Το περιβαλλοντικό αποτύπωμα των κτιρίων μεγάλου ύψους, τα «παραδοσιακά» υλικά της κατασκευής τους και οι βιώσιμες εναλλακτικές. Ποια είναι τα τεχνολογικά συστήματα και λογισμικά που εξασφαλίζουν την εξοικονόμηση ενέργειας και πόρων;

«Αν δεν σηκώσεις τα μάτια σου, θα νομίζεις ότι είσαι στο ψηλότερο σημείο» είχε πει κάποτε ο Ιταλοαργεντινός ποιητής Antonio Porchia. Και πράγματι, το τι ορίζει ο καθένας ως κορυφή σχετίζεται απόλυτα με την ευρύτητα του οράματός του. Ένα, όμως, είναι το βέβαιο: Για εκείνους τους εκπροσώπους του κατασκευαστικού κλάδου που επιζητούν τις προκλήσεις και εστιάζουν στην καινοτομία, τα κτίρια αγγίζουν διαρκώς νέα ύψη, φτάνοντας μέχρι εκεί που κανένας άνθρωπος δεν έχει πάει. Ασφαλώς, το φαινόμενο των ψηλών κτιρίων, άρρηκτα συνδεδεμένο με την αστικοποίηση, δεν αποτελεί μια νέα τάση. Εντούτοις, με την πάροδο των χρόνων έχουν αλλάξει τα κίνητρα, όπως και ο ορισμός του «ψηλού», τα υλικά που χρησιμοποιούνται, αλλά και τα σχέδια που καθίστανται εφικτά.

Το φαινόμενο του «ψηλού κτιρίου»
Πραγματοποιώντας μια ιστορική αναδρομή, διαπιστώνουμε πως η πολυώροφη κατασκευή χρονολογείται από τη Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία και οι κάθετες πόλεις υπάρχουν εδώ και αιώνες. Ζωντανό παράδειγμα συνιστά η πόλη Shibam της Υεμένης του 16ου αιώνα, με πυργόσπιτα από τούβλα λάσπης ύψους πέντε έως οκτώ ορόφων, που χτίστηκαν για να προστατεύουν τους ενοίκους από τις επιθέσεις Βεδουίνων. Οι κοινωνικές, οικονομικές και τεχνολογικές εξελίξεις του 19ου αιώνα δημιούργησαν το περιβάλλον για την ανάδυση σύγχρονων πολυώροφων κτιρίων στις πόλεις της Βόρειας Αμερικής, Νέα Υόρκη και Σικάγο, ενώ το 1852 ο Elisha Graves Otis κατασκεύασε το πρώτο σύστημα ανύψωσης «ασφαλούς πτώσης» (τον ανελκυστήρα), που επέτρεψε την κάθετη μεταφορά ανθρώπων και αγαθών σε πολυώροφα κτίρια. Αυτή ακριβώς η εφεύρεση άνοιξε τον δρόμο για την κατασκευή ουρανοξυστών, αλλάζοντας σε μεγάλο βαθμό τον τρόπο σχεδιασμού και κατασκευής των σύγχρονων πόλεων. Με το 70% του παγκόσμιου πληθυσμού να αναμένεται πως θα ζει σε αστικές περιοχές έως το 2050, η ζήτηση για ακίνητα διαρκώς αυξάνεται. Και καθώς το κόστος των υποδομών –δρόμοι, διανομή ηλεκτρισμού και νερού, λύματα, επικοινωνίες, μεταφορές– παρουσιάζεται πολύ διογκωμένο, η τάση των νέων πόλεων δεν είναι άλλη από την κάθετη επέκταση.

