Устойчивая архитектура — это архитектура , которая стремится минимизировать негативное воздействие зданий на окружающую среду за счет повышения эффективности и умеренности в использовании материалов, энергии, пространства для застройки и экосистемы в целом. Устойчивая архитектура использует осознанный подход к энергосбережению и сохранению окружающей среды при проектировании застроенной среды. [1] [2]
Идея устойчивости , или экологического проектирования , заключается в обеспечении того, чтобы использование имеющихся в настоящее время ресурсов не оказывало пагубного воздействия на благосостояние будущего общества или не делало невозможным получение ресурсов для других целей в долгосрочной перспективе. [3]
Термин «устойчивость» в отношении архитектуры до сих пор в основном рассматривался через призму строительных технологий и их преобразований. Выходя за рамки технической сферы « зеленого дизайна », изобретения и экспертизы, некоторые ученые начинают позиционировать архитектуру в гораздо более широких культурных рамках взаимоотношений человека с природой . Принятие этих рамок позволяет проследить богатую историю культурных дебатов об отношении человечества к природе и окружающей среде с точки зрения различных исторических и географических контекстов. [4]
На мировое строительство приходится 38% от общего объема мировых выбросов. [5] Хотя стандарты устойчивой архитектуры и строительства традиционно были сосредоточены на сокращении эксплуатационных выбросов углерода, на сегодняшний день существует мало стандартов или систем для отслеживания и сокращения воплощенного углерода. [6] Хотя сталь и другие материалы ответственны за масштабные выбросы, только цемент ответственен за 8% всех выбросов. [7]
Критики редукционизма модернизма часто отмечали отказ от преподавания истории архитектуры как причинный фактор. Тот факт, что ряд основных игроков в отклонении от модернизма обучались в Школе архитектуры Принстонского университета, где обращение к истории продолжало быть частью обучения дизайну в 1940-х и 1950-х годах, был значительным. Растущий интерес к истории оказал глубокое влияние на архитектурное образование. Курсы истории стали более типичными и упорядоченными. С ростом спроса на профессоров, знающих историю архитектуры, возникло несколько программ докторантуры в школах архитектуры, чтобы дифференцировать себя от программ докторантуры по истории искусств, где ранее обучались историки архитектуры. В США первыми были Массачусетский технологический институт и Корнелл , созданные в середине 1970-х годов, за ними последовали Колумбийский университет , Беркли и Принстон . Среди основателей новых программ по истории архитектуры были Бруно Дзеви из Института истории архитектуры в Венеции, Стэнфорд Андерсон и Генри Миллон из Массачусетского технологического института, Александр Цонис из Архитектурной ассоциации , Энтони Видлер из Принстона, Манфредо Тафури из Венецианского университета, Кеннет Фрэмптон из Колумбийского университета , а также Вернер Охслин и Курт Форстер из Швейцарской высшей технической школы Цюриха . [8]
Энергоэффективность на протяжении всего жизненного цикла здания является важнейшей целью устойчивой архитектуры. Архитекторы используют множество различных пассивных и активных методов для снижения энергетических потребностей зданий и повышения их способности улавливать или генерировать собственную энергию. [9] Чтобы минимизировать стоимость и сложность, устойчивая архитектура отдает приоритет пассивным системам, чтобы использовать преимущества местоположения здания с встроенными архитектурными элементами, дополняя их возобновляемыми источниками энергии, а затем ресурсами ископаемого топлива только по мере необходимости. [10] Анализ участка может быть использован для оптимизации использования местных экологических ресурсов, таких как дневной свет и окружающий ветер для отопления и вентиляции.
Использование энергии очень часто зависит от того, получает ли здание энергию от сети или от нее. [11] Здания, не подключенные к сети, не используют энергию, предоставляемую коммунальными службами, а вместо этого имеют собственное независимое производство энергии. Они используют локальное хранение электроэнергии, в то время как подключенные к сети объекты возвращают избыточное электричество обратно в сеть.
