10 grüne Wunderwerke der Bautechnik

Bauingenieure bauen Brücken .

Bauingenieure verhindern, dass sich alles verdreht, zerknittert und auseinander rüttelt.

Es ist ein kniffliges Geschäft. Wie es ein viel zitiertes Zitat ausdrückt: „Strukturbau ist die Kunst, Materialien, die wir nicht vollständig verstehen, in Formen zu formen, die wir nicht genau analysieren können, um Kräften standzuhalten, die wir nicht wirklich einschätzen können, und zwar so, dass die Öffentlichkeit es nicht ahnt das Ausmaß unserer Ignoranz" [Quellen: AGCAS ; Merriam-Webster ; Schmidt ].

Ein solches Know-how ist entscheidend, um die neuartigen Materialien und bahnbrechenden Praktiken des grünen Bauens zu beherrschen, egal ob es in einem Hochhaus, einem Haus oder einem Bauwerk verwendet wird, das gebaut wurde, um den Wind zu nutzen, die Wellen zu spannen oder hoch oben zu kreisen und das Klima zu überwachen.

Ob traditionell oder anderswo, grüne Strukturen begeistern uns, indem sie bestimmte Ziele betonen – wie null Emissionen – und sie durch potenziell schöne, fesselnde Formen erreichen. Wie die Auswahl in dieser Liste zeigt, stellt der grüne Hochbau neue architektonische Fragen und neue Kriterien für die Bewertung der Antworten.

1. Eastgate-Gebäude (Harare, Simbabwe)
2. Millennium Dome (London, Vereinigtes Königreich)
3. Jarrold-Brücke (Norwich, Großbritannien)
4. Japan-Pavillon für die Expo 2000 (Hannover, Deutschland)
5. Windräder
6. Charles David Keeling Apartments (San Diego, Kalifornien)
7. R128 Haus (Stuttgart, Deutschland)
8. Geostationäre operationelle Umweltsatelliten
9. Autonome PowerBuoy
10. Federal Center South (Seattle, Washington)

Termiten müssen nicht zu den schlimmsten Feinden eines Gebäudes gehören – sie können auch ein bemerkenswertes Umdenken in Bezug auf Heizung, Kühlung und Klimatisierung anregen . Nehmen Sie das Eastgate-Gebäude, das die traditionelle Klimaanlage zugunsten eines fehlerhaften Gebläses eintauscht: ein Belüftungssystem, das die wärmeregulierenden Tricks integriert, die in hoch aufragenden Termitenhügeln im gesamten südlichen Afrika zu finden sind. Diese konischen Hügel, die mehrere Meter hoch werden können, halten eine nahezu konstante Innentemperatur aufrecht, während die Außenbedingungen zwischen 108 und 37 F (42 bis 3 C) schwanken [Quellen: Biomimicry Institute ; Griggs ; Tuhus-Dubrow ; Turner ].

Der Architekt Mick Pearce und die Ingenieure von Arup Associates haben sich das Design ausgedacht, das die sich ständig ändernde Anordnung von Brise einfangenden Löchern durch ein System aus Ventilatoren, Lüftungsöffnungen und Trichtern eines Termitenhügels imitiert. Der Bürokomplex, der 10 Prozent so viel Energie verbraucht wie andere ähnlich große Gebäude, ist nur eine Idee der kleinen, aber wachsenden Subindustrie, die als biomimetische Architektur bekannt ist [Quellen: Biomimicry Institute ; Tuhus-Dubrow ].

Der Millennium Dome (später in O2 umbenannt) galt einst als politische Peinlichkeit und wirtschaftliche Katastrophe und hat sich seitdem als Konzert- und Sportstätte wieder erholt. Es bläht sich wie ein riesiger, leuchtender Seeigel aus den zwielichtigen Docklands von East London auf und umfasst einen weitläufigen und praktisch ununterbrochenen Innenraum mit bemerkenswert wenig Material: etwa 1-2 Pfund pro Quadratfuß (4,9-9,8 Kilogramm pro Quadratmeter) im Vergleich zu die für die meisten Dächer typischen 30-40 Pfund (146,5-195,3 Kilogramm) [Quellen: Gross ; Lyall ; RSH+P ; Salomo ].

