Экологичная архитектура: история и устойчивое развитие

Устойчивая архитектура: экологичное проектирование зданий, энергоэффективность, снижение воздействия на природу. Зеленый дизайн для будущего поколения.

21 мин чтения

100%

Источник: Sustainable architecture — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Архитектура, разработанная для минимизации воздействия на окружающую среду.

Устойчивая архитектура – это архитектура, стремящаяся минимизировать негативное воздействие зданий на окружающую среду посредством повышения эффективности и умеренного использования материалов, энергии, территории застройки и экосистемы в целом. Устойчивая архитектура применяет осознанный подход к сохранению энергии и экологии при проектировании застроенной среды. Идея устойчивости, или экологического проектирования, заключается в том, чтобы использование доступных ресурсов не приводило к негативным последствиям для благосостояния будущих поколений и не делало невозможным получение этих ресурсов для других целей в долгосрочной перспективе.

Переход от узкого к более широкому подходу

Термин "устойчивость" в архитектуре до сих пор в основном рассматривался с точки зрения строительных технологий и их изменений. Выходя за рамки технической сферы "зеленого проектирования", инноваций и экспертных знаний, некоторые исследователи начинают рассматривать архитектуру в более широком культурном контексте взаимосвязи человека и природы. Применение этого подхода позволяет проследить богатую историю культурных дискуссий об отношении человечества к природе и окружающей среде, с учетом различных исторических и географических перспектив.

Операционный углерод против встроенного углерода

На долю мирового строительства приходится 38% от общего объема глобальных выбросов. Хотя устойчивая архитектура и строительные стандарты традиционно фокусируются на снижении операционных выбросов углерода, на сегодняшний день существует немного стандартов или систем для отслеживания и сокращения воплощенного углерода. Если сталь и другие материалы вносят значительный вклад в выбросы, то только цемент ответственен за 8% всех выбросов.

Смена педагогов

Критики редукционизма модернизма часто отмечали отказ от преподавания истории архитектуры как определяющего фактора. Важно, что многие ключевые фигуры, отошедшие от модернизма, получили образование в Школе архитектуры Принстонского университета, где обращение к истории оставалось частью учебного процесса в 1940-х и 1950-х годах. Возрастающий интерес к истории оказал глубокое воздействие на архитектурное образование. Курсы по истории стали более распространенными и систематизированными. В связи с потребностью в профессорах, специализирующихся на истории архитектуры, в школах архитектуры появились новые докторские программы, чтобы отделиться от программ по истории искусств, где ранее обучались историки архитектуры. В США первыми такими программами в середине 1970-х годов стали программы в MIT и Корнелле, за которыми последовали Колумбия, Беркли и Принстон. Среди основателей новых программ по истории архитектуры были Бруно Зеви в Институте истории архитектуры в Венеции, Стэнфорд Андерсон и Генри Миллон в MIT, Александр Цонис в Архитектурной ассоциации, Энтони Видлер в Принстоне, Манфредо Тафури в Венецианском университете, Кеннет Фрамптон в Колумбийском университете, а также Вернер Оэхслин и Курт Форстер в ETH Цюрихе.

Устойчивое использование энергии

Энергоэффективность на протяжении всего жизненного цикла здания является важнейшей целью устойчивой архитектуры. Архитекторы используют множество различных пассивных и активных методов для снижения энергопотребления зданий и повышения их способности аккумулировать или вырабатывать собственную энергию. Для минимизации затрат и сложности устойчивая архитектура отдает приоритет пассивным системам, использующим преимущества расположения здания и интегрированным архитектурным элементам, дополняя их возобновляемыми источниками энергии и, при необходимости, ископаемым топливом. Анализ участка позволяет оптимизировать использование местных природных ресурсов, таких как дневной свет и окружающий ветер, для отопления и вентиляции. Энергопотребление во многом зависит от того, получает ли здание энергию от сети или работает автономно. Автономные здания не используют энергию, поставляемую коммунальными службами, и вместо этого имеют собственное независимое производство энергии. Они используют локальное накопление электроэнергии, в то время как здания, подключенные к сети, могут возвращать избыточную электроэнергию в сеть.

