Edificio a energia zero

Un edificio a energia zero, noto anche come edificio a energia netta zero (ZNE), edificio a energia netta zero (NZEB), edificio a zero zero o edificio a zero emissioni zero è un edificio con consumo energetico netto pari a zero, ovvero la quantità totale di energia utilizzato dall’edificio su base annuale è all’incirca uguale alla quantità di energia rinnovabile creata sul sito o in altre definizioni da fonti di energia rinnovabile altrove. Di conseguenza, questi edifici contribuiscono meno all’effetto serra complessivo nell’atmosfera rispetto a edifici simili non ZNE. A volte consumano energia non rinnovabile e producono gas serra, ma altre volte riducono il consumo di energia e la produzione di gas a effetto serra altrove con la stessa quantità. Un concetto simile approvato e implementato dall’Unione Europea e da altri paesi concordanti è quasi Zero Energy Building (nZEB), con l’obiettivo di avere tutti gli edifici nella regione in base agli standard NZEB entro il 2020. Gli edifici a energia zero stanno diventando più diffusi per le nuove costruzioni ma sono ancora abbastanza rari come aggiornamenti alle case esistenti.

Panoramica
La maggior parte degli edifici a energia netta zero riceve la metà o più dell’energia dalla rete e restituisce la stessa quantità in altre occasioni. Gli edifici che producono un surplus di energia nel corso dell’anno possono essere chiamati “edifici più energetici” e gli edifici che consumano un po ‘più di energia di quelli che producono sono chiamati “edifici a energia quasi zero” o “case a energia ultra-bassa”.

Per ottenere un edificio a energia zero, l’uso di energia dell’edificio deve essere ridotto al punto in cui tutta l’energia può essere generata sul posto utilizzando fonti a zero-carbonio come pannelli solari o turbine eoliche. L’uso di energia è ridotto da:

Installazione di isolamenti spessi (fino a 12 “) nelle pareti, nel tetto e nel soffitto del seminterrato,
Antispruzzo, per evitare fughe di aria fredda in casa in inverno e aria calda in casa in estate,
Installazione di apparecchi efficienti come un nuovo frigorifero e nuovi ventilatori di circolazione per il sistema di riscaldamento / AC.
Installazione di finestre con doppi vetri o tripli vetri (che sono fino a otto volte più isolanti di un singolo pannello di vetro),
Riscaldamento della casa con pompe di calore ad alta efficienza (le pompe di calore sono circa quattro volte più efficienti della combustione di combustibili fossili come il gas naturale o il carbone per il riscaldamento),
Usando lampadine efficienti come i LED (LED che sono circa cinque volte più efficienti nel produrre luce dall’elettricità come lampade a incandescenza – cioè lampadine tradizionali).

Lo sviluppo di moderni edifici a energia zero è diventato possibile in gran parte attraverso i progressi compiuti nelle nuove tecnologie e tecnologie di energia e di costruzione. Questi includono isolante a schiuma spray altamente isolante, pannelli solari ad alta efficienza, pompe di calore ad alta efficienza e finestre a triplo vetro altamente isolanti a bassa emissione. Queste innovazioni sono state anche significativamente migliorate dalla ricerca accademica, che raccoglie dati precisi sulle prestazioni energetiche su edifici tradizionali e sperimentali e fornisce parametri prestazionali per modelli di computer avanzati per prevedere l’efficacia dei progetti di ingegneria.

Gli edifici a energia zero possono far parte di una rete intelligente. Alcuni vantaggi di questi edifici sono i seguenti:

Integrazione delle risorse energetiche rinnovabili
Integrazione di veicoli elettrici plug-in – chiamati veicolo-a-griglia
Implementazione di concetti a energia zero

Sebbene il concetto di zero netto sia applicabile a un’ampia gamma di risorse come energia, acqua e rifiuti. L’energia è solitamente la prima risorsa da prendere di mira perché:

