Null-Energie-Gebäude

Ein Null-Energie-Gebäude, auch bekannt als Zero-Net-Energy-Gebäude (ZNE), Netto-Zero-Energy-Gebäude (NZEB), Netto-Null-Gebäude oder Null-Kohlenstoff-Gebäude ist ein Gebäude ohne Netto-Energieverbrauch, dh die gesamte Menge an Energie Die jährliche Nutzung des Gebäudes entspricht in etwa der Menge an erneuerbarer Energie, die auf dem Gelände erzeugt wird, oder in anderen Definitionen durch erneuerbare Energiequellen in anderen Regionen. Diese Gebäude tragen folglich zu weniger Treibhausgasen in der Atmosphäre bei als vergleichbare Nicht-ZNE-Gebäude. Sie verbrauchen manchmal nicht erneuerbare Energie und produzieren Treibhausgase, aber zu anderen Zeiten reduzieren sie den Energieverbrauch und die Treibhausgasproduktion um den gleichen Betrag. Ein ähnliches Konzept, das von der Europäischen Union und anderen Vertragsstaaten gebilligt und umgesetzt wird, ist das Zero Energy Building (nZEB) mit dem Ziel, bis 2020 alle Gebäude in der Region unter die nZEB-Standards zu stellen. Null-Energie-Gebäude werden immer häufiger für Neubauten genutzt aber sind immer noch ziemlich selten als Upgrades zu bestehenden Häusern.

Überblick
Die meisten Zero-Net-Energy-Gebäude erhalten die Hälfte oder mehr ihrer Energie aus dem Netz und geben die gleiche Menge zu anderen Zeiten zurück. Gebäude, die im Laufe des Jahres einen Energieüberschuss erzeugen, können als “Plusenergiegebäude” bezeichnet werden, und Gebäude, die etwas mehr Energie verbrauchen, als sie produzieren, werden als “Niedrigstenergiegebäude” oder “Niedrigstenergiehäuser” bezeichnet.

Um zu einem Null-Energie-Gebäude zu gelangen, muss der Energieverbrauch des Gebäudes so weit reduziert werden, dass die gesamte Energie vor Ort aus CO2-freien Quellen wie Solarzellen oder Windturbinen erzeugt werden kann. Der Energieverbrauch wird reduziert durch:

Installieren einer dicken Isolierung (bis zu 12 “) in den Wänden, Dach und Kellerdecke,
Draught-Proofing, um das Eindringen von kalter Luft in das Haus im Winter und warme Luft in das Haus im Sommer zu verhindern,
Installieren von effizienten Geräten wie einem neuen Kühlschrank und neuen Umwälzventilatoren für das Heiz- / Klimaanlagensystem.
Einbau von doppelt- oder dreifach verglasten Fenstern (bis zu achtmal so isolierend wie eine einzelne Glasscheibe),
Heizung des Hauses mit hocheffizienten Wärmepumpen (Wärmepumpen sind etwa viermal so effizient wie fossile Brennstoffe wie Erdgas oder Kohle zum Heizen),
Mit effizienten Glühbirnen wie LEDs (LEDs, die etwa fünf mal so effizient sind, um Licht aus Elektrizität wie Glühlampen zu erzeugen – dh traditionelle Glühbirnen).

Die Entwicklung moderner Nullenergiehäuser wurde vor allem durch Fortschritte bei neuen Energie- und Bautechnologien und -techniken möglich. Dazu gehören hochisolierende Spray-Foam-Dämmungen, hocheffiziente Solarmodule, hocheffiziente Wärmepumpen und hochisolierende Low-E-Dreifach-Verglasungen. Diese Innovationen wurden auch durch die akademische Forschung erheblich verbessert, die präzise Energieleistungsdaten für traditionelle und experimentelle Gebäude sammelt und Leistungsparameter für fortschrittliche Computermodelle bereitstellt, um die Wirksamkeit von Konstruktionsentwürfen vorherzusagen.

Null-Energie-Gebäude können Teil eines intelligenten Stromnetzes sein. Einige Vorteile dieser Gebäude sind wie folgt:

Integration erneuerbarer Energiequellen
Integration von Plug-in-Elektrofahrzeugen – genannt Fahrzeug-zu-Netz
Implementierung von Nullenergie-Konzepten

Das Net-Zero-Konzept ist zwar auf eine Vielzahl von Ressourcen wie Energie, Wasser und Abfall anwendbar. Energie ist normalerweise die erste Ressource, auf die gezielt wird, weil:

