Arhitectura Sustenabilă ÎN Cele Trei Tipuri Majore DE Climat

UNIVERSITATEA SPIRU HARET

FACULTATEA DE ARHITECTURĂ

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Îndrumător:

PROF. DR. ARHITECT ANCA SANDU TOMAȘEVSCHI

Student:

TICU ION ENOH

BUCUREȘTI, ANUL 2016

UNIVERSITATEA SPIRU HARET

FACULTATEA DE ARHITECTURĂ

LUCRARE DE DISERTAȚIE

ARHITECTURA SUSTENABILĂ ÎN CELE TREI TIPURI MAJORE DE CLIMAT

Îndrumător:

PROF. DR. ARHITECT ANCA SANDU TOMAȘEVSCHI

Student:

TICU ION ENOH

BUCUREȘTI, ANUL 2016

CUPRINS:

Introducere:…………………………………………………………………………………..pg.3

Capitolul 1. De ce arhitectura sustenabilă ?…………………………………………pg.4

1.1. Certificarea BREEAM…………………………………………………………pg.7

1.2. Certificarea LEED……………………………………………………………….pg.8

Capitolul 2. Sisteme privind arhitectura sustenabilă…………………………..pg.8

2.1. PANOURILE SOLARE……………………………………………………….pg.9

2.2. ENERGIA EOLIANĂ………………………………………………………..pg.10

2.3. ALTE ELEMENTE ALE ARHITECTURII SUSTENABILE …pg.11

Capitolul 3. Arhitectura sustenabilă în climatul rece…………………………….pg.

3.1.NRG SYSTEMS FACILITY………………………………………………..pg.14

3.2. SCIENCEPARK…………………………………………………………………pg.16

Capitolul 4. Arhitectura sustenabilă în climatul cald-temperat……………pg.19

4.1. RES BUILDING………………………………………………………………..pg.19

4.2. PRIMĂRIA DIN LONDRA………………………………………………..pg.21

Capitolul 5. Arhitectura sustenabilă în climatul cald…………………………..pg.23

5.1. MINISTRY OF ENERGY, WATER AND COMMUNICATION…….

BUILDING………..pg.23

5.2. TORRENT RESEARCH CENTER……………………………………….pg.25

Capitolul 6. Concluzii………………………………………………………………………..pg.27

INTRODUCERE

Prin prezenta lucrare doresc să prezint un subiect care este încă la început de drum în lunga istorie a arhitecturii, însă este indispensabil dacă dorim să continuăm dezvoltarea orașelor în ritmul accelerat în care o facem în prezent.

Prin parcurgerea conținutului acestei lucrări veți înțelege ce este arhitectura sustenabilă, din ce motive a apărut și din ce motive trebuie să o aplicăm cât mai des în proiectele viitoare. De asemenea am prezentat pe scurt câteva din sistemele cel mai des utilizate atât în arhitectura sustenabilă aplicată în domeniul locuințelor unifamiliale cât și în arhitectura de dimensiuni mari precum clădiri de birouri, fabrici și primării.

Pentru a înțelege mai bine plaja mare în care aceste sisteme pot fi aplicate am decis să prezint câte două studii de caz pentru cele trei tipuri majore de climat respectiv climatul rece cu temperaturi pe timpul iernii în valoare de -21oC, climatul cald temperat cu temperaturi pe timpul ierni în valoare de -4oC – 0oC și climatul cald și umed cu temperaturi medii de 25oC unde soarele este pe cer între 10 și 14 ore pe zi.

Fiecare climat în parte necesită o abordare diferită deoarece dacă în climatul rece se va pune accent pe sistemul de încălzire și moduri în care căldura poate fi reținută în clădire o perioadă cât mai lungă de timp, în climatul cald necesitățile clădirii vor fi complet diferite, acolo se va dori o ventilație bună, sisteme de umbrire, energia solară va putea fi captată cu rezultate mult mai eficiente iar orientarea față de punctele cardinale va diferi.

Pe lângă analiza modului de funcționare a sistemelor sustenabile am subliniat și efectele pozitive ale acestora asupra mediului și faptul că acestea sunt atractive pentru investitori chiar dacă sunt mai scumpe decât sistemele normale ținând cont de investiția inițială, acestea vor reduce semnificativ costurile de întreținere ale clădirii având în vedere faptul ca energia solară este gratuiă, energia eoliană este gratuită iar apele pluviale ce pot fi folosite la irigare sau pentru spălat sunt de asemenea gratuite, așadar costurile mai ridicate pentru achiziționarea lor vor fi recuperate într-un timp destul de scurt.

CAPITOLUL 1. DE CE ARHITECTURA SUSTENABILĂ ?

Arhitectura sustenabilă a început să prindă contur în America la începutul anilor 1970 ca răspuns la instalarea crizei de petrol și a temerilor legate de accentuarea poluării cauzate de combustibilii fosili .

Unul din cei mai mari factori de îngrijorare din prezent este creșterea nivelului de dioxid de carbon ca rezultat al defrișărilor în masă, a arderii cărbunilor, combustibililor fosili și a gazelor, deși există soluții alternative la aceste probleme ele sunt încă la început dar devin din ce în ce mai utilizate atât în domeniul arhitecturii cât și în alte domenii.

Figura 1.1. Principalele gaze de seră – Alternative Energy Systems in Building Design – Peter Gevorkian Ph. D. P.E – pg.13.

Aici intervine arhitectura sustenabilă care “caută să minimizeze impactul negativ al clădirilor asupra mediului prin mărirea eficienței și prin folosirea optimă a materialelor, energiei și dezvoltării spațiale”

De ce să ardem în continuare gaze pentru încălzire când putem opta pentru o soluție la fel de eficientă dar cu mult mai ieftină și deloc amenințătoare pentru mediul înconjurător, respectiv panourile solare termodinamice .

Sistemul de funcționare al panourilor solare termodinamice –

Energy Efficiency and Renewable Energy – U.S. Department of energy.-pg.73

Noi, ca și oameni, trebuie sa devenim mai conștienți de consecințele cauzate de toate aceste distrugeri, pe care le cauzăm în prezent, asupra viitorului. Deși fiecare persoană în parte are impresia că acțiunile sale sunt prea neînsemnate să cauzeze orice tip de problemă, trebuie să ne amintim că suntem 7 miliarde de oameni în prezent, și acțiunile fiecăruia dintre noi au un rol foarte important la final, de aceea orice schimbare în bine poate face diferența la nivel global.