Эффективность системы отопления, вентиляции и охлаждения

Со временем было разработано множество пассивных архитектурных стратегий. Примерами таких стратегий являются планировка помещений или размер и ориентация окон в здании.

Важным и экономически эффективным элементом эффективной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) является хорошо изолированное здание. Более эффективное здание требует меньше энергии для выработки или рассеивания тепла, но может потребовать большей производительности системы вентиляции для удаления загрязненного воздуха из помещений. Значительные объемы энергии теряются с отходами воды, воздуха и компоста. Технологии рекуперации энергии, доступные для установки непосредственно на объекте, могут эффективно улавливать энергию из сточных вод и отработанного воздуха и передавать ее поступающей свежей холодной воде или свежему воздуху. Для повторного использования энергии, содержащейся в компосте, выходящем из зданий, для целей, отличных от садоводства, необходимы централизованные анаэробные дигестеры. Системы ОВКВ работают на электродвигателях. Медь, по сравнению с другими металлическими проводниками, способствует повышению эффективности использования электрической энергии электродвигателями, тем самым повышая устойчивость электрических компонентов здания. Ориентация участка и здания оказывает существенное влияние на эффективность системы ОВКВ. Пассивная солнечная архитектура позволяет зданиям эффективно использовать энергию солнца без применения активных солнечных устройств, таких как фотоэлектрические панели или солнечные коллекторы для нагрева воды. Как правило, в пассивных солнечных проектах зданий используются материалы с высокой тепловой массой, эффективно аккумулирующие тепло, и надежная теплоизоляция, предотвращающая потери тепла. Низкоэнергетические проекты также требуют использования солнцезащитных устройств, таких как навесы, жалюзи или ставни, для снижения притока тепла летом и уменьшения потребности в искусственном охлаждении. Кроме того, здания с низким энергопотреблением обычно имеют низкое отношение площади поверхности к объему, чтобы минимизировать теплопотери. Это означает, что сложные, разветвленные планировки зданий (которые часто кажутся более "органичными") часто избегаются в пользу более компактных структур. Традиционные здания в холодном климате, такие как американские колониальные соляные домики, служат хорошим историческим примером централизованной теплоэффективности в небольших зданиях. Окна располагаются таким образом, чтобы максимизировать поступление тепла и света, одновременно минимизируя потери тепла через стекло, которое является плохим изолятором. В северном полушарии это обычно подразумевает установку большого количества окон, ориентированных на юг, для сбора прямого солнечного света и значительное ограничение количества окон, ориентированных на север. Определенные типы окон, такие как двойные или тройные стеклопакеты с заполнением газом и низкоэмиссионным (Low-E) покрытием, обеспечивают гораздо лучшую теплоизоляцию, чем одинарные стеклопакеты. Предотвращение избыточного солнечного нагрева с помощью солнцезащитных устройств в летние месяцы важно для снижения потребности в охлаждении. Лиственные деревья часто высаживают перед окнами, чтобы затенять их летом, но пропускать свет зимой, когда листья опадают. Жалюзи или светоотражающие полки устанавливаются для пропускания солнечного света зимой (когда солнце находится низко) и блокировки его летом (когда солнце находится высоко). Они имеют ламельную структуру, как ставни, и отражают свет и излучение, чтобы уменьшить блики в помещении. Усовершенствованные системы жалюзи автоматизированы для максимизации использования дневного света и контроля температуры в помещении путем регулировки угла наклона. Хвойные или вечнозеленые растения часто высаживают к северу от зданий для защиты от холодных северных ветров. В более холодных климатах системы отопления являются приоритетным направлением в устойчивой архитектуре, поскольку они обычно являются одним из основных потребителей энергии в зданиях. В более теплых климатах, где охлаждение является основной задачей, пассивные солнечные проекты также могут быть очень эффективными. Строительные материалы на основе каменной кладки с высокой тепловой массой очень ценны для сохранения прохладной температуры ночью в течение дня. Кроме того, строители часто выбирают одноэтажные, протяженные конструкции для увеличения площади поверхности и теплопотерь. Здания часто проектируются для улавливания и направления существующих ветров, особенно прохладных ветров с близлежащих водоемов. Многие из этих ценных стратегий в той или иной степени используются в традиционной архитектуре теплых регионов, например, в миссиях Юго-Запада. В климате с четырьмя сезонами эффективность интегрированной энергетической системы повышается: когда здание хорошо изолировано, когда оно расположено с учетом сил природы, когда тепло рекуперируется (для немедленного использования или хранения), когда тепловая установка, работающая на ископаемом топливе или электричестве, имеет КПД более 100%, и когда используются возобновляемые источники энергии.