Energie, insbesondere Strom und Heizöl wie Erdgas oder Heizöl, ist teuer. Eine Reduzierung des Energieverbrauchs kann somit dem Bauherrn Geld sparen. Im Gegensatz dazu sind Wasser und Abfall billig.
Energie, insbesondere Strom und Heizöl, hat einen hohen CO2-Fußabdruck. Die Verringerung des Energieverbrauchs ist daher eine wichtige Maßnahme, um den CO2-Fußabdruck des Gebäudes zu reduzieren
Es gibt gut etablierte Mittel, um den Energieverbrauch und die CO2-Bilanz von Gebäuden deutlich zu reduzieren. Dazu gehören: Hinzufügen von Dämmung, Einsatz von Wärmepumpen anstelle von Öfen, Verwendung von doppelt- oder dreifach verglasten Fenstern mit niedrigem E-Wert und Hinzufügen von Solarmodulen zum Dach.
Es gibt staatlich geförderte Subventionen und Steuervergünstigungen für die Installation von Wärmepumpen, Solarmodulen, dreifach verglasten Fenstern und Dämmstoffen, die die Kosten für den Bau eines Netto-Null-Energie-Gebäudes für den Gebäudeeigentümer stark reduzieren. Zum Beispiel gibt es in den USA Bundessteuergutschriften für Sonnenkollektoren, staatliche Anreize (die je nach Staat variieren, aber hier aufgeführt sind) für Sonnenkollektoren, Wärmepumpen und hochisolierende dreifach verglaste Fenster. Einige Bundesstaaten wie Massachusetts bieten auch Null- oder Niedrigzinskredite an, damit Bauherren Wärmepumpen, Solarmodule und dreifach verglaste Fenster kaufen können, die sie sich sonst nicht leisten könnten. Die Kosten, um ein bestehendes Haus mit Netto-Null-Energie zu versorgen, wurden als 5-10% des Wertes des Hauses angegeben. Eine Rendite von 15% wurde gemeldet. Siehe hier für Details.

Definitionen
Trotz des Namens “Zero Net Energy” gibt es mehrere Definitionen, was der Begriff in der Praxis bedeutet, mit einem besonderen Unterschied in der Nutzung zwischen Nordamerika und Europa.

Null-Energienutzung der Website
Bei dieser Art von ZNE entspricht die Energiemenge, die von erneuerbaren Energiequellen vor Ort bereitgestellt wird, der Menge an Energie, die vom Gebäude verbraucht wird. In den Vereinigten Staaten bezieht sich “Zero Net Energy Building” im Allgemeinen auf diese Art von Gebäude.

Null Netto-Quellenergieverbrauch
Diese ZNE erzeugt die gleiche Menge an Energie, die verbraucht wird, einschließlich der Energie, die für den Transport der Energie zum Gebäude verwendet wird. Dieser Typ berücksichtigt Energieverluste bei der Stromerzeugung und -übertragung. Diese ZNE müssen mehr Strom erzeugen als Null-Netto-Energiegebäude.

Netto-Null-Energie-Emissionen
Außerhalb der Vereinigten Staaten und Kanadas wird ein ZEB im Allgemeinen als ein System mit null Nettoenergieemissionen definiert, das auch als Null-CO2-Gebäude oder Nullemissionsgebäude bezeichnet wird. Gemäß dieser Definition werden die CO2-Emissionen, die bei der Nutzung fossiler Brennstoffe vor Ort oder außerhalb von Gebäuden entstehen, durch die Menge der Produktion erneuerbarer Energie vor Ort ausgeglichen. Andere Definitionen umfassen nicht nur die Kohlenstoffemissionen, die von dem genutzten Gebäude erzeugt werden, sondern auch diejenigen, die beim Bau des Gebäudes und der inkorporierten Energie des Gebäudes entstehen. Andere diskutieren darüber, ob die CO 2 -Emissionen des Pendelns zum und vom Gebäude ebenfalls in die Berechnung einbezogen werden sollten. Die jüngste Arbeit in Neuseeland hat einen Ansatz zur Einbeziehung des Energieverbrauchs von Gebäudenutzer in Nullenergiehäuser eingeleitet.

Null-Kosten
Bei diesem Gebäudetyp werden die Kosten für den Kauf von Energie durch Einnahmen aus dem Verkauf von Strom an das Stromnetz vor Ort ausgeglichen. Ein solcher Status hängt davon ab, wie ein Versorgungsunternehmen der Nettostromerzeugung und der Nutzungsgebührenstruktur des Gebäudes Rechnung trägt.
Netto-Off-Site-Nullenergieverbrauch
Ein Gebäude kann als ZEB betrachtet werden, wenn 100% der Energie, die es bezieht, aus erneuerbaren Energiequellen stammt, auch wenn die Energie außerhalb des Standortes erzeugt wird.

Off-the-Grid
Off-the-Grid-Gebäude sind eigenständige ZEBs, die nicht an ein externes Energieversorgungsunternehmen angeschlossen sind. Sie erfordern eine dezentrale Erzeugung erneuerbarer Energie und Energiespeicher (wenn die Sonne nicht scheint, der Wind nicht weht usw.). Ein energieautarkes Haus ist ein Gebäudekonzept, bei dem die Bilanz des eigenen Energieverbrauchs und der Produktion auf stündlicher oder sogar kleiner Basis erfolgen kann. Energieautarke Häuser können vom Netz genommen werden.

Energieerzeugung
Bei einzelnen Häusern können mehrere Mikroerzeugungstechnologien verwendet werden, um das Gebäude mit Wärme und Elektrizität zu versorgen.

