Bæredygtighed
Adaptiv ‘Solar Gate’-skygge tager inspiration fra naturen for at øge HVAC-effektiviteten
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Klima-krisen udgør en stor trussel mod både vores miljø og vores liv. Dette har gjort reduktionen af kuldioxid (CO2)-emissioner til en presserende global nødvendighed.
Den byggede miljø er faktisk ansvarlig for omkring 42 % af de årlige globale CO2-emissioner. Mens bygningens drift primært er ansvarlig for dette, spiller byggematerialer og infrastrukturmaterialer også en stor rolle her.
Dette gør det til den drivende kraft i klimaforandringer, hvis negative virkninger allerede kan ses i hyppige og mere skadelige vejrhændelser.
Derfor skal vi bygge ikke kun adaptive facader, der har potentiale til at reducere behovet for aktiv opvarmning og køling, og dermed mindske bygningers energiforbrug og miljøpåvirkning, men også mere robust arkitektur, der kan modstå de udfordringer, som klimaforandringerne medfører.
For at bygge sådanne adaptive facader skal arkitekter anvende designstrategier, der inkorporerer de unikke lokale miljømæssige karakteristika. Dette betyder simpelthen at prioritere klima-responsiv arkitektur.
Denne type arkitektur fokuserer på at designe energieffektive bygninger, der er tilpasset det specifikke klima, de er opført i. Dette kræver, at man tager højde for faktorer som sæsonvariation, naturlig skygge, nedbørsmønstre, luftfugtighed osv.
I stedet for at arbejde imod det lokale klima, arbejder klima-responsiv bygninger med de regionale forhold for at give maksimal komfort til beboeren, mens de bruger så lidt energi som muligt.
Ved at tage denne tilgang med at implementere passive designstrategier kan byer og byområder bygges for at beskytte dem mod den stigende hyppighed og grusomhed af de alvorlige vejrhændelser, som er et resultat af klimaforandringer.
Udover at forbedre bygningernes robusthed ved at gøre dem bedre forberedte på at modstå både vejr og naturkatastrofer, giver klima-responsiv arkitektur fordele i form af reducerede driftsomkostninger ved at udnytte naturlige, passive systemer.
Ved at bruge dagslys og naturlig ventilation i stedet for systemer, der bruger elektricitet, kan energi-relaterede driftsomkostninger reduceres betydeligt. Omfattende brug af disse passive systemer har evnen til at reducere energiforbruget med op til 90 %. Disse passive systemer, såsom naturlig luftstrøm, hjælper endda med at øge beboerens produktivitet.
Ved at forbedre energieffektiviteten, reducere CO2-udledninger og beskytte naturressourcer hjælper denne arkitektur også med at fremme miljømæssig bæredygtighed.
Dog medfører klima-responsiv byggeri også udfordringen med store upfront-omkostninger på grund af brugen af bæredygtige materialer og den lange og komplekse byggeproces. Derudover er der også regulatoriske hindringer.
Selvfølgelig tager regeringerne initiativer, og reguleringerne omkring HVAC-energieffektivitet og termisk isolering er kommet langt, men der mangler stadig støttende regler for klima-responsivt design. Øget udbredelse af disse arkitekturer kræver også fokus på uddannelse og investering i relateret ekspertise.
På trods af udfordringerne ser vi en voksende interesse for sådanne bygninger. Nogle af de centrale elementer i et sådant adaptivt design inkluderer udnyttelse af naturlige kilder til luftstrøm og ventilation, et passivt soldesign, der tager solens position i betragtning, naturligt bæredygtige materialer som træ og bambus samt grønne elementer på tage og vægge.
Bioinspireret vejr-responsiv adaptiv skygge
Inden for klima-responsiv arkitektur er adaptive skygge-systemer en fremragende måde at regulere det indre klima mere effektivt på ved dynamisk at ændre deres form, orientering eller termiske egenskaber som svar på eksterne vejrforhold.
Problemet er dog, at disse kinetiske skygge-systemer er afhængige af driftsenergi for at aktivere elektro-mekaniske enheder, der driver flere bevægelige dele. Disse komplekse samlinger er sårbare over for fejl, som så kræver dyre reparationer.
Selvom der findes alternativer i form af passivt tonet anti-solglas, filtrerer de for meget naturligt lys. Så hvad er løsningen? Den findes i naturen.
En ny undersøgelse1 af forskere ved universiteterne i Freiburg og Stuttgart vendte sig mod naturen og fandt, at der allerede findes løsninger til tilpasning. De er inspireret af biologiske materialer og reagerer passivt på eksterne stimuli.
