The Emerging Science of Urban Skylines

I New York går ungefär två tredjedelar av stadens energianvändning till kylning, uppvärmning och belysning av byggnader. Det är liknande i andra nordamerikanska städer.

Formerna på dessa byggnader avgör till stor del hur denna energi strålar ut i miljön. Med andra ord är en stads skyline en viktig faktor för dess koldioxidavtryck.

Det väcker en intressant uppsättning frågor. Hur varierar byggnadsformerna från en stad till en annan, särskilt med stadens storlek? Och kan detta leda till en mer allmän förståelse för hur energiförbrukningen förändras när städer växer eller krymper?

Idag får vi svar tack vare Markus Schlapfers arbete vid Santa Fe Institute och kompisar, som har analyserat formen på nästan fem miljoner byggnader i städer av olika storlekar över hela Nordamerika. Dessa killar säger att det finns ett enkelt samband mellan genomsnittlig byggnadshöjd och stadsstorlek och att detta har viktiga konsekvenser för hur städer konsumerar energi.

Den här typen av arbete har blivit möjligt eftersom stadsforskare relativt enkelt kan mäta storleken på byggnader med hjälp av tekniker som laseravstånd. Dessa data placeras i allt större utsträckning i det offentliga området av städerna själva eller av projekt med öppen källkod som OpenStreetMap.

Schlapfer och co laddade helt enkelt ner denna information från cirka fem miljoner byggnader från 12 nordamerikanska städer. Dessa sträckte sig från de största, New York och Los Angeles (med befolkning på 20 miljoner respektive 13 miljoner), till medelstora städer som San Francisco och Austin (med invånare på fyra miljoner respektive två miljoner) till små städer som Ann Arbor och Santa Fe (med befolkningar på 300 000 respektive 100 000).

Storleksfördelningen visar ett tydligt mönster. Schlapfer och co säger att uppgifterna vid första anblicken matchar den allmänna förväntningen att medelhöjden på byggnader ökar med stadens storlek och att inom en stad blir byggnader högre närmare centrum.

Men en närmare titt på uppgifterna avslöjar några mer detaljerade mönster. Till att börja med, i centrum av städerna, ökar den genomsnittliga byggnadsstorleken med befolkningen över två storleksordningar. Och detta speglar en förändring i formen på byggnader från större, plattare strukturer i mindre städer till högre, smalare i större städer.

Anledningen till denna trend är enkel att modellera. När befolkningen i en stad ökar blir marken dyrare. Faktum är att markpriset ökar snabbare än den personliga inkomsten. Så det enda sättet att göra det överkomligt är att minska mängden utrymme som människor använder, en trend som så småningom resulterar i slumområden, eller att öka volymerna på byggnader genom att göra dem högre.

Eftersom mark är dyrare i stadskärnor bör byggnaderna vara högre också där.

I teorin borde denna trend vara bra för energieffektiviteten. Högre byggnader blir mer som kuber och har därför generellt ett mindre förhållande mellan yta och volym. Detta bidrar till att göra byggnader mer energieffektiva. Vi ser att byggnadsstorlekarna ökar med stadens storlek, vilket skapar förutsättningar för ökad energieffektivitet när det gäller klimatkontroll, säger Schlapfer och co.

Till en viss punkt. I städer som New York och Boston har denna trend lett till byggandet av mycket högre skyskrapor där de är mindre energieffektiva. Yta-till-volymförhållandet ökar igen i centrala kärnor i stora städer, på grund av spridningen av höga, nålliknande byggnader, säger de.

Det finns dock en praktisk gräns för höjden på byggnader som bestäms av den byggnadsvolym som måste ägnas åt hissar, trapphus och så vidare. Många arkitekter ser det som en tumregel att med dagens teknik en byggnad högre än cirka 100 våningar inte är ekonomiskt lönsam, säger teamet.

De drar slutsatsen att formerna på byggnader i nordamerikanska städer konvergerar i en kubliknande form när städerna blir större - det är den mest energieffektiva formen.

Det borde få viktiga konsekvenser för energianvändningen i framtida megastäder. Över hela världen konvergerar befolkningen till städer i en takt som driver på historiens största och snabbaste period av stadsbyggande.

Stadsplanerare förväntar sig att stadsväven i utvecklingsstäder ska överträffa allt som har byggts hittills. Kina, till exempel, hällde mer betong mellan 2011 och 2013 än vad USA använde under hela 1900-talet.

Det kommer att få betydande konsekvenser eftersom energianvändningen i dessa städer oundvikligen kommer att öka.

Den nya vetenskapen om skylines bör hjälpa stadsforskare att förstå de processer som är involverade. Men i vilken utsträckning de kan bidra till att mildra konsekvenserna för miljön är mindre klart.

Ref: arxiv.org/abs/1512.00946 : Urban Skylines: Byggnadshöjder och former som mått på stadens storlek

Dölj