持続可能な建築

建築における「持続可能性」という用語は、これまで主に建築技術とその変革という観点から考察されてきた。しかし、「グリーンデザイン」、発明、専門知識といった技術的な領域を超えて、一部の研究者は、建築を人間と自然との相互関係という、より広範な文化的枠組みの中に位置づけ始めている。この枠組みを採用することで、さまざまな歴史的・地理的文脈の観点から、人類と自然および環境との関係についての文化的議論の豊かな歴史をたどることができる。^{[ 4 ]}

モダニズムの還元主義を批判する人々は、その原因の一つとして建築史教育の放棄をしばしば指摘した。モダニズムからの逸脱を主導した主要人物の多くがプリンストン大学建築学部で教育を受けていたという事実は重要である。プリンストン大学建築学部では、1940年代から1950年代にかけても、建築史への言及が設計教育の一部として継続されていたからである。

歴史への関心の高まりは、建築教育に大きな影響を与えた。歴史の授業はより一般的で体系的なものとなった。建築史に精通した教授の需要が高まったことで、建築学部では、これまで建築史家が養成されてきた美術史の博士課程と差別化を図るため、いくつかの博士課程が設立された。米国では、MITとコーネル大学が1970年代半ばに最初に設立し、その後コロンビア大学、カリフォルニア大学バークレー校、プリンストン大学が続いた。新しい建築史プログラムの創設者には、ヴェネツィア建築史研究所のブルーノ・ゼヴィ、MITのスタンフォード・アンダーソンとヘンリー・ミロン、建築協会のアレクサンダー・ツォニス、プリンストン大学のアンソニー・ヴィドラー、ヴェネツィア大学のマンフレド・タフーリ、コロンビア大学のケネス・フランプトン、チューリッヒ工科大学のヴェルナー・エクスリンとクルト・フォースターなどがいる。^{[ 5 ]}

世界の建設は、世界の総排出量の38%を占めています。^{[ 6 ]}持続可能な建築および建設基準は従来、運用時の炭素排出量の削減に重点を置いてきましたが、現在までに、製造時の炭素排出量を追跡および削減するための基準やシステムはほとんどありません。^{[ 7 ]}鉄鋼やその他の材料が大規模な排出の原因となっていますが、セメントだけでも全排出量の8%を占めています。^{[ 8 ]}

長年にわたり、数多くの受動的な建築戦略が開発されてきた。そのような戦略の例としては、建物の部屋の配置や窓の大きさや向き^{[ 9 ]} 、都市計画におけるファサードや道路の向き、建物の高さと道路幅の比率^{[ 12 ]などが挙げられる。}

効率的な暖房、換気、空調（HVAC）システムにおいて、重要かつ費用対効果の高い要素の一つは、断熱性の高い建物である。より効率的な建物は、発熱や放熱に必要なエネルギーが少なくて済むが、室内の汚染された空気を排出するために、より多くの換気能力が必要となる場合がある。

建物からは、水、空気、堆肥といった排出物を通して、相当量のエネルギーが放出されます。市販のオンサイト型エネルギーリサイクル技術を使えば、廃温水やよどんだ空気から効果的にエネルギーを回収し、それを新鮮な冷水や新鮮な空気へと変換することができます。建物から排出される堆肥から、園芸以外の用途にエネルギーを回収するには、集中型の嫌気性消化槽が必要です。

HVACシステムはモーターによって駆動されます。銅は他の金属導体と比較して、モーターの電気エネルギー効率を向上させるのに役立ち、それによって建物の電気機器の持続可能性を高めます。

敷地の立地や建物の向きは、建物の空調効率に大きな影響を与える。

パッシブソーラー建築設計では、太陽電池や太陽熱温水器などの能動的な太陽光発電装置を使用することなく、建物が太陽エネルギーを効率的に利用できるようになります。一般的に、パッシブソーラー建築設計では、熱を効果的に保持する高熱容量材料と、熱の放出を防ぐ強力な断熱材が用いられます。また、低エネルギー設計では、日よけ、ブラインド、シャッターなどを用いて日差しを遮り、夏季の日射熱の侵入を抑え、人工的な冷房の必要性を低減する必要があります。

さらに、低エネルギー建築物は、熱損失を最小限に抑えるため、一般的に表面積対体積比が非常に低いのが特徴です。そのため、（時に「有機的」に見えるとされる）広大な多棟構造の建築物は避けられ、より集中型の構造が好まれます。アメリカ植民地時代のソルトボックス型建築物など、寒冷地で伝統的に用いられてきた建築物は、小規模建築物における集中型暖房効率の優れた歴史的モデルとなります。