Elektrizität: mittels Solarzellen (Photovoltaik), Windturbinen (Windenergie) und Brennstoffzellen (Wasserstoff).
Wärme: durch Biokraftstoffe, Biomasse, thermische Sonnenkollektoren (Heißwasser, Heißluft, Niederdruckdampf), Akkumulation in der thermischen Masse des Gebäudes, Wasserwände und Trombe-Michel-Wände, unter anderen thermischen Strategien des bioklimatischen Arsenals, synthetisiert in das Passivhaus. Mit diesen Techniken können Heizung, Kühlung und sogar Kühlung für die Umgebungen des Hauses oder Gebäudes bereitgestellt werden. Zu den jüngsten Entwicklungen gehört die Erdwärmeheizung oder die Anhäufung von pherativer Wärme, durch die Brunnen in Tiefen zwischen 40 und 70 m mit einem Durchmesser von etwa 30 cm hergestellt werden, durch die Wasser aus Gebläsekonvektoren oder Fußbodenheizungs-Klimaanlagen zurückgeleitet wird. So sammelt sich die Sommerhitze im Winter an und umgekehrt. Das berüchtigtste Beispiel ist der Bau des Deutschen Bundestages in Berlin durch den Architekten Norman Foster.
Nachfrageschwankungen: Um Schwankungen der Nachfrage nach Wärme oder Strom zu bewältigen, sind Nullenergiehäuser in der Regel an das Netz angeschlossen und verfügen über Zweiwegezähler. Auf diese Weise exportieren sie tagsüber Strom und importieren ihn während der Nacht. Der große Vorteil besteht darin, die hohen Kosten stationärer Batterien und deren Wartung zur Akkumulation von Strom zu vermeiden. Für die Umsetzung sind spezifische Rechtsvorschriften und eine Subventionspolitik erforderlich. Es ist sehr schwierig in Ländern, in denen Dienstleistungen privat sind und die Macht des schwachen Staates. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Gebäude völlig autonom sind (nicht an das Netzwerk angeschlossen), aber die anfänglichen Kosten sind viel höher und können ohne Subventionen kaum amortisiert werden.
Nachbarschaften oder Nullenergie-Wohnsiedlungen sind möglich, so wie BedZED in England gebaut wurde, obwohl es mehrere Beispiele in Deutschland gibt. In diesen Fällen wird das Konzept der dezentralen Erzeugung zusammen mit Fernwärme verwendet. Es gibt jüngste Beispiele für den Bau von Nullenergie-Gesamtstädten wie dem Fall Dongtan bei Shanghai in China. In Japan wurden städtische Sektoren mit Fernwärme und Fernkälte so ausgestattet, dass sie heißes Wasser und kaltes Wasser als öffentlichen Dienst verteilen.

Netto-Null-Energie-Gebäude
Auf der Grundlage wissenschaftlicher Analysen im Rahmen des gemeinsamen Forschungsprogramms “Auf dem Weg zu Null-Energie-Solarenergiegebäuden” wurde ein methodischer Rahmen geschaffen, der je nach den politischen Zielen des Landes, den spezifischen (Klima-) Bedingungen und den formulierten Anforderungen an Innenraumbedingungen unterschiedliche Definitionen erlaubt konzeptionelles Verständnis eines Net ZEB ist ein energieeffizientes, netzverbundenes Gebäude, das in der Lage ist, Energie aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen, um den eigenen Energiebedarf zu decken.

Die Formulierung “Net” betont den Energieaustausch zwischen dem Gebäude und der Energieinfrastruktur. Durch die Gebäude-Netz-Interaktion werden die Net ZEBs zu einem aktiven Bestandteil der Erneuerbare-Energien-Infrastruktur. Diese Verbindung zu den Energienetzen verhindert saisonale Energiespeicherung und überdimensionierte On-site-Systeme zur Energiegewinnung aus erneuerbaren Quellen wie in energieautarken Gebäuden. Die Ähnlichkeit der beiden Konzepte ist ein Weg von zwei Maßnahmen: Verringerung des Energiebedarfs durch Energieeffizienzmaßnahmen und passive Energienutzung) Erzeugung von Energie aus erneuerbaren Quellen. Die Netz-ZEB-Netzwechselwirkung und die Pläne, ihre Anzahl stark zu erhöhen, führen jedoch zu Überlegungen hinsichtlich einer erhöhten Flexibilität bei der Verlagerung von Energielasten und zu einer Verringerung der Bedarfsspitzen.

Innerhalb dieses Gleichgewichtsverfahrens müssen verschiedene Aspekte und explizite Entscheidungen festgelegt werden:

Die Gebäudesystemgrenze ist in eine physikalische Grenze unterteilt, die festlegt, welche nachwachsenden Ressourcen betrachtet werden (zB in Gebäuden, vor Ort oder auch außerhalb der Anlage) bzw. wie viele Gebäude in der Bilanz enthalten sind (einzelnes Gebäude, Gebäudegruppe) ) und eine Bilanzgrenze, die die einbezogenen Energienutzungen (z. B. Heizung, Kühlung, Lüftung, Warmwasser, Beleuchtung, Haushaltsgeräte, IT, zentrale Dienste, Elektrofahrzeuge und graue Energie usw.) bestimmt. Es sollte angemerkt werden, dass Optionen für erneuerbare Energiequellen priorisiert werden können (z. B. durch Transport- oder Umwandlungsaufwand, Verfügbarkeit über die Lebensdauer des Gebäudes oder zukünftiges Replikationspotenzial usw.) und daher eine Hierarchie schaffen. Es kann argumentiert werden, dass Ressourcen innerhalb der Gebäudegrundfläche oder vor Ort Vorrang vor Off-Site-Versorgungsoptionen erhalten sollten.

