Kolfiberhölje
Koldioxidfria bostäder är en term som används för att beskriva ett hus som inte släpper ut växthusgaser , särskilt koldioxid (CO 2 ), till atmosfären . Hem släpper ut växthusgaser genom att bränna fossila bränslen för att ge värme, eller till och med när de lagar mat på en gasspis . Ett hus utan koldioxidutsläpp kan uppnås genom att antingen bygga eller renovera ett hem för att vara mycket energieffektivt och att dess energiförbrukning kommer från icke-emitterande källor, till exempel el.
Enligt en FN-rapport från 2020 står bygg- och konstruktionsrutiner för ~38 % av alla energirelaterade koldioxidutsläpp . Av denna anledning driver byggbranschen på att hitta alternativa sätt och metoder för att minska mängden utsläpp som är förknippade med både byggprocessen och den dagliga driften för att underhålla byggnader.
Definitioner
Noll kol hölje:
- Ett hem som är designat och genomfört på ett sådant sätt att det inte släpper ut några ytterligare koldioxidutsläpp till atmosfären genom att försörja sig med ren energi . Det betyder att energin huset förbrukar är rent elektrisk.
Nollenergihus:
- Ett hem som är designat och byggt för att producera tillräckligt med egen förnybar energi för att klara sig själv utan att behöva förlita sig på nätet . Detta skiljer sig från ett hus utan koldioxid eftersom dess mål är att producera 100 % av sin egen ren energi.
Passivhus:
- Ett hem som fokuserar på hög isolering med ett lufttätt byggnadsskal . Höga nivåer av isolering gör att huset kan använda mindre energi för uppvärmning och kylning beroende på vilket klimat det befinner sig i.
Aktivt hus:
- Ett hem som fokuserar på de boendes hälsa och komfort. Detta fokus finns i den ökade naturliga belysningen och ventilationen huset är designat för.
Mål för Zero Carbon Housing
Det finns två huvudmål att sträva efter för att skapa koldioxidfria hem:
- Det första målet är att skapa ett passivhus som är anmärkningsvärt välisolerat och nästan helt lufttätt.
- När man bygger ett nytt hem innebär detta att fönster placeras strategiskt så att de absorberar värmen från solljus på vintern men samtidigt minimerar värmen på sommaren.
- För renovering av befintliga bostäder kräver detta att byggnadsskalet uppgraderas. Tätning av områden runt huset som är stillastående, och täta områden som rör sig kommer att uppnå den lufttäthet som krävs för att minska drag.
- Det andra målet är att inga naturgasledningar ska leda in i hemmet och att den får sin energi helt och hållet från el eller andra förnybara resurser . Elproduktionen fortsätter att bli renare när vi hittar fler sätt att utnyttja förnybara resurser och övergå från kol och fossila bränslen .
Efter att ha implementerat metodiken för ett passivhus förutom att vara helt avstängd till naturgasledningar kan huset fortsätta att förbättras med olika designhänsyn.
Designöverväganden för Zero Carbon Housing
Att skapa ett effektivt hus utan koldioxidutsläpp innebär flera nivåer av övervägande som härrör från människorna som valde att bygga och/eller renovera sitt hem, till designteamet som ansvarar för att utveckla de rätta designstrategierna, till entreprenörerna som bygger och implementerar dem . Det är i slutändan en laginsats från varje bidragsgivare att arbeta tillsammans för att tillhandahålla det bästa och mest effektiva huset med noll koldioxid. Några designöverväganden som kan implementeras beskrivs nedan. Det är viktigt att notera att detta inte är en uttömmande lista utan bara några av de vanligaste i praktiken. Dessa överväganden inkluderar orienteringen av själva byggnaden, inkluderande element som smarta fönster, värmepumpar , solpaneler och slutligen men viktigast av allt att installera energieffektiva apparater.
