En stadens skyline ger ett enkelt sätt att mäta energieffektivitet, säger urban forskare.
I New York, ungefär två tredjedelar av stadens energianvändning går till kylning, uppvärmning och belysning i byggnader. Det är liknande i andra Nordamerikanska städer.
De former av dessa byggnader till stor del att avgöra hur denna energi strålar ut i miljön. Med andra ord, en stadens skyline är en viktig faktor i dess carbon footprint.
Det väcker en intressant uppsättning av frågor. Hur gör byggnaden former varierar från en stad till nästa, i synnerhet med stadens storlek? Och kan detta leda till en mer allmän förståelse av hur energianvändningen förändras i takt med att städerna växa eller krympa?
Idag får vi ett svar tack vare Markus Schlapfer vid Santa Fe Institute och kompisar, som har analyserat form av nästan fem miljoner byggnader i städer av olika storlekar i hela Nordamerika. Dessa killar säger att det är en enkel relation mellan den genomsnittliga byggnadens höjd och stadens storlek och att detta har betydelse för hur städer konsumerar energi.
Denna typ av arbete har blivit möjligt eftersom urban forskare kan mäta storleken på byggnaderna på ett relativt enkelt att använda metoder såsom laser allt. Denna data är allt som stoppas i public domain av städerna själva eller av öppen källkod-projekt som OpenStreetMap.
Schlapfer och co helt enkelt hämtat denna information från runt fem miljoner byggnader från 12 Nordamerikanska städer. Dessa sträckte sig från det största, New York och Los Angeles (med en befolkning på 20 miljoner kronor och 13 miljoner euro), mellanstora städer som San Francisco och Austin (med en befolkning på fyra miljoner och två miljoner euro) till små städer som Ann Arbor och Santa Fe (med en befolkning på 300 000 och 100 000 respektive).
Storleksfördelningen visar ett tydligt mönster. Schlapfer och co säger att vid första anblicken data matchar den allmänna förväntan att den genomsnittliga höjden för byggnader ökar med stadens storlek och att inom en stad, byggnader få längre närmare centrum.
Men en närmare titt på data avslöja några mer detaljerade mönster. Till att börja med, i centrum av städer, i genomsnitt byggnad ökar i storlek med en befolkning på över två storleksordningar. Och detta återspeglar en förändring i form av byggnader från större, plattare strukturer i mindre städer längre, smalare i större städer.
Anledningen till denna trend är enkelt att modellen. Eftersom befolkningen i en stad ökar, mark blir dyrare. Ja, mark priset ökar snabbare än personliga inkomst. Så det enda sättet att göra det rimliga är att minska den mängd utrymme som människor använder, en trend som så småningom resulterar i slummen, eller för att öka volymerna av byggnader genom att göra dem längre.
Eftersom mark är dyrare i stadens centrum, byggnader bör vara högre där också.
I teorin kan denna trend skulle vara bra för energieffektivitet. Högre byggnader blir mer som kuber och så har i allmänhet en mindre förhållandet mellan yta och volym. Detta bidrar till att göra byggnader mer energieffektiva. “Ser vi att bygga storlekar inte ökar med stadens storlek, skapa förutsättningar för ökad energieffektivitet i form av klimatkontroll,” säger Schlapfer och co.
Upp till en punkt. I städer som New York och Boston denna trend har lett till byggandet av mycket högre skyskrapor som är mindre energieffektiva. “Surface-to-volym förhållandet ökar igen i centrala kärnor i de stora städerna, på grund av spridning av tall, nål-liknande byggnader”, säger de.
Det finns dock en praktisk gräns till höjden för byggnader som tas ut av volymen av byggnad som ska användas för hissar, trapphus och så vidare. “Många arkitekter ser det som en tumregel som med nuvarande teknik en byggnad längre än sex ca 100 berättelser är inte ekonomiskt försvarbart, säger teamet.
De drar slutsatsen att i genomsnitt former av byggnader i Nordamerikanska städer som sammanstrålar på en kub-liknande form som städerna blir större—det är den mest energieffektiva formen.
Som bör ha viktiga konsekvenser för energianvändning i framtiden megastäder. Hela världen, befolkningen konvergerande på städer i en takt som driver de största och mest snabba period av staden byggnad i historien.
Stadsplanerare förväntar dig den urbana strukturen i de växande städerna för att överskrida alla som har byggts hittills. Kina, till exempel, hällde i mer konkreta mellan 2011 och 2013 än OSS används i hela 20-talet.
Som kommer att få betydande konsekvenser eftersom den energi som används i dessa städer kommer oundvikligen att öka.
Den nya vetenskapen horisonter bör hjälpa urban forskare för att förstå de processer som är involverade. Men till vilken grad de kan hjälpa till att lindra konsekvenserna för miljön är mindre tydlig.
Ref: arxiv.org/abs/1512.00946 : Urban Horisonter: att Bygga Höjder Och Former Som mått På Stadens Storlek