Un edificio de energía cero ( ZEB ), también conocido como edificio de energía neta cero ( NZE ), es un edificio con consumo de energía neta cero , lo que significa que la cantidad total de energía utilizada por el edificio anualmente es igual a la cantidad de energía renovable creada en el sitio [1] [2] o en otras definiciones por fuentes de energía renovable fuera del sitio, utilizando tecnología como bombas de calor, ventanas y aislamiento de alta eficiencia y paneles solares. [3]
El objetivo es que estos edificios contribuyan a la atmósfera con menos gases de efecto invernadero durante su funcionamiento que otros edificios similares que no sean de energía cero. En ocasiones consumen energía no renovable y producen gases de efecto invernadero, pero en otras ocasiones reducen el consumo de energía y la producción de gases de efecto invernadero en otras partes en la misma cantidad. El desarrollo de edificios de energía cero se ve alentado por el deseo de tener un menor impacto en el medio ambiente, y su expansión se ve alentada por las exenciones fiscales y los ahorros en los costos de energía que hacen que los edificios de energía cero sean económicamente viables.
La terminología tiende a variar entre países, agencias, ciudades, pueblos e informes, por lo que un conocimiento general de este concepto y sus diversos usos es esencial para una comprensión versátil de la energía limpia y las energías renovables. [4] [5] [6] La Agencia Internacional de Energía (AIE) y la Unión Europea (UE) utilizan con mayor frecuencia el término "Energía Neta Cero", y el término "neto cero" se utiliza principalmente en los EE. UU. Un concepto similar aprobado e implementado por la Unión Europea y otros países que lo acuerdan es el de Edificio de Energía Casi Cero ( nZEB ), con el objetivo de que todos los edificios nuevos de la región cumplan con los estándares nZEB para 2020. [7]
Descripción general
Los edificios que cumplen con los códigos consumen el 40% de la energía total de combustibles fósiles en los EE. UU. y la Unión Europea y son importantes contribuyentes a las emisiones de gases de efecto invernadero. [8] [9] Para combatir un consumo de energía tan elevado, cada vez más edificios están empezando a aplicar el principio de neutralidad de carbono, que se considera un medio para reducir las emisiones de carbono y la dependencia de los combustibles fósiles . Aunque los edificios de energía cero siguen siendo limitados, incluso en los países desarrollados , están ganando importancia y popularidad. [ cita requerida ]
La mayoría de los edificios de energía cero utilizan la red eléctrica para almacenar energía , pero algunos son independientes de la red y otros incluyen almacenamiento de energía en el lugar. Los edificios se denominan "edificios de energía plus" o, en algunos casos, "casas de bajo consumo energético". Estos edificios producen energía en el lugar utilizando tecnología renovable como la solar y la eólica, al tiempo que reducen el uso general de energía con tecnologías de iluminación y calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) de alta eficiencia . El objetivo de energía cero se está volviendo más práctico a medida que disminuyen los costos de las tecnologías de energía alternativa y aumentan los costos de los combustibles fósiles tradicionales. [10]
El desarrollo de los edificios modernos de energía cero fue posible en gran medida gracias al progreso logrado en nuevas tecnologías y técnicas energéticas y de construcción. Estas incluyen aislamiento de espuma en aerosol altamente aislante, paneles solares de alta eficiencia , bombas de calor de alta eficiencia y ventanas de triple y cuádruple vidrio de baja emisividad y altamente aislantes . [11] [12] Estas innovaciones también se han mejorado significativamente gracias a la investigación académica, que recopila datos precisos sobre el rendimiento energético de los edificios tradicionales y experimentales y proporciona parámetros de rendimiento para modelos informáticos avanzados para predecir la eficacia de los diseños de ingeniería.
Los edificios de consumo energético cero pueden formar parte de una red inteligente . Algunas ventajas de estos edificios son las siguientes:
Si bien el concepto de cero neto es aplicable a una amplia gama de recursos, agua y residuos , la energía suele ser el primer recurso en el que se apunta porque:
La energía, en particular la electricidad y los combustibles para calefacción como el gas natural o el gasóleo, son caros. Por lo tanto, reducir el consumo de energía puede ahorrar dinero al propietario del edificio. En cambio, el agua y los residuos son económicos para el propietario individual del edificio.
La energía, en particular la electricidad y el combustible para calefacción, tienen una elevada huella de carbono . Por lo tanto, reducir el uso de energía es una forma importante de reducir la huella de carbono del edificio.
Existen métodos bien establecidos para reducir significativamente el consumo de energía y la huella de carbono de los edificios, entre ellos: añadir aislamiento, utilizar bombas de calor en lugar de hornos, utilizar ventanas de baja emisividad, de triple o cuádruple vidrio y añadir paneles solares al techo. [11]
En algunos países, existen subsidios patrocinados por el gobierno y exenciones impositivas para la instalación de bombas de calor, paneles solares, ventanas de triple o cuádruple vidrio y aislamiento que reducen en gran medida el costo de llegar a un edificio de energía neta cero para el propietario del edificio. [13]
Optimización de edificios de consumo energético cero para el impacto climático
La introducción de edificios de energía cero hace que los edificios sean más eficientes energéticamente y reduce la tasa de emisiones de carbono una vez que el edificio está en funcionamiento; sin embargo, todavía hay mucha contaminación asociada con el carbono incorporado de un edificio . [14] El carbono incorporado es el carbono emitido en la fabricación y el transporte de los materiales de un edificio y la construcción de la estructura en sí; es responsable del 11% de las emisiones globales de GEI y del 28% de las emisiones del sector de la construcción global. [14] La importancia del carbono incorporado aumentará a medida que comience a representar la mayor parte de las emisiones de carbono de un edificio. En algunos edificios más nuevos y energéticamente eficientes, el carbono incorporado ha aumentado al 47% de las emisiones de la vida útil del edificio. [15] Centrarse en el carbono incorporado es parte de la optimización de la construcción para el impacto climático y las emisiones de carbono cero requieren consideraciones ligeramente diferentes a la optimización solo para la eficiencia energética. [16] [17] [18]
Un estudio de 2019 concluyó que, entre 2020 y 2030, reducir las emisiones de carbono iniciales y cambiar a energía limpia o renovable es más importante que aumentar la eficiencia de los edificios porque "construir una estructura altamente eficiente energéticamente puede, en realidad, producir más gases de efecto invernadero que una que cumpla con los códigos básicos si se utilizan materiales con alto contenido de carbono ". [19] El estudio afirmó que, debido a que "los códigos de energía neta cero no reducirán significativamente las emisiones a tiempo, los responsables de las políticas y los reguladores deben apuntar a edificios con emisiones netas de carbono cero reales, no edificios con energía neta cero". [19]
Una forma de reducir el carbono incorporado es mediante el uso de materiales de baja emisión de carbono para la construcción, como paja, madera, linóleo o cedro. En el caso de materiales como el hormigón y el acero, existen opciones para reducir las emisiones incorporadas, pero es poco probable que estén disponibles a gran escala en el corto plazo. [20] En conclusión, se ha determinado que el punto de diseño óptimo para la reducción de los gases de efecto invernadero parecía estar en edificios multifamiliares de cuatro pisos fabricados con materiales de baja emisión de carbono, como los enumerados anteriormente, que podrían ser un modelo para estructuras con bajas emisiones de carbono. [19]
Definiciones
A pesar de compartir el nombre "energía neta cero", existen varias definiciones de lo que significa el término en la práctica, con una diferencia particular en el uso entre América del Norte y Europa. [4] [5] [6]
Este ZNE genera la misma cantidad de energía que se utiliza, incluida la energía utilizada para transportar la energía al edificio. Este tipo tiene en cuenta las pérdidas de energía durante la generación y transmisión de electricidad . [21] Estos ZNE deben generar más electricidad que los edificios de energía neta cero.
Emisiones netas de energía cero
Fuera de los Estados Unidos y Canadá , un edificio de cero emisiones netas de energía ( ZEB, por sus siglas en inglés) se define generalmente como un edificio con cero emisiones netas de energía, también conocido como edificio de cero emisiones de carbono (ZCB, por sus siglas en inglés). Según esta definición, las emisiones de carbono generadas por el uso de combustibles fósiles en el sitio o fuera del sitio se equilibran con la cantidad de producción de energía renovable en el sitio . Otras definiciones incluyen no solo las emisiones de carbono generadas por el edificio en uso, sino también las generadas en la construcción del edificio y la energía incorporada de la estructura. Otros debaten si las emisiones de carbono de los desplazamientos hacia y desde el edificio también deberían incluirse en el cálculo. Un trabajo reciente en Nueva Zelanda ha iniciado un enfoque para incluir la energía del transporte de los usuarios del edificio dentro de los marcos de edificios de energía cero. [22]
Coste neto cero
En este tipo de edificios, el costo de la compra de energía se equilibra con los ingresos provenientes de las ventas de electricidad a la red eléctrica generada en el lugar. Esta situación depende de cómo la empresa de servicios públicos contabiliza la generación neta de electricidad y de la estructura de tarifas que utiliza el edificio.
Consumo neto de energía cero fuera del sitio
Un edificio puede considerarse un ZEB si el 100% de la energía que compra proviene de fuentes de energía renovables, incluso si la energía se genera fuera del sitio.
Fuera de la red
Los edificios fuera de la red son ZEB independientes que no están conectados a una instalación de suministro de energía externa. Requieren generación de energía renovable distribuida y capacidad de almacenamiento de energía (para cuando no brilla el sol, no sopla el viento, etc.). Una casa energéticamente autárquica es un concepto de edificio en el que el equilibrio del consumo y la producción de energía propios se puede realizar cada hora o incluso en cantidades más pequeñas. Las casas energéticamente autárquicas se pueden desconectar de la red.
Edificio de energía neta cero
Con base en el análisis científico dentro del programa de investigación conjunto "Hacia edificios solares de energía neta cero" [23], se estableció un marco metodológico que permite diferentes definiciones, de acuerdo con los objetivos políticos del país, las condiciones (climáticas) específicas y los requisitos formulados respectivamente para las condiciones interiores: La comprensión conceptual general de un Net ZEB es un edificio energéticamente eficiente, conectado a la red, habilitado para generar energía a partir de fuentes renovables para compensar su propia demanda energética (ver figura 1).Figura 1: El concepto de balance neto ZEB: balance de importación de energía ponderada, respectivamente demanda de energía (eje x) y exportación de energía (créditos de alimentación) respectivamente generación (in situ) (eje y)). La palabra "Net" enfatiza el intercambio de energía entre el edificio y la infraestructura energética. Mediante la interacción edificio-red, los Net ZEBs se convierten en una parte activa de la infraestructura de energía renovable. Esta conexión a las redes energéticas evita el almacenamiento estacional de energía y los sistemas in situ sobredimensionados para la generación de energía a partir de fuentes renovables como en los edificios energéticamente autónomos . La similitud de ambos conceptos es una vía de dos acciones: 1) reducir la demanda energética mediante medidas de eficiencia energética y uso pasivo de energía; 2) generar energía a partir de fuentes renovables. Sin embargo, la interacción de la red de los Net ZEBs y los planes para aumentar ampliamente su número [24] evocan consideraciones sobre una mayor flexibilidad en el cambio de cargas energéticas y una reducción de las demandas máximas. [25]
Distrito de Energía Positiva
Si ampliamos algunos de los principios de los edificios de energía cero a nivel de distritos urbanos, los distritos de energía positiva (DEP) son distritos u otras áreas urbanas que producen al menos tanta energía como la que consumen anualmente. El impulso para desarrollar distritos de energía positiva completos en lugar de edificios individuales se basa en la posibilidad de compartir recursos, gestionar sistemas de eficiencia energética en muchos edificios y alcanzar economías de escala. [26]
En este procedimiento de equilibrio se deben determinar varios aspectos y opciones explícitas: [27] [28] [29]
El límite del sistema de construcción se divide en un límite físico que determina qué recursos renovables se consideran (por ejemplo, en la huella de los edificios, en el sitio o incluso fuera del sitio) [30] respectivamente cuántos edificios se incluyen en el balance (edificio individual, grupo de edificios) y un límite de balance que determina los usos de energía incluidos (por ejemplo, calefacción, refrigeración, ventilación, agua caliente, iluminación, electrodomésticos, TI, servicios centrales, vehículos eléctricos y energía incorporada, etc.). Debe notarse que las opciones de suministro de energía renovable se pueden priorizar (por ejemplo, por esfuerzo de transporte o conversión, disponibilidad durante la vida útil del edificio o potencial de replicación para el futuro, etc.) y, por lo tanto, crear una jerarquía. Se puede argumentar que los recursos dentro de la huella del edificio o en el sitio deben tener prioridad sobre las opciones de suministro fuera del sitio.
El sistema de ponderación convierte las unidades físicas de los distintos portadores de energía en una métrica uniforme (energía final/situada, energía primaria/fuente, partes renovables incluidas o no, coste de la energía, emisiones de carbono equivalentes e incluso créditos energéticos o ambientales) y permite su comparación y compensación entre sí en un único balance (por ejemplo, la electricidad fotovoltaica exportada puede compensar la biomasa importada). Los factores de conversión/ponderación influidos políticamente y, por lo tanto, posiblemente asimétricos o dependientes del tiempo pueden afectar al valor relativo de los portadores de energía y pueden influir en la capacidad de generación de energía requerida.
Se suele suponer que el período de equilibrio es de un año (adecuado para cubrir todos los usos de energía operacional). También se podría considerar un período más corto (mensual o estacional), así como un equilibrio a lo largo de todo el ciclo de vida (incluida la energía incorporada, que también podría anualizarse y contabilizarse además de los usos de energía operacional).
Figura 2: Concepto de balance neto ZEB: Representación gráfica de los diferentes tipos de balance: balance importación/exportación entre energía exportada y entregada ponderada, balance carga/generación entre generación y carga ponderada, y balance neto mensual entre valores netos mensuales ponderados de generación y carga.
El balance energético puede realizarse en dos tipos de balances: 1) Balance de energía entregada/importada y exportada (fase de monitoreo ya que se puede incluir el autoconsumo de energía generada en el sitio); 2) Balance entre la demanda de energía (ponderada) y la generación de energía (ponderada) (para la fase de diseño ya que faltan los patrones de consumo temporal de los usuarios finales normales -por ejemplo, para iluminación, electrodomésticos, etc.-). Alternativamente, es imaginable un balance basado en valores netos mensuales en el que solo se suman los residuos por mes para obtener un balance anual. Esto puede verse como un balance de carga/generación o como un caso especial de balance de importación/exportación donde se supone un "autoconsumo mensual virtual" (ver figura 2 y comparar). [27]
Además del balance energético, los ZEB netos pueden caracterizarse por su capacidad de adaptarse a la carga del edificio mediante su generación de energía (adaptación de la carga) o de funcionar de forma beneficiosa respecto de las necesidades de la infraestructura de la red local (interacción con la red). Ambas pueden expresarse mediante indicadores adecuados que se conciben únicamente como herramientas de evaluación.
Diseño y construcción
Los pasos más rentables hacia una reducción en el consumo de energía de un edificio suelen ocurrir durante el proceso de diseño. [31] Para lograr un uso eficiente de la energía, el diseño de energía cero se aleja significativamente de la práctica de construcción convencional. Los diseñadores de edificios de energía cero exitosos generalmente combinan principios de energía solar pasiva o acondicionamiento artificial/falso probados en el tiempo que funcionan con los activos en el sitio. La luz del sol y el calor solar, las brisas predominantes y el frío de la tierra debajo de un edificio pueden proporcionar iluminación natural y temperaturas interiores estables con medios mecánicos mínimos. Los ZEB normalmente están optimizados para usar la ganancia de calor solar pasivo y el sombreado, combinados con masa térmica para estabilizar las variaciones de temperatura diurnas a lo largo del día, y en la mayoría de los climas están superaislados . [32] Todas las tecnologías necesarias para crear edificios de energía cero están disponibles en el mercado hoy en día.
Existen sofisticadas herramientas de simulación energética de edificios en 3D que permiten modelar el rendimiento de un edificio en función de una serie de variables de diseño, como la orientación del edificio (en relación con la posición diaria y estacional del sol ), el tipo y la ubicación de las ventanas y puertas, la profundidad de los aleros, el tipo y los valores de aislamiento de los elementos del edificio, la hermeticidad ( climatización ), la eficiencia de la calefacción, la refrigeración, la iluminación y otros equipos, así como el clima local. Estas simulaciones ayudan a los diseñadores a predecir el rendimiento del edificio antes de construirlo y les permiten modelar las implicaciones económicas y financieras en el análisis de costo-beneficio del edificio o, lo que es más apropiado, en la evaluación del ciclo de vida . [ cita requerida ]
Los edificios de energía cero se construyen con importantes características de ahorro energético . Las cargas de calefacción y refrigeración se reducen mediante el uso de equipos de alta eficiencia (como bombas de calor en lugar de hornos. Las bombas de calor son aproximadamente cuatro veces más eficientes que los hornos), aislamiento adicional (especialmente en el ático y en el sótano de las casas), ventanas de alta eficiencia (como ventanas de baja emisividad y triple acristalamiento), protección contra corrientes de aire, electrodomésticos de alta eficiencia (en particular, refrigeradores modernos de alta eficiencia), iluminación LED de alta eficiencia, ganancia solar pasiva en invierno y sombreado pasivo en verano, ventilación natural y otras técnicas. Estas características varían según las zonas climáticas en las que se realiza la construcción. Las cargas de calentamiento de agua se pueden reducir mediante el uso de accesorios de conservación de agua, unidades de recuperación de calor en aguas residuales y mediante el uso de calentadores de agua solares y equipos de calentamiento de agua de alta eficiencia. Además, la iluminación natural con tragaluces o tubos solares puede proporcionar el 100% de iluminación diurna dentro de la casa. La iluminación nocturna se realiza normalmente con luces fluorescentes y LED que consumen 1/3 o menos de energía que las luces incandescentes, sin añadir calor no deseado. Y las cargas eléctricas diversas se pueden reducir eligiendo electrodomésticos eficientes y minimizando las cargas fantasma o la energía de reserva . Otras técnicas para alcanzar el cero neto (dependiendo del clima) son los principios de construcción con protección de la Tierra , las paredes de superaislamiento con construcción de fardos de paja , los paneles de construcción prefabricados y los elementos del techo, además del paisajismo exterior para generar sombra estacional. [ cita requerida ]
Una vez que se ha minimizado el uso de energía del edificio, es posible generar toda esa energía en el lugar mediante paneles solares montados en el techo. Vea ejemplos de casas de energía neta cero aquí . [ cita requerida ]
Los edificios de energía solar térmica aprovechan la energía disponible para satisfacer sus necesidades de electricidad y calefacción o refrigeración. La forma más habitual de aprovechar la energía es utilizar paneles solares fotovoltaicos montados en el tejado que convierten la luz del sol en electricidad. La energía también se puede aprovechar con colectores solares térmicos (que utilizan el calor del sol para calentar el agua del edificio). Las bombas de calor también pueden aprovechar el calor y el frío del aire (de origen aéreo) o del suelo cercano al edificio (de origen terrestre, también conocido como geotermia). Técnicamente, las bombas de calor desplazan el calor en lugar de aprovecharlo, pero el efecto general en términos de reducción del uso de energía y de la huella de carbono es similar. En el caso de las casas individuales, se pueden utilizar diversas tecnologías de microgeneración para proporcionar calor y electricidad al edificio, utilizando células solares o turbinas eólicas para la electricidad, y biocombustibles o colectores solares térmicos vinculados a un sistema de almacenamiento de energía térmica estacional (STES) para la calefacción de los espacios. Un STES también se puede utilizar para la refrigeración en verano almacenando el frío del invierno bajo tierra. Para hacer frente a las fluctuaciones de la demanda, los edificios de energía cero suelen estar conectados a la red eléctrica , exportan electricidad a la red cuando hay un excedente y consumen electricidad cuando no se produce suficiente electricidad. [4] Otros edificios pueden ser completamente autónomos . [ cita requerida ]
La recolección de energía suele ser más eficaz en cuanto a costes y utilización de recursos cuando se realiza a escala local pero combinada, por ejemplo, un grupo de casas, cohousing , distrito local o aldea en lugar de una casa individual. Un beneficio energético de dicha recolección de energía localizada es la eliminación virtual de las pérdidas de transmisión y distribución de electricidad . La recolección de energía en el lugar, como con paneles solares montados en el tejado, elimina por completo estas pérdidas de transmisión. La recolección de energía en aplicaciones comerciales e industriales debería beneficiarse de la topografía de cada ubicación. Sin embargo, un sitio que no tenga sombra puede generar grandes cantidades de electricidad solar a partir del tejado del edificio y casi cualquier sitio puede utilizar bombas de calor geotérmicas o de aire. La producción de bienes con un consumo neto de energía fósil cero requiere ubicaciones de recursos geotérmicos , microhidroeléctricos , solares y eólicos para sostener el concepto. [33]
Los barrios de energía cero, como el desarrollo BedZED en el Reino Unido y los que se están extendiendo rápidamente en California y China , pueden utilizar esquemas de generación distribuida . En algunos casos, esto puede incluir calefacción urbana , agua fría comunitaria, turbinas eólicas compartidas, etc. Existen planes actuales para utilizar tecnologías ZEB para construir ciudades enteras fuera de la red o con uso de energía neta cero.