Die Stacheln des mutierten Bengels sind eigentlich 12 Stahlmasten (einer für jeden Monat), die jeweils 100 Meter hoch aufragen und zusammen ein teflonbeschichtetes Glasfaserdach über mehr als 1.076.000 Quadratfuß (100.000 Quadratmeter) Gehäuse tragen. Das Gebäude misst ungefähr 1.200 Fuß (symbolische 365 Meter, einer für jeden Tag des Jahres) im Durchmesser und 0,62 Meilen (einen vollen Kilometer) im Umfang und erreicht eine maximale Höhe von 164 Fuß (50 Meter) [Quelle: RSH+P ] .

Ob die Kuppel einen ökologischen Triumph oder eine Tragödie darstellt, bleibt umstritten. Sein Bau trieb ein massives Giftmüll-Säuberungs- und Gebiets-Rekultivierungsprojekt voran und verbrauchte bemerkenswert wenige Materialien. Leider erzeugt sein Polytetrafluorethylen-Dachmaterial (PTFE, besser bekannt als Teflon) bei der Herstellung ozonschädliche Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und hydrierte FCKW. Dennoch übertrifft es den ursprünglichen Plan, dioxinverknüpftes PVC-beschichtetes Polyester zu verwenden [Quellen: Higgs ; Melchett ; Williams ].

Die Jarrold Bridge wurde entwickelt, um eine neu errichtete Anlage mit dem historischen Stadtzentrum von Norwich zu verbinden, trotzt den Beschränkungen von Alt und Neu und scheint der Schwerkraft zu trotzen .

Als Kreuzung für Radfahrer und Fußgänger gleichermaßen verbessert die Struktur die Umwelt in mehrfacher Hinsicht: Erstens durch die Verwendung eines freitragenden Designs, das Umweltstörungen mit Anmut und Flair minimiert, und zweitens durch die Reduzierung der Notwendigkeit von Fahrzeugbrücken. Fahrzeugbrücken nehmen in der Regel erhebliche Fußabdrücke ein, sowohl metaphorisch in Bezug auf die verwendeten Baumaterialien und die verursachte Abflussverschmutzung als auch buchstäblich in Bezug auf den erheblichen Raum, der von ihren landgestützten Ein- und Ausgängen und ihren im Wasser verankerten Stützen eingenommen wird [Quellen: ISE ; Ramboll ].

Ein Ausleger ist einfach ein Balken, der nur an einem Ende verankert ist. Da keine weiteren Stützen erforderlich sind, schwebt die Jarrold Bridge praktisch über dem Wasser und lässt den Verkehr auf dem Fluss Wensum und die Aussicht auf die Umgebung ungehindert. Verwitterter Stahl, nachhaltig gewonnenes Hartholz und Edelstahl ohne aufgetragene Oberflächen bilden zusammen eine langlebige Brücke, die keine giftigen Abwässer abgibt und nur wenig Wartung erfordert. Brückenlichter beleuchten schwach den Gehweg, nicht das Wasser, und schützen die einheimischen Fische und Wildtiere vor störender Blendung [Quellen: RG Carter ; ISE ; Ramboll ].

Eine auf Pappe gestützte Struktur mag wie ein wirklich lausiger Ort klingen, um eine Hauskatze zu besitzen (holen Sie diese zusätzlichen Kratzbäume heraus), aber der Architekt Shigeru Ban bevorzugt das Material als billig, einfach zu verarbeiten und leicht verfügbar – eine Quelle für endlos Neues architektonische und bautechnische Möglichkeiten. Diese Qualitäten passen gut zu Bans humanitären Bemühungen, einschließlich der billigen Notunterkünfte, die er für ruandische Flüchtlingslager entworfen hat [Quellen: Corkill ; Etherton ].

Für Ban sind alle grünen Qualitäten, die seine Gebäude besitzen, zufällig; er betrachtet die grüne bewegung als eine weitere vorübergehende mode. Aber als ihn die Hannover Expo 2000 (eine Weltausstellung) bat, an ihrem Umweltthema festzuhalten, war er der Gelegenheit gewachsen. Um Industrieabfälle zu minimieren, entwarf er den Japan-Pavillon, um so viel Material wie möglich wiederzuverwenden oder zu recyceln. Sein wellenförmiger Tunnelbogen – ein Gitter aus sanft schwingenden Papierröhren, die von einer Papiermembran bedeckt und von Zugseilen getragen werden – war 242 Fuß lang, 82 Fuß breit und 52 Fuß hoch (73,8 x 25 x 15,9 Meter) und wies einen Holzbogen auf für Stärke an jedem Ende [Quelle: Shigeru Ban ].

