Tehnologie arhitecturală

Tehnologie arhitecturală

Architectural technology is related to the different elements of a building and their

interactions (Wikipedia).

Architectural Technology is the technical side of design — it can be about how things look but mainly it is about how buildings work. It's all

about problem solving and turning conceptual drawings into reality. It's understanding design

and the buildability of buildings (http://www.ciat.org.uk/).

High tech – Low tech (după 1970) (…)

Costuri low tech-high tech

Low tech

high tech

Low tech???

Japonia, ţara cu una dintre cele mai avansate tehnologii, ţara în care industrializarea şi prefabricarea au atins cote impresionante, în condiţiile ne-tipizării, este în acelaşi timp ţara în care tehnologiile tradiţionale de construcţie sunt păstrate, în unele cazuri, cu religiozitate.

Cât de high cost este low-tech-ul?

Marele Altar din Ise este o capodoperă a arhitecturii japoneze Udan, cu o istorie de 1300 de ani.


Materialele sunt noi, prelucrate cu tehnici tradiţionale, altarul fiind reconstruit la fiecare 20 de ani, pe un amplasament uşor deplasat faţă de cel anterior.

Cele două amplasamente au fost pregătite încă de la început, când s-a stabilit ca un nou altar să se construiască periodic.


Vechiul proiect şi know-how-ul costructiv au fost transmise de la un meşter dulgher la altul, considerându-se că durata maximă de viaţă a clădirii este de douăzeci de ani. Cel mai important motiv pentru acest demers filosofic, în ultimă instanţă, era faptul că în Japonia obiectul vizibil şi forma sa pot fi distruse în 20 de ani, de cutremure. Nu şi ideea din spatele acestuia.

The Shakespeare Globe

Cât de high cost este low-tech-ul? Builders McCurdy and Co., Berkshire, England New Globe Building materials Traditional building materials were used for

the structure such as timber, nails, stone (flint), plaster and thatched roof. Compromises made to comply with modern building codes and regulations

Structure - The Thatched roof Design - The thatched roof in the structure is made in traditional style with Norfolk reeds but coated with a special fire-protective liquid. It is the first thatched roof building that has been allowed in London since the Great Fire in 1666

Structure - Outer skin of the New Theatre The outer skin of the structure is made of plaster made of sand, lime and goat hair (goat hair acts as a binding agent)

Timber All timbers are made of oak Excavation works for the New Theater Excavation of the site began in

1987 The "diaphragm" wall, on the side of the theatre closest to the Thames, was constructed to keep the water out.

Foundations of the New Theatre Foundations are 6 metres deep Building duration of the theatre itself 6 Years costs?

High tech - solar

Vanguard 1 1958

Edmond Becquerel 1839

Naveta spaţială Juno 2011

Horace de Saussure 1767

Tren alimentat de PV

BIPV

Filosofii de proiectare contemporane: sustenabil, bioclimatic, de-growth

“Dezvoltarea durabilă este dezvoltarea care urmăreşte satisfacerea nevoilor prezentului, fără a compromite posibilitatea generaţiilor viitoare de a-şi satisface propriile nevoi”

Raportul Brundtland “Viitorul nostru comun” Comisia Mondiala pentru Mediu si Dezvoltare (WCED)

1987

dezvoltare durabilă

Clădirile sunt responsabile pentru utilizarea a

- 1/6 din totalul de apă proaspătă consumată

- ¼ din totalul de cherestea rezultată din tăierea pădurilor

- 2/5 din totalul consumurilor de materiale şi energie (Roodman şi Lenssen, 1995).

A construi “verde” înseamnă a utiliza în mod eficient resrsele planetare, fără a diminua parametrii de confort


Whole Building Design Guide Sustainable Committee Last updated: 12-28-2011


In Europe energy consumption in residential and commercial buildings represents around 40% of total final energy use. It is responsible for 36% of the European Union’s total CO2 emissions.

Communication from the Commission of 13 November 2008 - Energy efficiency:

delivering the 20% target [COM(2008) 772 - Not published in the Official Journal].

Conceptul de dezvoltare durabilă în construcţii are ca obiectiv conservarea şi refacerea mediului înconjurător precum şi asigurarea sănătăţii utilizatorilor.