El debate entre “cosecha de energía” y “conservación de energía”
Como resultado de los subsidios gubernamentales significativos para sistemas eléctricos solares fotovoltaicos, turbinas eólicas, etc., hay quienes sugieren que una ZEB es una casa convencional con tecnologías de recolección de energía renovable distribuida. Han aparecido ampliaciones completas de tales casas en lugares donde los subsidios a la energía fotovoltaica (PV) son significativos, [34] pero muchas de las llamadas "Casas de Energía Cero" aún tienen facturas de servicios públicos. Este tipo de recolección de energía sin conservación de energía adicional puede no ser rentable con el precio actual [ ¿cuándo? ] de la electricidad generada con equipo fotovoltaico, dependiendo del precio local de la electricidad de la compañía eléctrica. [35] Los ahorros de costos, energía y huella de carbono de la conservación (por ejemplo, aislamiento adicional, ventanas de triple acristalamiento y bombas de calor) en comparación con los de la generación de energía en el sitio (por ejemplo, paneles solares) se han publicado para una actualización a una casa existente aquí.
Desde la década de 1980, el diseño de edificios solares pasivos y casas pasivas ha demostrado reducciones del consumo de energía para calefacción de entre el 70% y el 90% en muchos lugares, sin recolección activa de energía. Para nuevas construcciones, y con un diseño experto, esto se puede lograr con poco costo adicional de construcción para materiales en comparación con un edificio convencional. Muy pocos expertos de la industria tienen las habilidades o la experiencia para capturar completamente los beneficios del diseño pasivo. [36] Estos diseños solares pasivos son mucho más rentables que agregar paneles fotovoltaicos costosos en el techo de un edificio convencional ineficiente. [35] Unos pocos kilovatios-hora de paneles fotovoltaicos (que cuestan el equivalente a unos 2-3 dólares estadounidenses por producción anual de kWh) solo pueden reducir los requisitos de energía externa entre un 15% y un 30%. Un acondicionador de aire convencional con una alta relación de eficiencia energética estacional de 29 kWh (100.000 BTU) requiere más de 7 kW de electricidad fotovoltaica mientras está en funcionamiento, y eso no incluye lo suficiente para el funcionamiento nocturno fuera de la red . La refrigeración pasiva y las técnicas de ingeniería de sistemas superiores pueden reducir la necesidad de aire acondicionado entre un 70% y un 90%. La electricidad generada mediante energía fotovoltaica resulta más rentable cuando la demanda general de electricidad es menor. [ cita requerida ]
Enfoque combinado en renovaciones rápidas de edificios existentes
En Alemania y los Países Bajos, las empresas ofrecen paquetes de reacondicionamiento climático rápido para edificios existentes, que añaden una capa de aislamiento diseñada a medida al exterior del edificio, junto con mejoras para un uso más sostenible de la energía, como bombas de calor . En Estados Unidos se están llevando a cabo proyectos piloto similares. [37] [38]
Comportamiento de los ocupantes
La energía que se utiliza en un edificio puede variar mucho según el comportamiento de sus ocupantes. La aceptación de lo que se considera cómodo varía ampliamente. Los estudios de hogares idénticos han demostrado diferencias dramáticas en el uso de energía en una variedad de climas. Una relación promedio ampliamente aceptada entre el mayor y el menor consumidor de energía en hogares idénticos es de aproximadamente 3, y algunos hogares idénticos utilizan hasta 20 veces más energía de calefacción que otros. [39] El comportamiento de los ocupantes puede variar desde las diferencias en la configuración y programación de termostatos , los distintos niveles de iluminación y uso de agua caliente, el funcionamiento del sistema de ventanas y persianas y la cantidad de dispositivos eléctricos diversos o cargas de enchufes utilizados. [40]
Preocupaciones sobre servicios públicos
Las empresas de servicios públicos suelen ser las responsables legales de mantener la infraestructura eléctrica que lleva energía a nuestras ciudades, vecindarios y edificios individuales. Las empresas de servicios públicos suelen ser dueñas de esta infraestructura hasta el límite de la propiedad de una parcela individual y, en algunos casos, también son dueñas de infraestructura eléctrica en terrenos privados. [ cita requerida ]
En los EE. UU., las empresas de servicios públicos han expresado su preocupación por el hecho de que el uso de la medición neta para proyectos de energías renovables amenaza los ingresos básicos de las empresas de servicios públicos, lo que a su vez afecta a su capacidad para mantener y dar servicio a la parte de la red eléctrica de la que son responsables. Las empresas de servicios públicos han expresado su preocupación por el hecho de que los estados que mantienen leyes de medición neta pueden cargar a los hogares que no son de energías renovables con costos de servicios públicos más altos, ya que esos propietarios serían responsables de pagar el mantenimiento de la red, mientras que los propietarios de viviendas de energías renovables teóricamente no pagarían nada si logran el estatus de energías renovables. Esto crea posibles problemas de equidad, ya que actualmente, la carga parecería recaer en los hogares de ingresos más bajos. Una posible solución a este problema es crear un cargo base mínimo para todos los hogares conectados a la red eléctrica, lo que obligaría a los propietarios de viviendas de energías renovables a pagar por los servicios de la red independientemente de su consumo eléctrico. [ cita requerida ]
Otra preocupación es que la distribución local y las redes de transmisión más grandes no han sido diseñadas para transportar electricidad en dos direcciones, lo que puede ser necesario a medida que se implementen niveles más altos de generación de energía distribuida. Superar esta barrera podría requerir amplias mejoras en la red eléctrica; sin embargo, a partir de 2010, no se cree que esto sea un problema importante hasta que la generación renovable alcance niveles mucho más altos de penetración. [41]
Esfuerzos de desarrollo
La amplia aceptación de la tecnología de construcción de energía cero puede requerir más incentivos gubernamentales o regulaciones de códigos de construcción, el desarrollo de estándares reconocidos o aumentos significativos en el costo de la energía convencional. [42]
El campus fotovoltaico de Google y el campus fotovoltaico de 480 kilovatios de Microsoft dependían de subsidios e incentivos financieros federales de Estados Unidos, y especialmente de California. California ahora proporciona US$3.200 millones en subsidios [43] para edificios residenciales y comerciales de consumo de energía casi nulo. Los detalles de los subsidios a las energías renovables de otros estados estadounidenses (hasta US$5,00 por vatio) se pueden encontrar en la Base de datos de incentivos estatales para energías renovables y eficiencia. [44] El Centro de Energía Solar de Florida tiene una presentación de diapositivas sobre los avances recientes en esta área. [45]
El Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sostenible [46] ha lanzado una importante iniciativa para apoyar el desarrollo de la ZEB. Liderada por el CEO de United Technologies y el presidente de Lafarge , la organización cuenta con el apoyo de grandes empresas globales y la experiencia para movilizar al mundo corporativo y el apoyo gubernamental para hacer realidad la ZEB. Su primer informe, una encuesta a actores clave en el sector inmobiliario y de la construcción, indica que los costos de la construcción ecológica están sobreestimados en un 300 por ciento. Los encuestados estimaron que las emisiones de gases de efecto invernadero de los edificios representan el 19 por ciento del total mundial, en contraste con el valor real de aproximadamente el 40 por ciento. [47]
Edificios influyentes de energía cero y de bajo consumo energético
Quienes encargaron la construcción de casas pasivas y de viviendas de consumo de energía cero (en las últimas tres décadas [ ¿cuándo? ] ) fueron esenciales para las innovaciones tecnológicas iterativas, incrementales y de vanguardia. Se ha aprendido mucho de muchos éxitos significativos y de unos pocos fracasos costosos. [48]
El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de Estados Unidos publicó un informe titulado Edificios de energía neta cero: un sistema de clasificación basado en opciones de suministro de energía renovable. [3] Este es el primer informe que establece un sistema de clasificación de espectro completo para edificios de energía neta cero/renovable que incluye todo el espectro de fuentes de energía limpia, tanto en el sitio como fuera del sitio. Este sistema de clasificación identifica las siguientes cuatro categorías principales de edificios/sitios/campus de energía neta cero:
NZEB:A: un edificio de energía neta cero con huella de energía renovable
NZEB:B — Un edificio de energía neta cero para energías renovables
NZEB:C: un edificio de energía neta cero con energías renovables importadas
NZEB:D: un edificio de energía neta cero con energías renovables adquirido fuera del sitio
La aplicación de este sistema de clasificación Net Zero del gobierno de EE. UU. significa que todos los edificios pueden convertirse en net net nero con la combinación adecuada de las tecnologías clave de cero emisiones netas: PV (solar), GHP (calefacción y refrigeración geotérmica, baterías térmicas), EE (eficiencia energética), a veces eólica y baterías eléctricas. Una exposición gráfica de la escala del impacto de la aplicación de estas directrices NREL para el cero neto se puede ver en el gráfico de Net Zero Foundation titulado "Net Zero Effect on US Total Energy Use" [49] que muestra una posible reducción del 39% del uso total de combustibles fósiles en EE. UU. al cambiar los edificios residenciales y comerciales de EE. UU. a cero neto, un ahorro del 37% si seguimos utilizando gas natural para cocinar al mismo nivel.
Ejemplo de conversión a carbono cero neto
Muchas universidades de renombre han manifestado su deseo de convertir completamente sus sistemas energéticos para que no utilicen combustibles fósiles. Aprovechando los continuos avances en las tecnologías de energía fotovoltaica y de bombas de calor geotérmicas , y en el campo de las baterías eléctricas , la conversión completa a una solución energética libre de carbono es cada vez más sencilla. La energía hidroeléctrica a gran escala existe desde antes de 1900. Un ejemplo de un proyecto de este tipo es la propuesta de la Net Zero Foundation en el MIT de eliminar por completo el uso de combustibles fósiles en ese campus. [50] Esta propuesta muestra la futura aplicación de las tecnologías de edificios de energía neta cero a escala de energía de distrito .