Orientering av huset
Som nämnts ovan är ett huvudmål med ett koldioxidfritt hus att skapa ett passivhus. När man bygger ett nytt hem är det mycket viktigt för designteamet att redogöra för husets orientering i förhållande till solen. Solljus kommer direkt och indirekt att påverka uppvärmningen och kylningen av ett hus baserat på dess orientering och placering av fönster. På norra halvklotet kommer de södervända väggarna i kontakt med solen mest och under större delen av dagen. Denna vägg blir den viktigaste väggen att designa att dra nytta av när man överväger en passiv solcellsdesign. Solljus kommer att träffa den södervända väggen och överföra dess värmeenergi till värme med antingen direkt förstärkning eller indirekt förstärkning. Direct gain väggdesign innebär att solljuset kommer in i huset genom fönster placerade längs de södra väggarna och träffar golv och/eller andra väggar. Eftersom fönster huvudsakligen är gjorda av glas har de låg värmeledningsförmåga . När solljuset passerar igenom med sin höga värmeenergi kan det inte lätt fly på grund av glasets låga ledningsförmåga och dess värmeenergi överförs till värme. Detta fenomen är känt som växthuseffekten . Som ett resultat värms huset upp från direkt solljus som tränger in genom fönstren.
Indirekt förstärkt väggdesign använder en Trombe Wall längs den södra väggen för att lagra värmeenergi som långsamt kan värma upp huset. En Trombe Wall består av en murad vägg längs den södra väggens omkrets med ett enda dubbelt lager glas längs dess utsida och ungefär en tums mellanrum mellan de två. Murväggen behöver vara mörkfärgad för att bättre absorbera solens värmeenergi och det yttre glasskiktet skapar en växthuseffekt för att fånga värmen som kontinuerligt värmer upp murväggen. Med tiden överförs värmen i väggen in i huset och kommer att fortsätta värma upp huset till natten efter att solen har gått ner. Denna design fungerar bra på norra halvklotet långt från ekvatorn eftersom solens position på himlen i förhållande till huset förändras. På vintern står solen mycket lägre på himlen så den kommer att lysa mot ett större område av väggen vilket fångar upp mer värmeenergi och resulterar i mer värmeökning inuti med mindre behov av att använda el för att värma upp bostaden. På sommaren står solen högre på himlen så det kan vara lättare att blockera solljuset från att träffa den södra väggen som inte överför så mycket värmeenergi vilket gör att den inte värms upp lika mycket.
Både direkt och indirekt vinst drar fördel av solens värmeenergi för att värma upp huset under de kalla vintermånaderna och genom passiv solcellsdesign säkerställa att huset inte absorberar för mycket av det under de varma sommarmånaderna.
Smarta Windows
Fönster är ett stort inslag i ett hem. De är bra för den boende att känna sig ansluten till den yttre miljön och släppa in mycket extra ljus inuti. Detta är fördelaktigt eftersom den extra belysningen från solen innebär att hembelysningen inte behöver lysa lika mycket och kan spara husägaren på elräkningar. Men ju mer solljus kan också orsaka mer uppvärmning av huset. Därför kommer med extra ljus med ytterligare värme. Under de kalla vintermånaderna kan detta faktiskt hjälpa hemmet genom att ge extra värme så att husägaren kan spara på uppvärmningskostnaderna, men under de varma sommarmånaderna kan detta tillföra oönskad tillskottsvärme och få en oavsiktlig konsekvens av att behöva använda mer energi för att kyla ner hemmet.
