エネルギー効率の高い造園

省エネ造園とは、エネルギーを節約する目的で設計された造園の一種です。材料や造園の構築に埋め込まれたエネルギーと、造園の維持管理や運用で消費されるエネルギーは区別されます。

造園とは、伝統的に美的、文化的、社会的、宗教的な目的で植生や工芸品を用いて敷地を設計することに関係する、 景観設計やガーデニングの実践を指すことが多い。

一方、ランドスケープ アーキテクチャとランドスケープ エンジニアリングは、地理学、生態学、生物学、工学などの技術的考慮事項をランドスケープの設計とその実現に統合する、複数の分野にまたがる専門分野です。

省エネ型造園は後者のカテゴリーに属し、敷地の運営や造成における省エネを重視します。さまざまな用語の使用法の中で、省エネ型造園は、狭義には敷地のユーザー/所有者のために景観の維持管理におけるエネルギー使用量の削減を指すこともあれば、^{[1] [2]}、広義には反射面（アルベドの増加）によるヒートアイランド現象の緩和や、透水性舗装の使用による水処理や下水の必要性の削減など、地球環境の省エネを指すこともあります。省エネ型造園の一般的な方法には、日陰、防風、断熱による建物の熱負荷や冷房負荷の削減、水の管理、エネルギーコストの少ない植物や建築資材の使用などがあります。

設計手法には次のものがあります。

木を植えることは日陰を作ることを目的としており、冷房費を削減します。樹木が成熟したときの高さと樹冠の形状は十分に検討する必要があります。樹木の位置は、樹木の高さと建物の高さに基づいて設計する必要があります。また、木を窓や壁の近くに植えると、太陽が窓や樹木に対する相対的な位置を変え続けるため、日中のほとんどの時間、木陰を作ることができます。ただし、建物の近くに木を植えすぎると、地上または地下の電力線に触れる危険があるため、望ましくありません。^[2]

木の葉の種類も重要です。南部のマグノリアのような広葉常緑樹は、一年中濃い日陰を作ることができます。しかし、松や杉のような針葉常緑樹は、日陰がまばらで開放的ですが、より多くの空気の循環を提供できます。^[2]

木陰は建物の冷房負荷を軽減するだけでなく、駐車場、車道、遊び場などでも活用できます。^[3]

建物の近くに風を弱めるために防風林を植えたり建てたりすることで、熱損失を減らすことができます。冬には、家は侵入によって熱を失います。防風林は、冬の風が家や遊び場、または敏感な植物のある屋外エリアに到達する前に、冬の風を遮断して方向を変えるように設計する必要があります。冬の防風林は、冬の日光を遮ったり、夏の風を遮ったりしないように設計する必要があります。^[3]

壁の近くに低木を植えると、壁の周りに断熱空気空間が生まれます。これは防風林の使用に似た考え方です。湿気や虫の問題を防ぐために、低木は壁から少なくとも2フィート（0.61メートル）離して植える必要があります。^[2]

アースシェルターは、自然の地形や地質条件を利用して建物を建設する際のエネルギーを節約する例です。岩や強固な土を利用するなど、さまざまな方法でエネルギーを節約できると考えられています。

土を壁、地面を床として利用すれば、構造に必要な耐荷重材料が少なくて済み、掘削や基礎工事も不要になるため、建設コストが大幅に削減されます。また、天然素材で作られた壁や床は、人工の壁や床よりも断熱性に優れている可能性が高くなります。天然の壁や床は燃えにくいため、難燃剤の必要性が減り、火災の危険性も軽減されます。 [ ^4]

寒冷気候における自然の壁と地面の断熱効果を理解するために、地中に沈んださまざまな深さの構造物をシミュレートした研究^{[5]では、地中に埋まった壁と床の}熱伝達率は、完全に地上にある構造物よりも16％～45％低いことが わかりました。

