Пассивная живучесть
Пассивная живучесть означает способность здания поддерживать критические условия жизнеобеспечения в случае длительного отключения электроэнергии, топлива или воды. [1] Эта идея предполагает, что проектировщики должны предусмотреть способы, позволяющие зданию продолжать укрывать жителей в течение длительного периода времени во время и после стихийного бедствия, будь то шторм, вызывающий отключение электроэнергии, засуха , ограничивающая водоснабжение, или любая другая возможная ситуация. событие.
Этот термин был придуман президентом BuildingGreen и исполнительным редактором EBN Алексом Уилсоном в 2005 году после урагана Катрина . [2] Пассивная живучесть предлагается стать стандартом при проектировании домов, многоквартирных домов и особенно зданий, используемых в качестве аварийных укрытий. Хотя многие из стратегий, рассматриваемых для достижения целей пассивной живучести, не являются новыми концепциями и широко использовались в экологическом строительстве на протяжении десятилетий, различие проистекает из мотивации перехода к устойчивым и безопасным зданиям. [1]
Текущие проблемы
[ редактировать ]Увеличение продолжительности, частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений из-за изменения климата усугубляет проблемы, которые пытается решить пассивная выживаемость. [1] В климате, который раньше не нуждался в охлаждении, теперь наблюдаются более высокие температуры и потребность в кондиционировании воздуха. Повышение уровня моря и штормовые нагоны повышают риск наводнений в прибрежных районах, тогда как наводнения, вызванные осадками, представляют собой проблему в низменных районах. Чтобы здания всегда обеспечивали пригодные для жизни условия, необходимо осознавать потенциальные угрозы.
Отключения электроэнергии
[ редактировать ]В большей части развитого мира существует сильная зависимость от энергосистемы и газа. Эти сети являются основным источником энергии для многих обществ, и, хотя их работу обычно не прерывают, они постоянно подвержены событиям, которые могут вызвать нарушения, например стихийным бедствиям . В Калифорнии даже имели место преднамеренные отключения электроэнергии в качестве превентивной меры в ответ на лесные пожары, вызванные линиями электропередачи. [3] При отключении электроэнергии большая часть механического отопления и охлаждения больше не может работать. Целью пассивной выживаемости является готовность к тому, что такое событие может произойти, и поддержание безопасной температуры в помещении. Хотя резервные генераторы могут обеспечить некоторую мощность во время отключения электроэнергии, ее часто недостаточно для отопления и охлаждения или достаточного освещения. [1]
Экстремальная температура
[ редактировать ]Жара является основной причиной смертности, связанной с погодой, в США. [4] Волны жары , совпадающие с отключениями электроэнергии, подвергают риску жизни многих людей из-за неспособности здания поддерживать низкую температуру. Даже без отключения электроэнергии отсутствие доступа к кондиционированию воздуха или нехватка средств для оплаты электроэнергии также подчеркивает необходимость пассивных способов поддержания пригодной для жизни тепловой среды. [4] Одна из проблем, которую рассматривает пассивная живучесть, - это рассмотрение множества способов сохранить термическое сопротивление оболочки здания, чтобы предотвратить перегрузку помещения в случае отсутствия доступа к стандартным системам регулирования температуры.
В зимние месяцы перебои в подаче электроэнергии или отсутствие источника топлива для обогрева представляют угрозу при наличии холодных фронтов . [1] Негерметичная конструкция и плохая изоляция приводят к быстрой потере тепла, что приводит к падению температуры в помещении.
Засуха
[ редактировать ]Во время засухи ограниченное водоснабжение означает, что сообщество должно потреблять меньше воды, что может означать обязательные ограничения на водопользование. Длительные периоды засухи могут спровоцировать лесные пожары , которые усугубят масштабы опустошения. [5] Высыхание глинистой почвы может привести к разрыву критически важных водопроводов и повреждению домов и инфраструктуры. [6] Засухи также могут вызвать отключения электроэнергии в районах, где теплоэлектростанции являются основным источником электроэнергии. [7] Водосберегающие приборы и ландшафтный дизайн имеют решающее значение в местах с нехваткой воды.