L’energia, in particolare l’elettricità e il combustibile per riscaldamento come il gas naturale o l’olio per riscaldamento, è costosa. Quindi ridurre il consumo di energia può far risparmiare denaro al proprietario dell’edificio. Al contrario, acqua e rifiuti sono poco costosi.
L’energia, in particolare l’elettricità e il combustibile per riscaldamento, ha un’impronta di carbonio elevata. Quindi ridurre il consumo di energia è un modo importante per ridurre l’impronta di carbonio dell’edificio
Esistono mezzi ben consolidati per ridurre in modo significativo l’uso di energia e l’impronta di carbonio degli edifici. Questi includono: l’aggiunta di isolamento, utilizzando pompe di calore al posto dei forni, utilizzando finestre a bassa e doppia o tripli vetri e aggiungendo pannelli solari al tetto.
Ci sono sovvenzioni e agevolazioni fiscali sponsorizzate dal governo per l’installazione di pompe di calore, pannelli solari, finestre con triplo vetro e isolamento che riducono notevolmente il costo di ottenere un edificio a energia netta per il proprietario dell’edificio. Ad esempio negli Stati Uniti, ci sono crediti d’imposta federali per pannelli solari, incentivi statali (che variano a seconda dello stato ma sono elencati qui) per pannelli solari, pompe di calore e finestre a triplo vetro altamente isolanti. Alcuni stati, come il Massachusetts, offrono anche prestiti a interesse zero oa tasso agevolato per consentire ai proprietari di immobili di acquistare pompe di calore, pannelli solari e finestre con triplo vetro che altrimenti non potevano permettersi. Il costo di ottenere una casa esistente a energia netta zero è stato segnalato come il 5-10% del valore della casa. È stato segnalato un ritorno sull’investimento del 15%. Vedi qui per i dettagli.

definizioni
Pur condividendo il nome “zero net energy”, ci sono diverse definizioni di ciò che il termine significa in pratica, con una particolare differenza nell’uso tra il Nord America e l’Europa.

Uso di energia del sito netta zero
In questo tipo di ZNE, la quantità di energia fornita dalle fonti di energia rinnovabile in loco è pari alla quantità di energia utilizzata dall’edificio. Negli Stati Uniti, la “costruzione a energia zero zero” si riferisce generalmente a questo tipo di edificio.

Consumo energetico netto nullo zero
Questo ZNE genera la stessa quantità di energia utilizzata, compresa l’energia utilizzata per trasportare l’energia all’edificio. Questo tipo tiene conto delle perdite di energia durante la produzione e la trasmissione di elettricità. Questi ZNE devono generare più elettricità di zero edifici di energia del sito netti.

Emissioni nette di energia zero
Al di fuori degli Stati Uniti e del Canada, uno ZEB è generalmente definito come uno con zero emissioni nette di energia, noto anche come edificio a zero emissioni zero o edificio a emissioni zero. In base a questa definizione, le emissioni di carbonio generate dall’uso di combustibili fossili in loco o fuori sede sono bilanciate dalla quantità di produzione di energia rinnovabile in loco. Altre definizioni includono non solo le emissioni di carbonio generate dall’edificio in uso, ma anche quelle generate nella costruzione dell’edificio e l’energia incorporata della struttura. Altri discutono sul fatto che le emissioni di carbonio dei pendolari da e verso l’edificio dovrebbero essere incluse nel calcolo. Il recente lavoro in Nuova Zelanda ha avviato un approccio per includere l’energia di trasporto degli utenti all’interno di quadri di edifici a energia zero.

Costo netto zero
In questo tipo di edificio, il costo di acquisto di energia è bilanciato dai proventi delle vendite di elettricità alla rete di elettricità generata in loco. Tale stato dipende dal modo in cui un’utenza accredita la produzione netta di elettricità e la struttura del tasso di utenza utilizzata dall’edificio.
Consumo energetico nullo fuori sito netto
Un edificio può essere considerato uno ZEB se il 100% dell’energia che acquista proviene da fonti energetiche rinnovabili, anche se l’energia viene generata fuori dal sito.

Off-the-grid
Gli edifici off-the-grid sono ZEB stand-alone che non sono collegati a una struttura di servizi energetici off-site. Richiedono la generazione di energia rinnovabile distribuita e la capacità di accumulo di energia (per quando il sole non splende, il vento non soffia, ecc.). Una casa di energia autarchica è un concetto di edificio in cui il saldo del proprio consumo e produzione di energia può essere fatto su base oraria o addirittura inferiore. Le case autarchiche di energia possono essere prese fuori dalla griglia.

Produzione di energia
Nel caso di singole case, è possibile utilizzare diverse tecnologie di microgenerazione per fornire calore ed elettricità all’edificio.

