Канализация по-прежнему работает, как всегда

Система DWV (дренаж-сброс-вентиляция) в высотном здании на самом деле очень похожа на домашнюю — она просто больше! Принципы (в основном гравитационный поток), благодаря которым система DWV в здании работает, прекрасно масштабируются в зависимости от размера здания.

Что касается канализации под улицами, то в таком городе наверняка будут отдельные канализации — у вас просто слишком много санитарного стока, чтобы позволить себе проливание неочищенных сточных вод из-за переполнения канализации, вызванного дождем. В ваших зданиях будут водосточные системы, которые просто подключаются к водосточным трубам к системе ливневой канализации, а их система DWV подключается к канализации. Обе эти системы будут в основном подземными реками — в самом крайнем случае вы получите эффект «река поверх реки», когда система ливневой канализации будет построена поверх канализационной системы, а ваши улицы построены над ливневыми стоками, с инженерные каналы / туннели, фланкирующие их для других коммуникаций.

Поднимите давление, чтобы вода поступала туда, куда вы хотите

Для подачи воды на верхушки таких высоких зданий обязательны высокопроизводительные насосы , как для пожаротушения, так и для бытового обслуживания. В этих суперзданиях будут избыточные пожарные насосы (из-за критичности задействованных служб), питающие комбинированные системы спринклеров с мокрым напором / мокрого стояка ( нет другого способа потушить пожар в высотном здании размером с Землю, не говоря уже о Корусканте ). первого размера -- One Meridian Plaza и First Interstate Bank научили нас тому, чтоуже), в дополнение к насосу, предназначенному для обеспечения достаточного давления бытовой воды, чтобы достичь верхней части здания. На каждом этаже потребуются редукционные клапаны, чтобы предотвратить попадание высокого давления в стояке/вертикальной магистрали на приспособления и их повреждение, в то время как сами насосы должны будут достигать давления, вероятно, в тысячи фунтов на квадратный дюйм (такое давление более характерно для движущей гидравлики). чем водоснабжение), и вам придется время от времени нуждаться в тормозных баках, чтобы давление насоса не стало совершенно неразумным. Между прочим, хорошая установка буферного резервуара будет накачивать воду в резервуар, а затем под действием силы тяжести - таким образом можно легко использовать резервные насосы, и даже если все насосы выйдут из строя, будет доступен ограниченный запас воды.

Вечер жарко и холодно

Закон квадрата-куба здесь работает в нашу пользу — расширение здания выгодно с точки зрения тепловых характеристик, поскольку предельные потери тепла снижаются по мере дальнейшего увеличения размера. Тем не менее, нагрузки на отопление и охлаждение будут по-прежнему высокими. Высокопроизводительная, слегка застекленная оболочка (по сравнению с эстетикой постмодернистских высотных зданий с остеклением повсюду) станет необходимостью в этих суперзданиях, и они, вероятно, будут вынуждены полагаться на распределенную вентиляцию, чтобы позволить структурной конструкции предотвратить эффект дымовой трубы путем размещения воздушных барьеров между этажами, либо с механическими полами, подающими транспортную среду (пар, воду, хладагент) к воздухообрабатывающим устройствам в каждом отсеке, либо с полным HVAC для каждого отсека. Нагрев воды для бытовых нужд будет осуществляться таким же образом — либо косвенными баками от тепловых контуров HVAC,

Большая власть - большие проблемы

И последнее, но не менее важное: у нас есть электрическая и коммуникационная инфраструктура, необходимая для такого мегаздания — набор «магистралей» среднего напряжения с сопутствующими оптоволоконными кабелями будет проложен в хорошо защищенных от огня вертикальных шахтах в ядре здания вместе с другими строительными службами. с сухими трансформаторами на каждом этаже для обеспечения низкого напряжения для освещения, розеток и приборов. Упомянутые трансформаторы, скорее всего, будут объединены в так называемую вторичную сеть , чтобы повысить надежность электроснабжения, в то время как оптоволокно будет питать распределительные узлы на каждом этаже (по аналогии с гибридным волоконно-коаксиальным узлом кабельного телевидения или пассивной оптической сетью). если на то пошло, с основным голосовым сервисом, предоставляемым через некоторый тип настройки передачи голоса по IP).

