Стійка архітектура (або зелена архітектура, природна архітектура, екологічна архітектура)[1] — архітектура, що прагне звести до мінімуму негативний вплив будівель на довкілля через ефективність і поміркованість у використанні матеріалів, енергії, та розвитку простору і екосистем в цілому. Стійка архітектура використовує свідомий підхід до збереження енергії та екології при проєктуванні антропогенного середовища[2].
Стійкі будівельні матеріали з низьким впливом на довкілля є одним з основних принципів стійкої архітектури та циркулярного будівництва.[4] Стійкість матеріалів оцінюється за соціальними, економічними та екологічними факторами[5] (див. також Сталий дизайн, Стабільне місто). Стійкі будівельні матеріали включають:
Блоки конопляного бетону з відходів коноплі
Перероблені матеріали чинять менший негативний вплив на довкілля та пропонують економічну вигоду та, в деяких випадках, унікальні властивості перероблених матеріалів.[6][7] Прикладами є заповнювачі бетону з будівельних та інших відходів[6], армований переробленим сталевим волокном бетон[8], перероблений пластик та біопластик, повторно використана деревина тощо.
Біологічні матеріали: відновлювані і біологічно розкладні матеріали, частина з яких виробляються з відходів сільського господарства в циркулярній біоекономіці.[4]
Конопляний бетон (костробетон[en], конопляний цемент[9]) — це різновид рослинного бетону[10], що складається з суміші конопляних волокон (костриці), вапна та води, який використовують як стійку альтернативу бетону. Він має чудові термо- та звукоізоляційні властивості, є легким, вогнетривким (в залежності від пропорцій) та поглинає вуглекислий газ під час процесу твердіння (реагуючи з CO2 повітря в процесі карбонізації), на додачу до вуглецю, який накопичується в целюлозі волокон в процесі росту коноплі, що загалом робить його унікальним вуглецево-негативним стійким будівельним матеріалом.[11][12] Окрім бетону, з костриці виробляють плити та цеглу.[9]
Матеріали на основі міцелію: легкі матеріали, придатні для ізоляції, пакування та навіть структурних компонентів. Перспективні як тепло- та звукоізоляційна піна. Мають низьку щільність і теплопровідність, високе звукопоглинання і пожежобезпечність. Можуть замінити пінопласт, дерев’яну та пластикову ізоляцію, дверні серцевини, панелі, компоненти підлоги та меблів.[13] Поєднуються з іншими сільськогосподарськими та промисловими відходами для створення композитних матеріалів.[14]
Відходи виробництва цукрової тростини, зернових культур та інші сільськогосподарські відходи, та їх комбінації, використовуються на фермах для виготовлення цегли, панелей, будівельних розчинів тощо.[15]
Поліуретани на біологічній основі: поліуретани на біологічній основі виготовляють з рослинних олій, біомаси або CO2, і вони знаходять застосування у пінах, клеях і покриттях.[16][17] Застосування поліуретанових покриттів на біологічній основі призвело до меншого часу висихання та вищої твердості з однаковим блиском, хімічною стійкістю та механічною стійкістю.[18]
Сад на даху, Нью-ЙоркЗелені стіни та озеленення дахів: пропонують переваги для навколишнього середовища, такі як поглинання вуглецю, покращення якості повітря, зменшення шуму та управління зливовими водами, а також забезпечують економічні переваги завдяки енергоефективності – теплоізоляція в холодні пори року та охолодженню повітря влітку. Крім того, вони покращують соціальний добробут та психічне здоров'я, та сприяють біорізноманіттю в міському середовищі.[19][20] Міські сільськогосподарські ініціативи, такі як громадські сади та ферми на дахах, сприяють місцевому виробництву продуктів харчування та зміцнюють зв’язки в громадах. Вертикальні ферми[21] та міське сільське господарство[22] використовують гідропоніку[23][24] або аеропоніку[25], максимізуючи простір і мінімізуючи споживання води.[26]
Альтернативи цементу з низьким вмістом вуглецю: виробництво бетону на основі портландцементу є значним джерелом викидів CO2 в атмосферу, на які припадає 5-8% світових викидів.[27] Такі матеріали, як шлак, метакаолін, кальцинована глина та вапняк, можуть замінити клінкер, зменшуючи викиди CO2 при виробництві цементу.[28] Заповнювачі з різноманітних перероблених відходів також сприяють зменшенню викидів вуглецю, приблизно на 20%.[29] Біобетон, який використовує осадженнякарбонату кальцію, викликане мікроорганізмами (MICP), пропонує CO2-негативну альтернативу шляхом поглинання вуглецю в карбонатних сполуках.[27]
