Устойчивая архитектура

Висячие сады One Central Park , Сидней

Энергетические дома в Фрайбург-Вобан в Германии

Устойчивая архитектура - это архитектура, которая стремится минимизировать негативное воздействие зданий на окружающую среду за счет эффективности и умеренности в использовании материалов, энергии, пространства для развития и экосистемы в целом. Устойчивая архитектура использует сознательный подход к энергосбережению и охране окружающей среды при проектировании застроенной среды. ^[1]

Идея устойчивости или экологического дизайна заключается в том, чтобы гарантировать, что использование нами имеющихся в настоящее время ресурсов не приведет к пагубным последствиям для нашего коллективного благополучия или сделает невозможным получение ресурсов для других приложений в долгосрочной перспективе. ^[2]

Устойчивое использование энергии [ править ]

Экологичные апартаменты K2 в Виндзоре, Виктория , Австралия, разработанные DesignInc (2006), отличаются пассивным солнечным дизайном , переработанными и экологически чистыми материалами, фотоэлектрическими элементами , очисткой сточных вод, сбором дождевой воды и солнечной горячей водой .

Энергоэффективность на протяжении всего жизненного цикла здания - важнейшая цель устойчивой архитектуры. Архитекторы используют множество различных пассивных и активных методов, чтобы снизить потребность зданий в энергии и повысить их способность улавливать или генерировать собственную энергию. ^[3] Чтобы минимизировать стоимость и сложность, в устойчивой архитектуре приоритет отдается пассивным системам, чтобы воспользоваться преимуществом расположения здания со встроенными архитектурными элементами, дополнением возобновляемыми источниками энергии и затем ископаемыми топливными ресурсами только по мере необходимости. ^[4] Анализ участка может быть использован для оптимизации использования местных ресурсов окружающей среды, таких как дневной свет и окружающий ветер, для отопления и вентиляции.

Эффективность систем отопления, вентиляции и охлаждения [ править ]

Со временем были разработаны многочисленные пассивные архитектурные стратегии. Примеры таких стратегий включают расположение комнат или размер и ориентацию окон в здании ^[3], а также ориентацию фасадов и улиц или соотношение между высотой здания и шириной улицы для городского планирования. ^[5]

Важным и экономичным элементом эффективной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) является хорошо изолированное здание . Более эффективное здание требует меньше тепла, выделяющего или рассеивающего мощность, но может потребоваться большая мощность вентиляции для удаления загрязненного воздуха в помещении .

Значительное количество энергии вымывается из зданий с потоками воды, воздуха и компоста . Готовые к использованию технологии рециркуляции энергии на месте могут эффективно улавливать энергию из отработанной горячей воды и несвежего воздуха и передавать эту энергию поступающей свежей холодной воде или свежему воздуху. Для возврата энергии из зданий, покидающих компост, для других целей, помимо садоводства, требуются централизованные анаэробные варочные котлы .

Системы HVAC питаются от двигателей. Медь , по сравнению с другими металлическими проводниками, помогает повысить КПД двигателей по электроэнергии, тем самым повышая устойчивость электрических компонентов здания.

Ориентация на площадку и здание в значительной степени влияет на эффективность HVAC здания.

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 горячего водоснабжения . Обычно в конструкции пассивных солнечных батарей используются материалы с высокой тепловой массой, которые эффективно удерживают тепло, и прочная изоляция, которая предотвращает утечку тепла. Конструкции с низким энергопотреблением также требуют использования солнечного затенения с помощью навесов, жалюзи или ставен, чтобы уменьшить приток солнечного тепла летом и уменьшить потребность в искусственном охлаждении. Кроме того, здания с низким энергопотреблениемобычно имеют очень низкое отношение площади поверхности к объему, чтобы минимизировать потери тепла. Это означает, что от разросшихся многоэтажных зданий (которые часто думают, что они выглядят более «органично») часто отказываются в пользу более централизованных структур. Традиционные здания с холодным климатом, такие как конструкции американских колониальных соляных коробок, представляют собой хорошую историческую модель централизованной теплоэффективности в небольших зданиях.

