Hoewel de pandemie van het coronavirus de recente krantenkoppen heeft gedomineerd, klimaatverandering is niet verdwenen. Veel experts pleiten voor een "groen" economisch herstel dat investeringen in koolstofarme energiebronnen en -technologieën stuurt.

Gebouwen zijn goed voor 40% van het totale energieverbruik in de VS, vergeleken met 32% voor de industrie en 28% voor het transport. Staten en steden met ambitieuze klimaatactieplannen werken eraan om de uitstoot van de bouwsector tot nul terug te brengen. Dit betekent het maximaliseren van de energie-efficiëntie om het energieverbruik van gebouwen te verminderen, en vervolgens de resterende energiebehoefte te voorzien van elektriciteit opgewekt uit koolstofvrije bronnen.

Mijn collega's en ik bestuderen de beste manieren om de CO2-uitstoot van de bouwsector snel te verminderen. In recente jaren, constructieontwerpen zijn enorm gevorderd. Net nul energie gebouwen, die de energie die ze nodig hebben ter plaatse uit hernieuwbare bronnen produceren, zijn steeds vaker de standaardkeuze. Maar om de overgang naar nul koolstofemissies te versnellen, Ik geloof dat de Verenigde Staten groter moeten denken en zich moeten concentreren op het ontwerpen of herontwikkelen van hele gemeenschappen die energieneutraal zijn.

Het aanpakken van het energieverbruik in gebouwen op wijkniveau levert schaalvoordelen op. Architecten kunnen grote warmtepompen en andere apparatuur inzetten om meerdere gebouwen op een gespreid schema over de dag te bedienen. Wijken die huizen brengen, werkplekken, restaurants, recreatiecentra en andere diensten samen in beloopbare gemeenschappen verminderen ook aanzienlijk de energie die nodig is voor transport. Volgens mij, deze groeiende beweging zal een steeds belangrijkere rol spelen bij het helpen van de VS en de wereld bij het aanpakken van de klimaatcrisis.

Omgevingslussen verwarmen en koelen

Verwarming en koeling zijn het grootste energieverbruik in gebouwen. Districtsontwerpstrategieën kunnen deze belastingen efficiënter aanpakken.

Stadsverwarming wordt al lang gebruikt in Europa, evenals op sommige Amerikaanse universiteiten en andere campussen. Deze systemen hebben meestal een centrale installatie die aardgas verbrandt om water te verwarmen, die vervolgens wordt verspreid naar de verschillende gebouwen.

Om nul CO2-uitstoot te bereiken, de nieuwste strategie maakt gebruik van een ontwerp dat bekend staat als een omgevingstemperatuurlus die gelijktijdig en efficiënt verschillende gebouwen verwarmt en koelt. Dit concept werd voor het eerst ontwikkeld voor het Whistler Olympic Village in British Columbia.

In een typisch ambient loop-systeem, een pomp circuleert water door een ongeïsoleerd leidingnetwerk begraven onder de vorstlijn. Op deze diepte, de bodemtemperatuur ligt in de buurt van de jaargemiddelde luchttemperatuur voor die locatie. Terwijl het water door de leiding stroomt, het verwarmt of koelt af naar deze temperatuur.

Warmtepompen in individuele gebouwen of andere punten langs de omgevingslus voegen warmte toe aan of onttrekken aan de lus. Ze kunnen ook warmte verplaatsen tussen diepe geothermische putten en het circulerende water.

De lus circuleert ook door een centrale installatie die hem in een optimaal temperatuurbereik houdt voor maximale prestaties van de warmtepomp. De installatie kan koeltorens of afvalwater gebruiken om warmte af te voeren. Het kan warmte toevoegen via hernieuwbare bronnen, zoals thermische zonnecollectoren, hernieuwbare brandstof of warmtepompen aangedreven door hernieuwbare elektriciteit.

Afvalwater gebruiken

Eén spraakmakend netto nul-energieproject, het Nationaal Westelijk Centrum, is een multifunctionele campus die momenteel in aanbouw is in Denver om de jaarlijkse National Western Stock Show en andere openbare evenementen gericht op voedsel en landbouw te huisvesten.