窓は、熱を発生させる光の取り込みを最大化しつつ、断熱性の低いガラスによる熱損失を最小限に抑えるように配置されます。北半球では、通常、直射日光を取り込むために南向きの窓を多数設置し、北向きの窓の数を厳しく制限します。二重ガラスや三重ガラスの断熱窓（ガス封入層と低放射率（Low-E）コーティングが施されているもの）など、特定の種類の窓は、単板ガラス窓よりもはるかに優れた断熱性能を発揮します。

夏の間、日よけ装置を使って過剰な日射熱の侵入を防ぐことは、冷房の必要性を減らすために重要です。落葉樹は、夏の間は葉で強い日差しを遮り、冬には葉が落ちて光を取り込むように、窓の前に植えられることがよくあります。ルーバーやライトシェルフは、冬（太陽が空の低い位置にあるとき）には日光を取り込み、夏（太陽が空の高い位置にあるとき）には日光を遮断するために設置されます。これらはシャッターのように格子状になっており、光と放射線を反射して室内空間のまぶしさを軽減します。高度なルーバーシステムは、傾斜を調整することで自然光を最大限に活用し、室内温度を監視するように自動化されています。^{[ 13 ]}針葉樹や常緑樹は、冷たい北風から建物を守るために、建物の北側に植えられることがよくあります。

寒冷地では、暖房システムは建物における最大のエネルギー消費源の一つであるため、持続可能な建築において主要な焦点となる。

冷房が重要な温暖な気候では、パッシブソーラー設計も非常に効果的です。熱容量の高い石材は、夜間の涼しい気温を日中も保つ上で非常に有効です。さらに、建築業者は表面積と熱損失を最大化するために、広々とした平屋建ての構造を選ぶことがよくあります。建物は、特に近くの水域から吹く冷たい風など、既存の風を捉えて導くように設計されることがよくあります。これらの有効な戦略の多くは、南西部の伝道所建築など、温暖な地域の伝統的な建築様式にも何らかの形で取り入れられています。

四季のある気候では、統合エネルギーシステムの効率は、建物の断熱性が高い場合、自然の力と調和するように立地している場合、熱を回収してすぐに使用したり貯蔵したりする場合、化石燃料や電気に依存する熱供給設備の効率が100%を超える場合、そして再生可能エネルギーが使用される場合に向上します。

持続可能な特性を持つ天然建築材料の使用は、在来建築に見られる慣習です。地域の建築様式は、地元の材料を利用して何世代にもわたって発展します。この慣習は、輸送と生産の排出量を削減します。^{[ 41 ]}再生可能な資源、廃棄物の使用、再利用の可能性は、木材、茅葺き、石、粘土の持続可能な特性です。積層木材製品、藁、石は、拡張性の可能性が非常に高い低炭素建築材料です。木材製品は炭素を固定することができ、石は抽出エネルギーが低いです。藁、藁束建築を含む藁は、高いレベルの断熱性を提供しながら炭素を固定します。天然材料の高い熱性能は、現代技術を使用せずに室内環境を調整するのに貢献します。^{[ 41 ]}

持続可能な建築における木材、藁、石の使用は、英国のデザイン博物館で大規模な展示のテーマとなった。^{[ 42 ]}

持続可能な建築では、再生木材や再生銅など、リサイクル材や中古材がよく用いられます。新品の材料の使用を減らすことで、材料の製造に要するエネルギー（材料の製造過程で消費されるエネルギー）も削減されます。持続可能な建築家は、不必要な開発を避けるため、古い建物を改修して新たなニーズに対応させようとすることがよくあります。建築資材の再利用や再生材は、適切な場合に活用されます。古い建物が解体される際、良質な木材は回収され、再生利用されて床材として販売されることがよくあります。良質な石材も同様に回収されます。ドア、窓、暖炉のマントルピース、金具など、他の多くの部品も再利用されるため、新品の消費が削減されます。

グリーンデザイナーは、新しい素材を用いる際、竹のように生育後わずか6年で商業利用のために収穫できるもの、ソルガムや麦わらのように廃棄物から作られパネル状に加工できるもの、コルク樫のように外側の樹皮だけを取り除いて利用することで樹木を保存できるものなど、再生が速い素材を探します。可能な場合は、建設現場から建材を調達することもあります。例えば、森林地帯に新しい建物を建設する場合、建物を建てるために伐採された木材を建物の一部として再利用します。

建物の外壁の断熱材として、繊維産業や農業産業から発生するその他の廃繊維とともに、「廃羊毛」などの実験的な材料も研究されており、最近の研究では、リサイクルされた断熱材が建築用途に効果的であることが示唆されている。^{[ 43 ]}

