Что является ключом к устойчивому строительству?

ООН прогнозирует, что к 2050 году 70% населения мира будет жить в городах. Города проявляются в их зданиях, а здания являются одними из основных источников выбросов парниковых газов. Например, в Сингапуре здания и домашние хозяйства потребляют почти 50% электроэнергии, что приводит к такой же большой доле выбросов CO2 в стране.

Кондиционирование воздуха, как и интернет, было названо «преобразующей технологией». Это изменило места, где мы живем и работаем — и то, как мы живем и работаем. Кондиционируя интерьер здания, мы можем отделить его от внешнего климата, позволяя комфортно жить и работать внутри. Проблема в том, что для кондиционирования внутреннего пространства требуется много энергии. В Сингапуре 70% энергии, используемой в зданиях, используется для охлаждения, осушения и вентиляции.

Температура и влажность воздуха в помещении, а также температура внутренних поверхностей определяют тепловой комфорт в помещении. Обычный кондиционер использует большое количество холодного и сухого воздуха для достижения теплового комфорта. Очень низкие температуры, связанные с этим процессом (до 6 ° C), необходимы для осушения воздуха для достижения комфортного уровня влажности. Для обеспечения этих низких температур требуется большое количество энергии. Кроме того, воздух не очень эффективный теплоноситель. Следовательно, большое количество воздуха должно быть распределено по всему зданию, требуя, чтобы большие системы воздуховодов проходили вертикально и горизонтально. В Сингапуре для воздуховодов для распределения воздуха требуется до трети объема пола. Это означает, что большая часть здания построена не для его обитателей, а для размещения технических систем, необходимых для кондиционирования воздуха.

Работа с постоянно жарким и влажным климатом

В 2010 году мы начали исследование в Сингапурском Центре ETH (SEC) о более эффективных способах обеспечения комфортного климата в помещении. В модуле 1 «Лаборатория будущего городов» мы изучаем новые технические системы и их влияние на проектирование зданий, строительство и комфорт пассажиров. Мы пришли с нашими «европейскими» концепциями отопления и охлаждения для умеренного климата, хорошо понимая, что климатический контекст в Сингапуре гораздо более требовательный и экстремальный. В то время как в нашем климате мы привыкли к колебаниям горячего и холодного, сухого и влажного периодов, тропический климат в Сингапуре постоянно жаркий и влажный, что делает этот «сценарий наихудшего случая» для создания комфортных внутренних пространств.

Разработанная нами концепция состоит из трех основных компонентов. Первым является разделение между охлаждением (разумное охлаждение) и осушением (скрытое охлаждение). Вместо того, чтобы использовать холодный и сухой воздух для обоих, мы различаем отвод тепла от внутренней части здания и удаление влаги из воздуха, поступающего извне. Преимущество этого подхода заключается в том, что процесс охлаждения, который составляет около 60% от общей нагрузки охлаждения, может быть достигнут с использованием гораздо более высоких температур (до 18 ° C), чем те, которые требуются для осушения; разделение этих функций, таким образом, снижает количество потребляемой электроэнергии. Обязательным условием этого подхода является изменение метода удаления тепла из космоса. Обычные системы используют так называемый конвективный теплообмен, который обеспечивается циркулирующим воздухом. В нашем подходе мы фокусируемся на радиационном теплообмене, обеспечиваемом большими холодными поверхностями, которые позволяют охлаждение при гораздо более высоких температурах. Однако при использовании этого метода задача состоит в том, чтобы избежать конденсации, которая может возникнуть, когда большое количество горячего и влажного воздуха вступает в контакт с более холодными поверхностями.