Қоршаған ортаға зиянды әсерін азайтуға бағытталған архитектура

Жасыл архитектура: Экологиялық зиянды азайту, энергия тиімділігі, материалдарды ұқыпты қолдану. Қоршаған ортаны сақтауға бағытталған құрылыс дизайны.

19 мин оқу

100%

Дереккөз: Sustainable architecture — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Қоршаған ортаға тигізетін зиянды әсерді азайтуға арналған архитектура.

Тұрақты архитектура – бұл ғимараттардың қоршаған ортаға тигізетін теріс әсерін тиімділігін арттыру және материалдарды, энергияны, құрылыс алаңдарын және жалпы экожүйені ұқыпты пайдалану арқылы азайтуға бағытталған архитектура. Тұрақты архитектура құрылған ортаны жобалауда энергияны және экологиялық ресурстарды сақтауға саналы түрде көңіл бөледі. Тұрақтылық, немесе экологиялық жобалау идеясы – қазіргі қолда бар ресурстарды пайдаланудың болашақ ұрпақтардың өміріне зиян келтірмейтінін және ұзақ мерзімде басқа да мақсаттар үшін ресурстар алу мүмкіндігін шектемейтінін қамтамасыз ету болып табылады.

Тар тәсілден кеңірек тәсілге ауысу

Архитектураға қатысты "тұрақтылық" термині осы уақытқа дейін көбінесе құрылыс технологиясы және оның өзгеруі арқылы қарастырылып келді. "Жасыл дизайн", жаңалықтар мен тәжірибе саласынан асып, кейбір ғалымдар сәулет өнерін адамның табиғатпен байланысының әлдеқайда кең мәдени аясында қарастыра бастады. Осы көзқарасты қабылдау арқылы, адамзаттың табиғат және қоршаған ортамен қарым-қатынасы туралы әртүрлі тарихи және географиялық жағдайлардағы мәдени пікірталастардың бай тарихын зерттеуге болады.

Операциялық көміртек пен инкорпорированный көміртек

Әлемдік құрылыс жалпы әлемдік эмиссияның 38% құрайды. Тұрақты сәулет және құрылыс стандарттары дәстүрлі түрде пайдалану кезіндегі көміртегі эмиссиясын азайтуға бағытталған, бірақ бүгінгі күнге дейін көмілген көміртегіні қадағалау және азайту үшін аз ғана стандарттар мен жүйелер бар. Болат және басқа материалдар үлкен эмиссия көзі болғанымен, цемент ғана барлық эмиссияның 8% құрайды.

Педагогтардың ауысуы

Модернизмнің редукционизмін сынағандар жиі архитектура тарихын оқытуды себептік фактор ретінде тоқтатуын атап өтті. Модернизмнен бұрғысынан кеткен маңызды тұлғалардың көптегені Принстон университетінің сәулет мектебінде білім алғаны, онда тарих 1940-1950 жылдары дизайндық білім берудің бір бөлігі болып қала берді, маңызды жайт еді. Тарихқа деген қызығушылықтың күшеюі сәулет біліміне терең әсер етті. Тарих курстары көбейіп, жүйелі болды. Архитектура тарихы бойынша білімі бар профессорларға деген сұраныс артып, сәулет мектептерінде бірнеше PhD бағдарламалары ашылды, бұл архитектура тарихын зерттеушілердің бұрын оқыған өнер тарихы бағдарламаларынан өзгешеленуіне мүмкіндік берді. АҚШ-та МТИ және Корнелл 1970 жылдардың ортасында құрылған алғашқылар болды, одан кейін Колумбия, Беркли және Принстон келеді. Жаңа архитектура тарихы бағдарламаларын құрушылардың арасында Венециядағы сәулет тарихы институтында Бруно Зеви, МТИ-де Стэнфорд Андерсон мен Генри Миллон, Архитектуралық қауымдастықта Александр Цонис, Принстонда Энтони Видлер, Венеция университетінде Манфредо Тафури, Колумбия университетінде Кеннет Фрамптон және Цюрихтегі ЭТХ-де Вернер Оэкслин мен Курт Форстер болды.

Энергияны тұрақты пайдалану

Ғимараттың толық өмірлік циклындағы энергия тиімділігі – тұрақты сәулеттің ең маңызды мақсаты. Архитекторлар ғимараттардың энергия қажеттілігін азайту және олардың өз энергиясын жинау немесе өндіру мүмкіндігін арттыру үшін әртүрлі пассивті және белсенді техникаларды қолданады. Құн мен күрделілікті азайту үшін тұрақты сәулет пассивті жүйелерге басымдық береді, бұл ғимараттың орналасқан жерін ескере отырып, архитектуралық элементтерді пайдалануға мүмкіндік береді, содан кейін жаңартылатын энергия көздерімен және қажет болған жағдайда ғана қазба отын ресурстарымен толықтырылады. Жергілікті қоршаған орта ресурстарын, мысалы, күн сәулесі мен ауа ағынын жылыту және желдету үшін пайдалануды оңтайландыру үшін жер талдауы қолданылуы мүмкін. Энергия тұтынуы көбінесе ғимарат электр желісіне қосылған болса немесе желіден автономды жұмыс істейтініне байланысты. Желіден автономды ғимараттар коммуналдық қызметтер ұсынатын энергияны пайдаланбайды, олардың орнына дербес энергия өндірісіне ие. Олар энергияны учаске ішінде сақтайды, ал желіге қосылғандар артық электр энергиясын желіге қайтарады.

Жылу, желдету және салқындату жүйесінің тиімділігі

Уақыт өте келе көптеген пассивті архитектуралық стратегиялар әзірленді. Мұндай стратегиялардың мысалдары ғимараттағы бөлмелерді орналастыру немесе терезелердің мөлшері мен бағытын қамтиды.