Σημαντικό το περιβαλλοντικό αποτύπωμα
Ένας από τους τομείς με τις υψηλότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις είναι αυτός των κατασκευών. Όπως αναφέρεται χαρακτηριστικά σε έκθεση του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Περιβάλλοντος, περίπου το ένα τρίτο της κατανάλωσης υλικών της Ένωσης πηγαίνει στις κατασκευές, ενώ η χρήση των κτιρίων αντιπροσωπεύει το 42% της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας και το 35% των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Μάλιστα, η έκθεση του ΕΟΠ μαρτυρά ότι αν και τα ποσοστά ανακύκλωσης των απορριμμάτων κατεδάφισης είναι υψηλά, οδηγούν κυρίως σε υποκύκλωση, δηλαδή επαναχρησιμοποίηση χαμηλής αξίας. Σύμφωνα με τον ΕΟΠ, προκειμένου το κτιριακό απόθεμα της Ευρώπης να καταστεί πιο βιώσιμο, η ανακαίνιση υφιστάμενων κτιρίων και η χρήση δομικών προϊόντων με χαμηλές περιβαλλοντικές επιπτώσεις καθ’ όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής τους θα πρέπει να τεθούν ως προτεραιότητα.

«Τα κτίρια μεγάλου ύψους έχουν ένα σημαντικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα το οποίο προέρχεται από αρκετούς παράγοντες» δηλώνει στο Construction ο Ζήσης Φυλακτός, Projects Director Architectural & Structural – Civil Engineer στη VITAEL, εξηγώντας μας πως κατά την κατασκευή και τη συντήρηση τους παράγονται σημαντικά ποσά αποβλήτων σε σχέση με τα μικρότερα κτίρια. «Για την ορθή διαχείριση αυτών των αποβλήτων θα πρέπει να γίνεται διαχωρισμός ανά κατηγορία με δυνατότητα ανακύκλωσης των υλικών, προκειμένου να μην καταλήξουν σε χώρους υγειονομικής ταφής, ρυπαίνοντας το περιβάλλον» σημειώνει.

«Ειδικότερα, για την κατασκευή τους απαιτούνται μεγάλες ποσότητες υλικών όπως χάλυβας, σκυρόδεμα, γυαλί κ.α, με αποτέλεσμα υψηλές εκπομπές CO2» μας λέει, συμπληρώνοντας πως λόγω των μεγάλων επιφανειών τους και ανάλογα της δομικής μορφολογίας του κελύφους και της αρχιτεκτονικής τους, απαιτούν σημαντική κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση, ψύξη, φωτισμό και άλλες λειτουργίες, οι οποίες συνήθως προέρχονται από μη ανανεώσιμες πηγές. Όπως αναφέρει «σε πολλές περιπτώσεις -όταν το μεγαλύτερο μέρος τους αποτελείται από υαλοπετάσματα-, τους καλοκαιρινούς μήνες, όπου επικρατούν οι υψηλές θερμοκρασίες και υπάρχει έντονη ηλιακή ακτινοβολία, μπορούν να επηρεάσουν την τοπική θερμοκρασία».

«Στα κτίρια αυτά, αν και συμβάλλουν στην αστικοποίηση και προσφέρουν οφέλη από τη χρήση τους, γίνονται προσπάθειες σε παγκόσμιο επίπεδο για τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων μέσω πράσινων τεχνολογιών, βιώσιμων υλικών και ενεργειακής αποδοτικότητας» καταλήγει ο Ζήσης Φυλακτός.