“Avem o abilitate remarcabilă de a defini lumea în ceea ce privește nevoile umane și percepțiile noastre asupra ei. Deși desenăm frontiere pentru a delimita țări, provincii sau județe, aceste linii există dar pe hârtie, sunt pur teoretice.

Există niște limite mult mai importante pe care noi ca oameni trebuie să învățăm să le recunoaștem. Bariere naturale și perimetre create de munți și râuri, văi și bazine, acestea delimitează cu adevărat distribuirea organismelor pe planetă.

Noi, în societățile urbane industrializate, ne-am deconectat de la aceste constrângeri fizice și biologice, granițele create de noi au devenit atât de reale încât credem că apa, aerul, terenurile și organismele pot fi administrate în interiorul jurisdicțiilor desemnate de noi. Dar natura se conformează altor reguli.”

În prezent acest tip de arhitectură constă într-o acțiune simultană a mai multor elemente și factori care lucrează împreună pentru a obține rezultate cât mai eficiente atât în cazul construcțiilor noi cât și în cazul reabilitării construcțiior existente. Astfel în proiectarea sustenabilă cele mai utilizate sisteme sunt panourile fotovoltaice, acoperișurile verzi sau materiale de construcție și instalații cu impact redus asupra mediului înconjurător.

Nu sunt însă ignorate nici tehnicile mai vechi precum poziționarea clădirii în funcție de punctele cardinale dar și folosirea ferestrelor astfel încât pe timp de iarnă să se poată profita de toată căldura oferită de soare iar în timpul verii construcția să beneficieze de cât mai multă umbră.

În încercările noastre de a reduce emisiile de gaze cu efect de seră și dependența de combustibili fosili, am trecut cu vederea clădirile și energia pe care acestea o consumă la nivel global.

Clădirile și efortul de a le construi sunt vinovate pentru jumate din totalul gazelor de seră și a energiei consumate anual în America. Asta include energia folosită pentru producerea și transportarea materialelor necesare către situl de construcție al clădirilor precum și energia necesară pentru menținerea acestora funcționale.

La nivel global procentul este și mai mare. Sectorul clădirilor este principala sursă de cerere a energiei și a materialelor ce au ca produs secundar gazele de seră. Clădirile au o durată de viață cuprinsă între 50 și 100 de ani, timp în care consumă energie și produc gaze de seră, fapt ce are un impact puternic asupra schimbărilor climatice.

Se estimează că numai în America vor mai apărea între 1300 și 1900 de centrale electrice în următorii 20 de ani iar mare parte a acestei energii este necesară pentru menținerea în funcțiune a clădirilor.

Fiecare nouă construcție, pe lângă faptul că este alimentată cu energie de la o centrală electrică, aceasta arde în mod direct și gaze naturale sau lemne în funcție de caz, în boilere sau în centrala proprie de încălzire, de fapt 60% din energia necesară se obține prin arderea combustibililor la fața locului.

Scopul final al arhitecturii sustenabile este să reducă la minim investiția totală a proprietarului pentru a-l atrage spre acest tip de arhitectură, mentenanță la un cost apropiat de zero, durată mare de viață respectiv cel puțin 30 de ani în cazul termoizolațiilor și 50 de ani în cazul sistemelor de conducte din polibutilenă, utilizarea materialelor non-toxice, produse reciclabile într-un procent cât mai mare la sfârșitul duratei de utilizare, amprentă mică de dioxid de carbon începând cu procesul de fabricație și până la sfârșitul ciclului de viață, eficiență energetică foarte ridicată și reducerea importantă a pierderilor de căldură și de presiune pe traseul instalațiilor de încălzire și răcire a clădirii, toate aceste avantaje atrag un număr din ce în ce mai mare de investitori.

Pentru a putea împărți pe categorii de eficiență acest tip de arhitectură există două sisteme principale care se ocupă de acest aspect, cel mai vechi dintre ele se numește BREEAM iar al doilea se numește LEED .

CAPITOLUL 1.1 CERTIFICAREA BREEAM

Certificarea BREEAM a apărut inițial în Anglia iar în prezent este cea mai folosită metodă de evaluare a impactului clădirilor asupra mediului înconjurător. Aceasta folosește un sistem cu puncte , daca imobilul obține 70% se încadrează la categoria “Excelent”, daca obține 58% se încadrează la “Foarte Bine”, la 48% se încadrează la “Bine” iar la 36% se încadrează la “Promovare”.

Aceste puncte se pot obține la urmatoarele categorii:

Energie – maxim 22 puncte acordate in funcție de cantitatea de dioxid de carbon emisă într-un an, de performanța anvelopei, spațiu de uscare, electrocasnice etichetate ecologic, iluminat interior și iluminat exterior;

Transport – maxim 8 puncte acordate ținând cont de amplasamentul imobilului în relatie cu transportul public, aprovizionare în zonă, oficiu poștal, alimentară, farmacie, etc.

Poluare – maxim 10 puncte, se ține cont de folosirea materialelor izolante cu emisii scăzute pentru stratul de ozon și încălzire globală, la pereți, acoperiș, pardoseli, țevi instalații;

Materiale – maxim 14 puncte acordate în funcție de impactul de mediu al materialelor și aprovizionarea responsabilă cu materiale certificate și procentul de reciclare;

Apa – maxim 10 puncte, necesită existența unui sistem de colectare a apelor pluviale pentru irigarea grădinii și folosirea la interior pentru uz menajer;

Utilizarea terenului și ecologie – maxim 12 puncte acordate în funcție de valoarea și creșterea valorii ecologice a sitului prin plantarea de noi specii, protecția caracteristicilor ecologice;

Sănătate – maxim 14 puncte în funcție de existența iluminatului natural, a izolării fonice și a spațiului privat;

Management – maxim 10 credite acordate în funcție de impactul construcției asupra mediului, alegerea constructorului, securitate.

CAPITOLUL 1.2 CERTIFICAREA LEED

LEED este un sistem de certificare a clădirilor verzi sau sustenabile, recunoscut pe plan internațional. Acest proces oferă confirmarea faptului că o clădire sau o comunitate a fost construită folosind strategii destinate reduceri consumului de energie și a consumului de apă, promovând o calitate mai bună a aerului interior precum și îmbunătățirea calității vieții.

