Energiebedarf in die Höhe. Mit dem Energiebedarf Schritt zu halten, bleibt eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts.
Gebäude werden ständig errichtet, um genügend Platz für das Bevölkerungswachstum zu erhalten, aber der Lebenszyklus eines Gebäudes ist einer der energieintensivsten Prozesse der Welt. Gebäude, Baumaterialien und nachfolgende Bauteile verbrauchen fast 40 Prozent des globalen Energiebedarfs.
Während es viele Gründe für den erheblichen Energieverbrauch für den Bau und die Instandhaltung von Gebäuden gibt, ergibt sich eines der größten Umweltprobleme aus der Herstellung von Zement, einem der Grundbestandteile von Beton.
Es handelt sich um ein zweckmäßiges Material, das unter anderem für die Herstellung von Brücken, Wolkenkratzern und Wohnfundamenten verwendet wird. Die Zementindustrie trägt jedoch am stärksten zur Verschmutzung bei. Ihre Produktion macht etwa 5 Prozent des globalen Kohlendioxids CO2 Emissionen allein.
Das Problem beim Betonbau
Der Lebensstil ändert sich und mit einer Gesellschaft, die sich um den Weltraum dreht, steigt die Nachfrage nach neueren und größeren Gebäuden ständig. Alte Gebäude werden abgerissen, um Platz für neue zu machen, und die Lebensdauer eines durchschnittlichen Gebäudes nimmt abGebäude, die weggeräumt werden, werden lange vor Ablauf ihrer Nutzungsdauer zerstört. Der Abriss von Betonkonstruktionen ist mit eigenen Komplikationen verbunden, z. B. der Tendenz, in Mutterboden und Gewässer auszulaugen und diese zu vergiften.
"Gebäude sind einer der größten Verbraucher globaler Ressourcen und der gesamten erzeugten Energie und tragen hauptsächlich zu Treibhausgasen und festen Abfällen bei."
"Gebäude sind einer der größten Verbraucher globaler Ressourcen und der gesamten erzeugten Energie und tragen hauptsächlich zu Treibhausgasen und festen Abfällen bei", erklärt der MIT Mass Timber Design Team eine kleine Gruppe von MIT-Forschern, die eine neue Initiative zur Änderung der Art und Weise, wie Gebäude gebaut werden, leiten. "[Daher] ist der Bedarf an energieintelligenten Gebäudeprototypen wichtiger denn je."
Es werden ständig neue Baumaterialien entwickelt und neue Techniken eingesetzt, aber viele Institutionen, einschließlich des MIT, untersuchen die Verwendung alter alternativer Technologien, die billiger und möglicherweise langlebiger als Beton- und Stahlgebäude sind.
Bauen moderner Holzgebäude
Es waren die Römer, die den Beton wohl perfektionierten, und viele ihrer Strukturen stehen noch heute. Während ihre Strukturen den Test der Zeit bestanden, das Rezept für römischer Beton das immer noch als eines der stärksten vom Menschen geschaffenen Materialien gilt, ging letztendlich verloren, als das Römische Reich fiel. Nach seinem Zusammenbruch wurde Beton knapp und weitgehend aufgegeben. Es würde erst Mitte des 18. Jahrhunderts vor Stahl und Beton seinwürde wieder an Popularität gewinnen.
Bauingenieure und Architekten von heute greifen jedoch auf moderne Baupraktiken zurück, um Holz als Primärstruktur und Baumaterial wieder einzubeziehen. Es werden neue Technologien untersucht, um Stahlbetonkonstruktionen durch Massivholzhäuser zu ersetzen. Universitäten wie die Universität von Maryland und MIT sind unter anderem Vorreiter bei neuen Techniken, um Holz an die moderne Welt anzupassen.
Stahlbetonkonstruktionen werden oft als langfristige Gebäudelösungen angesehen. Für viele, die in Holzrahmen und Trockenbau leben, ist die Idee eines Hauses, das ein Jahrhundert oder länger dauert, fast unvorstellbar. Gebäude werden lange vorher, aber typischerweise vorher abgerissenihre nutzbare Lebensdauer ist abgelaufen.