Відновлювальна енергетика та енергоефективність[ред. | ред. код]
Енергоефективність відіграє важливу роль у стійкій архітектурі. Це включає енергозбереження для опалення, кондиціонування, освітлення та інших цілей; а також використання відновлюваних джерел енергії. На будівлі припадає 40% світового споживання енергії.[45] Завдяки інтеграції принципів енергоефективних проєктування, матеріалів і технологій, можливо збільшити прибутки, знизити експлуатаційні витрати, скоротити викиди парникових газів і сприяти цілям сталого розвитку. Енергоефективні технології та практики включають:
Високоефективні ізоляційні конструкції: аерогелі та вакуумні ізоляційні панелі, для мінімізації передачі тепла через стіни, дахи та підлоги, тим самим зменшуючи споживання енергії будівлею.[46]
Енергоефективні системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC): такі як теплові насоси, системи водяного опалення, повітряне опалення, променеве опалення та охолодження[en], системи енергоменеджменту, та інші, щоб забезпечити тепловий комфорт з мінімальним споживанням енергії.[46][47] Системи штучного інтелекту використовуються для прогнозування, оптимізації, контролю та діагностики систем опалення, вентиляції та кондиціонування.[48][49][50]
Розумні матеріали: є експериментальними перспективними матеріалами в будівництві. Наприклад, термоелектричні матеріали[en], засновані на термоелектричному ефекті, можуть генерувати енергію від різниці температур, що може знайти застосування в ізоляційних матеріалах та мікроелектроніці.[55]Фотохромні матеріали, які здатні змінювати колір в залежності від освітлення, досліджуються для використання у вікнах та будівельних композитах.[56] Самовідновлювальні матеріали, такі як бетон, асфальт, покриття, полімери та композити були детально описані раніше.
Приклад діаграми етапів оцінки життєвого циклу (LCA)
Цифрові інструменти, такі як інформаційне моделювання будівель (BIM) та цифрові двійники (віртуальні будівлі), спрощують процес проєктування та будівництва, що призводить до зменшення відходів та більш ефективного використання ресурсів.[57][58][59] Це призводить до економії коштів і скорочення термінів реалізації проєкту. Для існуючих конструкцій, цифрові інвентаризації та використання таких технологій, як 3D-сканування, полегшують ідентифікацію матеріалів для повторного використання або переробки, сприяючи зменшенню відходів під час знесення.[60]
Електронний паспорт будівлі, що може включати один чи декілька варіацій цифрових документів, таких як паспорт матеріалу[61], цифровий паспорт продукту[62], будівельний паспорт, електронний будівельний файл або цифровий будівельний журнал[63], — надає вичерпну інформацію про матеріали, енергоефективність, технічний стан та інші характеристики будівлі, які використовуються в будівництві, для полегшення процесів демонтажу, реконструкції та переробки в майбутньому.[64][60][65] Електронний паспорт будівлі може бути заснованим на даних з BIM, і дозволяє оцінити потенціал переробки існуючих будівель.[66]
Оцінка життєвого циклу[en] (LCA) – практична методологія оцінки ефективності та інструмент, що аналізує наслідки продукції для довкілля.[67] LCA у будівельній сфері використовується для вимірювання впливу всієї будівлі на довкілля або оцінки окремих компонентів будівлі. Інструменти LCA, такі як GaBi, SimaPro та інші, використовуються для оцінки впливу продукції на довкілля та оцінки запасів. Інтеграція баз даних LCA з BIM допомагає архітекторам та інженерам приймати більш обґрунтовані рішення щодо матеріалів і методів будівництва, які мінімізують вплив на довкілля. Бази даних LCA можуть служити еталоном для стандартів сталого розвитку, допомагаючи галузі вимірювати та покращувати свою ефективність з часом. Використання технології RFID (радіочастотна ідентифікація), дозволяє відстежувати матеріальні потоки в режимі реального часу, зменшуючи відходи та підвищуючи потенціал повторного використання матеріалів після деконструкції. RFID також може допомогти виконати нормативні вимоги щодо відстеження матеріалів і управління відходами, потенційно зменшуючи юридичні ризики та покращуючи репутацію галузі.[60][68] (див. також Сталий дизайн, Стабільне місто)