Ca și BREEAM, sistemul LEED se bazează tot pe un sistem cu puncte, odată ce punctele sunt numărate, clădirea primește un punctaj ce poate încadra clădirea în trei clase. Daca punctajul primit este între 26 și 32 de puncte atunci clădirea se încadrează la categoria “CERTIFICARE”, dacă se încadrează între 33 și 38 de puncte intră la categoria “ARGINT”, între 39 și 51 de puncte “AUR”, iar între 52 și 69 de puncte clădirea se încadrează la categoria “PLATINĂ”.

Ceea ce face sistemul LEED diferit față de sistemul BREEAM, este faptul că are o categorie denumita “Inovație”, la această categorie intră orice idee care nu este acoperită de sistemul de notare existent, astfel atât arhitecții cât și constructorii sunt împinși să creeze și să implementeze noi sisteme sustenabile, sau le pot îmbunătății pe cele existente. Pe lângă acest lucru, sistemul LEED mai ține cont și de calitatea mediului interior, respectiv controlul umidității, ventilarea naturală, distribuția spațiala a încălzirii și răcirii și sisteme de evacuare a aerului viciat.

CAPITOLUL 2. SISTEME PRIVIND ARHITECTURA SUSTENABILĂ.

Arhitectura sustenabilă se folosește de o serie de sisteme, unele integrate în clădire altele în imediata apropiere a acesteia, pentru a reuși să capteze și să folosească, în beneficiul proprietarului, energia generată de soare, apă și vânt.

Marea lor majoritate necesită sume de bani doar la achiziționarea acestora, ulterior nu mai necesită investiții, și produc energie din surse gratuite, regenerabile și cu un impact zero asupra mediului înconjurător.

În funcție de clima zonei aceste sisteme pot diferi de la caz la caz însă există soluții pentru toate tipurile de climă, așadar arhitectura sustenabilă poate fi utilizată în toată lumea.

CAPITOLUL 2.1. PANOURILE SOLARE.

Marea majoritate a electricității din ziua de azi este generată într-o centrală electrică, transportată către destinație ca curent alternativ apoi este transformată în curent direct. Acest lucru însă este foarte ineficient și scump, motiv pentru care arhitectura sustenabilă folosește panouri solare fotovoltaice. Deși acestea au fost folosite pentru prima dată cu scopul de a furniza energie electrică sateliților din spațiu, în prezent joacă un rol important în domeniul arhitecturii. Aceste panouri captează energia solară și o transformă în curent electric. Conversia directă a luminii solare în electricitate are loc fără să existe componente în mișcare și fără nici un fel de emisie dăunătoare medului înconjurător.

Energia solară fotovoltaică este considerată ca fiind una din cele mai promițătoare surse de energie pe care ne putem baza în viitor, aceasta este capabilă să genereze putere consistentă pentru uzul comercial dar și rezidențial.

Un panou solar este format dintr-un geam securizat folosit pentru protecție, acesta este amplasat pe fața expusă la soare, apoi urmează un strat transparent din material plastic sau cauciuc siliconic în care se fixează celulele solare monocristaline sau policristaline conectate între ele prin benzi de cositor, fața posterioară a panoului este protejată cu o folie din material plastic rezistentă la intemperii, mai există o priză de conectare prevăzută cu două diode de protecție și o ramă din profil de aluminiu folosită pentru a proteja geamul la transport, manipulare și montare însă și pentru fixarea și rigidizarea legăturii.

Fermă solară în sudul Franței – www.engineersjournal.ie/

Capitolul 2.2 ENERGIA EOLIANĂ.

Marinarii din antichitate au folosit puterea vântului pentru a naviga cu ajutorul velelor, agricultorii au folosit vantul pentru a macina grâul iar în prezent tot mai mulți oameni folosesc turbinele eoliene pentru a transforma energia cinetică din vânt în electricitate. Vântul învârte elicele care la rândul lor învârt un arbore conectat la un generator care produce energie.

Cele mai mari turbine de vânt asigură destulă electricitate pentru 600 de case, fermele de vânt au uneori și câteva sute de astfel de turbine aliniate în zone în care vântul suflă cu putere. Există desigur și turbine mai mici care se pot monta în curtea casei și pot asigura necesarul de energie pentru acea locuință sau pentru o afacere mică.

Vântul este o sursă curată de energie din surse regenerabile, acesta nu reprezintă o sursă de poluare nici pentru aer și nici pentru apă, iar din moment ce vântul este gratuit, costurile de operare sunt aproape zero odată ce

turbina a fost montată.

Deși turbinele eoliene sunt destul de înalte, acestea au o amprentă la sol foarte mică. Acestea au însă si uneledezavantaje, unele din ele ar fi

necesitatea unui vant cu o viteză minimă de 11 km/h, poluarea vizuală a zonei în care este instalată si în funcție de viteza vântului putem vorbi și de Mecanismul turbinei de vânt – Alternative Energy Systems in Building

poluare fonica. Design – Peter Gevorkian Ph. D. P.E – pg.276

În anul 2010 producția de energie prin intermediul turbinelor eoliene la nivel global a fost de 70 000 MW iar un singur MW poate asigura energie electrică pentru aproximativ 250 de locuințe.

Capitolul 2.3. ALTE ELEMENTE ALE ARHITECTURII SUSTENABILE.

Energia solară poate ajuta la înlocuirea combustibililor fosili convenționali cu surse alternative, mai puțin nocive, pentru încălzire, răcire și iluminare, cu un design eficient din punct de vedere energetic, printre care utilizarea corespunzătoare a izolației și a masei termice, prevenirea infiltrării aerului nedorit, un sistem de ventilație eficient ce poate economisi energie și optimizarea iluminării naturale pentru a reduce consumul de energie electrică, toate aceste lucruri sunt esențiale pentru a putea profita la maxim de energia disponibilă.

Tehnicile de conservare a energiei sunt de o mare importanță în arhitectura sustenabilă și de obicei au un impact minim în ceea ce privește arhitectura clădirii.

Anvelopanta poate pierde căldură prin infiltrare și prin transmisie prin intermediul conducției termice, convecției și a radiațiilor. Adăugarea termoizolației reduce conducția termică, din acest motiv aceasta trebuie să fie de o calitate superioară și aplicată corespunzător.