Ιδιαίτερες οι πολεοδομικές και ρυμοτομικές προδιαγραφές
«Η αύξηση του πληθυσμού, σε συνδυασμό με την συνεχιζόμενη αστικοποίηση, δημιουργεί την ανάγκη εκσυγχρονισμού των υποδομών μίας πόλης και στην κατασκευή νέων κτιρίων» σχολιάζει ο Κωνσταντίνος Κατσούρης, Civil Engineer στην Katsouris Enginnering. «Πλήθος κόσμου στρέφεται στα προάστια των πόλεων αποσκοπώντας σε καλύτερη ποιότητα ζωής, ωστόσο το μεγαλύτερο μέρος του αστικού πληθυσμού προτιμά για λόγους επαγγελματικούς κοινωνικούς κ.λπ. να διαμείνει στο κέντρο της» παρατηρεί. Όπως σημειώνει «αυτό οδηγεί πολλές φορές στην κατεδάφιση παλαιών κατοικιών και τη δημιουργία νέων, και συνεχώς υψηλότερων, για την κάλυψη αυτών των αναγκών». «Εντούτοις, η δημιουργία υψηλών κτιρίων απαιτεί ιδιαίτερες πολεοδομικές και ρυμοτομικές προδιαγραφές, ώστε να καταστεί βιώσιμη» μας λέει, τονίζοντας πως η κατασκευή υψηλών κτιρίων σε ένα συνεχές σύστημα δόμησης επιβάλλει την ύπαρξη μεγάλων δρόμων κατά πλάτος, ενώ, επιπλέον, δημιουργούνται μεγαλύτερες ανάγκες σε ενέργεια, ηλεκτροδότηση, ύδρευση, αποχέτευση κ.λπ.

«Σήμερα οι περισσότερες μεγάλες ευρωπαϊκές πόλεις, συμπεριλαμβανομένης και της Αθήνας, έχουν δημιουργηθεί αρκετά παλιά με παλαιά ρυμοτομικά σχέδια, τα οποία δεν είχαν σχεδιαστεί για μεγάλα ύψη κτιρίων» περιγράφει ο Κωνσταντίνος Κατσούρης.

Όπως υπογραμμίζει «αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μην υπάρχει αρκετός αερισμός εντός της πόλεως, με συνέπεια την αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του αστικού περιβάλλοντος».

«Η κατασκευή των ψηλών κτιρίων απαιτεί μεγάλες ποσότητες υλικών, όπως τσιμέντο, χάλυβα, γυαλί και άλλα, τα οποία συνήθως παράγονται με διαδικασίες που εκλύουν μεγάλες ποσότητες CO₂, ενώ πολλές κατασκευές δεν ακολουθούν τα σύγχρονα πρότυπα ‘’πράσινης’’ κατασκευής, εξακολουθώντας να έχουν σημαντικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα» σημειώνει.

Στροφή της αγοράς σε πιο βιώσιμα δομικά υλικά
Οι ψηλές κατασκευές, λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών τους, απαιτούν δομικά υλικά τα οποία διακρίνονται για την αυξημένη αντοχή τους στην καταπονήσεις των περιβαλλοντικών συνθηκών, αλλά και στα σεισμικά φαινόμενα, που είναι αρκετά συχνά στη χώρα μας. Ωστόσο τα δομικά υλικά που χρησιμοποιούνταν μέχρι και στο πρόσφατο παρελθόν, αν και παρουσίαζαν ιδιαίτερη ανθεκτικότητα, είχαν μεγάλο ανθρακικό αποτύπωμα. Σήμερα, που έχει τεθεί σε προτεραιότητα η βιωσιμότητα του κατασκευαστικού κλάδου σε εγχώριο και διεθνές επίπεδο, γίνεται μία συνεχής προσπάθεια από τις βιομηχανίες δομικών υλικών να διαθέσουν στην αγορά προϊόντα, τα οποία θα είναι εξίσου αποτελεσματικά με τα προγενέστερα, αλλά συνάμα πιο φιλικά προς το περιβάλλον.

