Устойчивое городское проектирование и инновации: фотоэлектрическая станция SUDI — это автономная и мобильная станция, которая восполняет запас энергии для электромобилей с помощью солнечной энергии .
Устойчивое проектирование — это процесс проектирования или эксплуатации систем таким образом, чтобы они использовали энергию и ресурсы устойчиво , другими словами, со скоростью, которая не ставит под угрозу природную среду или способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности.
Общие инженерные фокусы
Устойчивое проектирование фокусируется на следующем:
Минимизация и ответственная утилизация отходов на благо всех
Улучшение промышленных процессов для устранения отходов и сокращения потребления
Рекомендации по надлежащему и инновационному использованию технологий [1]
Аспекты инженерных дисциплин
Каждая инженерная дисциплина занимается устойчивым проектированием, применяя многочисленные инициативы, особенно анализ жизненного цикла (LCA), предотвращение загрязнения, проектирование для окружающей среды (DfE), проектирование для разборки (DfD) и проектирование для переработки (DfR). Они заменяют или, по крайней мере, изменяют парадигмы контроля загрязнения. Например, концепция « ограничения и торговли » была проверена и хорошо работает для некоторых загрязняющих веществ. Это система, в которой компаниям разрешено размещать «пузырь» над всем производственным комплексом или торговать квотами на загрязнение с другими компаниями в своей отрасли вместо подхода «штабелирование за штабелированием» и «труба за трубой», т.е. так называемого подхода «командование и контроль». Такие политические и нормативные инновации требуют некоторых улучшенных подходов, основанных на технологиях, а также подходов, основанных на лучшем качестве, таких как выравнивание нагрузок загрязняющих веществ и использование менее дорогих технологий для удаления первой большой массы загрязняющих веществ, за которыми следуют более высокие технологии эксплуатации и технического обслуживания (O&M) для более сложных для обработки дымовых труб и труб. Но чистый эффект может быть большим сокращением выбросов загрязняющих веществ и стоков , чем при рассмотрении каждой трубы или дымовой трубы как независимого объекта. Это основа для большинства подходов к устойчивому проектированию, т. е. проведение анализа жизненного цикла, расстановка приоритетов для наиболее важных проблем и сопоставление технологий и операций для их решения. Проблемы будут различаться по размеру (например, нагрузка загрязняющих веществ), сложности обработки и осуществимости. Наиболее трудноразрешимыми проблемами часто являются те, которые являются небольшими, но очень дорогими и трудными для решения, т. е. менее осуществимыми. Конечно, как и при всех сменах парадигмы , ожиданиями необходимо управлять как с технической, так и с эксплуатационной точки зрения. [2] Исторически инженеры рассматривали соображения устойчивости как ограничения для своих проектов. Например, опасные вещества, образующиеся в процессе производства, рассматривались как поток отходов, который необходимо удерживать и обрабатывать. Производство опасных отходов приходилось ограничивать путем выбора определенных типов производства, увеличения объектов по переработке отходов и, если они не полностью выполняли свою работу, ограничения темпов производства. Зеленая инженерия признает, что эти процессы часто неэффективны с экономической и экологической точки зрения, и призывает к комплексному, систематическому подходу к жизненному циклу. [3] Зеленая инженерия пытается достичь четырех целей: [4]
Первые в мире солнечные часы, построенные в 1983 году, расположены в парке Хибия, Япония. Плиточные часы на поле травы с солнечными панелями, расположенными перпендикулярно друг другу, направленными к 12 часам, 6 часам, 3 часам и 9 часам. Стрелки часов двигаются каждую минуту с помощью энергии, получаемой от солнца. Это было построено для содействия устойчивому проектированию и окружающей среде.