Der Wind hat im letzten halben Jahrzehnt ziemlich zugenommen. Tatsächlich hat die Windenergie seit 2013 die Konkurrenz hinter sich gelassen, um die weltweit am schnellsten wachsende erneuerbare Energiequelle zu werden [Quelle: LaGesse ]. Aber lassen Sie uns die Dinge nicht übertreiben: Damit der Wind sein Energiepotenzial wirklich ausschöpfen kann, müssen Turbinen besser darin werden, den Wind aus allen Richtungen einzufangen und in Strom umzuwandeln. Darüber hinaus müssen Geräte entwickelt werden, die diesen Strom effizient speichern und gleichmäßig abgeben, damit Strom bei allen Windverhältnissen verfügbar ist.

Einige Beispiele für Fortschritte zeigen, dass diese aufstrebende Branche ihren zweiten Wind bekommen hat. Inspiriert von Buckelwalflossen fügte das Unternehmen WhalePower seinen Turbinenblättern luftfangende Wellenkanten hinzu, und sowohl Quiet Revolution als auch Windspire Energy entwickelten Turbinen, die Winde aus allen Richtungen einfangen können, ohne sich drehen zu müssen. Honeywell und WePOWER bauen weiterhin an immer effizienteren Turbinen, auch wenn umweltbewusste Bauherren damit beginnen, sie an Dachkanten zu montieren, um Aufwinde aufzufangen [Quelle: Merolla ].

Unterdessen hat eine Gruppe am Massachusetts Institute of Technology ein neuartiges Turbinen-Energiespeichersystem entwickelt, das eine hohle, untergetauchte Betonkugel verwendet: Während sich ihre Schaufeln drehen, treibt ein Teil der erzeugten Elektrizität eine Pumpe an, die Meerwasser aus dem Behälter treibt; Wenn die Winde nachlassen, fließt Wasser zurück, dreht eine Turbine und erzeugt Strom [Quelle: Harbison ].

Auffällige Architektur ist dem Campus der University of California in San Diego nicht fremd . Jenseits der berühmten phantasievollen Geisel-Bibliothek, die auf einem Betonbaum ruht, beherbergt der 50 Jahre alte Campus eine Auswahl modernistischer Stile.

Die Charles David Keeling Apartments passen mit ihren geradlinigen Formen, der spärlichen Verzierung und der Konstruktion aus Beton und Glas auf jeden Fall zu ihren modernen Nachbarn. Aber sie bauen auch auf den grüneren Aspekten der modernen Ästhetik auf – breite Verwendung von Glas zur Maximierung des natürlichen Lichts, Betonung von Sonne und Schatten zur Verbesserung des Komforts, Verwendung von Materialien in schmucklosen Zuständen – und führen sie zu ihren logischen, grünen Schlussfolgerungen.

The building shapes and window arrangements maximize natural ventilation, which lowers energy consumption by 38 percent, while a system of panels, walkways and low-E (low thermal emissivity) glass reduce incoming solar radiation. The buildings also include solar cells and a conservation-and-reuse water system that extends from landscaping to low-flow toilets and on-site wastewater recycling. Vegetation on the rooftops cools the apartments while also directing water to retention basins, reducing pollutant levels in stormwater runoff [source: Goodman].

Appropriately, the building is named for an American scientist who numbered among the first to warn the world of the greenhouse effect.

Werner Sobek ist ein alter Hase im Gestalten der Zukunft. Er ist auch ein bisschen eine Koryphäe mit grüner Struktur. Sehen wir uns zum Beweis sein R128-Haus an.

Das Problem, ein Haus zu bauen, das für Stuttgarts steile Talwände geeignet ist, ohne auch nur ein Jota der herrlichen Aussicht zu opfern, ist genug, um jeden Architekten herauszufordern, aber Sobek entschied sich auch dafür, sein R128-Haus zu einer Studie in Sachen Nachhaltigkeit zu machen [Quellen: Dwell ; Werner Sobek ].

The 100 percent recyclable, mortise-and-tenon house is fully modular, and assembles and breaks down more easily than most Ikea furniture. R128 produces no emissions and provides all the energy it needs via its solar cells. It features glass walls on all sides, consisting of high-quality, insulating triple-glazed panels [sources: Dwell; Hart; Werner Sobek].

It's not the home for the modest soul but, then again, that's kind of the idea. Just be sure to bring a lot of Windex.

Die orbitalen Raumfahrzeuge der Serie Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) haben eine entscheidende Rolle bei der Überwachung des Wetters und des Klimas der Erde gespielt, seit die NASA am 16. Oktober 1975 den ersten der Familie gestartet hat [Quellen: NOAA OSO ].