Løsningen, som forskerne brugte som model, var kogler, som reagerer på miljøet og ændrer deres form, selvom de består af helt døde materialer. Koglen åbner og lukker som svar på ændringer i temperatur og luftfugtighed uden at forbruge nogen metabolisk energi.
Ved at bruge koglen som model udviklede forskerne et nyt, energiuafhængigt facadesystem, der passivt tilpasser sig vejret. Systemet, kaldet “Solar Gate”, er blevet installeret på University of Freiburg’s livMatS Biomimetic Shell. livMatS, eller ‘Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems’ (livMatS), er en forskningsbygning.
I stedet for at være afhængig af “komplekse tekniske enheder”, som de fleste forsøg på responsivitet i arkitektoniske facader gør, undersøger denne forskning “hvordan vi kan udnytte materialets egen responsivitet gennem avanceret beregningsdesign og additiv fremstilling,” sagde professor Achim Menges, leder af Institute for Computational Design and Construction (ICD) ved University of Stuttgart.
Ifølge Menges, som også er talsmand for Cluster of Excellence Integrative Computational Design and Construction for Architecture (IntCDC), har deres tilgang gjort det muligt at opnå et skygge-system, der autonomt åbner og lukker som svar på vejrforskel.
Denne effekt opnås uden brug af nogen mekatroniske elementer eller driftsenergi. Her er “biomaterialestrukturen selv maskinen.”
Dette vejr-responsiv, adaptive skygge-system er det første, der fungerer uden elektrisk energi. Ud over bioinspireret design brugte forskerne naturlige materialer og bredt tilgængelige teknologier til “Solar Gate”.
Den anvendte teknologi var 3D-printning, også kendt som additiv fremstilling, som muliggør fremstilling af komplekse former og strukturer. I denne proces skabes tredimensionelle objekter ud fra en digital fil ved at lægge successive lag af materiale. 3D-printning muliggør hurtig prototyping, tilpasning, omkostningsbesparelser og høj præcision samt giver designfrihed.
Teamet brugte standard 3D-printere til at efterligne den retningsafhængige struktur af cellulose i plantetvæv.
Cellulose er den mest udbredte biomasse på Jorden. Det er også et naturligt, lavpris, biologisk nedbrydeligt og fornybart materiale, som vigtigst har indbyggede hygromorfe egenskaber, der gør adaptiv skygge bæredygtig.
Denne hygromorfe egenskab, som repræsenterer svulst og krympning ved ændringer i luftfugtighed, observeres ofte i naturen. Åbning og lukning af skæl på kogler er et eksempel på dette.
Ved at udnytte denne egenskab designede teamet skræddersyede biobaserede cellulosefibre og 4D-printede dem derefter til en to-lags struktur med kogleskæl som inspiration.
En beregningsbaseret fremstillingsteknik blev også udviklet af forskerne for at kontrollere ekstruderingen af cellulosematerialer gennem FFF 3D-printeren.
Materialsystemerne, der produceres her, kan autonomt ændre deres form som svar på eksterne stimuli. De cellulosebaserede materialer absorberer fugt og udvider sig, når luftfugtigheden er høj, hvilket får elementerne til at krølle og åbne. I lav luftfugtighed frigiver materialerne fugt og trækker sig sammen, så de trykte elementer flader ud og lukker.
Inspireret af de hygroskopiske bevægelser af kogleskæl og de sølvkronblads brakte, har Solar Gate formået at overføre ikke kun den høje funktionalitet og robusthed fra biologiske modeller til et bioinspireret skygge-system, men også æstetikken i plantens bevægelser.
– Professor Thomas Speck, livMatS talsmand og leder af Plant Biomechanics Group Freiburg ved University of Freiburg
Det bioinspirerede adaptive skygge-system er allerede blevet testet i den virkelige verden for sin funktionalitet og holdbarhed. Teamet installerede det på den sydvendte ovenlys i livMatS Biomimetic Shell, som hjælper med bygningens indendørs klimaregulering.
I løbet af en periode på mere end et år blev det observeret, at i vinter åbner de 4D-printede skyggeelementer sig og tillader naturlig opvarmning ved at lade sollys ind, mens de i sommer lukkes for at reducere solstråling.
‘Solar Gate’ drives udelukkende på vejrcyklusser og kræver ingen elektrisk energi, hvilket udgør et ressourceeffektivt og energiuafhængigt alternativ til traditionelle skygge-systemer. Det bioinspirerede 4D-printede skygge-system tilbyder også fordele som lave omkostninger, lavt materialeforbrug, let konstruktion og øget driftsrobusthed.
Dette system har ifølge forskerne langt større implikationer end blot bygningens facader. De skrev, at det også kan påvirke bredere områder inden for arkitektur, ingeniørkunst og byggeri.