Användningen av smarta fönster i hemmen kan i hög grad påverka temperaturen inuti genom att dra nytta av solljus så att mindre energi i slutändan går åt till att både värma och kyla byggnaden. Cirka 35 % av en typisk byggnads energi går förlorad genom dess fönster. Det finns två typer av smarta fönster som främst används för att styra temperaturen på insidan av bostäder: elektrokrom och termokrom . Elektrokromatiskt glas har använts flitigt i smarta fönster. Ett elektrokromt fönster kan förändra ljusets och värmens förmåga att passera genom glaset genom att använda elektrisk ström. Dessa fönster består av fem lager: två glaslager på utsidan, två lager som fungerar som elektroder som fungerar som de positiva och negativa polerna i ett batteri, och ett mellanelektrolytlager som innehåller joner . När spänning läggs på fönstret utvecklas positivt laddade joner på ena sidan av fönstret medan negativt laddade flyttar till den andra sidan. Denna reaktion skapar en nyans på fönstret som kommer att stanna tills spänning återigen appliceras för att orsaka en omvänd reaktion. Elektrokromatiska fönster låter husägaren bestämma när de vill släppa in mer solljus eller blockera det, vilket ger dem en större känsla av kontroll över mängden energi de använder för uppvärmning och kylning. Å andra sidan är termokroma fönster fönster som förändras som svar på värme. Dessa fönster har färre lager än elektrokroma fönster, vanligtvis två lager av glas, med ett inre lager av ett termokromt laminat. Det termokroma laminatet kan tillverkas av olika material som är temperaturkänsliga och kan få glaset att färga när det når tillräckligt höga temperaturer för att blockera värmen, eller bli mer transparent när det är tillräckligt kallt för att släppa in mer ljus och värme. sin egen tröskeltemperatur där denna övergång kan ske. Därför beror den bästa typen av smarta fönster på klimatet.
Värmepumpar
En värmepump kan användas i ett hem som ett alternativt värme- och kylsystem i jämförelse med ugnar och luftkonditioneringsapparater. De drivs med el och använder samma termodynamiska principer som kylskåp för att överföra värme från ett svalt till ett varmt utrymme. De tre typerna av värmepumpar som kan användas för att värma eller kyla hem är luft-till-luft, vattenkälla och geotermisk värme. Varje typ samlar värme från antingen luften, vattnet eller marken från utsidan av huset och värmepumpen koncentrerar den för användning inomhus. Värmepumpar är ett så energieffektivt alternativ eftersom de inte genererar värme som en ugn. Istället överför de värme från en källa till en annan. Värmepumpen absorberar energi från uteluften och överför den inuti och värmer upp bostaden. Dessutom, när de växlas till kylläge, fungerar de som luftkonditioneringsapparater och absorberar värme inifrån och överför den utanför för att kyla ner hemmet.
Luftvärmepumpar används oftast i bostäder. De är så energieffektiva att de kan sänka elräkningen med cirka 50 %. Luftvärmepumpar har avancerat så mycket de senaste åren att de till och med är lämpliga för extrema kalla väderförhållanden för att ge värme i hemmet.
Solpaneler
Solpaneler är ett av de bästa sätten ett hem kan generera sin egen el. De två huvudsakliga teknikerna som används för att utnyttja solens energi och överföra den till elektricitet är fotovoltaik (PV) och koncentrerad solenergi (CSP). PV är de paneler som kan ses på hustaken i bostadshus och byggnader eller till och med ute på fälten. De fångar fotonerna från solljuset och panelerna absorberar dem för att skapa ett elektriskt fält över dess många lager som i sin tur skapar elektricitet. CSP används i mycket stora kraftverk och är därför inte lämplig för bostadsbruk.
Ibland kan solpanelssystem producera mer energi än vad huset behöver och när det händer matas vissa system in i batterier som kan lagra överskottet av el. Andra system kan kopplas direkt till hemmets elnät och gör att husägaren kan återmata sin överskottsel till elbolaget. När detta händer kommer elbolaget ofta att betala husägaren för den mängd el som de ger tillbaka.
Energieffektiva apparater
Energieffektiva apparater är apparater som är designade och implementerade för att förbruka mindre energi jämfört med deras vanliga vardagliga hushållsapparater men ändå tillhandahålla samma tjänst. Att installera energieffektiva apparater är ett av de enklaste sätten att minska energiförbrukningen eftersom de efter installationen inte kräver att den boende medvetet tänker på hur mycket energi de kommer att förbruka genom att slå på dem; apparaten använder helt enkelt mindre energi på grund av hur den är designad.