Повторне використання ресурсів зменшує витрату ресурсів та мінімізує відходи.[69] Дві основні стратегії повторного використання матеріалів включають:
Повторне використання деревиниВрятовані та відновлені матеріали: використання врятованої деревини[70][71][72], конструкційної сталі[73], цегли[74] та інших відновлених при демонтажі чи знесенні матеріалів у будівництві.[75] Це дає значні переваги в екологічному, економічному та соціальному аспектах, оскільки використання таких матеріалів зменшує кількість відходів на звалищах, мінімізує забруднення, зменшує викиди CO2 від транспорту та виробництва, сприяє економічному зростанню, зберігає землю для розвитку, пом’якшує ризики для екосистем і здоров’я людини від токсичних речовин і забрудненого повітря зі звалищ, і, зрештою, сприяє сталому розвитку та управлінню ресурсами.[76]
Адаптивне повторне використання будівель: перепрофілювання існуючих будівель або споруд для нових цілей.[77][78] Наприклад, реконструкція та адаптоване повторне використання недостатньо використовуваних або занедбаних будівель може оживити околиці, одночасно досягаючи екологічних переваг[79] та зберегти втілену в будівництво енергію[80]. Будинки культурної спадщини займають унікальну нішу в міському ландшафті. Окрім житла, вони втілюють місцеві культурні та історичні особливості, які визначають спільноти. Таким чином, подовження терміну експлуатації має численні переваги, які виходять за межі самого проєкту на навколишню територію, сприяючи економічному та соціальному розвитку.[81][82]
Контейнер для сортування відходів на будівельному майданчику
Будівельні відходи та відходи знесення можуть бути повторно використані або перероблені.[83][84][85] Теоретично, можливо використовувати все будівельне сміття, але за умови його сортування.[83] Наприклад, навіть пошкоджені бетон, керамічна плитка та цегла подрібнюються і додаються в нові будівельні компоненти[86], або використовуються як цінні продукти в інших секторах циркулярної економіки[87][88][89]. Ефективне управління відходами допомагає зменшити кількість небезпечних відходів на звалищах та викидів CO2, мінімізувати витрати, пов’язані з будівництвом проєкту, та отримати додаткову цінність і нові робочі місця.[90][91] (див. Переробка будівельного сміття, Циркулярне будівництво)
Проєктування будівель та інфраструктури для довговічності допомагає звести до мінімуму потребу в частому обслуговуванні та заміні. Це включає використання передових технологій проєктування, якісних матеріалів, регулярне технічне обслуговування та довговічні будівельні матеріали та методи[92].
Довговічні бетони: самовідновлювальний бетон[en] є одним з найперспективніших видів бетону. Існує багато рішень для покращення аутогенного загоєння тріщин, шляхом додавання домішок, таких як мінеральні домішки, кристалічні домішки та суперабсорбуючі полімери.[98][99] Крім того, бетон можливо модифікувати для вбудованих автономних методів самовідновлення: самовідновлення на основі капсул, судинне самовідновлення та мікробне самовідновлення є найпоширенішими видами технологій самовідновлення бетону, серед інших.[100][101][102] Ще стародавні римляни використовували тип вапняного розчину, який, як було встановлено, самовідновлювався. Кристали стратлінгіту утворюються вздовж міжфазних зон римського бетону, зв’язуючи заповнювач і розчин разом; і цей процес триває навіть через 2000 років, що було відкрито у 2014 році.[103] Окрім самовідновлювального бетону, використовують ще багато інноваційних видів бетону для збільшення довговічності споруд: високоміцний бетон (HSC), бетон надвисоких характеристик (UHPC), високодовговічний бетон (HDC), геополімерний бетон з додаванням наноматеріалів, та інші види.[104][105]
Інші самовідновлювальні матеріали[en]: все частіше використовуються в будівництві для підвищення довговічності та зменшення потреб у обслуговуванні, кожен з яких пропонує унікальні переваги для різних будівельних застосувань. Самовідновлювальний асфальт здатен відновлювати тріщини, спричинені пошкодженнями або віком.[106][107][108] Різноманітні самовідновлювальні покриття захищають поверхні від корозії, стирання та інших форм пошкодження.[109][110][111][112] Самовідновлювальні полімери[113][114] та композити[115][116] можуть відновлювати пошкодження, викликані механічним впливом, сприяючи підвищенню стійкості та довговічності будівельних матеріалів і конструкцій.