Elettricità: per mezzo di celle solari (fotovoltaico), turbine eoliche (energia eolica) e celle a combustibile (idrogeno).
Calore: attraverso biocarburanti, biomassa, collettori solari termici (acqua calda, aria calda, vapore a bassa pressione), accumulo nella massa termica dell’edificio, pareti dell’acqua e mura Trombe-Michel, tra le altre strategie termiche dell’arsenale bioclimatico, sintetizzato in la casa passiva. Con queste tecniche è possibile fornire il riscaldamento, il raffreddamento e persino il raffreddamento agli ambienti della casa o dell’edificio. Tra gli sviluppi più recenti vi è il riscaldamento geotermico o il riscaldamento del calore freatico attraverso il quale vengono realizzati pozzi a profondità tra 40 e 70 m di circa 30 cm di diametro con cui l’acqua viene fatta ricircolare da ventilconvettori o sistemi di climatizzazione a pavimento radiante. Così il calore estivo si accumula per essere usato in inverno e viceversa. L’esempio più noto è la costruzione del Parlamento tedesco a Berlino dall’architetto Norman Foster.
Fluttuazioni della domanda: per far fronte alle fluttuazioni della domanda di calore o di energia elettrica, gli edifici a energia zero sono solitamente collegati alla rete e hanno contatori a due vie. In questo modo esportano elettricità durante il giorno e la importano durante la notte. Il grande vantaggio è quello di evitare gli alti costi delle batterie stazionarie e la loro manutenzione per accumulare elettricità. Per attuarlo sono necessarie una legislazione specifica e una politica di sussidio. È molto difficile nei paesi in cui i servizi sono privati ​​e il potere dello stato debole. Un’altra possibilità è che gli edifici siano completamente autonomi (non collegati alla rete), ma i costi iniziali sono molto più alti e difficilmente possono essere ammortizzati senza sussidi.
Quartieri o sviluppi di alloggi a energia zero sono fattibili, come BedZED costruito in Inghilterra, sebbene ci siano molti esempi in Germania. In questi casi, il concetto di generazione distribuita viene utilizzato insieme al teleriscaldamento. Ci sono esempi recenti di costruzione di intere città a energia zero come il caso di Dongtan vicino a Shanghai in Cina. In Giappone, i settori urbani con teleriscaldamento e raffreddamento sono stati dotati di distribuzione di acqua calda e acqua fredda come servizio pubblico.

Edificio netto a energia zero
Sulla base dell’analisi scientifica nell’ambito del programma di ricerca congiunto “Towards Net Zero Energy Solar” è stato istituito un quadro metodologico che consente diverse definizioni, in conformità con gli obiettivi politici del paese, condizioni specifiche (climatiche) e requisiti formulati rispettivamente per le condizioni interne: comprensione concettuale di uno ZEB netto è un edificio ad alta efficienza energetica collegato alla rete, in grado di generare energia da fonti rinnovabili per compensare la propria domanda di energia.

La dicitura “Net” sottolinea lo scambio di energia tra l’edificio e l’infrastruttura energetica. Tramite l’interazione tra edificio e rete, gli ZEB netti diventano parte attiva dell’infrastruttura delle energie rinnovabili. Questo collegamento alle reti energetiche impedisce lo stoccaggio di energia stagionale e sistemi on-site sovradimensionati per la generazione di energia da fonti rinnovabili come negli edifici energetici autonomi. La somiglianza di entrambi i concetti è un percorso di due azioni) ridurre la domanda di energia mediante misure di efficienza energetica e uso passivo di energia) generare energia da fonti rinnovabili. Tuttavia, l’interazione tra le reti ZEB e i piani per aumentare ampiamente il loro numero evocano considerazioni sull’aumento della flessibilità nello spostamento dei carichi di energia e delle richieste di picco ridotte.

All’interno di questa procedura di equilibrio devono essere determinati diversi aspetti e scelte esplicite:

Il limite del sistema edilizio è diviso in un confine fisico che determina quali risorse rinnovabili sono considerate (ad esempio nell’impronta degli edifici, in loco o anche fuori sede, vedi) rispettivamente quanti edifici sono inclusi nel bilancio (edificio singolo, gruppo di edifici ) e un limite di equilibrio che determina gli usi di energia inclusi (ad esempio riscaldamento, raffreddamento, ventilazione, acqua calda, illuminazione, elettrodomestici, IT, servizi centrali, veicoli elettrici e energia incorporata, ecc.). Va notato che le opzioni di fornitura di energia rinnovabile possono essere prioritarie (ad es. Per lo sforzo di trasporto o di conversione, disponibilità per tutta la vita dell’edificio o potenziale di replica per il futuro, ecc.) E quindi creare una gerarchia. Si potrebbe sostenere che le risorse all’interno dell’impronta dell’edificio o sul sito dovrebbero essere considerate prioritarie rispetto alle opzioni di fornitura off-site.

