Устойчивая архитектура
Устойчивая архитектура — это архитектура , которая стремится свести к минимуму негативное воздействие зданий на окружающую среду за счет повышения эффективности и умеренности в использовании материалов, энергии, пространства для развития и экосистемы в целом. Устойчивая архитектура использует осознанный подход к сохранению энергии и экологии при проектировании искусственной среды. [ 1 ]
Идея устойчивости , или экологического дизайна , заключается в том, чтобы гарантировать, что использование имеющихся в настоящее время ресурсов не окажет пагубного воздействия на благосостояние будущего общества или не сделает невозможным получение ресурсов для других применений в долгосрочной перспективе. [ 2 ]
Фон
[ редактировать ]Часть серии о |
Устойчивая энергетика |
---|
Переход от узкого подхода к более широкому
[ редактировать ]Термин «устойчивое развитие» в отношении архитектуры до сих пор в основном рассматривался через призму строительных технологий и их преобразований. Выйдя за пределы технической сферы « зеленого дизайна », изобретений и опыта, некоторые ученые начинают позиционировать архитектуру в гораздо более широких культурных рамках взаимоотношений человека с природой . Принятие этой концепции позволяет проследить богатую историю культурных дебатов об отношении человечества к природе и окружающей среде с точки зрения различных исторических и географических контекстов. [ 3 ]
Эксплуатационный углерод против воплощенного углерода
[ редактировать ]На глобальное строительство приходится 38% общих мировых выбросов. [ 4 ] Хотя стандарты устойчивой архитектуры и строительства традиционно направлены на сокращение эксплуатационных выбросов углекислого газа, на сегодняшний день существует мало стандартов или систем для отслеживания и сокращения выбросов углекислого газа. [ 5 ] В то время как сталь и другие материалы ответственны за крупномасштабные выбросы, на один только цемент приходится 8% всех выбросов. [ 6 ]
Смена педагогов
[ редактировать ]Критики редукционизма модернизма часто отмечали отказ от преподавания истории архитектуры как причинный фактор. Тот факт, что ряд основных участников отклонения от модернизма прошли обучение в Школе архитектуры Принстонского университета, где обращение к истории продолжало быть частью обучения дизайну в 1940-х и 1950-х годах, имел большое значение. Растущий интерес к истории оказал глубокое влияние на архитектурное образование. Курсы истории стали более типичными и систематизированными. В связи с потребностью в профессорах, знающих историю архитектуры, в школах архитектуры возникло несколько программ докторантуры, чтобы отличаться от программ докторантуры по истории искусства, где ранее обучались историки архитектуры. В США первыми были Массачусетский технологический институт и Корнеллский университет , созданные в середине 1970-х годов, за ними следовали Колумбия , Беркли и Принстон . Среди основателей новых программ по истории архитектуры были Бруно Цви из Института истории архитектуры в Венеции, Стэнфорд Андерсон и Генри Миллон в Массачусетском технологическом институте, Александр Цонис в Архитектурная ассоциация , Энтони Видлер из Принстона, Манфредо Тафури из Венецианского университета, Кеннет Фрэмптон из Колумбийского университета , а также Вернер Охслин и Курт Форстер из ETH Zürich . [ 7 ]
Устойчивое использование энергии
[ редактировать ]Энергоэффективность на протяжении всего жизненного цикла здания является наиболее важной целью устойчивой архитектуры. Архитекторы используют множество различных пассивных и активных методов, чтобы снизить энергетические потребности зданий и повысить их способность улавливать или генерировать собственную энергию. [ 8 ] Чтобы минимизировать затраты и сложность, устойчивая архитектура отдает приоритет пассивным системам, чтобы использовать преимущество местоположения здания со встроенными архитектурными элементами, дополняя его возобновляемыми источниками энергии, а затем ресурсами ископаемого топлива только по мере необходимости. [ 9 ] Анализ площадки можно использовать для оптимизации использования местных ресурсов окружающей среды, таких как дневной свет и окружающий ветер, для отопления и вентиляции.
Использование энергии очень часто зависит от того, получает ли здание электроэнергию из сети или вне сети. [ 10 ] Автономные здания не используют энергию, предоставляемую коммунальными службами, а вместо этого имеют собственное независимое производство энергии. Они используют локальные хранилища электроэнергии, в то время как сетевые объекты возвращают излишки электроэнергии обратно в сеть.
Эффективность систем отопления, вентиляции и охлаждения
[ редактировать ]Со временем были разработаны многочисленные пассивные архитектурные стратегии. Примеры таких стратегий включают расположение комнат или определение размеров и ориентации окон в здании. [ 8 ] и ориентация фасадов и улиц или соотношение высоты зданий и ширины улиц для городского планирования. [ 11 ]
Важным и экономически эффективным элементом эффективной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) является хорошо изолированное здание . Более эффективное здание требует меньшего количества выделяемого или рассеиваемого тепла, но может потребовать большей мощности вентиляции для удаления загрязненного воздуха из помещения .
Значительное количество энергии вымывается из зданий с потоками воды, воздуха и компоста . Готовые технологии переработки энергии на месте могут эффективно улавливать энергию из отработанной горячей воды и застоявшегося воздуха и передавать эту энергию в поступающую свежую холодную воду или свежий воздух. Для возврата энергии из зданий, оставляющих компост, для других целей, кроме садоводства, требуются централизованные анаэробные варочные котлы .
Системы HVAC приводятся в действие двигателями. Медь , по сравнению с другими металлическими проводниками, помогает повысить эффективность использования электроэнергии двигателей, тем самым повышая устойчивость электрических компонентов здания.
Ориентация площадки и здания оказывает существенное влияние на эффективность системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в здании.
Пассивная солнечная конструкция здания позволяет зданиям эффективно использовать энергию солнца без использования каких-либо активных солнечных механизмов, таких как фотоэлектрические элементы или солнечные панели для нагрева воды . Обычно в конструкциях пассивных солнечных зданий используются материалы с высокой термической массой , которые эффективно сохраняют тепло, и прочная изоляция , предотвращающая утечку тепла. Проекты с низким энергопотреблением также требуют использования солнечной защиты с помощью навесов, жалюзи или ставен, чтобы уменьшить приток солнечного тепла летом и уменьшить потребность в искусственном охлаждении. Кроме того, здания с низким энергопотреблением обычно имеют очень низкое соотношение площади поверхности к объему, чтобы минимизировать потери тепла. Это означает, что разросшихся многокрылых зданий (которые часто считаются более «органичными») часто избегают в пользу более централизованных структур. Традиционные здания для холодного климата, такие как в американском колониальном стиле, конструкции соляных ящиков представляют собой хорошую историческую модель централизованной теплоэффективности в небольших зданиях.
