Table of Contents
Γιατί Μηδέν Ενέργεια Ζητήματα σε αστικά Γραφεία Περιβάλλοντα
Καθώς οι πόλεις επεκτείνονται και οι κλιματικοί στόχοι εντείνουν, ο σχεδιασμός κτιρίων μηδενικής ενέργειας (ZEBs) γίνεται όχι μόνο περιβαλλοντική επιταγή αλλά και οικονομική και ρυθμιστική. Ένα κτίριο μηδενικής ενέργειας παράγει τόση ενέργεια όσο καταναλώνει πάνω από ένα χρόνο, συνήθως μέσω επιτόπιων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και μέτρων ακραίας απόδοσης. Σε πυκνές αστικές περιοχές, όπου η γη είναι σπάνια και τα δίκτυα χρησιμότητας είναι υπό πίεση, επιτυγχάνοντας αυτή την ισορροπία απαιτεί δημιουργικές αρχιτεκτονικές και μηχανολογικές λύσεις. Πέρα από τη μείωση του άνθρακα, τα ΖΕΒ προσφέρουν χαμηλότερο λειτουργικό κόστος, βελτιωμένη άνεση των επιβατών και ανθεκτικότητα έναντι των αυξανόμενων τιμών ενέργειας.
Θεμελιώδεις Αρχές του Αστικού Μηδέν Σχεδίου Ενέργειας
Ο σχεδιασμός ενέργειας μηδενικού επιπέδου σε ένα πλαίσιο πόλης βασίζεται σε τρεις αλληλένδετες στρατηγικές: μείωση της ενεργειακής ζήτησης μέσω παθητικών μέτρων, ικανοποίηση του εναπομένοντος φορτίου με τις επί τόπου ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και βελτιστοποίηση της επιχειρησιακής απόδοσης με έξυπνους ελέγχους.
Παθητική Σχεδίαση ως η Πρώτη Γραμμή Άμυνας
Πριν από την προσθήκη τυχόν ανανεώσιμων συστημάτων, το κτίριο πρέπει να ελαχιστοποιήσει την ενεργειακή του όρεξη. Στα αστικά γραφεία, αυτό ξεκινά με τον προσανατολισμό του κτιρίου, τους υαλοπίνακες, και τη θερμική μάζα. Νότιες προσόψεις (στο βόρειο ημισφαίριο) μπορούν να συλλάβουν τον ήλιο του χειμώνα ενώ οι συσκευές σκίασης μπλοκάρουν τη θερινή θερμότητα. Τα τριπλά τζάμια υψηλής απόδοσης με χαμηλές επιστρώσεις μειώνουν τη μεταφορά θερμότητας. Οι στρατηγικές φυσικού εξαερισμού, όπως η στοίβα ή η ανεμογεννήτρια διασταυρούμενη αερισμό, μπορούν να κόψουν σημαντικά τα μηχανικά φορτία ψύξης. Για παράδειγμα, η Edge στο Άμστερνταμ χρησιμοποιεί ένα έξυπνο αίθριο που διαγράφει το φως της ημέρας στο δάπεδο ενώ επιτρέπει την παθητική κίνηση του αέρα.
Υπερμονωμένος φάκελος κτιρίων
Σε πύργους αστικών, ο φάκελος πρέπει να καταπολεμήσει τόσο την απώλεια θερμότητας το χειμώνα και το ηλιακό κέρδος το καλοκαίρι. Συνεχής μόνωση, θερμική διαμόρφωση διαλείμματος, και λεπτομέρειες αεροστεγής είναι κρίσιμη. Οι πράσινες στέγες και τα ζωντανά τοιχώματα προσθέτουν μόνωση ενώ μετριάζουν το φαινόμενο της αστικής θερμαινόμενης νησίδας. Ο φάκελος επηρεάζει επίσης το φως της ημέρας: δυναμικά τζάμια ή ηλεκτροχρώμια παράθυρα μπορούν αυτόματα να χρωματιστούν για να μειώσουν τα φορτία λάμψης και ψύξης. Το Bullitt Center στο Σιάτλ επιτυγχάνει ένα φάκελο R-40 χρησιμοποιώντας χοντρά παράθυρα μόνωσης και τριπλού υαλοπίνακα, παρόλο που κάθεται σε μια σφιχτή αστική παρτίδα.
Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Ολοκλήρωση σε Στενές Αστικές Περιοχές
Ωστόσο, καινοτομίες όπως η κατασκευή φωτοβολταϊκών (BIPV) σε προσόψεις, κάθετα ηλιακά λούβρη και κοινοτικές ηλιακές συνδρομές μπορούν να ξεπεράσουν αυτά τα όρια. Οι επιτόπιες ανεμογεννήτριες σπάνια είναι βιώσιμες στις πόλεις λόγω αναταράξεων και θορύβου, αλλά οι κάθετοι άξονες μικρής κλίμακας μπορούν να λειτουργούν σε υψηλής ανατοκιμότητας παραπετάσματα. Οι γεωθερμικές αντλίες θερμότητας, χρησιμοποιώντας συστοιχίες με φρεάτια κάτω από την κατασκευή του κτιρίου ή του πάρκινγκ, παρέχουν εξαιρετικά αποδοτική θέρμανση και ψύξη χωρίς χώρο στην ταράτσα. Για παράδειγμα, η Powerhouse Kjørbo στη Νορβηγία χρησιμοποιεί τόσο την οροφή PV όσο και τη γεωθερμική για να γίνει θετική στην ενέργεια.
Αποθήκευση ενέργειας και αλληλεπίδραση πλέγματος
Οι αστικές ΖΕΒ συχνά συνδέονται με το δίκτυο για εφεδρικό, αλλά η αποθήκευση της μπαταρίας τους επιτρέπει να μετατοπίζουν την ηλιακή παραγωγή σε φορτία αποκορύφωσης. Οι έξυπνοι αντιστροφείς και οι έλεγχοι απόκρισης της ζήτησης επιτρέπουν στο κτίριο να πωλεί υπερβολική ενέργεια ή να μειώνει την έλξη κατά τη διάρκεια του στρες του πλέγματος. Σε πυκνές περιοχές, τα μικρογρίδια μπορούν να συνδέσουν πολλαπλά κτίρια μηδενικής ενέργειας, να μοιράζονται τους πόρους παραγωγής και αποθήκευσης.
Έξυπνες Τεχνολογίες Κτιρίου για Βέλτιστες Επιδόσεις
Αισθητήρες κατοχής, παρακολούθηση CO2 και αλγόριθμοι πρόβλεψης ρυθμίζουν το φωτισμό, HVAC, και σκίαση σε πραγματικό χρόνο. Για παράδειγμα, το Edge χρησιμοποιεί 28.000 αισθητήρες για να παρακολουθεί τα πάντα από τη χρήση γραφείου στην κατανάλωση ενέργειας, κόβοντας τα απόβλητα. IoT-enabled φορτία βύσμα μπορεί να ενεργοποιήσει αυτόματα τον μη χρησιμοποιηθέντα εξοπλισμό.
Ηλεκτρική φόρτισης οχημάτων και την παραγωγή ενέργειας επί τόπου
Τα αστικά γραφεία περιλαμβάνουν όλο και περισσότερους σταθμούς φόρτισης EV, οι οποίοι γίνονται ένα μεγάλο φορτίο. Ο σχεδιασμός ενός γραφείου μηδενικής ενέργειας πρέπει να το λογαριάζει αυτό με το υπερμεγέθυνση του φωτοβολταϊκού ή την ενσωμάτωση των αμφίδρομων φορτιστών που χρησιμοποιούν μπαταρίες αυτοκινήτων ως αποθήκευση.
Μελέτες Περιπτώσεων στην Αστική Μηδέν Ενεργειακή Αριστεία
Η άκρη του Άμστερνταμ
Συχνά ονομάζεται το πιο πράσινο γραφείο του κόσμου, η Edge επιτυγχάνει BREAVM Εξέχουσα και σχεδόν μηδενική ενεργειακή κατάσταση. Η νότια πρόσοψη του καλύπτεται με 1.000 τετραγωνικά μέτρα ηλιακών πάνελ, και η βόρεια πρόσοψη χρησιμοποιεί διαφανή πάνελ για να φέρει στο φως της ημέρας. Μια συνδυασμένη θερμότητα και ενέργεια (CHP) εργοστάσιο (που αργότερα αντικαταστάθηκε από μια αναβάθμιση φωτοβολταϊκών) και υδροφόρο θερμική αποθήκευση πληρούν τις υπόλοιπες ανάγκες θερμότητας και ψύξης.
Ξενοδοχείο Oasia Downtown, Σιγκαπούρη
Αυτό το ψηλός πύργος γραφείων και ξενοδοχείων στην τροπική Σιγκαπούρη χρησιμοποιεί μια «ζωντανή πρόσοψη» 21 ειδών ερπετών που σκιάζουν το κτίριο και δροσίζουν το μικροκλίμα. Οι ουρανικοί κήποι σε πολλαπλά επίπεδα προωθούν τον φυσικό εξαερισμό και παρέχουν εξωτερικό χώρο φιλειρηνικότητας χωρίς να αυξάνεται ο χώρος του δαπέδου. Η ένταση χρήσης ενέργειας του κτιρίου είναι 30% χαμηλότερη από έναν τυπικό πύργο γραφείων της Σιγκαπούρης.
Unisphere, Μέριλαντ
Αυτό το κτίριο γραφείων 130.000 τετραγωνικών ποδιών σε μια αστική συστάδα προαστίων πέτυχε πιστοποίηση ενέργειας με καθαρό μηδέν συνδυάζοντας ένα γεωθερμικό πηγάδι, PV οροφής (που καλύπτει το 70% της χρήσης ενέργειας), και ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό φάκελο. Ο σχεδιασμός του αποδεικνύει ότι ακόμη και σε αστικά αστικά συστήματα μικτής χρήσης, μηδενική ενέργεια είναι εφικτή χωρίς να θυσιάζεται αισθητική.
Υπερνίκηση Τυπικών Αστικών Προκλήσεων
Σκίαση και ηλιακή πρόσβαση
Σε πυκνά κέντρα, οι παρακείμενοι πύργοι μπορούν να μειώσουν το ηλιακό δυναμικό κατά 20 ⁇ 40%. Οι σχεδιαστές πρέπει να χρησιμοποιούν μελέτες ηλιακής πρόσβασης από νωρίς στη διαδικασία σχεδιασμού. Οι λύσεις περιλαμβάνουν προτεραιότητα στις περιοχές της νότιας οροφής, χρησιμοποιώντας BIPV στην ανατολική και δυτική πρόσοψη, ή την εισαγωγή σε συμφωνίες αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας (PPA) για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας εκτός εγκαταστάσεων για την κάλυψη του ελλείμματος.
Ζωντογόνα και ρυθμιστικά εμπόδια
Πολλές πόλεις έχουν ακόμα ξεπερασμένους κώδικες που περιορίζουν την απόδοση των φακέλων ή απαιτούν στάθμευση. Προοδευτικές δικαιοδοσίες όπως το Βανκούβερ και η Νέα Υόρκη έχουν υιοθετήσει μηδενικούς κώδικες κατασκευής ενέργειας για νέες κατασκευές.
Πρώτο κόστος και οικονομικά κύκλου ζωής
Τα κτίρια μηδενικής ενέργειας έχουν συνήθως ένα 5 ⁇ 5% υψηλότερο αρχικό κόστος, σε μεγάλο βαθμό λόγω της ενισχυμένης περιβολής και ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ωστόσο, η ανάλυση του κόστους κύκλου ζωής δείχνει καθαρές εξοικονομήσεις από χαμηλότερους λογαριασμούς κοινής ωφέλειας, υψηλότερες μισθώσεις, και αυξημένες αξίες ακινήτων. Πράσινη χρηματοδότηση, πιστώσεις φόρου, και τιμές άνθρακα (όπως το τοπικό νόμο 97 της Νέας Υόρκης) κάνουν την υπόθεση ισχυρότερη κάθε χρόνο.
Μελλοντική Outlook: Ο δρόμος προς το μηδέν άνθρακα
Το επόμενο σύνορο είναι ο μηδενικός άνθρακας, ο οποίος προσθέτει τον ενσαρκωμένο άνθρακα από υλικά και κατασκευές. Τα γραφεία αστικής ενέργειας μηδενικού άνθρακα θα χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο υλικά με χαμηλές εκπομπές άνθρακα, όπως η μαζική ξυλεία ή ο ανακυκλωμένος χάλυβας. Ο ηλεκτρισμός όλων των συστημάτων (θέρμανση, ψύξη, μαγείρεμα) θα είναι απαραίτητος, μαζί με την προμήθεια 100% ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο. Τεχνολογίες όπως τα διαφανή ηλιακά παράθυρα και οι κάθετες ανεμογεννήτριες προωθούνται. Μέχρι το 2030, πολλές πόλεις σχεδιάζουν να δώσουν εντολή σχεδόν μηδενικής ενέργειας για όλες τις νέες εμπορικές κατασκευές, καθιστώντας τα μαθήματα από αυτούς τους πρώιμους υιοθετητές απαραίτητα για ολόκληρη τη βιομηχανία.
Η ώθηση προς κτίρια γραφείων μηδενικής ενέργειας σε αστικές περιοχές δεν είναι απλώς μια τάση ⁇ είναι μια απαραίτητη μετατροπή. Με ολοκληρωμένο σχεδιασμό, καινοτόμο τεχνολογία, και μια δέσμευση για την απόδοση, οι πόλεις μπορούν να οδηγήσουν το δρόμο στη δημιουργία χώρων εργασίας που είναι τόσο παραγωγικές όσο και αναγεννητικές.