Prin utilizarea principiilor dezvoltării durabile se încearcă reducerea emisiei de gaze cu efect de seră, reducerea în consecinţă a încălzirii globale, conservarea resurselor naturale „tradiţionale”.

Un alt obiectiv declarat în documentaţii este acela de a forma comunităţi care să conştientizeze nevoia de schimbare a mentalităţilor în ceea ce priveşte mediul şi ale căror acţiuni să aibă efect maxim în aceste schimbări de atitudine (http://architecture.about.com/od/greenconcepts/g/sustainable.htm)

http://architecture.about.com/od/greenconcepts/g/sustainable.htm�


Principii de dezvoltare durabilă aplicate în construcţii:

• arhitectura verde şi tehnologii constructive ecologice • materiale de construcţie locale, naturale,

biodegradabile • mână de lucru locală • surse regenerabile de apă • surse regenerabile de energie – solară, eoliană • protecţia habitatului natural • înlocuirea organizată a resurselor utilizate


Principii de dezvoltare durabilă aplicate în construcţii:

• industrii şi practici constructive nepoluante • comunităţi cu spaţii pietonale extinse • zone rezidenţiale combinate cu zone comerciale • utilizarea principiilor noi de urbanism • conversie a clădirilor existente • utilizare a elementelor arhitecturale, recuperate din

alte construcţii vechi

O clădire sustenabilă / verde presupune ca întregul proces – de la construcţie la modul de utilizare şi postutilizare – să aibă în vedere

- responsabilitatea faţă de mediul înconjurător – eficienţă energetică pe întreaga durată de viaţă a clădirii: de la

proiect la faza de construire, utilizare, întreţinere, renovare-modernizare, reparare, demolare şi ţinând seama de capacitatea de postutilizare a componentelor clădirii.

Acest nou concept are în vedere colaborarea responsabilă a celor

trei actori principali: - arhitectul - inginerii (de la proiectanţi la constructori) - clientul / utilizatorul

clădiri sustenabile

Diferenţa între clădirea sustenabilă şi clădirea “verde” este volatilă, cele două concepte având mari zone de suprapunere. Pentru partajarea (teoretică a) celor două concepte se acceptă că în categoria clădirilor verzi sunt incluse numai clădirile noi (conceptul nu se referă la conversii, reparaţii, modernizări), în vreme ce ideea de durabilitate presupune şi refacerile, demolarea şi postutilizarea materialelor.


O clădire sustenabilă se realizează prin conformarea şi proiectarea clădirii în ansamblu şi la nivel de detaliu astfel încât să existe o conlucrare mediu natural-mediu construit, prin care mediul să nu fie agresat de clădire iar clădirea să fie potenţată de elementele de mediu.

Cel puţin teoretic… o clădire “reabilitată” ar trebui să

fie sustenabilă. Este?


Murtinho y Asociados Clădirea Los Heroes, Santiago de Chile

http://www.buildup.eu/home

proiectarea sustenabilă

- utilizarea optimă a caracteristicilor sitului, vecinătăţilor, reţelei de transport, sistemului existent de iluminat, energie etc.

Notă: este esenţial modul în care inserţia (sau reabilitarea) controlează, reduce sau tratează apa de ploaie (furtună) care se evacuează în mediu


Comisia Europeană a elaborat o Directivă Cadru pentru Apă -Water Framework Directive (WFD) - care precizează că "The potential for water savings in the EU is estimated at 40%. Binding rules could be envisaged to promote water savings in public and private buildings.“

Un raport al Comisiei, din 2007, arată că “a number of specific technological and technical changes to taps, toilets, showers and water-using equipment such as dishwashers can reduce water demand and result in water savings of up to 80%.” www.euractiv.com/sustainability/commission-table-directive-water-efficiency-buildings-news-39


Apa gri / apa neagră

Apa de ploaie este considerată “apă gri”. Ea poate fi captată şi stocată în cisterne, pentru asigurarea utilizării ei în scopuri domestice (spălat vase, maşini, irigare a grădinii, utilizare la wc), realizând o economisire a consumului de apă potabilă.

