Les bâtiments consomment beaucoup d'énergie - voici comment concevoir des communautés entières qui redonnent autant qu'elles en prennent

Les bâtiments consomment beaucoup d'énergie - voici comment concevoir des communautés entières qui redonnent autant qu'elles en prennent Représentation artistique du National Western Center, un campus à zéro net en construction à Denver pour abriter plusieurs activités. Ville et comté de Denver | Bureau du maire du National Western Centre, CC BY-ND

Bien que la pandémie de coronavirus ait dominé les récents titres, le changement climatique n'a pas disparu. De nombreux experts réclament une «reprise économique verte qui dirige les investissements dans sources d'énergie et technologies bas carbone.

Les bâtiments représentent 40% de la consommation totale d'énergie aux États-Unis, contre 32% pour l'industrie et 28% pour le transport. États et notre villes avec des plans d'action ambitieux pour le climat, travaillent à réduire à zéro les émissions du secteur du bâtiment. Cela signifie maximiser l'efficacité énergétique pour réduire la consommation d'énergie des bâtiments, puis fournir les besoins énergétiques restants en électricité générée par des sources sans carbone.

Mes collègues et moi étudions les meilleures façons de réduire rapidement les émissions de carbone du secteur du bâtiment. Ces dernières années, les conceptions de construction ont considérablement progressé. Les bâtiments à consommation énergétique nette zéro, qui produisent sur place l'énergie dont ils ont besoin à partir de sources renouvelables, sont de plus en plus le choix par défaut. Mais pour accélérer la transition vers zéro émission de carbone, je crois que les États-Unis doivent penser plus grand et se concentrer sur la conception ou le réaménagement de communautés entières qui sont zéro énergie.

La lutte contre la consommation d'énergie dans les bâtiments au niveau du district permet des économies d'échelle. Les architectes peuvent déployer de grandes pompes à chaleur et d'autres équipements pour desservir plusieurs bâtiments selon un calendrier échelonné tout au long de la journée. Les quartiers qui regroupent les foyers, les lieux de travail, les restaurants, les centres de loisirs et d'autres services dans des collectivités accessibles à pied 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 faire face à la crise climatique.

 Les bâtiments à énergie nulle produisent suffisamment d'énergie renouvelable pour compenser, voire dépasser, l'énergie qu'ils consomment.

Les boucles ambiantes chauffent et refroidissent

Le chauffage et le refroidissement sont les plus grandes utilisations énergétiques des bâtiments. Les stratégies de conception de district peuvent répondre à ces charges plus efficacement.

Le chauffage urbain a longtemps utilisé en Europe, ainsi que sur certains collèges américains et autres campus. Ces systèmes ont généralement une centrale qui brûle du gaz naturel pour chauffer l'eau, qui est ensuite acheminée vers les différents bâtiments.

Pour atteindre zéro émission de carbone, la dernière stratégie utilise une conception connue sous le nom de boucle de température ambiante qui simultanément et efficacement chauffe et refroidit différents bâtiments. Ce concept a été développé pour la première fois pour le village olympique de Whistler en Colombie-Britannique.

Dans un système à boucle ambiante typique, une pompe fait circuler l'eau à travers un réseau de tuyaux non isolé enterré sous la ligne de gel. À cette profondeur, la température du sol est proche de celle de la température moyenne annuelle de l'air à cet endroit. Lorsque l'eau se déplace dans le tuyau, elle se réchauffe ou se refroidit vers cette température.

Les pompes à chaleur de bâtiments individuels ou d'autres points le long de la boucle ambiante ajoutent ou extraient de la chaleur de la boucle. Ils peuvent également déplacer la chaleur entre les puits géothermiques profonds et l'eau en circulation.

La boucle circule également à travers une centrale qui la maintient dans une 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 ajouter de la chaleur via des sources renouvelables, telles que des capteurs solaires thermiques, du carburant renouvelable ou des pompes à chaleur alimentées par de l'électricité renouvelable.

Les bâtiments consomment beaucoup d'énergie - voici comment concevoir des communautés entières qui redonnent autant qu'elles en prennent Schéma du système de boucle ambiante pour le village olympique de Whistler en Colombie-Britannique. Groupe Intégral, CC BY-ND

Utilisation des eaux usées

Un exemple de quartier potentiellement zéro énergie en cours de développement, le National Western Centre, est un campus polyvalent actuellement en construction à Denver pour abriter le National Western Stock Show annuel et d'autres événements publics axés sur l'alimentation et l'agriculture.