Viele planen nicht, lange in einem kleinen Haus zu leben, und planen, auf mehr Grundfläche umzusteigen. Die Nachfrage nach großen Häusern steigt, und daher werden kleinere Häuser abgerissen, um Platz für das neue zu machen.
MITs Mass Timber Design Longhouse
Das MIT ändert die Denkweise hinter kurzfristigen Holzkonstruktionen. Eine Gruppe von Forschern an der Universität leitet eine Initiative zur Untersuchung neuer Massivholzkonstruktionen - Gebäude auf Holzbasis, die effizienter und billiger als, aber genauso langlebig wie, Beton- und Stahlgebäude.
Das Team schlägt vor, Massivholz-Langhäuser zu bauen - große Holzhäuser aus massiven Stücke aus Holz.
Das Longhouse wurde von einem interdisziplinären Team in Mass Timber Design entwickelt, einem Design-Workshop in MIT Architecture, der die Zukunft nachhaltiger Gebäude an der Schnittstelle von Architektur und Technologie untersucht. Zu den Projekt-Credits gehören: Research Scientist John Klein, Design-Engineering-Team John Fechtel, Paul Short, Demi Fang, Andrew Brose, Hyerin Lee, Alexandre Beaudouin-Mackay.
„Massivholz, ein Gebäudeentwurf auf Holzbasis und Bautechnologie, hat in den letzten Jahrzehnten aufgrund seiner Effizienz, Geschwindigkeit, Präzision und Vielseitigkeit beim Bauen für niedrige bis hohe Anwendungen Beachtung gefunden. Massivholzgebäude werden immer mehrDies ist in ganz Nordamerika üblich, insbesondere aufgrund der Umweltvorteile der Technologie und der möglichen Auswirkungen auf die Waldgesundheit und -restaurierung in Amerika. MIT Mass Timber Design, ein Design-Workshop am Massachusetts Institute of Technology, hat das Design- und Engineering-Potenzial von untersuchtdiese Technologien und entwickelte einen Massenholzbau-Prototyp: The Longhouse. ” teilt MIT mit .
Durch die Integration moderner Technologie mit Technologie aus der Vergangenheit schlagen sie vor, auf dem MIT-Campus ein High-Tech-Mehrzweckgebäude aus Holz zu errichten. Während es einen Schritt zurück in die Vergangenheit macht, wird das Gebäude als Energieerzeuger ausgestattet.
„Die Ausrichtung des Gebäudes sowie die Tiefe und der Winkel des Sägezahndaches können an die örtlichen Sonnenbedingungen und den natürlichen Tageslichtbedarf angepasst werden. Ein niedriges Fenster-Wand-Verhältnis mit einer hochisolierten Hülle ermöglicht ein energieeffizientes Gebäude. Das Projekt verwendet Computer NumerischKontrollierte CNC Fertigungsprozesse, um ein vorgefertigtes modulares System für eine effiziente Montage zu ermöglichen “ das Team beschreibt .
„Um einen großen, überspannenden Hochregallagerraum für Flexibilität zu erreichen, ist das Gebäude als eine Reihe von LVL-Bögen Wood Laminated Furnier Lumber konstruiert, die sich über die kürzere Abmessung des Gebäudes erstrecken. Jeder Bogen verwendet ein dünnwandiges dreieckiges Profil, um dies zu minimierenVerformungen in der Struktur und verleihen dem Gebäude eine allgemeine Steifigkeit. “
Im Moment ist es nur eine Idee, die zur Bekämpfung der konkreten Energie- und Umweltverschmutzungsepidemie vorgeschlagen wurde. Sie sind jedoch nicht allein in ihrer Mission, viele andere Unternehmen und Organisationen leiten ähnliche Initiativen, um nachhaltige Holzkonstruktionen als langfristiges Gebäude zu integrierenLösung.
Vorteile von Holz als Baumaterial
Holz ist sowohl leicht als auch stark und behält hervorragende Dämmeigenschaften bei, ohne dass zusätzliche Ressourcen erforderlich sind. Im Gegensatz zu Holz ist Beton ein schlechter Isolator und benötigt zusätzliches Material, um besser isoliert zu bleiben.