«Σε αντίθεση με τις μονοώροφες κατασκευές οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να κατασκευαστούν με πολλά υλικά όπως φέρουσα τοιχοποιία, τούβλο ή πέτρα, ξύλο κλπ., οι πολυώροφες κατασκευές λόγω των ιδιαίτερων αντισεισμικών απαιτήσεων τους κατασκευάζονται σήμερα είτε εξ ολοκλήρου από χάλυβα είτε από οπλισμένο σκυρόδεμα, το οποίο είναι μείγμα σκυροδέματος και χάλυβα. Το τσιμέντο αποτελεί παραδοσιακό υλικό κατασκευής τέτοιων κτιρίων. Ωστόσο είναι υπεύθυνο για μεγάλες εκπομπές CO₂, καθώς απαιτεί υψηλή θερμοκρασία κατά τη διαδικασία παραγωγής. Η χρήση τσιμέντου χαμηλών εκπομπών ή η αντικατάσταση μέρους του τσιμέντου με υλικά όπως η ιπτάμενη τέφρα μπορεί να μειώσει το αποτύπωμα άνθρακα. Παρόμοιο υψηλό περιβαλλοντικό αποτύπωμα έχει και ο παραδοσιακός χάλυβας. Η χρήση ανακυκλωμένου χάλυβα μειώνει σημαντικά το περιβαλλοντικό αποτύπωμα του υλικού, καθώς απαιτεί λιγότερη ενέργεια για την παραγωγή του σε σχέση με τον νέο χάλυβα» υπογραμμίζει ο Κ. Κατσούρης.

Ακολούθως, ο Ζ. Φυλακτός αναφέρει πως «τα παραδοσιακά υλικά για την κατασκευή κτιρίων μεγάλου ύψους είναι κατά βάση ο χάλυβας και το οπλισμένο σκυρόδεμα.

Οι λόγοι επιλογής του χάλυβα είναι κυρίως λόγω της υψηλής αντοχής που παρουσιάζει, της ταχύτερης κατασκευής έναντι του σκυροδέματος, αλλά αρκετές φορές και για οικονομικούς λόγους. Από την άλλη πλευρά, το οπλισμένο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται για την θεμελίωση των κτιρίων, την κατασκευή τοιχίων και δαπέδων, λόγω των μεγάλων αντοχών που παρουσιάζει σε φορτία και καταπονήσεις.

Ωστόσο, λόγω της ανάγκης για βιώσιμη ανάπτυξη, αναπτύσσονται αρκετές καινοτόμες εναλλακτικές που κερδίζουν έδαφος, όπως:

  • Η χρήση ανακυκλωμένων υλικών, όπως ο χάλυβας, το αλουμίνιο, το ξύλο, το γυαλί κ.α., τα οποία μειώνουν τη ζήτηση για καινούργια υλικά και τη συνολική ενεργειακή κατανάλωση στη διαδικασία παραγωγής τους.
  • Η χρήση φυσικών φυτών και η κατασκευή πράσινων δωμάτων, καθώς βελτιώνουν τη θερμική μόνωση και την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων.
  • Η ενσωμάτωση φωτοβολταϊκών πάνελ και άλλων τεχνολογιών ανανεώσιμης ενέργειας στα κτίρια είναι μέτρα που λαμβάνονται προκειμένου να μειωθεί η χρήση συμβατικών ενεργειακών πόρων με στόχο την καλύτερη αυτονομία των κτιρίων».

Προηγμένες τεχνολογίες στην κατασκευή ψηλών κτιρίων
Τα προηγμένα τεχνολογικά συστήματα και λογισμικά κατέχουν σημαντικό ρόλο στην υλοποίηση σύγχρονων κτιρίων μεγάλου ύψους, καθώς με τη χρήση τους περιορίζονται τα λάθη σε επίπεδο σχεδιασμού και υλοποίησης, ενώ βελτιστοποιείται η ενεργειακή απόδοση των οικοδομημάτων, μειώνοντας ραγδαία την κατανάλωση φυσικών πόρων. Η τεχνολογία συντελεί καθοριστικά στην ανέγερση βιώσιμων κατασκευών, που δεν επιβαρύνουν το περιβάλλον σε όλες τις φάσεις της ζωής τους.

«Η επέκταση της αστικοποίησης έχει αυξήσει την ανάγκη για την κατασκευή πολυώροφων κτιρίων, τα οποία όμως χρειάζεται να σχεδιάζονται με ενεργειακά αποδοτικό και βιώσιμο τρόπο, ώστε να μειωθούν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις τους. Ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία για την μείωση της κατανάλωσης ενέργειας είναι η εύρεση της βέλτιστης μορφής, της θέσης και του προσανατολισμού ενός κτιρίου όσο αφορά τη χρήση του ηλιακού φωτός και του φυσικού αερισμού.