Un tuyau de 6 pieds de diamètre transportant les eaux usées de la ville passe sous terre à travers la propriété avant de livrer l'eau à une usine de traitement. 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 un échangeur de chaleur transfèrent la chaleur vers et depuis une boucle ambiante faisant circuler l'eau dans tout le quartier. Le système fournit de la chaleur en hiver et absorbe la chaleur en été via des refroidisseurs à récupération de chaleur, qui sont des pompes à chaleur qui peuvent simultanément fournir du chauffage et du refroidissement. Cette stratégie dessert des bâtiments individuels à très haute efficacité.

L'électricité utilisée pour faire fonctionner les pompes à chaleur, l'éclairage et les autres équipements proviendra du photovoltaïque sur place et de l'énergie éolienne et solaire importée hors site.

Logement intégré à basse énergie à Austin

Un autre district qui minimisera les émissions de carbone est le Communauté de Whisper Valley, en construction à Austin, Texas. Ce 2,000 acres développement multi-usage comprend 7,500 2 maisons entièrement électriques, 600 millions de pieds carrés d'espace commercial, deux écoles et un parc de XNUMX acres. Son design a déjà reçu un prix du bâtiment écologique.

Whisper Valley fonctionnera sur un système énergétique intégré qui comprend un vaste réseau de boucles ambiantes chauffé et refroidi par des pompes à chaleur et des puits géothermiques situés dans chaque maison. Chaque propriétaire a la possibilité d'inclure un générateur photovoltaïque solaire sur le toit de 5 kilowatts pour faire fonctionner la pompe à chaleur et les appareils éconergétiques, y compris les chauffe-eau à pompe à chaleur et les plaques de cuisson à induction. Selon le développeur, l'économie d'échelle de Whisper Valley permet un prix de vente médian de 50,000 XNUMX $ US inférieur à celui des maisons typiques d'Austin.

Ross Trethewey de «This Old House» visite le développement à basse énergie de Whisper Valley à l'extérieur d'Austin, au Texas, en 2018.

L'avenir des communautés zéro énergie

Le Laboratoire national des énergies renouvelables, le Laboratoire national Lawrence Berkeley et d'autres partenaires du projet développent un kit de développement logiciel open source appelé URBANopt qui modélise des éléments de quartiers à énergie nulle, tels que les stratégies d'efficacité des bâtiments et de flexibilité de la demande, les panneaux photovoltaïques sur les toits, les systèmes thermiques de quartier à boucle ambiante. Le logiciel peut être intégré à d'autres modèles informatiques pour faciliter la conception de communautés à énergie nulle. Les ingénieurs de NREL se sont engagés dans des projets de district à haute performance à travers le pays, comme le National Western Center, pour aider à informer et guider le développement de la plateforme URBANopt.

Les projets que j'ai décrits sont de nouvelles constructions. Il est plus difficile d'atteindre économiquement zéro énergie nette dans les bâtiments ou les communautés existants, mais il existe des moyens de le faire. Il est logique d'appliquer les mesures d'efficacité qui sont le plus rentable à moderniser, convertir les systèmes de chauffage et de refroidissement des bâtiments en électricité et fournir de l'électricité solaire photovoltaïque.

Les services publics offrent de plus en plus barèmes de taux d'utilisation, qui facturent plus pour la consommation d'énergie pendant les périodes de forte demande. Les nouveaux systèmes de gestion de l'énergie domestique permettront aux propriétaires de maison de chauffer l'eau, de recharger les batteries et les véhicules électriques et de faire fonctionner d'autres appareils aux moments où les prix de l'électricité sont les plus bas. Que nous parlions de bâtiments neufs ou existants, je vois les communautés durables à énergie zéro alimentées par des énergies renouvelables comme la vague de l'avenir alors que nous nous attaquons à la crise du changement climatique.

A propos de l'auteur

Charles F. Kutscher, membre et associé de recherche principal, Renewable & Sustainable Energy Institute, Université du Colorado à Boulder

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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