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Christoph Reinhart:将物理应用于节能建筑的设计

Kathryn M. O'Neill. · 2018年11月27日 · Mitei.

开发一个完美的节能建筑是相对容易的 - 如果您没有向建筑物的占用者提供任何控制他们的环境。由于没有人想要那种建筑,教授Christoph Reinhart.在寻找制造的方法时,他的职业生涯将重点放在寻找建筑物的过程中,同时保持用户的需求。

“在设计建筑物的这一点上,最大的不确定性来自用户行为,”Reinhart说,谁头可持续设计实验室在麻省理工学院的建筑部门。“一旦你了解热流,它是一个非常精确的科学,看看增加了多少热量或从空间中取出。”

Christoph Reinhart,建筑科技计划教授和麻省理工学院可持续设计实验室的负责人。照片:Kelley Travers,Mitei

Reinhart在物理学中培训,使架构成为架构,因为他想应用他学会的科学概念,使建筑物更加舒适和节能。今天,他在“夏令”(使用自然光线以照亮建筑内饰)和城市环境建设绩效分析中的工作中闻名。从90多个国家的建筑师和城市规划人员使用的实验室使用的设计工具。

可持续设计实验室的工作还制作了两家Spinfoff公司 - MapDwell,为安装太阳能电池板提供个性化的成本效益分析;和沉默物质,它提供了环境分析工具,如Diva-for-Rhino,一个高度优化的日光和能量建模软件组件。(Reinhart是Mapdwell的联合创始人和战略发展顾问,他是Solemma的首席执行官。)

通过这一切,物理学仍然是一个中央支撑。“我们的实验室发展的一切都是基于物理学,”Reinhart说,在加拿大温哥华的弗里堡,德国和西蒙弗雷泽大学的艾伯特LudwigsUniversität赢得了硕士学位。

通知设计

Reinhart表示,一场终身的环保人员表示,他在20世纪90年代初期,他被弗劳霍夫太阳能系统弗劳霍夫研究所的工作促进了学习架构,这在弗莱堡建立了一个完全自给自足的太阳能屋。

While finishing his master’s thesis, Reinhart says, he also read an article that suggested that features such as color can be more important than performance to architects choosing a solar system—an idea that drove him to find ways to empower architects to consider aesthetics and the environmental performance of their designs at the same time. He began this effort by investigating daylighting at the Technical University of Karlsruhe, Germany.

光从设计角度 - 建筑师谈论“用光绘画”的设计中非常重要 - 但也有明显的技术挑战,仪表,Reinhart Notes,如如何管理热量和眩光。

“你需要良好的天空模型,你需要很好的渲染工具来模拟光线。您还需要计算机科学使其更快 - 但这只是基础知识,“Reinhart说,并指出下一步是考虑人们如何感知和使用自然光。万博体育平台网页“这种真正细致的思维方式就是让日光如此有趣和有趣。”

例如,设计人员通常将建筑物与所有百叶窗打开。如果他们了解人们将百叶窗延伸90%的时万博体育平台网页间,他们可能会重新思考它,Reinhart说 - 因为“没有人想要这一点”。

REINHART团队于1998年开发的日光分析软件提供了这种信息。被称为时尚,现在已经在世界各地使用了建筑物和周围地区的年度日光可用性。

Reinhart还在日光上发表了一本教科书,夏令手册I:基本面和与太阳设计(2014)。第二卷,日光手册II:日光模拟和动态外墙,于2018年10月下旬发布。

“Daylighting was really my first way into architecture,” Reinhart says, noting that he thinks it’s wonderful that the field combines “rock solid science” like sky modeling with more subjective questions related to the users’ experience, such as: “When is sunlight a liability?” and “When does it add visual interest?”

教学和建议

在2001年从技术大学获得建筑学博士学位后,RENHART在加拿大的麦吉尔大学简要介绍,然后在哈佛大学设计学院设计的建筑副教授。2009年,学生论坛将着名为年度的教职员工。

2012年,他加入了麻省理工学院的教师,在那里他通常监督七个或八名研究生,包括大约三个工作的博士。通常,他还通过本科研究机会计划在他的实验室里工作。他说,在计算机科学中的几个主要是特别有帮助。“这真是太棒了学生可以实施的麻省理工学院。”

Reinhart也是一位教练,当然,尤其是在建筑物中教授4.401 / 4.464环境技术,专注于如何评估建筑物的能源效率。“没有什么比在像麻省理工学院一样的机构 - 而不是教这些概念,”没有什么比乐趣更有趣 - “他说。

麻省理工156manbetx.com学院能源倡议(MITEI)现在正致力于通过MITX在线提供,该课程预计将成为能源中计划毕业证书的一部分,据antje danielson.,Mitei的教育总监。s.1manbetx.com苹果版

城市规模建模

同时,Reinhart使他自己的研究缩放了在城市一级建模能源使用。2016年,他及其同事揭开了波士顿的能源模型,估计城市的每栋建筑的气体和电力需求 - 他的团队因评估了其他城市地区。

这项工作强调了他对计算能源使用程度的重要用户行为。“对于个人建筑物,您可以获得用户行为的感觉,但如果您想建模一个整个城市,那么问题爆炸在您身上,”Reinhart说,注意他的团队使用诸如贝叶斯校准等统计方法来确定可能的行为。

基本上,它们收集有关能源使用的数据,并培训计算机以识别不同的场景 - 例如不同数量的人和设备使用的能量。万博体育平台网页“我们在建筑物的样本中抛出800个用户行为,自从我们知道这些建筑物实际使用的能量有多少钱,我们只保留那些给我们提供正确的能源使用的行为模式,”Reinhart说,解释重复该过程产生曲线that indicates the buildings’ most likely uses. “We don’t know exactly where people are, but at the urban level, we get it right.”

Reinhart说,确定如何在这种广泛的规模上使用能源正在使用的能量提供了满足能源系统需求的关键信息。这就是为什么Reinhart目前正在使用Exelon Corporation是一个主要的国家能源提供者,评估芝加哥的能源使用。“我们可以说,让我们促进这些升级,并且非常保证这就是整个社区或特定变电站的能量负荷如何改变 - 这只是实用程序想要知道的,”他说。

食品,能源,水Nexus

最近,Reinhart还开始调查粮食生产更节能和可持续的方式。他的实验室正在开发一种能够估算食物产量,能源和水的使用的软件组件以及导致不同类型的城市农场的碳排放。

例如,水培集装箱养殖 - 一种在没有土壤的生长食物的系统,如运输集装箱 - 现在正在由一些城市的公司推广,包括波士顿。RENHART说,该系统通常使用比传统农业更多的电力比传统农业更多的电力,但能量使用可能会减少对运输需求的抵消。Reinhart的团队已经表明,葡萄牙里斯本的可用土地上的屋顶和集装箱养殖可以理论上符合城市的蔬菜需求。

这项工作探索了食物,能源和水之间的Nexus,只是重新努力在致力于将针头移动到可持续性的职业生涯中的下一个复杂程度。幸运的是,他的工作并不孤单;他已经向世界派遣了一系列年轻的学者,以研究类似的关切。

前几位研究生现在在大学工作,包括康奈尔,哈佛,锡拉丘兹和多伦多大学,雷格纳继续与他们合作。这就像有一个成长的家庭,雷恩·莱莱说,这两个父亲说。“学生永远不会离开。这就像孩子们。“


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