برج نهر اللؤلؤ

تضمنت منهجية تصميم برج نهر اللؤلؤ عالي الأداء أربع خطوات: تقليل استهلاك الطاقة، وامتصاصها، وإعادة تدويرها، وتوليدها. وقد وُضعت هذه الخطوات لتحقيق هدف أن يكون المبنى خالياً من الطاقة .

1. التخفيض – يشمل ذلك استخدام التهوية منخفضة التدفق، وأجهزة التحكم المستجيبة لضوء النهار، والتبريد الإشعاعي، والتهوية القائمة على الطلب، والزجاج عالي الأداء.

2. الامتصاص – يشمل ذلك استخدام توربينات الرياح، وأنظمة التحكم المستجيبة لضوء النهار، والخلايا الكهروضوئية المتكاملة.

3. الاستصلاح - تتضمن هذه المرحلة استخدام استعادة حرارة هواء العادم والمبردات.

4. التوليد – تعمل هذه المرحلة الأخيرة على تحقيق هدف أن يكون المبنى خالياً من الطاقة من خلال توليد طاقة كافية في الموقع باستخدام التوربينات الصغيرة. ^{[ 10 ]}

يُمكّن تصميم برج نهر اللؤلؤ من توجيه الرياح عبر أربعة توربينات رياح كبيرة لتوليد طاقة تصل إلى 15 ضعفًا مقارنة بالتوربينات القائمة بذاتها العادية.

إلى جانب توليد الطاقة اللازمة لتشغيل المبنى، تتمثل إحدى فوائد هذا التصميم في إعادة توجيه الرياح عبر نظام التهوية الخاص بالبرج، مما يؤدي إلى ترشيحها عبر مساحات السقف والأرضيات في جميع أنحاء المبنى.

إضافة إلى تصميم البرج لتوجيه الرياح بأكثر الطرق كفاءة، فقد تم بناؤه بحيث يواجه جانبه الأعرض اتجاه الرياح، مما يسمح له بالتقاط أكبر قدر ممكن من الرياح وبالتالي توليد أكبر قدر من الطاقة. ^{[ 11 ]}

تتميز رياح مدينة قوانغتشو بثباتها النسبي، إذ تهب من الجنوب 80% من أيام السنة، ومن الشمال 20% المتبقية. وهذا يعني إمكانية تحقيق أقصى استفادة من توربينات الرياح من خلال مراعاة أحمال الرياح على المبنى. وللاستفادة القصوى من اتجاه الرياح السائد، كان من الضروري وضع أوسع واجهة للمبنى بزاوية عمودية على اتجاه الرياح السائدة. ^{[ 12 ]}

صُمم المبنى لتوليد الطاقة بأعلى كفاءة ممكنة. ولتحقيق هذا الهدف، بُني برج نهر اللؤلؤ لتوجيه الرياح الداخلة إلى فتحات تؤدي إلى توربيناته. وقد صُمم هذا المبنى المكون من 71 طابقًا ^{[ 13 ]} بدقة لتوجيه الرياح إلى التوربينات، مما يضمن توليد طاقة نظيفة بشكل شبه دائم. ^{[ 14 ]}

نظراً لمناخ مدينة قوانغتشو، يُعدّ التبريد عنصراً أساسياً لضمان راحة شاغلي المبنى. ومع ارتفاع درجات الحرارة خلال الأشهر الدافئة، يعمل نظام السقف الإشعاعي على تبريد المكاتب. كما يتضمن تصميم نظام التبريد استخدام الكسوة الخارجية على الواجهات العريضة للمبنى. فباستخدام تجاويف في الجدران لحبس الهواء الساخن القادم من خارج المبنى، يمرّ هذا الهواء عبر نظام الأرضية المرتفعة، دافعاً الحرارة إلى مناطق محددة حيث يمكن تجميعها واستخدامها بكفاءة. ^{[ 12 ]}

