Здания с нулевым уровнем выбросов: достижение углеродно-нейтрального строительства в мировом масштабе

Строительная отрасль вносит значительный вклад в глобальные выбросы парниковых газов. От добычи и производства строительных материалов до энергии, потребляемой в течение эксплуатационного срока службы здания, воздействие является существенным. Решение этой проблемы требует смены парадигмы в сторону зданий с нулевым уровнем выбросов (ZEB) и углеродно-нейтрального строительства. В этом всеобъемлющем руководстве рассматриваются принципы, стратегии, технологии и глобальные инициативы, способствующие этой важнейшей трансформации.

Понимание концепции зданий с нулевым уровнем выбросов и углеродной нейтральности

Точное определение "здания с нулевым уровнем выбросов" может варьироваться в зависимости от контекста и применяемого стандарта. Однако основная концепция заключается в минимизации или устранении выбросов парниковых газов, связанных со всем жизненным циклом здания.

Ключевые термины и концепции

• Здание с нулевым уровнем выбросов (ZEB): Здание, спроектированное и построенное таким образом, чтобы годовой чистый объем выбросов парниковых газов равнялся нулю. Обычно это достигается сочетанием мер по повышению энергоэффективности и генерацией возобновляемой энергии на месте или за его пределами.
• Углеродно-нейтральное строительство: Более широкое понятие, охватывающее весь процесс строительства, направленное на сбалансирование выбросов углерода, связанных с производством материалов, транспортировкой, строительными работами и эксплуатацией здания, с помощью мер по секвестрации или компенсации углерода.
• Скрытый углерод: Общий объем выбросов парниковых газов, связанных с добычей, производством, транспортировкой и монтажом строительных материалов, а также с самим процессом строительства.
• Эксплуатационный углерод: Выбросы парниковых газов, связанные с энергией, потребляемой для эксплуатации здания, включая отопление, охлаждение, освещение, вентиляцию и другие инженерные системы.
• Здание с чистым нулевым энергопотреблением (NZE): Здание, которое производит столько же энергии, сколько потребляет в течение года, как правило, за счет локальных возобновляемых источников энергии. Хотя здания NZE часто являются компонентом ZEB, они не обязательно решают проблему скрытого углерода.

Неотложность декарбонизации застроенной среды

На застроенную среду приходится значительная часть мирового потребления энергии и выбросов парниковых газов. По данным Программы ООН по окружающей среде, на здания приходится около 40% мирового потребления энергии и 33% мировых выбросов парниковых газов. Сокращение этих выбросов имеет решающее значение для смягчения последствий изменения климата и достижения глобальных целей в области устойчивого развития.

Кроме того, прогнозируется, что спрос на новые здания в ближайшие десятилетия резко возрастет, особенно в быстро урбанизирующихся регионах мира. Это означает, что воздействие строительной отрасли на окружающую среду будет только усиливаться, если не будут приняты существенные изменения. Поэтому переход на здания ZEB и углеродно-нейтральное строительство не просто желателен; он необходим.

Стратегии достижения нулевого уровня выбросов для зданий

Достижение нулевого уровня выбросов для зданий требует многогранного подхода, который охватывает проектирование, выбор материалов, методы строительства и эксплуатационные стратегии. Вот некоторые ключевые стратегии:

1. Приоритет энергоэффективности

Снижение энергопотребления здания — это первый и самый важный шаг к достижению нулевого уровня выбросов. Это включает в себя реализацию стратегий пассивного проектирования, использование высокоэффективных ограждающих конструкций и внедрение энергоэффективных технологий.

• Пассивное проектирование: Оптимизация ориентации здания, затенения, естественной вентиляции и тепловой массы для минимизации потребности в механическом отоплении и охлаждении. Например, в тропическом климате проектирование зданий с большими свесами и крышами светлых тонов может значительно снизить поступление тепла от солнечной радиации. В более холодных климатических условиях максимальное использование солнечной энергии через окна, выходящие на юг, может снизить потребность в отоплении.
• Высокоэффективные ограждающие конструкции: Использование хорошо утепленных стен, крыш и окон для минимизации потерь тепла зимой и поступления тепла летом. Примеры включают использование окон с тройным остеклением, высокоизолированных стеновых конструкций и герметичных методов строительства для уменьшения утечек воздуха.
• Энергоэффективные технологии: Применение высокоэффективных систем ОВК, светодиодного освещения и интеллектуальных систем управления зданием для минимизации энергопотребления. Например, системы ОВК с переменным расходом хладагента (VRF) могут обеспечивать зонированное отопление и охлаждение, адаптируясь к конкретным потребностям различных зон внутри здания.

2. Использование возобновляемых источников энергии

Производство чистой энергии на месте или ее закупка у внешних поставщиков возобновляемой энергии необходимы для компенсации оставшегося спроса на энергию после внедрения мер по повышению энергоэффективности.

• Возобновляемая энергия на месте: Установка солнечных фотоэлектрических (PV) панелей, ветряных турбин или геотермальных систем для выработки электроэнергии или тепловой энергии непосредственно на строительной площадке. Целесообразность использования возобновляемой энергии на месте зависит от таких факторов, как климат, условия на площадке и размер здания.
• Возобновляемая энергия из внешних источников: Покупка сертификатов на возобновляемую энергию (REC) или заключение договоров купли-продажи электроэнергии (PPA) с поставщиками возобновляемой энергии. Это позволяет владельцам зданий поддерживать развитие возобновляемой энергетики, даже если они не могут генерировать ее на месте.

3. Сокращение скрытого углерода

Учет скрытого углерода строительных материалов и процессов строительства имеет решающее значение для достижения истинной углеродной нейтральности. Это включает в себя осознанный выбор материалов, оптимизацию строительных практик и учет всего жизненного цикла строительных материалов.

• Низкоуглеродные материалы: Выбор материалов с более низким содержанием скрытого углерода, таких как переработанные материалы, древесина из устойчивых источников и бетон с альтернативными цементными материалами (например, летучая зола, шлак). Оценки жизненного цикла (ОЖЦ) могут использоваться для сравнения скрытого углерода различных материалов.
• Оптимизированные методы строительства: Минимизация строительных отходов, использование эффективных методов строительства и сокращение выбросов от транспортировки, связанных с доставкой материалов. Внедрение принципов бережливого строительства может помочь повысить эффективность и сократить отходы.
• Секвестрация углерода: Изучение возможностей использования материалов, которые активно поглощают углерод, таких как материалы на биологической основе, например, костробетон (hempcrete) или многослойные клееные деревянные панели (CLT).

4. Оптимизация эксплуатации здания

Эффективная эксплуатация здания необходима для поддержания нулевого уровня выбросов в долгосрочной перспективе. Это включает в себя внедрение интеллектуальных технологий для зданий, мониторинг энергопотребления и вовлечение жильцов в энергосберегающее поведение.

• Интеллектуальные технологии для зданий: Использование датчиков, анализа данных и автоматизации для оптимизации производительности здания, например, регулировка уровня освещения в зависимости от присутствия людей и оптимизация работы системы ОВК в зависимости от погодных условий.
• Мониторинг и аудит энергопотребления: Регулярный мониторинг энергопотребления и проведение энергетических аудитов для выявления возможностей для улучшения.
• Вовлечение жильцов: Информирование жильцов здания о энергосберегающем поведении и поощрение их участия в инициативах по устойчивому развитию.

5. Компенсация выбросов углерода (в крайнем случае)

Хотя основной целью должно быть прямое минимизирование и устранение выбросов, компенсация выбросов углерода может использоваться в качестве заключительного шага для компенсации любых оставшихся выбросов. Однако важно убедиться, что компенсации являются надежными и поддающимися проверке.

• Проверенные компенсации выбросов углерода: Покупка углеродных компенсаций от проектов, сертифицированных авторитетными организациями, такими как Verified Carbon Standard (VCS) или Gold Standard.
• Сначала фокус на сокращении: Компенсацию следует использовать только в крайнем случае, после того как все другие усилия по сокращению выбросов были исчерпаны.

Технологии, обеспечивающие создание зданий с нулевым уровнем выбросов

Ряд технологий играет решающую роль в переходе к зданиям с нулевым уровнем выбросов. Эти технологии охватывают энергоэффективность, возобновляемую энергию и управление зданиями.

Технологии энергоэффективности

• Высокоэффективные окна и остекление: Окна с низкоэмиссионными покрытиями, заполнением инертным газом и передовыми рамными системами для минимизации теплопередачи.
• Передовые изоляционные материалы: Вакуумные изоляционные панели (VIP), аэрогели и другие высокоэффективные изоляционные материалы для снижения потерь и притока тепла.
• Вентиляция с рекуперацией тепла (HRV) и вентиляция с рекуперацией энергии (ERV): Системы, которые восстанавливают тепло или энергию из отработанного воздуха для предварительного нагрева или охлаждения поступающего свежего воздуха.
• Интеллектуальные системы управления освещением: Системы, которые автоматически регулируют уровень освещения в зависимости от присутствия людей, доступности дневного света и других факторов.
• Высокоэффективные системы ОВК: Системы VRF, геотермальные тепловые насосы и другие передовые технологии ОВК.

Технологии возобновляемой энергии

• Солнечные фотоэлектрические (PV) панели: Панели, которые преобразуют солнечный свет в электричество.
• Солнечные тепловые коллекторы: Коллекторы, которые улавливают солнечную энергию для нагрева воды или воздуха.
• Ветряные турбины: Турбины, которые преобразуют энергию ветра в электричество.
• Геотермальные тепловые насосы: Насосы, которые используют постоянную температуру земли для отопления и охлаждения зданий.

Технологии управления зданиями

• Системы автоматизации зданий (BAS): Системы, которые контролируют и отслеживают системы здания, такие как ОВК, освещение и безопасность.
• Системы управления энергопотреблением (EMS): Системы, которые отслеживают и анализируют данные о потреблении энергии для выявления возможностей для улучшения.
• Умные счетчики: Счетчики, которые предоставляют данные о потреблении энергии в реальном времени.

Глобальные инициативы и стандарты для зданий с нулевым уровнем выбросов

Несколько глобальных инициатив и стандартов способствуют внедрению зданий с нулевым уровнем выбросов и углеродно-нейтрального строительства. Эти инициативы предоставляют руководство, рамки и программы сертификации, чтобы помочь владельцам зданий и застройщикам достичь своих целей в области устойчивого развития.

Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании (LEED)

LEED — это всемирно признанная система оценки экологичности зданий, разработанная Советом по экологическому строительству США (USGBC). LEED предоставляет основу для проектирования, строительства, эксплуатации и обслуживания высокоэффективных экологичных зданий. LEED охватывает широкий спектр вопросов устойчивого развития, включая энергоэффективность, сбережение воды, выбор материалов и качество внутренней среды.

Метод экологической оценки BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method)

BREEAM — еще одна ведущая система оценки экологичности зданий, разработанная Институтом строительных исследований (BRE) в Великобритании. BREEAM оценивает экологические характеристики зданий по ряду категорий, включая энергию, воду, материалы, отходы и загрязнение.

Сертификация зданий с чистым нулевым энергопотреблением (NZEBC)

NZEBC — это программа сертификации, разработанная Международным институтом «Живое будущее» (ILFI), которая признает здания, генерирующие столько же энергии, сколько они потребляют в течение года. NZEBC фокусируется именно на энергетических характеристиках и поощряет использование локальной генерации возобновляемой энергии.

Всемирный совет по экологическому строительству (WorldGBC)

WorldGBC — это глобальная сеть Советов по экологическому строительству, которые работают над продвижением устойчивых строительных практик по всему миру. WorldGBC предоставляет ресурсы, поддержку и образование для содействия переходу к зданиям с нулевым уровнем выбросов и углеродно-нейтральному строительству.

Парижское соглашение и национальные строительные нормы

Парижское соглашение, глобальное соглашение по изменению климата, призывает к значительному сокращению выбросов парниковых газов во всех секторах, включая застроенную среду. Многие страны включают более строгие стандарты энергоэффективности в свои национальные строительные нормы, чтобы помочь достичь этих целей. Например, Директива Европейского Союза по энергетическим характеристикам зданий (EPBD) устанавливает требования к энергоэффективности в новых и существующих зданиях по всей Европе.

Вызовы и возможности

Хотя переход к зданиям с нулевым уровнем выбросов и углеродно-нейтральному строительству открывает значительные возможности, он также сталкивается с рядом проблем.

Вызовы

• Более высокие первоначальные затраты: Внедрение мер по повышению энергоэффективности и использование технологий возобновляемой энергии может увеличить первоначальные затраты на строительство.
• Недостаток осведомленности и опыта: Многим владельцам зданий, застройщикам и подрядчикам не хватает знаний и опыта, необходимых для проектирования и строительства ZEB.
• Регуляторные барьеры: Устаревшие строительные нормы и правила зонирования могут препятствовать внедрению устойчивых методов строительства.
• Доступность данных: Доступ к надежным данным о скрытом углероде для строительных материалов может быть ограничен.
• Ограничения в цепочке поставок: Доступность низкоуглеродных строительных материалов и технологий возобновляемой энергии может быть ограничена в некоторых регионах.

Возможности

• Снижение эксплуатационных расходов: ZEB обычно имеют значительно более низкие эксплуатационные расходы из-за сниженного энергопотребления.
• Повышение стоимости недвижимости: Зеленые здания часто имеют более высокие арендные ставки и цены продажи.
• Улучшение здоровья и производительности жильцов: ZEB часто имеют лучшее качество воздуха в помещениях и освещение, что может улучшить здоровье и производительность жильцов.
• Создание рабочих мест: Переход к устойчивым практикам строительства может создать новые рабочие места в секторах возобновляемой энергии, энергоэффективности и зеленого строительства.
• Смягчение последствий изменения климата: ZEB играют решающую роль в сокращении выбросов парниковых газов и смягчении последствий изменения климата.

Примеры из практики: Здания с нулевым уровнем выбросов по всему миру

Многочисленные примеры успешных зданий с нулевым уровнем выбросов можно найти по всему миру, что демонстрирует осуществимость и преимущества этого подхода.

The Edge (Амстердам, Нидерланды)

The Edge — это офисное здание в Амстердаме, которое спроектировано как одно из самых устойчивых зданий в мире. Здание включает в себя ряд энергоэффективных технологий, включая солнечные панели, геотермальную энергию и интеллектуальные системы освещения. Оно также использует систему сбора дождевой воды и имеет зеленую крышу. The Edge получило рейтинг BREEAM-NL «Выдающийся».

Bullitt Center (Сиэтл, США)

Bullitt Center — это шестиэтажное офисное здание в Сиэтле, спроектированное как здание с чистым нулевым энергопотреблением и чистым нулевым водопотреблением. Здание генерирует всю свою электроэнергию от солнечных панелей и собирает дождевую воду для всех своих нужд. Оно также имеет систему компостирующих туалетов и использует нетоксичные строительные материалы. Bullitt Center сертифицирован как «Живое здание» Международным институтом «Живое будущее».

Pixel Building (Мельбурн, Австралия)

Pixel Building — это офисное здание в Мельбурне, спроектированное как углеродно-нейтральное и водо-нейтральное. Здание генерирует всю свою электроэнергию от солнечных панелей и ветряных турбин и собирает дождевую воду для всех своих нужд. Оно также имеет зеленую крышу и использует переработанные строительные материалы. Pixel Building получило рейтинг Green Star «6 звезд», самый высокий возможный рейтинг в Австралии.

Национальный музей Катара (Доха, Катар)

Хотя Национальный музей Катара технически не является зданием с чистым нулевым энергопотреблением, он демонстрирует инновационные стратегии устойчивого проектирования, подходящие для сурового пустынного климата. Структура в виде переплетающихся дисков использует принципы пассивного дизайна, такие как затенение и естественная вентиляция, для минимизации энергопотребления. В проекте продуманно используются местные материалы и водоэффективное озеленение для снижения воздействия на окружающую среду в регионе.

Будущее зданий с нулевым уровнем выбросов

Будущее застроенной среды заключается в широком внедрении зданий с нулевым уровнем выбросов и углеродно-нейтрального строительства. По мере развития технологий, снижения затрат и ужесточения нормативных актов, ZEB будут становиться все более распространенными. Вот некоторые ключевые тенденции, формирующие будущее ZEB:

• Расширенное использование искусственного интеллекта (ИИ): ИИ может использоваться для оптимизации производительности зданий, прогнозирования энергопотребления и автоматизации операций в здании.
• Большая интеграция накопителей возобновляемой энергии: Технологии хранения энергии, такие как аккумуляторы и тепловые накопители, будут играть решающую роль в обеспечении способности ZEB согласовывать предложение и спрос на энергию.
• Разработка новых низкоуглеродных материалов: Научно-исследовательские работы сосредоточены на создании новых низкоуглеродных строительных материалов, таких как материалы на биологической основе и углеродно-отрицательный бетон.
• Принятие принципов циркулярной экономики: Принципы циркулярной экономики, такие как проектирование с возможностью разборки и повторное использование материалов, станут все более важными для сокращения отходов и минимизации скрытого углерода.
• Фокус на устойчивости зданий: ZEB будут проектироваться таким образом, чтобы быть более устойчивыми к последствиям изменения климата, таким как экстремальные погодные явления и повышение уровня моря.

Заключение

Переход к зданиям с нулевым уровнем выбросов и углеродно-нейтральному строительству необходим для смягчения последствий изменения климата и создания устойчивого будущего. Придавая приоритет энергоэффективности, внедряя возобновляемые источники энергии, сокращая скрытый углерод и оптимизируя эксплуатацию зданий, мы можем превратить застроенную среду из источника проблем в источник решений. Хотя проблемы остаются, возможности огромны. Принятие инноваций, сотрудничество и приверженность устойчивому развитию проложат путь к будущему, в котором здания будут не только экологически ответственными, но и будут способствовать созданию более здорового и процветающего мира для всех.

Действуйте: Начните исследовать местные стимулы, сертификации зеленого строительства и устойчивые методы строительства. Взаимодействуйте с архитекторами, инженерами и подрядчиками, имеющими опыт в проектировании и строительстве зданий с нулевым уровнем выбросов. Выступайте за политику, поддерживающую переход к устойчивой застроенной среде.