Со временем были разработаны многочисленные пассивные архитектурные стратегии. Примерами таких стратегий являются расположение комнат или размеры и ориентация окон в здании, [9] а также ориентация фасадов и улиц или соотношение между высотой зданий и шириной улиц для городского планирования. [12]
Важным и экономически эффективным элементом эффективной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) является хорошо изолированное здание . Более эффективное здание требует меньше генерирующей или рассеивающей тепло мощности, но может потребовать большей мощности вентиляции для удаления загрязненного воздуха из помещения .
Значительное количество энергии вымывается из зданий в потоки воды, воздуха и компоста . Готовые технологии переработки энергии на месте могут эффективно извлекать энергию из отработанной горячей воды и затхлого воздуха и передавать эту энергию в поступающую свежую холодную воду или свежий воздух. Для извлечения энергии для других целей, кроме садоводства, из компоста, выходящего из зданий, требуются централизованные анаэробные реакторы .
Системы HVAC питаются от двигателей. Медь , в отличие от других металлических проводников, помогает улучшить эффективность использования электроэнергии двигателями, тем самым повышая устойчивость электрических компонентов здания.
Ориентация участка и здания оказывают существенное влияние на эффективность системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в здании.
Пассивное солнечное проектирование зданий позволяет зданиям эффективно использовать энергию солнца без использования каких-либо активных солнечных механизмов, таких как фотоэлектрические элементы или солнечные водонагревательные панели . Обычно пассивные солнечные проекты зданий включают материалы с высокой тепловой массой , которые эффективно сохраняют тепло, и прочную изоляцию , которая предотвращает утечку тепла. Низкоэнергетические проекты также требуют использования солнечного затенения с помощью навесов, жалюзи или ставней, чтобы уменьшить приток солнечного тепла летом и уменьшить потребность в искусственном охлаждении. Кроме того, низкоэнергетические здания обычно имеют очень низкое отношение площади поверхности к объему, чтобы минимизировать потери тепла. Это означает, что раскидистые многостворчатые конструкции зданий (часто считающиеся более «органичными») часто избегают в пользу более централизованных структур. Традиционные здания в холодном климате, такие как американские колониальные конструкции солончаков, представляют собой хорошую историческую модель для централизованной тепловой эффективности в небольшом здании.
Окна размещаются так, чтобы максимизировать поступление тепла, создающего тепло, и минимизировать потери тепла через стекло, которое является плохим изолятором. В северном полушарии это обычно подразумевает установку большого количества окон, выходящих на юг, для сбора прямого солнечного света и резкое ограничение количества окон, выходящих на север. Некоторые типы окон, такие как окна с двойным или тройным остеклением , с заполненными газом пространствами и покрытиями с низкой излучательной способностью (low-E) , обеспечивают гораздо лучшую изоляцию, чем окна с одинарным стеклом. Предотвращение избыточного солнечного притока с помощью солнцезащитных устройств в летние месяцы важно для снижения потребности в охлаждении. Лиственные деревья часто высаживают перед окнами, чтобы они блокировали чрезмерное солнце летом с помощью своих листьев, но пропускали свет зимой, когда их листья опадают. Устанавливаются жалюзи или световые полки, чтобы пропускать солнечный свет зимой (когда солнце находится низко в небе) и не пропускать его летом (когда солнце находится высоко в небе). Они имеют планки, как ставни, и отражают свет и излучение, чтобы уменьшить блики во внутреннем пространстве. Современные системы жалюзи автоматизированы для максимального использования дневного света и контроля внутренней температуры путем регулировки их наклона. [13] Хвойные или вечнозеленые растения часто высаживают к северу от зданий для защиты от холодных северных ветров.
В холодном климате отопительные системы являются основным направлением устойчивой архитектуры, поскольку они, как правило, являются одним из крупнейших источников потребления энергии в зданиях.
В более теплом климате, где охлаждение является основной проблемой, пассивные солнечные конструкции также могут быть очень эффективными. Каменные строительные материалы с высокой тепловой массой очень ценны для сохранения прохладных ночных температур в течение дня. Кроме того, строители часто выбирают раскидистые одноэтажные конструкции, чтобы максимизировать площадь поверхности и потери тепла. [ необходима цитата ] Здания часто проектируются так, чтобы улавливать и направлять существующие ветры, особенно особенно холодные ветры, исходящие от близлежащих водоемов . Многие из этих ценных стратегий в той или иной степени используются традиционной архитектурой теплых регионов, например, зданиями юго-западных миссий.
В климате с четырьмя сезонами эффективность интегрированной энергетической системы возрастет: когда здание хорошо изолировано, когда оно расположено так, чтобы работать с силами природы, когда тепло улавливается (для немедленного использования или хранения), когда тепловая установка, работающая на ископаемом топливе или электричестве, имеет КПД более 100% и когда используются возобновляемые источники энергии .
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 — солнечный прирост варьируется даже на одной и той же широте. Типичная эффективность для коммерчески доступных фотоэлектрических панелей составляет от 4% до 28%. Низкая эффективность некоторых фотоэлектрических панелей может существенно повлиять на срок окупаемости их установки. [14] Эта 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 позволить фотоэлектрическим панелям собирать энергию с максимальной эффективностью. В северном полушарии ориентация, направленная на истинный юг, максимизирует выход солнечных панелей. Если ориентация на истинный юг невозможна, солнечные панели могут производить достаточно энергии, если они выровнены в пределах 30° к югу. Однако на более высоких широтах выход энергии зимой будет значительно снижен для ориентации, отличной от южной.
Для максимальной эффективности зимой коллектор можно наклонить выше горизонтали на широте +15°. Для максимальной эффективности летом угол должен быть на широте -15°. Однако для годового максимума производства угол панели над горизонталью должен быть равен ее широте. [15]
Использование малогабаритных ветровых турбин для производства энергии в устойчивых сооружениях требует рассмотрения многих факторов. При рассмотрении затрат малые ветровые системы, как правило, дороже, чем более крупные ветровые турбины относительно количества энергии, которую они производят. Для малых ветровых турбин расходы на техническое обслуживание могут быть решающим фактором на участках с ограниченными возможностями использования ветра. На участках со слабым ветром обслуживание может потреблять большую часть дохода малой ветровых турбин. [16] Ветровые турбины начинают работать, когда скорость ветра достигает 8 миль в час, достигают мощности по производству энергии на скорости 32-37 миль в час и отключаются, чтобы избежать повреждений, на скоростях, превышающих 55 миль в час. [16] Энергетический потенциал ветровых турбин пропорционален квадрату длины их лопастей и кубу скорости вращения лопастей. Хотя существуют ветровые турбины, которые могут дополнять электроэнергией одно здание, из-за этих факторов эффективность ветровых турбин во многом зависит от ветровых условий на строительной площадке. По этим причинам, чтобы ветряные турбины были хоть сколько-нибудь эффективными, их следует устанавливать в местах, где, как известно, дует постоянный ветер (со средней скоростью ветра более 15 миль в час), а не в местах, где ветер дует спорадически. [17] Небольшую ветряную турбину можно установить на крыше. Тогда проблемы установки включают 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 жилого дома. [18] Турбины для использования в жилых помещениях обычно имеют диаметр от 7 футов (2 м) до 25 футов (8 м) и вырабатывают электроэнергию со скоростью от 900 Вт до 10 000 Вт при их испытательной скорости ветра. [19]
Надежность систем ветряных турбин важна для успеха проекта ветряной энергетики. Непредвиденные поломки могут оказать значительное влияние на прибыльность проекта из-за логистических и практических трудностей замены критических компонентов ветряной турбины. Неопределенность с долгосрочной надежностью компонентов напрямую влияет на степень уверенности, связанную с оценками стоимости энергии (COE). [20]
Солнечные водонагреватели , также называемые солнечными бытовыми системами горячего водоснабжения, могут быть экономически эффективным способом получения горячей воды для дома. Их можно использовать в любом климате, а топливо, которое они используют — солнечный свет — бесплатно. [21]
Существует два типа солнечных систем водоснабжения: активные и пассивные. Активная система солнечного коллектора может производить около 80-100 галлонов горячей воды в день. Пассивная система будет иметь меньшую мощность. [22] Эффективность активной солнечной системы водоснабжения составляет 35-80%, а пассивной системы — 30-50%, что делает активные солнечные системы более мощными. [23]
Также существуют два типа циркуляции: системы прямой циркуляции и системы косвенной циркуляции. Системы прямой циркуляции пропускают бытовую воду через панели. Их не следует использовать в климате с температурой ниже нуля. Косвенная циркуляция пропускает гликоль или какую-либо другую жидкость через солнечные панели и использует теплообменник для нагрева бытовых вод.
Два наиболее распространенных типа коллекторных панелей — плоские и вакуумные трубки. Они работают аналогично, за исключением того, что вакуумные трубки не теряют тепло конвективно, что значительно повышает их эффективность (на 5–25 % выше эффективность). Благодаря этим более высоким показателям эффективности вакуумные трубчатые солнечные коллекторы также могут производить более высокотемпературное отопление помещений и даже более высокие температуры для абсорбционных систем охлаждения. [24]
Электрические водонагреватели сопротивления, которые сегодня распространены в домах, имеют потребление электроэнергии около 4500 кВт·ч/год. При использовании солнечных коллекторов потребление энергии сокращается вдвое. Первоначальные затраты на установку солнечных коллекторов высоки, но с ежегодной экономией энергии периоды окупаемости относительно короткие. [24]
Воздушные тепловые насосы (ASHP) можно рассматривать как обратимые кондиционеры. Как и кондиционер, ASHP может забирать тепло из относительно прохладного помещения (например, дома при 70 °F) и сбрасывать его в жаркое место (например, снаружи при 85 °F). Однако, в отличие от кондиционера, конденсатор и испаритель ASHP могут меняться 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 наружная температура очень низкая или очень высокая, поэтому они наиболее эффективно используются в умеренном климате. [24] Однако, вопреки более ранним ожиданиям, они также хорошо подходят для регионов с низкой наружной температурой, таких как Скандинавия или Аляска. [25] [26] В Норвегии, Финляндии и Швеции использование тепловых насосов значительно возросло за последние два десятилетия: в 2019 году в этих странах на 100 жителей приходилось 15–25 тепловых насосов, причем доминирующей технологией тепловых насосов был ASHP. [26] Аналогичным образом, более ранние предположения о том, что ASHP будет хорошо работать только в полностью изолированных зданиях, оказались неверными — даже старые, частично изолированные здания можно модернизировать с помощью ASHP и тем самым значительно снизить их энергопотребление. [27]
Эффекты EAHP ( тепловых насосов отработанного воздуха ) также изучались в вышеупомянутых регионах, показывая многообещающие результаты. Тепловой насос отработанного воздуха использует электричество для извлечения тепла из отработанного воздуха, выходящего из здания, перенаправляя его на ГВС ( горячее водоснабжение ), отопление помещений и подогрев приточного воздуха. В более холодных странах EAHP может быть в состоянии восстановить примерно в 2-3 раза больше энергии, чем система обмена воздух-воздух. [28] Исследование 2022 года, посвященное прогнозируемому снижению выбросов в шведском регионе Кюменлааксо , изучало аспект модернизации существующих многоквартирных домов (разного возраста) с помощью систем EAHP. Были выбраны отдельные здания в городах Котка и Коувола, их прогнозируемые выбросы углерода сократятся примерно на 590 тCO2 и 944 тCO2 соответственно с периодом окупаемости 7-13 лет. [29] Однако важно отметить, что системы EAHP могут не дать благоприятных результатов, если установлены в здании, демонстрирующем несовместимые показатели выходной мощности выхлопных газов или потребления электроэнергии. В этом случае системы EAHP могут увеличить счета за электроэнергию, не обеспечивая разумного сокращения выбросов углерода (см. EAHP ).