Зеленая инженерия охватывает многочисленные способы улучшения процессов и продуктов, чтобы сделать их более эффективными с точки зрения экологии и устойчивости. [5] Каждый из этих подходов зависит от рассмотрения возможных воздействий в пространстве и времени. Архитекторы учитывают чувство места. Инженеры рассматривают карту участка как набор потоков через границу. Проектирование должно учитывать краткосрочные и долгосрочные воздействия. Эти воздействия за пределами краткосрочной перспективы являются областью устойчивого проектирования. Воздействия могут не проявляться в течение десятилетий. В середине двадцатого века проектировщики указали использование того, что сейчас известно как опасные строительные материалы, такие как асбестовые полы, трубная обмотка и черепица, свинцовая краска и трубы, и даже структурные и механические системы, которые могли увеличить воздействие плесени и радона. Эти решения привели к рискам для здоровья жителей. Легко критиковать эти решения ретроспективно, но многие из них были приняты по благородным причинам, таким как предотвращение пожаров и долговечность материалов. Однако это иллюстрирует, что кажущиеся незначительными воздействия, если рассматривать их через призму времени, могут быть усилены экспоненциально по своим последствиям. Устойчивое проектирование требует полной оценки проекта на месте и во времени. Некоторые воздействия могут проявиться только через столетия. Например, то, в какой степени мы решаем использовать ядерную энергию для выработки электроэнергии, является решением об устойчивом проектировании. Радиоактивные отходы могут иметь период полураспада в сотни тысяч лет, то есть для распада половины радиоактивных изотопов потребуются все эти годы. Радиоактивный распад — это спонтанное превращение одного элемента в другой. Это происходит путем необратимого изменения числа протонов в ядре. Таким образом, устойчивое проектирование таких предприятий должно учитывать крайне неопределенное будущее. Например, даже если мы правильно разместим предупреждающие знаки об этих опасных отходах, мы не знаем, будет ли понят английский язык. Все четыре цели зеленой инженерии, упомянутые выше, поддерживаются долгосрочной точкой зрения жизненного цикла. Анализ жизненного цикла — это целостный подход к рассмотрению всего продукта, процесса или деятельности, охватывающий сырье, производство, транспортировку, распределение, использование, обслуживание, переработку и окончательную утилизацию. Другими словами, оценка его жизненного цикла должна дать полную картину продукта. Первым шагом в оценке жизненного цикла является сбор данных о потоке материала.через идентифицируемое общество. Как только количества различных компонентов такого потока известны, оцениваются важные функции и воздействия каждого шага в производстве, изготовлении, использовании и восстановлении/утилизации. Таким образом, в устойчивом проектировании инженеры должны оптимизировать переменные, которые дают наилучшую производительность во временных рамках. [4]
Достижения с 1992 по 2002 гг.
Было создано Всемирное инженерное партнерство для устойчивого развития (WEPSD), которое отвечает за следующие области: перепроектирование инженерных обязанностей и этики для обеспечения устойчивого развития, анализ и разработка долгосрочного плана, поиск решений путем обмена информацией с партнерами и использования новых технологий, а также решение важнейших глобальных экологических проблем, таких как пресная вода и изменение климата.
CASI Global был создан в основном как платформа для корпораций и правительств для обмена передовым опытом; с миссией продвижения дела и знаний в области социальной ответственности и устойчивого развития. Тысячи корпораций и колледжей по всему миру теперь являются частью CASI Global с целью поддержки этой миссии. CASI также предлагает программы Global Fellow по финансам / операциям / производству / цепочке поставок / и т. д. с двойной специализацией в области устойчивого развития. Идея заключается в том, что каждый профессионал должен внедрять устойчивое развитие в свою основную функцию и отрасль. CASI Global
Разработаны экологические политики, кодексы этики и руководящие принципы устойчивого развития
Запустили программы для студентов-инженеров и практикующих инженеров по применению концепций устойчивого развития в своей работе.
Разработаны новые подходы в промышленных процессах
Устойчивое жилье
В 2013 году среднее годовое потребление электроэнергии для бытового потребителя коммунальных услуг в США составило 10 908 киловатт-часов (кВт-ч), в среднем 909 кВт-ч в месяц. Самый высокий годовой показатель потребления был в Луизиане — 15 270 кВт-ч, а самый низкий — на Гавайях — 6 176 кВт-ч. [6] Сам жилой сектор потребляет 18% [7] от общего объема вырабатываемой энергии, и поэтому внедрение методов устойчивого строительства может значительно сократить это число. Основные методы устойчивого строительства включают:
Зеленый и белый бензоколонка Propel с надписями биодизель и FlexFuel на ней. Белый пикап на заднем плане заправляет бензобак. На бензоколонке вместо обычного бензина используется биодизельное топливо. Биодизельное топливо производится из растений или животных, снижает загрязнение окружающей среды и способствует устойчивому проектированию.
Устойчивое место и местоположение: Один из важных элементов строительства, который часто упускается из виду, — это поиск подходящего места для строительства. Избегание неподходящих мест, таких как сельскохозяйственные угодья, и размещение участка вблизи существующей инфраструктуры, такой как дороги, канализация, системы ливневой канализации и транзит, позволяет строителям уменьшить негативное воздействие на окружающую среду дома.