Стихийные бедствия
[ редактировать ]Стихийные бедствия, такие как ураганы , землетрясения , торнадо и другие штормы, могут привести к разрушению инфраструктуры, обеспечивающей ключевые источники электроэнергии, воды и энергии. [8] Наводнения после сильных осадков представляют собой серьезную угрозу для зданий и коммунальных предприятий. Возникающая в результате нехватка электроэнергии или воды может представлять большую угрозу, чем само событие, и часто длится дольше, чем первоначальная катастрофа. [9]
Террористические угрозы
[ редактировать ]Террористические угрозы и кибертерроризм также могут стать причиной перебоев в электроснабжении. Возможными угрозами, которые могут привести к отключению электричества, воды или топлива, являются атаки на центральные электростанции или основные сегменты распределения, а также взлом системы управления коммунальными сетями. [8]
Стратегии пассивного дизайна
[ редактировать ]Существует множество пассивных стратегий, которые не требуют электричества, но вместо этого могут обеспечить отопление, охлаждение и освещение здания благодаря правильному проектированию. В зданиях с преобладанием ограждающих конструкций климат и окружающая среда оказывают большее влияние на внутреннюю часть конструкции из-за высокого соотношения площади поверхности к объему и минимальных внутренних источников тепла. [10] Здания с преобладанием внутренней части, такие как типичное офисное здание, больше подвержены влиянию внутренних источников тепла, таких как оборудование и люди, однако ограждающие конструкции здания по-прежнему играют важную роль, особенно во время отключения электроэнергии.
Хотя различие между этими двумя типами зданий иногда может быть нечетким, все здания имеют точку равновесия температуры , которая является результатом конструкции и функционирования здания. Температура точки равновесия – это температура наружного воздуха, при которой здание требует отопления. [10] Структура с внутренним доминированием будет иметь более низкую температуру точки равновесия из-за большего количества внутренних источников тепла, что означает более длительный период перегрева и более короткий период недогрева. Достижение приемлемой для жизни тепловой среды во время отключения электроэнергии зависит от температуры точки равновесия, а также от взаимодействия с окружающей средой. Ключевым аспектом любого дизайна пассивной живучести является дизайн, чувствительный к климату. Пассивные стратегии следует выбирать с учетом климата и местных условий, а также с учетом функций здания.
Термоконверт
[ редактировать ]Когда здание имеет негерметичную конструкцию или плохую изоляцию , зимой теряется желаемое тепло, а летом теряется кондиционированный воздух. [10] Эти потери объясняются закачкой большего количества механического отопления или охлаждения в здание, чтобы компенсировать разницу. Поскольку эта стратегия устарела во время отключения электроэнергии, здание должно иметь возможность поддерживать внутреннюю температуру в течение более длительных периодов времени. Чтобы избежать потерь тепла в результате проникновения , тепловая оболочка должна быть построена с минимальными разрывами и стыками, а щели вокруг окон и дверей должны быть загерметизированы. Герметичность здания можно проверить с помощью испытания на воздуходувной двери.
Тепло также теряется при передаче через множество поверхностей в комнате, включая стены, окна, полы, потолки и двери. Площадь и термическое сопротивление поверхности, а также разница температур внутри и снаружи помещения определяют скорость теплопотерь. [10] Непрерывная изоляция с высокими значениями R снижает потери тепла при передаче через стены и потолки. Окна с двойным и тройным остеклением со специальным покрытием уменьшают потери через окна. [9] Применение суперизоляции значительно снижает потери тепла за счет высокого уровня термического сопротивления и воздухонепроницаемости.
Пассивная солнечная энергия
[ редактировать ]
Возможность пассивного обогрева здания полезна в холодные зимние месяцы, поскольку помогает поддерживать высокий уровень температуры. Пассивные солнечные системы собирают и распределяют солнечную энергию без использования механического оборудования, такого как вентиляторы или насосы. Пассивное солнечное отопление состоит из остекления, обращенного к экватору (на юг в северном полушарии) для сбора солнечной энергии и тепловой массы для хранения тепла. [10] Система прямого усиления позволяет коротковолновому солнечному излучению проникать в комнату через окно, где поверхности пола и стен затем действуют как тепловая масса, поглощая тепло, а длинноволновое излучение задерживается внутри благодаря теплице . эффект . [10] Чтобы предотвратить перегрев и обеспечить адекватное отопление, следует использовать правильное соотношение остекления и тепловой массы. [11] Стена Тромбе или система непрямого усиления помещают тепловую массу прямо внутри остекления для сбора тепла в течение дня для использования в ночное время из-за задержки массы во времени. [10] Этот метод полезен, если дневное освещение не требуется, или его можно использовать в сочетании с прямым усилением. Третий метод — это солнечное пространство или изолированная система усиления, которая собирает солнечную энергию в отдельном пространстве, примыкающем к зданию, и которое большую часть года может использоваться как жилое помещение. [10]
Избегание тепла
[ редактировать ]Стратегии предотвращения перегрева можно использовать для снижения потребности в охлаждении в жаркие периоды года. Это достигается во многом за счет затенения и ориентации здания. В северном полушарии окна следует в первую очередь размещать на южных фасадах, которые получают больше всего солнца зимой, а окон на восточных и западных фасадах следует избегать из-за сложности затенения и высокой солнечной радиации летом. [10] Могут быть спроектированы фиксированные свесы , которые блокируют солнце в периоды перегрева и пропускают солнце в периоды недостаточного нагрева. Передвижные затеняющие устройства являются наиболее подходящими из-за их способности реагировать на окружающую среду и потребности здания. [10] Использование светлых тонов на крышах и стенах — еще одна эффективная стратегия уменьшения притока тепла за счет отражения солнца.