I fremtidigt arbejde vil forskerne undersøge UV-induceret nedbrydning og dens langsigtede virkninger samt den mekaniske slid på Solar Gate og kvantificere forbedringen af indendørs klimaregulering.
Adaptive Tagfliser
Tidligere har vi også dækket, hvordan sudviklede adaptive tagfliser. Disse fliser kunne reducere energiomkostningerne betydeligt. Deres hemmelighed er en “strålingskontakt” der skifter mellem opvarmnings- og køletilstande, reagerende på den udvendige temperatur. Fliserne justerer sig inden for 3 grader Celsius fra målet. Og sammenlignet med almindelige systemer er de over 2,5 gange mere effektive. Resultatet er lavere regninger og mindre afhængighed af fossile brændstoffer.
Kernen i denne innovation er en lille, 4-tommer firkantet enhed. Den justerer, hvor meget varme den udstråler afhængigt af vejret. Målet er at holde indendørstemperaturen stabil—omkring 65 °F (18 °C) uden behov for konstant strøm. Teknologien er dog endnu ikke på markedet, men når den kommer, vil den kunne spare energi, reducere omkostninger og hjælpe med at gøre bygninger grønnere.
Virksomheder
Lad os nu se på et par børsnoterede virksomheder, der beskæftiger sig med adaptiv arkitektur gennem deres fokus på innovative løsninger for energieffektivitet, bygningens bæredygtighed og materialeydeevne.
1. Johnson Controls International
Johnson Controls tilbyder den største portefølje af HVAC-udstyr og -styringer for mere komfortable, sunde og bæredygtige byggeomgivelser. Virksomhedens HVAC-løsninger kan levere målbar ren luft og tilbyde total klimakontrol. Dens forudsigende og diagnostiske tjenester opdager derimod strukturelle problemer, før skader fra seismiske problemer opstår. Den tilbyder desuden planlagt og forebyggende vedligeholdelse samt fjernstyring af bygninger.
Med den igangværende konkurrence om dekarbonisering sikrer Johnson Controls bæredygtighed gennem sine effektive opvarmnings- og kølesystemer, som leverer effektiv klimakontrol sammen med optimeret energiforbrug. Virksomhedens portefølje af HVAC-udstyr er designet til at maksimere energieffektiviteten.
Ud over HVAC’er tilbyder virksomheden også en IoT-platform, OpenBlue, som muliggør intelligent og proaktiv drift og optimering. Platformen kan behandle en million datapunkter pr. minut og har til formål at gøre bygninger smartere og mere effektive.
Johnson Control bruger også AI i høj grad i sine sikkerhedsløsninger for erhvervs-, kommercielle og private miljøer. Virksomheden har yderligere udvidet sine AI-muligheder i OpenBlue Enterprise Manager med henblik på at løfte dataindsigter til næste niveau. Disse forbedringer, kombineret med udstyrsopgraderinger og proaktive tjenester, leverer kunderne op til 30 % reduktion i energiforbrug, op til 20 % reduktion i vedligeholdelsesomkostninger og 10 % mere optimeret pladsudnyttelse.
Disse nye AI-drevne funktioner forbedrer ikke kun drifts effektivitet og bæredygtighed, men giver også bygningsejere og -operatører hidtil usete niveauer af indsigt og kontrol. Vi er forpligtet til at pionere innovationer, der driver automatisering og skaber smartere, mere responsive miljøer for vores kunder.
– CTO Vijay Sankaran
På tidspunktet for skrivning handles JCI-aktier til $82,10, op 4,02 % YTD, med en markedsværdi på $54,19 mia. Johnson Controls har en EPS (TTM) på 2,09, mens deres P/E (TTM)-ratio er 39,27. Virksomheden betaler et udbytte på 1,80 %.
JCI Prisdiagram
For det seneste rapporterede kvartal, dvs. Q3 2024, faldt Johnson Controls’ omsætning under forventningerne med $6,25 milliarder. Deres non-GAAP profit på $1,28 pr. aktie overgik dog analytikernes konsensusestimater med 2,6 %. CEO og formand George Oliver udtalte på det tidspunkt, at de var “meget tilfredse” med at have leveret “tocifret organisk salgsvækst og robust margenudvidelse”.
Ifølge Statista genererede Johnson Controls globale nettosalgsindtægter på næsten $26,8 milliarder i regnskabsåret 2023, en stigning på næsten 6 % sammenlignet med året før.
Senest har virksomheden erhvervet den hollandsk-baserede Webeasy, en leverandør af bygningautomatisering og -styring, som vil støtte Johnson Controls’ mission om at innovere energieffektive og bæredygtige bygningløsninger.
