Miksi nollaenergia-asiat kaupunkitoimistoissa

Kaupallisten kaupunkeihin kuuluvien rakennusten osuus maailmanlaajuisesta energiankulutuksesta ja kasvihuonekaasupäästöistä on merkittävä. Kaupungit laajentuvat ja ilmastotavoitteet kiristyvät, kun nollaenergiarakennuksien suunnittelusta tulee paitsi ympäristövaatimus myös taloudellinen ja sääntelyyn liittyvä. Nollaenergiatoimistorakentaminen tuottaa yhtä paljon energiaa kuin kuluttaa yli vuoden, tyypillisesti paikan päällä tapahtuvan uusiutuvan tuotannon ja äärimmäisen tehokkuuden avulla. Tiheissä kaupunkiolosuhteissa maa on niukkaa ja sähköverkot ovat paineen alla, ja tasapainon saavuttaminen edellyttää luovia arkkitehtonisia ja teknisiä ratkaisuja. Hiilipäästöjen vähentämisen lisäksi ZEB tarjoaa pienempiä käyttökustannuksia, parempaa asukkaiden mukavuutta ja kestävyyttä energian hinnannousua vastaan.

Kaupunkien nollaenergiasuunnittelun perusperiaatteet

Nollaenergiasuunnittelu kaupunkiympäristössä perustuu kolmeen toisiinsa liittyvään strategiaan: energian kysynnän vähentäminen passiivisilla toimenpiteillä, jäljellä olevan kuormituksen täyttäminen paikan päällä uusiutuvilla energialähteillä ja toiminnan optimoiminen älykkäällä valvonnalla.

Passiivinen suunnittelu ensimmäisenä puolustuslinjana

Ennen uusiutuvien järjestelmien lisäämistä rakennuksen on minimoitava energianottohalunsa. Kaupunkitoimistoissa tämä alkaa rakennussuuntauksista, lasitussuhteista ja lämpömassasta. Etelää kohden olevat julkisivut (pohjoisella pallonpuoliskolla) voivat kaapata talviauringon varjostaessa laitteita, jotka estävät kesälämmön. Korkeatehoinen triple lasitus matalalla pinnoitteella vähentää lämmönsiirtoa. Luonnonilmanvaihtostrategiat, kuten pinovaikutus tai tuulivetoinen ristituulitus, voivat vähentää mekaanista jäähdytyskuormaa merkittävästi. Esimerkiksi Saatavuus Amsterdamissa[ käyttää älykästä atriumia, joka kanavoi päivänvalon syvälle lattialevyyn samalla kun mahdollistaa passiivisen ilmaliikenteen.

Super-eristetty rakennus kirjekuori

Kaupunkitorneissa on torjuttava sekä lämpöhäviötä talvella että auringonnousua kesällä. Jatkuva eristys, lämpökatkos ja ilma-saumaus ovat kriittisiä. Vihreät katot ja elävät seinät lisäävät eristystä samalla kun lieventävät kaupunkilämpösaaren vaikutusta. Kirjekuoressa on myös päivänvalo: dynaaminen lasitus tai sähkökromaattiset ikkunat voivat automaattisesti sävyttää vähentää häikäisyä ja jäähdytystä. Seattlessa sijaitseva [Bullittt Center[] saavuttaa R-40-kuoren paksulla eristeellä ja kolmikerroksisilla ikkunoilla, vaikka se istuukin tiukalla kaupunkialueella.

Uusiutuvan energian integrointi tiukoilla kaupunkialueilla

Rajallinen kattoalue ja vierekkäisten tornien varjostus tekevät aurinkosähköstä (PV) haastavaa. Kuitenkin innovaatiot, kuten rakennus-integroidut aurinkosähköt (BIPV) julkisivuissa, pystysuorissa aurinkotuoleissa ja yhteisön aurinkotilauksissa, voivat ylittää nämä rajat. Tuuliturbiinit ovat harvoin kannattavia kaupungeissa turbulenssin ja melun vuoksi, mutta pienet pystyakseliturbiinit voivat toimia korkealla koholla olevilla parapeteilla.Norjassa geoterminen lämpöpumppu käyttää sekä katon PV- että geotermisen rakenteen alla olevia porakaivorakenteita, mikä mahdollistaa erittäin tehokkaan lämmityksen ja jäähdytyksen ilman kattotilaa. Esimerkiksi Powerhouse Kjørbo -lämpövoimalat Norjassa käyttävät sekä katon PV- että geotermisen energiamyönteisyyden.

Energian varastointi ja verkkovuorovaikutus

Kaupunkien ZEB-järjestelmät ovat usein yhteydessä verkkoon varajärjestelmänä, mutta akkuvaraston avulla ne voivat siirtää aurinkotuotannon iltahuippukuormiin. Älykkäät invertterit ja kysynnänohjaus mahdollistavat sen, että rakennus voi myydä ylimääräistä energiaa tai vähentää vetovoimaa verkkostressin aikana. Tiheillä alueilla mikrogridit voivat yhdistää useita nollaenergiarakennuksia, jakaa tuotantoa ja varastointia.

Älykkäät rakennustekniikat optimaalista suorituskykyä varten

Nollaenergiakäyttö edellyttää rakennuksen hallintajärjestelmää (BMS), joka oppii ja mukautuu. Käyttöanturit, CO2-valvonta ja ennustavat algoritmit säätävät valaistusta, LVI-järjestelmää ja varjostusta reaaliajassa. Esimerkiksi Edge käyttää 28 000 sensoria seuratakseen kaikkea työpöydän käytöstä energiankulutukseen, jätteiden leikkaamiseen. IoT-käyttöisten pistokkeiden avulla voidaan automaattisesti vähentää käyttämättömiä laitteita. Tällaisilla järjestelmillä saadaan myös tietoa jatkuvaan käyttöönottoon, mikä varmistaa rakennuksen pysyvyyden kohteessa.

Sähköajoneuvojen lataus ja on-site energiantuotanto

Kaupunkitoimistoissa on yhä enemmän sähkökäyttöisiä latausasemia, joista tulee suuri kuorma. Nollaenergiatoimiston suunnittelun on otettava tämä huomioon yliviivaamalla PV:tä tai yhdistämällä kaksisuuntaisia latureita, jotka käyttävät autoparistoja varastointina. San Franciscoon. -asetukset [-nollanettoenergiarestauraatiot [ osoittavat, miten olemassa olevat rakennukset voivat lisätä PV:tä ja akkuja sähkökäyttöisten latausten kysyntää kompensoimaan.

Tapaustutkimukset kaupunkien nollaenergiahuippuosaamisessa

The Edge, Amsterdam

Usein kutsutaan maailman vihrein toimisto, Edge saavuttaa BREEAM Erinomainen ja lähes nolla energia tila. Sen etelään päin julkisivu on peitetty 1000 neliömetriä aurinkopaneelit, ja pohjoisessa julkisivu käyttää avoimia paneeleja tuoda päivänvaloa. Yhdistetty lämpö- ja teholaitos (myöhemmin korvattu PV päivityksen) ja akviferi lämpövarasto täyttää jäljellä olevan lämmön ja jäähdytystä. Rakennus tuottaa enemmän energiaa kuin se kuluttaa, kun huomioon uusiutuvat kredit.

Oasia Hotel Downtown, Singapore

Tämä korkean tason toimisto- ja hotellitorni trooppisessa Singaporessa käyttää 21 lajia helsinkiläistä julkisivua, jotka varjostavat rakennusta ja viilentävät mikroilmastoa. Sky puutarhat edistävät luonnon ilmanvaihtoa ja tarjoavat ulkoilmatilaa ilman pinta-alan kasvua. Rakennuksen energiankäyttöintensiteetti on 30% pienempi kuin tyypillinen Singaporen toimistotorni.

Unisfääri, Maryland

Tämä 130 000 neliömetrin toimistorakennus esikaupunkiklusterissa sai netto-nollaenergiasertifioinnin yhdistämällä geotermisen kaivon pellon, katon PV:n (joka kattaa 70% energiankulutuksesta) ja erittäin tehokkaan kuoren. Sen suunnittelu osoittaa, että jopa sekakäytössä kaupunkiympäristöissä nollaenergia on mahdollista uhraamatta esteettisyyttä.

Tyypillisten kaupunkihaasteiden voittaminen

Aurinkosähkön käyttö

Tiheissä keskustassa viereiset tornit voivat vähentää aurinkopotentiaalia 20.40%. Suunnittelijoiden on käytettävä aurinkokäyttötutkimuksia suunnitteluprosessin alkuvaiheessa. Ratkaisuihin kuuluu etelää kohti suunnattujen kattoalueiden priorisointi, BIPV:n käyttö itä- ja länsi julkisivuissa tai sähkönhankintasopimusten tekeminen muualla kuin tuotantopaikalla olevien uusiutuvien energialähteiden käytöstä alijäämän kattamiseksi.

Zoning and Regulatory Hurdles

Monissa kaupungeissa on edelleen vanhentuneita koodeja, jotka rajoittavat kuoren suorituskykyä tai vaativat pysäköintiä. Edistykselliset lainkäyttöalueet, kuten Vancouver ja New York, ovat hyväksyneet nollaenergiarakentamisen koodit uutta rakentamista varten. Varhaisessa yhteistyössä suunnitteluviranomaisten ja ympäristöystävällisten rakennusneuvostojen kanssa voidaan virtaviivaistaa hyväksyntöjä ja tunnistaa kannustimia.

Ensimmäinen kustannus- ja elinkaaritaloustiede

Nollaenergiarakennuksilla on tyypillisesti 5.15% korkeammat alkukustannukset, mikä johtuu suurelta osin runkojen ja uusiutuvien energialähteiden tehostamisesta. Elinkaarikustannusanalyysi osoittaa kuitenkin nettosäästöjä alhaisempien sähkölaskujen, korkeampien vuokrien ja kiinteistöjen arvojen vuoksi. Vihreä rahoitus, verohyvitykset ja hiilen hinnoittelu (kuten New Yorkin paikallislaki 97) tekevät liiketoiminnasta joka vuosi vahvemman.

Tulevaisuuden näkymät: Tie nollahiiliin

Seuraavana rajana on nollahiili, joka lisää materiaalista ja rakentamisesta syntyvää hiiliä. Kaupunkien nollaenergiatoimistot käyttävät yhä enemmän vähähiilisiä materiaaleja, kuten massapuua tai kierrätysterästä. Kaikkien järjestelmien (lämmitys, jäähdytys, ruoanlaitto) sähköistäminen on välttämätöntä, ja samalla on hankittava 100% uusiutuvaa sähköä verkosta. Teknologiat, kuten avoimet aurinkoikkunat ja pystysuorat tuulivoimalat, etenevät. Vuoteen 2030 mennessä monet kaupungit suunnittelevat käyttävänsä lähes nollaenergiaa kaikkeen uuteen kaupalliseen rakentamiseen, minkä vuoksi varhaisten omaksujien opetukset ovat välttämättömiä koko teollisuudelle.

Kaupunkien energiattomien toimistorakennusten edistäminen ei ole vain trendi vaan välttämätön muutos. Integroidun suunnittelun, innovatiivisen teknologian ja suorituskyvyn sitoutumisen ansiosta kaupungit voivat toimia edelläkävijänä luotaessa sekä tuottavia että regeneroituvia työtiloja.