Das Gewichtungssystem wandelt die physikalischen Einheiten verschiedener Energieträger in eine einheitliche Metrik um (Standort / Endenergie, erneuerbare Energiequellen aus Quelle / Primärenergie einschließlich oder nicht, Energiekosten, äquivalente CO2-Emissionen und sogar Energie- oder Umweltkredite) und ermöglicht deren Vergleich und Kompensation untereinander in einer einzigen Bilanz (z. B. exportierte PV-Elektrizität kann importierte Biomasse kompensieren). Politisch beeinflusste und daher möglicherweise asymmetrische oder zeitabhängige Umwandlungs- / Gewichtungsfaktoren können den relativen Wert von Energieträgern beeinflussen und die erforderliche Energieerzeugungskapazität beeinflussen.

Der Ausgleichszeitraum wird oft als ein Jahr angenommen (geeignet, um alle Nutzungen des Betriebs zu decken). Es könnte auch ein kürzerer Zeitraum (monatlich oder saisonal) sowie ein Gleichgewicht über den gesamten Lebenszyklus (einschließlich der Graue Energie, die zusätzlich zu den betrieblichen Energieverbräuchen annualisiert und gezählt werden könnte) in Betracht gezogen werden.

Die Energiebilanz kann in zwei Bilanzarten erfolgen: 1) Bilanz der gelieferten / importierten und exportierten Energie (Überwachungsphase als Eigenverbrauch von vor Ort erzeugter Energie kann einbezogen werden); 2) Gleichgewicht zwischen (gewichtetem) Energiebedarf und (gewichteter) Energieerzeugung (für die Entwurfsphase als normalem Endverbraucher fehlen zeitliche Verbrauchsmuster – z. B. für Beleuchtung, Haushaltsgeräte usw.). Alternativ ist ein Saldo auf Basis monatlicher Nettowerte denkbar, bei dem nur Residuen pro Monat auf ein Jahresguthaben summiert werden. Dies kann entweder als Last- / Erzeugungssaldo oder als Sonderfall des Import / Export-Saldos gesehen werden, bei dem ein “virtueller monatlicher Eigenverbrauch” angenommen wird.

Net ZEBs zeichnen sich neben der Energiebilanz auch dadurch aus, dass sie die Gebäudebelastung durch ihre Energiegewinnung (Last Matching) angleichen oder im Hinblick auf die Bedürfnisse der lokalen Netzinfrastruktur (Grind Interaction) nutzbringend arbeiten können. Beides kann durch geeignete Indikatoren ausgedrückt werden, die nur als Bewertungsinstrumente dienen sollen.

Die Information basiert auf den Veröffentlichungen und in denen tiefere Informationen gefunden werden konnten.

Gestaltung und Konstruktion
Die kosteneffizientesten Schritte zur Reduzierung des Energieverbrauchs eines Gebäudes finden normalerweise während des Entwurfsprozesses statt. Um einen effizienten Energieverbrauch zu erreichen, weicht das Null-Energie-Design deutlich von der herkömmlichen Konstruktionspraxis ab. Erfolgreiche Nullenergie-Gebäudeentwickler kombinieren in der Regel zeitgeprüfte passive Solar- oder künstliche / künstliche Konditionierungsgrundsätze, die mit den Anlagen vor Ort arbeiten. Sonnenlicht und Sonnenwärme, vorherrschende Brisen und die Kühle der Erde unter einem Gebäude können Tageslicht und stabile Innentemperaturen mit minimalen mechanischen Mitteln liefern. ZEBs sind normalerweise optimiert, um passive solare Wärmezunahme und Schattierung zu verwenden, kombiniert mit thermischer Masse, um tageszeitliche Temperaturschwankungen während des Tages zu stabilisieren, und in den meisten Klimata sind superisoliert. Alle Technologien, die benötigt werden, um Nullenergiehäuser zu schaffen, sind heute von der Stange verfügbar.

Ausgereifte 3D-Gebäudesimulationstools ermöglichen die Modellierung, wie ein Gebäude mit einer Reihe von Entwurfsvariablen wie Gebäudeausrichtung (in Bezug auf die Tages- und Jahreszeitenposition der Sonne), Fenster- und Türtyp und -platzierung, Überhangtiefe, Isolierungsart und Werte der Gebäudeelemente, Luftdichtheit (Bewitterung), die Effizienz von Heizung, Kühlung, Beleuchtung und anderen Geräten sowie das lokale Klima. Diese Simulationen helfen den Planern zu prognostizieren, wie das Gebäude funktioniert, bevor es gebaut wird, und es ihnen zu ermöglichen, die wirtschaftlichen und finanziellen Auswirkungen auf die Baukosten-Nutzen-Analyse zu modellieren, oder noch besser geeignet – Ökobilanzen.