Il sistema di ponderazione converte le unità fisiche di diversi vettori energetici in una metrica uniforme (energia sito / finale, parti rinnovabili / energia primaria incluse o meno, costo energetico, emissioni di carbonio equivalenti e persino crediti energetici o ambientali) e consente il confronto e la compensazione tra di loro in un unico bilancio (ad es. l’elettricità fotovoltaica esportata può compensare la biomassa importata). Fattori di conversione / ponderazione influenzati politicamente e quindi possibilmente asimmetrici o dipendenti dal tempo possono influenzare il valore relativo dei vettori energetici e possono influenzare la capacità di generazione di energia richiesta.

Il periodo di bilanciamento è spesso assunto in un anno (adatto a coprire tutti gli usi energetici delle operazioni). Potrebbe anche essere considerato un periodo più breve (mensile o stagionale) e un equilibrio sull’intero ciclo di vita (compresa l’energia incorporata, che potrebbe anche essere annualizzata e contata in aggiunta agli usi energetici operativi).

Il bilancio energetico può essere fatto in due tipi di equilibrio: 1) Saldo dell’energia consegnata / importata ed esportata (fase di monitoraggio in quanto è possibile includere l’autoconsumo di energia generata in loco); 2) Equilibrio tra la domanda di energia (ponderata) e la generazione di energia (ponderata) (per la fase di progettazione in quanto normalmente mancano modelli di consumo temporali per gli utenti finali, ad esempio per illuminazione, elettrodomestici, ecc.). In alternativa è immaginabile un saldo basato su valori netti mensili in cui solo i residui al mese sono riassunti in un bilancio annuale. Questo può essere visto come un bilanciamento carico / generazione o come un caso particolare di saldo importazione / esportazione in cui si ipotizza un “autoconsumo mensile virtuale”.

Oltre al bilancio energetico, gli ZEB netti possono essere caratterizzati dalla loro capacità di far corrispondere il carico dell’edificio con la sua generazione di energia (adattamento del carico) o di lavorare in modo vantaggioso rispetto alle esigenze dell’infrastruttura di rete locale (interazione di macinazione). Entrambi possono essere espressi con indicatori adatti che sono intesi solo come strumenti di valutazione.

Le informazioni sono basate sulle pubblicazioni e in cui è possibile trovare informazioni più approfondite.

Disegno e costruzione
I passi più convenienti per la riduzione del consumo energetico di un edificio di solito si verificano durante il processo di progettazione. Per ottenere un uso efficiente dell’energia, la progettazione a zero energia si discosta in modo significativo dalla pratica costruttiva convenzionale. I progettisti di edifici a zero energia di successo combinano in genere il solare passivo collaudato, o il condizionamento artificiale / falso, principi che funzionano con le risorse in loco. La luce solare e il calore solare, le brezze prevalenti e il fresco della terra al di sotto di un edificio, possono fornire luce solare e temperature interne stabili con mezzi meccanici minimi. Gli ZEB sono normalmente ottimizzati per utilizzare il guadagno solare passivo e l’ombreggiamento, combinati con la massa termica per stabilizzare le variazioni di temperatura diurna durante il giorno e nella maggior parte dei climi sono superisolate. Tutte le tecnologie necessarie per creare edifici a zero energia sono oggi disponibili in commercio.

Sono disponibili sofisticati strumenti di simulazione energetica dell’edificio per modellare come un edificio si esibirà con una serie di variabili progettuali come l’orientamento dell’edificio (relativo alla posizione giornaliera e stagionale del sole), il tipo di finestre e porte e il posizionamento, la profondità di sbalzo, tipo di isolamento e valori degli elementi dell’edificio, tenuta all’aria (condizioni meteorologiche), efficienza del riscaldamento, raffreddamento, illuminazione e altre attrezzature, nonché clima locale. Queste simulazioni aiutano i progettisti a prevedere come si realizzerà l’edificio prima della sua costruzione e consentiranno loro di modellare le implicazioni economiche e finanziarie sulla costruzione dell’analisi costi-benefici, o ancora più appropriata – valutazione del ciclo di vita.