Тиімді жүйеленген жылу, желдету және кондициялау (ЖЖК) жүйесінің маңызды және тиімді элементі – жақсы жылу оқшауланған ғимарат. Көбірек тиімді ғимаратқа аз жылу өндіру немесе тарату қуаты қажет, бірақ ластанған ішкі ауаны шығару үшін көбірек желдету сыйымдылығы қажет болуы мүмкін. Көп мөлшерде энергия ғимараттардан су, ауа және компост арқылы шығарылады. Құрылтайдан алынған, орналасқан жердегі энергияны қайта өңдеу технологиялары ысық су мен тозыққан ауадан энергияны тиімді түрде қайтарып алып, осы энергияны кіріс келетін салқын суға немесе ауаға жеткізе алады. Компосттан ғимараттарды тастап кетуден басқа мақсаттарда энергияны қайта жинау үшін орталықтандырылған анаэробты дижестерлер қажет. ЖЖК жүйелері моторлармен жұмыс істейді. Мыс, басқа металл өткізгіштерге қарағанда, моторлардың электр энергиясының тиімділігін арттыруға көмектеседі, осылайша электрлік ғимарат компоненттерінің тұрақтылығын арттырады. Жердің және ғимараттың орналасуы ғимараттың ЖЖК тиімділігіне үлкен әсер етеді. Пассивті күн сәулелі ғимарат дизайны ғимараттарға фотоэлектрлік элементтер немесе күн суына жылытатын панельдер сияқты белсенді күн механизмдерін қолданбай, күн энергиясын тиімді пайдалануға мүмкіндік береді. Әдетте пассивті күн сәулелі ғимарат дизайны жоғары жылу сыйымдылығы бар материалдарды қамтиды, олар жылуды тиімді сақтайды, және жылудың шығуына жол бермейтін күшті жылу оқшаулау. Төмен энергиялық дизайнға сонымен қатар жазғы маусымда күннің жылу түсуін азайту және жасанды салқындату қажеттілігін азайту үшін шатырлар, жалюзилер немесе ролеттер арқылы күн сәулесінен қорғану қажет. Сонымен қатар, төмен энергиялы ғимараттар көлемге қатысты өте аз беттік ауданға ие болады, бұл жылу жоғалтуды азайтуға көмектеседі. Бұл көп қанатты ғимараттардың (көбінесе "табиғи" көрінеді деп саналады) кеңінен таралуы орталықтандырылған құрылымдарға қарағанда аз болуы мүмкін дегенді білдіреді. Америкалық отарлаушылық тұздықтар сияқты дәстүрлі салқын климатты ғимараттар кішкентай ғимараттарда орталықтандырылған жылу тиімділігі үшін жақсы тарихи үлгі болып табылады. Терезелер жылуды жасайтын жарықтың максималды мөлшерін алу үшін, ал шыны арқылы жылу жоғалтуын азайту үшін орналастырылады, шыны нашар жылу оқшаулағыш болып табылады. Солтүстік жарты шарда бұл әдетте тікелей күн сәулесін жинау үшін оңтүстікке қарай үлкен терезелерді орнатуды және солтүстікке қарай терезелердің санын шектеуді қамтиды. Газ толтырылған кеңістіктер мен төмен эмиссиялық (төмен E) жабындары бар екі немесе үш қабатты оқшауланған терезелер сияқты кейбір терезе түрлері, бір қабатты шыны терезелерге қарағанда әлдеқайда жақсы жылу оқшаулауды қамтамасыз етеді. Жазғы айларда күн сәулесін көлеңкелейтін құрылғыларды қолдану арқылы күннің шамадан тыс түсуін болдырмау салқындату қажеттілігін азайту үшін маңызды. Жазғы маусымда жапырақтарымен шамадан тыс күн сәулесін тоқтату үшін терезелердің алдына жапырақты ағаштар отырғызылады, бірақ жапырақтары түскен кезде қысқы маусымда жарық өткізеді. Жарық сөрелер немесе жарық тіректері қыста (күн аспанда төмен болған кезде) күн сәулесінің кіруіне мүмкіндік береді және жазда (күн аспанда жоғары болған кезде) оны ұстап қалады. Олар жалюзилер сияқты жалюзилермен жабдықталған және ішкі кеңістіктегі жарық пен сәулеленуді азайту үшін жарық пен сәулеленуді қайтарады. Күрделі жалюзи жүйелері күн сәулесін барынша арттыру және ішкі температураны реттеу үшін автоматтандырылған. Қиыршық желектер немесе мәңгі жасыл өсімдіктер көбінесе ғимараттардың солтүстігіне, солтүстіктің суық желдерінен қорғану үшін отырғызылады. Салқын климатта жылу жүйелері тұрақты сәулет үшін басты назарда болады, өйткені олар әдетте ғимараттардың ең үлкен энергия шығынының бірі болып табылады. Жылы климатта, салқындату басты мәселе болып табылатын жағдайда, пассивті күн сәулелі дизайн да өте тиімді болуы мүмкін. Жоғары жылу сыйымдылығы бар қабырғалық құрылыс материалдары күндізгі уақытта түндегі салқын температураны сақтау үшін өте құнды. Сонымен қатар, құрылысшылар көбінесе бір қабатты құрылымдарды таңдайды, бұл беттік ауданы мен жылу жоғалтуын барынша арттыруға мүмкіндік береді. Ғимараттар көбінесе жақын маңдағы су айдындарынан келетін, әсіресе салқын желдерді ұстап, арнаға бағыттайды. Осы құнды стратегиялардың көптегені жылы аймақтардың дәстүрлі архитектурасында қолданылады, мысалы, оңтүстік-батыс миссиялық ғимараттар. Төрт маусымдық климатта, біріктірілген энергия жүйесі тиімділігі артады: ғимарат жақсы жылу оқшауланғанда, табиғат күштерімен жұмыс істеу үшін орналасқанда, жылу қайта алынғанда (бірден пайдалануға немесе сақтауға), қоздырылатын отынға немесе электр энергиясына сүйенетін жылу қондырғысы 100% тиімділіктен жоғары болғанда және жаңару энергиясы қолданылғанда.

An important and cost effective element of an efficient heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) system is a well insulated building. A more efficient building requires less heat generating or dissipating power, but may require more ventilation capacity to expel polluted indoor air. Significant amounts of energy are flushed out of buildings in the water, air and compost streams. Off the shelf, on site energy recycling technologies can effectively recapture energy from waste hot water and stale air and transfer that energy into incoming fresh cold water or fresh air. Recapture of energy for uses other than gardening from compost leaving buildings requires centralized anaerobic digesters. HVAC systems are powered by motors. Copper, versus other metal conductors, helps to improve the electrical energy efficiencies of motors, thereby enhancing the sustainability of electrical building components. Site and building orientation have some major effects on a building's HVAC efficiency. Passive solar building design allows buildings to harness the energy of the sun efficiently without the use of any active solar mechanisms such as photovoltaic cells or solar hot water panels. Typically passive solar building designs incorporate materials with high thermal mass that retain heat effectively and strong insulation that works to prevent heat escape. Low energy designs also requires the use of solar shading, by means of awnings, blinds or shutters, to relieve the solar heat gain in summer and to reduce the need for artificial cooling. In addition, low energy buildings typically have a very low surface area to volume ratio to minimize heat loss. This means that sprawling multi winged building designs (often thought to look more "organic") are often avoided in favor of more centralized structures. Traditional cold climate buildings such as American colonial saltbox designs provide a good historical model for centralized heat efficiency in a small scale building. Windows are placed to maximize the input of heat creating light while minimizing the loss of heat through glass, a poor insulator. In the northern hemisphere this usually involves installing a large number of south facing windows to collect direct sun and severely restricting the number of north facing windows. Certain window types, such as double or triple glazed insulated windows with gas filled spaces and low emissivity (low E) coatings, provide much better insulation than single pane glass windows. Preventing excess solar gain by means of solar shading devices in the summer months is important to reduce cooling needs. Deciduous trees are often planted in front of windows to block excessive sun in summer with their leaves but allow light through in winter when their leaves fall off. Louvers or light shelves are installed to allow the sunlight in during the winter (when the sun is lower in the sky) and keep it out in the summer (when the sun is high in the sky). They are slatted like shutters and reflect light and radiation to reduce glare on the interior space. Advanced louver systems are automated to maximize daylight and monitor the interior temperature by adjusting their tilt. Coniferous or evergreen plants are often planted to the north of buildings to shield against cold north winds. In colder climates, heating systems are a primary focus for sustainable architecture because they are typically one of the largest single energy drains in buildings. In warmer climates where cooling is a primary concern, passive solar designs can also be very effective. Masonry building materials with high thermal mass are very valuable for retaining the cool temperatures of night throughout the day. In addition builders often opt for sprawling single story structures in order to maximize surface area and heat loss. Buildings are often designed to capture and channel existing winds, particularly the especially cool winds coming from nearby bodies of water. Many of these valuable strategies are employed in some way by the traditional architecture of warm regions, such as south western mission buildings. In climates with four seasons, an integrated energy system will increase in efficiency: when the building is well insulated, when it is sited to work with the forces of nature, when heat is recaptured (to be used immediately or stored), when the heat plant relying on fossil fuels or electricity is greater than 100% efficient, and when renewable energy is used.

Күн панельдері

Күн сәулесінен тұратын фотоэлектрлік панельдер сияқты белсенді күн құрылғылары кез келген мақсатта тұрақты электр энергиясын қамтамасыз етуге көмектеседі. Күн панелінің электр қуаты бағытына, тиімділігіне, ендігіне және климатқа байланысты. Күн энергиясының түсуі тіпті бірдей ендікте де өзгереді. Саудада қолжетімді фотоэлектрлік панельдердің тиімділігі 4%-тан 28%-ға дейін ауыспайды. Кейбір фотоэлектрлік панельдердің төмен тиімділігі олардың орнату шығындарын өтеу кезеңіне елеулі әсер етуі мүмкін. Бұл төмен тиімділік күн панельдерінің қолдануға жарамсыз энергия көзі екенін білдірмейді. Мысалы, Германияда күн панельдері тұрғын үйлер салу кезінде жиі орнатылады. Шатырлар көбінесе фотоэлектрлік панельдердің максималды тиімділікпен күн сәулесін жинауы үшін күнге қарай бұрышталады. Солтүстік жарты шарда оңтүстікке қаратылған бағыт күн панельдерінің өнімділігін максималды деңгейге көтереді. Егер нақты оңтүстікке қарату мүмкін болмаса, күн панельдері оңтүстікке 30 градусқа дейін бұрылғанда да жеткілікті энергия өндіре алады. Дегенмен, жоғары ендіктерде оңтүстікке қаратылмаған жағдайда қысқы маусымда энергия өндірісі айтарлықтай төмендеуі мүмкін. Қыста тиімділікті арттыру үшін коллекторды көлденеңнен +15 градусқа дейін жоғары бұрыштауға болады. Жазда тиімділікті арттыру үшін бұрыш ендік градусынан -15 градусқа тең болуы керек. Алайда, жылдық максималды өндіріс үшін панельдің көлденеңнен жоғары бұрышы оның ендігіне тең болуы тиіс.

