الهندسة المستدامة
الهندسة المستدامة هي عملية تصميم أو تشغيل الأنظمة بحيث تستخدم الطاقة والموارد بشكل مستدام ، بمعنى آخر، بمعدل لا يضر بالبيئة الطبيعية، أو قدرة الأجيال القادمة على تلبية احتياجاتها الخاصة.
التركيزات الهندسية المشتركة
تركز الهندسة المستدامة على ما يلي:
- إمدادات المياه
- انتاج الغذاء
- السكن والمأوى
- الصرف الصحي وإدارة النفايات
- تطوير الطاقة
- مواصلات
- المعالجة الصناعية
- تنمية الموارد الطبيعية
- تنظيف مواقع النفايات الملوثة
- تخطيط المشاريع للحد من التأثيرات البيئية والاجتماعية
- استعادة البيئات الطبيعية مثل الغابات والبحيرات والجداول والأراضي الرطبة
- توفير الرعاية الطبية لمن يحتاجونها
- التقليل من النفايات والتخلص منها بطريقة مسؤولة لصالح الجميع
- تحسين العمليات الصناعية للقضاء على النفايات وتقليل الاستهلاك
- التوصية بالاستخدام المناسب والمبتكر للتكنولوجيا [1]
جوانب التخصصات الهندسية
إن كل تخصص هندسي منخرط في التصميم المستدام، مستخدماً العديد من المبادرات، وخاصة تحليل دورة الحياة ، ومنع التلوث، والتصميم من أجل البيئة ، والتصميم من أجل التفكيك، والتصميم من أجل إعادة التدوير. وهذه المبادرات تحل محل أو على الأقل تغير نماذج مكافحة التلوث. على سبيل المثال، تم اختبار مفهوم " الحد الأقصى والتداول " وهو يعمل بشكل جيد مع بعض الملوثات. وهذا نظام يسمح للشركات بوضع "فقاعة" فوق مجمع تصنيع كامل أو مقايضة أرصدة التلوث مع شركات أخرى في صناعتها بدلاً من نهج "كومة كومة" و"أنبوب بأنبوب"، أي ما يسمى نهج "القيادة والسيطرة". وتتطلب مثل هذه الابتكارات السياسية والتنظيمية بعض الأساليب التكنولوجية المحسنة فضلاً عن الأساليب القائمة على الجودة الأفضل، مثل تسوية أحمال الملوثات واستخدام تقنيات أقل تكلفة لإزالة الجزء الأكبر من الملوثات، يليها تقنيات تشغيل وصيانة أعلى للمداخن والأنابيب الأكثر صعوبة في المعالجة. ولكن، يمكن أن يكون التأثير الصافي هو تقليل انبعاثات الملوثات والنفايات السائلة بشكل أكبر من معالجة كل مدخنة أو أنبوب ككيان مستقل. وهذا هو الأساس لمعظم مناهج التصميم المستدام، أي إجراء تحليل لدورة الحياة، وإعطاء الأولوية لأهم المشاكل، ومطابقة التقنيات والعمليات لمعالجتها. ستختلف المشاكل حسب الحجم (على سبيل المثال تحميل الملوثات)، وصعوبة العلاج، والجدوى. غالبًا ما تكون المشاكل الأكثر صعوبة هي تلك الصغيرة ولكنها باهظة الثمن ويصعب معالجتها، أي أقل جدوى. بالطبع، كما هو الحال مع جميع التحولات النموذجية ، يجب إدارة التوقعات من منظور فني وتشغيلي. [2] تاريخيًا، تعامل المهندسون مع اعتبارات الاستدامة باعتبارها قيودًا على تصميماتهم. على سبيل المثال، تم التعامل مع المواد الخطرة الناتجة عن عملية التصنيع كتيار نفايات يجب احتواؤه ومعالجته. كان لابد من تقييد إنتاج النفايات الخطرة من خلال اختيار أنواع تصنيع معينة، وزيادة مرافق التعامل مع النفايات، وإذا لم تقم هذه المرافق بالمهمة بالكامل، فحد من معدلات الإنتاج. تعترف الهندسة الخضراء بأن هذه العمليات غالبًا ما تكون غير فعالة اقتصاديًا وبيئيًا، مما يتطلب اتباع نهج شامل ومنهجي لدورة الحياة. [3] تحاول الهندسة الخضراء تحقيق أربعة أهداف: [4]
- تقليل النفايات
- إدارة المواد
- الوقاية من التلوث و
- تحسين المنتج.
