建物は多くのエネルギーを消費します–必要なだけ還元するコミュニティ全体を設計する方法は次のとおりです

建物は多くのエネルギーを消費します–必要なだけ還元するコミュニティ全体を設計する方法は次のとおりです 複数のアクティビティを収容するためにデンバーで建設中のネットゼロキャンパスであるNational Western Centerのアーティストによる表現。 デンバーの市と郡| 国立西部センターの市長室, BY-ND CC

コロナウイルスのパンデミックは最近の見出しを支配していますが、気候変動 消えていない。 多くの専門家が「グリーン」経済回復 への投資を指示する 低炭素エネルギー源と技術.

建物は 米国の総エネルギー消費量の40%と比較して、産業では32%、輸送では28%です。 米国都市 野心的な気候行動計画により、建築部門からの排出量をゼロにするために取り組んでいます。 これは、建物のエネルギー使用量を削減するためにエネルギー効率を最大化し、それから残りのエネルギー需要に無炭素源によって生成された電力を供給することを意味します。

私の同僚と私は、 建築部門からの炭素排出を急速に削減する。 近年、建設設計は劇的に進歩しました。 現場で必要なエネルギーを再生可能資源から生み出す正味ゼロエネルギーの建物は、ますますデフォルトの選択肢になっています。 しかし、炭素排出量ゼロへの移行を加速するには、米国はより大きな考えを持ち、ゼロエネルギーであるコミュニティ全体の設計または再開発に焦点を当てる必要があると思います。

地区レベルの建物でのエネルギー使用への取り組みは、規模の経済をもたらします。 建築家は、大規模なヒートポンプやその他の機器を配備して、XNUMX日を通して時間をずらして複数の建物にサービスを提供できます。 家、職場、レストラン、レクリエーションセンター、その他のサービスを徒歩圏内のコミュニティにまとめる地区も、輸送に必要なエネルギーを大幅に削減します。 私の見解では、この成長する動きは、米国と世界が気候危機に対処するのを助ける上でますます重要な役割を果たすでしょう。

ゼロエネルギーの建物は、消費するエネルギーを相殺したり、それを超えるのに十分な再生可能エネルギーを生成します。

アンビエントループの熱と冷却

暖房と冷房は建物の最大のエネルギー使用です。 地区設計戦略は、これらの負荷にさらに効率的に対処できます。

地域暖房は ヨーロッパで長い間使用されていました、および一部の米国の大学や他のキャンパスで。 これらのシステムには、通常、天然ガスを燃焼して水を加熱する中央プラントがあり、その後、さまざまな建物に循環されます。

炭素排出量ゼロを達成するために、最新の戦略では、 周囲温度ループ 異なる建物を同時に効率的に加熱および冷却します。 このコンセプトは、ブリティッシュコロンビアのウィスラーオリンピックビレッジのために最初に開発されました。

典型的なアンビエントループシステムでは、フロストラインの下に埋め込まれた断熱されていないパイプネットワークを通じてポンプが水を循環させます。 この深さでは、土壌温度はその場所の年間平均気温に近くなります。 水がパイプ内を移動すると、この温度に向かって温まるか冷えます。

個々の建物またはアンビエントループに沿った他のポイントのヒートポンプは、ループから熱を追加または抽出します。 彼らはまた、深い地熱井と循環水の間で熱を移動させることができます。

また、ループは中央プラントを循環し、ヒートポンプの性能を最大化するために最適な温度範囲に維持します。 プラントは、冷却塔または廃水を使用して熱を除去できます。 太陽熱コレクター、再生可能燃料、再生可能電力を動力とするヒートポンプなどの再生可能エネルギー源を介して熱を加えることができます。

建物は多くのエネルギーを消費します–必要なだけ還元するコミュニティ全体を設計する方法は次のとおりです ブリティッシュコロンビア州のウィスラーオリンピックビレッジのアンビエントループシステムの概略図。 統合グループ, BY-ND CC