Ventajas y desventajas
Ventajas
Aislamiento para los propietarios de edificios de futuros aumentos de precios de la energía
Mayor confort gracias a temperaturas interiores más uniformes (esto se puede demostrar con mapas de isotermas comparativos )
riesgo reducido de pérdidas por apagones de la red
Aumentos mínimos o nulos en los precios de la energía en el futuro para los propietarios de edificios, lo que reduce la necesidad de austeridad energética e impuestos a las emisiones de carbono
Mayor confiabilidad: los sistemas fotovoltaicos tienen garantías de 25 años y rara vez fallan durante problemas climáticos. Los sistemas fotovoltaicos de 1982 en el Pabellón de Energía EPCOT (Comunidad Prototipo Experimental del Mañana) de Walt Disney World todavía estaban en uso hasta 2018, incluso durante tres huracanes. Fueron desmantelados en 2018 para preparar una nueva atracción. [51]
mayor valor de reventa ya que los propietarios potenciales demandan más ZEB que la oferta disponible
El valor de un edificio ZEB en relación con un edificio convencional similar debería aumentar cada vez que aumentan los costos de la energía.
Contribuir a mayores beneficios para la sociedad, por ejemplo, proporcionando energía renovable sostenible a la red, reduciendo la necesidad de expansión de la red.
La optimización de los modelos de energía de los edificios urbanos de abajo hacia arriba (UBEM) puede hacer avances en la exactitud de la recreación de la vitalidad de los edificios. [52]
Desventajas
Los costos iniciales pueden ser más altos: se requiere esfuerzo para comprender, solicitar y calificar para los subsidios ZEB, si existen.
Muy pocos diseñadores o constructores tienen las habilidades o la experiencia necesarias para construir ZEB [36]
Las posibles disminuciones en los costos futuros de energía renovable de las empresas de servicios públicos pueden reducir el valor del capital invertido en eficiencia energética.
El precio de los nuevos equipos de tecnología de células solares fotovoltaicas ha estado cayendo aproximadamente un 17% por año – Esto reducirá el valor del capital invertido en un sistema de generación de electricidad solar – Los subsidios actuales pueden eliminarse gradualmente a medida que la producción masiva de energía fotovoltaica reduzca el precio futuro
El reto es recuperar los costos iniciales más altos en la reventa de edificios, pero gradualmente se están introduciendo nuevos sistemas de calificación energética. [53]
Si bien una casa individual puede utilizar un promedio de energía neta cero durante un año, puede demandar energía en el momento en que se produce la demanda máxima de la red. En tal caso, la capacidad de la red debe seguir proporcionando electricidad a todas las cargas. Por lo tanto, un ZEB puede no reducir el riesgo de pérdida por apagones de la red.
Sin una envoltura térmica optimizada, la energía incorporada, la energía de calefacción y refrigeración y el uso de recursos son mayores de lo necesario. Los sistemas ZEB, por definición, no exigen un nivel mínimo de rendimiento de calefacción y refrigeración, lo que permite que los sistemas de energía renovable de gran tamaño llenen el vacío energético.
La captación de energía solar mediante la envolvente de la casa solo funciona en lugares sin obstáculos solares. La captación de energía solar no se puede optimizar en zonas con sombra orientadas al norte (para el hemisferio norte o al sur para el hemisferio sur) o en entornos boscosos.
El ZEB no está libre de emisiones de carbono, el vidrio tiene una alta energía incorporada y su producción requiere mucho carbono. [54]
Las regulaciones de construcción, como las restricciones de altura o el código contra incendios, pueden impedir la implementación de energía eólica o solar o adiciones externas a una envoltura térmica existente. [55]
Edificio de energía cero versus edificio ecológico
El objetivo de los edificios ecológicos y la arquitectura sostenible es utilizar los recursos de forma más eficiente y reducir el impacto negativo de un edificio en el medio ambiente. [56] Los edificios de energía cero logran un objetivo clave de exportar tanta energía renovable como la que utilizan a lo largo del año, lo que reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. [57] Es necesario definir y establecer objetivos ZEB, ya que son fundamentales para el proceso de diseño. [58] Los edificios de energía cero pueden o no considerarse "ecológicos" en todas las áreas, como la reducción de residuos, el uso de materiales de construcción reciclados , etc. Sin embargo, los edificios de energía cero o de consumo neto cero tienden a tener un impacto ecológico mucho menor durante la vida útil del edificio en comparación con otros edificios "ecológicos" que requieren energía importada y/o combustible fósil para ser habitables y satisfacer las necesidades de los ocupantes. [ cita requerida ]
Ambos términos, edificios de energía cero y edificios verdes, tienen similitudes y diferencias. Los edificios "verdes" a menudo se centran en la energía operativa y no tienen en cuenta la huella de carbono incorporada de la construcción. [59] Según el IPCC, el carbono incorporado constituirá la mitad de las emisiones totales de carbono entre ahora [2020] y 2050. [59] Por otro lado, los edificios de energía cero están diseñados específicamente para producir suficiente energía a partir de fuentes de energía renovables para satisfacer sus propios requisitos de consumo, y los edificios verdes pueden definirse en general como un edificio que reduce los impactos negativos o impacta positivamente nuestro medio ambiente natural [1-NEWUSDE]. [60] [61] Hay varios factores que deben considerarse antes de determinar que un edificio es un edificio verde. La construcción de un edificio ecológico debe incluir un uso eficiente de los servicios públicos como el agua y la energía, el uso de energía renovable, el uso de prácticas de reciclaje y reutilización para reducir los residuos, proporcionar una calidad adecuada del aire interior, el uso de materiales de origen ético y no tóxicos, el uso de un diseño que permita que el edificio se adapte a los cambios climáticos ambientales y aspectos del diseño, la construcción y el proceso operativo que aborden el medio ambiente y la calidad de vida de sus ocupantes. El término edificio ecológico también puede usarse para referirse a la práctica de la construcción ecológica que incluye ser eficiente en el uso de los recursos desde su diseño, hasta su construcción, sus procesos operativos y, en última instancia, su deconstrucción. [62] La práctica de la construcción ecológica difiere ligeramente de los edificios de energía cero porque considera todos los impactos ambientales, como el uso de materiales y la contaminación del agua, por ejemplo, mientras que el alcance de los edificios de energía cero solo incluye el consumo de energía de los edificios y la capacidad de producir una cantidad igual o mayor de energía a partir de fuentes de energía renovables.
Existen muchos desafíos de diseño imprevistos y condiciones del sitio que se requieren para satisfacer de manera eficiente las necesidades de energía renovable de un edificio y sus ocupantes, ya que gran parte de esta tecnología es nueva. Los diseñadores deben aplicar principios de diseño holísticos y aprovechar los recursos naturales gratuitos disponibles, como la orientación solar pasiva, la ventilación natural, la iluminación natural, la masa térmica y la refrigeración nocturna. Los diseñadores e ingenieros también deben experimentar con nuevos materiales y avances tecnológicos, esforzándose por lograr una producción más asequible y eficiente. [63]
Edificio de energía cero versus edificio de calefacción cero
Con los avances en acristalamientos con valores U ultra bajos, se propone un edificio de calefacción (casi) nula para reemplazar a los edificios de energía casi nula en la UE. El edificio de calefacción nula reduce el diseño solar pasivo y hace que el edificio sea más abierto al diseño arquitectónico convencional. El edificio de calefacción nula elimina la necesidad de reserva de energía de la red eléctrica estacional/invernal. La demanda de calefacción anual específica para la casa de calefacción nula no debe superar los 3 kWh/m2 al año . El edificio de calefacción nula es más sencillo de diseñar y operar. Por ejemplo: no hay necesidad de protección solar modulada.
Proceso de dar un título
Las dos certificaciones más comunes para los edificios ecológicos son Passive House y LEED. [64] El objetivo de Passive House es ser energéticamente eficiente y reducir el uso de calefacción/refrigeración por debajo del estándar. [64] La certificación LEED es más completa en lo que respecta al uso de energía, un edificio recibe créditos ya que demuestra prácticas sostenibles en una variedad de categorías. [64] Otra certificación que designa a un edificio como un edificio de energía neta cero existe dentro de los requisitos del Living Building Challenge (LBC) llamada certificación Net Zero Energy Building (NZEB) proporcionada por el International Living Future Institute (ILFI). [65] La designación se desarrolló en noviembre de 2011 como la certificación NZEB, pero luego se simplificó a la Certificación de Edificios de Energía Cero en 2017. [66] Incluido en la lista de certificaciones de edificios ecológicos, el sistema de calificación BCA Green Mark permite la evaluación de los edificios por su desempeño e impacto en el medio ambiente. [67]
Mundial
Iniciativas internacionales
Como respuesta al calentamiento global y al aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, los países de todo el mundo han ido aplicando gradualmente diferentes políticas para abordar el problema de los edificios de consumo de energía cero. Entre 2008 y 2013, investigadores de Australia, Austria, Bélgica, Canadá, Dinamarca, Finlandia, Francia, Alemania, Italia, la República de Corea, Nueva Zelanda, Noruega, Portugal, Singapur, España, Suecia, Suiza, el Reino Unido y los EE. UU. trabajaron juntos en el programa de investigación conjunto denominado "Hacia edificios solares de consumo de energía cero". El programa se creó en el marco de la Tarea 40 / Energía en edificios y comunidades (EBC, anteriormente ECBCS) del Programa de Calefacción y Refrigeración Solar (SHC) de la Agencia Internacional de Energía (AIE) con la intención de armonizar los marcos de definición internacionales en relación con los edificios de consumo de energía cero y muy bajo, dividiéndolos en subtareas. [68] En 2015, se creó el Acuerdo de París bajo la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) con la intención de mantener el aumento de la temperatura global del siglo XXI por debajo de los 2 grados Celsius y limitar el aumento de la temperatura a 1,5 grados Celsius limitando las emisiones de gases de efecto invernadero. [69] Si bien no hubo un cumplimiento forzado, 197 países firmaron el tratado internacional que vinculaba legalmente a los países desarrollados a través de una cooperación mutua donde cada parte actualizaría su INDC cada cinco años e informaría anualmente a la COP . [70] Debido a las ventajas de la eficiencia energética y la reducción de las emisiones de carbono, los ZEB se están implementando ampliamente en muchos países diferentes como una solución a los problemas energéticos y ambientales dentro del sector de la infraestructura. [71]
Australia
Trayectoria nacional
En Australia , la Trayectoria para edificios de bajo consumo energético y su adenda fueron acordados por todos los ministros de energía de la Commonwealth, los estados y los territorios en 2019.