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.

Солнечные панели

Активные солнечные устройства, такие как фотоэлектрические солнечные панели, помогают обеспечивать устойчивое электроснабжение для любых нужд. Электрическая мощность солнечной панели зависит от ориентации, эффективности, широты и климата – солнечный выигрыш варьируется даже на одной и той же широте. Типичные показатели эффективности коммерчески доступных фотоэлектрических панелей составляют от 4% до 28%. Низкая эффективность некоторых фотоэлектрических панелей может существенно повлиять на срок окупаемости их установки. Однако эта низкая эффективность не означает, что солнечные панели не являются жизнеспособной альтернативой энергии. Например, в Германии солнечные панели часто устанавливаются при строительстве жилых домов. Крыши часто ориентируют под углом к солнцу, чтобы фотоэлектрические панели могли максимально эффективно собирать солнечную энергию. В северном полушарии ориентация точно на юг максимизирует выработку энергии солнечными панелями. Если точная южная ориентация невозможна, солнечные панели могут производить достаточно энергии, если они расположены в пределах 30° от юга. Однако на более высоких широтах выработка энергии зимой значительно снизится при ориентации, отличной от южной. Для максимизации эффективности зимой коллектор можно наклонить выше горизонта на угол, равный широте +15°. Для максимизации эффективности летом угол наклона должен быть равен широте - 15°. Однако для максимальной годовой выработки угол наклона панели над горизонтом должен быть равен ее широте.

Ветряные турбины

Использование ветровых турбин малого размера для производства энергии в устойчивых конструкциях требует учета множества факторов. При оценке затрат, небольшие ветровые системы, как правило, обходятся дороже, чем более крупные турбины, в пересчете на объем производимой энергии. Для малых ветрогенераторов затраты на обслуживание могут стать определяющим фактором на участках с ограниченным ветровым потенциалом. На участках с низкой скоростью ветра, расходы на обслуживание могут поглощать значительную часть дохода от работы турбины. Ветровые турбины начинают функционировать при скорости ветра 8 миль в час, достигают номинальной мощности при скорости 32-37 миль в час и отключаются для предотвращения повреждений при скорости, превышающей 55 миль в час. Малую ветротурбину можно установить на крыше здания. При этом возникают вопросы, связанные с прочностью крыши, вибрацией и турбулентностью, вызванной краем крыши. Известно, что небольшие ветротурбины, установленные на крышах, способны генерировать от 10% до 25% электроэнергии, потребляемой обычным домохозяйством. Турбины для бытового использования обычно имеют диаметр от 2 до 8 метров и вырабатывают электроэнергию мощностью от 900 до 10 000 ватт при заявленной скорости ветра. Надежность ветроэнергетических систем имеет важное значение для успеха проекта в области ветроэнергетики. Непредвиденные поломки могут существенно повлиять на прибыльность проекта из-за логистических и практических сложностей замены критически важных компонентов ветротурбины. Неопределенность в отношении долгосрочной надежности компонентов напрямую влияет на степень уверенности в оценках стоимости энергии (COE).

