Trung tâm Omega cho Cuộc sống Bền vững – New York

Giới thiệu chung

Được thành lập vào năm 1977, Viện Omega là trung tâm học tập toàn diện lớn nhất cả nước. Với sứ mệnh: “Tìm kiếm ở khắp mọi nơi những chiến lược hiệu quả nhất và những truyền thống đầy cảm hứng có thể giúp mọi người mang lại ý nghĩa và sức sống hơn cho cuộc sống của họ.” Năm 2006, họ bắt đầu phát triển một cơ sở lọc nước thải mới và bền vững cao cho khuôn viên rộng 789137.0019 mét vuông (khoảng 76 hecta), nằm trong một trong những lưu vực quan trọng nhất thế giới, lưu vực sông Hudson rộng 34.706.086 m2.

Mục tiêu chính của dự án này là cải tạo hệ thống xử lý nước thải hiện tại của tổ chức bằng cách sử dụng các phương pháp xử lý thay thế. Là một phần trong nỗ lực lớn hơn nhằm giáo dục khách tham quan, nhân viên và cộng đồng địa phương của khách hàng về các chiến lược xử lý nước thải sáng tạo, họ quyết định trưng bày hệ thống trong một tòa nhà vừa là nơi đặt các ô xử lý chính, vừa là lớp học và phòng thí nghiệm. Ngoài việc sử dụng nước đã qua xử lý để tưới vườn và trong hệ thống thu hồi nước thải, họ còn sử dụng cả hệ thống và tòa nhà như một công cụ giảng dạy trong chương trình giáo dục được thiết kế xoay quanh tác động sinh thái của hệ thống. Các lớp học này được cung cấp cho khách tham quan trường, trẻ em trong khu vực, sinh viên đại học và các cộng đồng địa phương khác.

Chiến lược thiết kế

Chiến lược thụ động

Sử dụng đất và hệ sinh thái

Khuôn viên trường nằm trong lưu vực hạ lưu Thung lũng Sông Hudson, nơi có một trong những khu vực đông dân nhất thế giới. Trước đây, khu vực này là bãi đậu xe sỏi và là tàn tích của một bãi rác thải từ một lần sử dụng trước đó. Nơi đây gần như không còn sự đa dạng sinh học lành mạnh trên mặt đất hoặc bên trong. Cảnh quan mới hoàn toàn trái ngược. Ô tô và rác thải đã được thay thế bằng cây bản địa có rễ ăn sâu, hệ thống nước sạch, chim chóc, côn trùng và các loài khác. Khuôn viên trường không có thuốc trừ sâu và độc tố.

Thiết kế cảnh quan tái tạo hệ sinh thái bản địa, mang tính giáo dục, chức năng toàn diện, và trên hết, mang đến những cảnh quan đầy cảm hứng, phản ánh bối cảnh sinh thái và văn hóa của khuôn viên trường. Có bốn ô đất ngập nước được xây dựng, trải dài xuống sườn phía nam liền kề với tòa nhà. Là một phần của quy trình tái chế/xử lý nước thải, nước chảy qua các lớp sỏi bên trong các vùng đất ngập nước này và dần dần được xả vào các khu vực ngầm phía bắc tòa nhà. Hiệu ứng tổng thể đầy màu sắc và giống như một khu vườn. Bảng màu đa dạng của các loại cây lâu năm tạo môi trường sống cho nhiều loài chim và côn trùng có ích, góp phần tạo nên hệ thống cảnh quan tổng thể. Các con đường cung cấp lối vào những không gian này để có cơ hội học tập.

Thiết kế thích ứng khí hậu

Nằm dọc theo trục đông-tây, tòa nhà được thiết kế để kiểm soát tối ưu ánh sáng ban ngày và nhiệt lượng mặt trời. Hơn nữa, hình khối và mặt cắt công trình cũng được phát triển từ nhu cầu thực tiễn là phục vụ các loài thực vật đảm nhiệm vai trò xử lý nước thải trong hệ thống Eco Machine.

Nghiên cứu ban đầu cho thấy thiết kế nhà kính truyền thống, mặc dù tối đa hóa ánh sáng mặt trời cho cây trồng, nhưng sẽ không duy trì được môi trường thoải mái cho công nhân và khách tham quan. Nhận thấy cây trồng sẽ đạt điểm bão hòa ánh sáng ở mức khoảng 30.000 lux, nhóm nghiên cứu đã đặt ra mục tiêu thiết kế là giảm lượng ánh sáng chiếu vào bề mặt cây trồng trong những tháng mùa hè xuống mức này để giảm thiểu nhiệt lượng hấp thụ vào không gian. (Ngược lại, trong những tháng lạnh hơn, lượng ánh sáng sẽ được tối đa hóa và làm ấm không gian). Các giếng trời đón nắng đã được lắp đặt để hỗ trợ nỗ lực này. Các tấm che nắng trong tương lai dọc theo mặt phía nam sẽ phản chiếu ánh sáng mặt trời lên trần nhà kính, cho phép phân bổ ánh sáng đều và che nắng cho phần kính phía dưới trong những tháng mùa hè. Vật liệu lợp mái bao gồm sự kết hợp giữa thảm thực vật và kim loại tái chế, giúp làm mát không gian bên trong, giảm thiểu hiệu ứng “đảo nhiệt”.

