可持续建筑

可持续建筑(Sustainable architecture)是一种架构,旨在通过提高材料,能源,发展空间和整个生态系统的效率和节奏来最大限度地减少建筑对环境的负面影响。 可持续建筑在建筑环境的设计中采用有意识的方式进行能源和生态保护。

可持续性或生态设计的理念是确保我们今天的行动和决定不会阻碍子孙后代的机会。

可持续能源使用
建筑整个生命周期的能源效率是可持续建筑最重要的目标。 建筑师使用许多不同的被动和主动技术来减少建筑物的能源需求,并增加捕捉或产生自己能源的能力。 利用当地环境资源并影响能源相关因素(如日光,太阳能热利用和通风)的关键之一是使用现场分析。

加热,通风和冷却系统效率
随着时间的推移,许多被动的建筑策略已经开发出来。 这种策略的例子包括房间的安排,建筑物窗户的大小和方向,正面和街道的方向,或城市规划中建筑物高度和街道宽度的比例。

高效加热,通风和空调(HVAC)系统的一个重要且具有成本效益的元素是绝热建筑。 更高效的建筑物需要更少的发热或散热能力,但可能需要更多的通风能力才能排出受污染的室内空气。

大量的能量从水,空气和堆肥流中的建筑物中冲走。 现成的能源回收利用技术可以从废热水和不新鲜的空气中有效回收能量,并将这些能量转化为新鲜的冷水或新鲜空气。 从离开建筑物的堆肥中回收除园艺以外的能源需要集中式厌氧消化器。

HVAC系统由电机供电。 与其他金属导体相比,铜有助于提高电机的电能效率,从而提高电气建筑组件的可持续性。

现场和建筑方向对建筑暖通空调效率有一些主要影响。

被动式太阳能建筑设计允许建筑物高效利用太阳能,而无需使用太阳能电池或太阳能热水板等任何主动式太阳能装置。 典型的被动式太阳能建筑设计采用了高热质量的材料,可有效保持热量并具有强大的隔热效果,可防止热量逸出。 低能耗设计还需要通过遮阳篷,百叶窗或百叶窗使用遮阳板来减轻夏季的太阳热量增加,并减少对人造冷却的需求。 另外,低能耗建筑物通常具有非常低的表面积与体积比以最小化热损失。 这意味着多层建筑设计(通常被认为看起来更“有机”)常常被避免,以支持更集中的结构。 传统的寒冷气候建筑,如美国殖民地盐箱设计,为小型建筑中的集中热效率提供了良好的历史模式。

窗户放置在最大限度地增加热量产生光的输入,同时最大限度地减少通过玻璃,一个糟糕的绝缘体的热量损失。 在北半球,通常需要安装大量朝南的窗户,以收集直射阳光并严格限制朝北窗户的数量。 某些窗户类型,例如具有充气空间和低辐射率(低辐射)涂层的双层或三层玻璃绝缘窗,比单层玻璃窗提供更好的绝缘。 通过遮阳设备在夏季避免过度的太阳能增益对于降低冷却需求非常重要。 落叶树经常种植在窗户前,用树叶遮挡夏天的过度阳光,但在冬季当树叶脱落时允许光线通过。 安装百叶窗或轻型货架以允许在冬季(当太阳在天空中较低时)照射阳光,并在夏季(当太阳在天空高时)保持阳光。 通常在建筑物的北部种植针叶树或常绿植物,以抵御北方寒风。

在寒冷的气候中,供暖系统是可持续建筑的主要焦点,因为它们通常是建筑物中最大的单一能源排水渠之一。

在温度较高的气候中,冷却是主要问题,被动式太阳能设计也可能非常有效。 具有高热质的砌体建筑材料对于全天保持夜晚的凉爽温度非常有价值。 此外,建筑商经常选择蔓延单层结构以最大限度地增加表面积和热量损失。 建筑物通常设计用于捕捉和引导现有风,特别是来自附近水体的特别酷的风。 许多这些有价值的策略以某种方式被温暖地区的传统建筑所采用,例如西南任务建筑。