Естественная вентиляция
[ редактировать ]Естественная вентиляция может использоваться для повышения теплового комфорта в теплые периоды. Существует два основных типа естественной вентиляции: комфортная вентиляция и ночное охлаждение. Комфортная вентиляция обеспечивает приток наружного воздуха к коже и увеличивает охлаждение кожи за счет испарения, создавая более комфортную тепловую среду. [10] Температура не обязательно снижается, если только температура наружного воздуха не ниже температуры в помещении, однако движение воздуха повышает комфорт. Этот метод особенно полезен во влажном климате. Когда ветер не дует, солнечный дымоход может увеличить поток вентиляции за счет использования солнца для увеличения плавучести воздуха. [12]
Ночное охлаждение использует прохладный ночной воздух для вытеснения теплого воздуха из здания и снижения температуры в помещении. Охлаждаемая конструкция затем действует как радиатор в течение дня, когда предотвращается попадание теплого наружного воздуха. Охлаждение в ночное время наиболее эффективно в местах с большим диапазоном суточных температур , например, в жарком и сухом климате. [10] При использовании обоих методов наличие только работающих окон не приведет к адекватной естественной вентиляции; Здание должно быть спроектировано таким образом, чтобы обеспечить надлежащий приток воздуха.
Дневное освещение
[ редактировать ]Когда электричество отключается, помещения в центре здания обычно почти не освещаются. Проектирование здания с использованием естественного дневного света вместо использования электрического освещения сделает его более устойчивым к перебоям в подаче электроэнергии и другим событиям. Дневное освещение и пассивное солнечное освещение часто идут рука об руку, но летом хочется «прохладного» дневного света. Поэтому дизайн дневного освещения должен обеспечивать достаточное освещение без добавления нежелательного тепла. Прямой солнечный свет и отраженный от неба свет имеют разные уровни излучения. [10] Проект дневного освещения должен отражать потребности здания как в плане климата, так и в плане функциональности, и этого можно добиться различными методами. Южные и северные окна, как правило, лучше всего подходят для дневного света, а фонари или мониторы на крыше могут направлять дневной свет в центр здания. [10] Размещение окон выше на стене приведет к тому, что свет проникнет дальше в комнату, а другие методы, такие как световые полки, могут направить свет глубже в здание, отражая свет от потолка. [10]
Другие стратегии дизайна
[ редактировать ]Главной целью пассивной выживаемости является попытка уменьшить дискомфорт или страдания в случае отключения ключевого источника от здания. Любая дизайнерская задача имеет несколько различных решений. Хотя многие из решений, представленных сторонниками пассивной живучести, являются решениями, которые были повсеместно приняты пассивным проектированием и другими стандартными практиками устойчивого развития, важно изучить эти меры и применить соответствующие стратегии к развивающимся и существующим зданиям, чтобы свести к минимуму риск неудовольствия или смерти. [13]
Резервное питание
[ редактировать ]
Здания должны быть спроектированы так, чтобы поддерживать устойчивые температурные условия без кондиционирования воздуха или дополнительного отопления. Обеспечение резервных генераторов и достаточного количества топлива для поддержания критических функций здания во время отключений электроэнергии является традиционным решением проблемы перебоев в электроснабжении. Однако, если они не очень большие, генераторы удовлетворяют только основные потребности в течение короткого периода времени и могут не обеспечивать питание таких систем, как кондиционирование воздуха, освещение или даже отопление или вентиляция во время длительных отключений. Резервные генераторы также дороги как в покупке, так и в обслуживании. Хранение значительных объемов топлива на месте для электрогенераторов во время длительных отключений сопряжено с риском для окружающей среды и безопасности, особенно во время ураганов.
Системы возобновляемой энергии могут обеспечить электроэнергию во время экстремальных явлений. Например, фотоэлектрические (или солнечные электрические) энергосистемы в сочетании с аккумуляторными батареями на месте могут обеспечивать электроэнергию, когда сеть теряет мощность. Другие источники топлива, такие как древесина, могут обеспечить тепло, если здания оборудованы дровяными печами или каминами.
