Även om coronavirus-pandemin har dominerat de senaste rubrikerna, klimatförändringen har inte försvunnit. Många experter efterlyser en "grön" ekonomisk återhämtning som riktar investeringar i energikällor och tekniker med låga koldioxidutsläpp.

Byggnader står för 40 % av den totala energiförbrukningen i USA, jämfört med 32 % för industrin och 28 % för transporter. Stater och städer med ambitiösa klimathandlingsplaner arbetar för att minska utsläppen från byggsektorn till noll. Detta innebär att maximera energieffektiviteten för att minska byggnadens energianvändning, och sedan försörja det återstående energibehovet med el genererad av kolfria källor.

Mina kollegor och jag studerar de bästa sätten att snabbt minska koldioxidutsläppen från byggsektorn. På senare år har konstruktionsdesign har avancerat dramatiskt. Netto nollenergibyggnader, som producerar den energi de behöver på plats från förnybara källor, allt oftare är standardvalet. Men för att påskynda övergången till noll koldioxidutsläpp, Jag tror att USA måste tänka större och fokusera på att designa eller återutveckla hela samhällen som är nollenergi.

Att tackla energianvändningen i byggnader på stadsdelsnivå ger stordriftsfördelar. Arkitekter kan använda stora värmepumpar och annan utrustning för att betjäna flera byggnader på ett förskjutet schema över dagen. Distrikt som tar hem, arbetsplatser, restauranger, rekreationscentra och andra tjänster tillsammans i gångbara samhällen minskar också kraftigt energin som behövs för transport. Från min synvinkel, denna växande rörelse kommer att spela en allt viktigare roll för att hjälpa USA och världen att hantera klimatkrisen.

Ambient loopar värmer och kyler

Värme och kyla är den största energianvändningen i byggnader. Distriktsdesignstrategier kan hantera dessa belastningar mer effektivt.

Fjärrvärme har länge använts i Europa, samt på vissa amerikanska högskolor och andra campus. Dessa system har vanligtvis en central anläggning som bränner naturgas för att värma vatten, som sedan cirkuleras till de olika byggnaderna.

För att uppnå noll koldioxidutsläpp, den senaste strategin använder en design som kallas en omgivningstemperaturslinga som samtidigt och effektivt både värmer och kyler olika byggnader. Detta koncept utvecklades först för Whistler Olympic Village i British Columbia.

I ett typiskt omgivande loopsystem, en pump cirkulerar vatten genom ett oisolerat ledningsnät begravt under frostlinjen. På detta djup, marktemperaturen är nära den för den årliga medellufttemperaturen för den platsen. När vattnet rör sig genom röret, den värms eller svalnar mot denna temperatur.

Värmepumpar vid enskilda byggnader eller andra punkter längs omgivningsslingan tillför eller tar ut värme från slingan. De kan också flytta värme mellan djupa geotermiska brunnar och det cirkulerande vattnet.

Slingan cirkulerar också genom en central anläggning som håller den i ett optimalt temperaturområde för maximal värmepumpsprestanda. Anläggningen kan använda kyltorn eller avloppsvatten för att avlägsna värme. Den kan tillföra värme via förnybara källor, som solfångare, förnybart bränsle eller värmepumpar som drivs av förnybar el.

Att använda avloppsvatten

Ett högprofilerat nettonollenergiprojekt, National Western Center, är ett flerbrukscampus för närvarande under uppbyggnad i Denver för att inhysa den årliga National Western Stock Show och andra offentliga evenemang fokuserade på mat och jordbruk.

Ett rör med en diameter på 6 fot som bär stadens avloppsvatten rinner under jorden genom fastigheten innan vattnet levereras till ett reningsverk. Vattentemperaturen håller sig inom ett smalt område av 61 till 77 grader F under hela året.

Avloppsvattenledningen och en värmeväxlare överför värme till och från en omgivande slinga som cirkulerar vatten i hela distriktet. Systemet ger värme på vintern och absorberar värme på sommaren via värmeåtervinningskylare, som är värmepumpar som samtidigt kan ge värme och kyla. Denna strategi betjänar enskilda byggnader med mycket hög effektivitet.

El som används för att driva värmepumparna, belysning och annan utrustning kommer från fotovoltaik på plats och vind- och solel som genereras från anläggningen.

Integrerat lågenergiboende i Austin

Ett annat distrikt som kommer att minimera koldioxidutsläppen är Whisper Valley Community, under uppbyggnad i Austin, Texas. Denna 2, 000-acre multi-use utveckling inkluderar 7, 500 helelektriska hus, 2 miljoner kvadratmeter kommersiellt utrymme, två skolor, och en 600 hektar stor park. Dess design har redan fått ett Green Building-pris.

Whisper Valley kommer att drivas på ett integrerat energisystem som inkluderar ett omfattande omgivande slingnät som värms upp och kyls av värmepumpar och geotermiska brunnar vid varje hus. Varje husägare har möjlighet att inkludera en solcellspanel på 5 kilowatt på taket för att driva värmepumpen och energieffektiva apparater, inklusive värmepumpsvattenberedare och induktiva spishällar. Enligt utvecklaren, Whisper Valleys stordriftsekonomi tillåter ett medianförsäljningspris 50 USD, 000 under det för typiska Austin-hus.

Framtiden för nollenergisamhällen

National Renewable Energy Laboratory, Lawrence Berkeley National Laboratory, och andra projektpartners utvecklar ett programutvecklingskit med öppen källkod som heter URBANopt som modellerar delar av nollenergidistrikt, som att bygga strategier för effektivitet/efterfrågeflexibilitet, solcellspaneler på taket, ambient loop distriktets termiska system. Programvaran kan integreras i andra datormodeller för att underlätta utformningen av nollenergisamhällen. NREL-ingenjörer har engagerat sig i högpresterande distriktsprojekt över hela landet, som National Western Center, att hjälpa till att informera och vägleda utvecklingen av URBANopt-plattformen.

De projekt jag har beskrivit är nybyggnation. Det är svårare att uppnå noll energi i befintliga byggnader eller samhällen ekonomiskt, men inte omöjligt. Det är vettigt att tillämpa de effektivitetsåtgärder som är mest kostnadseffektiva att eftermontera, konvertera byggnaders värme- och kylsystem till el och förse elen med solceller.

Verktygen erbjuder i allt högre grad prisscheman för användningstid, som tar mer betalt för energianvändning under perioder med hög efterfrågan. Nya energiledningssystem för hem kommer att tillåta husägare att värma vatten, ladda hembatterier och elfordon och kör andra apparater när elpriserna är lägst. Oavsett om vi pratar om nya eller befintliga byggnader, Jag ser hållbara nollenergisamhällen som drivs av förnybar energi som framtidens våg när vi tacklar klimatförändringskrisen.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.