在四季的气候条件下,综合能源系统的效率将会提高:当建筑物绝缘良好时,当它与大自然的力量一起工作时,当热量被重新捕获(立即使用或储存)时,当热量依靠化石燃料或电力的工厂效率高于100%,并且在使用可再生能源时。

可再生能源发电

太阳能板
诸如光伏太阳能电池板的有源太阳能装置有助于为任何用途提供可持续电力。 太阳能电池板的电输出取决于方向,效率,纬度和气候 – 即使在相同的纬度,太阳能增益也会变化。 市售PV板的典型效率范围从4%到28%。 某些光伏电池板的低效率可能会严重影响其安装的投资回收期。 这种低效率并不意味着太阳能电池板不是一种可行的能源替代品。 以德国为例,太阳能电池板通常安装在住宅建筑中。

屋顶通常朝向太阳倾斜,以使光伏面板以最大效率收集。 在北半球,真正朝南的朝向使太阳能电池板的产量最大化。 如果不能实现真正的南方,太阳能电池板如果对齐在南方30°范围内可以产生足够的能量。 但是,在较高纬度地区,非南方地区冬季能源产量将显着减少。

为了使冬季效率最大化,收集器可以在水平纬度+ 15°以上成角度。 为了在夏季最大化效率,角度应该是纬度-15°。 但是,对于年度最大产量,水平面上方的角度应等于其纬度。

风力发电机
在可持续结构的能源生产中使用小型风力涡轮机需要考虑许多因素。 在考虑成本时,相对于它们产生的能量,小风力系统通常比大型风力涡轮机更昂贵。 对于小型风力涡轮机来说,维护成本可能是具有边际风能利用能力的地方的决定性因素。 在低风速场地,维护可能会消耗很大一部分小型风机的收入。 当风速达到每小时8英里时,风力涡轮机开始运行,以32-37英里/小时的速度达到能量生产能力,并在速度超过55英里/小时时关闭以避免损坏。 风力涡轮机的能量潜力与其叶片长度的平方以及叶片旋转速度的立方成正比。 虽然风力涡轮机可用于单个建筑物的电力补充,但由于这些因素,风力发电机组的效率很大程度上取决于建筑工地的风况。 由于这些原因,对于风力涡轮机而言,它们必须安装在已知接受恒定风量(平均风速超过15英里/小时)的位置,而不是偶尔接收风的位置。 小型风力涡轮机可以安装在屋顶上。 然后,安装问题包括屋顶的强度,振动以及由屋顶壁架引起的紊流。 据了解,小型屋顶风力涡轮机能够产生10%至25%的常规家用住宅所需电力的电力。 用于住宅规模的涡轮机通常在直径7英尺(2米)至25英尺(8米)之间,并在测试风速下以900瓦至10,000瓦的速率发电。 通过在屋顶安装的涡轮机顶部添加翼型翼,可以增强建筑一体化风机性能。

太阳能热水器
太阳能热水器也被称为太阳能家用热水系统,可以成为一种为家庭生成热水的具有成本效益的方式。 它们可以在任何气候下使用,它们使用的燃料 – 阳光 – 是免费的。

有两种类型的太阳能水系统 – 主动式和被动式。 一个活跃的太阳能收集系统每天可以产生大约80到100加仑的热水。 被动系统的容量较低。

还有两种类型的流通,直接循环系统和间接循环系统。 直接循环系统通过面板循环生活用水。 它们不应该在温度低于冰点的气候中使用。 间接循环通过太阳能电池板循环乙二醇或其他流体,并使用热交换器来加热生活用水。

两种最常见的集热板类型是平板和真空管。 除了真空管不对流散热,这大大提高了它们的效率(效率提高了5%-25%),两者的工作方式类似。 凭借这些更高的效率,真空管式太阳能集热器还可以产生更高温度的空间加热,甚至吸收式冷却系统的温度更高。

目前家庭中普遍使用的电阻式热水器的电力需求大约为4500 kW•h /年。 随着太阳能集热器的使用,能源消耗减半。 安装太阳能收集器的前期成本很高,但随着年节能量的回收期相对较短。

