Впервые было выявлено влияние проектных соображений многоэтажных зданий на воплощенные выбросы, стоимость и эксплуатационную энергию. Используя модель, исследователи подсчитали, что от 28% до 44% годовой энергии на отопление и охлаждение и шесть гигатонн совокупного эквивалента воплощенного углекислого газа с настоящего времени до 2050 года можно было бы сэкономить в новых многоэтажных зданиях, применяя определенные рекомендации и используя доступные технологии.
Поскольку на строительство и эксплуатацию зданий приходится более одной трети глобальных выбросов и потребления энергии, начинается гонка за снижение выбросов. Хотя здания составляют большую часть текущей проблемы, они также являются важным рычагом для изменений, говорят исследователи из университетов Кембриджа и Бата, которые изучили множество решений, которые должны согласовать архитекторы, инженеры и градостроители. Для целей данного исследования решения включают форму, размер, планировку, конструктивную систему, окна, изоляцию, вентиляцию и параметры использования как для жилых (многоквартирных домов), так и для офисных зданий в различных климатических условиях.
Исследователи построили модель, которая позволила им впервые оценить относительную важность таких проектных решений на ранней стадии в контексте всего здания. Их результаты представлены в журнале Applied Energy.
Исследование показало, что повышение компактности здания, использование стали или дерева вместо железобетонных каркасов, наличие окон меньшего размера с оптимальным остеклением для данного климата и использование механической вентиляции с рекуперацией тепла являются наиболее важными мерами по снижению выбросов и эксплуатационной энергии. Между тем, наиболее существенные компромиссы со стоимостью строительства были связаны с выбором материала каркаса и решением об установке механической вентиляции.
Что определяет воплощенный углерод?
Было обнаружено, что как для жилых, так и для офисных зданий выбор типа структурного каркаса оказывает большое влияние как на воплощенный углерод (количество углерода, выделяемого при строительстве здания), так и на стоимость. Исследователи обнаружили, что более дешевые типы рам, как правило, более углеродоемки, и наоборот, что указывает на значительный компромисс. Для сравнения, решения с самым низким уровнем выбросов углерода могут быть достигнуты с использованием перекрестно-слоистых деревянных плит перекрытий с многослойными балками или стальными рамами. Между тем, по мере увеличения количества этажей увеличивается и ценность воплощенного углерода.
Выбор облицовки также является важным фактором: кирпичная облицовка приводит к значительно более высокому содержанию углерода и стоимости по сравнению с вариантами облицовки из более легкого листа или плитки. Это имеет эффект домино, с дальнейшим увеличением количества материала, необходимого для структурного каркаса, чтобы выдерживать более высокие нагрузки на облицовку. Было обнаружено, что облицованные кирпичом здания, которые до сих пор широко популярны в Великобритании, на 20% более углеродоемки и на 15% дороже, чем здания с облицовкой из листа или плитки.
Что определяет операционную энергию?
Для умеренного климата, например, в Лондоне, Великобритания, форма здания и конфигурация его окон являются наиболее важными проектными решениями, определяющими энергию нагрева и охлаждения.
Для тропического климата Сингапура и Лагоса в Нигерии высокая влажность и высокие температуры означают зависимость от энергии охлаждения. Чем больше людей находится в здании, тем больше энергии охлаждения требуется для осушения поступающего воздуха.
В жарком и засушливом климате Каира в Египте решения о соотношении окон и стен имеют решающее значение. Чем больше окон, тем сильнее нагревается здание за счет солнечного излучения . Исследователи обнаружили, что окна меньшего размера и меньший коэффициент солнечного тепла (доля солнечного излучения, пропускаемого через окно) оказывают более выраженное влияние на эффективность офисных зданий, чем на жилые здания . Это связано с тем, что в первом больше пассажиров и теплоизлучающих приборов.
Изучая влияние климата на чувствительность переменных конструкции здания, исследователи обнаружили, что гораздо сложнее поддерживать низкую энергию охлаждения в жарком и влажном климате, чем достичь низкой энергии нагрева в холодном и умеренном климате.
Исследователи говорят, что использование механической вентиляции с рекуперацией тепла является одним из наиболее важных рычагов для снижения энергии нагрева и охлаждения, особенно для офисных зданий в жарком, влажном и холодном климате. Выбор вентиляции связан с более высокими первоначальными затратами, но исследователи считают, что это компромисс, который, по мнению исследователей, должен быть «главным соображением при проектировании зданий», особенно в свете изменения климата, которое уже непропорционально влияет на развивающиеся страны и которое неизбежно приведет к большему населения Земли в более жаркий климат.
Ведущий автор д-р Ханнес Гаух, научный сотрудник в области воплощенной энергии/излучения в строительстве, сказал: «Нас удивило, что толщина изоляции и тепловая масса, которым проектировщики и исследователи обычно уделяют большое внимание, являются второстепенными факторами в определение эффективности здания.Например , выбор легкой облицовки вместо кирпича оказывает гораздо более значительное влияние.Наши результаты показывают, что при проектировании низкоуглеродных зданий нам необходимо сосредоточиться на эффективных формах (квадратные) и структурных каркасах (более короткие пролеты, более древесины), ограничить размеры окон и использовать вентиляцию с рекуперацией тепла».
