Устойчивое проектирование - Sustainable engineering

Устойчивый городской дизайн и инновации: Photovoltaic ombrière SUDI - это автономная мобильная станция, восполняющая энергию для электромобилей с помощью солнечной энергии .

Устойчивая инженерия - это процесс проектирования или эксплуатации систем, при которых они используют энергию и ресурсы устойчиво , другими словами, со скоростью, которая не ставит под угрозу природную среду или способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности.

Общие инженерные направления

Как аспект инженерных дисциплин

Каждая инженерная дисциплина занимается устойчивым проектированием, используя множество инициатив, особенно анализ жизненного цикла (LCA), предотвращение загрязнения , дизайн для окружающей среды (DfE), дизайн с учетом разборки (DfD) и дизайн с переработкой (DfR). Они заменяют или, по крайней мере, меняют парадигмы борьбы с загрязнением. Например, концепция « ограничения и торговля » была проверена и хорошо работает для некоторых загрязнителей. Это система, в которой компаниям разрешается размещать «пузырь» над всем производственным комплексом или обменивать кредиты на загрязнение с другими компаниями в своей отрасли вместо подходов «стек за стеком» и «труба за трубой», т. Е. так называемый подход "командования и управления". Такие политические и нормативные инновации требуют некоторых улучшенных технологических подходов, а также подходов, основанных на более высоком качестве, таких как выравнивание нагрузок загрязняющих веществ и использование менее дорогостоящих технологий для удаления первой большой массы загрязняющих веществ с последующими более высокими эксплуатационными и техническими обслуживаниями (O&M ) технологии для более сложных в обработке стекол и труб. Но чистый эффект может заключаться в большем сокращении выбросов загрязняющих веществ и стоков, чем если рассматривать каждую дымовую трубу или трубу как независимый объект. Это основа для наиболее устойчивых подходов к проектированию, то есть проведения анализа жизненного цикла, определения приоритетов наиболее важных проблем и согласования технологий и операций для их решения. Проблемы будут различаться по размеру (например, загрязнению), сложности обработки и выполнимости. Наиболее трудноразрешимыми проблемами часто являются небольшие, но очень дорогие и трудно поддающиеся лечению, т. Е. Менее выполнимые. Конечно, как и при любой смене парадигмы , ожиданиями нужно управлять как с технической, так и с оперативной точки зрения. Исторически соображения устойчивости рассматривались инженерами как ограничения при разработке. Например, с опасными веществами, образующимися в процессе производства, обращаются как с потоком отходов, который необходимо локализовать и обрабатывать. Производство опасных отходов необходимо было ограничить путем выбора определенных типов производства, увеличения мощностей по переработке отходов, а если они не полностью выполняли свою работу, ограничения темпов производства. Зеленая инженерия признает, что эти процессы часто неэффективны с экономической и экологической точек зрения, что требует комплексного, систематического подхода к жизненному циклу. Зеленая инженерия пытается достичь четырех целей:

  1. Уменьшение отходов
  2. Управление материальными потоками
  3. Предотвращение загрязнения и
  4. Улучшение продукта.

Зеленая инженерия включает в себя множество способов улучшения процессов и продуктов, чтобы сделать их более эффективными с точки зрения охраны окружающей среды и устойчивого развития. Каждый из этих подходов зависит от рассмотрения возможных воздействий в пространстве и времени. Архитекторы учитывают чувство места. Инженеры рассматривают карту сайта как набор потоков, пересекающих границу. При проектировании необходимо учитывать краткосрочные и долгосрочные воздействия. Эти воздействия, выходящие за рамки ближайшего будущего, являются прерогативой устойчивого проектирования. Эффекты могут не проявляться десятилетиями. В середине двадцатого века дизайнеры указали на использование того, что сейчас известно как опасные строительные материалы, таких как асбестовые полы, обертка для труб и черепица, свинцовая краска и трубы, и даже структурные и механические системы, которые могли увеличить воздействие плесень и радон. Эти решения привели к риску для здоровья жителей. Оглядываясь назад, легко критиковать эти решения, но многие из них были приняты по благородным причинам, например, по предотвращению пожаров и долговечности материалов. Тем не менее, это показывает, что, казалось бы, небольшие удары, если смотреть через призму времени, могут экспоненциально усиливаться по своим эффектам. Устойчивый дизайн требует полной оценки дизайна в месте и во времени. Некоторые удары могут произойти только через столетия в будущем. Например, степень, в которой мы решаем использовать ядерную энергию для производства электроэнергии, является рациональным проектным решением. Период полураспада радиоактивных отходов может составлять сотни тысяч лет. То есть на распад половины радиоактивных изотопов уйдут все эти годы. Радиоактивный распад - это самопроизвольное превращение одного элемента в другой. Это происходит за счет необратимого изменения количества протонов в ядре. Таким образом, устойчивые проекты таких предприятий должны учитывать весьма неопределенные перспективы. Например, даже если мы правильно разместим предупреждающие знаки об этих опасных отходах, мы не знаем, будет ли понятен английский язык. Все четыре цели зеленого инжиниринга, упомянутые выше, поддерживаются с точки зрения долгосрочного жизненного цикла. Анализ жизненного цикла - это целостный подход к рассмотрению продукта, процесса или деятельности в целом, включая сырье, производство, транспортировку, распространение, использование, техническое обслуживание, переработку и окончательную утилизацию. Другими словами, оценка его жизненного цикла должна дать полное представление о продукте. Первым шагом в оценке жизненного цикла является сбор данных о потоке материала через идентифицируемое общество. После того, как известны количества различных компонентов такого потока, оцениваются важные функции и влияние каждого этапа производства, изготовления, использования и восстановления / утилизации. Таким образом, при устойчивом проектировании инженеры должны оптимизировать переменные, которые обеспечивают лучшую производительность во временных рамках.