Окна расположены так, чтобы максимизировать поступление теплового света и минимизировать потери тепла через стекло, являющееся плохим изолятором. В северном полушарии это обычно предполагает установку большого количества окон, выходящих на юг, для сбора прямых солнечных лучей, а также строгое ограничение количества окон, выходящих на север. Определенные типы окон, такие как изолированные окна с двойным или тройным остеклением с газонаполненными пространствами и покрытиями с низкой излучательной способностью (low-E) , обеспечивают гораздо лучшую изоляцию, чем окна с одинарным стеклом. Предотвращение избыточного поступления солнечной энергии с помощью солнцезащитных устройств в летние месяцы важно для снижения потребности в охлаждении. Лиственные деревья часто сажают перед окнами, чтобы их листья блокировали чрезмерное солнце летом, но пропускали свет зимой, когда листья опадают. Устанавливаются жалюзи или световые полки, которые пропускают солнечный свет зимой (когда солнце находится ниже в небе) и не пропускают его летом (когда солнце высоко в небе). Они имеют планки, как ставни, и отражают свет и радиацию, уменьшая блики во внутреннем пространстве. Усовершенствованные системы жалюзи автоматизированы, чтобы максимизировать дневной свет и контролировать внутреннюю температуру, регулируя их наклон. [ 12 ] хвойные или вечнозеленые растения, К северу от зданий часто высаживают чтобы защитить их от холодных северных ветров.
В более холодном климате системы отопления являются основным направлением для устойчивой архитектуры, поскольку они, как правило, являются одним из крупнейших источников утечки энергии в зданиях.
В более теплом климате, где охлаждение является первоочередной задачей, пассивные солнечные конструкции также могут быть очень эффективными. Строительные материалы для каменной кладки с высокой термической массой очень ценны для сохранения прохладной ночной температуры в течение дня. Кроме того, строители часто выбирают разросшиеся одноэтажные конструкции, чтобы максимизировать площадь поверхности и потери тепла. [ нужна ссылка ] Здания часто проектируются так, чтобы улавливать и направлять существующие ветры, особенно особенно прохладные ветры, дующие с близлежащих водоемов . Многие из этих ценных стратегий так или иначе используются в традиционной архитектуре теплых регионов, например, в миссионерских зданиях на юго-западе.
В климате с четырьмя сезонами эффективность интегрированной энергетической системы повысится: когда здание хорошо изолировано, когда оно расположено для работы с силами природы, когда тепло улавливается (для немедленного использования или хранения), когда тепло завод, работающий на ископаемом топливе или электричестве, имеет эффективность более 100%, а также при возобновляемых источников энергии использовании .
Производство возобновляемой энергии
[ редактировать ]Солнечные панели
[ редактировать ]Активные солнечные устройства, такие как фотоэлектрические солнечные панели, помогают обеспечить устойчивое электроснабжение для любых целей. Электрическая мощность солнечной панели зависит от ориентации, эффективности, широты и климата — солнечная энергия варьируется даже на одной и той же широте. Типичный КПД коммерчески доступных фотоэлектрических панелей составляет от 4% до 28%. Низкая эффективность некоторых фотоэлектрических панелей может существенно повлиять на срок окупаемости их установки. [ 13 ] Такая низкая эффективность не означает, что солнечные панели не являются жизнеспособной энергетической альтернативой. Например, в Германии солнечные панели обычно устанавливаются при строительстве жилых домов.
Крыши часто наклонены к солнцу, чтобы фотоэлектрические панели собирали энергию с максимальной эффективностью. В северном полушарии ориентация на юг максимизирует урожайность солнечных батарей. Если истинный юг невозможен, солнечные панели могут производить достаточную энергию, если они расположены в пределах 30° от юга. Однако в более высоких широтах зимняя выработка энергии будет значительно снижена при ориентации не на юг.
Чтобы максимизировать эффективность зимой, коллектор можно расположить под углом выше горизонтальной широты +15°. Чтобы максимизировать эффективность летом, угол должен составлять -15° по широте. Однако для годового максимального производства угол панели над горизонтом должен быть равен ее широте. [ 14 ]
Ветровые турбины
[ редактировать ]Использование малогабаритных ветряных турбин для производства энергии в устойчивых структурах требует учета многих факторов. С точки зрения затрат небольшие ветровые системы, как правило, дороже, чем более крупные ветряные турбины, относительно количества энергии, которую они производят. Для небольших ветряных турбин затраты на техническое обслуживание могут стать решающим фактором на объектах с ограниченными возможностями использования энергии ветра. На участках с низким уровнем ветра техническое обслуживание может потреблять большую часть доходов небольшой ветряной турбины. [ 15 ] Ветровые турбины начинают работать, когда скорость ветра достигает 8 миль в час, достигают мощности по производству энергии при скорости 32-37 миль в час и отключаются, чтобы избежать повреждений, при скорости, превышающей 55 миль в час. [ 15 ] Энергетический потенциал ветряной турбины пропорционален квадрату длины ее лопастей и кубу скорости вращения лопастей. Хотя доступны ветряные турбины, которые могут дополнять электроэнергию одного здания, из-за этих факторов эффективность ветряной турбины во многом зависит от ветровых условий на строительной площадке. По этим причинам, чтобы ветряные турбины были вообще эффективными, их необходимо устанавливать в местах, которые, как известно, получают постоянную силу ветра (со средней скоростью ветра более 15 миль в час), а не в местах, где ветер дует спорадически. [ 16 ] На крыше можно установить небольшой ветряк. Проблемы при установке включают в себя прочность крыши, вибрацию и турбулентность, вызванную выступом крыши. Известно, что небольшие ветряные турбины на крыше способны вырабатывать от 10% до 25% электроэнергии, необходимой для обычного домашнего жилища. [ 17 ] Турбины для домашнего использования обычно имеют диаметр от 7 футов (2 м) до 25 футов (8 м) и производят электроэнергию мощностью от 900 до 10 000 Вт при проверенной скорости ветра. [ 18 ]
Надежность систем ветряных турбин важна для успеха ветроэнергетического проекта. Непредвиденные поломки могут оказать существенное влияние на прибыльность проекта из-за логистических и практических трудностей замены критических компонентов ветряной турбины. Неопределенность долгосрочной надежности компонентов оказывает прямое влияние на степень уверенности, связанную с оценками стоимости энергии (COE). [ 19 ]
Солнечное отопление воды
[ редактировать ]Солнечные водонагреватели , также называемые солнечными системами горячего водоснабжения, могут быть экономичным способом получения горячей воды для дома. Их можно использовать в любом климате, а используемое ими топливо — солнечный свет — бесплатно. [ 20 ]
Существует два типа солнечных систем водоснабжения: активные и пассивные. Активная система солнечного коллектора может производить от 80 до 100 галлонов горячей воды в день. Пассивная система будет иметь меньшую пропускную способность. [ 21 ] Эффективность активной солнечной системы водоснабжения составляет 35-80%, а эффективность пассивной системы - 30-50%, что делает активные солнечные системы более мощными. [ 22 ]
Существует также два типа циркуляции: системы прямой циркуляции и системы непрямой циркуляции. Системы прямой циркуляции обеспечивают циркуляцию бытовой воды через панели. Их не следует использовать в климате с температурой ниже нуля. Косвенная циркуляция пропускает гликоль или другую жидкость через солнечные панели и использует теплообменник для нагрева бытовой воды.