Вода
[ редактировать ]Системы аварийного водоснабжения, такие как системы сбора дождевой воды на крыше , могут обеспечить воду для смыва туалета, купания и других нужд здания в случае перебоев с водоснабжением. Дождевые бочки или цистерны большего размера хранят воду из сточных вод, которые часто можно использовать для получения воды для использования самотеком. Установка компостных туалетов и безводных писсуаров гарантирует, что эти учреждения смогут продолжать функционировать независимо от обстоятельств, одновременно сокращая ежедневное потребление воды. Наличие резервных источников питьевой воды на объекте также необходимо на случай перебоев с подачей воды. [5]
Пассивная выживаемость в рейтинговых системах
[ редактировать ]Лидерство в энергетическом и экологическом дизайне
[ редактировать ]Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании (LEED) — широко используемая сертификация экологически чистого строительства в США. Начиная с версии LEED 4, существует пилотный кредит под названием «Пассивная живучесть и резервное питание во время сбоев» в рамках LEED BD+C: Новое строительство. [14] Оценка оценивается до двух баллов, причем один балл присуждается за обеспечение пассивной живучести и тепловой безопасности, а один балл присуждается за обеспечение резервного питания для критических нагрузок. Что касается точки пассивной живучести, здание должно поддерживать термически безопасные условия во время четырехдневного отключения электроэнергии как в пиковые летние, так и в пиковые зимние условия. [14] LEED перечисляет три пути обеспечения соответствия требованиям тепловой безопасности, два из которых состоят из теплового моделирования, а оставшийся путь — это сертификация пассивного дома .
Сертификация пассивного дома
[ редактировать ]
Хотя пассивная живучесть не упоминается поименно в двух основных стандартах пассивных домов , Институте пассивных домов и Институте пассивных домов США (PHIUS), пассивные стратегии, которые делают эти здания такими энергоэффективными , представляют собой те же стратегии, которые изложены для пассивной живучести. Здания, прошедшие сертификацию пассивного дома, соответствуют некоторым основным критериям пассивной живучести, включая герметичную конструкцию и суперизоляцию . [15] Во многих зданиях также будут установлены фотоэлектрические системы для компенсации потребления энергии. Эти здания, которые очень мало полагаются на энергию, будут более устойчивы к перебоям в подаче электроэнергии и экстремальным погодным условиям. [15]
РЕЛи
[ редактировать ]RELi — это система рейтингов зданий и сообществ, полностью основанная на устойчивом проектировании. Он был принят Советом по экологическому строительству США, тем же органом, который разработал LEED. [16] Категория «Адаптация к опасностям и смягчение их последствий» имеет несколько баллов, связанных с пассивной выживаемостью. Одним из необходимых баллов является «Основные действия в чрезвычайных ситуациях: термическая безопасность во время чрезвычайных ситуаций», который требует, чтобы температура в помещении была на уровне или ниже температуры наружного воздуха летом и выше 50 ° F зимой в течение до четырех дней. [17] Другой способ обеспечить соблюдение требований — создать термобезопасную зону с достаточным пространством для всех жителей здания. Существует дополнительный поли-кредит «Расширенные аварийные операции: резервное питание, эксплуатация, тепловая безопасность и эксплуатационная вода», который включает в себя другие пассивные меры по обеспечению живучести, такие как хранение воды. [17] Другой поли-кредит «Пассивная тепловая безопасность, тепловой комфорт и стратегии проектирования освещения» описывает более пассивные стратегии, включая пассивное охлаждение , пассивное отопление и дневное освещение . [17]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Уилсон, Алекс (1 декабря 2005 г.). «Пассивное выживание» . Здание Зеленое .
- ^ Куинион, Майкл. «Всемирные слова: пассивная выживаемость». Всемирные слова. 5 августа 2003 г. Интернет. 2 декабря 2014 г. < http://www.worldwidewords.org/turnsofphrase/tp-pas1.htm > [1]
- ^ Уилсон, Алекс (30 октября 2019 г.). «Пожары в Калифорнии и преднамеренные отключения электроэнергии требуют более устойчивых энергосистем» . Институт устойчивого проектирования .
- ^ Jump up to: а б Налик, Мэтью Дж.; Честер, Михаил В.; Пинцетл, Стефани С.; Эйзенман, Дэвид; Шивараман, Дипак; Инглиш, Пол (сентябрь 2017 г.). «Повышение тепловых характеристик зданий, экстремальная жара и изменение климата» . Журнал инфраструктурных систем . 23 (3): 04016043. doi : 10.1061/(ASCE)IS.1943-555X.0000349 . hdl : 2286/RI55247 . ISSN 1076-0342 . S2CID 52060479 .