Bariere, precum folia de aluminiu, pot fi aplicate în spatele radiatoarelor și se pot utiliza și geamuri cu un indice de emisivitate scăzut, pentru a reflecta căldura înapoi în cameră. Pentru a reduce pierderile termice prin ferestre se folosesc două sau trei straturi de sticlă iar spațiul dintre aceste foi este umplut cu un gaz cu conductivitate scăzută.

Răcirea este un element important în zonele cu climă caldă. Tehnicile folosite includ sisteme cu evaporare, ventilație pe timp de noapte, protecție solară ridicată și sisteme de umbrire.

Termenul de răcire pasivă se aplică doar acelor procese de disipare a căldurii care au loc în mod natura, adică fără intervenția componentelor mecanice sau electrice.

Acumularea de căldură din surse exterioare poate fi minimizată prin termoizolare, suprafețe vitrate mai mici, materiale reflective și o dispunere compactă a clădirii.

Infiltrările de căldură pot fi reduse prin răcirea fluxului de aer ce pătrunde în interiorul clădirii și prin reducerea cantității la un necesar minim pentru comfort și sănătate. Corpul uman își reglează în mod involuntar producția de energie termică internă în raport cu condițiile mediului înconjurător penru a își crea o stare de comfort proprie, astfel cu cât temperatura din imobil este mai apropiată de zona de comfort a corpului uman, acesta depune un efort mai mic pentru a se simți bine.

Încălzirea solară pasivă reprezintă o altă strategie pentru eliminarea dependenței față de combustibili fosili din sectorul construcțiilor. În funcție de climatul local și de nevoia predominantă de a răci sau de a încălzi, este valabilă o gamă variată de tehnici pasive care pot transforma o clădire normală în una mult mai eficientă termic și care poate oferi standarde mai ridicate de comfort vizual, termic și de sănătate.

Energia solară poate avea o contribuție majoră la necesarul termic al clădirii, aceasta poate fi utilizată în mod diret sau indirect. Acumularea directă este abordarea cea mai întâlnită, cu suprafețe mari vitrate orientate spre sud, ce se deschid direct spre camerele de locuit pentru a facilita pătrunderea căldurii.

Sistemele de acumulare indirectă folosesc un perete cu masă termică situat pe fațada sudică pentru stocarea căldurii, a cărui parte exterioară este tratată pentru a minimiza pierderea acesteia, iar pe timpul nopții se poate folosi o izolație mobilă.

Un alt tip de perete folosește guri de ventilație la partea inferioară și la partea superioară ce permit transferul căldurii prin convecție, în timp ce peretele cu masă termică face acest lucru prin intermediul conducției.

Al treilea tip de acumulare termică indirectă înlocuiește materialul de acumulare solid cu cel lichid apoi căldura acumulată este direcționată printr-un sistem de instalații ce trece prin tavan, pereți și pardoseală încalzindu-le înainte de a se întoarce la baza colectoarelor.

Sera este un spațiu închis cu geamuri, atașat pe fațada sudică, fără un sistem de încălzire auxiliară, ce are un perete de stocare a căldurii amplasat între cameră și seră . Acest sistem poate fi folosit pentru pre-încălzirea aerului ce urmează să fie ventilat în clădire. În perioada recentă a existat un avânt în interesul arhitectural în ceea ce privește aceste sere sau atriumuri, în special la clădirile de dimensiuni mari.

În plus față de materialele speciale pentru suprafețe vitrate, care folosesc straturi electrocromate sau fotocromate Configurații de încălzire solară pasivă

care pot respinge sau pot păstra căldura în funcție de Alternative energy systems in building

cirmustanțe, se lucrează în continuare pentru dezvoltarea design – Peter Gevorkian Ph D P E – pg.5

acestora sau crearea altora complet noi.

Printre aceste sisteme mai putem numi și pompele de caldură care sunt niște sisteme ce utilizează energia geotermală pentru a încălzi sau pentru a răci interiorul imobilului.

Din categoria materialelor de construcție putem enumera lemnul, lâna, argila, inul, cânepa, algele, pluta, nuca de cocos, bambusul, calcarul și piatra, însă orice material de construcție ce se poate obține local poate fi considerat sustenabil.

Ca alternativă pentru termoizolație putem folosi pânza reciclata, sau pudra de hârtie, acestea nu sunt toxice și au un impact ecologic foarte mic.

Cu scopul de a reduce consumul general de apă se folosesc sisteme de captare a apei de ploaie și sisteme de reciclare a apei menajere uzate.

CAPITOLUL 3. PROIECTAREA SUSTENABILĂ ÎN CLIMATUL RECE

Cea mai bună modalitate de a înțelege pe deplin elementele prezentate anterior, este să le vedem aplicate pe un imobil existent.

Următoarele două studii de caz sunt situate în ceea ce ar putea fi clasificat în linii mari ca zone cu climă temperat rece cu temperaturi din timpul iernii cu o medie cuprinsă între -21oC și -5oC

CAPITOLUL 3.1. NRG SYSTEMS FACILITY

Pentru acest lucru am ales ca exemplu NRG Systems Facility, clădirea este situată în Vermont, SUA și s-a încadrat la categoria “GOLD” acordată de LEED.

Având în vedere faptul că imobilul are ca destinație producția de echipamente de măsurare a vântului, investitorul cunoșta proprietățile acestuia și a dorit să profite de ele dar nu numai.

Imobilul este amplasat la marginea orașului, unde temperaturile din timpul iernii se încadrează undeva la – 21o C.

Procesul de proiectare a fost unul foarte lung, a durat în jur de doi ani, însă pe lângă proiectarea clădirii în sine a constat și în studierea mai multor situri pentru a putea profita la maxim de toate sistemele sustenabile ce se doreau a fi încorporate.

Situl este amplasat la baza unui mic deal cu panta orientată către Sud, lucru ideal pentru captarea energiei solare dar și pentru protecție față de vânturile din Nord-Vest, fiind în același timp o locație bună și pentru montarea unei turbine de vânt.

Un alt lucru pozitiv privind amplasare sitului este drenajul natural, apa de ploaie și zăpada topită se scurg din vârful dealului către baza acestuia si poate fi colectată și refolosită.