Окна расположены таким образом, чтобы обеспечить максимальное поступление тепла, создающего свет, при минимизации потерь тепла через стекло, являющееся плохим изолятором. В северном полушарии это обычно связано с установкой большого количества окон, выходящих на юг, для сбора прямых солнечных лучей и строгим ограничением количества окон, выходящих на север. Некоторые типы окон, такие как окна с двойным или тройным остеклением, заполненные газом пространства и покрытия с низким коэффициентом излучения (low-E) , обеспечивают гораздо лучшую изоляцию, чем окна с одинарным остеклением. Предотвращение чрезмерного солнечного излучения с помощью солнцезащитных устройств в летние месяцы важно для снижения потребности в охлаждении. Лиственные деревьячасто сажают перед окнами, чтобы летом блокировать чрезмерное солнце своими листьями, но пропускают свет зимой, когда их листья опадают. Установлены жалюзи или световые полки, чтобы впускать солнечный свет зимой (когда солнце находится ниже) и не пропускать летом (когда солнце находится высоко в небе). Хвойные или вечнозеленые растения часто высаживают к северу от зданий, чтобы защитить их от холодных северных ветров.

В более холодном климате системы отопления являются основным направлением экологической архитектуры, потому что они, как правило, являются одними из крупнейших единственных источников энергии в зданиях.

В более теплом климате, где охлаждение является первоочередной задачей, пассивные солнечные конструкции также могут быть очень эффективными. Строительные материалы для кладки с высокой термальной массой очень ценны для сохранения прохладной ночной температуры в течение дня. Кроме того, строители часто выбирают многоэтажные одноэтажные конструкции, чтобы максимально увеличить площадь поверхности и потери тепла. ^{[ необходима цитата ]} 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 зданиях миссий 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 отбирается (для немедленного использования или хранения), когда тепло установка, использующая ископаемое топливо или электричество, имеет КПД более 100% и при использовании возобновляемых источников энергии .

Производство возобновляемой энергии [ править ]

Солнечные панели [ править ]

Активные солнечные устройства, такие как фотоэлектрические солнечные панели, помогают обеспечить устойчивое электричество для любого использования. Электрическая мощность солнечной панели зависит от ориентации, эффективности, широты и климата - солнечная энергия варьируется даже на одной и той же широте. Типичная эффективность имеющихся в продаже фотоэлектрических панелей составляет от 4% до 28%. Низкий КПД некоторых фотоэлектрических панелей может существенно повлиять на срок окупаемости их установки. ^[6] Такой низкий КПД не означает, что солнечные батареи не являются жизнеспособной альтернативой энергии. В Германии, например, солнечные панели обычно устанавливаются при строительстве жилых домов.

Крыши часто наклонены к солнцу, чтобы фотоэлектрические панели собирали материал с максимальной эффективностью. В северном полушарии ориентация на юг максимизирует выход солнечных панелей. Если истинное направление на юг невозможно, солнечные панели могут производить достаточную энергию, если они расположены в пределах 30 ° к югу. Однако в более высоких широтах выработка энергии зимой будет значительно снижена при ориентации не на юг.

Для максимальной эффективности зимой коллектор можно наклонять выше горизонтальной широты + 15 °. Для максимальной эффективности летом угол должен составлять -15 ° широты. Однако для годового максимального производства угол панели над горизонтом должен быть равен ее широте. ^[7]

Ветровые турбины [ править ]

Использование небольших ветряных турбин в производстве энергии в устойчивых конструкциях требует учета многих факторов. С точки зрения затрат, небольшие ветровые установки обычно дороже, чем более крупные ветряные турбины, в зависимости от количества энергии, которую они производят. Для небольших ветряных турбин затраты на техническое обслуживание могут быть решающим фактором на объектах с ограниченными возможностями защиты от ветра. На объектах со слабым ветром обслуживание может потребовать значительную часть дохода небольшой ветряной турбины. ^[8] Ветровые турбины начинают работать, когда скорость ветра достигает 8 миль в час, достигают мощности по выработке энергии на скорости 32-37 миль в час и отключаются, чтобы избежать повреждений на скоростях, превышающих 55 миль в час. ^[8]Энергетический потенциал ветряной турбины пропорционален квадрату длины ее лопастей и кубу скорости вращения лопастей. Хотя доступны ветряные турбины, которые могут дополнять электроэнергию для одного здания, из-за этих факторов эффективность ветряных турбин во многом зависит от ветровых условий на строительной площадке. По этим причинам, чтобы ветряные турбины были хоть сколько-нибудь эффективными, они должны устанавливаться в местах, которые, как известно, получают постоянное количество ветра (со средней скоростью ветра более 15 миль в час), а не в местах, где ветер идет спорадически. ^[9]Небольшую ветряную турбину можно установить на крыше. Затем к вопросам установки относятся прочность крыши, вибрация и турбулентность, вызванная выступом крыши. Известно, что малогабаритные ветряные турбины на крыше способны вырабатывать от 10% до 25% электроэнергии, необходимой для обычного домашнего дома. ^[10] Турбины для бытового использования обычно имеют диаметр от 7 футов (2 м) до 25 футов (8 м) и вырабатывают электроэнергию мощностью от 900 Вт до 10 000 Вт при испытанной скорости ветра. ^[11]

Солнечное водонагревание [ править ]

Солнечные водонагреватели , также называемые солнечными системами горячего водоснабжения, могут быть экономичным способом производства горячей воды для дома. Их можно использовать в любом климате, а топливо, которое они используют, - солнечный свет, - бесплатное. ^[12]

Есть два типа солнечных водонагревателей - активные и пассивные. Активная система солнечных коллекторов может производить от 80 до 100 галлонов горячей воды в день. Пассивная система будет иметь меньшую пропускную способность. ^[13]

Также существует два типа циркуляции: системы прямой циркуляции и системы непрямой циркуляции. В системах прямой циркуляции вода для бытового потребления проходит через панели. Их нельзя использовать в климате с температурой ниже нуля. Непрямая циркуляция пропускает гликоль или другую жидкость через солнечные панели и использует теплообменник для нагрева бытовой воды.

Два наиболее распространенных типа коллекторных панелей - это плоская пластина и вакуумная трубка. Оба работают аналогично, за исключением того, что откачанные трубки не теряют тепло конвективно, что значительно повышает их эффективность (эффективность на 5-25% выше). Обладая более высокой эффективностью, солнечные коллекторы с вакуумированными трубками также могут обеспечивать более высокие температуры обогрева помещения и даже более высокие температуры для систем абсорбционного охлаждения. ^[14]

Водонагреватели электрического сопротивления, которые сегодня широко используются в домах, потребляют около 4500 кВт · ч в год. Использование солнечных коллекторов сокращает потребление энергии вдвое. Первоначальные затраты на установку солнечных коллекторов высоки, но с учетом ежегодной экономии энергии сроки окупаемости относительно короткие. ^[14]

Тепловые насосы [ править ]

Тепловые насосы с воздушным источником (ASHP) можно рассматривать как реверсивные кондиционеры. Как и кондиционер, ASHP может забирать тепло из относительно прохладного помещения (например, дома при 70 ° F) и сбрасывать его в жаркое место (например, на улице при 85 ° F). Однако, в отличие от кондиционера, конденсатор и испаритель ASHP могут переключаться между ролями и поглощать тепло из холодного наружного воздуха и сбрасывать его в теплый дом.