تشمل الهندسة الخضراء العديد من الطرق لتحسين العمليات والمنتجات لجعلها أكثر كفاءة من وجهة نظر بيئية ومستدامة. [5] تعتمد كل واحدة من هذه الأساليب على رؤية التأثيرات المحتملة في المكان والزمان. ينظر المهندسون المعماريون إلى إحساس المكان. ينظر المهندسون إلى خريطة الموقع كمجموعة من التدفقات عبر الحدود. يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار التأثيرات القصيرة والطويلة الأجل. تلك التأثيرات التي تتجاوز المدى القريب هي من اختصاص التصميم المستدام. قد لا تظهر التأثيرات نفسها لعقود من الزمن. في منتصف القرن العشرين، حدد المصممون استخدام ما يُعرف الآن بمواد البناء الخطرة، مثل أرضيات الأسبستوس ، ولفائف الأنابيب والقوباء المنطقية، وطلاء الرصاص والأنابيب، وحتى الأنظمة الهيكلية والميكانيكية التي ربما زادت من التعرض للعفن والرادون. أدت هذه القرارات إلى مخاطر صحية على السكان. من السهل انتقاد هذه القرارات في وقت لاحق، لكن العديد منها تم اتخاذها لأسباب نبيلة، مثل الوقاية من الحرائق ومتانة المواد. ولكن هذا يوضح لنا أن التأثيرات التي تبدو صغيرة عند النظر إليها من خلال منظور الزمن يمكن أن تتضاعف بشكل كبير في تأثيراتها. ويتطلب التصميم المستدام تقييماً كاملاً للتصميم في المكان والزمان. وقد لا تحدث بعض التأثيرات إلا بعد قرون في المستقبل. على سبيل المثال، فإن المدى الذي نقرر فيه استخدام الطاقة النووية لتوليد الكهرباء هو قرار تصميم مستدام. قد يكون للنفايات المشعة نصف عمر يبلغ مئات الآلاف من السنين، وهذا يعني أن الأمر سيستغرق كل هذه السنوات حتى يتحلل نصف النظائر المشعة. التحلل الإشعاعي هو التحول التلقائي لعنصر إلى عنصر آخر. يحدث هذا عن طريق تغيير عدد البروتونات في النواة بشكل لا رجعة فيه. وبالتالي، فإن التصميمات المستدامة لمثل هذه المشاريع يجب أن تأخذ في الاعتبار المستقبل غير المؤكد إلى حد كبير. على سبيل المثال، حتى لو وضعنا علامات تحذيرية بشكل صحيح حول هذه النفايات الخطرة، فإننا لا نعرف ما إذا كان سيتم فهم اللغة الإنجليزية. كل الأهداف الأربعة للهندسة الخضراء المذكورة أعلاه مدعومة بوجهة نظر طويلة الأجل ودورة حياة. تحليل دورة الحياة هو نهج شامل للنظر في مجمل المنتج أو العملية أو النشاط، بما في ذلك المواد الخام والتصنيع والنقل والتوزيع والاستخدام والصيانة وإعادة التدوير والتخلص النهائي. بعبارة أخرى، يجب أن يؤدي تقييم دورة حياة المنتج إلى صورة كاملة للمنتج. الخطوة الأولى في تقييم دورة الحياة هي جمع البيانات حول تدفق الموادمن خلال مجتمع يمكن التعرف عليه. وبمجرد معرفة كميات المكونات المختلفة لمثل هذا التدفق، يتم تقدير الوظائف والتأثيرات المهمة لكل خطوة في الإنتاج والتصنيع والاستخدام والاسترداد/التخلص. وبالتالي، في التصميم المستدام، يجب على المهندسين تحسين المتغيرات التي تعطي أفضل أداء في الأطر الزمنية. [4]
الإنجازات من 1992 إلى 2002
- تأسست شراكة الهندسة العالمية من أجل التنمية المستدامة (WEPSD) وهي مسؤولة عن المجالات التالية: إعادة تصميم مسؤوليات الهندسة وأخلاقياتها للتنمية المستدامة، وتحليل وتطوير خطة طويلة الأجل، وإيجاد حل من خلال تبادل المعلومات مع الشركاء واستخدام التقنيات الجديدة، وحل مشاكل البيئة العالمية الحرجة، مثل المياه العذبة وتغير المناخ .