Ánh sáng và không khí

Ánh sáng ban ngày, thông gió tự nhiên và tầm nhìn được tạo ra thông qua kết hợp các loại cửa sổ mở được, cố định và cửa sổ có khả năng theo dõi quỹ hướng nắng. Cửa sổ có thể vận hành được bố trí tại mỗi không gian sử dụng, đảm bảo sức khỏe và tiện nghi cho khách, đồng thời là một phần của chiến lược sưởi ấm và làm mát thụ động cho tòa nhà.

Các loài thực vật trong hệ thống xử lý nước thải sinh học được thiết kế đặc biệt giúp loại bỏ carbon dioxide và các loại khí khác, đồng thời tạo ra oxy – cả trong nhà và ngoài trời. Cửa sổ tầng mái thông gió cho sảnh, phòng kỹ thuật và nhà vệ sinh. Bức xạ mặt trời làm nóng lớp không khí phía trên, sau đó lực đẩy tự nhiên tạo ra hiệu ứng “thông gió ống khói”, khiến không khí đẩy ra khỏi các cửa sổ mở và hút không khí tươi, mát mẻ hơn từ các cửa sổ phía dưới vào trong các không gian này.

Cửa sổ có thể vận hành được tích hợp vào mặt đứng phía nam cũng cho phép thông gió tự nhiên, hỗ trợ đẩy không khí nóng ra khỏi tòa nhà bằng cách dẫn luồng gió chủ đạo đã được làm mát khi di chuyển qua vùng đất ngập nước.

Tòa nhà và khu đất được tích hợp thành một hệ thống thống nhất. Cảnh quan tạo tạo nên vi khí hậu với với không khí trong lành và vẻ đẹp có lợi cho cư dân. Nước từ tòa nhà nuôi dưỡng cây xanh và các hệ thống sống khác của cảnh quan. Hai yếu tố này được kết nối trực quan nhờ độ trong suốt của từng không gian trong nhà.

Số liệu

Chiếu sáng ban ngày ở mức cho phép tắt đèn vào ban ngày: 98%

Vật liệu xây dựng

Sự thể hiện kiến ​​trúc của vật liệu là sự đơn giản và minh bạch, chịu ảnh hưởng bởi màu sắc và kết cấu của khu vực. Không hề có nỗ lực nào nhằm che giấu bản chất bên trong của vật liệu, mà thay vào đó là thể hiện vẻ đẹp độc đáo của nó. Như một biện pháp sư phạm và thực tiễn, việc hoàn thiện nội thất đã được giảm thiểu hoặc loại bỏ. Cách tiếp cận trung thực này đã giúp giảm năng lượng tổng thể của tòa nhà và giảm thiểu khả năng phát thải khí từ các vật liệu xây dựng khác nhau.

Cơ sở OCSL là một hình mẫu trong việc sử dụng vật liệu tái chế, chứng minh rằng bất kỳ công trình nào cũng có thể dễ dàng tận dụng nguồn vật liệu tái sử dụng. Các vật liệu tái chế được sử dụng trong dự án bao gồm gỗ xẻ, ván ép, cửa nội thất, tấm ốp gỗ sồi và vách ngăn nhà vệ sinh. (Vật liệu đến từ các nhà kho, trường học, tòa nhà văn phòng và các dự án khác). Tất cả gỗ được lắp đặt đều từ rừng được chứng nhận FSC hoặc từ nguồn tái chế, bao gồm cả mái gỗ dán và tấm ốp tường, được tận dụng từ sân khấu nhậm chức tổng thống năm 2009. Vật liệu cũng được tìm nguồn cung ứng để tránh các vật liệu nằm trong “Danh sách Đỏ” theo Hướng dẫn Thách thức Xây dựng Sống.

Trong quá trình xây dựng, 99% kim loại, bìa cứng, xốp cứng và gỗ vụn đã được tái chế. Toàn bộ rác thải thực phẩm được ủ thành phân hữu cơ, và 100% rác thải thủy tinh, giấy và bao bì nhựa đã được tái chế.