Жел турбиналары

Энергия өндіруде кішкентай жел турбиналарын пайдалану тұрақты құрылымдарда көптеген факторларды қарастыруды қажет етеді. Құнға қатысты қарастырғанда, кішкентай жел жүйелері, әдетте, олар өндіретін энергия мөлшеріне қарағанда үлкен жел турбиналарынан қымбат болады. Кішкентай жел турбиналары үшін, желдің аз күшті жерлерде техникалық қызмет көрсету шығындары шешуші фактор болуы мүмкін. Желдің нашар соққан жерлерінде кішкентай жел турбинасының кірісінің көп бөлігі техникалық жөндеуге жұмсалуы мүмкін. Жел турбиналары желдің жылдамдығы 8 миль/сағатқа жеткенде жұмыс істей бастайды, 32-37 миль/сағат жылдамдықпен энергия өндіру қабілетіне жетеді және 55 миль/сағаттан жоғары жылдамдықтарда зақымданудан қорғау үшін тоқтатылады. Кішкентай жел турбинасын төбеге орнатуға болады. Орнату мәселелеріне төбенің беріктігі, діріл және төбе жиегінен туындайтын турбуленттілік жатады. Шағын ауқымды төбелік жел турбиналары тұрғын үйдің электр энергиясының қажеттілігінің 10%-дан 25%-ға дейін өндіре алады. Тұрғын үйлерде қолданылатын турбиналардың диаметрі 2 метрден 8 метрге дейін болады және сынақтан өткен жел жылдамдығында 900 ваттан 10 000 ваттқа дейін электр энергиясын өндіреді. Жел турбинасы жүйелерінің сенімділігі жел энергиясы жобасының сәтті болуы үшін маңызды. Жел турбинасының маңызды компоненттерін ауыстырудың логистикалық және практикалық қиындықтары салдарынан күтпеген бұзылулар жобаның пайдалылығына елеулі әсер етуі мүмкін. Компоненттердің ұзақ мерзімді сенімділігіне қатысты белгісіздік энергия құнының (COE) бағалауымен байланысты сенімділік деңгейіне тікелей әсер етеді.

Күн энергиясымен суды жылыту

Күн энергиясымен су жылытқыштар, сондай-ақ күнмен қыздыру жүйелері деп те аталады, үйге ыстық су дайындаудың тиімді тәсілі болуы мүмкін. Оларды кез келген климатта пайдалануға болады, ал олар қолданатын күн сәулесі – тегін. Суды күнмен қыздыру жүйелерінің екі түрі бар: белсенді және пассивті. Белсенді күн коллекторы күніне 80-100 галлон ыстық су өндіре алады. Пассивті жүйенің сыйымдылығы төмен болады. Белсенді күн су жүйесінің тиімділігі 35-80%, ал пассивті жүйенің тиімділігі 30-50% құрайды, бұл белсенді жүйелерді қуаттырақ етеді. Айналымның екі түрі де бар: тікелей және жанама айналым жүйелері. Тікелей айналым жүйелері тұрмыстық суды панельдер арқылы айналдырады. Оларды температурасы нөлден төмен болатын климатта пайдалануға болмайды. Жанама айналым жүйелері гликоль немесе басқа сұйықтықты күн панельдері арқылы айналдырады және суды қыздыру үшін жылу алмастырғышты пайдаланады. Ең көп таралған коллектор панельдерінің екі түрі – жалпақ және эвакуацияланған түтікшелі. Екеуі де ұқсас жұмыс істейді, бірақ эвакуацияланған түтікшелер конвекция арқылы жылуды жоғалтпайды, бұл олардың тиімділігін едәуір арттырады (5-25% тиімдірек). Осы жоғары тиімділікке байланысты, эвакуацияланған түтікшелі күн коллекторлары кеңістікті жоғары температурада жылытуға және тіпті сіңіру салқындату жүйелері үшін одан да жоғары температураны өндіруге қабілетті. Бүгінгі күні үйлерде кең таралған электрлік кедергілі су жылытқыштардың электр энергиясын тұтынуы шамамен 4500 кВт·сағ/жылды құрайды. Күн коллекторларын пайдалану арқасында энергия тұтыну екі есеге төмендейді. Күн коллекторларын орнатудың бастапқы құны жоғары, бірақ жылдық энергия үнемдеуінің арқасында өтелу мерзімі салыстырмалы түрде қысқа. Норвегия, Финляндия және Швецияда соңғы 20 жылда жылу сорғыларын пайдалану күрт өсті: 2019 жылы осы елдерде 100 тұрғынға 15-25 жылу сорғысы келді, ал ASHP (әуеден жылу сорғысы) – басым технология. Бұл аймақтарда ЭАЖС (эзостұйық ауа жылу сорғысы) әсері де зерттелді, нәтижелері үміт береді. Эзостұйық ауа жылу сорғысы ғимараттан шығатын ауадан жылуды алу үшін электр энергиясын пайдаланады, оны ыстық суға (ЖСС), кеңістікті жылытуға және жылы ауаға қайта бағыттайды. Суық елдерде ЭАЖС ауа алмасу жүйесіне қарағанда шамамен 2-3 есе көп энергияны қалпына келтіре алады. 2022 жылы Швецияның Кименлааксо аймағындағы шығарындылардың күтілетін азаюына қатысты зерттеу жүргізілді, онда әртүрлі жастағы тұрғын үйлерді ЭАЖС жүйелерімен жаңарту мәселесі қарастырылды. Котка және Кувола қалаларында таңдалған ғимараттардың көміртегі шығарындылары 590 т CO2 және 944 т CO2 төмендеді, ал өтелу мерзімі 7-13 жылды құрады. Алайда, ЭАЖС жүйелері үйлесімсіз шығарындылар немесе электр энергиясын тұтыну деңгейі бар ғимаратқа орнатылса, тиімді нәтижелер бермеуі мүмкін екенін ескеру қажет. Мұндай жағдайда ЭАЖС жүйелері көміртегі шығарындыларын азайтуды қамтамасыз етпей, энергия шығындарын арттыруы мүмкін (ЭАЖС-ге қараңыз). Жерден жылу алу (немесе геотермиялық) жылу сорғысы тиімді балама болып табылады. Екі жылу сорғысының арасындағы айырмашылық – жерден жылу алудың бір жылу алмастырғышы жер астына орналастырылған, әдетте көлденең немесе тік орналасады. Жерден жылу алу жер астындағы салыстырмалы түрде тұрақты, қоңыл температурадан пайдаланады, бұл олардың тиімділігі ауадан жылу алудан әлдеқайда жоғары болуы мүмкін. Жер астындағы жылу алмастырғышқа көбінесе үлкен аудан қажет. Жобалаушылар оларды ғимараттың жанындағы немесе тұрақ орнының астындағы ашық жерге орналастырады. Energy Star жерден жылу алу жылу сорғысы ауадан жылу алуға қарағанда 40-60% тиімдірек болуы мүмкін. Олар сондай-ақ тыныш және ыстық суды жылыту сияқты басқа да функцияларға қолданылуы мүмкін. Күн сәулесін кері шағылыстыру арқылы күнмен қыздыруды азайту және ұзақ толқынды инфрақызыл (LWIR) жылулық сәулеленудің жылу беруі жоғары болғандықтан, күндізгі радиациялық салқындату беттері жабық және ашық кеңістіктерде ауа температурасын төмендетуге мүмкіндік береді. Бұл салқындату беттерін күн энергиясы панельдері сияқты басқа жаңартылатын энергия көздеріне ұқсас аспанға қараған панельдер ретінде қолдануға болады, оларды сәулеттік дизайнға оңай енгізуге болады. Пассивті күндізгі радиациялық салқындату жабыны ақ шатырдың энергия үнемдеуін екі есеге арттыра алады, ал ғимараттың шатырының 10% - ын көп қабатты бет ретінде қолданғанда, ол ең ыстық сағаттарда қолданылатын кондиционердің 35% - ын алмастыра алады. Күндізгі радиациялық салқындату қолданбалары жабық кеңістікті салқындату үшін өсуде, және 2025 жылы шамамен 27 миллиард долларлық нарық көлеміне жетеді деп күтілуде.

