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Les bâtiments consomment beaucoup d’énergie. Voici comment les concevoir pour vous donner autant qu’ils en ont besoin – Daily Reporter – WI Construction & News News


Bien que la pandémie de coronavirus ait dominé les gros titres récents, le changement climatique n’a pas disparu. De nombreux experts appellent à une reprise économique «verte» qui oriente les investissements dans les énergies et technologies bas carbone.

Les bâtiments représentent 40% de la consommation totale d’énergie aux États-Unis, et bien plus de 32% dans l’industrie et 28% dans les transports. Les pays et les villes dotés de plans climatiques ambitieux s’efforcent de réduire à zéro les émissions du secteur de la construction. Cela signifierait augmenter l’efficacité énergétique autant que possible pour réduire la consommation d’énergie dans les bâtiments et ensuite fournir les besoins énergétiques restants avec de l’électricité produite à partir de sources sans carbone.

Mes collègues et moi étudions les meilleurs moyens de réduire rapidement les émissions de carbone des bâtiments. Ces dernières années, les conceptions structurelles ont considérablement progressé. Les bâtiments zéro énergie, qui produisent de l’énergie sur place à partir de sources renouvelables, sont de plus en plus le choix par défaut. Mais pour accélérer la transition vers zéro émission de carbone, les États-Unis doivent penser plus grand et se concentrer sur la formation ou le remodelage de communautés entières zéro énergie.

Les schémas d’utilisation de l’énergie au niveau du district dans les bâtiments offrent des économies d’échelle. Les architectes peuvent déployer de grandes pompes à chaleur et d’autres équipements pour entretenir plusieurs bâtiments dans une disposition progressive tout au long de la journée. Les quartiers qui relient les maisons, les emplois, les restaurants, les centres de loisirs et d’autres services réduisent également considérablement l’énergie nécessaire au transport. À mon avis, ce mouvement croissant jouera un rôle de plus en plus important pour aider les États-Unis et le monde à lutter contre le changement climatique.

Les boucles ambiantes chauffent et refroidissent

Les systèmes de chauffage et de refroidissement sont les plus grands utilisateurs d’énergie dans les bâtiments. Les plans de conception peuvent gérer ces charges plus efficacement.

Le chauffage urbain est utilisé depuis longtemps en Europe, ainsi que dans certains collèges et autres campus américains. Ces systèmes ont généralement une centrale qui brûle du gaz naturel pour chauffer l’eau, qui circule ensuite dans d’autres bâtiments.

Pour atteindre zéro émission de carbone, le dernier système repose sur une conception connue sous le nom de boucle environnementale qui chauffe et refroidit simultanément et efficacement les bâtiments. Cette technologie a d’abord été développée pour le village olympique de Whistler en Colombie-Britannique.

Dans un système à boucle ambiante typique, la pompe fait circuler l’eau à travers un réseau de tuyaux non isolé enterré sous la ligne de congélation. A cette profondeur, la température du sol est proche de la température moyenne annuelle du site en question. Au fur et à mesure que l’eau se déplace dans le tuyau, sa température baisse ou augmente jusqu’à ce qu’elle s’approche de cette moyenne.

Les pompes à chaleur des bâtiments individuels ou d’autres points le long des boucles ambiantes ajoutent ou extraient la chaleur de la boucle. Ils peuvent également transférer de la chaleur entre des puits géothermiques profonds et de l’eau en circulation.

La boucle circule également à travers une centrale qui la maintient dans la plage de température optimale pour des performances de pompe à chaleur maximales. L’usine peut utiliser des tours de refroidissement ou des eaux usées pour évacuer la chaleur. Il peut également ajouter de la chaleur en utilisant des sources renouvelables, telles que des capteurs solaires thermiques, des combustibles renouvelables ou des pompes à chaleur alimentées par de l’électricité renouvelable.

Utilisation des eaux usées

Un exemple du quartier zéro énergie actuellement en cours de développement, le National West Centre, est le campus polyvalent actuellement en construction à Denver, qui accueillera la foire nationale annuelle West Stock et d’autres événements publics traitant de l’alimentation et de l’agriculture.

