Vertikale Stadt – Mit Helium Gewicht reduzieren?

Es wäre nicht effektiv.

Das Gebäude wäre leichter als ein Gebäude mit denselben mit Luft gefüllten Röhren, aber das Helium wird wahrscheinlich nicht einmal das Gewicht der Röhren ausgleichen. Es gibt alternative Hebegase, die einen unterschiedlichen potenziellen Auftrieb bieten , aber es ist unwahrscheinlich, dass Sie selbst mit Vakuum (dem besten Füllstoff zum Heben von Volumina) einen signifikanten Nutzen erzielen würden.

Es ist tatsächlich weniger effektiv, je höher das Gebäude geht. Wenn die Atmosphäre weniger dicht wird, nimmt das Auftriebspotential ab.

Es würde nicht funktionieren.

Die Verwendung leichterer Gase zum Auftrieb basiert auf Auftrieb. Das leichtere Gas ist weniger dicht als die Luft um es herum, also drückt die Luft um es herum es nach oben, genau wie das dichtere Wasser ein Boot an die Oberfläche drückt. Die theoretische Grenze dieses Prozesses besteht darin, die leichteste Füllung zu verwenden: Vakuum. An diesem Punkt erhalten Sie einen Auftrieb, der der verdrängten Luftmasse entspricht.

Luft ist ungefähr ein Kilogramm pro Kubikmeter (eigentlich 1,225 kg/m3, aber wir können runden, um die Visualisierung zu vereinfachen). Dies bedeutet, dass ein typischer 10-kg-Schlackenstein 10 Kubikmeter verdrängte Luft benötigen würde. Die Zahlen sind eigentlich noch schlimmer, weil man auch das Material mit dem Leichtgas oder Vakuum mit einberechnen muss, aber bei Baustoffen sind die Zahlen auch ohne diese Korrektur eindeutig genug. Hier ist ein Maßstab dafür:

Betrachten wir nun eine typische Wolkenkratzerkonstruktion aus Stahl. Die Masse von Stahlträgern kann stark variieren, aber die Art, die sie in Wolkenkratzern verwenden, beträgt ungefähr 50 kg pro linearem Fuß. Somit würde ein 100 Fuß hohes Gebäude (ungefähr 10 Stockwerke) einen Träger von 100 Fuß Länge oder 5000 kg benötigen. Das sind 5000 Kubikmeter Gas zu heben. Das ist ziemlich nah an der Füllung eines Goodyear-Luftschiffs, und das ist nur, um einen Träger anzuheben:

Das größte jemals geflogene Luftschiff war die Hindenburg mit 200.000 Kubikmetern. Das reicht aus, um 200.000 kg Masse in die Luft zu heben. Hindenburg hob offensichtlich weniger, weil seine Füllung aus Wasserstoff und nicht aus reinem Vakuum bestand und die Masse seiner Haut berücksichtigt werden musste. Die tatsächliche Masse der Fracht/Besatzung betrug etwa 10.000 kg, 1/20 der theoretischen Werte, also hätte es zwei dieser 10-stöckigen Träger heben können.

Was wäre, wenn wir es ernst meinen? Was wäre, wenn wir alle Grenzen in den Wind schlagen und einfach entscheiden würden, eines der World Trade Center anzuheben (bevor sie zusammenbrechen). Aufzeichnungen zeigen, dass jeder Turm etwa 450.000.000 kg wiegt, also 450.000.000 m3 Gas. Das wären 0,45 Kubikkilometer Gas. Das ist kein großes Gebiet für die Natur, aber das ist eine enorme Größe für ein menschliches Bauwerk (der Hoover-Staudamm kommt auf etwa 1/200 dieses Betonvolumens). Das ist nur ein Gebäude zu heben!

Und all das ignoriert die strukturellen Herausforderungen, die mit solchen Auftriebsquellen einhergehen. Es ignoriert die gesamte Masse der Haut und Verkabelung, die erforderlich sind, um die Dinge tatsächlich zu unterstützen. Wenn das Hindenburg-Verhältnis von theoretischen 200.000 kg auf tatsächliche 10.000 kg vergrößert wird, müsste diese Gashülle ein Volumen von 9 Kubikkilometern haben!

Wie groß sind diese Zahlen? Nun, selbst bei Verwendung der theoretischen Geschwindigkeit müssen Sie entweder Vakuum (was sehr schwere Häute erfordert) oder Wasserstoff verwenden. Warum kein Helium? Moderne Schätzungen gehen davon aus, dass in Nordamerika (tief in Erdgasvorkommen) nur noch etwa 0,25 Kubikkilometer Helium vorhanden sind. Sie würden buchstäblich einen guten Teil des verbleibenden Heliums der Welt verbrauchen, um die Arbeit zu erledigen!

Und so bleiben wir am Boden. Wenn Sie Hebegase wirklich auf diese Weise nutzen möchten, würde ich einen Blickwechsel empfehlen. Anstatt mit einer Stadt zu beginnen und zu versuchen, sie hochzuheben, beginnen Sie mit einem Luftschiff und versuchen Sie herauszufinden, wie Sie das Konzept einer Stadt anpassen können, um darin zu funktionieren. Es ist viel einfacher, die Meinung der Menschen über Städte zu ändern, als eine Stadt in die Luft zu heben.

Ok, verzichten wir erstmal auf das Röhrenkonzept. Helium ist atmungsaktiv. Ersetzen Sie einfach den Stickstoff in der Luft durch Helium. Dadurch wird das Heliumvolumen im Gebäude maximiert.

Schauen wir uns das Empire State Building ( PDF ) an. Es ist etwa hundert Stockwerke (102). Etwa 365.000 Tonnen. Enthält 37 Millionen Kubikfuß Volumen. Nennen Sie es 100 Kubikfuß pro Tonne Gewicht.