Acoperișul de la nivelul superior a cărei pantă este deasupra unei pasarele tip mezanin ce dă spre depozit are încorporate o serie de luminatoare atent amplasate pentru a evita pătrunderea luminii direct pe zona de lucru. Sistemul de iluminare artificială din această zonă este proiectat sa lucreze împreună cu sistemul de iluminare naturală, scăzând astfel necesarul de energie electrică.

În plan, imobilul are o formă dreptunghiulară cu laturile de 80 m x 40 m, fiind situat cu latura lungă pe directia Est – Vest. Partea din față a imobilului este înaltă de două etaje, parterul conține zona de recepție și grupuri de birouri amplasate în stânga și în dreapta zonei de cafenea. Etajul superior este format din birouri pentru ingineri și componente electronice cât și săli de ședințe.

Plan Parter – SUSTAINABLE BUILDINGS IN PRACTICE – GEORGE BAIRD -pg. 26

Pe fațada Sudică există o serie de ferestre cu înălțimea de 60 cm ce o străbat de la un capăt la altul. Aceste ferestre au montate jaluzele metalice ajustabile care sunt proietate ca în zilele însorite să reflecte lumina în tavan pentru a evita pătrunderea directă a razelor solare ce pot afecta desfășurarea activității în cadrul imobilului. . Secțiune – http://www.maclayarchitects.com/

În cazul în care sistemele pasive nu pot face față, există și un număr de sisteme active de rezervă pentru a încălzi, a răci și a ventila clădirea. Camera de control a acestora este amplasată într-un loc foarte accesibil, la parter în spatele birourilor și sub zona de depozitare.

Încălzirea este asigurată de două boilere de 41 kW aprovizionate cu peleți de lemn prin intermediul gravitației dintr-un siloz de 30 de tone, pe lânga acesta mai există un sistem de rezervă compus dintr-un boiler mic ce funcționează pe propan.

Răcirea este asigurată de un set de cinci pompe de căldură ce fac transferul termic prin intermediul unui iaz artificial din fața clădirii care deservește și ca sistem de control al apelor pluviale ce se scurg din deal dar și ca un element de recreație.

Anvelopanta imobilului a fost supusă la o serie de teste pentru a o face cât mai etansă posibil, minimizând astfel infiltrarea aerului, și ferestrele sunt alcătuite din trei foi de geam astfel pierderile de căldură sunt reduse la minim și costurile de întreținere scad semnificativ.

CAPITOLUL 3.2. SCIENCEPARK

Al doilea exemplu se numește SCIENCEPARK, este din Germania și a fost clasată la categoria “Excelent” în sistemul BREEAM, acesta este amplasat pe locația unei foste mori de vânt, în partea de nord a țării unde temperaturile din timpul iernii au o medie de -10oC.

Clădirea este compusă din nouă pavilioane înalte de trei etaje, conectate între ele prin intermediul unei galerii la fel de înalte și lungi de aproximativ 300 m.

Plan parter – SUSTAINAIBLE BUILDINGS IN PRACTICE – GEORGE BAIRD – pg.53

Între cele nouă pavilioane a fost lăsat un spațiu generos pentru a permite luminii naturale să pătrundă dar în același timp și pentru o ventilație naturală și eficientă.

O arcadă din sticlă înaltă de 10 metri se află în partea opusă galeriei împreună cu o parcare subterană pentru 180 de mașini

Fațada este compusă din module de 1,44 m, acestea conțin fie un element fix cu geam fie un element tip ușă franceză. Această ușă franceză constă într-un element mobil impermeabil acoperit cu sticlă iar la interior o ușă din lemn și joacă un rol important în ventilarea naturală a clădirii.

Orientarea și distanța dintre pavilioane permit accesul căldurii solare către fațada scurtă din Est și către fațada lungă din Sud. Cantitatea de căldură este controlată prin intermediul unor jaluzele de pânză motorizate ce se pot închide sau deschide în funcție de temperatura dorită.

Controlul asupra mediului termic a fost realizat printr-o combinație de sisteme active și sisteme pasive. Racordarea la sistemul de termoficare local furnizează apă încălzită la 120oC pentru clădire. Conducta principală de încălzire trece prin subsol și deservește 12 schimbătoare de căldura, ajutate de un sistem cu panouri solare termodinamice, montat pe acoperișul clădirii. Trei dintre acestea deservesc diferite zone ale arcadei și funcționează prin intermediul sistemului de încălzire din pardoseală, iar restul de nouă schimbatoare de căldură sunt împarțite câte unul pentru fiecare pavilion, caz în care distribuția verticală se face prin intermediul conductelor de la fiecare capăt al pavilioanelor iar distribuția orizontală către radiatoare trece pe sub podeaua înalțată.

Comenzile de la radiatoarele de încălzire sunt poziționate convențional în cadrul fiecărui modul, acestea sunt programate să le oprească în cazul în care ferestrele franceze sau lamelele de ventilație sunt deschise.

Conductele de apă din pardoseală ce sunt folosite pentru încălzire pe timpul iernii își schimbă destinația iar pe timpul verii sunt folosite pentru a îndepărta căldura reținută de dala de beton și este folosită la preîncălzirea apei necesare în laboratoare.

Fațada înclinată a arcadei lungi de 300 de metri este închisă doar cu geamuri și orientată către vest, din acest motiv acumulează cantități mari de căldură în a doua parte a zilei. Pentru a rezolva această situație au fost încorporate mai multe elemente în designul acesteia, cele mai importante dintre acestea sunt 38 de panouri de sticlă ce pot fi deschise și au o dimensiune de șapte metri pe 4,5 și sunt situate în treimea inferioară a celor 38 de module ce alcătuiesc fațada. Aceste module pot fi complet ridicate sau coborâte cu ajutor unor șine de ghidare printr-o pereche de motoare electrice amplasate în vârful arcadei, pentru a permite aerului proaspăt să intre în clădire folosindu-se și de potențialul de răcire al lacului de peste drum.

Mai există și niște deschideri de Arcada – SUSTAINAIBLE BUILDINGS IN PRACTICE – GEORGE

evacuare a aerului controlate automat BAIRD – pg.59

la partea superioară a fațadei, ce pot fi accesate și de pe acoperiș, ce se întind pe întreaga deschidere a fațadei. Daca presiunea naturală a aerului se dovedește insuficientă atunci 18 ventilatoare de fum pot fi puse în funcțiune.