“Apa neagră” este apa rezultată de la wc. Conţine agenţi patogeni. Poate fi prelucrată prin eliminarea patogenilor (la temperatură ridicată) iar produsul deshidratat poate fi transformat în compost (fertilizator)


… şi poate nu doar apa de ploaie care trebuie evacuată contează la o clădire sustenabilă…

Frank Gehry - Walt Disney Concert Hall


- utilizarea optimă a energiei:

Programul 20-20-20 al UE (Orizont 2020) prevede reducerea, până în 2020, cu 20% a consumului de energie rezultat din surse “tradiţionale” şi integrarea unui procent de 20% energie din surse neconvenţionale (“energie curată” / “energie verde”: solar, eolian, hidro, cogenerare…)

INSTALATII TERMOENERGETICE CU COGENERARE sunt un caz particular al instalatiilor cu cicluri combinate. Nu constituie de fapt o noutate de ultima ora, ele s-au construit si folosit de mult sub forma unor centrale electrice cu termoficare (CET), la care se urmareste in principal producerea de energie electrica si in al doilea rand furnizarea agentului termic pentru incalzire sau prepararea apei calde.

Energia electrica obtinuta in centralele termice cu cogenerare se foloseste la antrenarea pompelor pentru recircularea agentului termic intre centrala termica si consumatorul extern sau/si pentru furnizarea de energie electrica in sistemul national. Asemenea unitati energetice sunt foarte utile in industria de celuloza si hartie, industria alimentara, industria textila etc. pentru ca asigura atat caldura necesara procesului tehnologic cat si energia electrica pentru antrenarea unor utilaje tehnologice sau pentru iluminat. In acest mod se micsoreaza mult cheltuielile energetice (sursa:

http://www.termo.utcluj.ro/termonotedecurs/instalatiicucogenerare.pdf)


- utilizarea materialelor / produselor ecologice (environmental friendly):

Acestea minimizează impactul ciclului lor de viaţă asupra mediului (de la producere la eliminare, trecând prin reciclare). Ele nu contribuie la încălzirea globală, nu sunt toxice, nu se epuizează. Costurile de producere, întreţinere, distrugere nu sunt ridicate şi nu afectează mediul.

Atenţie! Nu tot ce se produce “eco” este “eco-friendly”!

Transportul poate schimba totul!


- asigurarea calităţii aerului interior:

Cerinţa se asigură prin buna luminare naturală a spaţiilor interioare, prin asigurarea controlului asupra ventilării şi umidităţii din spaţiile interioare, prin reducerea compuşilor volatili (asociaţi unor materiale de construcţie sau echipamente), a emisiilor toxice, a atacului compuşilor chimici, biologici, radiologici.

Sick Building Syndrome

clădiri verzi Clădirea verde are ca obiective: - utilizarea judicioasă a resurselor de materiale - utilizarea judicioasă a resurselor de apă - utilizarea judicioasă a resurselor energetice - diminuarea poluării mediului înconjurător

(direct şi indirect, prin reducerea cantităţii de gunoaie)

… dar şi asigurarea unui mediu de viaţă şi de muncă

mai sănătos (sick building syndrome)

La nivel de ansamblu se urmăreşte conformarea clădirii ţinând cont de:

- natura terenului

- peisajului,

- orientarea clădirii,

- tradiţie (tehnologii de construcţie tradiţionale)

clădiri verzi

La nivel de tehnologie de construcţii se urmăreşte

- utilizarea de materiale de construcţie adecvate (regenerabile, reciclabile, durabile, cu energie înglobată redusă)

- utilizarea de surse de energie alternativă, “curată”

- re-compunerea spaţiilor verzi dislocuite de clădiri (acoperişuri “verzi”)

clădiri verzi

clădiri verzi

sisteme de evaluare europene

BREEAM (creat de British Research

Establishment)

HQE (Haute Qualité

Environnementale)

BNB (Bewertungssystem

Nachhaltiges Bauen für Bundesgebäude)

sisteme de evaluare

american

LEED (Leadership in Energy and

Environmental Design)

australian

Green Star

BREEAM ––Energy: operational energy and carbon dioxide (CO2) ––Management: management policy, commissioning, site management and

procurement ––Health and Wellbeing: indoor and external issues (noise, light, air, quality

etc) ––Transport: transport-related CO2 and location related factors ––Water consumption and efficiency ––Materials: embodied impacts of building materials, including lifecycle

impacts like embodied carbon dioxide ––Waste: construction resource efficiency and operational waste

management and minimisation ––Pollution: external air and water pollution ––Land Use: type of site and building footprint ––Ecology: ecological value, conservation and enhancement of the site

http://www.breeam.org/filelibrary/BREEAM_Brochure.pdf

HQE

HQE Performance, qui a pour ambition d’évaluer tous les types de bâtiments dans une perspective de développement durable, a pour principes :

• énergie et environnement : indicateurs

environnementaux globaux normalisés

• économie : coût global, coût d’entretien...