Достижения с 1992 по 2002 год

  • Было сформировано Всемирное инженерное партнерство для устойчивого развития (WEPSD), которое отвечает за следующие области: преобразование инженерных обязанностей и этики в устойчивое развитие, анализ и разработка долгосрочного плана, поиск решения путем обмена информацией с партнерами и использования новых технологий, и решить критические глобальные экологические проблемы, такие как пресная вода и изменение климата
  • CASI Global была создана в основном как платформа для обмена передовым опытом корпораций и правительств; с миссией продвигать дело и знания в области корпоративной социальной защиты и устойчивого развития. Тысячи корпораций и колледжей по всему миру теперь являются частью CASI Global с целью поддержки этой миссии. CASI также предлагает программы Global Fellow по финансам / операциям / производству / цепочке поставок и т. Д. С двойной специализацией в области устойчивого развития. Идея состоит в том, что каждый профессионал привносит устойчивость в свою основную функцию и отрасль. http://www.casiglobal.us/
  • Разработаны экологические политики, кодексы этики и руководящие принципы устойчивого развития.
  • Хартия Земли была перезапущена как инициатива гражданского общества
  • Всемирный банк, Программа ООН по окружающей среде и Глобальный экологический фонд присоединились к программам устойчивого развития.
  • Запущены программы для студентов инженерных специальностей и практикующих инженеров по применению концепций устойчивого развития в своей работе.
  • Разработал новые подходы к производственным процессам

Устойчивое жилье

Основная статья: устойчивое жилье

В 2013 году среднее годовое потребление электроэнергии потребителем коммунальных услуг в США составляло 10 908 киловатт-часов (кВт-ч), в среднем 909 кВт-ч в месяц. В Луизиане было самое высокое годовое потребление - 15 270 кВт / ч, а на Гавайях - самое низкое - 6 176 кВт / ч. Сам жилищный сектор потребляет 18% от общего объема вырабатываемой энергии, и, следовательно, внедрение устойчивых методов строительства может значительно сократить это количество. Основные методы устойчивого строительства включают:

  1. Экологически устойчивое место и местоположение: один важный элемент экологичности, который часто упускается из виду, - это просто то место, где мы решили строить. Избегание неподходящих участков, таких как сельхозугодья, и размещение участка рядом с существующей инфраструктурой, такой как дороги, канализация, ливневые системы и транспорт, позволяет строителям уменьшить негативное воздействие на окружающую среду дома.
  2. Экономия воды : экономия воды может быть экономически выгодна путем установки приспособлений с низким расходом, которые часто стоят столько же, сколько менее эффективные модели. В озеленении можно сэкономить воду, просто выбрав подходящие растения.
  3. Материалы: Зеленые материалы включают в себя множество различных вариантов. Чаще всего люди считают, что «зеленый» означает переработанные материалы . Хотя эти переработанные материалы представляют собой один из вариантов, экологически чистые материалы также включают повторно используемые материалы, возобновляемые материалы, такие как бамбук и пробка, или материалы, используемые в вашем регионе. Помните, что зеленый материал не обязательно должен стоить дороже или быть более или менее качественным. Большинство экологически чистых продуктов сопоставимы с их неэкологичными аналогами.
  4. Энергосбережение: вероятно, самая важная часть зеленого строительства - это энергосбережение . Реализуя пассивный дизайн , структурные изолированные панели (SIP), эффективное освещение и возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и геотермальная энергия , дом может получить выгоду от снижения потребления энергии или квалифицироваться как дом с нулевым потреблением энергии.
  5. Качество окружающей среды в помещении: качество окружающей среды в помещении играет ключевую роль в здоровье человека. Во многих случаях можно создать гораздо более здоровую окружающую среду, избегая использования опасных материалов, содержащихся в краске, коврах и других покрытиях. Также важно иметь хорошую вентиляцию и достаточное дневное освещение.

Экономия

  1. Экономия воды: в недавно построенном доме можно без дополнительных затрат реализовывать продукты с этикеткой WaterSense и достигать 20% экономии воды с учетом экономии на водонагревателе и самой воды.
  2. Энергосбережение: энергосбережение, безусловно, является наиболее интенсивным, когда речь идет о надбавках за реализацию. Однако он также имеет самый большой потенциал для экономии. Минимальная экономия может быть достигнута без дополнительных затрат, если следовать стратегии пассивного проектирования. Следующим шагом по сравнению с пассивным дизайном на уровне экологичности (и, в конечном итоге, до уровня экономии) будет внедрение передовых материалов для ограждающих конструкций зданий, таких как структурные изолированные панели (SIP). SIP можно установить примерно за 2 доллара за погонный фут внешней стены. Это равняется общей сумме премии менее 500 долларов за типичный одноэтажный дом, что дает экономию энергии на 50%. По данным Министерства энергетики, среднегодовые затраты на электроэнергию для дома на одну семью составляют 2200 долларов. Таким образом, SIP могут сэкономить до 1100 долларов в год. Чтобы достичь экономии, связанной с домом с нулевым потреблением энергии , возобновляемые источники энергии должны быть реализованы в дополнение к другим функциям. Геотермальная энергетическая система могла бы достичь этой цели с надбавкой к стоимости приблизительно 7 долларов за квадратный фут, в то время как фотоэлектрическая система (солнечная энергия) потребовала бы общей страховой премии до 25 000 долларов.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки