Gebäude verbrauchen viel Energie - So gestalten Sie ganze Communities, die so viel zurückgeben, wie sie brauchen

Gebäude verbrauchen viel Energie - So gestalten Sie ganze Communities, die so viel zurückgeben, wie sie brauchen Künstlerische Darstellung des National Western Center, eines im Bau befindlichen Netto-Null-Campus in Denver für mehrere Aktivitäten. Stadt und Landkreis Denver | Bürgermeisteramt des National Western Center, CC BY-ND

Obwohl die Coronavirus-Pandemie die jüngsten Schlagzeilen dominiert hat, ist der Klimawandel ist nicht weggegangen. Viele Experten fordern eine „grüne “wirtschaftliche Erholung das lenkt Investitionen in kohlenstoffarme Energiequellen und Technologien.

Gebäude machen aus 40% des gesamten Energieverbrauchs in den USAim Vergleich zu 32% für die Industrie und 28% für den Transport. Staaten und Städte Mit ehrgeizigen Klimaschutzplänen wird daran gearbeitet, die Emissionen aus dem Bausektor auf Null zu senken. Dies bedeutet, die Energieeffizienz zu maximieren, um den Energieverbrauch von Gebäuden zu reduzieren, und dann den verbleibenden Energiebedarf mit Strom aus kohlenstofffreien Quellen zu versorgen.

Meine Kollegen und ich lernen die besten Wege dazu rasche Reduzierung der COXNUMX-Emissionen aus dem Bausektor. In den letzten Jahren haben sich die Konstruktionsentwürfe dramatisch weiterentwickelt. Netto-Nullenergiegebäude, die die Energie, die sie vor Ort benötigen, aus erneuerbaren Quellen produzieren, sind zunehmend die Standardwahl. Aber um den Übergang zu COXNUMX-freien Emissionen zu beschleunigen, müssen die Vereinigten Staaten meiner Meinung nach größer denken und sich darauf konzentrieren, ganze Gemeinden ohne Energie zu entwerfen oder neu zu entwickeln.

Die Bekämpfung des Energieverbrauchs in Gebäuden auf Bezirksebene führt zu Skaleneffekten. Architekten können große Wärmepumpen und andere Geräte einsetzen, um mehrere Gebäude nach einem gestaffelten Zeitplan über den Tag hinweg zu versorgen. Bezirke, die Häuser, Arbeitsstätten, Restaurants, Erholungszentren und andere Dienstleistungen in begehbaren Gemeinden zusammenbringen, reduzieren auch den Energiebedarf für den Transport erheblich. Meiner Ansicht nach wird diese wachsende Bewegung eine immer wichtigere Rolle spielen, um den USA und der Welt bei der Bewältigung der Klimakrise zu helfen.

 Nullenergiegebäude produzieren genug erneuerbare Energie, um den Energieverbrauch auszugleichen oder sogar zu übertreffen.

Umgebungsschleifen heizen und kühlen

Heizen und Kühlen sind der größte Energieverbrauch in Gebäuden. Distriktdesignstrategien können diese Belastungen effizienter angehen.

Fernwärme hat seit langem in Europa verwendetsowie an einigen US-Colleges und anderen Standorten. Diese Systeme verfügen normalerweise über eine zentrale Anlage, die Erdgas verbrennt, um Wasser zu erhitzen, das dann zu den verschiedenen Gebäuden geleitet wird.

Um eine COXNUMX-freie Emission zu erreichen, verwendet die neueste Strategie ein Design, das als Umgebungstemperaturschleife Das heizt und kühlt gleichzeitig und effizient verschiedene Gebäude. Dieses Konzept wurde erstmals für das Whistler Olympic Village in British Columbia entwickelt.

In einem typischen Umgebungskreislaufsystem zirkuliert eine Pumpe Wasser durch ein nicht isoliertes Rohrnetz, das unterhalb der Frostgrenze vergraben ist. In dieser Tiefe liegt die Bodentemperatur nahe der jährlichen durchschnittlichen Lufttemperatur für diesen Standort. Wenn sich Wasser durch das Rohr bewegt, erwärmt es sich oder kühlt sich auf diese Temperatur ab.

Wärmepumpen an einzelnen Gebäuden oder anderen Punkten entlang des Umgebungskreislaufs fügen dem Kreislauf Wärme hinzu oder entziehen sie ihm. Sie können auch Wärme zwischen tiefen geothermischen Brunnen und dem zirkulierenden Wasser transportieren.

Der Kreislauf zirkuliert auch durch eine zentrale Anlage, die ihn in einem optimalen Temperaturbereich für maximale Wärmepumpenleistung hält. Die Anlage kann Kühltürme oder Abwasser verwenden, um Wärme abzuleiten. Es kann Wärme über erneuerbare Quellen wie Solarthermiekollektoren, erneuerbare Brennstoffe oder Wärmepumpen, die mit erneuerbarem Strom betrieben werden, hinzufügen.