- تأسست CASI Global في الأساس كمنصة للشركات والحكومات لمشاركة أفضل الممارسات؛ بهدف تعزيز قضية ومعرفة المسؤولية الاجتماعية للشركات والاستدامة. أصبحت آلاف الشركات والكليات في جميع أنحاء العالم الآن جزءًا من CASI Global بهدف دعم هذه المهمة. تقدم CASI أيضًا برامج زمالة عالمية في التمويل / العمليات / التصنيع / سلسلة التوريد / وما إلى ذلك مع تخصص مزدوج في الاستدامة. الفكرة هي أن كل محترف يجب أن يغرس الاستدامة في وظيفته الأساسية وصناعته. CASI Global
- تطوير السياسات البيئية، ومدونات الأخلاقيات، وإرشادات التنمية المستدامة
- تم إعادة إطلاق ميثاق الأرض كمبادرة مجتمع مدني
- انضم البنك الدولي وبرنامج الأمم المتحدة للبيئة ومرفق البيئة العالمية إلى برامج التنمية المستدامة
- إطلاق برامج لطلاب الهندسة والمهندسين الممارسين حول كيفية تطبيق مفاهيم التنمية المستدامة في عملهم
- تطوير أساليب جديدة في العمليات الصناعية
الإسكان المستدام
في عام 2013، بلغ متوسط الاستهلاك السنوي للكهرباء لعميل المرافق السكنية في الولايات المتحدة 10908 كيلووات في الساعة (كيلووات ساعة)، بمتوسط 909 كيلووات في الساعة شهريًا. سجلت ولاية لويزيانا أعلى استهلاك سنوي عند 15270 كيلووات في الساعة، وسجلت هاواي أدنى استهلاك عند 6176 كيلووات في الساعة. [6] يستخدم القطاع السكني نفسه 18٪ [7] من إجمالي الطاقة المولدة، وبالتالي، من خلال دمج ممارسات البناء المستدامة، يمكن أن يكون هناك انخفاض كبير في هذا الرقم. تشمل ممارسات البناء المستدامة الأساسية ما يلي:
- الموقع والمكان المستدامان: إن أحد العناصر المهمة في البناء والتي غالبًا ما يتم تجاهلها هو إيجاد موقع مناسب للبناء. إن تجنب المواقع غير المناسبة مثل الأراضي الزراعية وتحديد الموقع بالقرب من البنية التحتية القائمة، مثل الطرق والصرف الصحي وأنظمة مياه الأمطار ووسائل النقل، يسمح للبنائين بتقليل التأثير السلبي على محيط المنزل.
- الحفاظ على المياه: يمكن الحفاظ على المياه بشكل اقتصادي من خلال تركيب تركيبات ذات تدفق منخفض والتي غالبًا ما تكلف نفس تكلفة النماذج الأقل كفاءة. يمكن توفير المياه في تطبيقات المناظر الطبيعية من خلال اختيار النباتات المناسبة.
- المواد: تتضمن المواد الخضراء العديد من الخيارات المختلفة. يفترض الناس عادةً أن "الخضراء" تعني المواد المعاد تدويرها . وعلى الرغم من أن المواد المعاد تدويرها تمثل أحد الخيارات، فإن المواد الخضراء تشمل أيضًا المواد المعاد استخدامها والمواد المتجددة مثل الخيزران والفلين أو المواد المحلية في المنطقة التي يعيش فيها الشخص. ولا يتعين على المادة الخضراء أن تكون أكثر تكلفة أو أقل جودة أو أعلى. فمعظم المنتجات الخضراء قابلة للمقارنة بنظيراتها غير الخضراء.
- الحفاظ على الطاقة: ربما يكون الحفاظ على الطاقة هو أهم جزء في البناء الأخضر . من خلال تنفيذ التصميم السلبي والألواح المعزولة الهيكلية (SIPs) والإضاءة الفعّالة والطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية ، يمكن أن يستفيد المنزل من انخفاض استهلاك الطاقة أو التأهل كمنزل خالٍ من الطاقة.
- جودة البيئة الداخلية: تلعب جودة البيئة الداخلية دورًا محوريًا في صحة الإنسان. وفي كثير من الحالات، يمكن إنشاء بيئة أكثر صحة من خلال تجنب المواد الخطرة الموجودة في الطلاء والسجاد والتشطيبات الأخرى. ومن المهم أيضًا وجود تهوية مناسبة وإضاءة نهارية كافية. [8]
الادخار
- الحفاظ على المياه: يمكن لمنزل تم بناؤه حديثًا تنفيذ المنتجات التي تحمل علامة WaterSense دون أي تكاليف إضافية وتحقيق توفير في المياه بنسبة 20% عند تضمين توفير سخان المياه والمياه نفسها.