Chiến lược chủ động

Thiết kế và đổi mới

Trung tâm Sống Bền vững Omega (OCSL) là một công trình và địa điểm có mục đích rõ ràng, được thiết kế để làm sạch nước, trả lại nước sạch cho các hệ thống địa phương và giáo dục người dùng về quy trình. Đội ngũ thiết kế đã lựa chọn công nghệ hệ thống xử lý nước thải sinh học được thiết kế để làm sạch nước bằng đất, cây xanh và ánh sáng mặt trời. Toàn bộ tòa nhà và quy trình xử lý nước sử dụng năng lượng tái tạo được khai thác tại chỗ, đạt được hệ thống năng lượng ròng bằng không. Để đạt được mục tiêu này, cơ sở phải không có chất thải (thể tích, vật liệu, năng lượng), được tổ chức và điều chỉnh cẩn thận để khai thác năng lượng mặt trời cho mục đích sưởi ấm và chiếu sáng thụ động, sử dụng toàn bộ khối lượng cho mục đích tạo sự thoải mái về nhiệt. Sự đơn giản và thanh lịch của thiết kế kết quả rất phù hợp với mục đích của nó.

Việc tạo ra một môi trường nội thất tiện nghi cho con người, vừa là điều kiện thuận lợi cho cây trồng là yếu tố then chốt. Kết quả là sự cân bằng tinh tế giữa các hệ thống tiện nghi thụ động (ánh sáng ban ngày, sưởi ấm thụ động bằng năng lượng mặt trời, thông gió tự nhiên) và cơ học (địa nhiệt, quạt, đèn điện). Các loài cây trồng trong các hồ nước bên trong đòi hỏi mức năng lượng mặt trời rất chính xác ở cả hướng nam và hướng Bắc, vì vậy mặt cắt công trình, cửa sổ và giếng trời đã được thiết kế một cách đồng bộ, vừa đáp ứng những nhu cầu đó, vừa mang lại trải nghiệm đáng nhớ cho con người.

Thiết kế khu vực/ cộng đồng

Nước là một vấn đề cấp thiết đối với khu vực. Khuôn viên Omega nằm cạnh Hồ Long, một phần của hệ thống nhánh sông Hudson. Mọi hệ thống nước đều đang phải đối mặt với những thách thức do hoạt động của con người gây ra. Các vấn đề của sông Hudson đã được ghi nhận đầy đủ và nhiều hành động đang được tiến hành để cải thiện dòng sông và các hệ thống của nó. Do nằm gần khu dân cư xung quanh Thành phố New York, sông Hudson là một trong những nguồn nước ngọt quan trọng nhất hành tinh. Các khu vực lân cận xung quanh Hồ Long, bao gồm cả Omega trước khi xây dựng OCSL, đang gây ra sự xuống cấp của hồ – từ nước thải nông nghiệp, hóa chất cảnh quan, hệ thống tự hoại và các vấn đề về nước đô thị.

Omega hình dung dự án OCSL là một phương tiện để tư duy toàn cầu và hành động tại địa phương. Điều này bắt đầu với quyết định dọn dẹp và xây dựng trên bãi rác cũ để đảm bảo rằng tình trạng rò rỉ hoặc các mối đe dọa khác đối với tầng chứa nước sẽ chấm dứt. Phương pháp tiếp cận hệ thống tự nhiên sáng tạo bằng cách thu hồi nước và trả lại nước sạch cho lưu vực địa phương là một giải pháp trực tiếp nhằm giảm thiểu lượng nước tiêu thụ của mỗi cá nhân khi đến thăm khuôn viên trường, cải thiện tầng chứa nước và Hồ Long tại địa phương, đồng thời tạo ra những tác động tích cực tương tự đến nguồn cung cấp nước trong khu vực và toàn cầu.

Số liệu

Tỷ lệ ước tính cư dân sử dụng phương tiện giao thông công cộng, đi xe đạp hoặc đi bộ: 60%

Chu trình nước

Nguồn nước được cung cấp trực tiếp từ nước ngầm thông qua các giếng khoan trong khuôn viên trường. Trước khi xây dựng, nước được lấy từ giếng, sử dụng cho nhiều hoạt động của con người, sau đó được dẫn đến hệ thống tự hoại/ thấm lọc. Hệ thống xử lý nước thải sinh học được thiết kế mới hiện nay trả lại chất lượng nước cao hơn cho đất bằng cách sử dụng các hệ thống tự nhiên, coi chất thải của chúng ta là thức ăn. Các hồ sục khí, một thành phần của hệ thống, được trưng bày để mọi người chiêm ngưỡng, vận chuyển nước thải qua quá trình tái chế. Cuối cùng, nước có thể được sử dụng để đáp ứng nhu cầu của tòa nhà.