Gli edifici a energia zero sono costruiti con notevoli caratteristiche di risparmio energetico. I carichi di riscaldamento e raffreddamento vengono abbassati utilizzando apparecchiature ad alta efficienza (come le pompe di calore piuttosto che i forni, le pompe di calore sono circa quattro volte più efficienti dei forni), l’isolamento aggiunto (soprattutto nell’attico e nel seminterrato delle case), alto finestre di efficienza (come finestre a triplo vetro basso E), apparecchi antiriflusso, elettrodomestici ad alta efficienza (particolarmente moderni frigoriferi ad alta efficienza), illuminazione a LED ad alta efficienza, guadagno solare passivo in inverno e ombreggiamento passivo in estate, ventilazione naturale e altre tecniche. Queste caratteristiche variano a seconda delle zone climatiche in cui si verifica la costruzione. I carichi di riscaldamento dell’acqua possono essere abbassati utilizzando dispositivi di conservazione dell’acqua, unità di recupero del calore sulle acque reflue e utilizzando il riscaldamento solare dell’acqua e le apparecchiature per il riscaldamento dell’acqua ad alta efficienza. Inoltre, l’illuminazione diurna con lucernari o solartubes può fornire il 100% dell’illuminazione diurna all’interno della casa. L’illuminazione notturna viene in genere eseguita con luci fluorescenti e LED che utilizzano 1/3 o meno di energia rispetto alle luci a incandescenza, senza aggiungere calore indesiderato. E i carichi elettrici vari possono essere ridotti scegliendo elettrodomestici efficienti e riducendo al minimo i carichi fantasma o la potenza in standby. Altre tecniche per raggiungere lo zero netto (dipendenti dal clima) sono i principi di costruzione protetti dalla Terra, i muri di superinsolazione che utilizzano la costruzione di balle di paglia, i pannelli costruttivi prefabbricati e gli elementi del tetto Vitruvianbuilt più l’abbellimento esterno per l’ombreggiamento stagionale.

Una volta ridotto al minimo l’utilizzo energetico dell’edificio, è possibile generare tutta l’energia sul posto utilizzando pannelli solari montati sul tetto. Vedi esempi di zero case energetiche nette qui.

Gli edifici a energia zero sono spesso progettati per fare un doppio uso di energia, compresa quella dei beni bianchi. Ad esempio, utilizzando gli scarichi del frigorifero per riscaldare l’acqua domestica, gli scambiatori di calore per l’aria di ventilazione e per la doccia, le macchine per ufficio e i server dei computer e il calore del corpo per riscaldare l’edificio. Questi edifici sfruttano l’energia termica che gli edifici convenzionali possono scaricare all’esterno. Possono utilizzare la ventilazione per il recupero del calore, il riciclo del calore dell’acqua calda, il riscaldamento combinato e la potenza e le unità del refrigeratore ad assorbimento.

Raccolta di energia
Gli ZEB raccolgono energia disponibile per soddisfare le loro esigenze di elettricità, riscaldamento e raffreddamento. Il modo più comune per raccogliere energia è di utilizzare pannelli solari fotovoltaici montati sul tetto che trasformano la luce del sole in elettricità. L’energia può anche essere raccolta con collettori solari termici (che usano il calore del sole per riscaldare l’acqua per l’edificio). Le pompe di calore sia a terra (altrimenti noto come geotermico) che a sorgente d’aria possono anche raccogliere calore e raffreddare dall’aria o dal terreno vicino all’edificio. Tecnicamente le pompe di calore spostano il calore anziché raccoglierlo, ma l’effetto complessivo in termini di riduzione del consumo di energia e di riduzione dell’impronta di carbonio è simile. Nel caso di case individuali, varie tecnologie di microgenerazione possono essere utilizzate per fornire calore ed elettricità all’edificio, utilizzando celle solari o turbine eoliche per l’elettricità, e biocarburanti o collettori solari termici collegati a un accumulo termico stagionale (STES) per il riscaldamento degli ambienti . Un STES può essere utilizzato anche per il raffreddamento estivo conservando il freddo dell’inverno sotterraneo. Per far fronte alle fluttuazioni della domanda, gli edifici a energia zero sono spesso collegati alla rete elettrica, esportano elettricità nella rete quando c’è un surplus e attingono elettricità quando non viene prodotta abbastanza elettricità. Altri edifici possono essere completamente autonomi.