Null-Energie-Gebäude werden mit signifikanten Energiesparfunktionen gebaut. Die Heiz- und Kühllasten werden durch die Verwendung von hocheffizienten Geräten (wie Wärmepumpen anstelle von Öfen, Wärmepumpen sind etwa viermal so effizient wie Öfen), Wärmedämmung (insbesondere im Dachgeschoss und im Keller von Häusern), hohe Effizienz Fenster (wie Low-E dreifach verglaste Fenster), Zug-Proofing, hocheffiziente Geräte (insbesondere moderne hocheffiziente Kühlschränke), hocheffiziente LED-Beleuchtung, passive Solargewinn im Winter und passive Beschattung im Sommer, natürliche Belüftung und andere Techniken. Diese Merkmale variieren in Abhängigkeit von den Klimazonen, in denen die Konstruktion stattfindet. Wasserheizungslasten können durch Verwendung von Wassersparvorrichtungen, Wärmerückgewinnungseinheiten auf Abwasser und durch Verwendung von Solarwasserheizung und hocheffizienter Wasserheizausrüstung gesenkt werden. Darüber hinaus kann Tageslicht mit Oberlichtern oder Solartubes 100% der Tagesbeleuchtung im Haus liefern. Nachtbeleuchtung wird typischerweise mit Leuchtstoff- und LED-Beleuchtung gemacht, die 1/3 oder weniger Energie als Glühlampen verwendet, ohne unerwünschte Wärme hinzuzufügen. Und verschiedene elektrische Lasten können durch die Auswahl effizienter Geräte und die Minimierung von Phantomlasten oder Standby-Leistung verringert werden. Andere Techniken, um den Nullpunkt (abhängig vom Klima) zu erreichen, sind die Prinzipien des geschützten Bauens der Erde, Superisolationswände mit Strohballenkonstruktion, vorgefertigte Bauplatten und Dachelemente aus Vitruvianbau sowie Außenanlagen für saisonale Verschattung.

Sobald der Energieverbrauch des Gebäudes minimiert wurde, kann es möglich sein, all diese Energie vor Ort mithilfe von auf dem Dach montierten Solarzellen zu erzeugen. Beispiele für Null-Energie-Häuser finden Sie hier.

Null-Energie-Gebäude sind oft so ausgelegt, dass sie die Energie, einschließlich derjenigen aus Haushaltsgeräten, doppelt nutzen. Zum Beispiel mit Kühlschrankabgasen zur Erwärmung von Brauchwasser, Lüftungsluft- und Duschabflusswärmetauschern, Büromaschinen und Computerservern sowie Körperwärme zur Beheizung des Gebäudes. Diese Gebäude nutzen die Wärmeenergie, die konventionelle Gebäude nach außen abgeben können. Sie können Wärmerückgewinnung-Lüftung, Warmwasser-Wärmerückgewinnung, Kraft-Wärme-Kopplung und Absorptionskältemaschinen verwenden.

Energie ernten
ZEBs ernten verfügbare Energie, um ihren Bedarf an Elektrizität und Heizung oder Kühlung zu decken. Die bei weitem häufigste Art, Energie zu ernten, ist die Verwendung von auf dem Dach montierten Solarzellen, die das Sonnenlicht in Strom verwandeln. Energie kann auch mit Solarthermiekollektoren geerntet werden (die die Sonnenwärme nutzen, um Wasser für das Gebäude zu erwärmen). Wärmepumpen, die entweder als Erdwärmequelle (auch als Erdwärme bezeichnet) oder als Luftquelle genutzt werden, können auch Wärme aus der Luft oder dem Boden in der Nähe des Gebäudes aufnehmen. Technisch bewegen Wärmepumpen die Wärme, anstatt sie zu ernten, aber der Gesamteffekt in Bezug auf den reduzierten Energieverbrauch und den reduzierten CO2-Fußabdruck ist ähnlich. Bei einzelnen Häusern können verschiedene Mikroerzeugungstechnologien verwendet werden, um Wärme und Elektrizität an das Gebäude zu liefern, wobei Solarzellen oder Windturbinen für Elektrizität und Biokraftstoffe oder Solarthermiekollektoren verwendet werden, die mit einem saisonalen Wärmespeicher (STES) für Raumheizung verbunden sind . Ein STES kann auch für die Sommerkühlung verwendet werden, indem die Winterkälte unterirdisch gespeichert wird. Um Nachfrageschwankungen zu begegnen, sind Nullenergiehäuser häufig an das Stromnetz angeschlossen, exportieren bei Überschüssen Strom ins Netz und beziehen Strom, wenn nicht genug Strom erzeugt wird. Andere Gebäude können vollständig autonom sein.