• santé et confort : qualité de l’air intérieur, confort acoustique, confort thermique d’été...

http://www.nachhaltigesbauen.de/sustainable-building-english-speaking-information/assessment-system-for-sustainable-building.html

BNB

LEED

LEED assesses buildings against a wide range of environmental and sustainability issues, covering the following 6 categories:

- Sustainable Sites - Water Efficiency - Energy & Atmosphere - Materials & Resources - Indoor Environmental Quality - Innovation in Design

LEED Ratings LEED v2.2 LEED v3 Certified 26-32 points 40-49 points Silver 33-38 points 50-59 points Gold 39-51 points 60-79 points Platinum 52-69 points 80+ points

http://ecoconsulting.net/www/Leed.htm

Green Star

Nine categories are assessed with the Green Star tools: management, indoor environment quality, energy, transport, water, materials, land use & ecology, emissions, innovation.

The resulting score is translated into "Green Stars" as follows: - score 45-59: 4 Star Green Star, signifies 'Best Practice' in

environmentally sustainable design and/or construction - score 60-74: 5 Star Green Star, signifies 'Australian Excellence' - score 75-100: 6 Star Green Star, signifies 'World Leadership'

clădirea bioclimatică

’Bioclimatic architecture is a way of designing buildings and manipulating the environment within buildings by working with natural forces around the building rather than against them’

(prezentarea Manchester School of Architecture)

‘the architecture that designs to take advantage of climate and environmental conditions’

(http://architecturabioclimatica.info)


Există două abordări în arhitectura bioclimatică:

- cea prin care se asigură importante economii de energie

- cea prin care se asigură creşterea gradului de confort


Clădirea bioclimatică urmăreşte să asigure performanţă în următoarele domenii:

- asigurarea unor surse alternative de energie - asigurarea unei calităţi superioare a aerului interior - eficientizarea muncii - economisirea resurselor de apă potabilă - managementul deşeurilor - utilizarea eficientă a materialelor de construcţie - eficientizarea transportului materialelor şi produselor.


Crize energetice au existat şi în antichitate. Dupa Nicholas Cahill, grecii puseseră la punct prin secolul V î.Ch. un concept urbanistic în care era posibil ca fiecare casă să poată avea o faţadă cu orientare sudică, pentru a se asigura un maximum de căldură furnizată pe cale naturală, iarna.

Aristotel observă că faţadele nordice erau închise pentru a asigura o bună protecţie împotriva vânturilor de iarnă.

Despre Socrate se ştie că locuia într-o casă solară. El remarcă faptul că soarele de iarnă pătrunde prin portic în cazul caselor orientate sud, încălzindu-le.

Eschil, mai acid, susţine că numai primitivii ar alege să trăiască sub pământ, în grote întunecate în loc să-si facă case orientate către soarele de iarnă

www.mlahanas.de/Greeks/Furniture/Furniture2.htm

Nicholas Cahill, Household and City organisation at Olynthus

Baia romană şi Heliocaminus, Tivoli, vila Adriana


Clădirea bioclimatică utilizează forţa tuturor elementelor naturii (agenţilor naturali): apă, aer, soare.

agent natural avantaje dezavantaje

soare + sănătate, igienă + energie

- radiaţie UV+ IR - disconfort termic

de vară

mişcarea aerului + ventilare naturală + energie

- furtuni

apa + răcire naturală + energie

- furtuni, inundaţii - deteriorări

agenţi biologici (plante, animale)

+ sănătate + echilibrarea mediului

(împotriva agenţilor poluanţi, căldurii, frigului…)