アースシェルターの他に、自然の地形を利用するより簡単な方法は、山などの地質を日陰として利用することです。

多くの場合、ランドスケープ デザインと建築は、地表のデザインを指します。多くの文脈では、具体的には、デザイン ガイダンスとトピックは、庭 (ガーデン)、私道、家がある郊外の住宅の典型的な住宅地のランドスケープに関するものです。しかし、混雑した都市部では、ランドスケープ デザインのための地表は豊富ではありません。そのため、緑の屋根は、混雑した都市に美観と緑を加えるための魅力的なオプションになります。緑の屋根は、都市に限定されず、どこにでも適用できます。実際には、ほとんどの場合、緑の屋根を建設する決定は、地域の気候とポリシーに基づいています。それは、美観以外に、建物の屋根の断熱性を高め、雨水を保持して浸透させ、一定規模で設置すると都市のヒートアイランド効果を軽減する可能性があるなど、エネルギーを節約する能力のために緑の屋根が使用されることが多いためです。たとえば、ドイツでは、EU の規制もあって、新しい屋根の建設の 17% が緑の屋根です。ワシントン DC では、緑の屋根は代替の雨水保持技術として使用されています。^[6]

屋根の断熱性を高めることで建物のエネルギー消費量を削減: 総エネルギー消費量の削減では、夜間暖房が必要な寒冷地では、裸屋根に比べて緑の屋根が最も優れた性能を発揮します。緑の屋根の土壌深度が増すほど建物の暖房負荷の削減効果は大きくなりますが、土壌深度が増すと屋根が重くなります。一方、建物が冷房主体の場合は、葉面積指数がより重要になります。ピーク時のエネルギー消費量の削減においても、緑の屋根は顕著な効果を発揮し、葉面積指数と土壌深度はどちらもその性能と正の相関関係にあります。^[7]

雨水保持と蒸発散：3～4インチの土壌は約1インチの雨水を保持できます。これは米国のほとんどの地域の降水量の約75％に相当します。 ^[8]雨水を土壌に保持することで、水は流出せず、代わりに蒸発散を引き起こします。

流出水の質：緑の屋根が降雨量を保持できない場合、過剰な雨水は流出します。汚染された水を緑の屋根の部分に滴下して緑の屋根の降雨を模倣したフィールド実験では、浸出水を研究および分析しました。緑の屋根からの流出水における浮遊物質、窒素、リンの平均濃度は、従来の屋根からの流出水よりも大幅に高いため、広大な緑の屋根は都市の水環境における栄養汚染源となることがわかりました。^[9]

火災の危険性: 緑の屋根は従来の屋根よりも簡単に発火する可能性があります。緑の屋根が発火すると、高温により屋根構造自体が損傷するのではないかと懸念されています。屋根を損傷するという考えは省エネや持続可能性に反するだけでなく、火災や屋根の損傷は居住者の安全上の問題を引き起こす可能性があります。緑の屋根が火災の影響を悪化させるか軽減するかについては、依然として議論の余地があります。植生は約 95% が水であるため、緑の屋根は実際には火災の可能性を減らすと主張する人もいます。一方、秋と冬に植生が乾燥すると、火災の危険性が高まると主張する人もいます。最近の研究では、数学的モデリングを通じて、^[10]植生自体が発火すると、熱は下方に浸透し (土壌の熱伝導率が低いため、かなりゆっくりと浸透します)、最終的に屋根自体が損傷することがわかりました。したがって、発火した植生が屋根を損傷するかどうかの鍵は、土壌の厚さにあります。この研究では、土壌層の下に石膏層を設置することで、屋根を損傷する可能性を大幅に減らすことができることも判明した。

追加の構造負荷: ほとんどの古い建物は、緑の屋根の追加の屋根固定荷重を考慮して設計されていません。緑の屋根の追加の耐荷重構造を建設するために消費されるエネルギーが、断熱強化と保水によって節約されるエネルギーよりも多ければ、それはエネルギー節約の考えに反するでしょう。調査によると、市場で一般的な緑の屋根のタイプは、屋根にかかる負荷を1平方メートルあたり1.2～2.43キロニュートン増加させます。^[11]

都市部や郊外の舗装の多くは不浸透性であり、これが汚染された雨水流出につながる可能性が高い。開発前の地域では、雨水の平均50％が蒸発散、5％が流出、45％が浸透するのに対し、開発後の地域では、雨水の35％のみが蒸発散し、50％が流出、15％が浸透する。この変化は、洪水、急速な水の動きによるインフラの損傷、水質汚染など、さまざまな問題を引き起こしている。^[12]

しかし、透水性舗装を使用すると、開発後の地域で浸透する雨水の量が増加し、濾過された水中の汚染物質が減少するため、問題を軽減することができます。2008年の低影響開発会議で、ASCEは2つのベンチスケール研究を実施し、透水性インターロッキングコンクリート舗装の水流量と多孔質舗装のミクロ環境での汚染物質除去における微生物コロニーの役割の有効性を調べました。^[13]実験では、平均で84％の相対的な全浮遊物質（TSS）除去が示されていますが、時間の経過に伴う相対的な除去の増加は、潜在的な固形物の蓄積があり、システムの詰まりやシステム障害につながる可能性があることを示唆しています。汚染物質除去の証拠は、私道からの年間の汚染物質流出量が、不浸透性私道よりも透水性私道で86％低いという前回の研究の結論を証明しました。

透水性舗装の種類には以下のものがある: ^[12]

利点: 比較的低コスト、材料の入手が容易、作業員が経験豊富

デメリット: 水によるダメージを受けやすい。通常は短期間のみ使用。相対的な強度が低い。

利点: 構造強度が高い; 材料へのアクセスが容易

デメリット: 建設プロセスが遅い、初期コストが高い

利点: 施工の容易さ、美観、メンテナンスと修理の容易さ

デメリット: コストが高い。低速道路でしか使用できない。

利点: 幅広い製品、比較的安価、メンテナンスと修理の容易さ

デメリット: 通常は駐車場に限定される

さまざまな透水性舗装の種類の中からどれを選択するかは、プロジェクトの必要性、利用可能な材料と設備、予算によって決まります。

完全カットオフ器具、光レベルセンサー、高効率器具を備えた現場照明。

太陽は東から昇り、南へ移動し、西に沈みます。したがって、設計の目安としては、建物の冷房負荷を減らそうとするときは南向きの窓を避け、建物の暖房負荷を減らそうとするときは南向きの窓を増やすことです。しかし、現実はもっと複雑です。太陽が東から昇り、西に完全に沈むのは秋分と春分の日だけで、一年の大半では、夏か冬か、観測者が北半球か南半球かによって、太陽はわずかに南や東に移動します。^[14]

敷地の最高のパフォーマンスを実現するように設計するには、設計者は地元の気候と赤道に対する敷地の位置をよく理解する必要があります。

エネルギー効率の高い造園技術には、地元の材料の使用、現場での堆肥化とチッピングによる生ごみの 運搬量の削減、ガソリン駆動の代わりの手工具の使用などが含まれ、また、乾燥地帯での干ばつに強い植物の使用、輸送時のエネルギー消費を抑えるために地元の栽培者から在庫を購入すること、および同様の技術も含まれる場合があります。

マサチューセッツ工科大学は、回復力があり持続可能な景観を構築するという市の合意に基づき、いくつかのエネルギー効率向上プロジェクトを開始しました。これらのプロジェクトには以下が含まれます。

• 木を植え、木の樹冠を利用して歩行者に日陰を提供し、学生に歩く意欲を高める。
• 景観フィルターは雨水を（部分的に）処理するために追加されます
• 洪水を緩和するために雨水貯留施設が設置されている
• ヒートアイランド現象を軽減する明るい色の舗装

• 持続可能な住宅設計: エネルギー効率の向上リソース ガイド