Trajectory es un plan nacional que tiene como objetivo lograr edificios comerciales y residenciales con consumo de energía cero y emisiones de carbono en Australia. Es una iniciativa clave para abordar el objetivo de Australia de mejorar la productividad energética en un 40 % para 2030 en el marco del Plan Nacional de Productividad Energética.
El 7 de julio de 2023, el Consejo Ministerial de Energía y Cambio Climático acordó actualizar la Trayectoria para Edificios de Bajo Consumo Energético para fines de 2024. [72]
Las actualizaciones de la Trayectoria:
Apoyar la creación de un sector de construcción residencial y comercial de bajo consumo energético y cero emisiones netas para 2050
considerar el éxito del programa existente
ayudar a desarrollar la vía política para que el sector de la construcción logre cero emisiones netas para 2050.
En Bélgica existe un proyecto que tiene como ambición hacer que la ciudad belga de Lovaina sea climáticamente neutra en 2030. [74]
Brasil
En Brasil, la Ordenanza nº 42, de 24 de febrero de 2021, aprobó la Instrucción Normativa Inmetro para la Clasificación de la Eficiencia Energética de Edificios Comerciales, de Servicios y Públicos (INI-C), que perfecciona los Requisitos Técnicos de Calidad para el Nivel de Eficiencia Energética de Edificios Comerciales, de Servicios y Públicos (RTQ-C), especificando los criterios y métodos para clasificar los edificios comerciales, de servicios y públicos en cuanto a su eficiencia energética. El Anexo D presenta los procedimientos para determinar el potencial de generación de energía renovable local y las condiciones de evaluación para los Edificios de Consumo de Energía Casi Cero (NZEB) y los Edificios de Energía Positiva (PEB). [75]
Canadá
La Asociación Canadiense de Constructores de Viviendas - Nacional supervisa la etiqueta de certificación Net Zero Homes [76] , una iniciativa de etiquetado voluntaria liderada por la industria.
En diciembre de 2017, el BC Energy Step Code entró en vigor legalmente en Columbia Británica. Los gobiernos locales de Columbia Británica pueden utilizar la norma para incentivar o exigir un nivel de eficiencia energética en las nuevas construcciones que supere los requisitos del código de construcción básico. La regulación está diseñada como una hoja de ruta técnica para ayudar a la provincia a alcanzar su objetivo de que todos los edificios nuevos alcancen un nivel de rendimiento de energía neta cero para 2032.
En agosto de 2017, el Gobierno de Canadá publicó la estrategia de construcción inteligente de Canadá, Build Smart, [77] como un impulsor clave del Marco pancanadiense sobre crecimiento limpio y cambio climático, la estrategia climática nacional de Canadá. La estrategia Build Smart busca aumentar drásticamente la eficiencia energética de los edificios canadienses en pos de un nivel de desempeño listo para el consumo de energía neta cero.
En Canadá, la Net-Zero Energy Home Coalition [78] es una asociación industrial que promueve la construcción de viviendas de energía neta cero y la adopción de un estándar NZEH (nNZEH, por sus siglas en inglés), NZEH Ready y NZEH.
La Sociedad Hipotecaria y de Vivienda de Canadá patrocina el Concurso de Vivienda Sostenible EQuilibrium [79] , que permitirá la finalización de quince proyectos de demostración de consumo de energía cero y de consumo de energía casi cero en todo el país a partir de 2008.
La casa EcoTerra en Eastman, Quebec, es la primera vivienda de Canadá con consumo de energía casi nulo construida a través del concurso de viviendas sostenibles EQuilibrium de la CMHC. [80] La casa fue diseñada por el profesor asociado Dr. Masa Noguchi de la Universidad de Melbourne para Alouette Homes y diseñada por el profesor Dr. Andreas K. Athienitis de la Universidad de Concordia . [81]
En 2014, el edificio de la biblioteca pública en Varennes, QC , se convirtió en el primer edificio institucional ZNE en Canadá. [82] La biblioteca también cuenta con certificación LEED Gold.
La EcoPlusHome en Bathurst, New Brunswick. La Eco Plus Home es una casa de prueba prefabricada construida por Maple Leaf Homes y con tecnología de Bosch Thermotechnology. [83] [84]
Mohawk College construirá el primer edificio de emisiones netas cero de Hamilton
Porcelana
Con una población estimada de 1.439.323.776 habitantes, China se ha convertido en uno de los principales contribuyentes mundiales a las emisiones de gases de efecto invernadero debido a su rápida urbanización. Incluso con el aumento creciente de la construcción de infraestructuras, China ha sido considerada durante mucho tiempo como un país donde la demanda total de energía ha crecido sistemáticamente a un ritmo menor que el producto interno bruto (PIB) de China. [85] Desde finales de la década de 1970, China ha estado utilizando la mitad de energía que en 1997, pero debido a su densa población y al rápido crecimiento de la infraestructura, China se ha convertido en el segundo mayor consumidor de energía del mundo y está en condiciones de convertirse en el principal contribuyente a las emisiones de gases de efecto invernadero en el próximo siglo. [85]
Desde 2010, el gobierno chino ha impulsado la publicación de nuevas políticas nacionales para aumentar los estándares de diseño de ZEB y también ha establecido una serie de incentivos para aumentar los proyectos ZEB en China. [71] En noviembre de 2015, el Ministerio de Vivienda y Desarrollo Urbano-Rural de China (MOHURD) publicó una guía técnica sobre edificios residenciales ecológicos pasivos y de bajo consumo energético. [71] Esta guía tenía como objetivo mejorar la eficiencia energética en la infraestructura de China y también fue la primera de su tipo en publicarse formalmente como una guía para la eficiencia energética. [71] Además, con el rápido crecimiento de los ZEB en los últimos tres años, se estima que se construirán más ZEB en China en 2020 junto con los proyectos ZEB existentes que ya están construidos. [71]
Como respuesta al Acuerdo de París de 2015, China declaró que se había fijado el objetivo de reducir las emisiones máximas de carbono en torno a 2030, al tiempo que aspiraba a reducir las emisiones de dióxido de carbono en un 60-65 por ciento con respecto a las emisiones de 2005 por unidad de PIB. [70] En 2020, el líder del Partido Comunista Chino, Xi Jinping, publicó una declaración en su discurso ante la Asamblea General de las Naciones Unidas en la que declaraba que China sería carbono neutral en 2060 impulsando reformas en materia de cambio climático. [86] Dado que más del 95 por ciento de la energía de China se origina en fuentes de combustible que emiten dióxido de carbono, la neutralidad de carbono en China requerirá una transición casi completa a fuentes de combustible como la energía solar, eólica, hidroeléctrica o nuclear. [87] Para lograr la neutralidad de carbono, la política de cuotas energéticas propuesta por China tendrá que incorporar nuevos mecanismos de seguimiento y que garanticen mediciones precisas del rendimiento energético de los edificios. [88] Las investigaciones futuras deberían investigar los diferentes desafíos posibles que podrían surgir debido a la implementación de políticas ZEB en China. [88]
Proyectos de energía neta cero en China
Uno de los edificios de oficinas de nueva generación de energía neta cero construidos con éxito es la Pearl River Tower de 71 pisos ubicada en Guangzhou , China. [89] Diseñada por Skidmore Owings Merrill LLP, la torre fue diseñada con la idea de que el edificio generaría la misma cantidad de energía utilizada anualmente [89] mientras que también seguía los cuatro pasos para la energía neta cero: reducción , absorción, recuperación y generación. [90] Si bien los planes iniciales para la Pearl River Tower incluían microturbinas a gas natural utilizadas para la generación de electricidad, se eligieron paneles fotovoltaicos integrados en el techo vidriado y las lamas de sombreado y el diseño táctico del edificio en combinación con la generación de electricidad de VAWT debido a las regulaciones locales. [89]
Dinamarca
El Centro de Investigación Estratégica sobre Edificios de Consumo de Energía Cero se creó en 2009 en la Universidad de Aalborg gracias a una subvención del Consejo Danés de Investigación Estratégica (DSF), la Comisión del Programa de Energía Sostenible y Medio Ambiente y en cooperación con la Universidad Técnica de Dinamarca, el Instituto Tecnológico Danés, la Asociación Danesa de la Construcción y algunas empresas privadas. El objetivo del centro es desarrollar conceptos de edificios de consumo de energía cero mediante el desarrollo de tecnologías integradas e inteligentes para los edificios que garanticen un ahorro considerable de energía y una aplicación óptima de las energías renovables. En cooperación con la industria, el centro creará la base necesaria para un desarrollo sostenible a largo plazo en el sector de la construcción.
Alemania
La Universidad Técnica de Darmstadt ganó el primer lugar en el concurso internacional de diseño de energía cero Solar Decathlon 2007, con un diseño passivhaus ( casa pasiva ) + energías renovables, obteniendo la puntuación más alta en los concursos de Arquitectura, Iluminación e Ingeniería [91].
Edificios de energía neta cero, energía plus o neutrales desde el punto de vista climático en la próxima generación de redes eléctricas
India
El primer edificio de la India con emisiones netas cero es el Indira Paryavaran Bhawan , ubicado en Nueva Delhi , inaugurado en 2014. Entre sus características se incluyen el diseño de edificios con energía solar pasiva y otras tecnologías ecológicas. [93] Se proponen paneles solares de alta eficiencia. Enfría el aire del escape del inodoro mediante una rueda térmica para reducir la carga en su sistema de enfriamiento . Tiene muchas características de conservación de agua. [94]
Irán
En 2011, Payesh Energy House (PEH) o Khaneh Payesh Niroo, fruto de una colaboración entre Fajr-e-Toseah Consultant Engineering Company [95] y Vancouver Green Homes Ltd] bajo la gestión de Payesh Energy Group (EPG), lanzó la primera casa pasiva de consumo neto cero en Irán. Este concepto convierte el diseño y la construcción de PEH en un modelo de muestra y un proceso estandarizado para la producción en masa por parte de MAPSA. [96]
Además, un ejemplo de la nueva generación de edificios de oficinas de energía cero es la torre de oficinas OIIC de 24 pisos [97] , que se comenzó a construir en 2011 como sede de la empresa OIIC. Utiliza tanto una eficiencia energética modesta como una gran generación distribuida de energía renovable, tanto solar como eólica. Está gestionada por la empresa Rahgostar Naft en Teherán, Irán . La torre está recibiendo apoyo económico de subsidios gubernamentales que ahora están financiando muchos esfuerzos importantes para liberarse de los combustibles fósiles. [98]
Irlanda
En 2005, una empresa privada lanzó la primera casa pasiva estandarizada del mundo en Irlanda. Este concepto convierte el diseño y la construcción de una casa pasiva en un proceso estandarizado. Las técnicas de construcción convencionales de bajo consumo energético se han perfeccionado y modelado según el PHPP (Paquete de diseño de casas pasivas) para crear la casa pasiva estandarizada. La construcción fuera del sitio permite utilizar técnicas de alta precisión y reduce la posibilidad de errores en la construcción.