Двумя наиболее распространенными типами коллекторных панелей являются плоские и вакуумные трубы. Оба работают одинаково, за исключением того, что вакуумные трубки не теряют тепло конвективно, что значительно повышает их эффективность (эффективность на 5–25%). Благодаря такой более высокой эффективности солнечные коллекторы с вакуумными трубками также могут обеспечивать более высокотемпературное отопление помещений и даже более высокие температуры для систем абсорбционного охлаждения. [ 23 ]
Электрические водонагреватели сопротивления, которые сегодня широко распространены в домах, потребляют электроэнергию около 4500 кВт·ч/год. Использование солнечных коллекторов позволяет сократить потребление энергии вдвое. Первоначальные затраты на установку солнечных коллекторов высоки, но с учетом ежегодной экономии энергии сроки окупаемости относительно короткие. [ 23 ]
Тепловые насосы
[ редактировать ]Воздушные тепловые насосы (ASHP) можно рассматривать как реверсивные кондиционеры. Как и кондиционер, ASHP может забирать тепло из относительно прохладного помещения (например, дома с температурой 70 °F) и отводить его в жаркое место (например, на улицу с температурой 85 °F). Однако, в отличие от кондиционера, конденсатор и испаритель ASHP могут переключаться между ролями и поглощать тепло из прохладного наружного воздуха и сбрасывать его в теплый дом.
Воздушные тепловые насосы недороги по сравнению с другими системами тепловых насосов. Поскольку эффективность воздушных тепловых насосов снижается, когда температура наружного воздуха очень низкая или очень высокая; поэтому их наиболее эффективно использовать в умеренном климате. [ 23 ] Однако, вопреки прежним ожиданиям, они также хорошо подходят для регионов с низкой температурой наружного воздуха, таких как Скандинавия или Аляска. [ 24 ] [ 25 ] В Норвегии, Финляндии и Швеции использование тепловых насосов значительно выросло за последние два десятилетия: в 2019 году в этих странах насчитывалось 15–25 тепловых насосов на 100 жителей, причем доминирующей технологией тепловых насосов была ASHP. [ 25 ] Аналогичным образом, более ранние предположения о том, что ASHP будут хорошо работать только в полностью изолированных зданиях, оказались ошибочными: даже старые, частично изолированные здания можно модернизировать с помощью ASHP и тем самым значительно снизить их энергопотребление. [ 26 ]
Влияние EAHP ( тепловых насосов вытяжного воздуха ) также изучалось в вышеупомянутых регионах и показало многообещающие результаты. Тепловой насос вытяжного воздуха использует электричество для извлечения тепла из вытяжного воздуха, выходящего из здания, перенаправляя его на ГВС ( горячую воду ), отопление помещений и подогрев приточного воздуха. В более холодных странах EAHP может восстановить примерно в 2–3 раза больше энергии, чем система воздухообмена. [ 27 ] В исследовании 2022 года, посвященном прогнозируемому сокращению выбросов в шведском регионе Кюменлааксо , был изучен аспект модернизации существующих многоквартирных домов (разного возраста) системами EAHP. Отдельные здания были выбраны в городах Котка и Коувола, их прогнозируемые выбросы углерода сократятся примерно на 590 тCO2 и 944 тCO2 соответственно с периодом окупаемости 7–13 лет. [ 28 ] Однако важно отметить, что системы EAHP могут не дать благоприятных результатов, если они установлены в здании с несовместимой мощностью выхлопных газов или потреблением электроэнергии. В этом случае системы EAHP могут увеличить счета за электроэнергию, не обеспечивая разумного сокращения выбросов углекислого газа (см. EAHP ).
Наземные (или геотермальные) тепловые насосы представляют собой эффективную альтернативу. Разница между двумя тепловыми насосами заключается в том, что один из теплообменников геотермального источника расположен под землей — обычно горизонтально или вертикально. Земляной источник использует преимущества относительно постоянных и умеренных температур под землей, а это означает, что их эффективность может быть намного выше, чем у воздушного теплового насоса. Для подземного теплообменника обычно требуется значительная площадь. Дизайнеры разместили их на открытой площадке рядом со зданием или под парковкой.
Наземные тепловые насосы Energy Star могут быть на 40–60 % более эффективными, чем их аналоги с воздушным источником. Они также тише и могут применяться для других функций, таких как нагрев горячей воды. [ 23 ]
С точки зрения первоначальной стоимости система геотермального теплового насоса стоит примерно в два раза дороже, чем устанавливаемый стандартный воздушный тепловой насос. Однако первоначальные затраты могут быть более чем компенсированы снижением затрат на электроэнергию. Снижение затрат на электроэнергию особенно заметно в регионах с типично жарким летом и холодной зимой. [ 23 ]
Другими типами тепловых насосов являются водоисточник и воздух-земля. Если здание расположено рядом с водоемом, пруд или озеро можно использовать в качестве источника или стока тепла. Тепловые насосы «воздух-земля» обеспечивают циркуляцию воздуха в здании по подземным воздуховодам. Из-за более высоких требований к мощности вентилятора и неэффективной теплопередачи тепловые насосы «воздух-земля» обычно не подходят для капитального строительства.
Пассивное дневное радиационное охлаждение
[ редактировать ]Пассивное дневное радиационное охлаждение использует крайний холод космического пространства в качестве возобновляемого источника энергии для достижения дневного охлаждения. [ 29 ] Обладая высоким коэффициентом отражения солнечной энергии для уменьшения притока солнечного тепла и сильной длинноволнового инфракрасного (LWIR) теплового теплопередачей излучения , поверхности радиационного охлаждения в дневное время могут обеспечить охлаждение внутренних и наружных помещений при нанесении на крыши, что может значительно снизить потребление энергии и затраты на охлаждение. [ 30 ] [ 31 ] Эти охлаждающие поверхности могут применяться в качестве панелей, обращенных к небу, подобно другим возобновляемым источникам энергии, таким как панели солнечной энергии , что позволяет легко интегрировать их в архитектурный дизайн. [ 32 ]
Применение крыши с пассивным дневным радиационным охлаждением может удвоить экономию энергии по сравнению с белой крышей. [ 33 ] а при нанесении в качестве многослойной поверхности на 10% крыши здания он может заменить 35% систем кондиционирования воздуха, используемых в самые жаркие часы дня. [ 34 ] Применение радиационного охлаждения в дневное время для охлаждения помещений внутри помещений растет, и, по оценкам, «размер рынка в 2025 году составит ~ 27 миллиардов долларов». [ 35 ]
Экологичные строительные материалы
[ редактировать ]Некоторые примеры экологически чистых строительных материалов включают переработанную джинсовую ткань или изоляцию из вспененного стекловолокна, древесину, полученную экологически чистым способом, трассу , линолеум , [ 36 ] овечья шерсть, пенобетон , римский бетон , [ 37 ] панели из бумажных хлопьев, обожженной земли, утрамбованной земли, глины, вермикулита, льняного полотна, сизаля, морской травы, зерен керамзита, кокоса, плит из древесного волокна, кальциевого песчаника, камня и скальной породы местного производства, а также бамбука , который является одним из самые сильные и быстрорастущие древесные растения , а также нетоксичные клеи и краски с низким содержанием летучих органических соединений . Бамбуковые полы могут быть полезны в экологически чистых помещениях, поскольку они помогают уменьшить количество загрязняющих частиц в воздухе. [ 38 ] В этом же помогает растительный покров или щит над ограждающими конструкциями. Бумага, изготовленная или изготовленная из лесной древесины, предположительно на сто процентов подлежит вторичной переработке, поэтому она регенерирует и сохраняет почти всю лесную древесину, которая используется в процессе производства. Существует недостаточно использованный потенциал систематического хранения углерода в искусственной среде. [ 39 ]
Натуральные продукты
[ редактировать ]Использование натуральных строительных материалов из-за их экологически чистых качеств – практика, наблюдаемая в народной архитектуре . Региональные архитектурные стили развиваются на протяжении поколений с использованием местных материалов. Такая практика снижает выбросы при транспортировке и производстве. [ 40 ] Регенеративные источники, использование отходов и возможность повторного использования – это устойчивые качества древесины, соломы, камня и глины. Изделия из клееной древесины, соломы и камня представляют собой низкоуглеродистые строительные материалы с большим потенциалом масштабируемости. Древесные изделия могут улавливать углерод, а камень имеет низкую энергию извлечения. Солома, в том числе конструкция из тюков , связывает углерод, обеспечивая при этом высокий уровень изоляции. Высокие теплотехнические показатели натуральных материалов способствуют регулированию условий интерьера без использования современных технологий. [ 40 ]
Использование древесины, соломы и камня в устойчивой архитектуре стало темой крупной выставки в Музее дизайна Великобритании. [ 41 ]
Переработанные материалы
[ редактировать ]Экологичная архитектура часто предполагает использование переработанных или бывших в употреблении материалов, таких как переработанная древесина и переработанная медь . Сокращение использования новых материалов приводит к соответствующему сокращению воплощенной энергии (энергии, используемой при производстве материалов). Часто устойчивые архитекторы пытаются модернизировать старые конструкции для удовлетворения новых потребностей, чтобы избежать ненужного развития. При необходимости используются архитектурные остатки и вторичные материалы. Когда старые здания сносят, часто любую хорошую древесину утилизируют, обновляют и продают в качестве напольного покрытия. Любой камень хорошего размера перерабатывается аналогичным образом. Многие другие детали также используются повторно, например, двери, окна, каминные полки и фурнитура, что снижает потребление новых товаров. Когда используются новые материалы, зеленые дизайнеры ищут материалы, которые быстро восполняются, такие как бамбук , который можно собирать для коммерческого использования уже через шесть лет роста, сорго или пшеничная солома, оба из которых являются отходами, которые можно спрессовать в панели или пробковый дуб , у которого для использования удаляется только внешняя кора, что позволяет сохранить дерево. По возможности строительные материалы можно собирать с самого участка; например, если новое строение строится в лесистой местности, древесина деревьев, срубленных, чтобы освободить место для здания, будет повторно использована как часть самого здания. Для изоляции ограждающих конструкций зданий также исследуются возможности использования более экспериментальных материалов, таких как «отходы овечьей шерсти», а также других отходов текстильного и агропромышленного производства, а недавние исследования показывают, что переработанная изоляция эффективна для архитектурных целей. [ 42 ]
Низколетучие органические соединения
[ редактировать ]Там, где это возможно, используются строительные материалы с низким уровнем воздействия: например, изоляция может быть изготовлена из материалов с низким уровнем выбросов летучих органических соединений , таких как переработанная джинсовая ткань или изоляция из целлюлозы , а не из строительных изоляционных материалов , которые могут содержать канцерогенные или токсичные материалы, такие как как формальдегид. Чтобы предотвратить повреждение насекомыми, эти альтернативные изоляционные материалы можно обработать борной кислотой . Можно использовать органические краски или краски на молочной основе. [ 43 ] Однако распространенным заблуждением является то, что «зеленые» материалы всегда лучше для здоровья жильцов и окружающей среды. Многие вредные вещества (включая формальдегид, мышьяк и асбест) имеют естественное происхождение и имеют историю использования с самыми благими намерениями. Исследование выбросов материалов, проведенное в штате Калифорния, показало, что некоторые экологически чистые материалы имеют значительные выбросы, тогда как некоторые более «традиционные» материалы на самом деле имеют меньшие выбросы. Таким образом, вопрос выбросов должен быть тщательно изучен, прежде чем прийти к выводу, что натуральные материалы всегда являются самой здоровой альтернативой для жителей и для Земли. [ 44 ]
Летучие органические соединения (ЛОС) можно найти в любом помещении из самых разных источников. ЛОС имеют высокое давление паров и низкую растворимость в воде и, как предполагается, вызывают синдрома больного здания симптомы типа . Это связано с тем, что многие ЛОС, как известно, вызывают сенсорное раздражение и симптомы со стороны центральной нервной системы, характерные для синдрома больного здания, концентрации ЛОС в помещении выше, чем в атмосфере снаружи, и когда присутствует много ЛОС, они могут вызывать аддитивные и мультипликативные эффекты. .