可能な限り、環境負荷の低い建築材料が使用されます。たとえば、断熱材は、ホルムアルデヒドなどの発がん性物質や毒性物質を含む可能性のある建築用断熱材ではなく、再生デニムやセルロース断熱材などの低VOC（揮発性有機化合物）放出材料から作られることがあります。虫害を防ぐために、これらの代替断熱材はホウ酸で処理されることがあります。有機塗料や乳酸系塗料が使用されることがあります。^{[ 44 ]}しかし、「グリーン」な材料が常に居住者の健康や環境に良いという誤解がよくあります。多くの有害物質（ホルムアルデヒド、ヒ素、アスベストなど）は自然界に存在し、善意で使われてきた歴史がないわけではありません。カリフォルニア州による材料からの排出物の調査では、かなりの排出量があるグリーン材料がある一方で、より「従来型」の材料の中には実際に排出量が少ないものもあることが示されています。したがって、天然材料が常に居住者と地球にとって最も健康的な選択肢であると結論付ける前に、排出物の問題については慎重に調査する必要があります。^{[ 45 ]}

揮発性有機化合物（VOC）は、さまざまな発生源から、あらゆる室内環境に存在します。VOCは蒸気圧が高く、水溶性が低いため、シックビル症候群のような症状を引き起こす可能性が疑われています。これは、多くのVOCがシックビル症候群に特徴的な感覚刺激や中枢神経系の症状を引き起こすことが知られており、室内のVOC濃度は屋外よりも高く、また、VOCが多数存在すると相加的および相乗的な影響を及ぼす可能性があるためです。

グリーン製品は通常、VOCの含有量が少なく、人体と環境の健康に良いと考えられています。マイアミ大学の土木・建築・環境工学科が実施したケーススタディでは、3つのグリーン製品とその非グリーン製品を比較したところ、グリーン製品と非グリーン製品の両方からVOCが放出されたものの、グリーン製品から放出されるVOCの量と強度は、人体への曝露に対してはるかに安全で快適であることがわかりました。^{[ 46 ]}

木材などの一般的に使用される建築材料は、適切な管理がなければ持続不可能な森林伐採を必要とします。2022年10月現在、MITの研究者たちは、制御された条件下で特定の特性に成長する実験室で培養されたジニアエレガンス細胞の開発を進めています。これらの特性には、「形状、厚さ、剛性」、および木材を模倣できる機械的特性が含まれます。^{[ 47 ]} USDAのDavid N. Bengston氏は、この代替手段は従来の木材伐採よりも効率的であり、将来の開発により輸送エネルギーを節約し、森林を保全できる可能性があると示唆しています。しかし、Bengston氏は、この画期的な成果はパラダイムを変え、木材に依存するコミュニティの雇用や保全が山火事にどのような影響を与えるかなど、新たな経済的および環境的問題を提起すると指摘しています。^{[ 48 ]}

建材は建物全体の持続可能性にとって重要であるにもかかわらず、建材の持続可能性を定量化および評価することは困難であることがわかっています。建材の持続可能性属性の測定と評価には一貫性がほとんどなく、その結果、今日では何百もの競合する、矛盾した、そしてしばしば不正確なエコラベル、規格、認証が乱立する状況になっています。この不一致は、消費者と商業購入者の混乱、そしてLEEDなどの大規模な建物認証プログラムへの一貫性のない持続可能性基準の組み込みにつながっています。持続可能な建材の標準化の状況の合理化に関して、さまざまな提案がなされています。^{[ 49 ]}

持続可能な都市計画は、持続可能な建築にとどまらず、持続可能性をより広い視野で捉えます。典型的な解決策としては、エコ工業団地（EIP）や都市農業などが挙げられます。支援されている国際プログラムには、UN-HABITATが支援する持続可能な都市開発ネットワーク^{[ 56 ]}や、世界銀行が支援するEco2 Cities ^{[ 57 ]などがあります。}

同時に、ニューアーバニズム、ニュークラシカル建築、現代トラディショナル建築の最近の動きは、スマートグロース、建築の伝統、古典的なデザインを評価し発展させる持続可能な建設アプローチを推進しています。^{[ 58 ] [ 59 ]}これは、モダニズムや世界的に均一な建築とは対照的であり、孤立した住宅団地や郊外のスプロール現象にも反対しています。^{[ 60 ]}これらの傾向はどちらも1980年代に始まりました。ドリーハウス建築賞は、ニューアーバニズムとニュークラシカル建築の取り組みを評価する賞であり、モダニズムのプリツカー賞の2倍の賞金が用意されています。^{[ 61 ]}

廃棄物は、家庭や企業、建設および解体プロセス、製造業および農業から発生する使用済みまたは不要な材料の形をとります。これらの材料は、大まかに都市固形廃棄物、建設および解体（C&D）廃棄物、および工業または農業副産物に分類されます。^{[ 62 ]}持続可能な建築は、廃棄物管理のオンサイト利用に焦点を当てており、庭のベッドで使用するグレーウォーターシステムや、下水を削減するためのコンポストトイレなどを組み込んでいます。これらの方法は、オンサイトでの食品廃棄物のコンポスト化とオフサイトでのリサイクルと組み合わせると、家庭の廃棄物を少量の包装廃棄物にまで減らすことができます。