Здания с нулевым потреблением энергии: глобальная перспектива

Пока мир борется с насущной необходимостью решения проблемы изменения климата, строительный сектор становится ключевой областью для трансформации. Здания несут ответственность за значительную долю мирового энергопотребления и выбросов парниковых газов. Здания с нулевым потреблением энергии (NZEB), также известные как здания с нулевым балансом, предлагают мощное решение, кардинально снижая свое воздействие на окружающую среду. Это подробное руководство представляет глобальный взгляд на здания с нулевым потреблением энергии, исследуя их принципы, преимущества, проблемы, технологии и стратегии внедрения.

Что такое здание с нулевым потреблением энергии?

Здание с нулевым потреблением энергии — это высокоэнергоэффективное здание, которое производит столько же энергии, сколько потребляет в течение определенного периода времени, обычно за год. Это достигается за счет сочетания мер по повышению энергоэффективности и выработки возобновляемой энергии на месте или за его пределами.

Ключевые характеристики здания с нулевым потреблением энергии:

• Энергоэффективность: Минимизация потребности в энергии за счет оптимизированного проектирования зданий, высокоэффективных материалов и экономичного оборудования.
• Возобновляемая энергия: Производство энергии из возобновляемых источников, таких как солнечные фотоэлектрические панели (PV), ветряные турбины или геотермальные системы.
• Взаимодействие с сетью: В некоторых случаях здания с нулевым потреблением энергии могут потреблять энергию из сети в периоды низкой выработки возобновляемой энергии и экспортировать излишки энергии в сеть в периоды высокой выработки.

Различные определения и классификации

Хотя основная концепция остается неизменной, определение «нулевого потребления» может незначительно варьироваться в зависимости от используемого конкретного показателя. Распространенные классификации включают:

• Нулевое потребление энергии: Здание производит столько же энергии, сколько потребляет, что измеряется на месте расположения здания или в пределах определенной энергетической системы.
• Нулевые выбросы углерода: Углеродные выбросы здания от потребления энергии компенсируются за счет улавливания углерода или производства возобновляемой энергии. Этот показатель часто учитывает скрытый углерод в строительных материалах и процессах строительства.
• Нулевое потребление воды: Здание уравновешивает свое потребление воды с ее пополнением, часто за счет сбора дождевой воды, переработки «серой» воды и эффективного озеленения.
• Нулевые отходы: Здание минимизирует образование отходов и максимизирует их переработку и повторное использование, стремясь к цели «ноль отходов на свалку».

Это руководство в основном сосредоточено на зданиях с нулевым потреблением энергии и нулевыми выбросами углерода, поскольку это наиболее распространенные и широко обсуждаемые классификации.

Преимущества зданий с нулевым потреблением энергии

Применение стратегий строительства зданий с нулевым потреблением энергии предлагает широкий спектр преимуществ для владельцев зданий, жильцов и окружающей среды:

• Снижение затрат на энергию: Значительное сокращение счетов за коммунальные услуги благодаря уменьшению энергопотребления и зависимости от возобновляемых источников энергии.
• Экологическая устойчивость: Минимизация углеродного следа здания и его вклада в изменение климата.
• Повышение стоимости недвижимости: Здания с нулевым потреблением энергии становятся все более востребованными и имеют более высокую рыночную стоимость.
• Улучшение качества внутренней среды: Повышенный комфорт, качество воздуха и естественное освещение, что ведет к улучшению здоровья и производительности жильцов.
• Повышенная устойчивость: Снижение зависимости от электросети, что делает здание более устойчивым к перебоям в подаче электроэнергии и колебаниям цен на энергию.
• Положительный общественный имидж: Демонстрация приверженности устойчивому развитию и экологической ответственности, укрепление репутации бренда и привлечение экологически сознательных арендаторов и клиентов.

Ключевые технологии и стратегии для достижения нулевого потребления

Достижение нулевого потребления требует комплексного подхода, который объединяет меры по повышению энергоэффективности, технологии возобновляемой энергии и интеллектуальные системы управления зданием.

1. Меры по повышению энергоэффективности

Проектирование и ориентация здания:

• Оптимизация ориентации здания для максимального использования солнечного тепла зимой и минимизации летом.
• Использование принципов пассивного солнечного проектирования, таких как правильное расположение окон и стратегии затенения.
• Внедрение стратегий естественной вентиляции для снижения зависимости от механического охлаждения.

Высокоэффективная ограждающая конструкция здания:

• Использование материалов с высокой теплоизоляцией в стенах, крышах и полах для минимизации потерь и притока тепла.
• Установка высокоэффективных окон и дверей с низкими U-значениями и высокими коэффициентами притока солнечного тепла (SHGC) в соответствующих климатических условиях.
• Применение мер по герметизации для уменьшения утечек воздуха и повышения энергоэффективности.

Эффективные системы ОВК:

• Использование высокоэффективных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК), таких как тепловые насосы, геотермальные системы и системы с переменным расходом хладагента (VRF).
• Внедрение вентиляции по потребности (DCV) для регулирования интенсивности вентиляции в зависимости от уровня заполненности помещений.
• Использование систем вентиляции с рекуперацией энергии (ERV) для рекуперации тепла из отработанного воздуха и предварительного нагрева или охлаждения поступающего воздуха.

Эффективное освещение и бытовые приборы:

• Использование светодиодного освещения с датчиками дневного света и датчиками присутствия для снижения потребления энергии.
• Выбор энергоэффективных приборов, таких как холодильники, стиральные и сушильные машины, сертифицированные по стандарту ENERGY STAR.
• Внедрение стратегий управления нагрузкой от электроприборов для минимизации потерь энергии от электронных устройств.

2. Технологии возобновляемой энергии

Солнечные фотоэлектрические (PV) системы:

• Установка солнечных фотоэлектрических панелей на крыше или на земле для выработки электроэнергии из солнечного света.
• Использование интегрированных в здание фотоэлектрических систем (BIPV) для встраивания солнечных панелей в фасад или кровельные материалы здания.

Солнечные тепловые системы:

• Использование солнечных тепловых коллекторов для нагрева воды для бытовых нужд, отопления помещений или промышленных процессов.

Ветряные турбины:

• Установка маломасштабных ветряных турбин для выработки электроэнергии, особенно в районах с высоким ветровым потенциалом.

Геотермальные системы:

• Использование геотермальных тепловых насосов для извлечения тепла из земли для отопления и охлаждения.

3. Интеллектуальное управление зданием и автоматизация

Системы управления зданием (BMS):

• Внедрение BMS для мониторинга и управления системами здания, такими как ОВК, освещение и безопасность.
• Использование анализа данных для оптимизации производительности здания и выявления возможностей для экономии энергии.

Умные термостаты и датчики присутствия:

• Использование умных термостатов для автоматической регулировки температуры в зависимости от присутствия людей и погодных условий.
• Установка датчиков присутствия для выключения света и приборов в незанятых помещениях.

Программы управления спросом:

• Участие в программах управления спросом для снижения потребления энергии в периоды пиковой нагрузки.

Мировые примеры зданий с нулевым потреблением энергии

Здания с нулевым потреблением энергии строятся в различных климатических условиях и для разных типов зданий по всему миру, демонстрируя свою осуществимость и масштабируемость. Вот несколько примечательных примеров:

• The Edge (Амстердам, Нидерланды): Это офисное здание использует ряд энергоэффективных технологий, включая солнечные панели, геотермальную энергию и интеллектуальное освещение, для достижения нулевого потребления энергии.
• Пристройка к мэрии Ванкувера (Ванкувер, Канада): Это отремонтированное офисное здание включает пассивные стратегии проектирования, высокоэффективные окна и солнечную фотоэлектрическую систему для достижения нулевого потребления энергии.
• Bullitt Center (Сиэтл, США): Это офисное здание спроектировано как одно из самых экологичных коммерческих зданий в мире, оснащенное солнечной фотоэлектрической системой, компостирующими туалетами и системой сбора дождевой воды.
• Powerhouse Kjørbo (Осло, Норвегия): Это отремонтированное офисное здание производит больше энергии, чем потребляет, благодаря большой солнечной фотоэлектрической системе и высокоэффективной ограждающей конструкции.
• Pixel Building (Мельбурн, Австралия): Это офисное здание включает в себя ряд устойчивых проектных решений, в том числе зеленую крышу, вертикальные ветряные турбины и систему рециркуляции воды, для достижения углеродной нейтральности.

Проблемы и барьеры на пути внедрения концепции нулевого потребления

Несмотря на многочисленные преимущества зданий с нулевым потреблением энергии, несколько проблем и барьеров препятствуют их широкому распространению:

• Высокие первоначальные затраты: Здания с нулевым потреблением энергии часто требуют более высоких первоначальных инвестиций из-за использования передовых технологий и материалов.
• Недостаток осведомленности и экспертизы: Многим владельцам зданий, застройщикам и подрядчикам не хватает знаний и опыта для проектирования и строительства зданий с нулевым потреблением энергии.
• Сложное проектирование и интеграция: Достижение нулевого потребления требует тщательного планирования и интеграции различных систем здания, что может быть сложной задачей для проектных команд.
• Нормативные и политические барьеры: Непоследовательные или устаревшие строительные нормы и правила могут препятствовать внедрению практик строительства зданий с нулевым потреблением.
• Финансирование и стимулы: Ограниченный доступ к финансированию и стимулам может затруднить инвестирование владельцев зданий в технологии нулевого потребления.
• Проверка производительности: Точное измерение и проверка производительности зданий с нулевым потреблением может быть сложной и требовать специализированных знаний.

Стратегии преодоления барьеров и содействия внедрению концепции нулевого потребления

Для преодоления проблем и содействия широкому внедрению зданий с нулевым потреблением энергии можно реализовать несколько стратегий:

• Государственная политика и стимулы: Внедрение поддерживающих политик, таких как налоговые кредиты, скидки и гранты, может помочь снизить финансовое бремя строительства с нулевым потреблением.
• Обновление строительных норм: Обновление строительных норм для включения более строгих стандартов энергоэффективности и содействия использованию технологий возобновляемой энергии.
• Образовательные и учебные программы: Предоставление образовательных и учебных программ для специалистов в области строительства для повышения их знаний и навыков в проектировании и строительстве с нулевым потреблением.
• Кампании по повышению осведомленности общественности: Повышение осведомленности общественности о преимуществах зданий с нулевым потреблением энергии и содействие их внедрению.
• Анализ стоимости жизненного цикла: Проведение анализа стоимости жизненного цикла для демонстрации долгосрочных экономических преимуществ зданий с нулевым потреблением.
• Стандартизация и сертификация: Разработка стандартизированных методологий для измерения и проверки производительности зданий с нулевым потреблением, а также программ сертификации для признания и поощрения высокоэффективных зданий.
• Сотрудничество и обмен знаниями: Содействие сотрудничеству и обмену знаниями между специалистами в области строительства, исследователями и политиками для ускорения разработки и внедрения технологий строительства с нулевым потреблением.

Будущее зданий с нулевым потреблением энергии

Здания с нулевым потреблением энергии призваны сыграть решающую роль в переходе к устойчивому будущему. По мере развития технологий и снижения затрат практики строительства с нулевым потреблением станут все более доступными и недорогими. Будущее зданий с нулевым потреблением, вероятно, будет включать:

• Усиленная интеграция возобновляемой энергии: Более широкое внедрение выработки возобновляемой энергии на месте и за его пределами, включая солнечные фотоэлектрические панели, ветряные турбины и геотермальные системы.
• Технологии умного здания: Расширенное использование интеллектуальных систем управления зданием, автоматизации и анализа данных для оптимизации энергоэффективности и комфорта жильцов.
• Интеграция с сетью и хранение энергии: Усиленная интеграция зданий с нулевым потреблением с электросетью, что позволит им накапливать избыточную энергию и предоставлять сетевые услуги.
• Фокус на скрытом углероде: Большее внимание к сокращению скрытого углерода в строительных материалах и процессах строительства.
• Устойчивое проектирование: Включение стратегий устойчивого проектирования для обеспечения того, чтобы здания с нулевым потреблением могли выдерживать экстремальные погодные явления и другие сбои.
• Нулевое потребление на уровне сообщества: Расширение концепции нулевого потребления на целые сообщества, создавая самодостаточные и устойчивые районы.

Заключение

Здания с нулевым потреблением энергии представляют собой значительную возможность для снижения энергопотребления, смягчения последствий изменения климата и создания более здоровой и устойчивой искусственной среды. Хотя проблемы остаются, преимущества зданий с нулевым потреблением неоспоримы. Применяя инновационные технологии, внедряя поддерживающую политику и развивая сотрудничество, мы можем ускорить внедрение практик строительства с нулевым потреблением и создать более устойчивое будущее для всех.

Призыв к действию: Узнайте больше о зданиях с нулевым потреблением энергии и изучите возможности для внедрения стратегий нулевого потребления в ваших собственных проектах. Выступайте за политику, поддерживающую строительство с нулевым потреблением, и содействуйте созданию устойчивой искусственной среды.