Обычно считается, что экологически чистые продукты содержат меньше летучих органических соединений и более полезны для здоровья человека и окружающей среды. Тематическое исследование, проведенное Департаментом гражданского, архитектурного и экологического проектирования Университета Майами, в ходе которого сравнивались три экологически чистых продукта и их незеленые аналоги, показало, что, хотя и экологически чистые продукты, и незеленые аналоги оба выделяют уровни ЛОС. , количество и интенсивность ЛОС, выделяемых экологически чистыми продуктами, были намного безопаснее и комфортнее для воздействия на человека. [ 45 ]
Органические материалы, выращенные в лаборатории
[ редактировать ]Обычно используемые строительные материалы, такие как древесина, требуют вырубки лесов, что без надлежащего ухода является неустойчивым. По состоянию на октябрь 2022 года исследователи из Массачусетского технологического института разработали выращенные в лаборатории клетки Zinnia elegans , приобретающие определенные характеристики в условиях, находящихся под их контролем. Эти характеристики включают «форму, толщину и жесткость», а также механические свойства, которые могут имитировать древесину. [ 46 ] Дэвид Н. Бенгстон из Министерства сельского хозяйства США предполагает, что эта альтернатива будет более эффективной, чем традиционная заготовка древесины, а будущие разработки потенциально позволят сэкономить на транспортировке энергии и сохранить леса. Однако Бенгстон отмечает, что этот прорыв изменит парадигмы и поднимет новые экономические и экологические вопросы, такие как рабочие места для сообществ, зависящих от древесины, или то, как охрана природы повлияет на лесные пожары. [ 47 ]
Стандарты устойчивости материалов
[ редактировать ]Несмотря на важность материалов для общей устойчивости зданий, количественная оценка и оценка устойчивости строительных материалов оказались трудными. В измерении и оценке характеристик устойчивости материалов отсутствует последовательность, в результате чего сегодня ситуация усеяна сотнями конкурирующих, противоречивых и часто неточных экомаркировок, стандартов и сертификатов . Эти разногласия привели как к путанице среди потребителей и коммерческих покупателей, так и к включению противоречивых критериев устойчивости в более крупные программы сертификации зданий, такие как LEED . Были сделаны различные предложения относительно рационализации системы стандартизации экологически чистых строительных материалов. [ 48 ]
Устойчивый дизайн и план
[ редактировать ]Здание
[ редактировать ]Информационное моделирование зданий
[ редактировать ]Информационное моделирование зданий (BIM) используется для обеспечения устойчивого проектирования, позволяя архитекторам и инженерам интегрировать и анализировать характеристики зданий.[5] Услуги BIM, включая концептуальное и топографическое моделирование, предлагают новый канал для зеленого строительства с последовательным и немедленным доступом внутренне согласованной и заслуживающей доверия информации о проекте. BIM позволяет проектировщикам количественно оценить воздействие систем и материалов на окружающую среду для принятия решений, необходимых для проектирования устойчивых зданий.
Консалтинг
[ редактировать ]Консультант по устойчивому строительству может быть привлечен на ранних этапах процесса проектирования для прогнозирования последствий для устойчивости строительных материалов , ориентации, остекления и других физических факторов, чтобы определить устойчивый подход, отвечающий конкретным требованиям проекта.
Нормы и стандарты были формализованы с помощью рейтинговых систем, основанных на результатах, например LEED. [ 49 ] и Energy Star для дома. [ 50 ] Они определяют критерии, которым необходимо соответствовать, и предоставляют показатели и тестирование для достижения этих показателей. Стороны, участвующие в проекте, должны определить наилучший подход для удовлетворения этих стандартов.
Поскольку консалтинг по устойчивому строительству часто связан с надбавкой к затратам, такие организации, как Architects Assist, стремятся обеспечить равный доступ к устойчивому и жилому дизайну. [ 51 ]
Размещение здания
[ редактировать ]Одним из центральных и часто игнорируемых аспектов устойчивой архитектуры является размещение зданий. [ 52 ] Хотя идеальная экологическая структура дома или офиса часто рассматривается как изолированное место, такое размещение обычно вредно для окружающей среды. Во-первых, такие структуры часто служат неосознанным фронтом разрастания пригородов . Во-вторых, они обычно увеличивают потребление энергии , необходимое для транспортировки, и приводят к ненужным выбросам автомобилей. В идеале, большая часть зданий должна избегать разрастания пригородов в пользу легкой городской застройки, сформулированной движением новых урбанистов . [ 53 ] Тщательное зонирование смешанного использования может сделать коммерческие, жилые районы и районы легкой промышленности более доступными для тех, кто путешествует пешком, на велосипеде или на общественном транспорте, как это предлагается в Принципах интеллектуального урбанизма . Изучение пермакультуры в ее целостном применении также может значительно помочь в правильном размещении зданий, которое сводит к минимуму потребление энергии и работает с окружающей средой, а не против нее, особенно в сельских и лесных зонах.
