Пассивная живучесть - Passive survivability

Пассивная живучесть относится к способности здания поддерживать критические условия жизнеобеспечения в случае длительного отключения электроэнергии, топлива для обогрева или воды.[1] Эта идея предлагает, чтобы проектировщики включили способы, позволяющие зданию продолжать укрывать жителей в течение длительного периода времени во время и после чрезвычайной ситуации, будь то шторм, вызывающий отключение электроэнергии, или засуха что ограничивает подачу воды, или любое другое возможное событие.

Термин был введен президентом BuildingGreen и исполнительным редактором EBN Алексом Уилсоном в 2005 году после того, как ураган Катрина.[2] Пассивная живучесть предлагается стать стандартом в критериях проектирования домов, многоквартирных домов и особенно зданий, используемых в качестве аварийных укрытий. Хотя многие из стратегий, которые считаются для достижения целей пассивной живучести, не являются новыми концепциями и широко используются в экологическом строительстве на протяжении десятилетий, различие происходит из мотивации перехода к устойчивым и безопасным зданиям.[1]

Текущие проблемы

Увеличение продолжительности, частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений из-за изменения климата усугубляет проблемы, которые пытается решить пассивная выживаемость.[1] Климат, который раньше не нуждался в охлаждении, теперь видит более высокие температуры и потребность в кондиционировании воздуха. Повышение уровня моря и штормовые нагоны увеличивают риск наводнений в прибрежных районах, в то время как наводнения из-за осадков представляют собой проблему в низинных районах. Чтобы в зданиях всегда были условия для жизни, необходимо осознавать потенциальные угрозы.

Перебои питания

В большей части развитого мира сильно полагаются на сетка для электроэнергии и газа. Эти сети являются основным источником энергии для многих обществ, и хотя они, как правило, не прерываются, они постоянно подвержены событиям, которые могут вызвать сбои, например: Стихийные бедствия. В Калифорнии даже были преднамеренные отключения электроэнергии в качестве превентивной меры в ответ на лесные пожары, вызванные линиями электропередач.[3] Когда происходит отключение электроэнергии, большинство механических нагревателей и охлаждающих устройств перестают работать. Цель пассивной живучести - быть готовой к тому, что такое событие может произойти, и поддерживать безопасную температуру в помещении. В то время как резервные генераторы может обеспечить некоторую мощность во время отключения электроэнергии, ее часто недостаточно для отопления и охлаждения или надлежащего освещения.[1]

Экстремальная температура

Жара - основная причина смерти в США, связанной с погодой.[4] Тепловые волны совпадение с перебоями в подаче электроэнергии ставит под угрозу многие жизни из-за неспособности здания поддерживать низкие температуры. Даже без отключения электроэнергии отсутствие доступа к кондиционированию воздуха или отсутствие средств для оплаты электроэнергии также подчеркивают необходимость пассивных способов поддержания приемлемой для жизни тепловой среды.[4] Одна из проблем, на которые обращает внимание пассивная живучесть, - это рассмотрение множества способов сохранить термическое сопротивление облицовки здания, чтобы помещение не стало чрезмерным в случае отсутствия доступа к стандартным системам регулирования температуры.

В зимние месяцы перебои с подачей электроэнергии или отсутствие источника топлива для тепла представляют угрозу, когда есть холодные фронты.[1] Негерметичная конструкция и плохая изоляция приводят к быстрой потере тепла, что приводит к падению температуры в помещении.

Засуха

Во время засуха ограниченное водоснабжение означает, что община должна использовать меньше воды, что может означать обязательные ограничения на водопользование. Продолжительные периоды засухи могут спровоцировать пожары, которые добавляют повышенный уровень опустошения.[5] Высыхание глинистой почвы может привести к разрыву важнейших водопроводных сетей и повреждению домов и инфраструктуры.[6] Засуха также может вызвать отключение электроэнергии в районах, где теплоэлектростанции являются основным источником электроэнергии.[7] Водосберегающие устройства и ландшафтный дизайн имеют решающее значение в районах с дефицитом воды.