Солнечная водонагревательная установка

Солнечные водонагреватели, также называемые системами горячего водоснабжения с использованием солнечной энергии, могут быть экономически эффективным способом получения горячей воды для дома. Они могут использоваться в любом климате, а используемое ими топливо – солнечный свет – бесплатно. Существует два типа солнечных систем водонагрева: активные и пассивные. Активная солнечная коллекторная система может производить от 80 до 100 галлонов горячей воды в день. Пассивная система имеет меньшую производительность. Эффективность активной солнечной системы водонагрева составляет 35–80%, а пассивной – 30–50%, что делает активные системы более мощными. Существует также два типа циркуляции: системы прямой и косвенной циркуляции. В системах прямой циркуляции водопроводная вода циркулирует через панели. Их не следует использовать в климате с температурой ниже нуля. В системах косвенной циркуляции через солнечные панели циркулирует гликоль или другая жидкость, а теплообменник используется для нагрева водопроводной воды. Два наиболее распространенных типа коллекторных панелей – плоские и вакуумные. Оба типа работают схожим образом, за исключением того, что вакуумные трубки не теряют тепло конвекцией, что значительно повышает их эффективность (на 5–25%). Благодаря этой более высокой эффективности вакуумные солнечные коллекторы могут производить более высокую температуру для отопления помещений и даже более высокие температуры для абсорбционных охладительных систем. Электрические водонагреватели сопротивления, распространенные в современных домах, потребляют около 4500 кВт·ч электроэнергии в год. При использовании солнечных коллекторов энергопотребление сокращается вдвое. Первоначальные затраты на установку солнечных коллекторов высоки, но благодаря ежегодной экономии энергии сроки окупаемости относительно невелики. В Норвегии, Финляндии и Швеции использование тепловых насосов значительно возросло за последние два десятилетия: в 2019 году в этих странах насчитывалось 15–25 тепловых насосов на 100 жителей, при этом тепловые насосы воздух-вода (ASHP) были доминирующей технологией. Эффективность тепловых насосов с рекуперацией тепла вытяжного воздуха (EAHPs) также изучалась в вышеупомянутых регионах, демонстрируя многообещающие результаты. Тепловой насос с рекуперацией тепла вытяжного воздуха использует электричество для извлечения тепла из вытяжного воздуха, покидающего здание, направляя его на нагрев бытовой горячей воды (DHW), отопление помещений и подогрев приточного воздуха. В более холодных странах система EAHPs может восстанавливать в 2–3 раза больше энергии, чем система рекуперации тепла воздух-воздух. Исследование 2022 года, посвященное прогнозируемому снижению выбросов в регионе Кюменлааксо в Швеции, рассматривало возможность модернизации существующих многоквартирных домов (разного возраста) системами EAHPs. В городах Котка и Куовола были выбраны отдельные здания, прогнозируемые выбросы углерода которых сократились примерно на 590 т CO2 и 944 т CO2 соответственно, при сроке окупаемости 7–13 лет. Однако важно отметить, что системы EAHPs могут не давать положительных результатов, если они установлены в здании с несовместимыми показателями вытяжки или потребления электроэнергии. В этом случае системы EAHPs могут увеличить счета за электроэнергию, не обеспечивая существенного сокращения выбросов углерода (см. EAHPs). Геотермальные (или грунтовые) тепловые насосы являются эффективной альтернативой. Отличие между этими двумя типами тепловых насосов заключается в том, что у грунтового источника один из теплообменников расположен под землей – обычно в горизонтальной или вертикальной конфигурации. Грунтовой источник использует преимущества относительно постоянной умеренной температуры под землей, что означает, что их эффективность может быть намного выше, чем у теплового насоса воздух-вода. Подземный теплообменник обычно требует значительной площади. Проектировщики размещают их на открытой площадке рядом со зданием или под парковкой. Геотермальные тепловые насосы, сертифицированные Energy Star, могут быть на 40–60% более эффективными, чем их аналоги с воздушным источником. Они также тише и могут использоваться для других функций, таких как нагрев бытовой горячей воды. Обладая высокой отражающей способностью для уменьшения солнечного теплопоглощения и высокой теплопередачей в длинноволновом инфракрасном (LWIR) излучении, поверхности дневного радиационного охлаждения могут обеспечивать охлаждение ниже температуры окружающей среды для внутренних и наружных пространств при применении к крышам, что может значительно снизить энергопотребление и затраты на охлаждение. Эти охлаждающие поверхности могут быть применены в виде панелей, обращенных к небу, аналогично другим источникам возобновляемой энергии, таким как солнечные панели, что упрощает их интеграцию в архитектурный дизайн. Применение дневного радиационного охлаждения к крыше может удвоить экономию энергии по сравнению с белой крышей, а при применении в виде многослойной поверхности на 10% площади крыши здания оно может заменить 35% кондиционирования воздуха, используемого в самые жаркие часы дня. Применение дневного радиационного охлаждения для охлаждения внутренних помещений растет, с прогнозируемым "объемом рынка в размере около 27 миллиардов долларов США к 2025 году".