Pentru a contracara efectul de acumulare a căldurii și pentru a împiedica pătrunderea unei cantități prea mari de lumină în clădire suprafața exterioară a fost echipată cu jaluzele electrice.

Clădirea mai dispune și de un sistem de panouri solare fotovoltaice, montate pe acoperișul clădirii, ce produc aproximativ 190 000 kW anual, surplusul de energie electrică este transferat în sistemul local.

CAPITOLUL 4. PROIECTAREA SUSTENABILĂ ÎN CLIMATUL CALD TEMPERAT

Climatul cald temperat se referă la zone cu temperaturi din timpul iernii cuprinse între -4oC si 0oC.

CAPITOLUL 4.1 RES BUILDING

Sediul central al sistemelor de energie regenerabilă a fost încadrat la categoria “EXCELENT” de către BREEAM și a fost premiată și de către Consiliul Britanic în anul 2004. Clădirea este situată pe locul unei foste ferme la marginea nordică a Londrei unde temperaturile medii din timpul iernii sunt de -3oC. Situl este delimitat de o linie de cale ferată la vest, și de o autostradă aglomerată la sud-est.

Dezvoltatorii au dorit ca imobilul să aibe emisii de carbon zero și să fie autosustenabilă din punct de vedere al generării de electricitate și control al mediului termic.

În plan clădirea are forma unei potcoave și este orientată cu partea deschisă către nord – vest. Există o legătură pe un singur nivel pe această deschidere servind ca și intrare principală.

Etajul inferior are un coridor central cu birouri de dimensiuni diferite distribuite pe fiecare parte a acestuia. Etajul superior, care se află Vedere frontală – SUSTAINABLE DESIGN IN ECOLOGY,

în întregime în structura acoperișului, ARCHITECTURE, AND PLANNING – DANIEL E. WILLIAMS pg.72

este sub forma unui spațiu îngust continuu cu stații de lucru amplasate pe peretele exterior al potcoavei și un coridor pe celălalt perete.

Pentru a putea obține o izolare termică bună, o infiltrare minimă a aerului, o captare a energiei solare eficientă și o iluminare impreună cu o ventilare naturală, au fost depuse eforturi masive încă din etapa de proiectare.

Pe plan extern au fost folosite diferite mijloace de umbrire, variând de la ecrane de sticlă sau aluminiu până la copaci plantați în cutii de lemn și așezați de-a lungul fațadei sud – vestice.

Deși planul relativ îngust se preta la ventilare naturală pe ambele niveluri ale clădirii, acest lucru a fost împiedicat de cele două bretele de circulație foarte zgomotoase, așa că ferestrele care se pot deschide sunt limitate la fațada interioară a potcoavei sau fațadele care sunt în direcția opusă sursei de poluare fonică.

Pentru a putea furniza clădirii toate necesitățile energetice din surse de energie regenerabilă au fost folosite patru sisteme principale.

Primul dintre acestea a fost o turbină de vânt cu o capacitate de 225 KW care furnizează energie electrică clădirii, dacă producția este mai mare decât necesarul, surplusul de energie este transferat în rețeaua locală.

Al doilea sistem este compus dintr-o dispunere de panouri fotovoltaice împreună cu panouri solare termice ce acoperă o suprafață totală de 160 mp și furnizează energie electrică și o sursă de apă caldă pentru încălzirea unui volum de 1400 m3 de apă cu rolul de rezervă de încalzire sezonieră.

Un alt sistem folosit este plantarea unei biomase, în acest caz un anumit tip de vegetație, care ulterior este arsă într-un boiler de 100 KW ce ajută la încălzire. Ca sistem de rezervă mai există și boilere condensatoare pe bază de gaz.

În clădire există și sisteme de tratare a aerului ce sunt dotate cu trei schimbătoare de căldură, unul este alimentat de către sistemul cu panouri solare termice, al doilea de către sistemul de boilere iar ultimul este alimentat prin intermediul puțului forat.

Secțiune – SUSTAINABLE DESIGN IN ECOLOGY, ARCHITECTURE, AND PLANNING – DANIEL E. WILLIAMS pg.72

Schimbul de temperatură se face cu ajutorul conductelor din pardoseală și a convectoarelor montate pe tavan folosite pentru încălzire sau pentru răcire. Deschideri mari între etaje amplasate la intervale regulate de-a lungul coridoarelor permit transferul vertical de aer, acesta fiind eventual evacuat cu ajutorul unor ferestre automate amplasate la partea de sus a nivelului superior.

Răcirea se obține prin intermediul unui puț adânc de 75 m forat chiar pe sit de unde este extrasă apă la temperatura de 11oC care cu ajutorul unor unități de tratare a aerului furnizează aer proaspăt și rece în clădire.

CAPITOLUL 4.2. PRIMĂRIA DIN LONDRA

Imobilul este amplasat în imediata apropiere a râului Tamisa și a fost construit în anul 2000. Cu o suprafața desfășurată de 18 000 mp și o înălțime de 10 etaje plus subsol, adăpostește 600 de birouri, plus camere de consiliu.

Clădirea a primit calificativul “EXCELENT” din partea comisiei BREEAM atât pentru design cât și pentru exploatarea și întreținerea acesteia.

Fațadele din zona birourilor sunt placate cu geamuri triplu stratificate și izolate și sunt înalte cât un nivel. Fiecare geam are o lățime de aproximativ 1,5 m dar cu o geometrie puțin diferită, și o cameră de ventilație la jumătatea acestora, jumătatea superioară a panourilor este formată din două straturi de sticlă cu lamele reglabile pentru controlarea cantității de lumina ce pătrunde în cladire, în timp de jumătatea inferioară este un panou de aluminiu izolat.

Încălzirea se face cu ajutorul a două boilere de 600 KW pe gaz, amplasate la subsol, care furnizează apă caldă pentru bateriile de încălzire din unitățile de tratare a aerului care ulterior distribuie căldura în toată clădirea.

Răcirea este furnizată prin intermediul a două puțuri cu o adâncime de 130 m, săpate sub clădire de unde este extrasă apa la temperaturi de 12 – 14oC. Aceasta este folosită atât în mod direct în bobina de racire a unităților de tratare a aerului și în mod indirect prin intermediul unui schimbător de căldură care plimbă apa prin toată clădirea prin intermediul unui sistem de conducte, timp în care se face transferul de căldură dintre temperatura apei și temperatura aerului din camere. Ulterior apa este folosită la wc iar orice surplus este deversat în râul Tamisa.