En 2009, la misma empresa inició un proyecto para utilizar 23.000 litros de agua en un tanque de almacenamiento estacional, calentado mediante tubos solares de vacío durante todo el año, con el objetivo de proporcionar a la casa suficiente calor durante los meses de invierno, eliminando así la necesidad de calefacción eléctrica para mantener la casa a una temperatura agradable. El sistema está controlado y documentado por un equipo de investigación de la Universidad del Ulster y los resultados se incluirán en parte de una tesis doctoral .
En 2012, el Instituto Tecnológico de Cork inició las obras de renovación de su parque de edificios de 1974 para desarrollar un proyecto de modernización de edificios de energía neta cero. [99] El proyecto modelo se convertirá en el primer banco de pruebas de energía cero de Irlanda que ofrecerá una evaluación posterior a la ocupación del rendimiento real del edificio en comparación con los puntos de referencia de diseño.
Jamaica
El primer edificio de energía cero en Jamaica y el Caribe se inauguró en el Campus Mona de la Universidad de las Indias Occidentales (UWI) en 2017. [100] El edificio de 2300 pies cuadrados fue diseñado para inspirar edificios más sostenibles y energéticamente eficientes en el área. [100]
Mitsubishi Electric Corporation está en marcha con la construcción del primer edificio de oficinas de energía cero de Japón, cuya finalización está prevista para octubre de 2020 (a fecha de septiembre de 2020). [102] La instalación de pruebas SUSTIE ZEB está ubicada en Kamakura, Japón, para desarrollar la tecnología ZEB. [102] Con la certificación de cero emisiones netas, la instalación proyecta reducir el consumo de energía en un 103%. [103]
Japón se ha puesto como meta que todas las casas nuevas sean de energía neta cero para 2030. [104] La empresa desarrolladora Sekisui House presentó su primera casa neta cero en 2013, y ahora está planeando el primer condominio de energía cero de Japón en la ciudad de Nagoya, es un edificio de tres pisos con 12 unidades. [105] Hay paneles solares en el techo y celdas de combustible para cada unidad para proporcionar energía de respaldo. [106]
Corea (República de)
EnergyX DY-Building (에너지엑스 DY빌딩), el primer edificio comercial de energía neta cero (NZEB, o ZEB grado 1) y el primer edificio de energía plus (+ZEB, o ZEB grado plus) en Corea, se inauguró y presentó en 2023.
Los requisitos obligatorios de construcción con energía cero de Corea del Sur, que se han aplicado anteriormente a los edificios con una superficie bruta de 1000 m2 o más en 2021, se ampliarán a los edificios con una superficie bruta de 500 m2 o más en 2022, hasta ser aplicables a todos los edificios públicos a partir de 2024. Para los edificios privados, la certificación ZEB será obligatoria para los permisos de construcción con una superficie bruta de más de 100 000 m2 a partir de 2023. Después de 2025, la construcción de energía cero para edificios privados se ampliará a las superficies brutas de más de 1000 m2. El objetivo de la política es convertir todos los edificios del sector público en ZEB grado 3 (una tasa de independencia energética del 60 % ~ 80 %), y todos los edificios privados en ZEB grado 5 (una tasa de independencia energética del 20 % ~ 40 %) para 2030. [107]
EnergyX DY-Building (에너지엑스 DY빌딩), el primer edificio comercial de energía neta cero (NZEB, o ZEB grado 1) y el primer edificio de energía plus (+ZEB, o ZEB grado plus) en Corea, se inauguró y presentó en 2023. [108] La empresa de tecnología energética y plataforma arquitectónica sostenible EnergyX desarrolló, diseñó y fabricó el edificio con sus tecnologías y servicios patentados. [109] EnergyX DY-Building recibió la certificación ZEB con una tasa de independencia energética (o tasa de autosuficiencia energética) del 121,7%. [110]
Malasia
En octubre de 2007, el Centro de Energía de Malasia (PTM) completó con éxito el desarrollo y la construcción del edificio de oficinas de energía cero (ZEO) del PTM. El edificio ha sido diseñado para ser un edificio de alta eficiencia energética que utiliza solo 286 kWh/día. Se espera que la combinación de energía renovable y fotovoltaica resulte en un requerimiento de energía neta cero de la red. El edificio está actualmente en un proceso de ajuste por parte del equipo de gestión de energía local. Se espera que los resultados se publiquen en un año. [111]
En 2016, la Autoridad de Desarrollo de Energía Sostenible de Malasia (SEDA Malasia) inició una iniciativa voluntaria llamada Programa de Facilitación de Edificios con Bajas Emisiones de Carbono. El objetivo es apoyar el actual programa de ciudades con bajas emisiones de carbono en Malasia. En el marco del programa, varios proyectos de demostración lograron reducir el consumo de energía y carbono en más del 50% y algunos lograron ahorrar más del 75%. La mejora continua de los edificios de alta eficiencia energética con una importante implementación de energía renovable en el sitio logró que algunos de ellos se convirtieran en edificios de energía casi cero (nZEB) y de energía neta cero (NZEB). En marzo de 2018, SEDA Malasia inició el Programa de Facilitación de Edificios de Energía Cero. [112]
Malasia también cuenta con su propia herramienta de construcción sostenible, especial para edificios con bajo consumo de carbono y cero consumo de energía, denominada GreenPASS, que fue desarrollada por la Junta de Desarrollo de la Industria de la Construcción de Malasia (CIDB) en 2012 y que actualmente administra y promueve SEDA Malasia. La norma oficial de GreenPASS se denomina Construction Industry Standard (CIS) 20:2012.
Países Bajos
En septiembre de 2006 se inauguró en Zeist la sede holandesa del Fondo Mundial para la Naturaleza (WWF) . Este edificio ecológico devuelve más energía de la que consume. Todos los materiales del edificio han sido probados de acuerdo con los estrictos requisitos establecidos por el WWF y el arquitecto. [113]
Noruega
En febrero de 2009, el Consejo de Investigación de Noruega designó a la Facultad de Arquitectura y Bellas Artes de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología como sede del Centro de Investigación de Edificios de Emisiones Cero (ZEB), que es uno de los ocho nuevos Centros Nacionales de Investigación de Energía Respetuosa con el Medio Ambiente (FME). El objetivo principal de los centros FME es contribuir al desarrollo de buenas tecnologías para la energía respetuosa con el medio ambiente y elevar el nivel de conocimientos técnicos noruegos en este ámbito. Además, deberían ayudar a generar nueva actividad industrial y nuevos puestos de trabajo. Durante los próximos ocho años, el Centro FME ZEB desarrollará productos y soluciones competitivos para edificios existentes y nuevos que conducirán a la penetración en el mercado de edificios de emisiones cero relacionados con su producción, funcionamiento y demolición.
Singapur
Singapur presentó un importante proyecto en la Universidad Nacional de Singapur, un edificio de energía neta cero. El edificio, llamado SDE4, está ubicado dentro de un grupo de tres edificios en su Escuela de Diseño y Medio Ambiente (SDE). [114] El diseño del edificio obtuvo una certificación Green Mark Platinum, ya que produce tanta energía como consume con su techo cubierto de paneles solares y su sistema de enfriamiento híbrido junto con muchos sistemas integrados para lograr una eficiencia energética óptima. Este proyecto fue el primer edificio de energía cero de nueva construcción que se hizo realidad en Singapur, y el primer edificio de energía cero en la NUS. El primer edificio de energía cero reacondicionado que se desarrolló en Singapur fue un edificio en la academia de la Autoridad de Construcción y Edificación (BCA) por parte del Ministro de Desarrollo Nacional Mah Bow Tan en la Semana inaugural de la Construcción Ecológica de Singapur el 26 de octubre de 2009. [115] La Semana de la Construcción Ecológica de Singapur (SGBW) promueve el desarrollo sostenible y celebra los logros de los edificios sostenibles diseñados con éxito. [116]
Recientemente se inauguró el edificio SMU Connexion (SMUC), el primer edificio de consumo de energía neta cero de la ciudad que también utiliza madera de ingeniería masiva (MET). Está diseñado para cumplir con la certificación Green Mark Platinum de la Autoridad de Construcción y Edificación (BCA) y está en funcionamiento desde enero de 2020.
Suiza
La etiqueta suiza MINERGIE -A-Eco certifica los edificios de consumo de energía cero. El primer edificio con esta etiqueta, una casa unifamiliar, se terminó de construir en Mühleberg en 2011. [117]
En diciembre de 2006, el gobierno anunció que, en 2016, todas las nuevas viviendas de Inglaterra serían edificios de consumo de energía cero. Para fomentar esta medida, se prevé una exención del impuesto de timbre sobre tierras . En Gales, el plan es que la norma se cumpla a principios de 2011, aunque parece más probable que la fecha de aplicación real sea 2012. Sin embargo, como resultado de un cambio unilateral de política publicado en el momento del presupuesto de marzo de 2011, ahora se prevé una política más limitada que, según se estima, sólo mitigará dos tercios de las emisiones de una nueva vivienda. [118] [119]
En enero de 2019, el Ministerio de Vivienda, Comunidades y Gobiernos Locales simplemente definió “Energía Cero” como “simplemente cumple con los estándares de construcción actuales”, solucionando claramente este problema. [120]
Estados Unidos
Figura 3: Prototipo de edificio de oficinas de cero emisiones Net Zero Court en St. Louis, Missouri
En los EE.UU. , la investigación de ZEB está siendo apoyada actualmente por el Departamento de Energía de los EE.UU. (DOE) Building America Program, [121] incluyendo consorcios basados en la industria y organizaciones de investigación en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), el Centro de Energía Solar de Florida (FSEC), el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), y el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL). Desde el año fiscal 2008 al 2012, el DOE planea otorgar $40 millones a cuatro equipos de Building America, la Building Science Corporation; IBACOS; el Consortium of Advanced Residential Buildings; y la Building Industry Research Alliance, así como un consorcio de líderes académicos y de la industria de la construcción. Los fondos se utilizarán para desarrollar viviendas de energía neta cero que consuman entre 50% y 70% menos energía que las viviendas convencionales. [122]
El Departamento de Energía también está otorgando 4,1 millones de dólares a dos centros regionales de aplicación de tecnología de construcción que acelerarán la adopción de tecnologías nuevas y en desarrollo de eficiencia energética . Los dos centros, ubicados en la Universidad de Florida Central y la Universidad Estatal de Washington , prestarán servicios a 17 estados y proporcionarán información y capacitación sobre tecnologías de eficiencia energética disponibles comercialmente. [122]
La Iniciativa Solar América 2008 financió la investigación y el desarrollo para el futuro desarrollo de viviendas rentables de energía cero por un monto de 148 millones de dólares en 2008. [124] [125]
Los créditos fiscales para la energía solar se han extendido hasta finales de 2016.