Un tuyau de 6 pieds de diamètre, qui transporte les eaux usées municipales, passe sous terre à travers la possession avant d’amener l’eau à la station d’épuration. La température de l’eau reste dans une fourchette étroite de 61 à 77 degrés F tout au long de l’année.

Le tuyau d’évacuation des eaux usées et l’échangeur de chaleur transfèrent la chaleur à la boucle environnante qui fait circuler l’eau dans tout le quartier. Le système fournit de la chaleur en hiver et absorbe la chaleur en été à l’aide d’appareils de réfrigération à récupération de chaleur, qui sont des pompes à chaleur qui peuvent fournir du chauffage et du refroidissement en même temps. Ce système dessert des bâtiments individuels à très haute efficacité.

L’électricité utilisée pour contrôler les pompes à chaleur, l’éclairage et d’autres équipements sera obtenue à partir d’appareils photovoltaïques sur place et d’électricité produite à partir de l’énergie éolienne et solaire importée de l’extérieur.

Logement de faible puissance à Austin

Un autre projet qui devrait réduire au minimum les émissions de carbone est la communauté de Whisper Valley, qui est en cours de construction à Austin, au Texas. Ce développement de plus de 2000 hectares comprend 7500 maisons électriques, 2 millions de mètres carrés d’espace commercial, deux écoles et un parc de 600 hectares. Sa conception a déjà reçu un prix pour un bâtiment vert.

Whisper Valley sera mis en œuvre sur un système énergétique intégré qui comprend un vaste réseau de boucles ambiantes chauffées et refroidies par des pompes à chaleur et des puits géothermiques dans chaque maison. Chaque propriétaire a la possibilité d’inclure un générateur solaire photovoltaïque de 5 kilowatts sur le toit pour contrôler la pompe à chaleur et les appareils éconergétiques, y compris les chauffe-eau à pompe à chaleur et les cuisinières à induction. Selon le développeur, les économies d’échelle de Whisper Valley permettent un prix de détail moyen de 50 000 $ inférieur à celui d’une maison typique d’Austin.

L’avenir de l’énergie zéro

Le National Renewable Energy Laboratory, le National Laboratory Lawrence Berkeley et d’autres partenaires du projet développent un kit de développement logiciel open source appelé URBANopt qui propose des modèles d’éléments zéro énergie, tels que des schémas d’efficacité de la construction et de la flexibilité de la demande, des panneaux photovoltaïques, des systèmes thermiques à environnement de boucle. Le logiciel peut être intégré à d’autres modèles informatiques pour aider à concevoir zéro énergie. Les ingénieurs de NREL travaillent dans un environnement de projet à haute performance à travers le pays, comme le National Western Center, pour aider à développer la plateforme URBANopt.

Les projets que j’ai décrits prennent la forme de nouvelles constructions. Il est plus difficile économiquement d’atteindre une énergie nette nulle dans les bâtiments existants, mais il existe des moyens de le faire. Il est logique d’appliquer les mesures d’efficacité les moins chères pour la rénovation, de convertir les systèmes de chauffage et de refroidissement des bâtiments en un système d’alimentation électrique et de fournir de l’électricité avec de l’énergie solaire photovoltaïque.

Les services publics proposent de plus en plus des barèmes de tarif d’utilisation du temps, qui facturent davantage pour la consommation d’électricité pendant les périodes de forte demande. Les nouveaux systèmes de gestion de l’énergie domestique permettront aux propriétaires de chauffer l’eau, les batteries domestiques complètes et les véhicules électriques et de faire fonctionner d’autres appareils à un moment où les prix de l’électricité sont au plus bas. Que nous parlions de bâtiments neufs ou existants, je considère les quartiers zéro énergie utilisant des énergies renouvelables comme la vague du futur.

Charles Kutscher est directeur du Center for Buildings and Thermal Systems de l’Université du Colorado Boulder





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