2. Owens Corning
En leverandør af bygge- og konstruktionsmaterialer, Owens Corning (OC ) har fire forretningsområder: tagdækning, døre, kompositter og isolering.
Virksomhedens isoleringsløsninger er egnet til næsten enhver bygning, herunder ydervægge, tagdækningssystemer og HVAC. Dens bygningløsninger tilbyder overholdelse af energi- og bygningsreglementer, høj termisk ydeevne, luft-/vandsmodstand, fugtkontrol og akustisk ydeevne.
Brugere foretrækker virksomhedens isoleringstjenester for deres energieffektivitet, holdbarhed, langvarige ydeevne, nem installation og minimale vedligeholdelse.
OC Prisdiagram
På tidspunktet for skrivning handles OC-aktier til $187,57, op 10,13 % YTD, med en markedsværdi på $16,09 mia. Owens Corning har en EPS (TTM) på 11,76, mens deres P/E (TTM)-ratio er 15,96. Virksomheden betaler et udbytte på 1,47 %.
Når det gælder virksomhedens økonomi, rapporterede den for tredje kvartal 2024 en nettosalgsindtægt på $3 milliarder, en stigning på 23 % i forhold til året før. Den nyligt erhvervede dørforretning bidrog med over en halv milliard dollars til dette. Virksomhedens leverede udvannede EPS var $3,65 og justeret udvandet EPS var $4,38. Fri pengestrøm i denne periode var $558 millioner.
Owens Corning returnerede i alt $252 millioner til sine aktionærer gennem udbytter og aktietilbagekøb. Om virksomhedens finansielle styrke sagde finansdirektør Todd Fister:
Vi demonstrerede den stærke indtjeningsevne og cash-genereringspotentiale i virksomheden. Vores team leverede vækst i både top- og bundlinje som resultat af førsteklasses kommerciel og operationel udførelse.
Når det gælder virksomhedens bæredygtighedsindsats, hjælper Owens Corning’s produktportefølje kunderne med at spare energi og reducere emissioner. I deres bæredygtighedsrapport for 2023 havde Owens Corning 14 af deres produkter certificeret som fremstillet med 100 % vedvarende elektricitet, hvilket udgjorde en kvartdel af virksomhedens samlede omsætning.
Virksomheden rapporterede også en 28 % reduktion i Scope 1- og 2-emissioner i forhold til et 2018-basislinje, hvilket bringer den tættere på målet om en 50 % reduktion i drivhusgasemissioner inden 2030. Owens Corning har også gjort fremskridt i deres bestræbelser på at genanvende to millioner tons tagplader om året i USA inden udgangen af dette årti.
Byggematerialevirksomheden har også investeret i en 52.000 kvadratmeter stor glasmatfabrik for at levere industrien bæredygtige og stærkere byggematerialer.
Konklusion
Globale CO2-emissioner stiger i et hurtigt tempo, hvilket får Jordens temperatur til at stige og fører til ekstreme vejrforhold, øgede skovbrande og forstyrrelser i fødevareforsyningen. Med bygninger, der udgør en betydelig andel af de globale CO2-emissioner, er det yderst vigtigt, at vi reducerer den energi, der kræves til opvarmning, køling og ventilation. Samtidig skal strukturerne kunne modstå klimakatastrofer.
Svaret på begge disse behov er klima-responsiv arkitektur, som kræver opmærksomhed på og indarbejdelse af den lokale klima- og geografiske karakteristika i regionen i bygningens design. Givet den store evne hos klima-responsiv arkitektur til at reducere globale CO2-emissioner i sektoren og begrænse affaldsproduktion, er der behov for regulatorisk støtte og naturligvis konstant innovation.
Studier som “Solar Gate” bringer lovende løsninger på problemet, som kan tackle de miljømæssige udfordringer og opfylde de funktionelle behov i det byggede miljø. De fremhæver yderligere potentialet i tilgængelige teknologier såsom additiv fremstilling og rigelige, vedvarende materialer som cellulose i bidraget til bæredygtige arkitekturløsninger.
Ved at omfavne naturlige materialer og bioinspireret design samt udnytte digitale fremstillingsteknikker kan vi bygge sikre, langtidsholdbare strukturer og en robust fremtid!
Studie Reference:
1. Cheng, T., Tahouni, Y., Sahin, E. S., Ulrich, K., Lajewski, S., Bonten, C., Wood, D., Rühe, J., Speck, T., & Menges, A. (2024). Vejr-responsiv adaptiv skygge gennem biobaserede og bioinspirerede hygromorfe materialer. Nature Communications, 15, Artikel 54808. https://www.nature.com/articles/s41467-024-54808-8