Τα στοιχεία αυτά περιγράφουν την παθητική αρχιτεκτονική και μία ιδανική λύση έρχεται να δώσει το λογισμικό SketchUp με τα πρόσθετα Sefaira & PreDesign, τα οποία επιτρέπουν στον μελετητή να σχεδιάζει ταυτόχρονα πολλαπλά σενάρια και να εντάσσει ομαλά ένα κτίριο στο μικροκλίμα μιας περιοχής, ειδικά όταν αυτό αφορά ένα κτίριο μεγάλου ύψους το οποίο θα επηρεάσει και τα γειτονικά του» σημειώνει ο Νίκος Σφυρής, Πολιτικός Μηχανικός, 3D Modelling Specialist, BIM Manager της ERGOCAD. «Όσον αφορά την κατασκευή, τα λογισμικά BIM (Building Information Modeling) αποτελούν τον θεμέλιο λίθο ενός φιλικού προς το περιβάλλον νέου κτιρίου.

Το BIM είναι μια τεχνολογία λογισμικού που επιτρέπει στους αρχιτέκτονες, μηχανικούς και κατασκευαστές να δημιουργούν ψηφιακά μοντέλα, τα οποία περιλαμβάνουν δεδομένα για τη διάταξη, τα υλικά και τις μηχανολογικές εγκαταστάσεις του κτιρίου.

Αυτά τα δεδομένα επιτρέπουν τη βελτιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης, την καλύτερη κατανόηση της κατανάλωσης πόρων και τη διάγνωση πιθανολογικών βλαβών» επισημαίνει ο Κ. Κατσούρης και προσθέτει ότι «το βασικότερο βήμα είναι η προσπάθεια κάλυψης του μεγαλύτερου ποσοστού των ενεργειακών αναγκών ενός κτιρίου από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Συγκεκριμένα, η χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων, γεωθερμικών μεθόδων θέρμανσης και ψύξης, αλλά και κατάλληλα συστήματα μόνωσης, ώστε να διατηρείται η θερμότητα, συμβάλλει στον περιορισμό της καταναλισκόμενης ενέργειας.

Τα συστήματα HVAC (Θέρμανση, Αερισμός και Κλιματισμός) είναι κρίσιμα για τη ρύθμιση της εσωτερικής θερμοκρασίας και του αέρα στα κτίρια. Συστήματα με ανακύκλωση αέρα, τεχνολογία εξοικονόμησης ενέργειας και ευφυή αυτοματοποίηση, συμβάλλουν επίσης στη μείωση των ενεργειακών δαπανών».

Με τη σειρά του ο Ιωάννης Κάλφας, GEO+BCFS Trimble Brand Manager στη JGC Geoinformation Systems, αναφέρει πως «η Trimble διαθέτει ολοκληρωμένες λύσεις παρακολούθησης για ψηλά κτίρια κατά το στάδιο της κατασκευής τους, εστιάζοντας σε κρίσιμες παραμέτρους όπως την κίνηση, τη θερμοκρασία και τις δονήσεις.

Τα εξειδικευμένα hardware συστήματα της Trimble, αλλά και η online πλατφόρμα λογισμικού της, 4D Control εξασφαλίζουν την έγκαιρη ανίχνευση αποκλίσεων και την πρόληψη κινδύνων προσφέροντας απομακρυσμένη διαχείριση, οπτικοποίηση των δεδομένων, ανάλυση των υπολογισμών και τη δημιουργία αναφορών αυτοματοποιημένα και σε τακτική χρονική βάση.

Οι μετρήσεις συλλέγονται από δορυφορικούς δέκτες, τοπογραφικούς αισθητήρες, αισθητήρες κλίσης κ.ά. για τα ακριβέστερα αποτελέσματα».