Стихийные бедствия

Стихийные бедствия, такие как ураганы, землетрясения, торнадо, и другие ураганы могут привести к разрушению инфраструктуры, которая обеспечивает основные источники электроэнергии, воды и энергии.[8] Наводнение после сильных осадков - серьезная угроза для зданий и коммунальных служб. Возникающая в результате нехватка электричества или воды может представлять большую угрозу, чем само событие, часто длящаяся дольше, чем первоначальная катастрофа.[9]

Угрозы терроризма

Терроризм угрозы и кибертерроризм также может вызвать перебои в подаче электроэнергии. Атаки на центральные станции или основные распределительные сегменты, а также взлом системы управления коммунальной сетью являются возможными угрозами, которые могут привести к отключению электричества, воды или топлива.[8]

Стратегии пассивного дизайна

Существует множество пассивных стратегий, которые не требуют электричества, но вместо этого могут обеспечить отопление, охлаждение и освещение здания за счет правильного проектирования. В зданиях с преобладанием ограждающих конструкций климат и окружающая среда оказывают большее влияние на внутреннюю часть конструкции из-за высокого отношения площади поверхности к объему и минимальных внутренних источников тепла.[10] Здания с внутренним преобладанием, такие как типичное офисное здание, больше подвержены воздействию внутренних источников тепла, таких как оборудование и люди, однако ограждающая конструкция по-прежнему играет важную роль, особенно во время отключения электроэнергии.

Хотя различие между двумя типами зданий иногда может быть неясным, у всех зданий есть температура точки баланса это результат конструкции и функции здания. Температура точки баланса - это температура наружного воздуха, ниже которой здание требует отопления.[10] Структура с внутренним преобладанием будет иметь более низкую температуру точки баланса из-за большего количества внутренних источников тепла, что означает более длительный период перегрева и более короткий период недогрева. Достижение приемлемой тепловой среды во время отключения электроэнергии зависит от температуры точки баланса, а также от взаимодействия с окружающей средой. Ключевым аспектом пассивной живучести всех конструкций является конструкция с учетом климатических требований. Пассивные стратегии следует выбирать с учетом климата и местных условий в дополнение к функциям здания.

Тепловой конверт

Когда здание имеет негерметичную конструкцию или плохое изоляция, желаемое тепло теряется зимой, а кондиционированный воздух - летом.[10] Эти потери учитываются путем закачки в здание большего количества механического обогрева или охлаждения, чтобы компенсировать разницу. Поскольку эта стратегия устарела во время отключения электроэнергии, в здании должна быть возможность поддерживать внутреннюю температуру в течение более длительных периодов времени. Чтобы избежать потери тепла проникновение Тепловая оболочка должна быть построена с минимальными разрывами и стыками, а трещины вокруг окон и дверей должны быть заделаны. Герметичность здания можно проверить с помощью теста на дверь воздуходувки.

Тепло также теряется при передаче через многие поверхности в комнате, включая стены, окна, полы, потолки и двери. Площадь и термическое сопротивление поверхности, а также разница температур в помещении и на улице определяет скорость потери тепла.[10] Сплошная изоляция с высоким R-значения снижает потери тепла за счет передачи в стенах и потолках. Двойные и тройные стеклопакеты со специальными покрытиями уменьшают потери через окна.[9] Практика суперизоляция значительно снижает потери тепла за счет высокого теплового сопротивления и герметичности.

Пассивный солнечный

Схема здания, показывающая стратегии проектирования пассивного солнечного отопления.
Схема пассивного солнечного отопления

Возможность пассивного обогрева здания полезна в холодные зимние месяцы, чтобы поддерживать высокий уровень температуры. Пассивный солнечный системы собирают и распределяют энергию солнца без использования механического оборудования, такого как вентиляторы или насосы. Пассивное солнечное отопление состоит из остекления, обращенного к экватору (на юг в северном полушарии) для сбора солнечной энергии и термическая масса для хранения тепла.[10] Система прямого усиления позволяет коротковолновое излучение от солнца, чтобы войти в комнату через окно, где поверхность пола и стен затем действует как тепловая масса, поглощая тепло, а длинноволновое излучение задерживается внутри из-за парниковый эффект.[10] Следует использовать правильное соотношение остекления к тепловой массе, чтобы предотвратить перегрев и обеспечить соответствующий нагрев.[11] А Стена для тромба или система непрямого усиления помещает тепловую массу прямо внутрь остекления для сбора тепла в течение дня для использования в ночное время из-за запаздывания массы.[10] Этот метод полезен, если дневное освещение не требуется, или его можно использовать в сочетании с прямым усилением. Третий метод - это солнечное пространство или изолированная система усиления, которая собирает солнечную энергию в отдельном пространстве, прикрепленном к зданию, и которое может использоваться как жилая площадь в течение большей части года.[10]

Избегание тепла

Стратегии предотвращения жары могут использоваться для уменьшения потребности в охлаждении в периоды перегрева в году. Это достигается в основном за счет устройств затенения и ориентации здания. В северном полушарии окна следует в первую очередь размещать на южных фасадах, где зимой больше всего солнечного света, в то время как окон на восточном и западном фасадах следует избегать из-за трудностей с затенением и высоких солнечная радиация летом.[12] Исправлена свесы могут быть спроектированы так, чтобы блокировать солнце в периоды перегрева и пропускать солнце в периоды недогрева. Подвижные затеняющие устройства наиболее подходят из-за их способности реагировать на окружающую среду и потребности здания.[12] Использование светлых тонов на крышах и стенах - еще один эффективный способ уменьшить приток тепла за счет отражения солнца.