En 2007, la fundación filantrópica Siebel Foundation creó la Energy Free Home Foundation. El objetivo era ofrecer 20 millones de dólares en premios globales para diseñar y construir una casa de 186 metros cuadrados con tres dormitorios y dos baños que (1) tenga facturas de servicios públicos anuales netas cero y que también tenga (2) un gran atractivo en el mercado y (3) su construcción no cueste más que una casa convencional. [126]
El plan incluía financiación para construir las diez mejores casas, valorada en 250.000 dólares cada una, un primer premio de 10 millones de dólares y, a continuación, un total de 100 casas de ese tipo que se construirían y venderían al público.
A partir de 2009, Thomas Siebel realizó numerosas presentaciones sobre su Energy Free Home Challenge. [127] El informe de la Fundación Siebel afirmaba que el Energy Free Home Challenge "se lanzaría a fines de 2009". [128]
De haberse implementado, el Desafío de Viviendas sin Energía habría brindado mayores incentivos para mejorar la tecnología y la educación del consumidor acerca de que los edificios de energía cero tendrían el mismo costo que las viviendas convencionales.
Decatlón solar del Departamento de Energía de EE. UU.
El Solar Decathlon del Departamento de Energía de Estados Unidos es una competencia internacional que desafía a equipos universitarios a diseñar, construir y operar la casa alimentada por energía solar más atractiva, eficaz y energéticamente eficiente. Lograr un balance energético neto cero es uno de los objetivos principales de la competencia.
El estado de California ha propuesto que todos los nuevos edificios residenciales de baja y mediana altura, y todos los nuevos edificios comerciales, se diseñen y construyan según los estándares de eficiencia energética cero a partir de 2020 y 2030, respectivamente. [130] [131] Los requisitos, si se implementan, se promulgarán a través del Código de Construcción de California, que se actualiza en un ciclo de tres años y que actualmente exige algunos de los estándares de eficiencia energética más altos de los Estados Unidos. Se prevé que California aumente aún más los requisitos de eficiencia para 2020, evitando así las tendencias analizadas anteriormente de construir viviendas estándar y lograr la eficiencia energética cero mediante la adición de grandes cantidades de energías renovables. La Comisión de Energía de California debe realizar un análisis de costo-beneficio para demostrar que las nuevas regulaciones crean un beneficio neto para los residentes del estado.
West Village, ubicado en el campus de la Universidad de California en Davis , California, fue la comunidad planificada ZNE más grande de América del Norte en el momento de su apertura en 2014. [132] El desarrollo contiene viviendas para estudiantes para aproximadamente 1,980 estudiantes de UC Davis, así como espacio de oficina alquilable y comodidades comunitarias que incluyen un centro comunitario, piscina, gimnasio, restaurante y tienda de conveniencia. Los espacios de oficina en el desarrollo están actualmente alquilados por programas universitarios relacionados con la energía y el transporte. El proyecto fue una asociación público-privada entre la universidad y West Village Community Partnership LLC, liderada por Carmel Partners de San Francisco, un desarrollador privado, que firmó un contrato de arrendamiento de terreno de 60 años con la universidad y fue responsable del diseño, la construcción y la implementación del proyecto de $ 300 millones, que está destinado a ser viviendas a precio de mercado para Davis. Esto es único ya que el desarrollador diseñó el proyecto para lograr ZNE sin costo adicional para ellos mismos o para los residentes. Diseñado y modelado para lograr la ZNE, el proyecto utiliza una mezcla de elementos pasivos (aleros de techo, paredes bien aisladas, barreras de calor radiante, conductos en espacios aislados, etc.) así como enfoques activos (sensores de ocupación en luces, electrodomésticos e iluminación de alta eficiencia, etc.). Diseñado para superar los códigos de energía del Título 24 de California de 2008 en un 50%, el proyecto produjo el 87% de la energía que consumió durante su primer año de funcionamiento. [132] La deficiencia en el estado ZNE se atribuye a varios factores, incluidos los calentadores de agua con bomba de calor que funcionan incorrectamente, que desde entonces se han reparado. El comportamiento de los ocupantes es significativamente diferente de lo previsto, ya que la población de estudiantes usa más energía per cápita que los habitantes típicos de las casas unifamiliares en el área. Uno de los principales factores que impulsan el aumento del uso de energía parece ser el aumento de las cargas eléctricas diversas (MEL, o cargas de enchufe ) en forma de minirrefrigeradores, luces, computadoras, consolas de juegos, televisores y otros equipos electrónicos. La universidad continúa trabajando con el desarrollador para identificar estrategias para lograr el estado ZNE. Estos enfoques incluyen incentivar el comportamiento de los ocupantes y aumentar la capacidad de energía renovable del sitio, que es un conjunto fotovoltaico de 4 MW según el diseño original. El sitio de West Village también alberga Honda Smart Home US, [133] una casa unifamiliar más allá de ZNE que incorpora tecnologías de vanguardia en administración de energía, iluminación, construcción y eficiencia del agua .
El IDeAs Z2 Design Facility [134] es un proyecto de modernización de energía neta cero y carbono cero ocupado desde 2007. Utiliza menos de una cuarta parte de la energía de una oficina típica de EE. UU. [135] mediante la aplicación de estrategias como iluminación natural, calefacción/refrigeración radiante con una bomba de calor geotérmica e iluminación y computación de alto rendimiento energético. La demanda energética restante se satisface con energía renovable de su sistema fotovoltaico integrado en el edificio . En 2009, el propietario y ocupante del edificio, Integrated Design Associates (IDeAs), registró una intensidad de uso de energía medida real de 21,17 mil unidades térmicas británicas por pie cuadrado (66,8 kWh/m 2 ) por año, con 21,72 mil unidades térmicas británicas por pie cuadrado (68,5 kWh/m 2 ) por año producidas, para un neto de −0,55 mil unidades térmicas británicas por pie cuadrado (−1,7 kWh/m 2 ) por año. El edificio también es carbono neutral, sin conexión de gas y con compensaciones de carbono adquiridas para cubrir el carbono incorporado de los materiales de construcción utilizados en la renovación.
Green Idea House es una remodelación de energía neta cero y cero carbono en Hermosa Beach. [137]
Las oficinas administrativas de la escuela secundaria George LeyVa, [138] ocupadas desde el otoño de 2011, son un edificio de energía neta cero y emisiones netas cero de carbono de poco más de 9000 pies cuadrados. Con iluminación natural, sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado con flujo de refrigerante variable y ventilación por desplazamiento, está diseñado para utilizar la mitad de la energía de un edificio escolar convencional de California y, a través de un conjunto solar integrado en el edificio, proporciona el 108 % de la energía necesaria para compensar su consumo anual de electricidad. El exceso ayuda a alimentar el resto del campus de la escuela secundaria. Es el primer edificio de educación primaria y secundaria de California financiado con fondos públicos.
La Biblioteca Stevens en las Escuelas del Sagrado Corazón en California es la primera biblioteca de energía neta cero en los Estados Unidos, y recibió el estatus de Edificio de Energía Neta Cero del International Living Future Institute, parte del Proyecto Piloto de Energía Neta Cero de PG&E. [139]
El edificio de servicios municipales de Santa Mónica es uno de los primeros edificios públicos y municipales de consumo de energía y agua netos cero de California. La ampliación de 50.000 pies cuadrados del histórico edificio del Ayuntamiento de Santa Mónica, finalizada en 2020, fue diseñada para generar su propia energía y agua, y para minimizar el uso de energía mediante sistemas de construcción eficientes. [140]
At 402,000 square-feet, the California Air Resources Board Southern California Headquarters - Mary D. Nichols Campus, is the largest net-zero energy facility in the United States.[141] A photovoltaic system covers 204,903 square-feet between the facility rooftop and parking pavilions.[142] The +3.5 megawatt system is anticipated to generate roughly 6,235,000 kWh reusable energy per year. The facility was dedicated on November 18, 2021.
Colorado
The Moore House achieves net-zero energy usage with passive solar design, 'tuned' heat reflective windows, super-insulated and air-tight construction, natural daylighting, solar thermal panels for hot water and space heating, a photovoltaic (PV) system that generates more carbon-free electricity than the house requires, and an energy-recovery ventilator (ERV) for fresh air.[143] The green building strategies used on the Moore House earned it a verified home energy rating system (HERS) score of −3.[144]
The NREL Research Support Facility in Golden is a class A office building. Its energy efficiency features include: Thermal storage concrete structure, transpired solar collectors, 70 miles of radiant piping, high-efficiency office equipment, and an energy-efficient data center that reduces the data center's energy use by 50% over traditional approaches.[145]
Wayne Aspinall Federal Building in Grand Junction, originally constructed in 1918, became the first Net Zero Energy building listed on the National Register of Historic Places. On-site renewable energy generation is intended to produce 100% of the building's energy throughout the year using the following energy efficiency features: Variable refrigerant flow for the HVAC, a geo-exchange system, advanced metering and building controls, high-efficient lighting systems, thermally enhanced building envelope, interior window system (to maintain historic windows), and advanced power strips (APS) with individual occupancy sensors.[145]
Tutt Library at Colorado College was renovated to be a net-zero library in 2017, making it the largest ZNE academic library.[146] It received an Innovation Award from the National Association of college and University Business Officers.
Florida
The 1999 side-by-side Florida Solar Energy Center Lakeland demonstration project[147] was called the "Zero Energy Home". It was a first-generation university effort that significantly influenced the creation of the U.S. Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable Energy, Zero Energy Home program.