Energieernte ist meistens effektiver (bei der Kosten- und Ressourcennutzung), wenn sie auf lokaler, aber kombinierter Ebene durchgeführt wird, z. B. in einer Gruppe von Häusern, in einem Cohousing, einem lokalen Distrikt, einem Dorf usw. und nicht auf individueller Basis. Ein Energievorteil einer solchen lokalisierten Energiegewinnung ist die virtuelle Eliminierung von elektrischen Übertragungs- und Stromverteilungsverlusten. Die Energiegewinnung vor Ort, beispielsweise mit auf dem Dach montierten Solarmodulen, eliminiert diese Übertragungsverluste vollständig. Diese Verluste betragen etwa 7,2% -7,4% der übertragenen Energie. Energy Harvesting in kommerziellen und industriellen Anwendungen sollte von der Topografie jedes Standorts profitieren. Ein schattiger Standort kann jedoch große Mengen von solarbetriebenem Strom vom Dach des Gebäudes erzeugen, und fast jeder Standort kann geothermische oder luftbetriebene Wärmepumpen nutzen. Die Produktion von Waren, die unter dem Null-Null-Verbrauch fossiler Energie stehen, erfordert Standorte von Geothermie, Mikrohydro-, Solar- und Windressourcen, um das Konzept aufrechtzuerhalten.

Null-Energie-Nachbarschaften, wie die BedZED-Entwicklung in Großbritannien, und solche, die sich in Kalifornien und China schnell ausbreiten, können dezentrale Erzeugungsanlagen verwenden. Dies kann in einigen Fällen Fernwärme, gemeinschaftlich gekühltes Wasser, geteilte Windturbinen usw. umfassen. Es gibt derzeit Pläne, ZEB-Technologien zu verwenden, um komplette netzferne oder Nullenergie nutzende Städte zu bauen.

Die Debatte “Energieernte” versus “Energieeinsparung”
Ein Schwerpunkt der Debatte in der Nullenergiehausplanung liegt in der Balance zwischen Energieeinsparung und der dezentralen Nutzung von erneuerbaren Energien (Sonnenenergie, Windenergie und Wärmeenergie). Die meisten Nullenergiehäuser verwenden eine Kombination dieser Strategien.

Aufgrund erheblicher staatlicher Subventionen für photovoltaische Solaranlagen, Windturbinen usw. gibt es solche, die behaupten, dass ein ZEB ein konventionelles Haus mit dezentralen Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien ist. Ganze Anlagen solcher Häuser sind an Standorten entstanden, an denen Photovoltaik-Subventionen (PV-Subventionen) von Bedeutung sind, aber viele so genannte “Zero Energy Homes” haben immer noch Stromrechnungen. Diese Art der Energiegewinnung ohne zusätzliche Energieeinsparung ist möglicherweise nicht kosteneffektiv mit dem aktuellen Preis für Strom, der mit Photovoltaik-Anlagen erzeugt wird (abhängig von dem lokalen Preis der Elektrizitätsgesellschaft). Die Kosteneinsparungen, Energie- und CO2-Einsparungen durch den Umweltschutz (z. B. zusätzliche Isolierung, dreifach verglaste Fenster und Wärmepumpen) im Vergleich zu denen aus der Energieerzeugung vor Ort (z. B. Solarmodule) wurden für ein Upgrade auf ein bestehendes Haus veröffentlicht Hier.

Seit den 1980er Jahren haben passive Solargebäude und Passivhäuser an vielen Standorten einen Rückgang des Heizenergieverbrauchs von 70% bis 90% ohne aktive Energiegewinnung gezeigt. Bei Neubauten und mit fachmännischem Design kann dies mit geringen zusätzlichen Konstruktionskosten für Materialien gegenüber einem herkömmlichen Gebäude erreicht werden. Nur wenige Branchenexperten verfügen über die Fähigkeiten oder Erfahrungen, um die Vorteile des passiven Designs voll zu nutzen. Solche passiven Solardesigns sind viel kosteneffektiver als das Hinzufügen von teuren Photovoltaikpaneelen auf dem Dach eines herkömmlichen ineffizienten Gebäudes. Ein paar Kilowattstunden Photovoltaik-Module (Kosten 2 bis 3 Dollar pro kWh Jahresproduktion, US-Dollar-Äquivalent) können den externen Energiebedarf nur um 15% bis 30% reduzieren. Ein 100.000-BTU (110 MJ) hoher jahreszeitlicher Energiewirkungsgrad 14 herkömmliche Klimaanlagen benötigen während des Betriebs über 7 kW photovoltaischen Strom, und dies beinhaltet nicht genug für den netzfernen Betrieb bei Nacht. Passive Kühlung und überlegene Systemtechniken können den Klimatisierungsbedarf um 70% bis 90% reduzieren. Photovoltaik-erzeugter Strom wird kostengünstiger, wenn der Gesamtstrombedarf geringer ist.

Insassenverhalten
Die Energie, die in einem Gebäude verbraucht wird, kann stark von dem Verhalten seiner Bewohner abhängen. Die Akzeptanz dessen, was als komfortabel gilt, ist sehr unterschiedlich. Studien von identischen Häusern in den Vereinigten Staaten haben dramatische Unterschiede im Energieverbrauch gezeigt, wobei einige identische Häuser mehr als doppelt so viel Energie verbrauchen wie andere. Das Benutzerverhalten kann von Unterschieden bei den Einstell- und Programmier-Thermostaten, den unterschiedlichen Beleuchtungsstärken und dem heißen Wasser sowie der Menge der verschiedenen elektrischen Geräte oder der verwendeten Steckerlasten abhängen.