Естественная вентиляция

Естественная вентиляция можно использовать для увеличения тепловой комфорт в более теплые периоды. Существует два основных типа естественной вентиляции: комфортная вентиляция и ночная вентиляция. Комфортная вентиляция обеспечивает приток наружного воздуха, который перемещается по коже и усиливает охлаждение кожи испарением, создавая более комфортную тепловую среду.[12] Температура не обязательно снижается, если наружная температура не ниже температуры в помещении, однако движение воздуха повышает комфорт. Этот метод особенно полезен во влажном климате. Когда ветер не дует, солнечный дымоход может увеличить вентиляционный поток, используя солнце для увеличения плавучести воздуха.[13]

Ночное охлаждение использует прохладный ночной воздух, чтобы вывести теплый воздух из здания и снизить температуру в помещении. Охлажденная конструкция затем действует как теплоотвод в течение дня, избегая попадания теплого наружного воздуха. Ночное охлаждение наиболее эффективно в помещениях с большими дневные диапазоны температур, например, в жарком и сухом климате.[12] При использовании обоих методов само по себе наличие открываемых окон не приводит к адекватной естественной вентиляции; здание должно быть спроектировано таким образом, чтобы обеспечить надлежащую вентиляцию

Дневное освещение

Когда электричество отключается, комнаты в центре здания обычно почти не освещаются. Проектирование здания с использованием естественного дневной свет вместо того, чтобы полагаться на электрическое освещение сделает его более устойчивым к отключениям электроэнергии и другим событиям. Дневное освещение и пассивное солнечное усиление часто идут рука об руку, но летом хочется «прохладного» дневного света. Поэтому дизайн дневного света должен обеспечивать адекватное освещение без добавления нежелательного тепла. Прямой солнечный свет и отраженный от неба свет имеют разный уровень излучения.[12] Дизайн дневного освещения должен отражать потребности здания как с точки зрения климата, так и с точки зрения функций, и это можно сделать с помощью различных методов. Южные и северные окна обычно лучше всего подходят для дневного света, а фонари или мониторы на крыше могут направлять дневной свет в центр здания.[12] Если расположить окна выше на стене, то свет будет проникать дальше в комнату. легкие полки может пронести свет в глубь здания, отражая свет от потолка.[12]

Другие стратегии дизайна

Основная цель пассивной выживаемости - попытаться уменьшить дискомфорт или страдания в случае, если ключевой источник отключен от здания. Есть несколько разных решений любой дизайнерской проблемы. Хотя многие из решений, предлагаемых сторонниками пассивной живучести, являются универсально принятыми пассивным проектированием и другими стандартными практиками устойчивости, важно изучить эти меры и применить соответствующие стратегии к развивающимся и существующим зданиям, чтобы свести к минимуму риск недовольства или смерти.[14]

Резервное питание

Панели солнечных батарей на крыше здания.
Фотоэлектрическая система на крыше

Здания должны быть спроектированы таким образом, чтобы поддерживать устойчивый тепловой режим без кондиционирования воздуха или дополнительного тепла. Предоставление резервные генераторы и достаточное количество топлива для поддержания критически важных функций здания во время перебоев в электроснабжении являются традиционными решениями для устранения перебоев в подаче электроэнергии. Однако, если они не очень большие, генераторы удовлетворяют только основные потребности в течение короткого периода времени и могут не питать такие системы, как кондиционирование воздуха, освещение или даже отопление или вентиляция, во время длительных отключений. Резервные генераторы также дороги как в покупке, так и в обслуживании. Хранение значительных количеств топлива для генераторов на месте во время длительных отключений связано с природными рисками для окружающей среды и безопасности, особенно во время штормов.

Системы возобновляемой энергии могут обеспечить электроэнергию во время экстремального события. Например, фотоэлектрический (или солнечные электрические) энергосистемы в сочетании с локальным аккумулятором могут обеспечивать электроэнергию, когда сеть теряет мощность. Другие источники топлива, такие как дрова, могут обеспечить тепло, если в зданиях есть дровяные печи или камины.