Использование воды
[ редактировать ]Экологичные здания ищут способы экономить воду . Одним из стратегических водосберегающих проектов зеленых зданий являются зеленые крыши . На зеленых крышах есть растительность, которая собирает ливневые воды. Эта функция не только собирает воду для дальнейшего использования, но также служит хорошим изолятором, который может способствовать эффекту городского острова тепла . [ 38 ] Еще одна стратегическая водосберегающая технология – это очистка сточных вод, чтобы их можно было использовать повторно. [ 54 ]
Городской дизайн
[ редактировать ]Устойчивый урбанизм выходит за рамки устойчивой архитектуры и дает более широкий взгляд на устойчивость. Типичные решения включают эко-промышленный парк (EIP), городское сельское хозяйство и т. д. Поддерживаемые международные программы включают в себя Сеть устойчивого городского развития, [ 55 ] при поддержке ООН-ХАБИТАТ и Eco2 Cities, [ 56 ] при поддержке Всемирного банка.
Одновременно с этим недавние движения нового урбанизма , новой классической архитектуры и дополнительной архитектуры продвигают устойчивый подход к строительству, который ценит и развивает разумный рост , архитектурные традиции и классический дизайн . [ 57 ] [ 58 ] Это контрастирует с модернистской и глобально однородной архитектурой, а также с опорой на одиночные жилые комплексы и разрастание пригородов . [ 59 ] Обе тенденции зародились в 1980-х годах. — Архитектурная премия Дрихауса это награда, которая отмечает усилия в области нового урбанизма и новой классической архитектуры, и ее призовой фонд вдвое превышает размер модернистской Притцкеровской премии . [ 60 ]
Управление отходами
[ редактировать ]Отходы принимают форму использованных или бесполезных материалов, образующихся в домашних хозяйствах и на предприятиях, в процессах строительства и сноса, а также в обрабатывающей и сельскохозяйственной отраслях. Эти материалы условно классифицируются как твердые бытовые отходы, мусор от строительства и сноса (C&D), а также побочные продукты промышленности или сельского хозяйства. [ 61 ] на месте Устойчивая архитектура фокусируется на использовании управления отходами , включая такие вещи, как системы сточных вод для использования на грядках и компостные туалеты для сокращения сточных вод. Эти методы в сочетании с компостированием пищевых отходов на месте и переработкой за пределами предприятия могут сократить домашние отходы до небольшого количества упаковочных отходов .
См. также
[ редактировать ]- Альтернативные натуральные материалы
- БРИАМ
- ЯркийПостроенный Сарай
- Дополнительная архитектура
- Поперечно-клееный брус (CLT)
- Деконструкция (здание)
- Посольство Земли
- Земной корабль
- Экологический дизайн
- Экологический след
- Энергия плюс дом
- Fab Tree Hab : 100% экологический дом
- Французский стандарт высокого экологического качества для зеленого строительства - HQE
- Переработка земель
- Низкоэнергетический дом
- Органическая архитектура
- Пассивный дом
- Возобновляемое тепло
- Солнечная архитектура
- Солнечный дымоход
- Конструкция из соломенных тюков
- Суперизоляция
- Устойчивый город
- Устойчивый дизайн
- Устойчивое развитие
- Устойчивое напольное покрытие
- Устойчивая ландшафтная архитектура
- Устойчивое сохранение
- Устойчивый ремонт
- Ловец ветров
- Всемирный совет по экологическому строительству
- Яхчал
- Здание с нулевым энергопотреблением
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Устойчивая архитектура и имитационное моделирование», Дублинский технологический институт, [1] Архивировано 6 мая 2013 г. в Wayback Machine.
- ^ Архитектура Дорра, Определение устойчивости и воздействия зданий [2]
- ^ МакГрат, Брайан (2013). Экология городского дизайна: AD Reader . John Wiley & Sons, Inc., стр. 220–237. ISBN 978-0-470-97405-6 .
- ^ https://www.weforum.org/agenda/2021/07/construction-industry-doesn-t-know-where-it-stands-when-it-comes-to-carbon-emissions/ [ только URL ]
- ^ «Сокращение содержания углерода в новом строительстве | McKinsey» .
- ^ «Архитекторы должны отказаться от бетона в борьбе с изменением климата» . 20 сентября 2019 г.
- ^ Марк Джарзомбек , «Дисциплинарные нарушения в истории архитектуры», Журнал Общества историков архитектуры 58/3 (сентябрь 1999 г.), стр. 489. См. также другие статьи в этом выпуске Евы Блау, Стэнфорда Андерсона, Алины Пейн, Дэниела Блюстоуна, Чона-Луи Коэна и других.
- ^ Jump up to: а б М. ДеКей и Г. З. Браун, Sun Wind & Light, стратегии архитектурного проектирования, 3-е изд. Уайли , 2014 г.
- ^ Белек, Борис (2016). «Зеленое строительство – на пути к устойчивой архитектуре» . Прикладная механика и материалы . 824 : 751–760. дои : 10.4028/www.scientific.net/AMM.824.751 . S2CID 112027139 . Проверено 5 июля 2020 г.
- ^ Маршал, Эй Джей; Гейзельберг, П.; Буррель, Дж.С.; Мусалл, Э.; Восс, К.; Сартори, И.; Наполитано, А. (2011). «Здание с нулевым энергопотреблением – обзор определений и методологий расчета» . Энергия и здания . 43 (4): 971–979. дои : 10.1016/j.enbuild.2010.12.022 .
- ^ М. Монтавон, Оптимизация городской формы путем оценки солнечного потенциала, EPFL , 2010 г.
- ^ Юйсян Чен; и др. (2014). «Влияние фиксированных и моторизованных оконных жалюзи на дневное освещение и тепловые характеристики офисных зданий открытой планировки» (доклад конференции) . Международная конференция по высокоэффективным зданиям . Университет Пердью . Проверено 22 мая 2023 г.
- ^ Шамильтон. «Цены на модули» . Соларбазз . Проверено 7 ноября 2012 г.
- ^ Г. З. Браун, Марк ДеКей. Солнце, Ветер и Свет. 2001 г.
- ^ Jump up to: а б Брауэр, Майкл; Холодная энергия, возобновляемое решение проблемы глобального потепления ; Союз обеспокоенных ученых, 1990 г.