Solar water heaters, also called solar domestic hot water systems, can be a cost effective way to generate hot water for a home. They can be used in any climate, and the fuel they use—sunshine—is free. There are two types of solar water systems: active and passive. An active solar collector system can produce about 80 to 100 gallons of hot water per day. A passive system will have a lower capacity. Active solar water system's efficiency is 35 80% while a passive system is 30 50%, making active solar systems more powerful. There are also two types of circulation, direct circulation systems and indirect circulation systems. Direct circulation systems loop the domestic water through the panels. They should not be used in climates with temperatures below freezing. Indirect circulation loops glycol or some other fluid through the solar panels and uses a heat exchanger to heat up the domestic water. The two most common types of collector panels are flat plate and evacuated tube. The two work similarly except that evacuated tubes do not convectively lose heat, which greatly improves their efficiency (5%–25% more efficient). With these higher efficiencies, Evacuated tube solar collectors can also produce higher temperature space heating, and even higher temperatures for absorption cooling systems. Electric resistance water heaters that are common in homes today have an electrical demand around 4500 kW·h/year. With the use of solar collectors, the energy use is cut in half. The up front cost of installing solar collectors is high, but with the annual energy savings, payback periods are relatively short. In Norway, Finland and Sweden, the use of heat pumps has grown strongly over the last two decades: in 2019, there were 15–25 heat pumps per 100 inhabitants in these countries, with ASHP the dominant heat pump technology. Effects of EAHPs (exhaust air heat pumps) have also been studied within the aforementioned regions displaying promising results. An exhaust air heat pump uses electricity to extract heat from exhaust air leaving a building, redirecting it towards DHW (domestic hot water), space heating, and warming supply air. In colder countries, an EAHP may be able to recover around 2 3 times more energy than an air to air exchange system. A 2022 study surrounding projected emission decreases within Sweden’s Kymenlaakso region explored the aspect of retrofitting existing apartment buildings (of varying ages) with EAHP systems. Select buildings were chosen in the cities of Kotka and Kouvola, their projected carbon emissions decreasing by about 590 tCO2 and 944 tCO2 respectively with a 7 13 year payoff period. It is, however, important to note that EAHP systems may not produce favourable results if installed in a building exhibiting incompatible exhaust output rates or electricity consumption. In this case, EAHP systems may increase energy bills without providing reasonable cuts to carbon emissions (see EAHP). Ground source (or geothermal) heat pumps provide an efficient alternative. The difference between the two heat pumps is that the ground source has one of its heat exchangers placed underground—usually in a horizontal or vertical arrangement. Ground source takes advantage of the relatively constant, mild temperatures underground, which means their efficiencies can be much greater than that of an air source heat pump. The in ground heat exchanger generally needs a considerable amount of area. Designers have placed them in an open area next to the building or underneath a parking lot. Energy Star ground source heat pumps can be 40% to 60% more efficient than their air source counterparts. They are also quieter and can also be applied to other functions like domestic hot water heating. Being high in solar reflectance to reduce solar heat gain and strong in longwave infrared (LWIR) thermal radiation heat transfer, daytime radiative cooling surfaces can achieve sub ambient cooling for indoor and outdoor spaces when applied to roofs, which can significantly lower energy demand and costs devoted to cooling. These cooling surfaces can be applied as sky facing panels, similar to other renewable energy sources like solar energy panels, making them for simple integration into architectural design. A passive daytime radiative cooling roof application can double the energy savings of a white roof, and when applied as a multilayer surface to 10% of a building's roof, it can replace 35% of air conditioning used during the hottest hours of daytime. Daytime radiative cooling applications for indoor space cooling is growing with an estimated "market size of ~$27 billion in 2025."