热泵
空气源热泵(ASHP)可以被认为是可逆空调。 像空调一样,ASHP可以从相对较冷的空间(例如70°F的房子)吸取热量,并将其倾倒到热的地方(例如85°F以外)。 但是,与空调不同,ASHP的冷凝器和蒸发器可以切换角色并吸收来自外部冷空气的热量并将其倾倒在温暖的房屋中。

相对于其他热泵系统,空气源热泵价格低廉。 但是,当室外温度很低或很热时,空气源热泵的效率会下降; 因此,它们只适用于温带气候。

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对于不属于温带气候的地区,地源热泵可以提供有效的替代方案。 两台热泵的区别在于地源热交换器的一个放置在地下 – 通常是水平或垂直布置。 地源利用地下相对恒定的温和温度,这意味着它们的效率可以远高于空气源热泵的效率。 地下热交换器通常需要相当大的面积。 设计师将它们放置在建筑物旁边的一个开放区域或停车场下面。

能源之星地源热泵的效率可能比其空气源热泵高40%至60%。 它们也比较安静,也可以应用于家用热水供暖等其他功能。

就初始成本而言,地源热泵系统的成本大约是要安装的标准空气源热泵的两倍。 然而,前期成本可能会被能源成本的下降所抵消。 在典型的炎热夏季和寒冷的冬季,能源成本的下降尤其明显。

其他类型的热泵是水源和地球。 如果建筑物位于水体附近,则池塘或湖泊可以用作热源或水池。 地热泵通过地下管道将建筑物的空气循环。 由于较高的风扇功率要求和较低的传热效率,对于主要建筑来说,空气热泵通常不适用。

可持续建筑材料
可持续建筑材料的一些例子包括再生牛仔布或吹入玻璃纤维绝缘材料,可持续采伐的木材,Trass,油毡,羊毛,混凝土(高和超高性能罗马自愈混凝土),由纸片制成的面板,烤土,夯土,粘土,蛭石,亚麻亚麻,剑麻,seegrass,膨胀粘土颗粒,椰子,木纤维板,钙砂石,当地获得的石头和岩石以及竹子,这是最强和发展最快的木本植物之一,和无毒低VOC的胶水和油漆。 建筑信封上的植物覆盖物或遮蔽物也有助于改善。 据估计,用森林木材制造或制造的纸张可以百分之百地回收利用,因此可以再生并节省制造过程中所需的几乎所有森林木材。

再生材料
可持续建筑通常包括使用回收材料或二手材料,如回收木材和回收铜。 新材料使用量的减少使体现能量(材料生产中使用的能源)相应减少。 通常可持续建筑师试图改造旧建筑以满足新的需求,以避免不必要的开发。 适当时使用建筑救援和回收材料。 当较旧的建筑物被拆除时,通常任何良好的木材都被回收,更新并作为地板销售。 任何好的维度石都会被回收。 许多其他部件也被重复使用,例如门窗,门槛和硬件,从而减少新产品的消耗。 当采用新材料时,绿色设计师会寻找快速补充的材料,例如竹子,这种材料经过6年的生长后可以用于商业用途,高粱或麦秆都是可以压制成废料的面板或软木橡木,其中只有外部树皮被移除使用,从而保存了树。 如果可能,建筑材料可能从工地本身收集; 例如,如果在树木繁茂的地区建造新的建筑物,那么为了为建筑物腾出空间而砍伐的树木将被重新用作建筑物的一部分。

降低挥发性有机化合物
在任何可行的情况下都使用低冲击建筑材料:例如,绝缘材料可以由低VOC(挥发性有机化合物)发射材料制成,例如再生牛仔布或纤维素绝缘材料,而不是可能含有致癌或有毒材料的建筑隔热材料作为甲醛。 为了阻止昆虫的伤害,这些隔热材料可以用硼酸处理。 可以使用有机或乳基油漆。 然而,一个常见的谬误是,“绿色”材料对于居住者或环境的健康总是更好。 许多有害物质(包括甲醛,砷和石棉)是天然存在的,并且没有最好的意图使用历史。 加利福尼亚州对材料排放的研究表明,有一些绿色材料具有大量排放,而一些更“传统”的材料实际上是较低的排放者。 因此,在得出结论认为天然材料对居住者和地球来说总是最健康的替代品之前,必须仔细研究排放主体。