Тепловые насосы с воздушным источником недороги по сравнению с другими системами тепловых насосов. Однако эффективность тепловых насосов с воздушным источником тепла снижается, когда температура наружного воздуха очень низкая или очень высокая; поэтому они действительно применимы только в умеренном климате. ^[14]

Для районов, не расположенных в умеренном климате, грунтовые (или геотермальные) тепловые насосы являются эффективной альтернативой. Разница между двумя тепловыми насосами заключается в том, что у источника грунта один из теплообменников расположен под землей - обычно в горизонтальном или вертикальном расположении. Наземные источники используют преимущества относительно постоянных умеренных температур под землей, что означает, что их эффективность может быть намного выше, чем у тепловых насосов с воздушным источником. Подземный теплообменник обычно занимает значительную площадь. Дизайнеры разместили их на открытой площадке рядом со зданием или под парковкой.

Тепловые насосы с наземным источником энергии Energy Star могут быть на 40–60% более эффективными, чем их аналоги с воздушным источником питания. Они также работают тише и могут применяться для других функций, например, для нагрева воды для бытового потребления. ^[14]

С точки зрения начальной стоимости, система теплового насоса с грунтовым источником стоит примерно в два раза дороже, чем стандартный тепловой насос с воздушным источником, который будет установлен. Однако первоначальные затраты могут быть более чем компенсированы снижением затрат на электроэнергию. Снижение затрат на энергию особенно заметно в регионах с обычно жарким летом и холодной зимой. ^[14]

Другие типы тепловых насосов - водоисточник и воздух-земля. Если здание расположено рядом с водоемом, пруд или озеро можно использовать в качестве источника тепла или стока. Тепловые насосы типа "воздух-земля" обеспечивают циркуляцию воздуха в здании по подземным каналам. Из-за более высоких требований к мощности вентилятора и неэффективной теплоотдачи тепловые насосы типа "воздух-земля", как правило, не подходят для крупного строительства.

Экологичные строительные материалы [ править ]

Некоторые примеры устойчивых строительных материалов включают переработаны денимы или перегорели в стекловолоконной изоляции, устойчиво собирают древесины, Трассы , линолеум , ^[15] овечья шерсть, костробетон , римский бетон , ^[16] панель , изготовленная из бумажных хлопьев, обожженной земли, утрамбованная землю , глина, вермикулит, льняное волокно, сизаль, водоросли, зерна керамзита, кокос, древесно-волокнистые плиты, кальциевый песчаник, камень и камни местного производства и бамбук , который является одним из самых сильных и быстрорастущих древесных растений и не токсичен. с низким содержанием летучих органических соединений glues and paints. Vegetative cover or shield over building envelopes also helps in the same. Paper which is fabricated or manufactured out of forest wood is supposedly hundred percent recyclable, thus it regenerates and saves almost all the forest wood that it takes during its manufacturing process.

Recycled materials[edit]

Sustainable architecture often incorporates the use of recycled or second hand materials, such as reclaimed lumber and recycled copper. The reduction in use of new materials creates a corresponding reduction in embodied energy (energy used in the production of materials). Often sustainable architects attempt to retrofit old structures to serve new needs in order to avoid unnecessary development. Architectural salvage and reclaimed materials are used when appropriate. When older buildings are demolished, frequently any good wood is reclaimed, renewed, and sold as flooring. Any good dimension stone is similarly reclaimed. Many other parts are reused as well, such as doors, windows, mantels, and hardware, thus reducing the consumption of new goods. When new materials are employed, green designers look for materials that are rapidly replenished, such as bamboo, which can be harvested for commercial use after only 6 years of growth, sorghum or wheat straw, both of which are waste material that can be pressed into panels, or cork oak, in which only the outer bark is removed for use, thus preserving the tree. When possible, building materials may be gleaned from the site itself; for example, if a new structure is being constructed in a wooded area, wood from the trees which were cut to make room for the building would be re-used as part of the building itself.