Тұрақты құрылыс материалдары

Тұрақты құрылыс материалдарының мысалдарына қайта өңделген джинс немесе үрленген шыны талшықтан жасалған жылу оқшаулағыш, тұрақты түрде жиналған ағаш, трасс, линолеум, қой жұны, гемпбетон, рим бетоны, қағаз түйіршіктерінен жасалған панельдер, қуырылған топырақ, қабырғаланған топырақ, саз, вермикулит, зығыр, сизаль, теңіз шөптері, кеңейтілген саз дәндері, кокос, ағаш талшықты тақталар, кальцийлі құмтас, жергілікті алынған тас және тау жынысы, сондай-ақ ең берік және жылдам өсетін ағаш тәрізді өсімдік – бамбук, және уытсыз, аз VOC (ұшпа бөлшектер) бар желімдер мен бояулар жатады. Бамбук едендер экологиялық кеңістіктерде пайдалы, себебі олар ауадағы ластанушы бөлшектерді азайтуға көмектеседі. Ғимараттың сыртқы қабырғасындағы вегетациялық жабын немесе қорғаныш та осыған көмектеседі. Орман ағашынан жасалған қағаз жүз пайыз қайта өңделеді, осылайша ол өндіріс процесінде қолданылған ағаштың көбін қалпына келтіріп, сақтайды. Салынған ортада көміртегіні жүйелі түрде сақтау үшін пайдаланылмаған әлеует бар.

Табиғи өнімдер

Табиғи құрылыс материалдарын олардың экологиялық тұрақтылығы үшін қолдану – бұл дәстүрлі сәулетте кездесетін практика. Аймақтық сәулет стилі жергілікті материалдарды пайдалана отырып, ұрпақтар бойы дамиды. Бұл тәсіл тасымалдау және өндіріс кезіндегі шығарындыларды азайтады. Жаңаруға жарамды ресурстар, қалдықтарды пайдалану және қайта қолдану мүмкіндігі – ағаш, сабан, тас және саздың тұрақты қасиеттері. Ламинатталған ағаш өнімдері, сабан және тас – көміртегі шығарылымы төмен құрылыс материалдары, оларды кеңейтуге зор потенциал бар. Ағаш өнімдері көміртегін сіңіре алады, ал тас өндіру үшін аз энергия жұмсалады. Сабан, оның ішінде сабаннан салынған үйлер, көміртегін сіңіріп қана қоймай, жоғары деңгейде жылу оқшаулауды қамтамасыз етеді. Табиғи материалдардың жоғары жылу сыйымдылығы заманауи технологияларды қолданбастан ішкі микроклиматты реттеуге көмектеседі.

Қайта өңделген материалдар

Тұрақты сәулет көбінесе қайта өңделген немесе екінші қол материалдарды қолданады, мысалы, қайта пайдаланған ағаш және қайта өңделген мыс. Жаңа материалдарды қолдануды азайту материал өндірісіне жұмсалатын энергияны (кіріктірілген энергия) сәйкесінше азайтады. Көптеген жағдайларда тұрақты архитекторлар қажетсіз құрылысты болдырмау үшін ескі құрылымдарды жаңа қажеттіліктерге бейімдеуге тырысады. Архитектуралық құтқару және қайта пайдаланған материалдар қажет болған жағдайда қолданылады. Ескі ғимараттар бұзылған кезде, әдетте жақсы ағаштарды қайта өңдеп, жаңартып, еден материалдары ретінде сатады. Сонымен қатар, жақсы сапалы тас та қайта пайдаланылады. Есіктер, терезелер, мансардалар және фурнитура сияқты көптеген басқа да бөлшектер қайта қолданылады, бұл жаңа тауарларға деген қажеттілікті азайтады. Жаңа материалдар қолданылғанда, экологиялық дизайншылар тез өсетін материалдарды іздейді, мысалы, алты жылдан кейін коммерциялық мақсатта жинауға болатын бамбук, қалдық материалдар болып табылатын сорго немесе бидай сабан, оларды панельдерге престеуге болады, немесе тоқ емен, одан тек сыртқы қабығы алынып, ағаш сақталады. Мүмкіндігінше, құрылыс материалдарын сол жерден алуға болады; мысалы, орманды жерде жаңа құрылыс салынып жатса, ғимаратқа орын ашу үшін кесілген ағаштардың ағашы ғимараттың құрамына қайта қолданылады. Ғимарат қаптамасындағы жылу оқшаулау үшін "қой жүнінің қалдықтары" сияқты инновациялық материалдар, сондай-ақ тоқыма және агроөнеркәсіптік өндірістен қалған басқа да талшықтар зерттелуде, соңғы зерттеулер қайта өңделген оқшаулаудың архитектуралық мақсаттар үшін тиімді екенін көрсетеді.