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."

Устойчивые строительные материалы

Некоторые примеры устойчивых строительных материалов включают переработанный деним или надувную стекловолоконную изоляцию, древесину, полученную из устойчиво управляемых лесов, трасс, линолеум, овечью шерсть, конопляный бетон, римский бетон, панели из бумажной стружки, обожжённую землю, трамбованную землю, глину, вермикулит, лён, сизаль, морскую траву, вспученный глиняный гранулят, кокосовое волокно, древесноволокнистые плиты, кальциевый песчаник, местно добытый камень и скалу, а также бамбук – одно из самых прочных и быстрорастущих древесных растений, – и нетоксичные клеи и краски с низким содержанием летучих органических соединений. Бамбуковые полы могут быть полезны в экологичных помещениях, так как они помогают снизить концентрацию загрязняющих частиц в воздухе. Растительный покров или защита оболочки здания также способствуют этому. Бумага, изготовленная из древесины, предположительно на 100% перерабатываема, что позволяет ей восстанавливаться и экономить почти всё количество древесины, затраченное на её производство. Существует нереализованный потенциал для систематического накопления углерода в строительной среде.

Естественные продукты

Использование природных строительных материалов благодаря их экологичности – распространенная практика в традиционной архитектуре. Региональные архитектурные стили формируются на протяжении поколений, используя местные материалы. Это снижает выбросы, связанные с транспортировкой и производством. Возобновляемость, использование отходов и возможность повторного использования – ключевые экологические характеристики древесины, соломы, камня и глины. Клееная древесина, солома и камень – это строительные материалы с низким содержанием углерода и значительным потенциалом для масштабирования. Древесина способна поглощать углерод, а для добычи камня требуется небольшое количество энергии. Солома, в том числе строительство из соломенных блоков, поглощает углерод и обеспечивает высокий уровень теплоизоляции. Высокие теплотехнические характеристики природных материалов способствуют регулированию микроклимата в помещениях без применения современных технологий.

Переработанные материалы

Устойчивая архитектура часто включает использование переработанных или бывших в употреблении материалов, таких как восстановленная древесина и переработанная медь. Сокращение использования новых материалов приводит к соответствующему снижению воплощенной энергии (энергии, затраченной на производство материалов). Зачастую архитекторы, придерживающиеся принципов устойчивого развития, стремятся реконструировать старые здания для новых целей, чтобы избежать излишней застройки. При возможности используются архитектурные элементы, полученные при разборке зданий, и восстановленные материалы. При сносе старых зданий часто сохраняют качественную древесину, обновляют ее и продают в качестве напольного покрытия. Аналогично восстанавливают и крупноформатный камень. Многие другие элементы также повторно используются, такие как двери, окна, каминные полки и фурнитура, что снижает потребление новых товаров. При использовании новых материалов экологически ответственные дизайнеры выбирают быстро возобновляемые материалы, например, бамбук, который можно собирать для коммерческого использования уже через шесть лет после посадки, сорго или пшеничную солому – отходы, которые можно прессовать в панели, или пробковый дуб, с которого снимают только внешнюю кору, сохраняя при этом дерево. По возможности строительные материалы берут непосредственно с участка; например, при строительстве в лесистой местности древесина с деревьев, срубленных для освобождения места под здание, используется повторно в качестве части конструкции. Для теплоизоляции зданий исследуются и более экспериментальные материалы, такие как "отходы овечьей шерсти" и другие отходы волокна, образующиеся в текстильной и агропромышленной отраслях, причем последние исследования подтверждают эффективность переработанной изоляции для архитектурных целей.

