实现净零一切:第1部分

这个由三部分组成的博客系列概述了向净零能源、水和碳过渡的迫切需要。第一部分强调了净零能耗的必要性。

建筑环境是最显著的消耗性行业之一,对碳和其他温室气体排放有巨大影响。材料的采购和制造、施工过程以及住宅和建筑的持续运营需要大量能源,并排放大量污染。

能源部(DOE)估计,美国的住宅和建筑占全国能源总使用量的40%,电力使用量的70%,以及总排放量的40%。

在全球范围内,预计未来35年内每35天将建造2万亿平方英尺(相当于纽约市的建筑环境),这使得归零成为绝对必要。

幸运的是,无论地理位置、气候和政治管辖权如何,建筑环境向净零能源的过渡正在进行中。

净零能耗住宅的投资回报率在全国范围内的市场上迅速增长,为效率升级带来了快速的回报期,为居住者提供了更好的体验,降低了日常运营和维护成本,提高了转售价值。

效率优先

任何关于实现净零排放的对话都必须从能源效率开始。

根据著名建筑科学家和Bettr Homes执行副总裁CR Herro的说法,净零能耗“必须具备”包括:

  • 结构的所有6个侧面都有高性能、绝缘良好、气密的外壳
  • 超高效、尺寸合适的暖通空调系统
  • 良好的窗户,太阳能热增益小于.25U和.25
  • 经济高效、节能的电器和照明设备
  • 用于空气和水加热的热泵技术
  • 获得可再生能源(屋顶或社区太阳能电池板或并网系统)

Herro宣称,“DOE零能耗就绪计划是将建筑围护结构达到HERS 40分的最具成本效益的方法。然后,通过指定节能暖通空调系统、热水器、电器和照明,并确定最佳、最耐用的太阳能电池阵的尺寸以缩小差距,您就有了一个现成的、基于性能的净零能耗解决方案。”

推动创新的行业挑战

建筑业(以及整个经济)已经被飙升的材料成本、劳动力挑战和材料短缺所拖累。尽管这些挑战将一套典型美国住宅的成本提高了5万美元,并使200多万美国家庭无家可归,但它们也在迫使一场变革,这场变革可以说对性能和可持续性产生了有益的结果。

建筑专业人士不得不重新思考他们的设计和施工方法,使曾经被认为遥不可及的替代建筑系统,如隔热混凝土模板(ICF)、结构隔热板(SIP)、嵌板墙系统和预制建筑,成为一种可行的、具有成本效益的替代方案。

场外建造的建筑围护结构系统、镶板系统和预制单元通常设计用于性能优化,在受控环境中部署建筑科学最佳实践,提供卓越的能效、一致性、弹性、质量控制和废物减少。例如,,努杜拉Plus系列ICF可以提供高达R-48的R值。

有回报的投资

除了建筑围护结构,暖通空调系统、窗户、太阳能和智能控制的进步进一步促进了零排放的过渡。

供暖和制冷系统约占家庭能源使用的55%,因此投资于高性能技术(如变速热泵)是有意义的。

虽然热泵在全球市场已经存在了近30年,但由于技术进步、强化的法规、激励、消费者意识和建筑商/承包商教育的综合作用,热泵在美国正达到一个转折点。

万博体育世界杯版客服电话与传统技术相比,当今先进的热泵使用了约1/3的能量用于加热和冷却,而较新的热泵可以在极端温度下运行。此外,变速电机的发展意味着热泵可以安静地运行,并且可以轻松地升/降,使其更灵活,更适合与可再生能源集成,寿命更长。

暖通空调制造商不仅使系统更加节能,他们还创造了保护室内空气质量的解决方案,例如AccuClean全家庭用空气过滤据报道,该系统可以在30分钟内清除99.9%的有害空气颗粒,如细菌、花粉,甚至新冠病毒。

门窗,通常是建筑围护结构中最薄弱的部分,在归零方面也起着重要作用。一个典型的美国家庭有多达30%的能源可以从门窗中逸出,这意味着美国每年的能源泄漏估计达500亿美元。!

目前使用的标准窗口的R值介于R-3和R-5之间。根据能源部的说法,从R-3增加到R-5将使家庭的平均热损失减少30%到40%(取决于气候区)

虽然高效窗户的价格在每平方英尺70美元到150美元之间(与基本乙烯基框架窗户的价格在每平方英尺25美元到70美元之间相比),但前期投资会产生相对较快的回报期,然后对房主产生永久的正效应。

需求侧能源管理

负载灵活性和需求侧能源管理(DSEM)在追求零能耗的过程中也变得至关重要。智能设备能够实现负载转移(当能源成本最高时,在高峰需求期间从电网提取较少能源的能力),以减少电网压力并增加成本节约。

全国各地的公用事业、市政当局和城市都在实施DSEM计划,加利福尼亚、纽约、佛蒙特、华盛顿、俄勒冈州、科罗拉多、明尼苏达和犹他等州采用率最高。

先进的能源监测设备,如施耐德电气的智能家居电源监视器,使家庭和建筑物能够与电网进行复杂的双向对话,以优化负荷转移。

还有突破性的技术,比如琥珀的固态电源管理系统,可以数字控制结构中每个设备和端点的用电,使任何家庭或建筑都能够无缝地将物联网功能添加到插座、安全系统、断路器、照明设备、电器和调光开关。

可再生能源革命

要实现零排放,我们需要全面采用可再生能源,即风能和太阳能,以及调整基础设施、监管和融资工具以支持转型。

幸运的是,清洁能源的未来已经到来。风能和太阳能现在在世界大部分地区具有成本竞争力,清洁能源技术现在可以比以往任何时候都使用更少的空间和更少的资源获取更多的电力。

事实上,美国环境署的研究表明,太阳能电池板和风力涡轮机的效率比十年前生产的大约高出40%。在同一时间段内,风力发电成本下降了71%,公用事业规模的太阳能发电成本下降了90%。

为了补充太阳能和风能技术的进步,电池存储市场正以惊人的速度发展。公用事业规模电池存储的每瓦时成本大幅下降,自2015年以来下降了70%。

电气化

随着我们向净零能耗过渡,我们也在向建筑环境中的完全电气化过渡。

在美国,家用电器并不是一个新概念。事实上,根据美国能源信息管理局(U.S.Energy Information Administration)的数据,全国近40%的家用电器都是电动的,其中大部分位于南方。

全国各地的司法管辖区都要求新住宅和商业建筑通电。加利福尼亚州51个市(包括伯克利、圣路易斯·奥比斯波、山景城、桑尼维尔、圣莫尼卡和奥克兰)制定了禁止天然气连接的法规,或为选择全电的建筑商/开发商提供密度奖金等奖励。纽约、马萨诸塞、俄勒冈州、得克萨斯、新墨西哥、华盛顿和路易斯安那等城市也纷纷效仿。

未来十年,全球家庭电气化预计将增加,预计电气化家庭技术(如空气源热泵、热泵热水器和感应烹饪技术)的市场将从2020年的24亿美元增长到2029年的129亿美元。

根据EPA的说法,转向全电动建筑环境将使我们国家的二氧化碳排放量每年减少约5.6亿吨。

游戏中的代码

尽管消费者对气候解决方案的需求不断增加,企业环境、社会和治理(ESG)的大胆承诺正在加速向零的过渡,但严格的法规才是真正的基石。

加州是一切可持续发展的先驱,它正在将其能源法规与脱碳目标结合起来。据安德鲁说麦卡利斯特,加州能源委员会委员,该州通过了2022年能源法规的严格版本(计划于2023年1月实施),并将目标定在2040年前实现电网脱碳。

为了进一步使能源法规与脱碳保持一致,加利福尼亚州采用了一种新的能源成本评估方法,而不仅仅是采用使用成本指标(这是一种随时间变化的评估方法,用于衡量能源的平均成本),该州现在正在纳入第二个跟踪能源来源的指标(追踪电力来源),这为碳排放提供了更准确的评估。

“我们再也不能把净零能源和净零碳分开,”麦卡利斯特坚持说。

他的话再准确不过了,如果我们要实现我们的气候目标,实现净零能源是最重要的,冷酷的事实是,净零能源是不够的。

要想在2摄氏度的温度升高下保持稳定,我们必须在整个建筑生命周期中消除碳排放,从产品采购到施工,从运营到报废使用。

我们如何做到这一点?请在本NetZero Everything博客系列的下一期文章中寻找答案。

要了解更多关于实现能源、水和碳净零排放的信息,请观看我们最近关于该主题的网络研讨会。



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