The system kicked into high gear with the launch of its second generation, the GOES I-M series, which took observation times of the Earth from 10 to 100 percent. Launched from 1994 to 2001 and since decommissioned, GOES 9-12 unraveled the mysteries of clouds and fog, ocean currents, storms and winds, and even snow melt. It did so by fusing sensor data from the visual and infrared bands with information from a global array of data collection stations, balloons and buoys. The current system, GOES N-P, packs improved versions of similar instruments and some new ones as well [sources: NOAA OSD; NOAA OSO].

Traditionell arbeiten mindestens zwei GOES-Satelliten gleichzeitig, einer über jeder Küste Nordamerikas. Derzeit wird GOES-13 als GOES-East und GOES-15 als GOES-West bezeichnet. Darüber hinaus überwacht GOES 12 Südamerika. Die nächste Generation von Fahrzeugen, die voraussichtlich 2015 auf den Markt kommen wird, wird neue Geräte hinzufügen, darunter einen Lightning Mapper und zwei Solarinstrumente, um die Sonnenabgabe von Röntgenstrahlen und extremer ultravioletter Strahlung besser zu überwachen [Quellen: GOES-R Program Office ; NOAA-OSO ; NOAA OSO ].

Fundierte Schätzungen der regenerierbaren Meereswellenenergie können in die Zehn- bis Hunderte von Terawatt (Billionen Watt) pro Jahr reichen, aber die Suche nach einem umweltfreundlichen Weg, diese leckeren Wellen zu erschließen, hat in der Vergangenheit dazu geführt, dass sich Ingenieure verloren fühlten. In letzter Zeit hat das Feld jedoch dank Leuten wie Ocean Power Technologies einen grundlegenden Wandel erlebt.

The Autonomous PowerBuoy's appeal derives from both its small footprint and its straightforward principle: A 5-foot (1.50-meter) tall buoy bobs on the waves, pulling on an anchoring spar linked to a rotary motor on the seafloor. The up-and-down wave motion cranks the motor, which generates electricity. If that sounds simple, it's not: To handle variances in pulling power caused by different-sized waves, the float needs an onboard computer to adjust the spar's resistance 10 times per second [sources: Fecht; OPT].

A number of PowerBuoys currently operate in the waters around Hawaii, each generating 0.04 megawatts of power, but buoys planned for Scottish waters might bump that number to as much as 0.15 megawatts. According to manufacturer Ocean Power Technologies, once set up in grids, the bobbing contraptions might scale up to hundreds of megawatts [sources: Fecht; OPT].

There's an old joke that the Army Corps of Engineers ' solution to any problem is simply to pour more concrete. Well, you wouldn't know it to view the agency's Northwest District headquarters, which not only places in the top 1 percent of energy-efficient office buildings nationwide, but is also light, airy and abundant with wood, glass and flowing spaces -- all on a reclaimed and remediated Superfund site [sources: Gendall; Goodman].

Designed by ZGF Architects and built by Sellen Construction, the building channels light from a central atrium and exterior windows into various meeting spaces, while low-slung cubical walls allow light to penetrate the cubicle bullpen as well. Window shading outside and inside controls heat load, as does the use of clerestory windows. Wooden sections were built in part using materials reclaimed from a nearby decommissioned warehouse. To keep the inside cool, exterior air passes through MERV 15-level filtration to flow through the floors, chilled sails cool the indoors via radiant cooling principles and a thermal storage tank employs a phase-change material (PCM) to pack away cooling energy against future need [sources: Gendall; Goodman].

By the way, minimum efficiency reporting value, or MERV, is an air filter effectiveness rating, and it's based on worst-case-scenario performance. So a MERV 15 filter like the one described here is 85-95 percent efficient at removing particles measuring 0.3-10 microns -- the scale of sneeze particles and individual bacteria [sources: EPA; Wilkinson].

Author's Note: 10 Green Structural Engineering Marvels

We've come a long way from what modernist architect Le Corbusier called "machines for living in." Or should I say full circle? Human dwellings such as igloos, teepees and thatch-roofed bamboo huts have long used local materials and patterns suited to local environments -- the essence of sustainability.

Of course, it's possible that in a few decades the pendulum will swing back toward a more cookie-cutter approach, at which time these structures might strike our children as ludicrous, but I doubt it. After all, we still appreciate midcentury modern's attempts to soar while reviling the squat brutalism that followed. Besides, we'll probably be too busy building levees and sweating the electric bill to notice.

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