La raccolta di energia è spesso più efficace (in termini di costo e utilizzo delle risorse) quando viene effettuata su scala locale ma combinata, ad esempio un gruppo di case, cohousing, distretto locale, villaggio, ecc. Piuttosto che una base individuale. Un vantaggio energetico di tale raccolta di energia localizzata è l’eliminazione virtuale della trasmissione elettrica e delle perdite di distribuzione di energia elettrica. La raccolta di energia sul posto, come i pannelli solari montati sul tetto, elimina completamente queste perdite di trasmissione. Queste perdite ammontano a circa il 7,2% -7,4% dell’energia trasferita. La raccolta di energia in applicazioni commerciali e industriali dovrebbe beneficiare della topografia di ogni località. Tuttavia, un sito privo di ombra può generare grandi quantità di energia solare dal tetto dell’edificio e quasi tutti i siti possono utilizzare pompe di calore geotermiche o ad aria. La produzione di beni con un consumo di energia fossile netto nullo richiede l’ubicazione di risorse geotermiche, microidro, solari e eoliche per sostenere il concetto.

I quartieri a energia zero, come lo sviluppo di BedZED nel Regno Unito e quelli che si stanno diffondendo rapidamente in California e in Cina, possono utilizzare schemi di generazione distribuita. Ciò può in alcuni casi includere il teleriscaldamento, l’acqua refrigerata della comunità, le turbine eoliche condivise, ecc. Esistono attualmente piani per utilizzare le tecnologie ZEB per costruire intere città fuori rete o ad energia zero.

Il dibattito “energy harvest” contro “energy conservation”
Una delle aree chiave del dibattito sulla progettazione di edifici a energia zero è l’equilibrio tra il risparmio energetico e la raccolta distribuita del punto d’uso delle energie rinnovabili (energia solare, energia eolica e energia termica). La maggior parte delle case a zero energia usano una combinazione di queste strategie.

A seguito di significativi sussidi governativi per impianti solari fotovoltaici, turbine eoliche, ecc., C’è chi suggerisce che una ZEB sia una casa convenzionale con tecnologie di raccolta dell’energia rinnovabile distribuita. Intere aggiunte di tali case sono apparse in luoghi in cui i sussidi fotovoltaici (PV) sono significativi, ma molte cosiddette “Case a energia zero” hanno ancora bollette. Questo tipo di raccolta di energia senza una maggiore conservazione dell’energia potrebbe non essere economicamente conveniente con il prezzo corrente dell’elettricità generata con apparecchiature fotovoltaiche (a seconda del prezzo locale dell’elettricità della compagnia elettrica). I risparmi sui costi, sull’energia e sull’impronta di carbonio derivanti dalla conservazione (ad esempio isolamento aggiunto, finestre con triplo vetro e pompe di calore) rispetto a quelli generati dalla generazione di energia in loco (ad esempio pannelli solari) sono stati pubblicati per un aggiornamento a una casa esistente Qui.

Dagli anni ’80, la progettazione passiva degli edifici solari e la casa passiva hanno dimostrato riduzioni del consumo energetico per il riscaldamento dal 70% al 90% in molte località, senza una raccolta di energia attiva. Per le nuove costruzioni, e con un design esperto, questo può essere realizzato con un minimo costo di costruzione aggiuntivo per i materiali in un edificio convenzionale. Pochissimi esperti del settore hanno le competenze o l’esperienza per cogliere appieno i vantaggi del design passivo. Tali progetti solari passivi sono molto più convenienti rispetto all’aggiunta di costosi pannelli fotovoltaici sul tetto di un edificio inefficiente convenzionale. Pochi kilowattora di pannelli fotovoltaici (che costano da 2 a 3 dollari per produzione annua di kWh, equivalente in dollari USA) possono ridurre solo il fabbisogno energetico esterno dal 15% al ​​30%. Un rapporto di efficienza energetica stagionale alto di 100.000 BTU (110 MJ) con 14 condizionatori d’aria convenzionali richiede oltre 7 kW di elettricità fotovoltaica mentre è in funzione, e questo non include abbastanza per il funzionamento notturno off-the-grid. Il raffreddamento passivo e le tecniche di ingegneria di sistema superiori possono ridurre il requisito di condizionamento dell’aria dal 70% al 90%. L’elettricità generata dal fotovoltaico diventa più conveniente quando la domanda complessiva di elettricità è inferiore.

Comportamento degli occupanti
L’energia utilizzata in un edificio può variare notevolmente a seconda del comportamento dei suoi occupanti. L’accettazione di ciò che è considerato confortevole varia ampiamente. Gli studi di case identiche negli Stati Uniti hanno mostrato differenze drammatiche nell’uso di energia, con alcune case identiche che usano più del doppio dell’energia degli altri. Il comportamento degli occupanti può variare da differenze nell’impostazione e programmazione di termostati, livelli variabili di illuminazione e acqua calda, e dalla quantità di dispositivi elettrici vari o di prese utilizzate.