- الحفاظ على الطاقة: يعد الحفاظ على الطاقة مكثفًا للغاية عندما يتعلق الأمر بعلاوات التكلفة للتنفيذ. ومع ذلك، فإنه يتمتع أيضًا بإمكانات كبيرة للتوفير. يمكن تحقيق الحد الأدنى من التوفير دون أي تكلفة إضافية من خلال اتباع استراتيجيات التصميم السلبي. ستكون الخطوة التالية من التصميم السلبي في مستوى اللون الأخضر (وفي النهاية مستوى التوفير) هي تنفيذ مواد غلاف المبنى المتقدمة، مثل الألواح المعزولة الهيكلية (SIPs). يمكن تركيب SIPs بحوالي 2 دولار لكل قدم خطي من الجدار الخارجي. وهذا يعادل قسطًا إجماليًا أقل من 500 دولار لمنزل نموذجي من طابق واحد، مما سيحقق توفيرًا في الطاقة بنسبة 50٪. وفقًا لوزارة الطاقة، يبلغ متوسط النفقات السنوية للطاقة لمنزل عائلي واحد 2200 دولار. لذلك يمكن أن توفر SIPs ما يصل إلى 1100 دولار سنويًا. للوصول إلى المدخرات المرتبطة بمنزل خالٍ من الطاقة الصافية ، يجب تنفيذ الطاقة المتجددة بالإضافة إلى الميزات الأخرى. يمكن لنظام الطاقة الحرارية الأرضية تحقيق هذا الهدف بتكلفة إضافية تبلغ حوالي 7 دولارات للقدم المربع، في حين يتطلب نظام الطاقة الكهروضوئية (الطاقة الشمسية) قسطًا إجماليًا يصل إلى 25000 دولار. [8]
انظر أيضا
- الهندسة المدنية
- التكنولوجيا البيئية
- الهندسة البيئية
- علوم الهندسة البيئية
- التكنولوجيا البيئية
- المباني الخضراء
- الهندسة الخضراء
- الاستدامة
- التصميم المستدام
مراجع
- ^ هوسمان، مايكل هـ.؛ جويس أ. هوسمان (2011). "الفصل 13، "تصميم التكنولوجيات المستدامة والمناسبة بيئيًا"". Technofix: لماذا لن تنقذنا التكنولوجيا أو البيئة . جزيرة غابريولا، كولومبيا البريطانية، كندا: دار نشر نيو سوسايتي. رقم ISBN 978-0-86571-704-6.
- ^ فالرو، دانييل أ. (2008). التصميم المستدام: علم الاستدامة والهندسة الخضراء . برازيير، كريس. هوبوكين، نيوجيرسي: جون وايلي. ISBN 978-0-470-13062-9. OCLC 173480533.
- ^ Cabezas, Heriberto; Mauter, Meagan S.; Shonnard, David; You, Fengqi (2018). "العدد الافتراضي الخاص من مجلة ACS Sustainable Chemistry & Engineering حول تحليل الأنظمة وتصميمها وتحسينها من أجل الاستدامة". ACS Sustainable Chemistry & Engineering . 6 (6): 7199. doi : 10.1021/acssuschemeng.8b02227 .
- ^ ab D. Vallero و C. Brasier (2008)، التصميم المستدام: علم الاستدامة والهندسة الخضراء. John Wiley and Sons, Inc.، Hoboken، NJ، ISBN 0470130628 .
- ^ استدامة المنتجات والعمليات وسلاسل التوريد: النظرية والتطبيقات. يو، فينجتشي. أمستردام. 30 أبريل 2015. ISBN 978-0-444-63491-7. OCLC 908335764.
{{cite book}}:CS1 maint: موقع الناشر المفقود ( الرابط ) CS1 maint: آخرون ( الرابط ) - ^ "كمية الكهرباء التي يستهلكها منزل أمريكي؟ - الأسئلة الشائعة - إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA)". www.eia.gov . تم الاسترجاع في 2015-09-02 .
- ^ "كمية الطاقة المستهلكة في العالم حسب كل قطاع؟ - الأسئلة الشائعة - إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA)". إدارة معلومات الطاقة الأمريكية . تم الاسترجاع في 2015-09-02 .
- ^ من تأليف مايكل تولسون، ماجستير إدارة الأعمال، LEED، AP. "المنازل الخضراء مقابل المنازل التقليدية". buildipedia.com . تم الاسترجاع في 2015-09-02 .
{{cite web}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
روابط خارجية
- فانيجاس، خورخي. (2004). "ممارسة الهندسة المستدامة – مقدمة". منشورات الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين.
- أنطاليا، تركيا ، (1997). "المؤتمر العالمي الحادي عشر للغابات"، (المجلد 3، الموضوع 2)
- الهندسة والتصميم المستدام، شركة الهندسة المدنية
- CASI Global، هيئة التصديق العالمية للمسؤولية الاجتماعية للشركات والاستدامة
- CASI – هيئة اعتماد عالمية للمسؤولية الاجتماعية للشركات والاستدامة
- استدامة المنتجات والعمليات وسلاسل التوريد: النظرية والتطبيقات. (2015) إلسفير. ISBN 9780444634726 .
- البحث، إنشاء أنظمة مستدامة يمكن أن توجد في انسجام مع العالم الطبيعي، هندسة البيئة والبيئة في جامعة بيرديو
- قضايا الاستدامة: ملاحظات، مركز التنمية المستدامة، جامعة كامبريدج
- دور المهندسين في التنمية المستدامة