Utility-Probleme
Versorgungsunternehmen sind in der Regel rechtlich verantwortlich für die Aufrechterhaltung der elektrischen Infrastruktur, die Strom in unsere Städte, Nachbarschaften und einzelne Gebäude bringt. Versorgungsunternehmen besitzen typischerweise diese Infrastruktur bis zur Grundstücksgrenze eines einzelnen Grundstücks und in einigen Fällen auch eine eigene elektrische Infrastruktur auf privatem Grund. Versorgungsunternehmen haben ihre Besorgnis darüber geäußert, dass die Verwendung von Net Metering für ZNE-Projekte die Einnahmen der Versorgungsunternehmen in Gefahr bringt, was sich wiederum auf ihre Fähigkeit auswirkt, den Teil des Stromnetzes, für den sie verantwortlich sind, zu warten und zu warten. Versorgungsunternehmen haben Bedenken geäußert, dass Staaten, die Net Metering-Gesetze beibehalten, Nicht-ZNE-Häuser mit höheren Betriebskosten sättigen könnten, da diese Hausbesitzer für die Netzinstandhaltung verantwortlich wären, während ZNE-Hausbesitzer theoretisch nichts bezahlen würden, wenn sie ZNE-Status erreichen. Dies führt zu potenziellen Eigenkapitalproblemen, da derzeit die Belastung auf Haushalte mit geringerem Einkommen zu liegen scheint. Eine mögliche Lösung für dieses Problem ist die Schaffung einer Mindestgrundgebühr für alle Häuser, die an das öffentliche Stromnetz angeschlossen sind, was die Eigentümer von ZNE dazu zwingen würde, unabhängig von ihrer elektrischen Nutzung für Netzdienstleistungen zu zahlen.

Zusätzliche Bedenken bestehen darin, dass die lokale Verteilung sowie größere Übertragungsnetze nicht dafür ausgelegt sind, Elektrizität in zwei Richtungen zu leiten, was notwendig sein kann, wenn höhere Niveaus der dezentralen Energieerzeugung in Betrieb gehen. Die Überwindung dieses Hindernisses könnte umfangreiche Upgrades des Stromnetzes erfordern, jedoch wird dies nicht als ein Hauptproblem angesehen, bis die Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Quellen einen viel höheren Grad an Penetration erreicht als derzeit realisiert.

Entwicklungsanstrengungen
Eine breite Akzeptanz der Nullenergie-Gebäudetechnik könnte mehr staatliche Anreize oder Bauvorschriften, die Entwicklung anerkannter Standards oder erhebliche Kostensteigerungen bei konventioneller Energie erfordern.

Der Google-Photovoltaik-Campus und der 480-Kilowatt-Photovoltaik-Campus von Microsoft stützten sich auf Subventionen und finanzielle Anreize des US-Bundes und insbesondere Kaliforniens. Kalifornien stellt jetzt 3,2 Milliarden US-Dollar an Subventionen für wohngebäude- und gewerblich genutzte Niedrigstenergiegebäude zur Verfügung. Die Details der Subventionen für erneuerbare Energien anderer amerikanischer Staaten (bis zu 5 US-Dollar pro Watt) können in der Datenbank der staatlichen Anreize für erneuerbare Energien und Effizienz gefunden werden. Das Florida Solar Energy Center hat eine Präsentation über die jüngsten Fortschritte in diesem Bereich.

Der Weltwirtschaftsrat für nachhaltige Entwicklung hat eine große Initiative zur Unterstützung der Entwicklung von ZEB gestartet. Unter der Leitung des CEO von United Technologies und des Chairman von Lafarge verfügt die Organisation sowohl über die Unterstützung großer globaler Unternehmen als auch über das Know-how zur Mobilisierung der Unternehmenswelt und die Unterstützung der Regierung, um ZEB Realität werden zu lassen. Ihr erster Bericht, eine Umfrage unter den Hauptakteuren in Immobilien und Bauwesen, zeigt, dass die Kosten für den Bau von Grün um 300 Prozent überschätzt werden. Die Umfrageteilnehmer schätzen, dass Treibhausgasemissionen von Gebäuden 19 Prozent der weltweiten Gesamtmenge ausmachen, im Gegensatz zum tatsächlichen Wert von etwa 40 Prozent.

Einflussreiche Nullenergie- und Niedrigenergiehäuser
Diejenigen, die den Bau von Passivhäusern und Nullenergiehäusern (in den letzten drei Jahrzehnten) in Auftrag gegeben haben, waren für iterative, inkrementelle und innovative Technologieinnovationen unerlässlich. Aus vielen bedeutenden Erfolgen und einigen kostspieligen Fehlern ist viel gelernt worden.

Das Null-Energie-Gebäudekonzept ist eine fortschreitende Entwicklung von anderen Niedrig-Energie-Gebäude-Designs. Darunter sind der kanadische R-2000 und der deutsche Passivhausstandard international einflussreich. Kooperative Regierungsdemonstrationsprojekte wie das superisolierte Saskatchewan-Haus und die Task 13 der Internationalen Energieagentur haben ebenfalls ihren Teil dazu beigetragen.