Preoccupazioni di utilità
Le aziende di servizi pubblici sono normalmente legalmente responsabili della manutenzione dell’infrastruttura elettrica che fornisce energia alle nostre città, ai quartieri e ai singoli edifici. Le aziende di servizi pubblici in genere possiedono questa infrastruttura fino alla linea di proprietà di un singolo pacco e, in alcuni casi, possiedono anche infrastrutture elettriche su terreni privati. Le utility hanno espresso la preoccupazione che l’utilizzo del Net Metering per i progetti ZNE minacci le entrate di base delle Utilities, che a loro volta influiscono sulla loro capacità di mantenere e servire la parte della rete elettrica di cui sono responsabili. Le utility hanno espresso preoccupazione riguardo al fatto che le leggi sulla Net Metering possano sorseggiare case non ZNE con maggiori costi di utilità, in quanto tali proprietari sarebbero responsabili del pagamento della manutenzione della rete, mentre i proprietari di casa ZNE teoricamente non pagherebbero nulla se raggiungessero lo status ZNE. Ciò crea potenziali problemi di equità, poiché attualmente l’onere sembra diminuire sulle famiglie a basso reddito. Una possibile soluzione a questo problema è creare una tariffa base minima per tutte le case collegate alla rete pubblica, che costringerebbe i proprietari di case ZNE a pagare i servizi di rete indipendentemente dal loro uso elettrico.

Esistono ulteriori preoccupazioni sul fatto che la distribuzione locale e le reti di trasmissione più grandi non siano state progettate per trasportare l’elettricità in due direzioni, il che potrebbe essere necessario poiché i livelli più elevati di generazione di energia distribuita sono in linea. Il superamento di questa barriera potrebbe richiedere estesi aggiornamenti alla rete elettrica, tuttavia non si ritiene che questo costituisca un grave problema fino a quando la produzione di energia rinnovabile raggiungerà livelli di penetrazione molto più elevati di quelli attualmente realizzati.

Sforzi di sviluppo
L’ampia accettazione della tecnologia di costruzione a energia zero potrebbe richiedere più incentivi governativi o regolamenti di codici di costruzione, lo sviluppo di standard riconosciuti o significativi aumenti nel costo dell’energia convenzionale.

Il campus fotovoltaico di Google e il campus fotovoltaico Microsoft da 480 kilowatt hanno fatto affidamento su sovvenzioni federali e, in particolare, sulla California, e incentivi finanziari. La California sta ora fornendo sussidi per 3,2 miliardi di dollari USA per edifici residenziali e commerciali a energia quasi zero. I dettagli delle sovvenzioni per le energie rinnovabili di altri Stati americani (fino a 5 $ USA per watt) sono disponibili nel Database degli incentivi statali per le energie rinnovabili e l’efficienza. Il Florida Solar Energy Center ha una presentazione di diapositive sui recenti progressi in questo settore.

Il World Business Council for Sustainable Development ha lanciato un’importante iniziativa per sostenere lo sviluppo di ZEB. Guidata dall’amministratore delegato di United Technologies e dal presidente di Lafarge, l’organizzazione ha sia il supporto di grandi aziende globali sia l’esperienza per mobilitare il mondo delle imprese e il supporto del governo per rendere ZEB una realtà. Il loro primo rapporto, un sondaggio di attori chiave nel settore immobiliare e delle costruzioni, indica che i costi per la costruzione di edifici verdi sono sovrastimati del 300%. Gli intervistati hanno stimato che le emissioni di gas serra degli edifici sono il 19% del totale mondiale, in contrasto con il valore effettivo di circa il 40%.

Influenti edifici a energia zero ea basso consumo energetico
Coloro che hanno commissionato la costruzione di case passive e case a energia zero (negli ultimi trent’anni) sono stati essenziali per innovazioni tecnologiche iterative, incrementali e all’avanguardia. Molto è stato appreso da molti successi significativi e da alcuni costosi fallimenti.

Il concetto di edificio a energia zero è stato un’evoluzione progressiva rispetto ad altri progetti di edifici a basso consumo energetico. Tra questi, l’R-2000 canadese e gli standard delle case passive tedesche sono stati influenti a livello internazionale. Anche i progetti dimostrativi di governo collaborativo, come la Casa superisolata di Saskatchewan e il Compito 13 dell’Agenzia internazionale dell’energia, hanno svolto la loro parte.