Es sind 28 Liter pro Kubikfuß und jeder Liter Stickstoffluft wiegt ungefähr ein Gramm weniger als jeder Liter Heliumluft . Das sind also 28 Gramm pro Kubikfuß. Also ungefähr 3 kg pro Tonne. Oder eine Reduzierung des Nettogewichts um 0,3 %.

Etwa alle 300 Stockwerke würde dies genug Gewicht einsparen, um ein zusätzliches Stockwerk hinzuzufügen. Und das setzt voraus, dass es keine Gewichtskosten gibt, um das Helium im Inneren zu versiegeln. Wie ersetzt man Kohlendioxid durch Sauerstoff? Normalerweise würde der Gasaustausch das erledigen. Aber das würde auch das Helium durch Stickstoff ersetzen. Wenn also für die Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff Geräte oder Pflanzen benötigt werden, die mehr als 0,3 % des Gebäudegewichts wiegen, verlieren Sie Ihren Vorteil.

Ich hasse es, nein zu sagen, aber...

Nicht wirklich. Die Rohre würden die Leichtigkeit des Heliums praktisch aufheben, die Konstruktion beeinträchtigen und, was noch wichtiger ist, das gesamte Gebäude einnehmen. Nehmen wir ein Luftschiff. Es hat ein winziges Auto und einen riesigen Ballon, der mindestens zehnmal so groß ist wie er. Sie machen das mit einem Gebäude, und das Ganze ist voller Wasserstoff oder in Ihrem Fall Helium. Kein Platz mehr, außer einer winzigen Menge. Viel einfacher ist es, Gebäude mit einer Art Klammern aneinander zu stützen und so miteinander zu verbinden. Auf diese Weise können Sie auch diese Brückenidee verwenden. Je höher das Gebäude ist, desto weniger effektiv ist das Gas. Und aus gestalterischer Sicht haben Sie gerade das gesamte Gebäude mit einem hochentzündlichen Gas durchzogen und es neben ein paar andere Gebäude mit Tausenden von Menschen gestellt. Großer Badda-Boom!Das ist für Wasserstoff. Für Helium haben Sie ein potenziell verheerendes alternatives Medium hinzugefügt, das Sie nicht atmen können. Plötzlich entsteht ein winziges Leck, und die Leute fangen an, mit hohen Stimmen zu reden, und kippen dann um.

TLDR: Am Ende besteht das Gebäude hauptsächlich aus besagten Rohren und dem Gas darin, was in einer oder mehreren Hinsichten tödlich ist.

Meine Vermutung: JA, wenn Sie das Design ändern. Hier ist der Grund:

Nun, wenn ein Skylifter** 150 Tonnen heben kann, könnte ein Skylifter dann nicht am Ende eines Wolkenkratzers oder sogar an einigen befestigt werden?

Bedenken Sie:

1) Wenn das Gebäude aus Carbon-Verbundwerkstoffen oder CNT besteht, könnte es ziemlich stark und leicht sein, viel mehr als die heutigen Gebäude. Definitiv <150 Tonnen. Und diese werden immer billiger in der Herstellung. Die Forschung zu BNNT ist in Bezug auf die Stärke sogar noch vielversprechender.

2) Bedenken Sie dann, dass die Gebäude (entweder im Himmel, am Boden befestigt oder Wolkenkratzer) nicht viele schwere Dinge wie Schwimmbäder oder Autos in sich haben müssen (sie können auf dem Boden stehen). Und leichte VTOL-Fahrzeuge für den Transport, Start vom Dach (Prototypen bereits hergestellt).

3) Die Röhren in den Wänden würden aus eben beschriebenen Gründen nicht funktionieren - zu klein. Aber auch ganze Karbon-Verbundwände könnten mit Helium gefüllt werden. Dies würde das Gewicht des Baumaterials ausgleichen. Jemand erwähnte das Einatmen von Helium als Risiko. Nicht wirklich: Taucher & Kinder atmen auf Partys Helium ein. Es wäre nur eine Gefahr, wenn sie auch keinen Sauerstoff hätten. Und haben wir nicht sowieso Notfallsysteme für Gefahren?

Warum wäre dieses modifizierte Design nicht machbar, wenn all diese Technologie bereits existiert, nur nicht zusammengestellt wurde? Sieht für mich machbar aus =^)

Ich denke, manchmal haben die Leute das Gefühl, es zeige Intelligenz, um zu zeigen, warum etwas nicht funktionieren kann, anstatt Designs zu entwickeln, die Probleme lösen. Darum geht es bei Engineering & Design.

** http://www.skylifter.de

Nein, die Hubkapazität würde das Gewicht nicht ausreichend ausgleichen, um sich darum zu kümmern. Stattdessen würde ich ein Kohlenstoff-Nanoröhren-ähnliches Baumaterial handschwenken, das stärker als Stahl ist, aber so viel wiegt wie Styropor.

Das Gewicht des Gebäudes basiert auf festen Materialien, nicht auf Gas. Luftschiffe verwenden Helium nicht, um Gewicht zu verlieren, sondern um sich über Wasser zu halten.

Der Grund, warum moderne Wolkenkratzer nicht wie die klassischen Gebäude (Notre Dame, das Kolosseum, um nur einige zu nennen) aus Stein gebaut werden können, ist, dass jedes größere Gebäude der Schwerkraft widersprechen würde. Aus diesem Grund werden moderne Wolkenkratzer über die Vorhangfassade gebaut. Einzelheiten zu den Vor- und Nachteilen der Vorhangfassade finden Sie hier: https://en.wikipedia.org/wiki/Curtain_wall_%28architecture%29