挥发性有机化合物(VOC)可以在任何来自各种不同来源的室内环境中找到。 挥发性有机化合物具有较高的蒸气压和较低的水溶性,并且被怀疑会导致病态建筑物综合征症状。 这是因为已知许多挥发性有机化合物会引起感染性刺激和中枢神经系统症状,这些症状与病态建筑综合征有关,室内VOCs浓度高于室外大气,并且当存在许多挥发性有机化合物时,它们可以引起累加效应和倍增效应。

绿色产品通常被认为含有较少的挥发性有机化合物,对人类和环境健康更好。 由迈阿密大学土木,建筑和环境工程系进行的一项案例研究比较了三种绿色产品和他们的非绿色产品,发现即使绿色产品和非绿色产品都排放出VOC ,绿色产品排放的挥发性有机化合物的量和强度对人体暴露更加安全和舒适。

材料可持续标准
尽管材料对整体建筑可持续性的重要性,但量化和评估建筑材料的可持续性已被证明是困难的。 在材料可持续性属性的测量和评估方面几乎没有一致性,导致今天的景观充满了数百个竞争,不一致和往往不准确的生态标签,标准和认证。 这种不和谐导致了消费者和商业购买者的混淆,并导致在诸如LEED等大型建筑认证计划中纳入不一致的可持续性标准。 关于可持续建筑材料标准化格局的合理化提出了各种建议。

废物管理
废物采取从家庭和企业,建筑和拆除过程以及制造业和农业产业中产生的废弃或无用材料的形式。 这些材料大致分为城市固体废物,建筑和拆除(C&D)碎片以及工业或农业副产品。 可持续建筑重点关注废物管理的现场使用,将诸如灰水系统等用于花园床的设施以及堆肥化厕所以减少污水排放。 这些方法与现场食物垃圾堆肥和非现场回收相结合,可以将房屋废物减少到少量的包装废物。

建筑物布置
可持续建筑的一个中心而常常被忽视的方面是建筑布置。 虽然理想的环境家庭或办公室结构往往被设想为一个孤立的地方,但这种安置通常对环境有害。 首先,这样的结构通常作为郊区蔓延的不知道的前线。 其次,它们通常会增加运输所需的能源消耗,并导致不必要的汽车排放。 理想情况下,大多数建筑应该避免郊区蔓延,以利于新都市主义运动所阐明的那种轻型城市发展。 正如智能城市主义原则中提出的那样,小心的混合用途分区可以使商业,住宅和轻工业区更容易被步行,自行车或公共交通出行的人使用。 永续文化的研究在其整体应用中也可以极大地帮助妥善布置建筑物,从而最大限度地减少能源消耗,并且与周围环境而不是对抗它们,尤其是在农村和森林地区。

可持续建筑咨询
可持续建筑顾问可能会在设计过程的早期就参与其中,以预测建筑材料,方向,玻璃和其他物理因素的可持续性影响,从而确定符合项目特定要求的可持续方法。

规范和标准已通过基于性能的评级系统正式化,例如LEED和能源之星等。 他们定义要达到的基准,并提供指标和测试以满足这些基准。 项目参与方应确定达到这些标准的最佳方法。

改变教学法
对现代主义还原论的批评者经常指出,放弃建筑史教学是一个偶然因素。 在现代主义转变中的一些主要参与者是在普林斯顿大学建筑学院接受培训的,而在1940年代和1950年代,诉诸历史仍然是设计培训的一部分,这一事实非常重要。 历史兴趣的增加对建筑教育产生了深远的影响。 历史课程变得更加典型和规范。 随着建筑史上对教授知识的需求,建筑学院的几个博士学位课程开始出现,以区别于艺术史博士课程,这是建筑历史学家之前培训过的。 在美国,麻省理工学院和康奈尔大学是第一个,创建于20世纪70年代中期,其次是哥伦比亚大学,伯克利大学和普林斯顿大学。 新建筑历史课程的创始人包括威尼斯建筑历史研究所的布鲁诺泽维,麻省理工学院的斯坦福安德森和亨利米勒,建筑协会的亚历山大Tzonis,普林斯顿的安东尼维德勒,威尼斯大学的Manfredo Tafuri,哥伦比亚大学的Kenneth Frampton,ETH苏黎世的Werner Oechslin和Kurt Forster。

