建築物消耗大量能量–這是設計整個社區的回報的方式

建築物消耗大量能量–這是設計整個社區的回報的方式 國家西部中心(National Western Center)的藝術家演出,該中心是丹佛正在建設的零淨校園,可容納多種活動。 丹佛市和縣| 國家西部中心市長辦公室, CC BY-ND

儘管冠狀病毒大流行佔據了最近的頭條新聞,但氣候變化 還沒有消失。 許多專家呼籲“綠色”的經濟復甦 將投資引導到 低碳能源和技術.

建築物佔 美國總能耗的40%,而工業為32%,運輸為28%。 美國城市 雄心勃勃的氣候行動計劃正在努力將建築部門的排放量減少到零。 這意味著最大程度地提高能源效率以減少建築能耗,然後用無碳能源產生的電力滿足剩餘的能源需求。

我和我的同事們研究了最佳方法 快速減少建築部門的碳排放。 近年來,建築設計取得了巨大的進步。 零能耗淨建築越來越多地成為默認選擇,這些建築從可再生資源中產生現場所需的能源。 但是,為了加快向零碳排放的過渡,我相信美國必須考慮更大,並著重於設計或重建零能耗的整個社區。

在地區一級處理建築物的能源使用可提供規模經濟。 建築師可以部署大型熱泵和其他設備,以全天候的時間表為多個建築物提供服務。 在步行社區中將房屋,工作場所,飯店,娛樂中心和其他服務匯集在一起的地區,也大大減少了交通所需的能源。 我認為,這種不斷發展的運動將在幫助美國和世界應對氣候危機方面發揮越來越重要的作用。

零能耗建築產生足夠的可再生能源,以抵消甚至超過其消耗的能源。

環境循環熱和冷

采暖和製冷是建築物中最大的能源用途。 區域設計策略可以更有效地解決這些負載。

有區域供暖 長期在歐洲使用,以及美國的一些大學和其他校園。 這些系統通常有一個中央工廠,燃燒天然氣以加熱水,然後將水循環到各個建築物。

為了實現零碳排放,最新策略採用了稱為 環境溫度迴路 同時高效地加熱和冷卻不同的建築物。 這個概念最初是為不列顛哥倫比亞省的惠斯勒奧林匹克村開發的。

在典型的環境環路系統中,泵使水循環通過掩埋在霜凍線下方的非絕緣管網。 在這個深度,土壤溫度接近該位置的年平均氣溫。 當水流過管道時,它會向該溫度加熱或冷卻。

沿建築物環路的各個建築物或其他點處的熱泵從環路中增加或吸收熱量。 它們還可以在深層地熱井和循環水之間傳遞熱量。

迴路還通過中央設備循環,使它保持在最佳溫度範圍內,以實現最大的熱泵性能。 該工廠可以使用冷卻塔或廢水除去熱量。 它可以通過可再生能源(例如太陽能集熱器,可再生燃料或由可再生電力提供動力的熱泵)來增加熱量。

建築物消耗大量能量–這是設計整個社區的回報的方式 不列顛哥倫比亞省惠斯勒奧運村環境循環系統的示意圖。 整體組, CC BY-ND

廢水利用

當前正在開發的潛在零能耗區的一個例子是 國家西部中心,是目前在丹佛正在建設的多用途校園,用於舉辦年度全國西部股票秀和其他針對糧食和農業的公共活動。

一條直徑6英尺的管道輸送城市的廢水,然後將水輸送到處理廠,然後穿過該建築物穿過地下。 全年的水溫保持在61至77華氏度的狹窄範圍內。

廢水管和熱交換器將熱量傳遞到周圍區域中循環水的環境環路中,或從周圍環路中傳出熱量。 該系統在冬天提供熱量,並在夏天通過熱回收冷卻器吸收熱量,這些冷卻器是可以同時提供加熱和冷卻的熱泵。 該策略以很高的效率為單個建築物提供服務。

用於運行熱泵,照明和其他設備的電力將來自現場光伏發電以及從場外進口的風能和太陽能發電。

奧斯丁的集成式低能耗房屋

另一個將碳排放降至最低的地區是 私語谷社區,正在德克薩斯州奧斯汀市建設。 這個2,000英畝的土地 多用途開發 包括7,500座全電氣房屋,2萬平方英尺的商業空間,兩所學校和一個600英畝的公園。 它的設計已經收到了 綠色建築獎.

私語谷將在一個集成的能源系統上運行,該能源系統包括一個廣泛的環境環路網絡,該網絡由位於每個房屋的熱泵和地熱井進行加熱和冷卻。 每個房主都可以選擇包括一個5千瓦的屋頂太陽能光伏陣列,以操作熱泵和節能設備,包括熱泵熱水器和感應爐灶。 根據開發商的說法,Whisper Valley的規模經濟使其平均售價比典型的奧斯丁房屋低50,000美元。

“這座老房子”的羅斯·特雷特維(Ross Trethewey)將於2018年參觀德克薩斯州奧斯汀郊外低能耗的Whisper Valley開發項目。

零能耗社區的未來

美國國家可再生能源實驗室,勞倫斯·伯克利國家實驗室和其他項目合作夥伴正在開發一種名為“ 城市選擇 該模型可模擬零能耗區域的元素,例如建築效率/需求靈活性策略,屋頂光伏陣列,環境環路區域熱力系統。 該軟件可以集成到其他計算機模型中,以幫助設計零能耗社區。 NREL工程師一直在與全國各地的高性能區域項目(例如國家西部中心)合作,以幫助指導和指導URBANopt平台的開發。

我描述的項目是新建築。 要在經濟上在現有建築物或社區中實現淨零能耗更加困難,但是有很多方法可以做到這一點。 採用那些效率指標是有意義的。 最具成本效益的改造,將建築物的供暖和製冷系統轉換為電能,並通過太陽能光伏電池提供電能。

實用程序越來越多 使用時間費率表,這在高需求期間為用電收取更多費用。 新興的家庭能源管理系統將允許房主在電價最低的時候給水加熱,為家用電池和電動汽車充電以及運行其他電器。 無論我們是在談論新建築還是現有建築,我都將以可再生能源為動力的可持續零能源社區視為應對氣候變化危機的未來潮流。

關於作者

可再生能源與可持續能源研究所研究員,高級研究員Charles F. Kutscher 科羅拉多大學博爾德分校

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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