- deteriorări

sisteme pasive – sisteme active Sistemele pasive specifice arhitecturii bioclimatice: însorire aport termic solar ventilare naturală utilizarea vegetaţiei Sistemele active: solare eoliene forţa apei …

clădire verde - clădire bioclimatică

Orientarea deschiderilor către sud şi includerea unor sere cu această orientare reprezintă aport termic în spaţiul încălzit (principiu definit şi anterior, în cazul clădirilor pasive), iar spaţiul tampon, cât mai blindat spre nord împiedică pierderea de căldură spre exterior) în cazul acestei orientări neexistând aport termic). Arhitectura, prin geometria clădirii şi a componentelor precum şi prin tipul de anvelopă influenţează performanţa energetică a clădirii. Materialele de construcţie şi alcătuirea de detaliu determină de asemenea comportarea termică a clădirii Vegetaţia reprezintă un element de proiectare: copacii cu frunze căzătoare asigură o protecţie solară naturală pe perioada de vară şi permit pătrunderea în interior a radiaţiei solre, iarna. Tot vegetaţia este cea care creează bariere împotriva vântului, protejând clădirea.

Prispa a reprezentat atât o protecţie solară de vară cât şi o protecţie la vânt. În spaţiul balcanic însă ea mai avea un rol: reprezenta “locul de priveală”...

Rolul ventilaţiei (în general): 1. Pentru a împrospăta aerul (aport de

oxigen) 2. Îndepărtarea mirosurilor şi agenţilor

poluanţi 3. Pentru a răci clădirea

Puncte tari

• Consum redus de energie / environmentally friendly

• simplu

• ieftin (în general)

• Nu necesită întreţinere (în general)

• sănătos

Puncte slabe

• Nu funcţionează întotdeauna

• Nu este potrivit la grad de ocupare ridicat / când este necesară stocarea

• Nu se potriveşte în toate anotimpurile

• Există limitări de proiectare

• Favorizează pătrunderea zgomotului şi agenţilor poluanţi

principii în proiectare

Utilizarea ventilaţiei naturale

efect de horn (cuplat sau nu cu coş solar)

efectul presiunii sau sucţiunii vântului, respectiv prin golurile din anvelopă create special pentru a asigura mişcarea de aer

ventilare naturală

http://utzero.utk.edu/SmartLab/ventilation.shtml

ventilare naturală

http://www.architecture.com/SustainabilityHub/Designstrategies/Air/1-2-1-3-naturalventilation-crossventilation.aspx

ventilare naturală

http://inhabitat.com

ventilare naturală

ventilare naturală

Clădirea, proiectată de KMD Architects în San Francisco, îşi asigură

40% din necesarul de energie, prin prevedereape lângă coşul solar, de

turbine de vânt şi de panouri fotovoltaice integrate în faţade.

Turn de vânt (Badgir), componentă (aproape) nelipsită în arhitectura tradiţională arabă

http://www.kmdarchitects.com/�

http://www.kmdarchitects.com/�

ventilare naturală

sediul Facultăţii de Tehnologie, clădirea Queen’s, din complexul De Montfort University, din Anglia, proiectată de firma de arhitectură Short Ford Associates.

Clădirea trebuie să asigure, prin conformarea spaţiului interior, ventilare naturală, concomitant cu asigurarea unei protecţii termice corespunzătoare condiţiilor climatice locale. Spaţiile înalte, succesiunea de coşuri (turnuri de vânt) şi trape pentru ventilaţie realizează ventilaţia încrucişată (“cross ventilation”) care elimină nevoia de echipamente de ventilare, consumatoare de energie.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b7/Queens_Building_1.jpg�

Forma determinată de direcţia vântului

Hotel du Departement, Marsilia, 1994 arh. Will Alsop, ing. Ove Arup

inerţie termică

Materialele cu inerţie termică mare (materiale care stochează căldura şi o eliberează în mediu, noaptea) se folosesc pentru pereţi şi pardoseli...

- ziua, ele absorb căldura soarelui, evitând

supraîncălzirea spaţiilor; - noaptea, prin cedarea căldurii, încălzesc

spaţiul.

inerţie termică

http://www.house-energy.com/Walls/ThermalMass.html

inerţie termică Materiale cu capacitate de stocare a căldurii:

betonul, bca, cărămida şi plăcile ceramice în general, piatra, zidăria acţionează ca bureţi absorbanţi de căldură ziua şi cedează căldura înmagazinată, noaptea.