Тепловые насосы с источником тепла из грунта (или геотермальные) являются эффективной альтернативой. Разница между двумя тепловыми насосами заключается в том, что у тепловых насосов с источником тепла один из теплообменников расположен под землей — обычно в горизонтальном или вертикальном положении. Тепловые насосы с источником тепла из грунта используют относительно постоянные, умеренные температуры под землей, что означает, что их эффективность может быть намного выше, чем у тепловых насосов с источником тепла из воздуха. Для подземного теплообменника обычно требуется значительная площадь. Проектировщики размещают их на открытой площадке рядом со зданием или под парковкой.
Тепловые насосы Energy Star с геотермальным источником могут быть на 40–60 % эффективнее своих воздушных аналогов. Они также тише и могут применяться для других функций, например, для нагрева бытовой горячей воды. [24]
С точки зрения первоначальной стоимости, установка системы геотермального теплового насоса стоит примерно в два раза дороже, чем установка стандартного воздушного теплового насоса. Однако первоначальные затраты могут быть более чем компенсированы снижением затрат на энергию. Снижение затрат на энергию особенно заметно в районах с типично жарким летом и холодной зимой. [24]
Другие типы тепловых насосов — это водяные и воздухо-земляные. Если здание расположено вблизи водоема, пруд или озеро могут использоваться в качестве источника или поглотителя тепла. Воздушно-земляные тепловые насосы циркулируют воздух в здании через подземные воздуховоды. С более высокими требованиями к мощности вентилятора и неэффективной передачей тепла, воздушно-земляные тепловые насосы, как правило, непрактичны для крупного строительства.
Пассивное дневное радиационное охлаждение использует экстремально холодный климат внешнего космоса в качестве возобновляемого источника энергии для достижения дневного охлаждения. [30] Обладая высокой отражательной способностью для снижения солнечного тепла и высокой теплопередачей в длинноволновом инфракрасном (LWIR) тепловом излучении , дневные радиационные охлаждающие поверхности могут достигать охлаждения ниже температуры окружающей среды для внутренних и наружных пространств при применении на крышах, что может значительно снизить потребление энергии и затраты на охлаждение. [31] [32] Эти охлаждающие поверхности могут применяться в качестве панелей, обращенных к небу, подобно другим возобновляемым источникам энергии, таким как солнечные панели, что делает их простой интеграцией в архитектурный дизайн. [33]
Пассивное дневное радиационное охлаждение крыши может удвоить экономию энергии по сравнению с белой крышей [34], а при нанесении в качестве многослойной поверхности на 10% крыши здания оно может заменить 35% кондиционирования воздуха, используемого в самые жаркие часы дня. [35] Дневное радиационное охлаждение для охлаждения внутренних помещений растет, и предполагаемый «размер рынка составит ~27 миллиардов долларов в 2025 году» [36].
Некоторые примеры устойчивых строительных материалов включают переработанную джинсовую ткань или вдувную стекловолоконную изоляцию, устойчиво собранную древесину, трасс , линолеум , [37] овечью шерсть, коноплебетон , римский бетон , [38] панели из бумажных хлопьев, обожженной земли, утрамбованной земли, глины, вермикулита, льна, сизаля, морской травы, керамзитовых зерен, кокоса, древесноволокнистых плит, кальциевого песчаника, местного камня и скалы, а также бамбука , который является одним из самых прочных и быстрорастущих древесных растений , и нетоксичных клеев и красок с низким содержанием летучих органических соединений . Бамбуковый пол может быть полезен в экологически чистых пространствах, поскольку он помогает уменьшить количество загрязняющих частиц в воздухе. [39] Растительное покрытие или щит над ограждающими конструкциями зданий также помогает в том же. Бумага, которая изготовлена или произведена из лесной древесины, предположительно на сто процентов пригодна для вторичной переработки, поэтому она восстанавливает и сохраняет почти всю лесную древесину, которую она потребляет в процессе производства. Существует недоиспользованный потенциал для систематического хранения углерода в застроенной среде. [40]
Использование натуральных строительных материалов из-за их устойчивых качеств является практикой, наблюдаемой в народной архитектуре . Региональные архитектурные стили развиваются на протяжении поколений, используя местные материалы. Эта практика снижает выбросы при транспортировке и производстве. [41] Регенеративные источники, использование отходов и возможность повторного использования являются устойчивыми качествами древесины, соломы, камня и глины. Изделия из клееной древесины, солома и камень являются низкоуглеродными строительными материалами с большим потенциалом для масштабирования. Изделия из древесины могут связывать углерод, в то время как камень имеет низкую энергию извлечения. Солома, включая строительство из соломенных тюков , связывает углерод, обеспечивая при этом высокий уровень изоляции. Высокие тепловые характеристики натуральных материалов способствуют регулированию внутренних условий без использования современных технологий. [41]
Использование древесины, соломы и камня в устойчивой архитектуре стало темой крупной выставки в Музее дизайна Великобритании. [42]
Устойчивая архитектура часто включает использование переработанных или бывших в употреблении материалов, таких как переработанная древесина и переработанная медь . Сокращение использования новых материалов создает соответствующее сокращение воплощенной энергии (энергии, используемой при производстве материалов). Часто архитекторы, занимающиеся устойчивым развитием, пытаются модернизировать старые конструкции для удовлетворения новых потребностей, чтобы избежать ненужного развития. Архитектурные отходы и переработанные материалы используются, когда это уместно. Когда старые здания сносят, часто любая хорошая древесина перерабатывается, обновляется и продается в качестве напольного покрытия. Любой хороший габаритный камень также перерабатывается. Многие другие детали также используются повторно, такие как двери, окна, каминные полки и фурнитура, тем самым сокращая потребление новых товаров. Когда используются новые материалы, зеленые дизайнеры ищут материалы, которые быстро восполняются, такие как бамбук , который можно собирать для коммерческого использования всего через шесть лет роста, сорго или пшеничная солома, оба из которых являются отходами, которые можно прессовать в панели, или пробковый дуб , с которого для использования удаляется только внешняя кора, что сохраняет дерево. Когда это возможно, строительные материалы могут быть собраны на самом участке; например, если новое сооружение строится в лесистой местности, древесина с деревьев, которые были срублены, чтобы освободить место для здания, будет повторно использована как часть самого здания. Для изоляции в ограждающих конструкциях зданий исследуются также более экспериментальные материалы, такие как «отходы овечьей шерсти» наряду с другими отходами волокон, полученными в результате текстильных и агропромышленных операций, и недавние исследования предполагают, что переработанная изоляция эффективна для архитектурных целей. [43]
Везде, где это возможно, используются строительные материалы с низким уровнем воздействия: например, изоляция может быть изготовлена из материалов с низким уровнем выбросов ЛОС ( летучих органических соединений ), таких как переработанная джинсовая ткань или целлюлозная изоляция , а не из строительных изоляционных материалов , которые могут содержать канцерогенные или токсичные материалы, такие как формальдегид. Чтобы предотвратить повреждение насекомыми, эти альтернативные изоляционные материалы можно обработать борной кислотой . Могут использоваться органические или молочные краски. [44] Однако распространенным заблуждением является то, что «зеленые» материалы всегда лучше для здоровья жильцов или окружающей среды. Многие вредные вещества (включая формальдегид, мышьяк и асбест) встречаются в природе и не лишены истории использования с лучшими намерениями. Исследование выбросов от материалов, проведенное штатом Калифорния, показало, что есть некоторые зеленые материалы, которые имеют значительные выбросы, тогда как некоторые более «традиционные» материалы на самом деле были более низкими источниками выбросов. Таким образом, вопрос выбросов должен быть тщательно изучен, прежде чем делать вывод о том, что натуральные материалы всегда являются самой здоровой альтернативой для жильцов и для Земли. [45]
Летучие органические соединения (ЛОС) могут быть обнаружены в любой внутренней среде, поступая из различных источников. ЛОС имеют высокое давление паров и низкую растворимость в воде и, как предполагается, вызывают симптомы типа синдрома больного здания . Это связано с тем, что многие ЛОС, как известно, вызывают раздражение органов чувств и симптомы 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 зеленые продукты содержат меньше ЛОС и лучше для здоровья человека и окружающей среды. Исследование, проведенное кафедрой гражданского, архитектурного и экологического проектирования в Университете Майами, в котором сравнивались три зеленых продукта и их незеленые аналоги, показало, что, хотя и зеленые продукты, и незеленые аналоги выделяли уровни ЛОС, количество и интенсивность ЛОС, выделяемых зелеными продуктами, были намного безопаснее и комфортнее для человека. [46]
Обычно используемые строительные материалы, такие как древесина, требуют вырубки лесов, которая без надлежащего ухода является неустойчивой. По состоянию на октябрь 2022 года исследователи из Массачусетского технологического института провели разработки на основе выращенных в лабораторных условиях клеток Zinnia elegans , которые развиваются в определенных характеристиках в условиях, находящихся под их контролем. Эти характеристики включают «форму, толщину [и] жесткость», а также механические свойства, которые могут имитировать древесину. [47] 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 транспортной энергии и сохранить леса. Однако Бенгстон отмечает, что этот прорыв изменит парадигмы и поднимет новые экономические и экологические вопросы, такие как рабочие места для зависящих от древесины сообществ или то, как сохранение повлияет на лесные пожары. [48]
Несмотря на важность материалов для общей устойчивости зданий, количественная оценка и оценка устойчивости строительных материалов оказались сложными. Существует мало согласованности в измерении и оценке атрибутов устойчивости материалов, что приводит к тому, что сегодня ландшафт усеян сотнями конкурирующих, непоследовательных и часто неточных экологических маркировок, стандартов и сертификатов . Этот разлад привел как к путанице среди потребителей и коммерческих покупателей, так и к включению непоследовательных критериев устойчивости в более крупные программы сертификации зданий, такие как LEED . Были сделаны различные предложения относительно рационализации ландшафта стандартизации для устойчивых строительных материалов. [49]
Информационное моделирование зданий (BIM) используется для содействия устойчивому проектированию, позволяя архитекторам и инженерам интегрировать и анализировать эксплуатационные характеристики зданий.[5] Услуги BIM, включая концептуальное и топографическое моделирование, предлагают новый канал для зеленого строительства с последовательным и немедленным доступом к внутренне согласованной и достоверной информации о проекте. BIM позволяет проектировщикам количественно оценивать воздействие систем и материалов на окружающую среду для поддержки решений, необходимых для проектирования устойчивых зданий.
Консультант по устойчивому строительству может быть привлечен на ранних этапах процесса проектирования для прогнозирования влияния строительных материалов , ориентации, остекления и других физических факторов на устойчивость, чтобы определить устойчивый подход, отвечающий конкретным требованиям проекта.
Нормы и стандарты были формализованы системами рейтинга на основе производительности, например, LEED [50] и Energy Star для домов. [51] Они определяют контрольные показатели , которым необходимо соответствовать, и предоставляют метрики и тестирование для соответствия этим контрольным показателям. Стороны, участвующие в проекте, должны определить наилучший подход к соблюдению этих стандартов.