Экономия воды: экономия воды может быть экономически выгодна за счет установки приборов с низким расходом, которые часто стоят столько же, сколько и менее эффективные модели. Воду можно экономить в ландшафтном дизайне, выбирая правильные растения.
Материалы: Зеленые материалы включают в себя множество различных вариантов. Люди обычно предполагают, что «зеленый» означает переработанные материалы . Хотя переработанные материалы представляют собой один из вариантов, зеленые материалы также включают в себя повторно используемые материалы, возобновляемые материалы, такие как бамбук и пробка, или местные материалы. Зеленый материал не обязательно должен стоить дороже или быть более низкого или более высокого качества. Большинство зеленых продуктов сопоставимы со своими незелеными аналогами.
Качество внутренней среды: Качество внутренней среды играет ключевую роль в здоровье человека. Во многих случаях можно создать гораздо более здоровую среду, избегая опасных материалов, содержащихся в краске, ковре и других покрытиях. Также важно иметь надлежащую вентиляцию и достаточное дневное освещение. [8]
Экономия
Экономия воды: в недавно построенном доме можно установить продукцию с маркировкой WaterSense без дополнительных затрат и добиться экономии воды на уровне 20 %, если учесть экономию водонагревателя и самой воды.
Энергосбережение: энергосбережение очень интенсивно, когда дело доходит до надбавок к стоимости за реализацию. Однако оно также имеет большой потенциал для экономии. Минимальная экономия может быть достигнута без дополнительных затрат, следуя стратегиям пассивного проектирования. Следующим шагом по сравнению с пассивным проектированием на уровне зеленого (и в конечном итоге на уровне экономии) будет внедрение передовых материалов для оболочки здания, таких как структурные теплоизоляционные панели (SIP). SIP могут быть установлены примерно за 2 доллара за погонный фут внешней стены. Это равно общей премии менее 500 долларов за типичный одноэтажный дом, что принесет экономию энергии на 50%. По данным DOE, средние годовые расходы на энергию для односемейного дома составляют 2200 долларов. Таким образом, SIP могут сэкономить до 1100 долларов в год. Чтобы достичь экономии, связанной с домом с чистым нулевым потреблением энергии , необходимо будет внедрить возобновляемую энергию в дополнение к другим функциям. Геотермальная энергетическая система могла бы достичь этой цели с надбавкой к стоимости примерно в 7 долларов за квадратный фут, в то время как фотоэлектрическая система (солнечная) потребовала бы общей надбавки до 25 000 долларов. [8]
^ Huesemann, Michael H.; Joyce A. Huesemann (2011). "Глава 13, "Разработка экологически устойчивых и соответствующих технологий"". Technofix: Почему технологии не спасут нас или окружающую среду . Остров Габриола, Британская Колумбия, Канада: New Society Publishers. ISBN 978-0-86571-704-6.
^ Валлеро, Дэниел А. (2008). Устойчивое проектирование: наука об устойчивости и зеленом проектировании . Бразиер, Крис. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley. ISBN978-0-470-13062-9. OCLC 173480533.
^ Кабесас, Эриберто; Маутер, Миган С.; Шоннард, Дэвид; Ю, Фэнци (2018). "ACS Sustainable Chemistry & Engineering Virtual Special Issue on Systems Analysis, Design, and Optimization for Sustainability". ACS Sustainable Chemistry & Engineering . 6 (6): 7199. doi : 10.1021/acssuschemeng.8b02227 .
^ ab D. Vallero и C. Brasier (2008), Sustainable Design: The Science of Sustainability and Green Engineering. John Wiley and Sons, Inc., Хобокен, Нью-Джерси, ISBN 0470130628 .
^ Устойчивость продуктов, процессов и цепочек поставок: теория и приложения. Ю, Фэнци. Амстердам. 30 апреля 2015 г. ISBN978-0-444-63491-7. OCLC 908335764.{{cite book}}: CS1 maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) CS1 maint: другие ( ссылка )
^ «Сколько электроэнергии потребляет американский дом? — FAQ — Управление энергетической информации США (EIA)». www.eia.gov . Получено 2015-09-02 .
^ "Сколько энергии потребляется в мире каждым сектором? - FAQ – Управление энергетической информации США (EIA)". Управление энергетической информации США . Получено 2015-09-02 .
^ ab Майкл Толсон MBA, LEED, AP. "Зеленые дома против традиционных домов". buildipedia.com . Получено 2015-09-02 .{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