Резервные каналы будут предусмотрены как для питания, так и для связи, чтобы не допустить, чтобы единичный сбой отключил питание или услуги передачи голоса/данных во всем здании, в то время как вторичные системы также могут присутствовать для питания (например, низковольтная вспомогательная система питания связи). чтобы играть роль батарей центрального офиса 48 В в системе POTS) и связи (потребуется телефонная система пожарного, поскольку портативные радиостанции не годятся для пожарной команды, работающей в высотном здании). Кроме того, ключевые службы (пожарная безопасность и безопасность жизнедеятельности) будут иметь собственные резервные источники питания и т. п. (включая специальные генераторы или приводы двигателей).

Ой. Выход.

Все это обсуждение игнорирует одну утилиту, которая необходима для каждого высотного здания, и это выход .. Вашим суперзданиям потребуется мощная, высокоэффективная система эвакуации, чтобы безопасно вывести людей в случае пожара, выброса химикатов или другой чрезвычайной ситуации, которая сделает часть здания непригодной для эксплуатации. В то время как в высотных зданиях полная эвакуация обычно не требуется благодаря современной системе пожаротушения и огнеупорной конструкции, эвакуация в здании размером с Корусант становится гораздо более сложной задачей. В дополнение к герметичным, дымонепроницаемым лестничным шахтам башни, используемым в сегодняшней высотной конструкции, в таком мегаздании, вероятно, потребуется использовать лифты для эвакуации пассажиров с защитой от дыма, чтобы вывести людей с «безопасного» этажа на один или два этажа дальше. аварийной ситуации к назначенному убежищу или другим средствам выхода, а также с использованием любых имеющихся надземных мостов в качестве горизонтальных выходовчтобы эвакуированные могли укрыться в соседних домах.

Емкость выхода будет другой проблемой также. Лифты для эвакуации пассажиров, хотя и обеспечивают доступность и определенную скорость на большие вертикальные расстояния, борются с плавным перемещением больших толп людей. Лестницы обеспечивают высокую пропускную способность и плавный поток за счет требований к пространству и физической подготовке; даже в этом случае вам, вероятно, потребуется больше, чем типичный набор лестничных клеток ядра высотного здания, чтобы обеспечить выход с полной пропускной способностью, особенно если на верхних этажах присутствуют помещения с высокой плотностью населения, такие как актовые залы. То, что называется лестницей-ножницами , может обеспечить полезный прирост пропускной способности на единицу объема пространства, хотя у них есть и обратная сторона: то, что делает одну из них непригодной для жилья, вероятно, сделает непригодной и другую ступеньку лестницы-ножницы.

И это до того, как вы столкнетесь с проблемами, которые добавят ко всему этому зоны герметизации! Установка шлюзов на путях эвакуации является основным препятствием для массового выхода, не говоря уже о перепадах давления, действующих на выходных дверях, до такой степени, что без тщательного проектирования выходы могут стать совершенно неработоспособными.

В обычных домах 3 трубы: вода, канализация, газ... и 2-3 провода: электричество и связь (телефон и/или кабельное ТВ). Для небоскреба просто больше и больше проводов, а в супернебоскребе не будет газа.

Все приключения будут в пресной воде

При гравитации Земли столб воды высотой 2 фута весит 1 фунт на квадратный дюйм. В нижней части этой колонны будет давление около 1 фунта на квадратный дюйм (PSI). Это британский PSI, так что это должно быть галактической единицей с помощью того же механизма, что инопланетяне говорят по-английски .

Таким образом, столб воды высотой 100 футов создаст напор 50 фунтов на квадратный дюйм . Теперь ваша домашняя сантехника работает при давлении около 35-70 фунтов на квадратный дюйм, а водонапорные башни обеспечивают это пассивно.

Высота верхнего этажа Бурдж-Халифа составляет 1918 футов, или около 1000 фунтов на квадратный дюйм, чтобы поднять туда воду. Труба на 2000 фунтов на квадратный дюйм легкодоступна (недешева).

Как направить воду на вершину корускантского небоскреба высотой 20 000 футов? Не создав давление в 10 000 фунтов на квадратный дюйм — любая утечка станет водяным ножом , способным прорезать структуру здания, как световым мечом. Вместо этого у вас есть резервуары через каждые 1000 футов вверх по зданию, и вы перемещаетесь от бассейна к бассейну - требуется всего 500 фунтов на квадратный дюйм.

Имейте распределительные резервуары каждые 70 футов или около того, каждый резервуар обслуживает клиентов ниже следующего резервуара, чтобы каждый пассивно получал 35-70 фунтов на квадратный дюйм.