Vantaggi e svantaggi

vantaggi
isolamento per i proprietari degli edifici dai futuri aumenti dei prezzi dell’energia
maggiore comfort grazie a temperature interne più uniformi (questo può essere dimostrato con mappe isotermiche comparative)
requisito ridotto per l’austerità energetica
ridotto costo totale di proprietà grazie al miglioramento dell’efficienza energetica
ridotto costo netto della vita mensile
ridotto rischio di perdita da black-out della rete
Affidabilità migliorata – I sistemi fotovoltaici hanno garanzie di 25 anni e raramente falliscono durante i problemi meteorologici – i sistemi fotovoltaici del 1982 sul Walt Disney World EPCOT Energy Pavilion stanno ancora funzionando bene oggi, dopo aver attraversato tre recenti uragani
il costo aggiuntivo è ridotto al minimo per la nuova costruzione rispetto a un retrofit secondario
maggiore valore di rivendita in quanto i potenziali proprietari richiedono più ZEB rispetto alla fornitura disponibile
il valore di un edificio ZEB rispetto a un edificio convenzionale simile dovrebbe aumentare ogni volta che aumentano i costi energetici
le future restrizioni legislative e le tasse / sanzioni sull’emissione di carbonio potrebbero costringere a retrofit costosi in edifici inefficienti
contribuire ai maggiori benefici della società, ad es. fornire energia rinnovabile sostenibile alla rete, riducendo la necessità di espansione della rete

svantaggi
i costi iniziali possono essere più elevati: è necessario uno sforzo per comprendere, applicare e qualificarsi per i sussidi ZEB, se esistenti.
pochissimi designer o costruttori hanno le competenze o l’esperienza necessarie per costruire ZEB
i possibili cali dei futuri costi delle energie rinnovabili delle società di servizi pubblici potrebbero ridurre il valore del capitale investito nell’efficienza energetica
il nuovo prezzo della tecnologia delle apparecchiature per celle solari fotovoltaiche è sceso a circa il 17% all’anno – Ridurrà il valore del capitale investito in un sistema di generazione di energia solare – Le sovvenzioni attuali saranno gradualmente eliminate mentre la produzione di massa fotovoltaica abbassa il prezzo futuro
sfida a recuperare maggiori costi iniziali per la rivendita di edifici, ma i nuovi sistemi di classificazione energetica vengono introdotti gradualmente.
mentre la casa individuale può utilizzare una media di energia netta zero in un anno, può richiedere energia nel momento in cui si verifica la domanda di picco della rete. In tal caso, la capacità della rete deve comunque fornire energia elettrica a tutti i carichi. Pertanto, uno ZEB potrebbe non ridurre la capacità richiesta per la centrale elettrica.
senza un involucro termico ottimizzato l’energia incorporata, l’energia di riscaldamento e raffreddamento e l’utilizzo delle risorse sono più alti del necessario. Per definizione, ZEB non impone un livello minimo di prestazioni di riscaldamento e raffreddamento, consentendo in tal modo a sistemi di energia rinnovabile sovradimensionati di colmare il gap energetico.
l’acquisizione di energia solare utilizzando la busta della casa funziona solo in luoghi non ostruiti dal sole. L’acquisizione di energia solare non può essere ottimizzata in nord (per l’emisfero settentrionale o sud per l’emisfero meridionale) di fronte all’ombra o in un ambiente boschivo.

Edificio a energia zero rispetto alla bioedilizia
L’obiettivo della bioedilizia e dell’architettura sostenibile è utilizzare le risorse in modo più efficiente e ridurre l’impatto negativo di un edificio sull’ambiente. Gli edifici a zero energia raggiungono un obiettivo chiave di bioedilizia di ridurre in modo completo o molto significativo l’uso di energia e le emissioni di gas serra per la vita dell’edificio. Edifici a energia zero possono o non possono essere considerati “verdi” in tutte le aree, come la riduzione dei rifiuti, l’uso di materiali da costruzione riciclati, ecc. Tuttavia, zero energia o edifici netti tendono ad avere un impatto ecologico molto più basso durante la vita of the building compared with other “green” buildings that require imported energy and/or fossil fuel to be habitable and meet the needs of occupants.

Because of the design challenges and sensitivity to a site that are required to efficiently meet the energy needs of a building and occupants with renewable energy (solar, wind, geothermal, etc.), designers must apply holistic design principles, and take advantage of the free naturally occurring assets available, such as passive solar orientation, natural ventilation, daylighting, thermal mass, and night time cooling.