- ^ Jump up to: а б Уилсон, Алекс (14 сентября 2012 г.). «Основы устойчивого проектирования № 8: Вода в эпоху засухи» . Институт устойчивого проектирования .
- ^ Обер, Ари (4 августа 2011 г.). «Последствия засухи простираются далеко за пределы водных ограничений» . Нью-Йорк Таймс . ISSN 0362-4331 . Проверено 8 декабря 2019 г.
- ^ Уилсон, Алекс (24 августа 2012 г.). «Основы устойчивого проектирования №1: обоснование» . Институт устойчивого проектирования .
- ^ Jump up to: а б Уилсон, Алекс (3 мая 2006 г.). «Пассивная живучесть: новый критерий проектирования зданий» . Здание Зеленое .
- ^ Jump up to: а б Уилсон, Алекс (27 августа 2012 г.). «Основы устойчивого проектирования № 4: существенное улучшение ограждающих конструкций зданий» . Институт устойчивого проектирования .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот Лехнер, Норберт (23 сентября 2014 г.). Отопление, охлаждение, освещение: методы устойчивого проектирования для архитекторов (Четвертое изд.). Хобокен, Нью-Джерси. ISBN 978-1-118-84945-3 . OCLC 867852750 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Уилсон, Алекс (30 августа 2012 г.). «Основы устойчивого проектирования №5: Пассивное солнечное отопление» . Институт устойчивого проектирования .
- ^ Уилсон, Алекс (3 сентября 2012 г.). «Основы устойчивого проектирования №6: естественное охлаждение» . Институт устойчивого проектирования .
- ^ Уилсон, Алекс. «Мандат пассивной живучести в строительных нормах». Мандат на пассивную живучесть в строительных нормах. Finehomebuilding.com, 14 мая 2008 г. Интернет. 3 декабря 2014 г. < http://www.finehomebuilding.com/how-to/departments/cross-section/mandate-passive-survivability-in-building-codes.aspx >. [2]
- ^ Jump up to: а б «Пассивная живучесть и резервное питание во время сбоев | Совет по экологическому строительству США» . www.usgbc.org . Проверено 10 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: а б «Принципы: Институт пассивного дома в США» www.phius.org . Проверено 10 декабря 2019 г.
- ^ «РЕЛи | ГБКИ» . www.gbci.org . 11 ноября 2019 года . Проверено 10 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: а б с «Список действий RELi + Кредитный каталог» . Дизайн-проект C3 Living . 2017.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Комитет по влиянию изменения климата на качество воздуха в помещениях и здоровье населения. Изменение климата, внутренняя среда и здоровье. Вашингтон, округ Колумбия: Национальные академии, 2011. Печать.
- Киберт, Чарльз Дж. Устойчивое строительство: проектирование и строительство экологически чистых зданий. Том. 3-й. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, 2008. Печать.
- Пирс, Уолтер. «Новости экологического строительства призывают к «пассивной выживаемости»» BuildingGreen. Np, 25 декабря 2005 г. Интернет. 30 сентября 2014 г.
- Пирсон, Форест. «Старый способ видения». : Проектирование домов с учетом пассивной выживаемости. Blogspot, 12 ноября 2012 г. Интернет. 30 сентября 2014 г.
- Перкинс, Бродерик. «Пассивная выживаемость обеспечивает готовность к стихийным бедствиям и устойчивость». RealtyTimes. Np, 4 января 2006 г. Интернет. 30 сентября 2014 г.
- «Пассивная выживаемость возможна с использованием гвоздя «Ураган». Nelson Daily News: 20. 7 января 2009 г. ProQuest. Веб. 30 сентября 2014 г.
- Уилсон, Алекс и Андреа Уорд. «Дизайн для адаптации: жизнь в мире, меняющемся климат». Билдгрин. Веб.
- Уилсон, Алекс. «Призыв к пассивному выживанию». Отопление/трубопроводы/кондиционирование воздуха: HPAC 78.1 (2006): 7,7,10. ПроКвест. Веб. 30 сентября 2014 г.
- Уилсон, Алекс. «Как сделать дома устойчивыми к перебоям в подаче электроэнергии». GreenBuildingAdvisor.com. Np, 23 декабря 2008 г. Интернет. 30 сентября 2014 г.
- Уилсон, Алекс. «Пассивное выживание». - Журнал GreenSource. Нп, июнь 2006 г. Интернет. 30 сентября 2014 г.