- ^ Гайп, Пол; Энергия ветра: возобновляемая энергия для фермы и бизнеса ; Издательство Челси Грин, 2004 г.
- ↑ The Sunday Times, «Домашние ветряные турбины нанесли смертельный удар» , 16 апреля 2006 г.
- ^ «Ветряная турбина, мощная инвестиция», Rapid City Journal , 20 февраля 2008 г.
- ^ Уолфорд, Кристофер А. (1 марта 2006 г.). «Надежность ветряных турбин: понимание и минимизация затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание ветряных турбин» . дои : 10.2172/882048 . ОСТИ 882048 .
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Министерство энергетики США, энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, солнечные водонагреватели, 24 марта 2009 г. [3]
- ^ «Солнечные водонагреватели» . Toolbase.org. Архивировано из оригинала 15 апреля 2013 года . Проверено 7 ноября 2012 г.
- ^ Фейсал Ахмед, Сумаир; Халид, Мохаммед; Вака, Махеш; Валвекар, Рашми; Нуман, Аршид; Халик Рашид, Абдул; Муджавар Мубарак, Набисаб (1 октября 2021 г.). «Последние достижения в области солнечных водонагревателей и солнечных коллекторов: всесторонний обзор» . Тепловая наука и инженерный прогресс . 25 :100981.doi : 10.1016 / j.tsep.2021.100981 . ISSN 2451-9049 .
- ^ Jump up to: а б с д и Джон Рэндольф и Гилберт М. Мастерс, 2008. «Энергия для устойчивого развития: технологии, планирование, политика», Island Press, Вашингтон, округ Колумбия.
- ^ «Даже при низких температурах воздушные тепловые насосы сохраняют тепло в домах от побережья Аляски до массового рынка США» . www.nrel.gov . Проверено 16 ноября 2021 г.
- ^ Jump up to: а б «В Европе растет спрос на тепловые насосы» . Энергетический монитор . 16 сентября 2020 г. Проверено 16 ноября 2021 г.
- ^ Миара, Марек (10 февраля 2021 г.). «Тепловые насосы в существующих зданиях, серия статей в блоге из 12 частей» . Проверено 16 ноября 2021 г.
- ^ Норд, Натаса (2017), «Повышение энергоэффективности в холодном климате» , Энциклопедия устойчивых технологий , Elsevier, стр. 149–157, doi : 10.1016/b978-0-12-409548-9.10190-3 , ISBN 978-0-12-804792-7 , получено 3 апреля 2022 г.
- ^ Корпела, Туйя; Куоса, Мауну; Сарвелайнен, Ханну; Тулиниеми, Эрья; Кивиранта, Паулюс; Таллинен, Кирси; Копонен, Ханна-Кайса (февраль 2022 г.). «Потенциал рекуперации отходящего тепла в жилых многоквартирных домах в регионе Кюменлааксо в Финляндии с использованием механической вытяжной вентиляции и тепловых насосов» . Международный журнал терможидкостей . 13 : 100127. doi : 10.1016/j.ijft.2021.100127 . S2CID 244739642 .
- ^ Ю, Синьсянь; Яо, Фэнджу; Хуан, Вэньцзе; Сюй, Дунъянь; Чен, Чун (июль 2022 г.). «Возобновляемая энергетика» . Возобновляемая энергия . 194 – через Elsevier Science Direct.
Радиационное охлаждение — это возобновляемая технология, которая обещает достичь этой цели. Это пассивная стратегия охлаждения, которая рассеивает тепло через атмосферу во Вселенную. Радиационное охлаждение не потребляет внешнюю энергию, а скорее собирает холод из космоса в качестве нового возобновляемого источника энергии.
- ^ Ван, Тонг; Ву, Йи; Ши, Лан; Ху, Синьхуа; Чен, Мин; Ву, Лимин (2021). «Структурный полимер для высокоэффективного пассивного радиационного охлаждения в течение всего дня» . Природные коммуникации . 12 (365): 365. дои : 10.1038/s41467-020-20646-7 . ПМК 7809060 . ПМИД 33446648 .
Соответственно, крайне желательно разработать и изготовить эффективный PDRC с достаточно высоким коэффициентом отражения солнечной энергии (𝜌¯солнечной) (λ ~ 0,3–2,5 мкм) для минимизации притока солнечного тепла и одновременно сильным тепловым излучанием LWIR (ε¯LWIR) для максимизации радиационных тепловых потерь. Когда поступающее лучистое тепло от Солнца уравновешивается исходящим лучистым тепловыделением, температура Земли может достичь устойчивого состояния.
- ^ Валл, Сержи; Йоханнес, Кевин; Дэвид, Дэмиен; Кастелл, Альберт (июль 2022 г.). «Новая численная модель плоского радиационного охлаждения и солнечного коллектора: оценка и метамоделирование» . Энергия . 202 – через Elsevier Science Direct.
Радиационное охлаждение — это возобновляемая технология, которая может дополнять или частично заменять существующие технологии охлаждения.
- ^ Ахмед, Салман; Ли, Чжэнпэн; Джавед, Мухаммад Шахзад; Ма, Тао (сентябрь 2021 г.). «Обзор интеграции радиационного охлаждения и сбора солнечной энергии» . Материалы сегодня: Энергия . 21 : 100776. doi : 10.1016/j.mtener.2021.100776 – через Elsevier Science Direct.
- ^ Хо, Се Ён; Джу Ли, Гил; Сон, Ён Мин (июнь 2022 г.). «Теплоотделение фотонными структурами: радиационное охлаждение и его потенциал» . Журнал химии материалов C. 10 (27): 9915–9937. дои : 10.1039/D2TC00318J . S2CID 249695930 – через Королевское химическое общество.
- ^ Биджарния, Джей Пракаш; Саркар, Джахар; Маити, Пралай (ноябрь 2020 г.). «Обзор пассивного дневного радиационного охлаждения: основы, последние исследования, проблемы и возможности» . Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 133 : 110263. doi : 10.1016/j.rser.2020.110263 . S2CID 224874019 – через Elsevier Science Direct.
- ^ Ян, Юань; Чжан, Ифань (2020). «Пассивное дневное радиационное охлаждение: принцип, применение и экономический анализ» . MRS Энергетика и устойчивое развитие . 7 (18). дои : 10.1557/mre.2020.18 . S2CID 220008145 . Архивировано из оригинала 27 сентября 2022 года . Проверено 27 сентября 2022 г.
