Будівлі з нульовими викидами: досягнення вуглецево-нейтрального будівництва в глобальному масштабі

Будівельна галузь є значним джерелом глобальних викидів парникових газів. Від видобутку та виробництва будівельних матеріалів до енергії, що споживається протягом експлуатаційного періоду будівлі, вплив є суттєвим. Вирішення цієї проблеми вимагає зміни парадигми в напрямку будівель з нульовими викидами (ZEB) та вуглецево-нейтрального будівництва. Цей вичерпний посібник розглядає принципи, стратегії, технології та глобальні ініціативи, що стимулюють цю критично важливу трансформацію.

Розуміння будівель з нульовими викидами та вуглецевої нейтральності

Точне визначення того, що являє собою "будівля з нульовими викидами", може відрізнятися залежно від контексту та конкретного стандарту, що застосовується. Однак основна концепція полягає в мінімізації або усуненні викидів парникових газів, пов'язаних з усім життєвим циклом будівлі.

Ключові терміни та поняття

• Будівля з нульовими викидами (ZEB): Будівля, спроєктована та збудована таким чином, щоб щорічно виробляти нульові чисті викиди парникових газів. Зазвичай це передбачає поєднання заходів з енергоефективності та генерації відновлюваної енергії на місці або за межами об'єкта.
• Вуглецево-нейтральне будівництво: Ширше поняття, що охоплює весь процес будівництва, метою якого є збалансування викидів вуглецю, пов'язаних з виробництвом матеріалів, транспортуванням, будівельними роботами та експлуатацією будівлі, за допомогою заходів із секвестрації вуглецю або його компенсації.
• Втілений вуглець: Загальна кількість викидів парникових газів, пов'язаних з видобутком, виробництвом, транспортуванням та монтажем будівельних матеріалів, а також із самим процесом будівництва.
• Експлуатаційний вуглець: Викиди парникових газів, пов'язані з енергією, що споживається для експлуатації будівлі, включаючи опалення, охолодження, освітлення, вентиляцію та інші інженерні системи.
• Будівля з нульовим чистим споживанням енергії (NZE): Будівля, яка виробляє стільки ж енергії, скільки споживає протягом року, зазвичай за рахунок генерації відновлюваної енергії на місці. Хоча будівлі NZE часто є компонентом ZEB, вони не обов'язково вирішують проблему втіленого вуглецю.

Нагальна потреба в декарбонізації забудованого середовища

На забудоване середовище припадає значна частина світового споживання енергії та викидів парникових газів. За даними Програми ООН з навколишнього середовища, на будівлі припадає приблизно 40% світового споживання енергії та 33% світових викидів парникових газів. Боротьба з цими викидами має вирішальне значення для пом'якшення наслідків зміни клімату та досягнення глобальних цілей сталого розвитку.

Крім того, прогнозується, що попит на нові будівлі різко зросте в найближчі десятиліття, особливо в регіонах світу, що швидко урбанізуються. Це означає, що вплив будівельної галузі на навколишнє середовище буде лише посилюватися, якщо не будуть впроваджені значні зміни. Тому перехід до ZEB та вуглецево-нейтрального будівництва є не просто бажаним, а необхідним.

Стратегії досягнення нульового рівня викидів у будівлях

Досягнення нульового рівня викидів у будівлях вимагає багатогранного підходу, що охоплює проєктування, вибір матеріалів, будівельні практики та експлуатаційні стратегії. Ось деякі ключові стратегії:

1. Пріоритет енергоефективності

Зменшення енергоспоживання будівлі є першим і найважливішим кроком до досягнення нульових викидів. Це включає впровадження стратегій пасивного дизайну, використання високоефективних огороджувальних конструкцій та застосування енергоефективних технологій.

• Пасивний дизайн: Оптимізація орієнтації будівлі, затінення, природної вентиляції та теплової маси для мінімізації потреби в механічному опаленні та охолодженні. Наприклад, у тропічному кліматі проєктування будівель з великими навісами та світлими дахами може значно зменшити надходження сонячного тепла. У холоднішому кліматі максимізація сонячного тепла через вікна, що виходять на південь, може зменшити потребу в опаленні.
• Високоефективні огороджувальні конструкції: Використання добре ізольованих стін, дахів та вікон для мінімізації втрат тепла взимку та надходження тепла влітку. Прикладами є використання потрійних склопакетів, високоізольованих стінових конструкцій та герметичних будівельних технік для зменшення витоку повітря.
• Енергоефективні технології: Застосування високоефективних систем ОВіК, світлодіодного освітлення та інтелектуальних систем керування будівлею для мінімізації споживання енергії. Наприклад, системи ОВіК зі змінною витратою холодоагенту (VRF) можуть забезпечувати зонне опалення та охолодження, адаптуючись до конкретних потреб різних зон у будівлі.

2. Впровадження відновлюваної енергетики

Виробництво чистої енергії на місці або її закупівля у зовнішніх постачальників відновлюваних джерел є важливим для компенсації залишковго попиту на енергію після впровадження заходів з енергоефективності.

• Відновлювана енергія на місці: Встановлення сонячних фотоелектричних (PV) панелей, вітрових турбін або геотермальних систем для виробництва електроенергії або теплової енергії безпосередньо на будівельному майданчику. Доцільність використання відновлюваної енергії на місці залежить від таких факторів, як клімат, умови ділянки та розмір будівлі.
• Відновлювана енергія поза межами об'єкта: Придбання сертифікатів на відновлювану енергію (REC) або укладення договорів купівлі-продажу електроенергії (PPA) з постачальниками відновлюваної енергії. Це дозволяє власникам будівель підтримувати розвиток відновлюваної енергетики, навіть якщо вони не можуть генерувати її на місці.

3. Зменшення втіленого вуглецю

Вирішення проблеми втіленого вуглецю в будівельних матеріалах та процесах будівництва має вирішальне значення для досягнення справжньої вуглецевої нейтральності. Це передбачає прийняття обґрунтованих рішень щодо матеріалів, оптимізацію будівельних практик та врахування всього життєвого циклу будівельних матеріалів.

• Низьковуглецеві матеріали: Вибір матеріалів з меншим втіленим вуглецем, таких як перероблені матеріали, деревина з екологічно чистих джерел та бетон з альтернативними цементними матеріалами (наприклад, зола-винесення, шлак). Оцінки життєвого циклу (ОЖЦ) можуть використовуватися для порівняння втіленого вуглецю різних матеріалів.
• Оптимізовані будівельні практики: Мінімізація будівельних відходів, використання ефективних методів будівництва та зменшення викидів від транспортування, пов'язаних з доставкою матеріалів. Впровадження принципів ощадливого будівництва може допомогти підвищити ефективність та зменшити кількість відходів.
• Секвестрація вуглецю: Дослідження можливостей використання матеріалів, які активно поглинають вуглець, таких як біоматеріали, наприклад, коноплебетон або багатошарові клеєні дерев'яні панелі (CLT).

4. Оптимізація експлуатації будівлі

Ефективна експлуатація будівлі є важливою для підтримки нульового рівня викидів у довгостроковій перспективі. Це передбачає впровадження інтелектуальних будівельних технологій, моніторинг споживання енергії та залучення мешканців до енергоощадної поведінки.

• Інтелектуальні будівельні технології: Використання датчиків, аналітики даних та автоматизації для оптимізації продуктивності будівлі, наприклад, регулювання рівня освітлення залежно від присутності людей та оптимізація роботи системи ОВіК на основі погодних умов.
• Моніторинг та аудит енергоспоживання: Регулярний моніторинг споживання енергії та проведення енергетичних аудитів для виявлення можливостей для покращення.
• Залучення мешканців: Інформування мешканців будівлі про енергоощадну поведінку та заохочення їх до участі в ініціативах зі сталого розвитку.

5. Компенсація викидів вуглецю (як крайній захід)

Хоча основною метою має бути мінімізація та усунення викидів безпосередньо, компенсація викидів вуглецю може використовуватися як останній крок для компенсації будь-яких залишків. Однак важливо переконатися, що компенсації є надійними та підтвердженими.

• Перевірені вуглецеві компенсації: Придбання вуглецевих компенсацій у проєктів, сертифікованих авторитетними організаціями, такими як Verified Carbon Standard (VCS) або Gold Standard.
• Зосередьтеся спочатку на скороченні: Компенсацію слід використовувати лише як крайній захід, після того, як всі інші зусилля зі скорочення викидів були вичерпані.

Технології, що уможливлюють створення будівель з нульовими викидами

Низка технологій відіграє вирішальну роль у переході до будівель з нульовими викидами. Ці технології охоплюють енергоефективність, відновлювану енергетику та управління будівлями.

Технології енергоефективності

• Високоефективні вікна та скління: Вікна з низькоемісійним покриттям, газовим наповненням та вдосконаленими рамними системами для мінімізації теплопередачі.
• Сучасні ізоляційні матеріали: Вакуумні ізоляційні панелі (VIP), аерогелі та інші високоефективні ізоляційні матеріали для зменшення втрат і надходження тепла.
• Вентиляція з рекуперацією тепла (HRV) та вентиляція з рекуперацією енергії (ERV): Системи, що відновлюють тепло або енергію з відпрацьованого повітря для попереднього нагрівання або охолодження свіжого припливного повітря.
• Інтелектуальні системи керування освітленням: Системи, що автоматично регулюють рівень освітлення залежно від присутності людей, наявності денного світла та інших факторів.
• Високоефективні системи ОВіК: Системи VRF, геотермальні теплові насоси та інші передові технології ОВіК.

Технології відновлюваної енергетики

• Сонячні фотоелектричні (PV) панелі: Панелі, що перетворюють сонячне світло на електроенергію.
• Сонячні теплові колектори: Колектори, що вловлюють сонячну енергію для нагрівання води або повітря.
• Вітрові турбіни: Турбіни, що перетворюють енергію вітру на електроенергію.
• Геотермальні теплові насоси: Насоси, що використовують постійну температуру землі для опалення та охолодження будівель.

Технології управління будівлею

• Системи автоматизації будівель (BAS): Системи, що контролюють та моніторять інженерні системи будівлі, такі як ОВіК, освітлення та безпека.
• Системи енергетичного менеджменту (EMS): Системи, що відстежують та аналізують дані про споживання енергії для виявлення можливостей для покращення.
• Розумні лічильники: Лічильники, що надають дані про споживання енергії в реальному часі.

Глобальні ініціативи та стандарти для будівель з нульовими викидами

Декілька глобальних ініціатив та стандартів сприяють впровадженню будівель з нульовими викидами та вуглецево-нейтрального будівництва. Ці ініціативи надають рекомендації, рамкові умови та програми сертифікації, щоб допомогти власникам будівель та забудовникам досягти своїх цілей у сфері сталого розвитку.

Лідерство в енергетичному та екологічному проєктуванні (LEED)

LEED — це всесвітньо визнана система рейтингу зелених будівель, розроблена Радою з зеленого будівництва США (USGBC). LEED надає рамкову основу для проєктування, будівництва, експлуатації та обслуговування високоефективних зелених будівель. LEED охоплює широкий спектр питань сталого розвитку, включаючи енергоефективність, економію води, вибір матеріалів та якість внутрішнього середовища.

Метод екологічної оцінки Будівельно-дослідного інституту (BREEAM)

BREEAM — ще одна провідна система рейтингу зелених будівель, розроблена Будівельно-дослідним інститутом (BRE) у Великій Британії. BREEAM оцінює екологічні показники будівель за низкою категорій, включаючи енергію, воду, матеріали, відходи та забруднення.

Сертифікація будівель з нульовим чистим споживанням енергії (NZEBC)

NZEBC — це програма сертифікації, розроблена Міжнародним інститутом живого майбутнього (ILFI), яка визнає будівлі, що генерують стільки ж енергії, скільки споживають протягом року. NZEBC зосереджується конкретно на енергетичних показниках та заохочує використання генерації відновлюваної енергії на місці.

Всесвітня рада з зеленого будівництва (WorldGBC)

WorldGBC — це глобальна мережа Рад із зеленого будівництва, які працюють над просуванням практик сталого будівництва по всьому світу. WorldGBC надає ресурси, проводить адвокаційну діяльність та освітні заходи для підтримки переходу до будівель з нульовими викидами та вуглецево-нейтрального будівництва.

Паризька угода та національні будівельні норми

Паризька угода, глобальна угода про зміну клімату, закликає до значного скорочення викидів парникових газів у всіх секторах, включаючи забудоване середовище. Багато країн включають суворіші стандарти енергоефективності до своїх національних будівельних норм, щоб допомогти досягти цих цілей. Наприклад, Директива ЄС про енергетичну ефективність будівель (EPBD) встановлює вимоги до енергоефективності в нових та існуючих будівлях по всій Європі.

Виклики та можливості

Хоча перехід до будівель з нульовими викидами та вуглецево-нейтрального будівництва відкриває значні можливості, він також стикається з кількома проблемами.

Виклики

• Вищі початкові витрати: Впровадження заходів з енергоефективності та використання технологій відновлюваної енергетики може збільшити початкові витрати на будівництво.
• Брак обізнаності та досвіду: Багатьом власникам будівель, забудовникам та підрядникам не вистачає знань та досвіду, необхідних для проєктування та будівництва ZEB.
• Регуляторні бар'єри: Застарілі будівельні норми та правила зонування можуть перешкоджати впровадженню практик сталого будівництва.
• Доступність даних: Доступ до надійних даних про втілений вуглець для будівельних матеріалів може бути обмеженим.
• Обмеження в ланцюгу постачання: Наявність низьковуглецевих будівельних матеріалів та технологій відновлюваної енергетики може бути обмеженою в деяких регіонах.

Можливості

• Зниження експлуатаційних витрат: ZEB зазвичай мають значно нижчі експлуатаційні витрати через зменшене споживання енергії.
• Збільшення вартості нерухомості: Зелені будівлі часто мають вищу орендну плату та ціну продажу.
• Покращення здоров'я та продуктивності мешканців: ZEB часто мають кращу якість повітря в приміщенні та освітлення, що може покращити здоров'я та продуктивність мешканців.
• Створення робочих місць: Перехід до практик сталого будівництва може створити нові робочі місця в секторах відновлюваної енергетики, енергоефективності та зеленого будівництва.
• Пом'якшення наслідків зміни клімату: ZEB відіграють вирішальну роль у скороченні викидів парникових газів та пом'якшенні наслідків зміни клімату.

Приклади з практики: Будівлі з нульовими викидами по всьому світу

Численні приклади успішних будівель з нульовими викидами можна знайти по всьому світу, що демонструє доцільність та переваги цього підходу.

The Edge (Амстердам, Нідерланди)

The Edge — це офісна будівля в Амстердамі, спроєктована як одна з найстійкіших будівель у світі. Будівля включає низку енергоефективних технологій, зокрема сонячні панелі, геотермальну енергію та інтелектуальні системи освітлення. Вона також використовує систему збору дощової води та має зелений дах. The Edge отримала рейтинг BREEAM-NL Outstanding.

Bullitt Center (Сіетл, США)

Bullitt Center — це шестиповерхова офісна будівля в Сіетлі, спроєктована як будівля з нульовим чистим споживанням енергії та нульовим чистим споживанням води. Будівля генерує всю власну електроенергію за допомогою сонячних панелей і збирає дощову воду для всіх своїх потреб. Вона також має систему компостування туалетів та використовує нетоксичні будівельні матеріали. Bullitt Center сертифікований як Living Building Міжнародним інститутом живого майбутнього.

Pixel Building (Мельбурн, Австралія)

Pixel Building — це офісна будівля в Мельбурні, спроєктована як вуглецево-нейтральна та водо-нейтральна. Будівля генерує всю власну електроенергію за допомогою сонячних панелей та вітрових турбін і збирає дощову воду для всіх своїх потреб. Вона також має зелений дах та використовує перероблені будівельні матеріали. Pixel Building отримала рейтинг Green Star 6 зірок, що є найвищим можливим рейтингом в Австралії.

Національний музей Катару (Доха, Катар)

Хоча технічно це не будівля з нульовим чистим споживанням енергії, Національний музей Катару демонструє інноваційні стратегії сталого дизайну, придатні для суворого пустельного клімату. Структура у формі взаємопов'язаних дисків використовує принципи пасивного дизайну, такі як затінення та природна вентиляція, для мінімізації споживання енергії. Дизайн продумано включає місцеві матеріали та водоефективне озеленення для зменшення впливу на навколишнє середовище в регіоні.

Майбутнє будівель з нульовими викидами

Майбутнє забудованого середовища полягає у широкому впровадженні будівель з нульовими викидами та вуглецево-нейтрального будівництва. З розвитком технологій, зниженням витрат та посиленням нормативних вимог ZEB ставатимуть все більш поширеними. Ось деякі ключові тенденції, що формують майбутнє ZEB:

• Збільшення використання штучного інтелекту (ШІ): ШІ може використовуватися для оптимізації продуктивності будівлі, прогнозування споживання енергії та автоматизації експлуатації будівлі.
• Більша інтеграція сховищ відновлюваної енергії: Технології зберігання енергії, такі як акумулятори та теплові накопичувачі, відіграватимуть вирішальну роль у тому, щоб ZEB могли збалансувати попит та пропозицію енергії.
• Розробка нових низьковуглецевих матеріалів: Дослідження та розробки зосереджені на створенні нових низьковуглецевих будівельних матеріалів, таких як біоматеріали та вуглецево-негативний бетон.
• Прийняття принципів циркулярної економіки: Принципи циркулярної економіки, такі як проєктування для розбирання та повторного використання матеріалів, ставатимуть все більш важливими для зменшення відходів та мінімізації втіленого вуглецю.
• Зосередження на стійкості будівель: ZEB будуть проєктуватися таким чином, щоб бути більш стійкими до наслідків зміни клімату, таких як екстремальні погодні явища та підвищення рівня моря.

Висновок

Перехід до будівель з нульовими викидами та вуглецево-нейтрального будівництва є необхідним для пом'якшення наслідків зміни клімату та створення сталого майбутнього. Надаючи пріоритет енергоефективності, впроваджуючи відновлювану енергетику, зменшуючи втілений вуглець та оптимізуючи експлуатацію будівель, ми можемо перетворити забудоване середовище з джерела проблем на джерело рішень. Хоча проблеми залишаються, можливості величезні. Впровадження інновацій, співпраця та прихильність до сталого розвитку прокладуть шлях до майбутнього, де будівлі будуть не тільки екологічно відповідальними, але й сприятимуть здоровішому та процвітаючому світу для всіх.

Вживайте заходів: Почніть досліджувати місцеві стимули, сертифікації зеленого будівництва та практики сталого будівництва. Співпрацюйте з архітекторами, інженерами та підрядниками, які мають досвід у проєктуванні та будівництві будівель з нульовими викидами. Виступайте за політику, що підтримує перехід до сталого забудованого середовища.