Beton ist in der Regel teurer, aber für große Gebäude waren Stahl und Beton die bevorzugten Baumaterialien. In jüngster Zeit verbessern neue Technologien jedoch die Haltbarkeit von Holz und machen es umweltfreundlicher und wirtschaftlicher als sein Gegenstück aus Beton.
Aber vielleicht am wichtigsten ist, dass laut einer Studie von CORRIM Konsortium für Forschung zu erneuerbaren Industriematerialien der Lebenszyklus von Stahl und Beton resultiert. 26% bis 31% mehr Treibhausgasemissionen als bei Holz.
Da sich die Wettersysteme weiter verschlechtern, wird es wichtiger denn je, Treibhausgase zu reduzieren. Mit der Einführung und Einführung von Kohlendioxidsteuern und ähnlichen Umweltverschmutzungssteuern können Unternehmen auch andere Anreize für den Übergang schaffen.
Holzkonstruktionen können auch ästhetischer sein und gelten bei angemessener Ernte als erneuerbare Ressource. Dies ist jedoch nicht unproblematisch.
Das Problem mit Holzgebäuden
Holz ist bekannt dafür, dass es aufgrund von Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts schrumpft und anschwillt. Die Auswirkungen sind bereits bei kleinen Wohngebäuden spürbar. Trockenbauer warten oft einige Tage oder länger, bis sich neu eingerahmte Häuser niedergelassen haben, bevor sie versuchen, eine Wand fertigzustellenDie Trockenbauwand wird platziert, bevor sich das Haus niederlässt. Sie wird mit ziemlicher Sicherheit reißen - ein Problem, das viele Auszubildende und Heimwerker lernen müssen.
Ohne besondere Behandlung ist Holz auch ziemlich brennbar, ein unerwünschtes Merkmal, insbesondere wenn große Komplexe und ihre Sicherheit berücksichtigt werden. Holz ist auch anfällig für Verfärbungen und Schimmelpilze. Durch geeignete Eingriffe können Schäden jedoch über Hunderte von Jahren minimiert werden.
Andererseits ist Massivholz aufgrund der Verkohlungswirkung des Materials in loser Schüttung von Natur aus feuerfest.
Andere Holzprojekte in der Welt
MIT ist bei weitem nicht die einzige Institution, die die Umsetzung des Holzbaus untersucht.
Anfang dieses Jahres die University of Maryland hat ein „Superholz“ erfunden aus Holzfasern hergestellt und in eine superstarke Ressource umgewandelt.
"Es ist so stark wie Stahl, aber sechsmal leichter. Das Brechen erfordert zehnmal mehr Energie als natürliches Holz. Es kann sogar zu Beginn des Prozesses gebogen und geformt werden", sagte Teng Li, der Co-Leiterdes Teams und Samuel P. Langley Associate Professor für Maschinenbau an der Clark School der UMD.
Ein anderes Unternehmen namens Lever Architecture schließt einen Vorschlag ab. A 12-stöckiger hölzerner Wolkenkratzer in Portland, Oregon . Ihr Entwurf wurde letztes Jahr genehmigt und das Unternehmen arbeitet derzeit an der Fertigstellung der Genehmigungen für den Baubeginn. Nach dem Bau wird es Amerikas erster hölzerner Wolkenkratzer sein.
Sumitomo Forestry, ein in Japan ansässiges Unternehmen, plant ebenfalls den Bau eines hölzernen Wolkenkratzers. höchster hölzerner Wolkenkratzer der Welt soll bis 2041 fertiggestellt sein. Laut Angaben des Unternehmens wären 10 Prozent des 70-stöckigen Turms aus Stahl. Der Rest wird aus 180.000 Kubikmetern Originalholz hergestellt.
Natürlich gibt es viele Lösungen für die Bau-Energie-Epidemie des 21. Jahrhunderts. Während es viele moderne Materialien gibt, die versprechen, Beton- und Stahlgebäude irgendwann zu übertreffen, ist es vielleicht der beste Schritt nach vorne, tatsächlich einen zurückzunehmen.