Төмен ұшқыш органикалық қосылыстар

Мүмкіндігінше, төмен әсер ететін құрылыс материалдары қолданылады: мысалы, изоляция формальдегид сияқты канцерогенді немесе уытты заттар қамтитын құрылыс изоляциялық материалдарының орнына, қайта өңделген джинс немесе целлюлоза изоляциясы сияқты аз АОҚ (ұшпа органикалық қосылыстар) бөлетін материалдардан жасалуы мүмкін. Жәндіктердің зиян келтіруін болдырмау үшін осы баламалы оқшаулау материалдары борат қышқылымен өңделуі мүмкін. Органикалық немесе сүт негізіндегі бояулар қолданылуы мүмкін. Дегенмен, "жасыл" материалдар тұрғындардың денсаулығы мен қоршаған орта үшін әрқашан жақсы деген жалған пікір бар. Көптеген зиянды заттар (формальдегид, сынап және асбест сияқты) табиғатта кездеседі және оларды жақсы ниетпен қолданудың тарихы бар. Калифорния штатының материалдардан шығатын заттарды зерттеуі, кейбір жасыл материалдардың шығарындысы жоғары екенін көрсетті, ал кейбір "дәстүрлі" материалдар шығарындысы аз болды. Сондықтан, табиғи материалдар тұрғындар мен Жер үшін ең пайдалы балама екендігіне толық сенімді болу үшін, шығарындыларды мұқият зерттеу қажет. Ұшпа органикалық қосылыстар (ҰОҚ) әртүрлі көздерден кез келген үй ішіндегі ортада кездеседі. ҰОҚ-тың бу қысымы жоғары және суда ерігіштігі төмен, және олар "ауру ғимарат синдромына" ұқсас симптомдарды тудыруы мүмкін деп саналады. Бұл олардың көптеген ҰОҚ-тар сезімталдық тудыруға және орталық нерв жүйесінің "ауру ғимарат синдромына" тән белгілеріне әкелуі мүмкін болғандықтан, үй ішіндегі ҰОҚ концентрациясы сыртқы атмосферадан жоғары, және көптеген ҰОҚ болған кезде олардың әсері күшейеді. Жасыл өнімдерде әдетте ҰОҚ азырақ болады және олар адам денсаулығы мен қоршаған орта үшін жақсы деп есептеледі. Майами университетінің азаматтық, сәулет және экологиялық инженерия факультеті жүргізген үш жасыл өнімді және олардың жасыл емес аналогтарын салыстырған зерттеу көрсетті, жасыл өнімдер де, жасыл емес аналогтары да ҰОҚ бөлеткенімен, жасыл өнімдерден бөлінетін ҰОҚ мөлшері мен қарқындылығы адамдар үшін әлдеқайда қауіпсіз және ыңғайлы болды.

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. 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. 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.

Зертханада өсірілген органикалық материалдар

Көп қолданылатын құрылыс материалдары, мысалы ағаш, орманды жоюды талап етеді, яғни тиісті күтім болмаса, бұл тұрақты емес. 2022 жылдың қазанынан бастап MIT зерттеушілері зертханада өсірілген Zinnia elegans жасушаларының белгілі бір қасиеттерге ие болуына қол жеткізді, олар өз бақылауларындағы жағдайларда өсірілді. Бұл қасиеттерге пішін, қалыңдық, [және] беріктік, сондай-ақ ағаш сияқты механикалық қасиеттері кіреді. USDA-дан Дэвид Н. Бенгстон бұл баламаның дәстүрлі ағаш өңдеуден тиімдірек болатынын, ал болашақ дамулар көлік энергиясын үнемдеуге және орманды сақтауға мүмкіндік беретінін айтады. Дегенмен, Бенгстон бұл жаңалық парадигмаларды өзгертіп, ағаш өнеркәсібіне тәуелді аймақтардың жұмыс орындары немесе табиғатты қорғау шаралары орман өрттеріне қалай әсер ететіні сияқты жаңа экономикалық және экологиялық мәселелерді тудыратынын атап өтті.

Материалдардың тұрақтылық стандарттары

Құрылыс материалдарының жалпы тұрақтылығы үшін маңызды болғанына қарамастан, құрылыс материалдарының тұрақтылығын сандық тұрғыда анықтау және бағалау қиындық тудырды. Материалдардың тұрақтылық сипаттамаларын өлшеу және бағалауда біртектестік жетіспейді, нәтижесінде қазіргі таңда жүздеген бәсекелес, үйлесімсіз және көбінесе нақты емес экологиялық таңбалар, стандарттар мен сертификаттар жиынтығы пайда болды. Осы келіспеушілік тұтынушылар мен коммерциялық сатып алушылардың арасында шатасуға және LEED сияқты ірі ғимараттарды сертификаттау жүйелеріне тұрақсыз тұрақтылық критерийлерін енгізуге алып келді. Тұрақты құрылыс материалдары үшін стандарттау ландшафтын ұйымдастыру бойынша әртүрлі ұсыныстар енгізілді.

Ғимараттың ақпараттық моделін жасау

Ғимарат ақпараттық модельдеуі (BIM) сәулетшілер мен инженерлерге ғимараттың өнімділігін интеграциялауға және талдауға мүмкіндік беру арқылы тұрақты жобалауға көмектеседі [5]. BIM қызметтері, тұжырымдамалық және топографиялық модельдеуді қоса алғанда, жобаның өзара үйлесімді және сенімді ақпаратының үнемі және дереу қолжетімділігі арқасында экологиялық құрылысқа жаңа мүмкіндіктер ұсынады. BIM жобалаушыларға жүйелер мен материалдардың қоршаған ортаға тигізетін әсерін сандық түрде бағалауға мүмкіндік береді, осылайша тұрақты ғимараттарды жобалау үшін қажетті шешімдерді қабылдауға қолдау көрсетеді.