Низколетные органические соединения

В строительстве, где это возможно, используются материалы с минимальным воздействием на окружающую среду: например, утеплитель может быть изготовлен из материалов с низким содержанием ЛОС (летучих органических соединений), таких как переработанный деним или целлюлозный утеплитель, а не из традиционных строительных материалов, которые могут содержать канцерогенные или токсичные вещества, такие как формальдегид. Для защиты от повреждений, наносимых насекомыми, эти альтернативные утеплители могут быть обработаны борной кислотой. Могут применяться краски на органической или молочной основе. Однако, распространенное заблуждение состоит в том, что "экологичные" материалы всегда лучше для здоровья людей или окружающей среды. Многие вредные вещества (включая формальдегид, мышьяк и асбест) встречаются в природе и имеют историю использования, начатую с благими намерениями. Исследование выбросов материалов, проведенное штатом Калифорния, показало, что некоторые экологичные материалы имеют значительные выбросы, в то время как некоторые более "традиционные" материалы выделяют их меньше. Поэтому вопрос о выбросах необходимо тщательно изучать, прежде чем делать вывод о том, что натуральные материалы всегда являются наиболее безопасным выбором для людей и планеты. Летучие органические соединения (ЛОС) могут присутствовать в любом помещении, поступая из различных источников. ЛОС характеризуются высоким давлением паров и низкой растворимостью в воде и подозреваются в вызывании симптомов, характерных для "синдрома больного здания". Это связано с тем, что многие ЛОС способны вызывать раздражение органов чувств и симптомы со стороны центральной нервной системы, типичные для этого синдрома, концентрация ЛОС в помещениях выше, чем на открытом воздухе, и при наличии множества ЛОС они могут оказывать кумулятивное и синергетическое воздействие. Экологичные продукты обычно содержат меньше ЛОС и считаются более безопасными для здоровья человека и окружающей среды. В ходе исследования, проведенного Департаментом гражданского, архитектурного и экологического строительства Университета Майами, сравнивались три экологичных продукта и их традиционные аналоги. Результаты показали, что, хотя и экологичные, и традиционные продукты выделяют ЛОС, количество и интенсивность выбросов ЛОС от экологичных продуктов были значительно ниже и безопаснее для воздействия на человека.

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.

Лабораторно выращенные органические материалы

Обычно используемые строительные материалы, такие как древесина, требуют вырубки лесов, которая, при отсутствии должного внимания, является неустойчивой. По состоянию на октябрь 2022 года исследователи из MIT добились успехов в выращивании в лаборатории клеток циннии изящной, формируя у них заданные характеристики в контролируемых условиях. Эти характеристики включают в себя "форму, толщину и жесткость", а также механические свойства, способные имитировать древесину. Дэвид Н. Бенгстон из Министерства сельского хозяйства США полагает, что эта альтернатива будет более эффективной, чем традиционная заготовка древесины, а дальнейшие разработки потенциально позволят сэкономить энергию на транспортировку и сохранить леса. Однако Бенгстон отмечает, что этот прорыв изменит существующие представления и поставит новые экономические и экологические вопросы, например, о занятости в общинах, зависящих от лесозаготовок, или о влиянии мер по сохранению лесов на возникновение лесных пожаров.

Стандарты устойчивости материалов

Несмотря на важность материалов для общей устойчивости зданий, количественная оценка и анализ устойчивости строительных материалов оказались сложной задачей. В подходах к измерению и оценке характеристик устойчивости материалов наблюдается недостаток согласованности, что привело к ситуации, когда рынок переполнен сотнями конкурирующих, противоречивых и зачастую неточных экологических маркировок, стандартов и сертификатов. Это несоответствие вызывает путаницу как у потребителей, так и у коммерческих заказчиков, а также приводит к включению непоследовательных критериев устойчивости в более масштабные системы сертификации зданий, такие как LEED. Было предложено несколько вариантов рационализации системы стандартизации для устойчивых строительных материалов.

Моделирование информации о здании

Информационное моделирование зданий (BIM) используется для поддержки устойчивого проектирования, позволяя архитекторам и инженерам интегрировать и анализировать характеристики здания[5]. Сервисы BIM, включая концептуальное и топографическое моделирование, открывают новые возможности для экологичного строительства, обеспечивая последовательный и немедленный доступ к внутренней согласованности и достоверности информации о проекте. BIM позволяет проектировщикам оценивать воздействие систем и материалов на окружающую среду, что помогает принимать решения, необходимые для проектирования устойчивых зданий.