Нанотехнології та наноматеріали: відіграють важливу роль у підвищенні міцності та довговічності будівельних матеріалів і конструкцій. Наночастинки вводяться в бетон, асфальт, цеглу, деревину, сталь для підвищення міцності та довговічності, що робить їх дуже перспективним матеріалом у промисловості будівельних матеріалів[117]; але виробництво та використання наночастинок вимагає нагляду та регулювання перед широким впровадженням, щоб уникнути будь-яких шкідливих наслідків для здоров'я, тому що деякі з них можуть, в деяких випадках, нести шкоду, при неконтрольованому використанні.[118][119]Нанопокриття, включаючи гідрофобні, вогнетривкі, самоочисні, енергоефективні, самовідновлювальні та інші, захищають поверхні будівель від пошкоджень, корозії та сприяють збереженню енергії.[120]Гідроізоляційні рішення використовують наночастинки в порах будівельних матеріалів, таких як бетон та покриття, утворюючи захисний бар’єр, який запобігає проникненню води.[121][122] Наноізоляційні матеріали (NIM), такі як аерогелі, піни і вакуумні ізоляційні панелі[en], показують високу ефективність у термоізоляції[123]; тоді як аерогелі та піни на основі наноцелюлози[en], що виробляється в циркулярній біоекономіці, мають значно кращі властивості, ніж пінополістирол, поліуретанові піни та скловата.[124]
Найбільша зелена стіна: Caixa Forum (Мадрид, Іспанія). Розроблена французьким ботаніком Патріком Бланом, охоплює приголомшливу площу 460 квадратних метрів і містить понад 15 000 рослин 250 різних видів.[132]
Найвища зелена стіна: One Central Park[en] (Сідней, Австралія). Цей вертикальний сад висотою 33 поверхи охоплює всю висоту житлової вежі, займаючи площу 1120 квадратних метрів.
Найбільший сад на даху: мерія Чикаго (США), 3530 квадратних метрів, забезпечуючи середовище існування для місцевої дикої природи та допомагаючи зменшити ефект міського теплового острова. Сад містить 20 000 рослин, включаючи кущі, дерева та трави, і важливе середовище існування для комах, зменшує стік дощової води, покращує якість повітря, зберігає енергію та зменшує ефект міського теплового острова.[133]
The Edge (Амстердам, Нідерланди) часто вважають найекологічнішою офісною будівлею у світі, бо вона досягла найвищого рейтингу за BREEAM (Метод оцінки навколишнього середовища будівельних дослідницьких закладів), коли-небудь зафіксованих, набравши 98,4%. Будівля використовує низку екологічних функцій, включаючи збір дощової води, розумне світлодіодне освітлення та пасивну систему клімат-контролю.[134]
↑ абГорковлюк І. І., Ковальський В. П. (2023). Будинки з екологічних будівельних матеріалів (вид. Збірник тез доповідей Міжнародної науково-практичної конференції
«Сучасні світові тенденції розвитку науки, освіти, технологій та суспільства»). Кропивницький: ЦФЕНД. с. 64. {{cite book}}: Вказано більш, ніж один |pages= та |page= (довідка)
↑Technische Universitat Berlin, Karin A.; Technische Universitat Berlin, Sebastian; Hoffmann, Karin A.; Schroder, Sebastian; Nehls, Thomas; Pitha, Ulrike; Pucher, Bernhard; Zluwa, Irene; Gantar, Damjana (2023). Vertical Green 2.0 – The Good, the Bad and the Science(PDF)(англ.). Universitatsverlag der TU Berlin. doi:10.14279/depositonce-16619.
↑О. М. Пшінько, А. В. Радкевич, М. І. Нетеса, А. М. Нетеса (2020). Технологія спеціальних робіт: навчальний посібник. Дніпро: Журфонд. с. 154. ISBN978-966-934-259-1. {{cite book}}: Вказано більш, ніж один |pages= та |page= (довідка)
.jpg)