迄今为止,与建筑相关的“可持续性”一词大多是通过建筑技术及其转换的视角来考虑的。 超越“绿色”设计,发明和专业技术的技术领域,一些学者开始将建筑放在与自然的人类相互关系更广泛的文化框架内。 从不同的历史和地理背景来看,采用这一框架可以追溯丰富的关于我们与自然和环境关系的文化辩论历史。

可持续城市化与建筑
同时,最近新城市主义和新古典建筑的运动推动了建筑的可持续发展,欣赏并发展了智能发展,建筑传统和古典设计。 这与现代主义和全球统一的建筑形成鲜明对比,并且依靠单身居住区和郊区蔓延。 这两种趋势始于20世纪80年代。 德里豪斯建筑奖是一个奖项,表彰新城市主义和新古典建筑的努力,并被赋予两倍于现代普利兹克奖的奖金。

无障碍,设计和艺术
无障碍
在将残疾人融入工作和日常生活的意义上,可持续建筑的设计使残疾人无需外界帮助即可使用建筑物。 这意味着,例如,建造无障碍入口区域和无门槛的房间过渡。 这一质量标准还包括提供残疾人无障碍工作场所,停车位和足够的行动区域,例如足够宽的走廊和残疾人厕所。

无障碍
可达性标准加强了城市街区和城市内社会对建筑的普遍接受度。 根据这一概念,建筑物不是一个密封的建筑物,但建筑物的一部分对尽可能多的用户开放,如户外设施或食堂或图书馆等建筑物区域。 在社会文化可持续性方面的可持续建筑规划也确保公共使用咖啡馆,餐馆或工作室。 可持续建筑力争混合使用这个公共空间,可以很容易地适应变化的转换。

流动性
为了提高可持续建筑的生态和节能移动性,该建筑可以通过公共交通(公共交通)和自行车轻松抵达。 自行车基础设施旨在提供足够数量的自行车停车位。 这些通过靠近入口区域进行优化布置。 还有自行车用户的淋浴和更换设施。 这增加了建筑物的吸引力,同时满足生态要求。

设计和城市因素
在可持续建筑中,建筑的美学方面也起着重要作用。 这意味着该建筑融入城市规划理念,同时也是结构多样性。 规划竞赛的执行保证了设计和城市规划质量。 规划竞赛的优势在于陪审团的专业知识,确保了建筑项目的高度建筑质量。 它还确保建筑项目的签约方可以通过透明的竞争程序找到合适的承包商。

建筑上的艺术
建筑艺术在提高建筑结构质量方面也起着重要作用。 艺术品的任务是在场地和建筑物之间建立直接联系,从而加强对建筑物用户的接受和识别。 同样,它们被认为是建筑与公众之间的接口。 相应地,诸如它们与公众的功能,例如事件中的B.或导游。

批评
取决于观点,在道德,工程和政治方面存在冲突。

毫无疑问,绿色科技已经在建筑领域取得了进展,特定技术的实施改变了我们看待和感知现代建筑的方式。 虽然绿色建筑已被证明在环境和技术方面都有很大的改进,但问题依然存在,这一切都是可持续的吗? 许多建筑规范已经降低到国际标准。 “LEED”(能源与环境设计领导力)因为执行灵活的建筑规范而受到批评。 承包商这样做是为了节省尽可能多的钱。 例如,建筑物可能有太阳能电池板,但如果建筑物核心的基础设施不能长期支持这些建筑,则必须不断进行改进,并且建筑物本身易受灾害或加强。 随着各公司在建筑结构中切入可持续建筑的捷径,引发讽刺的是,“可持续”建筑根本无法持续。 可持续性来源于长寿和有效性。

伦理和政治也发挥可持续建筑和城市环境中的增长能力。 工程技术和环境影响之间的冲突仍然是建筑界共鸣的热门问题。 随着每一项革命性的技术或创新,它们在何时以及如何被利用时都会受到合法性和有效性的批评。 许多对可持续性建筑的批评并没有反映出它的每一个方面,而是在整个国际社会中有更广泛的范围。

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