Канализация - не позволяйте ей наполняться

Давление возникает только в том случае, если труба полностью заполнена . Обычно канализационная труба представляет собой просто заполненный воздухом желоб, который не заполняется твердым телом, кроме как в самом низу, и создает давление, достаточное только для того, чтобы перемещать вещи по канализации сбоку на улицу. Таким образом, канализационная труба высотой 20 000 футов не является инженерной проблемой... если только у городских служб нет проблем . Тогда вы тоже.

Ой. Наддув.

На Земле у небоскреба высотой 20 000 футов была бы одна серьезная проблема. На высоте более 10 000 футов над уровнем моря люди не могли дышать. На самом деле вам пришлось бы герметизировать верхние этажи (примерно до 8000 футов над уровнем моря, как это делают реактивные лайнеры) или сдать их в аренду видам, которые предпочитают эти высоты на этой планете.

Повышение давления нарушит работу канализации. Вам, вероятно, понадобится механизм в конце каждой зоны герметизации, чтобы справиться с этим, чтобы предотвратить выдувание канализационной трубы из-за всего герметизации. Достаточно просто иметь собственную трубу на высоте наддува.

Я мог видеть здания высотой в несколько миль с десятками тысяч жителей, в основном автономные.

Как уже было сказано, системы канализации и водоснабжения останутся прежними, только крупнее. Но вместо того, чтобы идти в централизованное место в городе, где в случае утечки есть риск разлить десятки тысяч тонн неочищенных сточных вод, они будут направляться на очистную установку в подвале.

Сточные воды можно было бы обрабатывать обычным образом, а воду использовать для последующего использования, как это происходит сегодня. Шлам будет разделен, а соединения фосфора будут отправлены на близлежащие фермы для удобрения, а газ метан и любые остатки ила будут сожжены и преобразованы в электричество для здания. Эта дополнительная мощность будет использоваться для поддержки основной энергосистемы также на нижних уровнях.

Эта система поможет свести к минимуму количество воды и энергии, поступающих из города. Еще одним преимуществом является то, что разрыв в сети остановит не город, а только одно здание. Благодаря резервным генераторам и крупной септической системе здание могло продолжать функционировать до тех пор, пока не был сделан ремонт.

Предполагая, что энергия дешева, вы всегда можете излучать ее.

Что касается отходов, опять же, если энергия практически бесплатна (например, неограниченная мощность термоядерного синтеза), просто сожгите ее в небольшой электродуговой печи.

Вам все равно понадобятся водопроводные трубы. Но вы можете хранить дождевую воду на разных уровнях ваших зданий, перерабатывая ее по пути вниз. Позволить гравитации сделать свое дело. Или перекачивать его на верхние уровни поэтапно с накопительными баками между ними. Чистая вода идет вверх, плохая вода идет вниз. В таком случае жить на нижних этажах было бы настоящей радостью....

Сделайте переработку местной.

В последовательности этот кадр, происходящий из действия, ненадолго посещает некоторые нижние неиспользуемые области, которые можно назвать недрами города. Я предполагаю, что это именно то, что они будут.

Транспортировка довольно явно близка к вместимости, все, что вам не нужно отправлять на какое-либо расстояние, будет выигрышем. Вода, воздух, электроэнергия полностью взаимозаменяемы, и хотя они выигрывают от масштаба, требуемые объемы могут привести к тому, что транспортные расходы сведут на нет любые выгоды после определенного момента.

Если в башне живут десять тысяч человек, вы, вероятно, сэкономите на трубах и насосах, построив в ней установку по регенерации воды среднего размера, чем откачивая воду на огромную станцию ​​за много миль, а затем обратно.

Особенно, если координировать инфраструктуру сложно, например, если необходимо прервать обслуживание следующей башни, чтобы соединить вашу линию, или вам придется заплатить, чтобы добавить необходимую мощность в муниципальный центр обработки данных при строительстве башни, это может быть имеет смысл сделать их более или менее самодостаточными.

Небо не зависит от земли!

Если вы измените свою точку зрения, есть другое потенциальное решение.

Как вы управляете городом, который простирается на многие мили... вы не собираете все свои ресурсы в один конец и направляете их все из этого места в каждое здание в сети, вы распределяете их ПО ВСЕМУ городу.

Город высотой в несколько миль может расширить эту парадигму до третьего измерения...

• Каждые n историй у вас есть завод по переработке сточных вод... зачем отправлять его обратно вниз?
• Через каждые несколько этажей у вас идет сбор воды, зачем ждать, пока дождь дойдет до земли?
• Вырабатывается электроэнергия (ветер, ядерная энергия, возможно, гидроэлектростанция из падающей серой воды)
• Телекоммуникации распределены более или менее таким же образом даже в относительно небольших зданиях.
• Сельское хозяйство распределено по новым современным зданиям, в масштабе «мили» это может стать сельским хозяйством.