вода

Системы аварийного водоснабжения, например на крыше сбор дождевой воды системы могут обеспечить водой для смыва туалетов, купания и других нужд здания в случае перебоев в водоснабжении. Дождевые бочки цистерны или большие цистерны накапливают воду из стоков, которые часто можно использовать самотеком, чтобы получить воду для использования. Установка компостирующие туалеты и безводный писсуары убедитесь, что эти объекты могут продолжать функционировать независимо от обстоятельств, одновременно сокращая потребление воды на ежедневной основе. Наличие резервных источников питьевой воды на месте также необходимо в случае перебоев с водой.[5]

Пассивная выживаемость в рейтинговых системах

Лидерство в области энергетики и экологического дизайна

Лидерство в области энергетики и экологического дизайна (LEED) - широко используемая сертификация экологического строительства в США. Начиная с версии 4 LEED, есть пилотный кредит под названием «Пассивная живучесть и резервное питание во время сбоев» в соответствии с LEED BD + C: Новое строительство.[15] Кредит присуждается до двух баллов, один балл присуждается за обеспечение пассивной живучести и термобезопасности, и один балл присуждается за обеспечение резервного питания для критических нагрузок. Для обеспечения пассивной живучести здание должно поддерживать термически безопасные условия во время четырехдневного отключения электроэнергии как в пик летом, так и в зимний период.[15] LEED перечисляет три пути к соблюдению термической безопасности, два из которых состоят из теплового моделирования, а оставшийся путь - Пассивный дом сертификация.

Сертификация пассивного дома

Схема здания, показывающая стратегии проектирования пассивного дома.
Стандарты проектирования пассивного дома

Хотя пассивная живучесть не упоминается по имени в двух основных пассивный дом стандарты, Институт пассивного дома и Институт пассивного дома США (PHIUS), пассивные стратегии, которые делают эти здания такими энергетически эффективный те же стратегии, описанные для пассивной живучести. Здания, прошедшие сертификацию пассивного дома, соответствуют некоторым из основных критериев пассивной живучести, включая герметичность конструкции и суперизоляция.[16] Во многих зданиях также будут фотогальваника для компенсации потребления энергии. Эти здания, которые очень мало зависят от энергии, будут более устойчивы к отключениям электроэнергии и экстремальным погодным условиям.[16]

RELi

RELi - это система рейтинга зданий и сообществ, полностью основанная на устойчивой конструкции. Он был принят Советом по экологическому строительству США, тем же органом, который разработал LEED.[17] Категория «Адаптация к опасностям и смягчение последствий» имеет несколько заслуг, связанных с пассивной живучестью. Один обязательный кредит - «Основные аварийные операции: тепловая безопасность во время аварийных ситуаций», который требует, чтобы температура в помещении была на уровне или ниже температуры наружного воздуха летом и выше 50 ° F зимой в течение до четырех дней.[18] Еще один способ обеспечить соблюдение требований - создать термобезопасную зону с достаточным пространством для всех жителей здания. Существует дополнительный дополнительный кредит «Расширенные действия в чрезвычайных ситуациях: резервное питание, эксплуатация, термобезопасность и эксплуатационная вода», который включает другие меры пассивной живучести, такие как накопление воды.[18] Другой поликредит, «Стратегии пассивной термобезопасности, теплового комфорта и дизайна освещения», описывает более пассивные стратегии, включая пассивное охлаждение, пассивное отопление, и дневной свет.[18]