Lower volatile organic compounds[edit]

Low-impact building materials are used wherever feasible: for example, insulation may be made from low VOC (volatile organic compound)-emitting materials such as recycled denim or cellulose insulation, rather than the building insulation materials that may contain carcinogenic or toxic materials such as formaldehyde. To discourage insect damage, these alternate insulation materials may be treated with boric acid. Organic or milk-based paints may be used.^[17] However, a common fallacy is that "green" materials are always better for the health of occupants or the environment. Many harmful substances (including formaldehyde, arsenic, and asbestos) are naturally occurring and are not without their histories of use with the best of intentions. A study of emissions from materials by the State of California has shown that there are some green materials that have substantial emissions whereas some more "traditional" materials actually were lower emitters. Thus, the subject of emissions must be carefully investigated before concluding that natural materials are always the healthiest alternatives for occupants and for the Earth.^[18]

Volatile organic compounds (VOC) can be found in any indoor environment coming from a variety of different sources. VOCs have a high vapor pressure and low water solubility, and are suspected of causing sick building syndrome type symptoms. This is because many VOCs have been known to cause sensory irritation and central nervous system symptoms characteristic to sick building syndrome, indoor concentrations of VOCs are higher than in the outdoor atmosphere, and when there are many VOCs present, they can cause additive and multiplicative effects.

Green products are usually considered to contain fewer VOCs and be better for human and environmental health. A case study conducted by the Department of Civil, Architectural, and Environmental Engineering at the University of Miami that compared three green products and their non-green counterparts found that even though both the green products and the non-green counterparts both emitted levels of VOCs, the amount and intensity of the VOCs emitted from the green products were much safer and comfortable for human exposure.^[19]

Materials sustainability standards[edit]

Despite the importance of materials to overall building sustainability, quantifying and evaluating the sustainability of building materials has proven difficult. There is little coherence in the measurement and assessment of materials sustainability attributes, resulting in a landscape today that is littered with hundreds of competing, inconsistent and often imprecise eco-labels, standards and certifications. This discord has led both to confusion among consumers and commercial purchasers and to the incorporation of inconsistent sustainability criteria in larger building certification programs such as LEED. Various proposals have been made regarding rationalization of the standardization landscape for sustainable building materials.^[20]

Waste management[edit]

Waste takes the form of spent or useless materials generated from households and businesses, construction and demolition processes, and manufacturing and agricultural industries. These materials are loosely categorized as municipal solid waste, construction and demolition (C&D) debris, and industrial or agricultural by-products.^[21] Sustainable architecture focuses on the on-site use of waste management, incorporating things such as grey water systems for use on garden beds, and composting toilets to reduce sewage. These methods, when combined with on-site food waste composting and off-site recycling, can reduce a house's waste to a small amount of packaging waste.

Building placement[edit]

One central and often ignored aspect of sustainable architecture is building placement.^[22] Although the ideal environmental home or office structure is often envisioned as an isolated place, this kind of placement is usually detrimental to the environment. First, such structures often serve as the unknowing frontlines of suburban sprawl. Second, they usually increase the energy consumption required for transportation and lead to unnecessary auto emissions. Ideally, most building should avoid suburban sprawl in favor of the kind of light urban development articulated by the New Urbanist movement.^[23] Careful mixed use zoning can make commercial, residential, and light industrial areas more accessible for those traveling by foot, bicycle, or public transit, as proposed in the Principles of Intelligent Urbanism. The study of Permaculture, in its holistic application, can also greatly help in proper building placement that minimizes energy consumption and works with the surroundings rather than against them, especially in rural and forested zones.

Sustainable building consulting[edit]

A sustainable building consultant may be engaged early in the design process, to forecast the sustainability implications of building materials, orientation, glazing and other physical factors, so as to identify a sustainable approach that meets the specific requirements of a project.

Norms and standards have been formalized by performance-based rating systems e.g. LEED^[24] and Energy Star for homes.^[25] They define benchmarks to be met and provide metrics and testing to meet those benchmarks. It is up to the parties involved in the project to determine the best approach to meet those standards.