Gebäude verbrauchen viel Energie - So gestalten Sie ganze Communities, die so viel zurückgeben, wie sie brauchen Schema des Umgebungsschleifensystems für das Whistler Olympic Village in British Columbia. Integrale Gruppe, CC BY-ND

Abwasser nutzen

Ein Beispiel für ein potenziell Null-Energie-Viertel, das derzeit entwickelt wird, ist das Nationales westliches Zentrumist ein Mehrzweckcampus in Denver, der derzeit im Bau ist und die jährliche National Western Stock Show und andere öffentliche Veranstaltungen mit Schwerpunkt auf Ernährung und Landwirtschaft beherbergt.

Ein Rohr mit einem Durchmesser von 6 Fuß, das das Abwasser der Stadt führt, verläuft unterirdisch durch das Grundstück, bevor das Wasser an eine Kläranlage geliefert wird. Die Wassertemperatur bleibt das ganze Jahr über in einem engen Bereich von 61 bis 77 Grad Fahrenheit.

Die Abwasserleitung und ein Wärmetauscher übertragen Wärme zu und von einem Umgebungskreislauf, in dem Wasser im gesamten Distrikt zirkuliert. Das System liefert Wärme im Winter und absorbiert Wärme im Sommer über Wärmerückgewinnungskältemaschinen, bei denen es sich um Wärmepumpen handelt, die gleichzeitig für Heizung und Kühlung sorgen können. Diese Strategie dient einzelnen Gebäuden mit sehr hoher Effizienz.

Der für den Betrieb der Wärmepumpen, der Beleuchtung und anderer Geräte verwendete Strom wird aus der Photovoltaik vor Ort sowie aus Wind- und Solarstrom stammen, der von außerhalb des Standorts importiert wird.

Integriertes Niedrigenergiehaus in Austin

Ein weiterer Bezirk, der die COXNUMX-Emissionen minimiert, ist der Whisper Valley-Gemeinde, im Bau in Austin, Texas. Diese 2,000 Hektar Mehrzweckentwicklung Dazu gehören 7,500 vollelektrische Häuser, 2 Millionen Quadratmeter Gewerbefläche, zwei Schulen und ein 600 Hektar großer Park. Sein Design hat bereits eine erhalten Green Building Award.

Whisper Valley wird mit einem integrierten Energiesystem betrieben, das ein umfangreiches Umgebungsnetz umfasst, das von Wärmepumpen und geothermischen Brunnen in jedem Haus beheizt und gekühlt wird. Jeder Hausbesitzer hat die Möglichkeit, eine 5-Kilowatt-Solar-Photovoltaikanlage auf dem Dach einzubauen, um die Wärmepumpe und energieeffiziente Geräte, einschließlich Wärmepumpen-Warmwasserbereiter und induktive Kochfelder, zu betreiben. Laut dem Entwickler ermöglicht die Skaleneffizienz von Whisper Valley einen mittleren Verkaufspreis von 50,000 US-Dollar unter dem von typischen Häusern in Austin.

Ross Trethewey von „This Old House“ besucht 2018 die energiesparende Whisper Valley-Siedlung außerhalb von Austin, Texas.

Die Zukunft der Nullenergiegemeinschaften

Das National Renewable Energy Laboratory, das Lawrence Berkeley National Laboratory und andere Projektpartner entwickeln ein Open-Source-Softwareentwicklungskit namens URBANopt Das modelliert Elemente von Null-Energie-Bezirken, wie z. B. Strategien für Gebäudeeffizienz / Bedarfsflexibilität, Photovoltaik-Arrays auf dem Dach und thermische Systeme für Umgebungsschleifen. Die Software kann in andere Computermodelle integriert werden, um das Design von Nullenergiegemeinschaften zu unterstützen. NREL-Ingenieure haben sich mit Hochleistungs-Distriktprojekten im ganzen Land wie dem National Western Center befasst, um die Entwicklung der URBANopt-Plattform zu informieren und zu steuern.

Die Projekte, die ich beschrieben habe, sind Neubauten. Es ist schwieriger, in bestehenden Gebäuden oder Gemeinden wirtschaftlich Netto-Nullenergie zu erreichen, aber es gibt Möglichkeiten, dies zu tun. Es ist sinnvoll, die Effizienzmaßnahmen anzuwenden, die die am kostengünstigsten nachzurüsten, Gebäudeheizungs- und -kühlsysteme in Strom umwandeln und den Strom mit Solarphotovoltaik versorgen.

Versorgungsunternehmen bieten zunehmend Zeitpläne für die Nutzungsdauer, die in Zeiten hoher Nachfrage mehr für den Stromverbrauch verlangen. Mit den neuen Energiemanagementsystemen für Privathaushalte können Hausbesitzer Wasser erwärmen, Haushaltsbatterien und Elektrofahrzeuge aufladen und andere Geräte zu Zeiten betreiben, in denen die Strompreise am niedrigsten sind. Unabhängig davon, ob es sich um neue oder bestehende Gebäude handelt, sehe ich nachhaltige Nullenergiegemeinschaften, die mit erneuerbaren Energien betrieben werden, als die Welle der Zukunft bei der Bewältigung der Klimakrise.

Über den Autor

Charles F. Kutscher, Fellow und Senior Research Associate, Institut für erneuerbare und nachhaltige Energie, University of Colorado Boulder

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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