Lemnul, termoizolaţiile dimpotrivă, nu absorb şi nu cedează căldură în mod semnificativ

perete realizat din... blocuri umplute cu apă (la Expoziţia Universală de la Sevilla, 1992, pavilionul britanic, proiectat de Nicholas Grimshaw, avea un perete realizat din blocuri transparente umplute cu apă).

http://www.dsbfoto.es/DefaultDynamic.aspx?Id=61046b06-1c2d-4fbf-8851-

b39b90b136e8&Lang=en-US#14

http://www.dsbfoto.es/DefaultDynamic.aspx?Id=61046b06-1c2d-4fbf-8851-b39b90b136e8&Lang=en-US�

Lumini şi umbre

Lumini şi umbre (solară)

Lumini şi umbre

Heliostate sistem de „transport la distanţă” al luminii, constând

dintr-o oglindă plană care reflectă fasciculu într-un punct anume. Heliostatele moderne sunt acţionate de computere. Cel mai adesea ele sunt amplasate în afara clădirii, transmiţând razele de soare în locuri în care acestea sunt greu accesibile. Oglinda, obligatoriu plană, trebuie să fie menţinută perpendiculară pe bisectoarea unghiului pe care îl face direcţia radiaţiei solare şi ţinta unde trebuie să ajungă lumina

Lumini şi umbre

Genzyme Center, Cambridge, Massachussetts 2003.

proiectant: Behnisch, Behnisch and Partner, câştigători ai unui concurs de arhitectură

Lumini şi umbre

Tuneluri solare Ele sunt ceea ce spune chiar numele lor:

conducte care transportă lumina la distanţă, minimizând pierderile de lumină pe traseu. Există şi sisteme care realizează o echidistribuţie a luminii pe un traseu sau asigură pierderi controlate de lumină pe acest traseu. Acestea sunt tuburi transparente, în vreme ce primele sunt tuburi opace

Lumini şi umbre

Cele mai vechi tuburi de lumină s-au descoperit în...Egiptul Antic. Este vorba despre tuburi căptuşite la interior cu materiale puternic reflectante, pe care razele de lumină se reflectă şi se re-reflectă. Spaţiul interior fiind reflexiv, se comportă ca o oglindă, energia luminoasă nediminuându-se cantitativ în interiorul tubului

Lumini şi umbre

Staţia de metrou Potsdamer Platz, Berlin

Lumini şi umbre

Eficienţa tuburilor de lumină creşte cu cât distanţa la care se transportă lumina este mai mică şi cu cât tubul este mai drept (coturile, abaterile de la direcţia iniţială reprezintă, ca şi în cazul fluidelor transportate prin tuburi, zone de pierderi).

Pentru a asista şi a creşte cantitatea de lumină transportată se pot utiliza şi lentile. Există sisteme de lentile speciale, aşa numitele lentile “Fresnel”, cu o geometrie îmbunătăţită, care orientează mult mai eficient lumina (sunt în general utilizate la faruri) direcţionată în tub

Lumini şi umbre

Lumini şi umbre

Fibra optică Este o fibră flexibilă şi

transparentă, realizată din plastic sau pe bază de siliciu (adică din componenta principală a sticlei). Grosimes fibrei e comparabilă cu a firului de păr. Funcţionează asemănător tunelurilor solare, adică transmite lumina dintr-un punct (de intrare) în punctul terminus al fibrei.

Lumini şi umbre

Rafturi de lumină pentru transportul luminii în spaţii întunecate.

Principiul este relativ simplu: suprafaţa superioară a „raftului” – de fapt elemente orizontale amplasate deasupra nivelului ochiului, în zona vitrată sau opacă – este puternic reflexivă (de obicei realizată din tablă de aluminiu), conducând razele soarelui în interior. De aici, prin modul de tratare a suprafeţei tavanului, lumina naturală se distribuie în spaţiul interior.

Lumini şi umbre

Umbra pe care o lasă „raftul” exterior pe fereastră poate fi de folos de asemenea în asigurarea controlului solar pe fereastra deasupra căreia este amplasat.

Raftul de lumină poate fi exterior, interior (mai puţin performant) sau parţial exterior – parţial interior.

Lumini şi umbre

Lumini şi umbre

Lumini şi umbre

Turnul comercial O-14, Dubai, arh. RUR Architecture (Jesse Reiser & Nanako Umemoto)

Documents

Tehnologie arhitecturală