Поскольку консультации по устойчивому строительству часто связаны с надбавкой к стоимости, такие организации, как Architects Assist, стремятся к равному доступу к устойчивому и жилому проектированию. [52]
Одним из центральных и часто игнорируемых аспектов устойчивой архитектуры является размещение зданий. [53] Хотя идеальная экологическая структура дома или офиса часто представляется как изолированное место, такое размещение обычно наносит ущерб окружающей среде. Во-первых, такие сооружения часто служат неосознанными передовыми линиями пригородного разрастания . Во-вторых, они обычно увеличивают потребление энергии, необходимое для транспортировки, и приводят к ненужным выбросам автомобилей. В идеале большинство зданий должны избегать пригородного разрастания в пользу легкого городского развития , сформулированного движением Нового урбанизма . [54] Тщательное зонирование смешанного использования может сделать коммерческие, жилые и легкие промышленные районы более доступными для тех, кто передвигается пешком, на велосипеде или на общественном транспорте, как предлагается в Принципах разумного урбанизма . Изучение пермакультуры в ее целостном применении также может значительно помочь в правильном размещении зданий, которое минимизирует потребление энергии и работает с окружающей средой, а не против нее, особенно в сельских и лесных зонах.
Устойчивые здания ищут способы экономии воды . Одним из стратегических проектов по экономии воды , которые включают зеленые здания , являются зеленые крыши . Зеленые крыши имеют растительность на крыше, которая собирает воду ливневых стоков. Эта функция не только собирает воду для дальнейшего использования, но и служит хорошим изолятором, который может помочь в эффекте городского острова тепла . [39] Еще одним стратегическим проектом по экономии воды является очистка сточных вод, чтобы их можно было повторно использовать. [55]
Устойчивый урбанизм выходит за рамки устойчивой архитектуры и предлагает более широкий взгляд на устойчивость. Типичные решения включают эко-промышленный парк (EIP), городское сельское хозяйство и т. д. Поддерживаемые международные программы включают Сеть устойчивого городского развития [56] , поддерживаемую ООН-ХАБИТАТ, и Eco2 Cities [57] , поддерживаемую Всемирным банком.
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 . [58] [59] Это контрастирует с модернистской и глобально единой архитектурой, а также с опорой на уединенные жилые комплексы и разрастание пригородов . [60] Оба направления начались в 1980-х годах. Архитектурная премия Дрихауса — это награда, которая отмечает усилия в области Нового урбанизма и Новой классической архитектуры и наделена призовым фондом, в два раза превышающим призовой фонд модернистской Притцкеровской премии . [61]
Отходы принимают форму отработанных или бесполезных материалов, образующихся в домохозяйствах и на предприятиях, в процессах строительства и сноса, а также в производственных и сельскохозяйственных отраслях. Эти материалы можно условно разделить на твердые бытовые отходы, мусор от строительства и сноса (C&D) и промышленные или сельскохозяйственные побочные продукты. [62] Устойчивая архитектура фокусируется на использовании управления отходами на месте , включая такие вещи, как системы серой воды для использования на грядках и компостные туалеты для уменьшения количества сточных вод. Эти методы в сочетании с компостированием пищевых отходов на месте и переработкой за пределами места могут сократить отходы дома до небольшого количества упаковочных отходов .
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )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 вместо этого собирает холод из внешнего космоса в качестве нового возобновляемого источника энергии.
Соответственно, крайне желательно проектирование и изготовление эффективного PDRC с достаточно высоким коэффициентом отражения солнечного света (𝜌¯solar) (λ ~ 0,3–2,5 мкм) для минимизации притока солнечного тепла и одновременно сильным тепловым излучением LWIR (ε¯LWIR) для максимизации потерь лучистого тепла. Когда входящее лучистое тепло от Солнца уравновешивается исходящим лучистым тепловым излучением, температура Земли может достичь своего устойчивого состояния.
Радиационное охлаждение — это возобновляемая технология, которая может дополнять или частично заменять текущие технологии охлаждения.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )