Стійка архітектура (або зелена архітектура, природна архітектура, екологічна архітектура) — 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«Sustainable Architecture and Simulation Modelling», Dublin Institute of Technology, .

Ідея стійкої архітектури, екологічного дизайну, екологічного будівництва та сталого розвитку сталих міст полягає в тому, щоб наші дії і рішення сьогодні не перешкоджали можливостям майбутніх поколіньDoerr Architecture, Definition of Sustainability and the Impacts of Buildings .

Принципи та характеристики

Стійка архітектура може включати такі принципи та характеристики:

Ефективні системи вентиляції, опалення, кондиціонування Енергоефективне освітлення та прилади Технології пасивного будинку Мінімальна шкода природному середовищу існування Альтернативні джерела енергії, такі як сонячна або вітрова Водозберігаюча сантехніка Несинтетичні, нетоксичні матеріали Місцеві природні матеріали Відповідальне ставлення до лісів та природи Адаптивне повторне використання старих будівель Використання перероблених будівельних відходів Ефективне використання простору

Найвища мета стійкої архітектури – бути повністю екологічною.

Стійкі будівельні матеріали Стійкі будівельні матеріали з низьким впливом на довкілля є одним з основних принципів стійкої архітектури та циркулярного будівництва. Стійкість матеріалів оцінюється за соціальними, економічними та екологічними факторами (див. також Сталий дизайн, Стабільне місто). Стійкі будівельні матеріали включають:

Перероблені матеріали Перероблені матеріали чинять менший негативний вплив на довкілля та пропонують економічну вигоду та, в деяких випадках, унікальні властивості перероблених матеріалів.

Прикладами є заповнювачі бетону з будівельних та інших відходів, армований переробленим сталевим волокном бетон, 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. Конопляний бетон (костробетон, конопляний цемент) — це різновид рослинного бетону, 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. Окрім бетону, з костриці виробляють плити та цеглу. 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. Поєднуються з іншими сільськогосподарськими та промисловими відходами для створення композитних матеріалів. Відходи виробництва цукрової тростини, зернових культур та інші сільськогосподарські відходи, та їх комбінації, використовуються на фермах для виготовлення цегли, панелей, будівельних розчинів тощо. Поліуретани на біологічній основі: поліуретани на біологічній основі виготовляють з рослинних олій, біомаси або CO2, і вони знаходять застосування у пінах, клеях і покриттях. Застосування поліуретанових покриттів на біологічній основі призвело до меншого часу висихання та вищої твердості з однаковим блиском, хімічною стійкістю та механічною стійкістю.

Зелені дахи та стіни Зелені 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.

Міські сільськогосподарські ініціативи, такі як громадські сади та ферми на дахах, сприяють місцевому виробництву продуктів харчування та зміцнюють зв’язки в громадах. Вертикальні ферми та міське сільське господарство використовують гідропоніку або аеропоніку, максимізуючи простір і мінімізуючи споживання води.

Фасади з інтеграцією технології вирощування зелених водоростей можуть забезпечити будівлі відновлювальним біопаливом для енергетичних потреб.

Низько-вуглецевий цемент Виробництво бетону на основі портландцементу є значним джерелом викидів CO2 в атмосферу, на які припадає 5-8% світових викидів. Такі матеріали, як шлак, метакаолін, кальцинована глина та вапняк, можуть замінити клінкер, зменшуючи викиди CO2 при виробництві цементу. Заповнювачі з різноманітних перероблених відходів також сприяють зменшенню викидів вуглецю, приблизно на 20%.

Біобетон, який використовує осадження карбонату кальцію, викликане мікроорганізмами (MICP), пропонує CO2-негативну альтернативу шляхом поглинання вуглецю в карбонатних сполуках.

Відновлювальна енергетика та енергоефективність

Відновлювальна енергетика

Інтеграція відновлюваної енергетики включає такі технології, як:

сонячні панелі та сонячна черепиця, вітрові турбіни (горизонтальні, вертикальні та ), гідроенергетика (, ), геотермальна енергія, енергія біомаси, та їх комбінації,

щоб задовольнити енергетичні потреби будівлі чи інфраструктури.