Secțiune – SUSTAINABLE DESIGN IN ECOLOGY, ARCHITECTURE, AND PLANNING – DANIEL E. WILLIAMS pg.165

Sistemul de ventilație este mixt, în cazul folosirii celui mecanic aerul proaspăt este preluat de la nivelul solului și este transportat în subsol unde este trecut prin șase unități de tratare a aerului ce au o capacitate cuprinsă între 3,5 și 7,3 m3/s. Aerul este apoi distribuit la diferite nivele prin difuzoare încorporate în podea. Aerul retur este absorbit la nivelul tavanului și retrimis în subsol pentru recuperarea căldurii cu ajutorul roților termice înainte de a fi evacuat în afara clădirii.

Ventilația naturală este asigurată prin acționarea manuală a unei guri de ventilație aflate la jumătatea panourilor ce alcătuiesc fațada. Aceste guri de ventilație sunt conectate la un sistem care detectează când acestea sunt deschise și opresc ventilația mecanică, astfel nu se face nici un fel de risipă de energie.

CAPITOLUL 5. PROIECTAREA SUSTENABILĂ ÎN CLIMATUL CALD ȘI UMED

Climatul cald și umed se referă la zone în care temperaturile medii sunt de 25oC, soarele fiind pe cer între 10 și 14 ore pe zi.

CAPITOLUL 5.1. MINISTRY OF ENERGY, WATER AND COMMUNICATION BUILDING

Terminată în 2004, clădirea de șase etaje formată din două corpuri principale și un atrium ce le leagă este situată în Malaezia și s-a vrut a fi un exemplu în eficiența energiei și impactului minim asupra mediului înconjurător.

Planul clădirii a fost proiectat astfel încât să orienteze majoritatea fațadelor cât mai spre nord sau cât mai spre sud pentru a reduce la minim căldura solară directă.

Pereții sunt bine izolați și vopsiți în culori cât mai deschise iar la ultimul etaj exista o termoizolație de 10 cm și un supra-acoperiș ce creaza umbră suplimentară și un strat de aer cu rol izolator.

Pentru a optimiza pătrunderea luminii naturale și pentru a nu permite căldurii să intre în clădire, a fost propusă o fațadă de sticlă cu elemente care în mare parte nu pot fi deschise.

Ferestrele au trei seturi de clapete, unul opereaza un dispozitiv de umbrire la partea superioară a ferestrei iar celelalte două operează un sistem de umbrire la mijlocul ferestrei respectiv o structură ce se deschide parțial și lasă aerul natural să intre.

Pe fațada vestică nu exista nici un geam excepție făcând câteva mici ferestre de la casa scării, în timp ce pe fațada estică sistemele de umbrire sunt mai accentuate față de cele de pe fațada nordică și sudică pentru a face față unghiului jos al soarelui din timpul dimineții.

În timp ce cele două corpuri principale funcționează doar cu aer condiționat, atriumul cu o înălțime de patru etaje și zona de intrare sunt ventilate natural. Complet deschis la nivelul inferior, pentru a permite intrarea aerului din exterior, atriumul crează un flux termic proiectat să direcționeze aerul în sus prin spațiul liber, folosind convecția naturală, pentru a ieși prin clapetele situate la ultimul nivel.

În timp ce planul adânc al clădirii face dificilă asigurarea luminii naturale pe întreaga suprafață a acesteia, a existat o încercare de a plasa zonele de lucru permanente pe perimetrul clădirii iar funcțiunile secundare precum zonele de Plan parter – SUSTAINAIBLE BUILDINGS IN PRACTICE – GEORGE BAIRD – pg.295

depozitare și camerele de ședințe înspre interiorul partiului. În plus, utilizarea suprafețelor vitrate la compartimentarea clădirii și poziționarea unor birouri adiacent atriumului, oferă condiții de iluminare naturală acestora.

După cum am menționat mai devreme, în afară de zona atriumului, clădirea are o anvelopantă etanșă, aceasta este răcită cu ajutorul aerului condiționat ce funcționează cu o sursă de apă răcită furnizată de o instalație de răcire pe gaz situată în imediata apropiere a imobilului.

Fiecare etaj are o unitate de tratare a aerului amplasată la unul din capete, aceste unități furnizează aer rece la etajele lor prin intermediul unui sistem ce are ca scop menținerea unei temperaturi de 24oC.

Rata de alimentare cu aer proaspăt este controlată prin intermediul senzorilor de dioxid de carbon și a filtrelor electrostatice ce sunt folosite pentru a curăța orice impuritate din acesta înainte de a-l furniza către birouri.

Apa de ploaie de pe supra-acoperiș este colectată în bazine și folosită pentru irigarea vegetației în timp ce un sistem de panouri fotovoltaice cu o putere de 3 kW este folosit pentru alimentarea cu energie electrică a unei decorațiuni pe bază de apă din atrium.

CAPITOLUL 5.2. TORRENT RESEARCH CENTER

Clădirea este amplasată în India și are ca destinație spații de birouri și laboratoare de cercetare farmaceutică. Aceasta a primit mai multe premii printre care și premiul ANCHOR pentru excelență în arhitectura publică.

Zona în care este amplasată clădirea are trei sezoane climatice, din martie până în iunie este cald și uscat cu temperaturi de până la 40oC, cald și umed din iulie până în septembrie în perioada musoanelor, și sezonul rece și uscat din octombrie până februarie.

Cea mai mare provocare a reprezentat-o sezonul cald și uscat având în vedere ambițiile proiectului de a maximiza folosirea luminii și a ventilației naturale, folosirea materialelor naturale și impiedicare pătrunderii prafului în interior.

Clădirea este compusă din cinci corpuri de laboratoare desfășurate pe trei etaje și un corp administrativ cu formă circulară în plan ce face legătura între laboratoare.

Două din cele cinci corpuri de laboratoar sunt echipate cu aer condiționt iar pentru celelalte trei se folosește sistemul PDEC care este un concept cu un coridor central flancat de spații de lucru cărora le furnizeaza aer rece care ulterior este eliminat din clădire.

Toate corpurile de clădire ce conțin laboratoare sunt asemănătoare în plan, acestea au 22 metri pe 17 metri cu un coridor lat de 4 metri ce are pe o latura birouri cu o adâncime de cinci metri și pe cealaltă latură laboratoare cu o adâncime de opt metri.