Đối với mục đích sử dụng nước uống, nước giếng vẫn được lấy từ lòng đất. Đối với việc xả bồn cầu, nước mưa được thu gom từ mái nhà. Các thiết bị ống nước lưu lượng thấp đã được lắp đặt để giảm thiểu lượng nước tiêu thụ, bao gồm cả bồn tiểu không dùng nước trong nhà vệ sinh nam. Đối với tất cả các mục đích sử dụng nước khác trong khuôn viên trường, nước sinh hoạt và nước thải được đưa đến các hồ xử lý nước thải và các vùng đất ngập nước nhân tạo để lọc. Vào cuối chu trình sử dụng các hệ thống tự nhiên này, nước sạch hơn sẽ được đưa trở lại nguồn nước ngầm và hồ.

Số liệu

Tỷ lệ phần trăm giảm lượng nước uống được quản lý: 100%

Chu trình năng lượng và tương lai năng lượng

Để đạt được mục tiêu năng lượng ròng bằng không (Net Zero Energy), cần một thiết kế loại bỏ chất thải và tối đa hóa việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Tòa nhà được thiết kế nhỏ gọn, có chủ đích sao cho tận dụng triệt để ánh sáng ban ngày, hệ thống sưởi ấm thụ động và gió mát nhằm giảm nhu cầu năng lượng.

Khối nhiệt cách nhiệt của tòa nhà và khối nhiệt của nước (12.78°C) lưu thông trong chu trình xử lý đóng vai trò quan trọng trong việc giảm tải cho hệ thống cơ khí. Vào mùa hè, nước mát trong phòng thí nghiệm vừa có tác dụng làm mát vừa làm khô không khí nóng ẩm đi vào tòa nhà. Các giếng địa nhiệt và máy bơm nhiệt hiệu quả được sử dụng để cung cấp nhiệt cho toàn bộ không gian. Hệ thống làm mát được cung cấp riêng cho lớp học.

Ánh sáng mặt trời là nguồn sáng chính. Khối kiến trúc của tòa nhà được thiết kế để tận dụng ánh sáng mặt trời qua cửa sổ, giếng trời và các thiết bị che nắng để tạo ra ánh sáng phù hợp, thoải mái mà không ảnh hưởng xấu đến nhiệt độ không khí. Hệ thống chiếu sáng điện hiệu suất cao và được kiểm soát để chỉ sử dụng khi điều kiện yêu cầu ánh sáng bổ sung.

Các tấm pin quang điện tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tòa nhà sử dụng hàng năm, khiến OCSL trở thành tòa nhà năng lượng ròng bằng không. Năng lượng dư thừa được bán cho công ty điện lực địa phương. Vào buổi tối và một số thời điểm mùa đông, điện được cung cấp bởi công ty điện lực.

Số liệu

Tổng pEUI: 13 kBtu/sf/năm

PEUI ròng: -8 kBtu/sf/năm

Tính bền vững lâu dài và tính thích ứng

Mặc dù mục đích chính của tòa nhà và khu đất là làm sạch nước, nhưng tầm nhìn rộng hơn của nó là trở thành một trung tâm học tập có thể thích ứng với các nhu cầu giáo dục trong tương lai: một nhà kính cung cấp hoa cho khuôn viên trường và một trung tâm nghiên cứu chuyên về hệ thống nước và sinh thái. Phòng học được thiết kế cho các lớp học hướng dẫn liên quan đến nước, yoga và các chương trình khác được cung cấp tại khuôn viên trường hiện tại và trong tương lai. Là một phòng thí nghiệm, tòa nhà và khuôn viên được thiết kế để áp dụng các công nghệ mới và nghiên cứu mới nổi. Cảnh quan được quy hoạch thành một phòng thí nghiệm nghiên cứu về thực vật bản địa và tái tạo nước. Để làm được những điều này, cơ sở phải bền vững và có tuổi thọ cao nhờ tất cả các hệ thống tòa nhà. Các vật liệu cần ít hoặc không cần bảo trì đã được sử dụng trong toàn bộ cơ sở do môi trường khắc nghiệt bên ngoài và bên trong (nhà kính).

Gắn liền với tầm nhìn dài hạn của dự án là cam kết đối với việc xử lý nước thải sinh thái và ứng dụng công nghệ năng lượng tái tạo. Mỗi phương pháp đều đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với các công nghệ truyền thống. Những khoản đầu tư chi phí ban đầu này sẽ góp phần mang lại tính bền vững cao hơn và tuổi thọ lâu dài hơn, không chỉ cho tòa nhà này mà còn cho Khuôn viên Omega và toàn bộ các cơ sở vật chất.