USA:s regering har satt en viss standard för energieffektivitet och skapat programmet Energy Star som ger certifieringar till konsumentprodukter som uppfyller dessa standarder. Energy Star tillhandahåller en certifierad märkning på produkter som de anser vara energieffektiva och sammanställer även en lista över dessa apparater, vilket gör det enkelt för konsumenten att köpa. Energy Star-certifierade bostadshus är minst 10 % och i genomsnitt 20 % mer energieffektiva jämfört med hem byggda enligt standardkod.
Urbanisering
Urbaniserade och mer tätbefolkade samhällen ger färre koldioxidutsläpp per capita jämfört med förorts- eller landsbygdssamhällen . Även om en del av detta beror på att människor i urbana miljöer vanligtvis kör mindre på grund av närheten till varor och tjänster, är en annan viktig faktor att tätbefolkade bostäder innebär bättre isolering på grund av delade väggar och golv och tak. Med färre väggar som utsätts för extremt väder utomhus och fler väggar som delas, kan den inre miljön stanna kvar och hålla jämnare temperaturer utan att behöva så mycket kylning eller uppvärmning.
Fördelar med Zero Carbon Housing
Tre viktiga fördelar med att byta till ett koldioxidfritt hus är hälsomässiga, ekonomiska och miljömässiga fördelar.
Hälsa
Hus utan koldioxidutsläpp erbjuder mycket renare inomhusluft eftersom de hindrar förbränning av fossila bränslen som frigör flyktiga gaser och föroreningar . Apparater som gasspis, värmare, torktumlare och ugnar som är beroende av att bränna bränsle i hemmet försämrar luftkvaliteten inomhus och kan leda till andningsproblem för de åkande. Inte bara inomhusluftens kvalitet påverkas, utan även utomhusluftens kvalitet. Föroreningar från bostadshus noteras vara ansvariga för cirka 15 500 dödsfall per år bara i USA. Att byta ut apparater som drivs med fossila bränslen kan förbättra inomhusluftens kvalitet och minska astmasymtom hos barn med upp till 42 %, samt minska brandriskerna i hemmen.
Pengar
Som tidigare nämnts kan energieffektiva hem spara den boende på sina elräkningar genom att både ersätta sina apparater med energieffektiva apparater samt uppdatera sin isolering och byggnadsskal. För varje $1 som investeras i förbättringar för att skapa ett koldioxidfritt hem, sparas cirka $2 i elproduktion och energikostnader.
Klimatförändring
Den viktigaste fördelen med koldioxidfria bostäder är minskningen av utsläppen av växthusgaser som bidrar till klimatförändringarna. Eftersom bostadshus och hus är en stor källa till utsläpp av växthusgaser kan städer inte uppnå sina klimatmål utan att optimera sin energieffektivitet. Genom att minska mängden energi som husen använder och genom att rensa upp den energi de använder kan koldioxidfria bostäder avsevärt minska dessa utsläpp till atmosfären för att uppfylla de koldioxidneutrala standarder som många nationer ställer.
Utmaningar förknippade med Zero Carbon Housing
Även om alla ovanstående exempel på hur man bygger och/eller renoverar ett koldioxidfritt hus låter bra, finns det några utmaningar med att byta till koldioxidfritt. En stor oro för de flesta är den ekonomiska faktorn. I genomsnitt kan hus utan koldioxid kosta 5 % till 15 % mer än ett vanligt hus av liknande storlek. När man ser denna initiala prishöjning känner sig husägare ofta avskräckta och att bostaden inte kommer att vara en bra investering . Att bara titta på den första kostnaden för bostaden utan att ta hänsyn till hur mycket besparingar det energieffektiva hemmet kommer att ha är ett avgörande misstag. När man tillämpar de korrekta designstrategierna för att skapa ett passivt, energieffektivt hem som kan generera en betydande del av sin egen elektricitet samtidigt som det är helt koldioxidneutralt, kan nollkoldioxidhus sluta spara husägaren pengar på lång sikt.