Een pijp met een diameter van 6 voet die het afvalwater van de stad vervoert, loopt ondergronds door het pand voordat het water naar een zuiveringsinstallatie wordt gebracht. De watertemperatuur blijft het hele jaar door binnen een smal bereik van 61 tot 77 graden F.

De afvalwaterleiding en een warmtewisselaar dragen warmte over van en naar een omgevingslus die water door de wijk laat circuleren. Het systeem levert warmte in de winter en absorbeert warmte in de zomer via warmteterugwinningskoelmachines, dat zijn warmtepompen die tegelijkertijd voor verwarming en koeling kunnen zorgen. Deze strategie bedient individuele gebouwen met een zeer hoog rendement.

Elektriciteit gebruikt om de warmtepompen te laten werken, verlichting en andere apparatuur is afkomstig van fotovoltaïsche installaties ter plaatse en door wind en zonne-energie opgewekte elektriciteit die van elders wordt geïmporteerd.

Geïntegreerde energiezuinige woningen in Austin

Een ander district dat de CO2-uitstoot zal minimaliseren, is de Whisper Valley Community, in aanbouw in Austin, Texas. deze 2, De multifunctionele ontwikkeling van 000 hectare omvat 7, 500 volledig elektrische huizen, 2 miljoen vierkante meter commerciële ruimte, twee scholen, en een park van 600 hectare. Het ontwerp is al bekroond met een groene bouwprijs.

Whisper Valley zal draaien op een geïntegreerd energiesysteem dat een uitgebreid omgevingslusnetwerk omvat dat wordt verwarmd en gekoeld door warmtepompen en geothermische putten in elk huis. Elke huiseigenaar heeft de mogelijkheid om een ​​fotovoltaïsch zonnepaneel van 5 kilowatt op het dak op te nemen om de warmtepomp en energiezuinige apparaten te laten werken, inclusief warmtepompboilers en inductiekookplaten. Volgens de ontwikkelaar De schaalvoordelen van Whisper Valley zorgen voor een mediane verkoopprijs van US $ 50, 000 lager dan die van typische Austin-huizen.

De toekomst van energieneutrale gemeenschappen

Het Nationaal Laboratorium voor Hernieuwbare Energie, Lawrence Berkeley Nationaal Laboratorium, en andere projectpartners ontwikkelen een open source software-ontwikkelingskit genaamd URBANopt die elementen van nul-energiedistricten modelleert, zoals strategieën voor gebouwefficiëntie/vraagflexibiliteit, fotovoltaïsche arrays op het dak, omgevingslus thermische systemen. De software kan worden geïntegreerd in andere computermodellen om te helpen bij het ontwerpen van energieneutrale gemeenschappen. NREL-ingenieurs hebben zich beziggehouden met hoogwaardige districtsprojecten in het hele land, zoals het National Western Center, om de ontwikkeling van het URBANopt-platform te helpen informeren en begeleiden.

De projecten die ik heb beschreven zijn nieuwbouw. Het is moeilijker om in bestaande gebouwen of gemeenschappen economisch netto nul energie te bereiken, maar niet onmogelijk. Het is logisch om die efficiëntiemaatregelen toe te passen die het meest kosteneffectief zijn om te retrofitten, verwarmings- en koelsystemen van gebouwen omzetten in elektriciteit en de elektriciteit voorzien van fotovoltaïsche zonne-energie.

Nutsbedrijven bieden steeds vaker tariefschema's voor gebruiksduur aan, die meer in rekening brengen voor stroomverbruik tijdens perioden met veel vraag. Opkomende energiebeheersystemen voor thuis zullen huiseigenaren in staat stellen om water te verwarmen, laadt thuisbatterijen en elektrische voertuigen op en gebruikt andere apparaten op momenten dat de elektriciteitsprijzen het laagst zijn. Of we het nu hebben over nieuwe of bestaande gebouwen, Ik zie duurzame nul-energiegemeenschappen aangedreven door hernieuwbare energie als de golf van de toekomst bij het aanpakken van de klimaatveranderingscrisis.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.