211service.com
De opkomende wetenschap van stedelijke skylines
In New York gaat ongeveer tweederde van het energieverbruik van de stad naar het koelen, verwarmen en verlichten van gebouwen. Het is vergelijkbaar in andere Noord-Amerikaanse steden.
De vormen van deze gebouwen bepalen voor een groot deel hoe deze energie uitstraalt naar de omgeving. Met andere woorden, de skyline van een stad is een belangrijke factor in haar ecologische voetafdruk.
Dat roept een interessante reeks vragen op. Hoe verschillen de vormen van gebouwen van stad tot stad, in het bijzonder met de grootte van de stad? En zou dit kunnen leiden tot een meer algemeen begrip van hoe het energieverbruik verandert naarmate steden groeien of krimpen?
Vandaag krijgen we een antwoord dankzij het werk van Markus Schlapfer van het Santa Fe Institute en zijn vrienden, die de vorm hebben geanalyseerd van bijna vijf miljoen gebouwen in steden van verschillende groottes in Noord-Amerika. Deze jongens zeggen dat er een eenvoudig verband bestaat tussen de gemiddelde bouwhoogte en de grootte van de stad en dat dit belangrijke implicaties heeft voor de manier waarop steden energie verbruiken.
Dit soort werk is mogelijk geworden doordat stedenbouwkundigen relatief eenvoudig de grootte van gebouwen kunnen meten met behulp van technieken als laser-ranging. Deze data wordt steeds vaker in het publieke domein geplaatst door de steden zelf of door open source projecten zoals OpenStreetMap.
Schlapfer en co hebben deze informatie eenvoudigweg gedownload van ongeveer vijf miljoen gebouwen uit 12 Noord-Amerikaanse steden. Deze varieerden van de grootste, New York en Los Angeles (met respectievelijk 20 miljoen en 13 miljoen inwoners), tot middelgrote steden zoals San Francisco en Austin (met respectievelijk vier miljoen en twee miljoen inwoners) tot kleine steden zoals Ann Arbor en Santa Fe (met respectievelijk 300.000 en 100.000 inwoners).
De maatverdeling laat een duidelijk patroon zien. Schlapfer en co zeggen dat de gegevens op het eerste gezicht overeenkomen met de algemene verwachting dat de gemiddelde hoogte van gebouwen toeneemt met de grootte van een stad en dat binnen een stad gebouwen dichter bij het centrum groter worden.
Maar een nadere beschouwing van de gegevens onthult enkele meer gedetailleerde patronen. Om te beginnen neemt in het centrum van steden de gemiddelde grootte van gebouwen toe met een bevolking van meer dan twee ordes van grootte. En dit weerspiegelt een verandering in de vorm van gebouwen van grotere, plattere constructies in kleinere steden naar grotere, smallere in grotere steden.
De reden voor deze trend is eenvoudig te modelleren. Naarmate de bevolking van een stad toeneemt, wordt grond duurder. De grondprijs stijgt immers sneller dan het persoonlijk inkomen. Dus de enige manier om het betaalbaar te maken, is door de hoeveelheid ruimte die mensen gebruiken te verminderen, een trend die uiteindelijk leidt tot sloppenwijken, of door het volume van gebouwen te vergroten door ze hoger te maken.
Omdat grond in stadscentra duurder is, zouden de gebouwen daar ook hoger moeten zijn.
In theorie zou deze trend goed moeten zijn voor de energie-efficiëntie. Hogere gebouwen worden meer kubussen en hebben dus over het algemeen een kleinere verhouding tussen oppervlakte en volume. Dit helpt gebouwen energiezuiniger te maken. We zien dat gebouwen groter worden met de grootte van de stad, wat de voorwaarden schept voor meer energie-efficiëntie op het gebied van klimaatbeheersing, zeggen Schlapfer en co.
Tot op zekere hoogte. In steden als New York en Boston heeft deze trend geleid tot de bouw van veel hogere wolkenkrabbers die minder energiezuinig zijn. De oppervlakte-tot-volumeverhouding neemt weer toe in de binnenstadskernen van grote steden, als gevolg van de toename van hoge, naaldachtige gebouwen, zeggen ze.
Er is echter een praktische grens aan de hoogte van gebouwen die wordt opgelegd door het volume van het gebouw dat moet worden gereserveerd voor liften, trappenhuizen, enzovoort. Veel architecten beschouwen het als vuistregel dat met de huidige technologie een gebouw hoger dan ongeveer 100 verdiepingen economisch niet haalbaar is, zegt het team.
Ze concluderen dat de vormen van gebouwen in Noord-Amerikaanse steden gemiddeld samenkomen in een kubusachtige vorm naarmate steden groter worden - dat is de meest energiezuinige vorm.
Dat zou belangrijke implicaties moeten hebben voor het energieverbruik in toekomstige megasteden. Over de hele wereld convergeren de bevolkingen naar steden in een tempo dat de grootste en snelste periode van stadsopbouw in de geschiedenis veroorzaakt.
Stedenbouwkundigen verwachten dat het stedelijk weefsel in opkomende steden alles zal overtreffen wat tot nu toe is gebouwd. Zo heeft China tussen 2011 en 2013 meer beton gestort dan de VS in de hele 20e eeuw hebben gebruikt.
Dat zal grote gevolgen hebben, aangezien het energieverbruik in deze steden onvermijdelijk zal toenemen.
De nieuwe wetenschap van skylines zou stadswetenschappers moeten helpen om de betrokken processen te begrijpen. Maar in hoeverre ze de gevolgen voor het milieu kunnen helpen verzachten, is minder duidelijk.
Referentie: arxiv.org/abs/1512.0946 : Stedelijke skylines: hoogtes en vormen van gebouwen als maatstaven voor de grootte van de stad