Консалтинг

Консультант по устойчивому строительству может быть привлечен на ранней стадии проектирования для прогнозирования влияния строительных материалов, ориентации здания, остекления и других физических факторов на устойчивость, чтобы определить подход, соответствующий конкретным требованиям проекта. Нормы и стандарты были формализованы в системах рейтинговой оценки, основанных на результатах, таких как LEED и Energy Star для жилых домов. Они устанавливают целевые показатели и предоставляют метрики и методы тестирования для их достижения. Выбор оптимального подхода к соответствию этим стандартам остается за участниками проекта. Поскольку услуги консультантов по устойчивому строительству часто связаны с дополнительными затратами, организации, такие как Architects Assist, стремятся обеспечить равный доступ к устойчивому и качественному жилью.

Расположение здания

Одним из центральных и часто игнорируемых аспектов устойчивой архитектуры является размещение зданий. Хотя идеальное экологичное здание, будь то дом или офис, часто представляется как изолированный объект, такое размещение обычно наносит вред окружающей среде. Во-первых, такие сооружения часто невольно становятся передовой линией пригородного расползания. Во-вторых, они, как правило, увеличивают энергопотребление, связанное с транспортом, и приводят к избыточным выбросам от автомобилей. В идеале, большинство зданий следует располагать не в пригородах, а в зонах умеренной городской застройки, как это пропагандирует движение Нового Урбанизма. Тщательное зонирование, допускающее смешанное использование территорий, может сделать коммерческие, жилые и небольшие промышленные районы более доступными для пешеходов, велосипедистов и пользователей общественного транспорта, в соответствии с принципами, изложенными в "Принципах интеллектуального урбанизма". Изучение пермакультуры в ее целостном подходе также может существенно помочь в правильном размещении зданий, которое минимизирует энергопотребление и работает в гармонии с окружающей средой, а не против нее, особенно в сельской местности и в лесных зонах.

Использование воды

Устойчивые здания ищут способы экономии воды. Одним из стратегических решений для экономии воды, которые применяются в экологичных зданиях, являются зеленые крыши. Зеленые крыши покрыты растительностью, которая собирает дождевую воду. Эта функция позволяет не только накапливать воду для последующего использования, но и служит хорошей теплоизоляцией, способствующей смягчению эффекта городского теплового острова.

Городской дизайн

Устойчивый урбанизм выходит за рамки устойчивой архитектуры, предлагая более широкое понимание принципов устойчивого развития. Типичные решения включают эко-индустриальные парки (EIP), городское сельское хозяйство и другие. Среди поддерживаемых международных программ – Сеть устойчивого городского развития, реализуемая при поддержке ООН-Хабитат, и Eco2 Cities, поддерживаемая Всемирным банком. Параллельно с этим, движения нового урбанизма, неоклассической архитектуры и комплементарной архитектуры продвигают устойчивый подход к строительству, который ценит и развивает концепцию «умного роста», архитектурные традиции и классический дизайн. Это противопоставляется модернистской и глобально унифицированной архитектуре, а также изолированным жилым массивам и разрастанию пригородов. Обе эти тенденции возникли в 1980-х годах. Премия Дрихауса за архитектуру отмечает достижения в области нового урбанизма и неоклассической архитектуры, и её денежный приз вдвое превышает размер премии Прицкера за модернистскую архитектуру.

Управление отходами

Отходы представлены в виде изношенных или ненужных материалов, образующихся в быту и на предприятиях, в ходе строительства и сноса, а также в обрабатывающей и сельскохозяйственной промышленности. Эти материалы обычно классифицируются как твердые бытовые отходы, строительный и демонтажный мусор (C&D) и промышленные или сельскохозяйственные побочные продукты. Экологичная архитектура делает акцент на использовании систем управления отходами непосредственно на объекте, включая такие решения, как системы повторного использования серой воды для полива садов и компостирующие туалеты для сокращения объема сточных вод. В сочетании с компостированием пищевых отходов на месте и внешней переработкой, эти методы позволяют сократить количество отходов дома до минимального объема, состоящего в основном из упаковочных материалов.