建筑物消耗大量能量–这是设计整个社区的回报的方式

建筑物消耗大量能量–这是设计整个社区的回报的方式 国家西部中心(National Western Center)的艺术家演出,该中心是丹佛正在建设的零净校园,可容纳多种活动。 丹佛市和县| 国家西部中心市长办公室, CC BY-ND

尽管冠状病毒大流行占据了最近的头条新闻,但气候变化 还没有消失。 许多专家呼吁“绿色”的经济复苏 将投资引导到 低碳能源和技术.

建筑物占 美国总能耗的40%,而工业为32%,运输为28%。 城市 雄心勃勃的气候行动计划正在努力将建筑部门的排放量减少到零。 这意味着最大程度地提高能源效率以减少建筑能耗,然后用无碳能源产生的电力满足剩余的能源需求。

我和我的同事们研究了最佳方法 快速减少建筑部门的碳排放。 近年来,建筑设计取得了巨大的进步。 零能耗净建筑越来越多地成为默认选择,这些建筑从可再生资源中产生现场所需的能源。 但是,为了加快向零碳排放的过渡,我相信美国必须考虑更大,并着重于设计或重建零能耗的整个社区。

在地区一级处理建筑物的能源使用可提供规模经济。 建筑师可以部署大型热泵和其他设备,以全天候的时间表为多个建筑物提供服务。 在步行社区中将房屋,工作场所,饭店,娱乐中心和其他服务汇集在一起​​的地区也大大减少了交通所需的能源。 我认为,这种不断发展的运动将在帮助美国和世界应对气候危机方面发挥越来越重要的作用。

 零能耗建筑产生足够的可再生能源,以抵消甚至超过其消耗的能源。

环境循环热和冷

采暖和制冷是建筑物中最大的能源用途。 区域设计策略可以更有效地解决这些负载。

有区域供暖 长期在欧洲使用,以及美国的一些大学和其他校园。 这些系统通常有一个中央工厂,燃烧天然气以加热水,然后将水循环到各个建筑物。

为了实现零碳排放,最新策略采用了称为 环境温度回路 同时高效地加热和冷却不同的建筑物。 这个概念最初是为不列颠哥伦比亚省的惠斯勒奥林匹克村开发的。

在典型的环境环路系统中,泵使水循环通过掩埋在霜冻线下方的非绝缘管网。 在这个深度,土壤温度接近该位置的年平均气温。 当水流过管道时,它会向该温度加热或冷却。

沿建筑物环路的各个建筑物或其他点处的热泵从环路中增加或吸收热量。 它们还可以在深层地热井和循环水之间传递热量。

回路还通过中央设备循环,使它保持在最佳温度范围内,以实现最大的热泵性能。 该工厂可以使用冷却塔或废水除去热量。 它可以通过可再生能源(例如太阳能集热器,可再生燃料或由可再生电力提供动力的热泵)来增加热量。

建筑物消耗大量能量–这是设计整个社区的回报的方式 不列颠哥伦比亚省惠斯勒奥运村环境循环系统的示意图。 整体组, CC BY-ND

废水利用

当前正在开发的潜在零能耗区的一个例子是 国家西部中心,是目前在丹佛正在建设的多用途校园,用于举办年度全国西部股票秀和其他针对粮食和农业的公共活动。

一条直径6英尺的管道输送城市的废水,然后将水输送到处理厂,然后穿过该建筑物穿过地下。 全年的水温保持在61至77华氏度的狭窄范围内。

废水管和热交换器将热量传递到周围区域中循环水的环境环路中,或从周围环路中传出热量。 该系统在冬天提供热量,并在夏天通过热回收冷却器吸收热量,这些冷却器是可以同时提供加热和冷却的热泵。 该策略以很高的效率为单个建筑物提供服务。

用于运行热泵,照明和其他设备的电力将来自现场光伏发电以及从场外进口的风能和太阳能发电。

奥斯丁的集成式低能耗房屋

另一个将碳排放降至最低的地区是 私语谷社区,正在德克萨斯州奥斯汀市建设。 这个2,000英亩的土地 多用途开发 包括7,500座全电气房屋,2万平方英尺的商业空间,两所学校和一个600英亩的公园。 它的设计已经收到了 绿色建筑奖.

私语谷将在一个集成的能源系统上运行,该能源系统包括一个广泛的环境环路网络,该网络由位于每个房屋的热泵和地热井进行加热和冷却。 每个房主都可以选择包括一个5千瓦的屋顶太阳能光伏阵列,以操作热泵和节能设备,包括热泵热水器和感应炉灶。 根据开发商的说法,Whisper Valley的规模经济使其平均售价比典型的奥斯丁房屋低50,000美元。

“这座老房子”的罗斯·特雷特维(Ross Trethewey)将于2018年参观德克萨斯州奥斯汀郊外低能耗的Whisper Valley开发项目。

零能耗社区的未来

美国国家可再生能源实验室,劳伦斯·伯克利国家实验室和其他项目合作伙伴正在开发一种名为“ 城市选择 该模型可模拟零能耗区域的元素,例如建筑效率/需求灵活性策略,屋顶光伏阵列,环境环路区域热力系统。 该软件可以集成到其他计算机模型中,以帮助设计零能耗社区。 NREL工程师一直在与全国各地的高性能区域项目(例如国家西部中心)合作,以帮助指导和指导URBANopt平台的开发。

我描述的项目是新建筑。 要在经济上在现有建筑物或社区中实现净零能耗更加困难,但是有很多方法可以做到这一点。 采用那些效率指标是有意义的。 最具成本效益的改造,将建筑物的供暖和制冷系统转换为电能,并通过太阳能光伏电池提供电能。

实用程序越来越多 使用时间费率表,这在高需求期间为用电收取更多费用。 新兴的家庭能源管理系统将允许房主在电价最低的时候给水加热,为家用电池和电动汽车充电以及运行其他电器。 无论我们是在谈论新建筑还是现有建筑,我都将以可再生能源为动力的可持续零能源社区视为应对气候变化危机的未来潮流。

关于作者

可再生与可持续能源研究所研究员,高级研究员Charles F. Kutscher 科罗拉多大学博尔德分校

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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