Корпус с нулевым содержанием углерода

Жилье с нулевым выбросом углерода — это жилье, которое не выделяет парниковые газы (ПГ) в атмосферу ни напрямую ( Категория 1 ), ни косвенно из-за потребления электроэнергии, производимой с использованием ископаемого топлива ( Категория 2 ). Чаще всего под жильем с нулевым выбросом углерода понимают нулевые выбросы углекислого газа , который является основным загрязнителем климата из домов, хотя неорганизованный метан также может выделяться из газовых труб и приборов.

Определение

Тем не менее, существует ряд определений жилья с нулевым выбросом углерода, особенно касающихся объема выбросов в жизненном цикле жилья (например, строительство, эксплуатация или ремонт), а также приемлемости учета сокращения выбросов за пределами объекта (например, за счет экспорта возобновляемой энергии). ) или другие внешние сокращения любых остаточных выбросов из дома, чтобы сделать его домом с нулевым уровнем выбросов . Проект правового климата Chancery Lane дает 6 определений жилья или зданий с нулевым выбросом углерода: два из которых прямо допускают включение сокращения выбросов за пределами объекта за счет возобновляемых источников энергии или других компенсаций выбросов углерода , а один представляет собой определение чистого нуля, позволяющее включать чистый экспорт возобновляемой энергии. Некоторые определения противоречат очевидному значению понятия «нулевой выброс углерода»: правительство Великобритании в какой-то момент предложило определить дом с нулевым выбросом углерода как дом с «70-процентным сокращением выбросов углерода по сравнению со стандартами 2006 года». - т.е. по определению не буквально нулевой, поскольку допускает до 30% обычных выбросов.

Строительство и эксплуатация: некоторые объемы охватывают только эксплуатацию, некоторые дают возможность включить и строительство. Для целей современной политики по сокращению выбросов наиболее полезно включать строительство и эксплуатацию в сферу охвата новых зданий, а выбросы при реконструкции и эксплуатации — в сферу охвата существующих зданий (поскольку воздействие их строительства невозможно изменить в ретроспективе). Чтобы реконструкция была действительно безуглеродной, внедренный углерод должен быть «оплачен» за счет выбросов, сэкономленных домом, в течение периода времени, соответствующего мерам по борьбе с изменением климата (обычно в течение нескольких лет), и задолго до срока службы дома. соответствующее оборудование. При строительстве нового дома с нулевым выбросом углерода необходимо учитывать и окупать вложенный углерод во всем здании. Поскольку в традиционных строительных материалах, таких как кирпич и бетон, содержится значительное количество встроенного углерода, построить новый дом с нулевым выбросом углерода — более сложная задача, чем модернизация, и, вероятно, потребуется больше новых материалов.

Другой способ, с помощью которого дом может стать нулевым выбросом углекислого газа в эксплуатации , заключается в том, что он питается, обогревается и охлаждается исключительно от электрической сети с нулевым выбросом углекислого газа. Хотя в настоящее время (2024 г.) их немного (например, Исландия, Непал ), значительное число стран нацелены на создание электросетей с нулевым выбросом углерода к 2035 году, включая Австрию, Бельгию, Канаду, Францию, Германию, Люксембург, Нидерланды, Швейцарию и Великобританию.

Модернизация существующих традиционных домов для перехода на нулевой уровень выбросов углерода

Требуются следующие основные изменения:

Устранение прямых выбросов парниковых газов

В большинстве традиционных домов в странах, где требуется отопление помещений, для отопления помещений, горячего водоснабжения и приготовления пищи используется ископаемое топливо или древесина. Чтобы добиться нулевого уровня выбросов углерода, эти системы отопления необходимо заменить методами отопления с нулевыми выбросами. Основные варианты:

• Тепловые насосы — работают от электричества, обеспечивают высокую эффективность за счет использования тепловой энергии из окружающего воздуха/земли. Тепловые насосы могут обеспечивать кажущуюся эффективность 400% и более, т.е. отдаваемое тепло в 4 раза превышает потребляемую электрическую энергию. Могут использоваться воздух, вода. или землю в качестве источника тепла и может доставлять тепло в виде теплого воздуха (тепловой насос «воздух-воздух») или через влажную систему с использованием радиаторов или полов с подогревом ( тепловой насос с воздушным источником ). Большинство зданий в Норвегии уже используют тепловые насосы, и они внедряются при некоторой государственной поддержке во многих странах Западной Европы, в то время как количество тепловых насосов сейчас превышает количество газовых печей в США. Поскольку тепловые насосы часто используют более низкие температуры потока, чем традиционные системы, работающие на ископаемом топливе, домам может потребоваться улучшение изоляции и увеличение излучателей (например, радиаторов) при установке теплового насоса. По оценкам одного исследования, содержание углерода в тепловом насосе, установленном в Великобритании, составляет 1563 кг. При средней потребности Великобритании в тепле 10 000 кВтч в год и sCOP (КПД) 4, это будет использовать 2500 кВтч электроэнергии при расходе 156 г/кВтч = 390 кг. В то время как газ выделял бы 10 000/0,85 х181г =2129 кг. Таким образом, в год экономится 1621 кг, а окупаемость углерода теплового насоса составляет 11 месяцев. Окупаемость будет более длительной в стране с более высокой интенсивностью выбросов углерода в сети.
• Прямое (резистивное) электрическое отопление — уже широко используется, но менее эффективно, чем тепловые насосы (максимальная производительность 100% электроэнергии), и, следовательно, значительно дороже для отопления помещений и воды. Индукционный . нагрев заменяет приготовление пищи на ископаемом топливе
• Водородные котлы/печи — водородный котел выделяет только водяной пар, поэтому локальные выбросы нулевые. Однако в целом выбросы будут нулевыми только в том случае, если водород будет получен из источников с нулевым содержанием углерода, например, зеленого водорода, полученного в результате электролиза с использованием возобновляемых источников или ядерной энергии. Также требуется значительная распределительная инфраструктура. Водородные котлы были широко продемонстрированы, но не получили широкого распространения. Они сталкиваются с конкуренцией со стороны тепловых насосов, которые позволяют гораздо более эффективно использовать доступную возобновляемую электроэнергию.
• Пассивное солнечное отопление — используются большие площади окон, правильно ориентированные на солнце, для поглощения солнечной энергии непосредственно для обогрева помещений. В ситуации модернизации этот подход может потребовать значительной реконструкции здания для увеличения или изменения ориентации окон, хотя зимний сад или солнечное пространство могут быть более простой альтернативой. Пассивное солнечное отопление не работает в ночное время и, скорее всего, обеспечит лишь часть потребности дома в отоплении. Летом это также может вызвать перегрев, если его не контролировать соответствующим образом, например, с помощью штор, ставен или жалюзи.
• Солнечное тепловое отопление горячей воды для бытового потребления — для непосредственного нагрева горячей воды для бытового потребления используются кровельные панели с циркулирующей через них жидкостью. Все чаще потребители предпочитают вместо этого использовать солнечные фотоэлектрические панели, которые также можно использовать для нагрева воды с помощью переключателя или теплового насоса, а также для подачи электроэнергии для других целей.
• Биомасса . При некоторых обстоятельствах использование сжигания древесины в печи или котле на биомассе может считаться нулевым выбросом углерода, если известен источник древесины и можно подтвердить, что углеродный эквивалент, полученный при сжигании, был уловлен или будет находиться в пределах короткие сроки. Однако на практике эта информация редко доступна, и биомасса стала весьма спорной как решение с нулевым выбросом углерода. Кроме того, системы, работающие на биомассе, обычно производят значительное локальное загрязнение воздуха из-за древесного дыма.
• В некоторых местах генераторы, работающие на ископаемом топливе, необходимо будет заменить солнечными фотоэлектрическими/батарейными системами.

Стоимость этих мер для домовладельцев, естественно, является решающим фактором. Поскольку традиционные системы выигрывают от экономии за счет масштаба, а навыки установки широко доступны, новые технологии с нулевым выбросом углерода могут иметь более высокие капитальные затраты, хотя это может быть компенсировано более низкими эксплуатационными расходами или экономией за счет эффективности, в зависимости от относительных затрат на электроэнергию и ископаемое топливо. По этой причине правительства некоторых стран предоставляют домовладельцам гранты или субсидии на покрытие стоимости смены, например, Программа модернизации котлов. в Великобритании, что помогает финансировать установку тепловых насосов.

Убедитесь, что дом производит больше электроэнергии, чем потребляет из сети.

Солнечные панели установлены на крыше

Почти в каждом случае возобновляемым источником энергии для жилищ является солнечная фотоэлектрическая (PV) энергия. Использование солнечной фотоэлектрической энергии в настоящее время становится обычным явлением во всем мире, поскольку стоимость солнечной энергии упала и стала самым дешевым источником электроэнергии. Солнечные панели обычно размещаются на крышах, надворных постройках или на земле рядом с домом, и это практично практически для всех масштабов жилищ и в большинстве частей мира. Единственным исключением могут быть квартиры/квартиры в густонаселенных городских районах, у которых может отсутствовать крыша или даже какое-либо воздействие солнца.

Чтобы создать дом с нулевым выбросом углерода, размер/генерирующая мощность фотоэлектрической батареи должны соответствовать годовому потреблению дома. Зачастую это просто, даже если дом использует электричество для отопления напрямую или через тепловой насос или для охлаждения. В случае охлаждения доступность солнечной энергии будет достаточно хорошо соответствовать потребности в охлаждении, но это не относится к зимнему отоплению в более высоких широтах. В этой ситуации дом обычно импортирует электроэнергию для отопления и других целей зимой и экспортирует избыток солнечной энергии летом. Чтобы быть чистым нулевым, экспорт должен превышать импорт.

Домашние батареи широко используются в сочетании с солнечной энергией, для обеспечения электроэнергией в ночное время или в пасмурную погоду, а также для снижения затрат там, где ставки экспорта низкие. В этой ситуации может иметь финансовый смысл хранить, а не реимпортировать электроэнергию.

В быту возможны и другие формы возобновляемой энергии, включая микрогидроэлектростанции и ветряные турбины, но больший размер этого оборудования ограничивает его использование более крупными фермами или поместьями или коммунальными объектами, например, ветряной турбиной в многоквартирном доме.

Максимальная энергоэффективность

Энергоэффективность не является строго необходимой для достижения жилищного строительства с нулевым выбросом углекислого газа, если дом способен покрыть свою потребность в электроэнергии за счет возобновляемой энергии, вырабатываемой на месте. Однако повышение энергоэффективности сокращает масштабы требуемой генерации из возобновляемых источников и стоимость импортируемой электроэнергии, а также может повысить комфорт за счет уменьшения колебаний температуры. На национальном/экономическом уровне повышение внутренней энергоэффективности снижает потребность в крупномасштабной сетевой генерирующей и передающей инфраструктуре, а также в импорте электроэнергии. Основными подходами к энергоэффективности являются:

строительных материалов Изоляция для снижения потребностей в отоплении и охлаждении помещений. Потребление энергии в существующих зданиях можно значительно сократить за счет изоляции стен, полов и крыш, а также за счет соответствующих мер, таких как защита от сквозняков. В то время как некоторые меры, например, изоляция чердака/чердака с использованием минеральной ваты, дешевы и просты, другие, такие как изоляция внешних стен, являются более разрушительными и дорогими. Домохозяевам необходимо провести тщательный анализ затрат и выгод с точки зрения экономии затрат на электроэнергию. В некоторых странах существует государственная поддержка некоторых мер по изоляции домов.

Этикетка Energy Star

Эффективные приборы и освещение : они позволяют сократить потребление энергии без каких-либо изменений в поведении жильцов. Например, современное светодиодное освещение потребляет на 75% меньше электроэнергии, чем традиционные лампы накаливания . Почти все бытовые приборы, включая бытовую технику, компьютеры, телевизоры и холодильники, были разработаны с учетом меньшего потребления электроэнергии, так что даже с 1995 года, когда они были зрелым продуктом, энергопотребление холодильников в ЕС, по оценкам, сократилось на 60%. Но более эффективные приборы могут стоить дороже, и потребителям трудно узнать или рассчитать, стоят ли более эффективные продукты. По этой причине, чтобы помочь потребителям, была разработана сертификация, включая Energy Label в ЕС и Energy Star в США.

Эффективное поведение : жильцы дома оказывают большое влияние на потребление энергии в доме. Типичное поведение включает в себя:

• выключаются ли свет и приборы, когда они не используются
• частота использования стиральных машин, таких как стиральные машины, посудомоечные машины и сушилки, а также энергоемкость выбранных программ (например, температура стирки)
• установлено и используется ли высокоэнергетическое, но дополнительное оборудование, такое как гидромассажные ванны, сушильные машины и душ с электроприводом
• предпочтения относительно настроек внутренней температуры для отопления и охлаждения помещений.

Сначала ткань?

Основная тема дебатов в жилищных кругах заключается в том, следует ли при модернизации фокусироваться на «сначале ткань»: т.е. максимизация энергоэффективности перед обновлением подходов к энергоснабжению с целью устранения использования ископаемого топлива и добавления возобновляемых источников энергии. Сторонники предполагают, что этот подход необходим, чтобы избежать чрезмерного увеличения размеров систем энергоснабжения, таких как тепловые насосы, и минимизировать общий спрос на энергию в экономике. Противники ткани сначала предполагают, что капитальная модернизация зданий, такая как изоляция стен и полов и новые окна, является дорогостоящей и разрушительной и может удержать жильцов от каких-либо действий по переходу своих домов к нулевому выбросу углерода. Для сравнения, говорят они, оборудование для энергоснабжения, такое как тепловые насосы и солнечные фотоэлектрические панели, дешевле и обеспечивает большее сокращение выбросов углекислого газа и счетов.

Рекомендации по проектированию нового корпуса с нулевым выбросом углерода

При проектировании и строительстве жилья с нулевым выбросом углерода следует учитывать две основные области:

• Конструкция, обеспечивающая максимальную энергоэффективность и энергоснабжение с нулевым выбросом углекислого газа в эксплуатации;
• Сведение к минимуму содержания углерода в конструкции здания, благодаря чему время окупаемости выбросов углерода сокращается.

Конструкция, обеспечивающая максимальную энергоэффективность и энергоснабжение с нулевым выбросом углекислого газа при эксплуатации.

Требуются те же подходы, которые изложены в предыдущем разделе, и обычно дешевле спроектировать дом с этими характеристиками с самого начала, чем строить обычный дом и переоборудовать его позже. Ключевые подходы к проектированию включают в себя:

Ориентация дома : В более прохладном климате дом должен быть ориентирован так, чтобы в полной мере использовать преимущества активного (например, фотоэлектрического) и пассивного солнечного отопления. Это предполагает размещение крыш на юге (в северном полушарии), чтобы максимально использовать солнечную энергию, и установку больших окон, выходящих на юг, для максимизации пассивного солнечного отопления. Также необходимо принять меры для минимизации перегрева летом, такие как жалюзи, ставни и затенение. В более жарком климате дом можно ориентировать с севера на юг, чтобы минимизировать инсоляцию в середине дня и снизить потребность в перегреве и охлаждении, хотя наличие крыши, обращенной на юг, для фотоэлектрических систем по-прежнему является преимуществом.

Также следует уделить внимание планировке нескольких домов и окружающим объектам, таким как деревья, чтобы домашние солнечные панели не были затенены деревьями или другими домами. Следует избегать вырубки деревьев для предотвращения затенения, поскольку это контрпродуктивно с точки зрения выбросов углерода. Объединение домов в виде террас или двухквартирных домов также выгодно, поскольку эти дома изолируют друг друга и уменьшают потери тепла. В более жарком климате деревья следует оставить или посадить так, чтобы они могли обеспечить затенение домов и улиц и уменьшить потребность в охлаждении.

Высокая изоляция и воздухонепроницаемость : это касается всех элементов ограждающих конструкций здания, т.е. полов, крыш, стен, окон и дверей. Строительные нормы и стандарты во многих странах определяют уровни изоляции, требуемые законом в новых зданиях. Для обсуждения строительных норм и технологий изоляции во всем мире см. Строительная изоляция . Современные строительные нормы и правила, если их соблюдать, могут быть достаточными для достижения нулевого уровня выбросов углерода при эксплуатации, если они связаны с соответствующим энергоснабжением. Они могут указывать характеристики одного или обоих материалов, обычно в виде коэффициента теплопередачи материала или комбинации материалов, измеряемого в Ватт/м. ² /К и/или общая производительность здания в кВтч/м. ² /год. Например, в британских правилах указано, что стены должны иметь плотность <0,18 Вт/м. ² К. Уровень энергопотребления в зданиях сильно различается: дома-владельцы в Великобритании потребляют 259 кВтч/м2. ² , а новые дома потребляют 100 кВтч/м ² . Однако есть признаки того, что возможна более высокая производительность с достижением 50 кВтч/м. ² /год относительно просто за счет модернизации. Между тем, высокий стандарт пассивного дома требует не более 15 кВтч/м. ² (только для отопления помещений), что вполне достижимо, хотя в настоящее время считается специализированным и высококлассным.

Герметичность означает минимизацию утечки воздуха или сквозняков в здание и из него. Если проникает холодный воздух и/или выходит теплый воздух, это увеличивает потребность в отоплении (или охлаждении в жарком климате). Герметичность измеряется в воздухообменах в час или AC/H. Примером высокого стандарта воздухонепроницаемости является стандарт PassivHaus , для которого требуется менее 0,6AC/ч. Также существует необходимость в минимальном уровне воздухообмена, чтобы не накапливался влажный и затхлый воздух, что оказывало негативное воздействие на здоровье людей. Для достижения обоих требований система MVHR часто используется , хотя это увеличивает затраты.

Источники возобновляемой энергии, интегрированные в здание : солнечные фотоэлектрические панели можно интегрировать в крышу, а не монтировать над традиционными кровельными материалами, такими как черепица. Это позволяет сэкономить на кровельных материалах и улучшить внешний вид. Дом также можно спроектировать для отопления тепловым насосом, указав пол с подогревом , который является лучшим излучателем тепла для теплового насоса: он позволяет снизить температуру подачи, что увеличивает эффективность теплового насоса.

Минимизация содержания углерода в конструкции здания

См. «Зеленое строительство» .

Дополнительные преимущества корпуса с нулевым выбросом углерода

Здоровье

Дома с нулевым выбросом углерода обеспечивают гораздо более чистый воздух в помещении , поскольку они ограничивают сжигание ископаемого топлива , которое выделяет летучие газы и загрязняющие вещества . Такие приборы, как газовая плита, обогреватели, сушилки и духовки, работающие на сжигании топлива внутри дома, ухудшают качество воздуха в помещении и могут привести к проблемам с дыханием у жильцов. Это влияет не только на качество воздуха в помещении, но и на качество воздуха на улице. загрязнение жилых зданий является причиной около 15 500 смертей в год только в Соединенных Штатах. Отмечается, что Замена приборов , работающих на ископаемом топливе, может улучшить качество воздуха в помещении и уменьшить симптомы астмы у детей до 42%, а также снизить опасность пожара в домах.

Затраты

Как упоминалось ранее, энергоэффективные дома могут сэкономить жильцам счета за коммунальные услуги , заменив их приборы на энергоэффективные, а также обновив изоляцию и ограждающую конструкцию здания. На каждый доллар, вложенный в улучшения, направленные на создание дома с нулевым выбросом углерода, примерно 2 доллара экономятся на выработке электроэнергии и затратах на коммунальные услуги.

Успех с корпусом с нулевым выбросом углерода

В настоящее время вполне возможно достичь чистого нулевого уровня выбросов углекислого газа, даже без значительной модернизации энергоэффективности, путем объединения технологий теплового насоса и солнечной фотоэлектрической энергии. Например, в Великобритании средний дом использует 12 000 кВтч в год на отопление и 2900 кВтч в год на электроприборы. Использование теплового насоса для подачи такого количества тепла потребует около 3000 кВтч (при условии, что sCOP равен 4). Это дает общую потребность в электроэнергии 5900 кВтч в год, которую может обеспечить солнечная батарея мощностью около 6,3 кВт (цифры получены из Energy Saving Trust в 2024 году). калькулятора ), что составляет около 16 панелей. Этот подход предполагает, что сеть будет поставлять энергию зимой и получать ее обратно летом, поскольку батареи не могут обеспечить сезонное хранение энергии. Дополнительная изоляция уменьшит потребность в тепле и, следовательно, необходимый размер солнечной батареи.

См. также

• Зеленое здание
• Чистый прирост энергии
• Здание с нулевым отоплением
• Здание с нулевым энергопотреблением