Vorteile und Nachteile

Vorteile
Isolation für Bauherren von zukünftigen Energiepreiserhöhungen
erhöhter Komfort durch gleichmäßigere Innentemperaturen (dies kann mit vergleichenden Isotherm-Karten nachgewiesen werden)
reduzierter Bedarf an Energieeinsparungen
Reduzierung der Gesamtbetriebskosten durch verbesserte Energieeffizienz
reduzierte die monatlichen Nettokosten des Lebens
reduziertes Verlustrisiko durch Netzausfälle
verbesserte Zuverlässigkeit – Photovoltaikanlagen haben 25 Jahre Garantie und versagen selten bei Wetterproblemen – die Photovoltaik-Anlagen von 1982 im EPCOT Energy Pavilion von Walt Disney World funktionieren heute noch gut, nachdem sie drei Hurrikane überstanden haben
Zusätzliche Kosten werden bei Neubauten im Vergleich zu Nachrüstungen minimiert
höherer Wiederverkaufswert, da potenzielle Eigentümer mehr ZEB als verfügbares Angebot verlangen
Der Wert eines ZEB-Gebäudes im Vergleich zu einem konventionellen Gebäude sollte jedes Mal steigen, wenn die Energiekosten steigen
Zukünftige gesetzliche Beschränkungen und CO2-Emissionsgebühren / -strafen können kostspielige Nachrüstungen für ineffiziente Gebäude erzwingen
zu den größeren Vorteilen der Gesellschaft beitragen, z. B. die Bereitstellung von erneuerbaren Energien für das Netz, wodurch der Bedarf an Netzausbau verringert wird

Nachteile
Die anfänglichen Kosten können höher sein – Aufwand, der erforderlich ist, um ZEB-Subventionen zu verstehen, anzuwenden und zu qualifizieren, falls sie existieren.
sehr wenige Designer oder Bauherren verfügen über die notwendigen Fähigkeiten oder Erfahrungen, um ZEBs zu bauen
Mögliche Rückgänge bei den Kosten für erneuerbare Energien der zukünftigen Versorgungsunternehmen können den Wert des in Energieeffizienz investierten Kapitals verringern
Der Preis für neue Fotovoltaik-Solarzellen-Ausrüstungstechnologie ist um etwa 17% pro Jahr gesunken – Der Wert des in ein Solarstromerzeugungssystem investierten Kapitals wird sinken – Die derzeitigen Subventionen werden auslaufen, da die Photovoltaik-Massenproduktion den zukünftigen Preis senkt
Herausforderung, höhere Anfangskosten für den Wiederverkauf von Gebäuden zu erhalten, aber neue Energiebewertungssysteme werden schrittweise eingeführt.
Während das einzelne Haus über ein Jahr netto null Energie verbrauchen kann, kann es Energie zu dem Zeitpunkt verlangen, zu dem die Spitzennachfrage für das Netz auftritt. In einem solchen Fall muss die Kapazität des Netzes immer noch Strom für alle Verbraucher bereitstellen. Daher kann ein ZEB die erforderliche Kraftwerksleistung nicht reduzieren.
Ohne eine optimierte thermische Hülle ist die eingesetzte Energie, Heizung und Kühlung, Energie und Ressourcenverbrauch höher als benötigt. Die ZEB legen per definitionem keine Mindestleistung für die Heiz- und Kühlleistung fest, so dass überdimensionierte erneuerbare Energiesysteme die Energielücke füllen können.
Die Sonnenenergieerfassung mit der Haushülle funktioniert nur an sonnenunbehinderten Orten. Die Solarenergieerfassung kann nicht im Norden (für die nördliche Hemisphäre oder im Süden für die südliche Hemisphäre) mit Blick auf den Schatten oder die bewaldete Umgebung optimiert werden.

Null-Energie-Gebäude gegen grünes Gebäude
Das Ziel von Green Building und nachhaltiger Architektur ist es, Ressourcen effizienter zu nutzen und die negativen Auswirkungen eines Gebäudes auf die Umwelt zu reduzieren. Nullenergiehäuser erreichen ein wichtiges Ziel des umweltfreundlichen Gebäudes, den Energieverbrauch und die Treibhausgasemissionen für die gesamte Lebensdauer des Gebäudes vollständig oder sehr deutlich zu reduzieren.Null-Energie-Gebäude können in allen Bereichen als “umweltfreundlich” angesehen werden oder auch nicht, wie z. B. die Verringerung von Abfällen, die Verwendung von recycelten Baumaterialien usw. Allerdings haben Null-Energie- oder Netto-Null-Gebäude tendenziell geringere ökologische Auswirkungen auf das Leben des Gebäudes im Vergleich zu anderen “grünen” Gebäuden, die importierte Energie und / oder fossilen Brennstoff benötigen, um bewohnbar zu sein und die Bedürfnisse der Bewohner zu erfüllen.

Aufgrund der gestalterischen Herausforderungen und der Sensibilität für eine Baustelle, die benötigt wird, um den Energiebedarf eines Gebäudes und der Bewohner mit erneuerbarer Energie (Sonne, Wind, Geothermie usw.) effizient zu decken, müssen Designer ganzheitliche Designprinzipien anwenden und die Vorteile der frei verfügbare natürliche Ressourcen wie passive Sonnenausrichtung, natürliche Lüftung, Tageslicht, thermische Masse und Nachtkühlung.