Clădirea administrativă, care este mai mare, este amplasată la nord față de laboratoare și o clădire de utilități la sud, cele două corpuri sunt conectate prin intermediul unui coridor cu două etaje. Secțiune – GREEN ARCHITECTURE – JAMES WINES – pg. 133

Perioada climatică critică a anului este sezonul cald și uscat când temperaturile din timpul zilei ating până la 40oC. Acestea sunt condițiile pentru care a fost proiectat să funcționeze sistemul PDEC și face acest lucru pompând apă, prin duze, la presiune înaltă penru a produce o perdea foarte fină de apă la partea superioară a celor trei turnuri de admisie a aerului situate deasupra coridorului central al fiecărui corp de clădire în parte .

Prin evaporarea acestei perdele fine de apă se realizează răcirea aerului care apoi coboară în coridorul central prin deschiderile de pe ambele părți ale acestuia. La fiecare nivel sunt ferestre proiectate să capteze o parte din fluxul de aer rece ce coboară și să îl trimită și în spațiile adicente acestuia.

Pe perioada caldă și umedă a musonului, când utilizarea sistemului PDEC nu ar fi utilă, ventilatoarele montate pe tavan pot fi puse în funcțiune pentru a pune în mișcare aerul din birouri și din laboratoare.

CAPITOLUL 6. CONCLUZII

Pe măsură ce populația crește, orașele vor trebui să devină mai mari pentru a găzdui valul de noi rezidenți. În cazul în care aceste orașe vor fi dezvoltate fără implicarea arhitecturii sustenabile, atunci procesul de construire va deveni mai scump și la fel se va întâmpla și cu procesul de întreținere a acestora. Acest lucru se datorează faptului că resursele folosite pentru dezvoltarea acestor orașe vor deveni din ce în ce mai limitate, combustibili fosili se vor împuțina iar prețul lor va exploda.

Cu cât consumul acestor combustibili pentru generarea energiei va fi mai mare cu atât va fi un impact negativ asupra calității aerului în orașe. Însă dacă ne concentrăm asupra arhitecturii sustenabile în dezvoltarea noilor construcții atunci planul de dezvoltare se poate întinde pe o perioadă nedeterminată.

Dezvoltarea sustenabilă poate produce, de asemenea, economii mai durabile financiar în întreaga lume. Țările cu o economie mai săracă pot avea acces la energie gratuită nelimitată prin intermediul surselor regenerabile, în același timp pot instrui muncitori și crea noi locuri de muncă.

În final nu există nici un argument împotriva arhitecturii sustenabile, aceasta este mai curată, are potențialul de a fi mai eficientă, are potențial pe termen lung și este singura cale de urmat pentru o economie mondială în creștere. Oamenii folosesc deja o cantitate foarte mare de materiale neregenerabile a Pamântului pentru a trăi viața de zi cu zi. Ținând cont de faptul ca un număr mare de oameni se nasc zilnic, o cantitate mai mare din aceste resurse va fi consumată și cu atât vor fi epuizate mai repede.

Peste o perioadă de timp, arhitectura sustenabila va fi singura opțiune pentru orașe și pentru dezvoltarea regională . Este pur și simplu o chestiune de timp până cand nu va mai exista o altă opțiune. Întrebarea este daca oamenii au voința de a face tranziția spre durabilitate de bună voie sau doar daca vor fi pur și simplu forțați să faca o tranziție rapidă atunci când toate celelalte opțiuni nu vor mai exista.

Atât timp cât energia solară și cea eoliană sunt regenerabile și gratuite, nu există nici un motiv să nu profităm de ele.

În concluzie putem spune că lumea trebuie să devină conștientă de problemele ce se agravează de la an la an și să acționeze până când nu este prea târziu, chiar dacă a început cu pași mici arhitectura sustenabilă a evoluat constant iar în prezent se insistă asupra integrării elementelor sustenabile în noile construcții dar și în cazul renovării celor existente.

Indiferent de clima în care este situată construcția, se găsește o soluție pentru a nu mai fi dependentă de combustibili fosili. Panourile solare funcționează și pe timp de iarnă și pe timp de vară, acestea joacă un rol important în reducerea costurilor de întreținere și trebuie să ținem cont de faptul că aceste economii se adună pe decursul a 50 de ani sau chiar mai mult, așadar aceste investiții în sistemele de sustenabilitate își merită cu adevărat banii.

Faptul că aceste sisteme ce transformă o locuință obișnuită într-o locuință sustenabilă sunt avantajoase atât din punct de vedere ecologic cât și din punct de vedere economic,au potențialul de a atrage atât clienți ce vor să își construiască doar o locuință unifamilială cât și pe cei ce vor să ridice o clădire de birouri sau o clădire de dimensiuni mai mari.

Atăt timp cât va există voință va exista și o soluție.

Bibliografie:

Green Source – Emerald Architecture – Case studies in green building – NEW YORK, CHICAGO, SAN FRANCISCO, LISBON, LONDON – An 2008 – McGraw Hill

Daniel E. WILLIAMS – Sustainable Design – Ecology, Architecure and Planning – LONDRA – An 2007 – FAIA

Peter GEVORKIAN, Ph.d, P.E. – Alternative Energy Systems in Building Design – SUA – An 2009 – McGraw Hill

John R. GOULDING, J. Owen LEWIS – Bioclimatic Architecture – BOSTON – An 2013 – B T Batsford Ltd

Prof. dr. ing. Daniel GRECEA, As.drd. ing. Mirela SZITAR, Conf. dr. ing. Adrian CIUTINA – Criterii și sisteme de evaluare ale mediului construit în contextul dezvoltării durabile – BUCUREȘTI – An 2011 – AGIR (Asociația Generală a Inginerilor din România)

George BAIRD – Sustainable Buildings in Practice – Abingdon, Oxon – An 2010 – Routledge

David SUZUKI – Time to Change – Canada – An 1995 ( premiată în anul 2016) – Paperback

U.S. Department of energy – Energy Efficiency and Renewable Energy – SUA – An 2014

Secțiunea 79 – Arhitectura Sustenabilă

www.engineersjournal.ie/ (sursă foto)

http://www.maclayarchitects.com/ (sursă foto)