廃水を利用する

現在開発中の潜在的にゼロエネルギーの地区の一例である、 国立西部センターは、デンバーで現在建設中の多目的キャンパスで、毎年開催されるNational Western Stock Showや、食料と農業に焦点を当てたその他の公開イベントを開催しています。

市の廃水を運ぶ直径6フィートのパイプが、処理施設に水を送る前に、敷地内を地下に通っています。 水温は、年間を通じて、華氏61度から77度の狭い範囲にとどまります。

廃水パイプと熱交換器は、地区全体に循環水を循環する周囲ループとの間で熱を伝達します。 このシステムは、冬には熱を提供し、夏には熱回収チラーを介して熱を吸収します。熱回収チラーは、加熱と冷却を同時に提供できるヒートポンプです。 この戦略は、非常に高い効率で個々の建物に役立ちます。

ヒートポンプ、照明、その他の機器の操作に使用される電力は、オンサイトの太陽光発電と、オフサイトから輸入された風力および太陽光発電から供給されます。

オースティンの統合低エネルギー住宅

二酸化炭素排出量を最小限に抑えるもうXNUMXつの地区は、 ウィスパーバレーコミュニティ、テキサス州オースティンで建設中。 この2,000エーカー マルチユース開発 7,500の全電気住宅、2万平方フィートの商業スペース、600つの学校、XNUMXエーカーの公園が含まれます。 そのデザインはすでに受け取っています グリーンビルディング賞.

ウィスパーバレーは、各家屋に設置されたヒートポンプと地熱井によって加熱および冷却される広範なアンビエントループネットワークを含む統合エネルギーシステムで稼働します。 各住宅所有者は、ヒートポンプ、およびヒートポンプ給湯器や誘導式コンロなどのエネルギー効率の高い機器を操作するために、5キロワットの屋上太陽光発電アレイを含めるオプションがあります。 開発者によると、ウィスパーバレーの規模の経済により、通常のオースティンの住宅よりも50,000万ドル低い販売価格の中央値が可能になります。

「This Old House」のロストレザイは、2018年にテキサス州オースティン郊外の低エネルギーのウィスパーバレー開発を訪れます。

エネルギーゼロのコミュニティの未来

国立再生可能エネルギー研究所、ローレンスバークレー国立研究所、およびその他のプロジェクトパートナーは、 URBANopt 建築効率/需要の柔軟性戦略、屋上太陽光発電アレイ、アンビエントループ地区熱システムなど、ゼロエネルギー地区の要素をモデル化します。 ソフトウェアは他のコンピューターモデルに統合して、ゼロエネルギーコミュニティの設計に役立てることができます。 NRELのエンジニアは、URBANoptプラットフォームの開発についての情報提供とガイドを支援するために、National Western Centerなど、全国の高性能地区プロジェクトに取り組んでいます。

私が説明したプロジェクトは新しい建設です。 既存の建物やコミュニティでネットゼロエネルギーを経済的に達成することは困難ですが、それを行う方法があります。 であるこれらの効率測定を適用することは理にかなっています 後付けに最も費用対効果が高い、建物の冷暖房システムを電気に変換し、太陽光発電で電気を供給します。

ユーティリティはますます提供しています 使用時間率のスケジュールは、需要の高い期間に電力使用量を増やすために課金します。 新興の家庭用エネルギー管理システムにより、住宅所有者は、電気料金が最も安いときに、水を温めたり、家庭用バッテリーや電気自動車を充電したり、他の電化製品を動かしたりできるようになります。 新しい建物でも既存の建物でも、気候変動の危機に対処する際の再生可能エネルギーを活用した持続可能なゼロエネルギーコミュニティは未来の波だと思います。

著者について

Charles F. Kutscher、Fellow and Senior Research Associate、Renewable&Sustainable Energy Institute、 コロラド大学ボールダー校

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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