Встановлення вітрових турбін на будівлях може задовольнити близько 15% енергетичних потреб будівлі, тоді як інтеграція сонячних панелей може збільшити внесок відновлюваної енергії до 83%. Фінансові стимули, такі як субсидії на впровадження відновлюваних технологій, підвищують привабливість цих інновацій.

Зелені дахи у поєднанні з сонячними панелями є прикладом більш ефективного використання доступного простору. Зелені дахи покращують якість повітря, зменшують концентрацію парникового вуглекислого газу (CO2), покращують ментальне здоров'я людей і біорізноманіття, та покращують термоізоляцію дахів; тоді як сонячні панелі є джерелом чистої відновлювальної енергії. Синергія фотоелектричних дахів із зеленими дахами покращує термоізоляцію дахів, а також знижує температуру фотоелектричних елементів (до 8°C), чим подовжує термін служби фотоелектричної системи, та збільшує вихід енергії на 18%. Також, окрім звичайних зелених дахів, сонячні панелі можуть поєднуватися з садами (фермами) на дахах, задля додаткового виробництва їжі у міському середовищі. Аналіз 13 мільйонів будівель у 124 китайських містах показав, що оптимальним (для умов регіону) є співвідношення: 61% площі дахів відведених для садів (ферм) на дахах, а решта 39% – для сонячних панелей.

Системи накопичення енергії допомагають зберігати надлишкову енергію, вироблену з відновлюваних джерел, для подальшого використання та перенаправлення надлишку до мережі, підвищуючи енергостійкість і зменшуючи пікове споживання з мережі.

Енергоефективність 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. 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:

Стратегії пасивного дизайну: правильна орієнтація будівлі, оптимізоване розміщення вікон, природне освітлення, та ефективна ізоляція, задля зменшення потреби в нагріванні та охолодженні. Високоефективні ізоляційні конструкції: аерогелі та вакуумні ізоляційні панелі, для мінімізації передачі тепла через стіни, дахи та підлоги, тим самим зменшуючи споживання енергії будівлею. Енергоефективні системи опалення, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC): такі як теплові насоси, системи водяного опалення, повітряне опалення, , системи енергоменеджменту, та інші, щоб забезпечити тепловий комфорт з мінімальним споживанням енергії. Системи штучного інтелекту використовуються для прогнозування, оптимізації, контролю та діагностики систем опалення, вентиляції та кондиціонування. Передові технології освітлення: світлодіодні лампи та стрічки, та , щоб мінімізувати споживання електроенергії, забезпечуючи достатній рівень освітлення. Автоматизація розумних будівель: системи управління, які використовують датчики та алгоритми для оптимізації споживання енергії, регулюючи освітлення, опалення та охолодження на основі наявності та кількості людей, зовнішніх погодних умов і тарифів на електроенергію. Розумні матеріали: є експериментальними перспективними матеріалами в будівництві. Наприклад, , засновані на термоелектричному ефекті, можуть генерувати енергію від різниці температур, що може знайти застосування в ізоляційних матеріалах та мікроелектроніці. Фотохромні матеріали, які здатні змінювати колір в залежності від освітлення, досліджуються для використання у вікнах та будівельних композитах. Самовідновлювальні матеріали, такі як бетон, асфальт, покриття, полімери та композити детально описані далі.

Сталий дизайн

Цифрові інструменти

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. 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.

Електронний паспорт будівлі, що може включати один чи декілька варіацій цифрових документів, таких як паспорт матеріалу, цифровий паспорт продукту, будівельний паспорт, електронний будівельний файл або цифровий будівельний журнал, — 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. Електронний паспорт будівлі може бути заснованим на даних з BIM, і дозволяє оцінити потенціал переробки існуючих будівель.

(LCA) – практична методологія оцінки ефективності та інструмент, що аналізує наслідки продукції для довкілля. 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. (див. також Сталий дизайн, Стабільне місто)

Повторне використання ресурсів