لتجنب استهلاك الطاقة غير الضروري، لا يُستخدم الإضاءة الاصطناعية في المبنى إلا عند الضرورة. وعند استخدامها، توفر المصابيح الكهربائية ذات الكفاءة العالية المتوفرة في السوق إضاءةً كافية للمبنى دون الحاجة إلى كميات كبيرة من الكهرباء. صُممت ألواح السقف بشكل منحني لتوزيع الضوء بالتساوي في جميع أنحاء الغرف، مما يقلل من كمية الطاقة اللازمة لإضاءة أي مساحة بشكل كامل. ^{[ 15 ]}

يتميز برج نهر اللؤلؤ بنوافذ زجاجية مزدوجة متطورة تسمح بدخول الضوء الطبيعي إلى المبنى. يحتوي البرج على واجهة مزدوجة الطبقات، أي أن الجدران تتكون من طبقتين: الطبقة الخارجية ذات نفاذية عالية للحرارة الشمسية، بينما تمنع الطبقة الداخلية اكتساب الحرارة الشمسية. يُعرف هذا التصميم بالجدار الستائري المزدوج. يوجد ممر تهوية بين الطبقتين، حيث تتكيف الطبقات تلقائيًا للسماح بدخول أو خروج الحرارة حسب الحاجة. نتيجةً لهذا التصميم، يصبح المبنى أكثر كفاءة من الناحية الحرارية والكيميائية، مما يساعد على الحفاظ على درجة الحرارة المطلوبة بغض النظر عن حالة الطقس، دون الحاجة إلى استهلاك كميات كبيرة من الطاقة لضخ هواء ساخن أو بارد صناعيًا إلى داخل المبنى. ^{[ 16 ]}

ترتفع الحرارة المحتبسة بين طبقتي المبنى، مما يُنشئ تهوية طبيعية. في البداية، كان تصميم المبنى يهدف إلى إنشاء مبنى ذي طاقة إيجابية، أي أنه سيُنتج طاقة فائضة يُمكن بيعها لشبكة الكهرباء. إلا أن تعقيدات تتعلق بقوانين ولوائح السلامة من الحرائق أدت إلى تعديل التصميم الأصلي. في شكله النهائي، يستهلك المبنى الذي تبلغ مساحته 212,165  مترًا ^مربعًا حوالي 40% من الطاقة التي يستهلكها مبنى مماثل في الحجم عادةً. ^{[ 11 ]}

يحتوي الزجاج الخارجي للمبنى على ثلاث طبقات من الزجاج. تعمل هذه الطبقات على حبس الحرارة داخل المبنى، مما يحافظ على دفئه خلال فصل الشتاء. وفي حال ارتفاع درجة الحرارة بشكل مفرط، يتم تصريفها بسهولة باستخدام نظام التهوية المدمج في البرج والذي يعمل بطاقة الرياح. ^{[ 17 ]}

يشتمل نظام التظليل الخارجي للبرج على خلايا كهروضوئية مدمجة في تصميمه. وتتمثل وظيفة هذه الخلايا في امتصاص الطاقة الشمسية، تمامًا مثل الألواح الموجودة أعلى البرج. ويؤدي ذلك إلى زيادة قدرة البرج على توليد الطاقة النظيفة ذاتيًا، وذلك بتقليل اعتماده على شبكة الكهرباء المحلية. ويُضاف هذا إلى قدرات البرج الكبيرة بالفعل في توفير الطاقة، والناتجة عن استخدام طاقة الرياح والطاقة الشمسية في أجزاء أخرى من المبنى. ^{[ 18 ] [ 17 ]}

عند استخدام المبردات لتكييف الهواء، يُعاد استخدام الماء الساخن الناتج كمنتج ثانوي في جميع أنحاء المبنى. وهذا يقلل من استهلاك المياه ويجعل المبنى أكثر استدامة بشكل عام. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

تُفتح أو تُغلق الستائر الخارجية للبرج تلقائيًا حسب احتياجات الإضاءة. وهذا يُحسّن كمية الضوء داخل المبنى عند الحاجة، ويمنع في الوقت نفسه إبهار الداخلين بضوء زائد. ويتماشى هذا مع جوانب أخرى مستدامة وفعّالة في تصميم البرج، إذ يمنع الاستخدام المفرط للإضاءة الاصطناعية، وبالتالي يمنع استهلاك الطاقة غير الضروري. ^{[ 21 ]}