использованная литература

  1. ^ а б c d е Уилсон, Алекс (1 декабря 2005 г.). «Пассивная живучесть». Зеленое здание.
  2. ^ Куинион, Майкл. «World Wide Words: пассивная выживаемость». Всемирные слова. 5 августа 2003 г. Интернет. 2 декабря 2014 г. <http://www.worldwidewords.org/turnsofphrase/tp-pas1.htm >[1]
  3. ^ Уилсон, Алекс (30 октября 2019 г.). «Пожары в Калифорнии и преднамеренные отключения электроэнергии требуют более устойчивых энергосистем». Институт устойчивого проектирования.
  4. ^ а б Нахлик, Мэтью Дж .; Честер, Михаил В .; Pincetl, Stephanie S .; Эйзенман, Дэвид; Шивараман, Дипак; Английский, Пол (сентябрь 2017 г.). «Тепловые характеристики здания, экстремальная жара и изменение климата». Журнал инфраструктурных систем. 23 (3): 04016043. Дои:10.1061 / (ASCE) IS.1943-555X.0000349. ISSN  1076-0342.
  5. ^ а б Уилсон, Алекс (14 сентября 2012 г.). «Основы устойчивого дизайна № 8: Вода в эпоху засухи». Институт устойчивого проектирования.
  6. ^ Обер, Ари (2011-08-04). «Эффекты засухи выходят далеко за рамки ограничений на воду». Нью-Йорк Таймс. ISSN  0362-4331. Получено 2019-12-08.
  7. ^ Уилсон, Алекс (24 августа 2012 г.). «Основы гибкого дизайна №1: создание корпуса». Институт устойчивого проектирования.
  8. ^ а б Уилсон, Алекс (3 мая 2006 г.). «Пассивная живучесть: новый критерий проектирования зданий». Зеленое здание.
  9. ^ а б Уилсон, Алекс (27 августа 2012 г.). «Основы гибкого дизайна №4: кардинально лучше ограждающие конструкции». Институт устойчивого проектирования.
  10. ^ а б c d е ж г час Лехнер, Норберт (2014-09-23). Отопление, охлаждение, освещение: методы устойчивого проектирования для архитекторов (Четвертое изд.). Хобокен, Нью-Джерси. ISBN  978-1-118-84945-3. OCLC  867852750.
  11. ^ Уилсон, Алекс (30 августа 2012 г.). «Основы гибкого дизайна № 5: пассивное солнечное отопление». Институт устойчивого проектирования.
  12. ^ а б c d е ж г Лехнер, Норберт (2014-09-23). Отопление, охлаждение, освещение: методы устойчивого проектирования для архитекторов (Четвертое изд.). Хобокен, Нью-Джерси. ISBN  978-1-118-84945-3. OCLC  867852750.
  13. ^ Уилсон, Алекс (3 сентября 2012 г.). «Основы эластичного дизайна №6: Естественное охлаждение». Институт устойчивого проектирования.
  14. ^ Уилсон, Алекс. «Обязать пассивную живучесть в строительных нормах». Обязанность пассивной живучести в строительных нормах. Finehomebuilding.com, 14 мая 2008 г., Интернет. 3 декабря 2014 г. <http://www.finehomebuilding.com/how-to/departments/cross-section/mandate-passive-survivability-in-building-codes.aspx >. [2]
  15. ^ а б «Пассивная выживаемость и резервное питание во время сбоев | Совет по экологическому строительству США». www.usgbc.org. Получено 2019-12-10.
  16. ^ а б "Принципы: Институт пассивного дома США" www.phius.org. Получено 2019-12-10.
  17. ^ "RELi | GBCI". www.gbci.org. Получено 2019-12-10.
  18. ^ а б c «Список действий RELi + Кредитный каталог». Дизайн-проект C3 Living. 2017.

дальнейшее чтение

  • Комитет по влиянию изменения климата на качество воздуха в помещениях и здоровье населения. Изменение климата, окружающая среда в помещении и здоровье. Вашингтон, округ Колумбия: Национальные академии, 2011. Печать.
  • Киберт, Чарльз Дж. Устойчивое строительство: проектирование и реализация экологичных зданий. Vol. 3-й. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, 2008. Печать.
  • Пирс, Уолтер. «Новости экологического строительства призывают к« пассивной живучести »» BuildingGreen. N.p., 25 декабря 2005 г. Web. 30 сентября 2014 г.
  • Пирсон, Форест. «Старый способ видения». : Проектирование домов для пассивной живучести. Blogspot, 12 ноября 2012 г. Интернет. 30 сентября 2014 г.
  • Перкинс, Бродерик. «« Пассивная выживаемость »строится на готовности к стихийным бедствиям и устойчивости». RealtyTimes. N.p., 4 января 2006 г. Web. 30 сентября 2014 г.
  • «Возможна пассивная выживаемость с помощью гвоздя« Ураган »». Nelson Daily News: 20. 7 января 2009 г. ProQuest. Интернет. 30 сентября 2014 г.
  • Уилсон, Алекс и Андреа Уорд. «Дизайн для адаптации: жизнь в мире, меняющем климат». Buildgreen. Интернет.
  • Уилсон, Алекс. «Призыв к пассивной живучести». Отопление / трубопроводы / кондиционирование воздуха: HPAC 78.1 (2006): 7,7,10. ProQuest. Интернет. 30 сентября 2014 г.
  • Уилсон, Алекс. «Повышение устойчивости домов к отключениям электроэнергии». GreenBuildingAdvisor.com. N.p., 23 декабря 2008 г. Web. 30 сентября 2014 г.
  • Уилсон, Алекс. «Пассивная живучесть». - Журнал GreenSource. N.p., июнь 2006 г. Web. 30 сентября 2014 г.