- ^ Устойчивое и здоровое строительство и образ жизни, Хьюго Вандерштадт,
- ^ Джонкерс, Хенк М. (23 марта 2018 г.). «Самовосстанавливающийся бетон: биологический подход». Самовосстанавливающиеся материалы . Серия Спрингера по материаловедению. Том. 100. Спрингер, Дордрехт. стр. 195–204. дои : 10.1007/978-1-4020-6250-6_9 . ISBN 978-1-4020-6249-0 . S2CID 133848154 .
- ^ Jump up to: а б Мюллер, Брук (2018). «Новые горизонты устойчивой архитектуры» . Природа и культура . 13 (2): 189–207. дои : 10.3167/nc.2018.130201 . S2CID 149793746 .
- ^ Куиттинен, Матти; Цернике, Кайя; Слабик, Саймон; Хафнер, Аннет (11 марта 2021 г.). «Как можно хранить углерод в искусственной среде? Обзор потенциальных вариантов» . Обзор архитектурной науки . 66 (2): 91–107. дои : 10.1080/00038628.2021.1896471 . ISSN 0003-8628 . S2CID 233617364 .
- ^ Jump up to: а б Халилович, Майда; Беркович, Адна (2022). Адемович, Найда; Муйчич, Эдин; Акшамия, Златан; Кеврич, Жасмин; Авдакович, Самир; Волич, Исмар (ред.). «Устойчивые стратегии в практике народной архитектуры в Сараево: архитектурный ансамбль дома Алии Джержелез как пример» . Передовые технологии, системы и приложения VI . Чам: Springer International Publishing: 744–762. дои : 10.1007/978-3-030-90055-7_60 . ISBN 978-3-030-90055-7 .
- ^ «Как построить дом с низким уровнем выбросов углерода» .
- ^ Савио, Лоренцо; Пеннаккио, Роберто; Патрукко, Алессия; Манни, Валентино; Бося, Даниэла (8 января 2022 г.). «Изоляционные материалы из натурального волокна: использование текстильных и сельскохозяйственных отходов в перспективе экономики замкнутого цикла» . Материалы Экономика замкнутого цикла . 4 (1): 6. дои : 10.1007/s42824-021-00043-1 . ISSN 2524-8154 . S2CID 245803736 .
- ^ Информацию о материалах с низким уровнем выбросов можно найти на сайте www.buildingecology.com/iaq_links.php Ссылки на IAQ. Архивировано 11 июня 2008 г. на Wayback Machine.
- ^ Исследование выбросов от строительства доступно на веб-сайте Калифорнии по комплексному управлению отходами.
- ^ Джеймс, Дж. П., Ян, X. Внутренняя и искусственная среда, Выбросы летучих органических соединений из некоторых экологически чистых и незеленых строительных материалов: сравнение, январь 2004 г. [4] Проверено: 30 апреля 2008 г.
- ^ Беквит, Эшли Л.; Боренштейн, Джеффри Т.; Веласкес-Гарсия, Луис Ф. (апрель 2022 г.). «Физические, механические и микроструктурные характеристики новых, настраиваемых, выращенных в лаборатории растительных материалов, напечатанных на 3D-принтере, полученных из клеточных культур Zinnia elegans» . Материалы сегодня . 54 : 27–41. дои : 10.1016/j.mattod.2022.02.012 . S2CID 247300299 .
- ^ Бенгстон, Дэвид Н. (2021). «Древесина, выращенная в лаборатории: потенциальный переломный момент в лесном хозяйстве и лесной продукции» . Лесной источник . 26 (3): 10–17.
- ^ Контрерас, Хорхе Л.; Рот, Ханна; Льюис, Меган (1 сентября 2011 г.). «На пути к рациональной основе стандартов устойчивых строительных материалов». ССНР 1944523 .
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ «Совет по экологическому строительству США» . Совет по экологическому строительству США .
- ^ «ENERGY STAR – Простой выбор энергоэффективности» . www.energystar.gov .
- ^ «Австралийские архитекторы предлагают жертвам лесных пожаров бесплатные дизайнерские услуги» . Дезин . 7 января 2020 г. Проверено 6 марта 2021 г.
- ^ Шах, Раджив; Джей, Кесан (зима 2007 г.). «Журнал архитектурно-планировочных исследований» . Как регулирует архитектура . 24 (4): 350–359. JSTOR 43030813 . Проверено 20 апреля 2021 г.
- ^ Герберт, Майкл (2003). «Искусственная среда» . Новый урбанизм – движение в контексте . 29 (3): 193–209. JSTOR 23287649 . Проверено 20 апреля 2021 г.
- ^ Киркси, Уилл (2010). «Порт Портленда выбирает децентрализованную, устойчивую водную архитектуру с экологической системой очистки сточных вод Living Machine®» . Журнал – Американская ассоциация водопроводных предприятий . 102 (2): 19–22. Бибкод : 2010JAWWA.102b..19K . дои : 10.1002/j.1551-8833.2010.tb10038.x . S2CID 116521703 .
- ^ «ООН-Хабитат: Сеть устойчивого городского развития» .
- ^ «Eco2 Cities – Руководство по развитию экологически устойчивых и экономически жизнеспособных городов» .
- ^ таотиадмин (20 апреля 2015 г.). «Устав нового урбанизма» .
- ^ «Красота, гуманизм, преемственность между прошлым и будущим» . Группа традиционной архитектуры. Архивировано из оригинала 5 марта 2018 года . Проверено 23 марта 2014 г.
- ^ Краткое описание выпуска: Разумный рост: создание пригодных для жизни сообществ . Американский институт архитекторов. Проверено 23 марта 2014 г.
- ^ «Премия Дрихауса» . Вместе премия Дрихауса в размере 200 000 долларов и премия Рида в размере 50 000 долларов представляют собой наиболее значительное признание классицизма в современной искусственной среде . Архитектурная школа Нотр-Дам . Проверено 23 марта 2014 г.
- ^ Джон Рингел, Мичиганский университет, Устойчивая архитектура, Предотвращение образования отходов [5]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Всемирный совет по экологическому строительству
- Passivhaus Institut Немецкий институт пассивных зданий