Это также открывает фантастические возможности для культурных и социальных различий.

Здания автономны

Для более глубокого обсуждения я рекомендую эпизод Исаака Артура об аркологиях — самодостаточных сооружениях со всеми их коммуникациями и большей частью собственной экономики, встроенных в них.

По сути, аркология — это построенная на земле космическая среда обитания. Другой способ думать об этом - город в банке. Отходы перерабатываются внутри, поэтому водоснабжение не является проблемой, еда часто выращивается внутри (для этого нужна только термоядерная энергия или достаточно продвинутая биоинженерия, а не магические технологии), и все, что может быть предоставлено внутри здания, есть. Вам не нужны репликаторы в стиле «Звездного пути» — просто жилое пространство для людей, которые там работают, разумный запас часто необходимых техников, инструментов и запасных частей, а также эквивалент центра выполнения заказов Amazon где-то там.

По сравнению с космической средой обитания, аркология не обязана быть такой уж самодостаточной и, по крайней мере, не обязана быть герметичной . Но большая часть дизайна похожа, потому что вы не хотите, чтобы слишком много людей или товаров приходили и уходили. Точно так же, как сегодня вы можете прожить всю свою жизнь в городе, не покидая его, вы могли бы прожить всю свою жизнь в аркологии, если бы захотели.

Существенная проблема с традиционными небоскребами в чрезвычайно больших масштабах заключается в том, что потребности здания в потреблении увеличиваются с увеличением объема здания, но возможность доставки материалов в здание и из него увеличивается только с площадью поверхности здания. Забудьте о виде с верхнего этажа — вся внешняя оболочка здания должна быть погрузочной площадкой или гаражом! В концепциях, не связанных с вездесущими летательными аппаратами, все, что входит и выходит из здания, должно проходить не только через край здания, но и через первый этаж ., поэтому доступная скорость потока материалов по существу фиксирована, и здания не могут стать намного больше, чем сейчас. У нас уже есть проблемы с въездом и выездом из небоскребов в часы пик. Проектирование лифтовых шахт сверхвысоких зданий уже является серьезной проблемой, и проектировщики изобретают новые способы ее решения. Таким образом, вы держите внутри здания все, что можете.

Установка для утилизации отработанного тепла становится основным внешним коммунальным предприятием, к которому должна подключаться аркология, особенно если у нее есть собственная термоядерная электростанция. Даже современные небоскребы вынуждены включать свои кондиционеры в разгар зимы, а в городских центрах жарче, чем в окружающей среде, отчасти из-за тепла, выделяемого в больших зданиях . Для аркологии тепловые насосы с воздушным охлаждением не подойдут. Что-то вроде контура охлаждения расплавленного натрия было бы более полезным.

В некотором смысле архитектура построения аркологий аналогична компьютерной архитектуре. Ранние компьютеры (скажем, с 1970-х до середины 1980-х годов) обрабатывали относительно мало данных, и ЦП мог взаимодействовать с памятью и периферийными устройствами на своей собственной скорости. ЦП стали быстрее, и пришлось изобретать кеш-память ОЗУ, чтобы ЦП не проводил большую часть своего времени в ожидании системной ОЗУ. Более поздние процессоры получали все больше и больше уровней кеша ОЗУ с различной скоростью, потому что кешу требовался собственный кеш. Со временем оперативная память и периферийные устройства начали перемещаться непосредственно на сам ЦП, и теперь у нас есть интегрированные системы на кристаллах, включающие все, кроме компонентов питания и пользовательского интерфейса. Большая часть фактического пространства внутри чипа используется только для хранения или перемещения сигналов с места на место, а не для реальных вычислений. И существенным ограничивающим фактором производительности является потребляемая мощность и тепловыделение.

Развитие аркологии может быть эволюционным, а не революционным. Одним из примеров того, что находится на пути к аркологии, является кампус Массачусетского технологического института . По кампусу можно путешествовать почти куда угодно, не выходя на улицу, как и большинство университетов, он обеспечивает базовые жизненные потребности студентов и даже имеет собственную электростанцию. Конечно, это не совсем самодостаточно - им все еще нужно привозить почти все извне - но, вероятно, студенты, которые там живут, чувствуют себя самодостаточными. Архитектура, похожая на аркологию, также была предложена для будущей штаб-квартиры Amazon HQ2, даже если она не содержится в одном высотном здании.