As sustainable building consulting is often associated with cost premium, organisations such as Architects Assist aim for equity of access to sustainable and resident design.^[26]

Changing pedagogues[edit]

Critics of the reductionism of modernism often noted the abandonment of the teaching of architectural history as a causal factor. The fact that a number of the major players in the shift away from modernism were trained at Princeton University's School of Architecture, where recourse to history continued to be a part of design training in the 1940s and 1950s, was significant. The increasing rise of interest in history had a profound impact on architectural education. History courses became more typical and regularized. With the demand for professors knowledgeable in the history of architecture, several PhD programs in schools of architecture arose in order to differentiate themselves from art history PhD programs, where architectural historians had previously trained. In the US, MIT and Cornell were the first, created in the mid-1970s, followed by Columbia, Berkeley, and Princeton. Among the founders of new architectural history programs were Bruno Zevi at the Institute for the History of Architecture in Venice, Stanford Anderson and Henry Millon at MIT, Alexander Tzonis at the Architectural Association, Anthony Vidler at Princeton, Manfredo Tafuri at the University of Venice, Kenneth Frampton at Columbia University, and Werner Oechslin and Kurt Forster at ETH Zürich.^[27]

The term “sustainability” in relation to architecture has so far been mostly considered through the lens of building technology and its transformations. Going beyond the technical sphere of “green” design, invention and expertise, some scholars are starting to position architecture within a much broader cultural framework of the human interrelationship with nature. Adopting this framework allows tracing a rich history of cultural debates about our relationship to nature and the environment, from the point of view of different historical and geographical contexts.^[28]

Sustainable urbanism and architecture[edit]

Sustainable urbanism takes actions beyond sustainable architecture, and makes a broader view for sustainability. Typical solutions includes Eco-industrial park (EIP), Urban agriculture, etc. International program that are being supported includes Sustainable Urban Development Network ^[29] supported by UN-HABITAT, and Eco2 Cities,^[30] supported by the World Bank.

Concurrently, the recent movements of New Urbanism, New Classical Architecture and Complementary Architecture promote a sustainable approach towards construction, that appreciates and develops smart growth, architectural tradition and classical design.^[31][32] This in contrast to modernist and globally uniform architecture, as well as leaning against solitary housing estates and suburban sprawl.^[33] Both trends started in the 1980s. The Driehaus Architecture Prize is an award that recognizes efforts in New Urbanism and New Classical Architecture, and is endowed with a prize money twice as high as that of the modernist Pritzker Prize.^[34]

Building Information Modelling BIM[edit]

Building Information Modelling BIM is used to help enable sustainable design by allowing architects and engineers to integrate and analyze building performance.[5]. BIM services, including conceptual and topographic modelling, offer a new channel to green building with successive and immediate availability of internally coherent, and trustworthy project information. BIM enables designers to quantify the environmental impacts of systems and materials to support the decisions needed to design sustainable buildings.

Criticism[edit]

There are conflicting ethical, engineering, and political orientations depending on the viewpoints.^[35]

There is no doubt Green Technology has made its headway into the architectural community, the implementation of given technologies have changed the ways we see and perceive modern day architecture. While green architecture has been proven to show great improvements of ways of living both environmentally and technologically the question remains, is all this sustainable? Many building codes have been demeaned to international standards. "LEED" (Leadership in Energy & Environmental Design) has been criticized for exercising flexible codes for building to follow. Contractors do this to save as much money as they possibly can. For example, a building may have solar paneling but if the infrastructure of the building's core doesn't support that over a long period of time improvements would have to be made on a constant basis and the building itself would be vulnerable to disasters or enhancements. With companies cutting paths to make shortcuts with sustainable architecture when building their structures it fuels to the irony that the "sustainable" architecture isn't sustainable at all. Sustainability comes in reference to longevity and effectiveness.

Ethics and Politics also play into sustainable architecture and its ability to grow in urban environment. Conflicting viewpoints between engineering techniques and environmental impacts still are popular issues that resonate in the architectural community. With every revolutionary technology or innovation there comes criticisms of legitimacy and effectiveness when and how it is being utilized. Many of the criticisms of sustainable architecture do not reflect every aspect of it but rather a broader spectrum across the international community.

See also[edit]

References[edit]

External links[edit]