Консалтинг

Жобалау процесінің басында тұрақты құрылыс консультанты шақырылуы мүмкін, бұл құрылыс материалдарының, бағытының, әйнектеудің және басқа да физикалық факторлардың тұрақтылыққа тигізетін әсерін болжауға мүмкіндік береді, соның арқасында жобаның нақты талаптарына сай келетін тұрақты шешімді анықтауға болады. LEED және Energy Star сияқты үйлерге арналған өнімділікке негізделген рейтингтік жүйелер арқылы нормалар мен стандарттар ресми түрде бекітілді. Олар орындалуға тиіс деңгейлерді анықтайды және осы деңгейлерге жету үшін қажетті өлшемдер мен сынақтарды ұсынады. Аталған стандарттарға сәйкес келудің ең тиімді жолын жобаға қатысушы тараптар анықтауы керек. Тұрақты құрылыс консалтингісі көбінесе қосымша шығындармен байланысты болғандықтан, Architects Assist сияқты ұйымдар тұрақты және экологиялық жобалауға тең қолжетімділікті қамтамасыз етуді мақсат етеді.

Ғимараттың орналасуы

Тұрақты сәулет өнерінің маңызды және көбінесе ескерілмейтін бір аспектісі – ғимараттардың орналасуы. Көбінесе табиғатқа үйлесімді үй немесе кеңсе құрылымы оқшауланған жерде деп есімізге түседі, бірақ мұндай орналасу көбінесе қоршаған ортаға зиян келтіреді. Біріншіден, мұндай құрылыстар көбінесе қала шеттерінің кеңеюіне ықпал етеді. Екіншіден, олар көлікке жұмсалатын энергияны арттырып, қажетсіз автокөліктің зиянды газдарын бөліп шығаруға себеп болады. Идеалды жағдайда, көптеген ғимараттар қала шеттерінің кеңеюінен аулақ болып, Жаңа қалалық қозғалысы ұсынған жеңіл қалалық дамуға бағытталуы керек. Сақтықпен жасалған аралас мақсаттағы аймақтарға бөлу, Ақылды қалалық жоспарлау принциптерінде ұсынылғандай, жаяу, велосипедпен немесе қоғамдық көлікпен жүретіндер үшін сауда, тұрғын үй және жеңіл өнеркәсіптік аймақтарға қол жеткізуді жеңілдетеді. Пермакультураны жан-жақты қолдану, энергия тұтынуды азайтуға және айналамен үйлесімде жұмыс істейтін, әсіресе ауылдық және орманды аймақтарда дұрыс ғимараттарды орналастыруға көмектеседі.

Суды пайдалану

Тұрақты ғимараттар суды сақтаудың жолдарын іздейді. Жасыл ғимараттардың қолданатын суды үнемдеудің бір стратегиялық дизайны – жасыл шатырлар. Жасыл шатырларда жауын суын жинап алатын өсімдіктер өседі. Бұл мүмкіндік суды келешекте пайдалану үшін жинап қана қоймай, сонымен қатар қалалық жылу арал эффектісін азайтуға көмектесетін жақсы жылу оқшаулағышы болып табылады.

Қалалық жобалау

Тұрақты қала құрылысы тұрақты архитектурадан асып түсетін шараларды қамтиды және тұрақтылыққа кең көзқарас ұсынады. Типтік шешімдерге экологиялық өнеркәсіптік парктер (ЭӨП), қалалық егіншілік және т.б. жатады. Халықаралық қолдауға ие бағдарламалардың ішінде БҰҰ-ның «Тұрғын орта» бағдарламасы қолдаған «Тұрақты қалалық даму желісі» және Әлемдік банк қолдаған «Эко2 қалалар» бағдарламасы бар. Сонымен қатар, Жаңа қала құрылысы, Жаңа классикалық архитектура және толықтыратын архитектура қозғалыстары құрылыста ақылды өсімді, архитектуралық дәстүрді және классикалық дизайнды бағалайтын және дамытатын тұрақты көзқарасты қолдайды. Бұл модернистік және жаһандық біртекті архитектураға, сондай-ақ жеке тұрғын үйлерге және қала шетіндегі кең аумақтардың таралуына қарсы келеді. Екі бағыт та 1980-ші жылдарда пайда болды. Дрихаус архитектуралық сыйлығы – Жаңа қала құрылысы және Жаңа классикалық архитектура саласындағы еңбектерді мойындайтын сыйлық, оның жүлде қоры модернистік Прицкер сыйлығынан екі есе жоғары.

Қалдықтарды басқару

Қалдықтар – тұрмыстық және кәсіптік, құрылыс және бұзу, өндірістік және ауыл шаруашылығы салаларында пайда болатын қолданылмайтын немесе керексіз материалдар түрінде көрінеді. Бұл материалдар негізінен қалалық қатты қалдықтар, құрылыс және бұзу (C&D) қалдықтары, сондай-ақ өнеркәсіптік немесе ауыл шаруашылығының қосалқы өнімдері ретінде жіктеледі. Ықшам сәулет қалдықтарды басқаруды орнында пайдалануға баса назар береді, мысалы, бақша төсектерінде қолдану үшін сұр су жүйелерін және канализацияны азайту үшін компосттық дәретханаларды енгізуге мүмкіндік береді. Бұл әдістер, жергілікті жерде азық-түлік қалдықтарын компосттаумен және сыртқы қайта өңдеумен үйлестірілгенде, үйдің қалдық көлемін минималды деңгейге, негізінен қаптама қалдықтарына дейін азайтуға болады.