Men när en husägare har investerat i ett koldioxidfritt hus som helt drivs på el, både självproducerande och nätberoende, uppstår problemet med strömavbrott i elnätet . Även om det finns åtgärder som designteamet har vidtagit för att hjälpa huset att generera sin egen el, betyder det inte alltid att det kan generera tillräckligt med el för att upprätthålla normala hushållsaktiviteter, medan gasdrivna spisar annars skulle kunna fungera. I det här fallet kan man argumentera för att ett koldioxidfritt hus skulle vara att föredra framför ett normalt hus, eftersom även om normala hushållsaktiviteter minimeras vid ett strömavbrott, finns det fortfarande en backup av el som genereras från förnybara källor som huset har tillhandahållit, liksom passiv design vilket innebär att huset är välisolerat och har åtgärder som direkt och indirekt vinst för att hjälpa till att värma upp det. Det finns dessutom fall där ett hus ligger i ett område där solenergi inte är det mest effektiva sättet för elproduktion på grund av bristen på solljus. I det här fallet kommer designteamet att bedöma om solenergi är ett bra alternativ eller om andra förnybara energikällor är mer lämpliga.
Slutligen, en stor utmaning i byggbranschen är koldioxid . Även om termen koldioxidfri bostäder antyder att huset är kolfritt, står det inte för det faktum att det finns koldioxidutsläpp i samband med konstruktionen av hemmet, inte heller kolet som släpps ut från materialen som behövs för att bygga det, eller från deras transporter. från källa till webbplats. Faktum är att det beräknas att inbyggt kol från nybyggnation kommer att stå för nästan hälften av koldioxidutsläppen mellan nu och 2050. Detta är en enorm konsekvens som nybyggnation ger som kommer att behöva åtgärdas.
Framgång med Zero Carbon Housing
Det finns flera exempel runt om i världen på enskilda hus och till och med samhällen som har byggts för att vara koldioxidfria hus och visar att det är möjligt att bo i ett energieffektivt hem som minskar sin energiförbrukning och sina utsläpp av växthusgaser samtidigt som det ger de boende med samma funktionella livsstil som de kräver. Ett sådant samhälle i synnerhet, The Lochiel Park Green Village i södra Australien , har bevisat att med hjälp av regeringens policy och ett genialiskt designteam är ett koldioxidfritt boende möjligt och praktiskt. Designövervägandena som designteamet implementerade ökar energieffektiviteten inkluderar solvattenuppvärmning, ett solcellssystem för varje hus, högenergistjärnklassade apparater och lågenergibelysning. För att samla in data för att visa att Lochiel Park var mer energieffektiv än en liknande gemenskap av storlek och klimat, genomfördes revisioner av apparater och utrustning, samt fortsatt energianvändning och övervakning av produktionen.
Som ett resultat av den genomförda studien drogs slutsatsen att jämfört med genomsnittet av södra australiensiska bostadshus använde Lochiel Park-hushållen betydligt mindre energi per år och våningsyta . Faktum är att hem i Lochiel Park är så energieffektiva att när man jämför dem med genomsnittet i södra Australien, förbrukade den genomsnittliga totala årliga energin per hushåll mindre än hälften av energimängden. Inte bara det, men när man tar hänsyn till mängden energi som levererades till Lochiel Parks hem, vilket innebär den totala energiförbrukningen minus mängden energi som hemmen genererade själva oberoende av nätet, levererades Lochiel Park mindre än en tredjedel av mängden energi som genomsnittet i södra Australien. Detta är en betydande mängd energireduktion som kan tillskrivas det innovativa designteamet som inkorporerade en kombination av energieffektiv teknik och självförsörjande elproduktion för förnybar energi.