Illinois
The Walgreens store located on 741 Chicago Ave, Evanston, is the first of the company's stores to be built and or converted to a net zero energy building.[148] It is the first net zero energy retail stores to be built and will pave the way to renovating and building net zero energy retail stores in the near future. The Walgreens store includes the following energy efficiency features: Geo-exchange system, energy-efficient building materials, LED lighting and daylight harvesting, and carbon dioxide refrigerant.
The Electrical and Computer Engineering building at the University of Illinois at Urbana-Champaign, which was built in 2014, is a net zero building.[145]
Iowa
The MUM Sustainable Living Center was designed to surpass LEED Platinum qualification. The Maharishi University of Management (MUM) in Fairfield, Iowa, founded by Maharishi Mahesh Yogi (best known for having brought Transcendental Meditation to the West) incorporates principles of Bau Biology (a German system that focuses on creating a healthy indoor environment),[149] as well as Maharishi Vedic Architecture (an Indian system of architecture focused on the precise orientation, proportions and placement of rooms).[150] The building is one of the few in the country to qualify as net zero, and one of even fewer that can claim the banner of grid positive via its solar power system. A rainwater catchment system and on-site natural waste-water treatment likewise take the building off (sewer) grid with respect to water and waste treatment. Additional green features include natural daylighting in every room, natural and breathable earth block walls (made by the program's students), purified rainwater for both potable and non-potable functions; and an on-site water purification and recycling system consisting of plants, algae, and bacteria.[151]
Kentucky
Richardsville Elementary School, part of the Warren County Public School District in south-central Kentucky, is the first Net Zero energy school in the United States. To reach Net Zero, innovative energy reduction strategies were used by CMTA Consulting Engineers and Sherman Carter Barnhart Architects including dedicated outdoor air systems (DOAS) with dynamic reset, new IT systems, alternative methods to prepare lunches, and the use of solar photovoltaics. The project has an efficient thermal envelope constructed with insulated concrete form (ICF) walls, geothermal water source heat pumps, low-flow fixtures, and features daylighting extensively throughout. It is also the first truly wireless school in Kentucky.[152]
Locust Trace AgriScience Center, an agricultural-based vocational school serving Fayette County Public Schools and surrounding districts, features a Net Zero Academic Building engineered by CMTA Consulting Engineers and designed by Tate Hill Jacobs Architects. The facility, located in Lexington, Kentucky, also has a greenhouse, riding arena with stalls, and a barn. To reach Net Zero in the Academic Building the project utilizes an air-tight envelope, expanded indoor temperature setpoints in specified areas to more closely model real-world conditions, a solar thermal system, and geothermal water source heat pumps. The school has further reduced its site impact by minimizing municipal water use through the use of a dual system consisting of a standard leach field system and a constructed wetlands system and using pervious surfaces to collect, drain, and use rainwater for crop irrigation and animal watering.[153]
Massachusetts
The government of Cambridge has enacted a plan for "net zero" carbon emissions from all buildings in the city by 2040.[154]
The Mission Zero House[155][156] is the 110-year-old Ann Arbor home of Greenovation.TV host and Environment Report contributor Matthew Grocoff.[157] As of 2011, the home is the oldest home in America to achieve net-zero energy.[158][159] The owners are chronicling their project on Greenovation.TV and The Environment Report on public radio.
The Vineyard Project is a Zero Energy Home (ZEH) thanks to the Passive Solar Design, 3.3 Kws of Photovoltaics, Solar Hot Water and Geothermal Heating and Cooling. The home is pre-wired for a future wind turbine and only uses 600 kWh of energy per month while a minimum of 20 kWh of electricity per day with many days net-metering backwards. The project also used ICF insulation throughout the entire house and is certified as Platinum under the LEED for Homes certification. This Project was awarded Green Builder Magazine Home of the Year 2009.[160]
The Lenawee Center for a Sustainable Future, a new campus for Lenawee Intermediate School District, serves as a living laboratory for the future of agriculture. It is the first Net Zero education building in Michigan, engineered by CMTA Consulting Engineers and designed by The Collaborative, Inc. The project includes solar arrays on the ground as well as the roof, a geothermal heating and cooling system, solar tubes, permeable pavement and sidewalks, a sedum green roof, and an overhang design to regulate building temperature.[161]
Missouri
In 2010, architectural firm HOK worked with energy and daylighting consultant The Weidt Group to design a 170,735-square-foot (15,861.8 m2) net zero carbon emissions Class A office building prototype in St. Louis, Missouri.[162] The team chronicled its process and results on Netzerocourt.com.
New Jersey
The 31 Tannery Project, located in Branchburg, New Jersey, serves as the corporate headquarters for Ferreira Construction, the Ferreira Group, and Noveda Technologies. The 42,000-square-foot (3,900 m2) office and shop building was constructed in 2006 and is the first building in the state of New Jersey to meet New Jersey's Executive Order 54. The building is also the first Net Zero Electric Commercial Building in the United States.
New York
Green Acres, the first true zero-net energy development in America,[163] is located in New Paltz, about 80 miles (130 km) north of New York City. Greenhill Contracting began construction on this development of 25 single family homes in summer 2008,[164] with designs by BOLDER Architecture. After a full year of occupancy, from March 2009 to March 2010, the solar panels of the first occupied home in Green Acres generated 1490 kWh more energy than the home consumed. The second occupied home has also achieved zero-net energy use. As of June 2011, five houses have been completed, purchased and occupied, two are under construction, and several more are being planned. The homes are built of insulated concrete forms with spray foam insulated rafters and triple pane casement windows, heated and cooled by a geothermal system, to create extremely energy-efficient and long-lasting buildings.[165] The heat recovery ventilator provides constant fresh air and, with low or no VOC (volatile organic compound) materials, these homes are very healthy to live in. To the best of our knowledge, Green Acres is the first development of multiple buildings, residential or commercial, that achieves true zero-net energy use in the United States, and the first zero-net energy development of single family homes in the world.[166][167]
Greenhill Contracting has built two luxury zero-net energy homes in Esopus, completed in 2008. One house was the first Energy Star rated zero-net energy home in the Northeast and the first registered zero-net energy home on the US Department of Energy's Builder's Challenge website.[168] These homes were the template for Green Acres and the other zero-net energy homes that Greenhill Contracting has built, in terms of methods and materials.
The headquarters of Hudson Solar, a dba of Hudson Valley Clean Energy, Inc., located in Rhinebeck and completed in 2007, was determined by NESEA (the Northeast Sustainable Energy Association) to have become the first proven zero-net energy commercial building in New York State and the ten northeast United States (October 2008). The building consumes less energy than it generates, using a solar electric system to generate power from the sun, geothermal heating and cooling, and solar thermal collectors to heat all its hot water.[169]
Oklahoma
The first 5,000-square-foot (460 m2) zero-energy design[170] home was built in 1979 with support from President Carter's new United States Department of Energy. It relied heavily on passive solar building design for space heat, water heat and space cooling. It heated and cooled itself effectively in a climate where the summer peak temperature was 110 degrees Fahrenheit, and the winter low temperature was −10 F. It did not use active solar systems. It is a double envelope house that uses a gravity-fed natural convection air flow design to circulate passive solar heat from 1,000 square feet (93 m2) of south-facing glass on its greenhouse through a thermal buffer zone in the winter. A swimming pool in the greenhouse provided thermal mass for winter heat storage. In the summer, air from two 24-inch (610 mm) 100-foot-long (30 m) underground earth tubes is used to cool the thermal buffer zone and exhaust heat through 7200 cfm of outer-envelope roof vents.
Oregon
Net Zero Energy Building Certification launched in 2011, with an international following. The first project, Painters Hall,[171] is Pringle Creek's Community Center, café, office, art gallery, and event venue. Originally built in the 1930s, Painters Hall was renovated to LEED Platinum Net Zero energy building standards in 2010, demonstrating the potential of converting existing building stock into high‐performance, sustainable building sites. Painters Hall features simple low-cost solutions for energy reduction, such as natural daylighting and passive cooling lighting, that save money and increase comfort. A district ground-source geothermal loop serves the building's GSHP for highly efficient heating and air conditioning. Excess generation from the 20.2 kW rooftop solar array offsets pumping for the neighborhoods geo loop system. Open to the public, Painters Hall is a hub for gatherings of friends, neighbors, and visitors at the heart of a neighborhood designed around nature and community.
Pennsylvania
The Phipps Center for Sustainable Landscapes in Pittsburgh was designed to be one of the greenest buildings in the world. It achieved Net Zero Energy Building Certification from the Living Building Challenge in February 2014 and is pursuing full certification.[172] The Phipps Center uses energy conservation technologies such as solar hot water collectors, carbon dioxide sensors, and daylighting, as well as renewable energy technologies to allow it to achieve Net Zero Energy status.[173]
The Lombardo Welcome Center at Millersville University became the first building in the state to become zero-energy certified. This was the largest step in Millersville University's goal to be carbon neutral by 2040. According to the International Living Future Institute, The Lombardo Welcome Center is one of the highest-performing buildings throughout the country generating 75% more energy than currently being used.[174]
Rhode Island
In Newport, the Paul W. Crowley East Bay MET School is the first Net Zero project to be constructed in Rhode Island. It is a 17,000 sq ft building, housing eight large classrooms, seven bathrooms and a kitchen. It will have PV panels to supply all necessary electricity for the building and a geothermal well which will be the source of heat.
Figure 4: Zero-Energy Lab construction on UNT campus in Denton, Texas
Tennessee
civitas, designed by archimania, Memphis, Tennessee.[175] civitas is a case study home on the banks of the Mississippi River, currently under construction. It aims to embrace cultural, climatic, and economic challenges. The home will set a precedent for Southeastern high-performance design.
Texas
The University of North Texas (UNT) constructed a Zero Energy Research Laboratory[176] on its 300-acre research campus, Discovery Park, in Denton, Texas. The project was funded at over $1,150,000 and will primarily benefit students in mechanical and energy engineering (UNT became the first university to offer degrees in mechanical and energy engineering in 2006). This 1,200-square-foot structure is now competed and held ribbon-cutting ceremony for the University of North Texas' Zero Energy Laboratory on April 20, 2012.[177]
The West Irving Library in Irving, Texas, became the first net zero library in Texas in 2011, running entirely off solar energy.[178] Since then it has produced a surplus. It has LEED gold certification.[179]
Vermont
The Putney School's net zero Field House was opened on October 10, 2009. In use for over a year, as of December 2010, the Field House used 48,374 kWh and produced a total of 51,371 kWh during the first 12 months of operation, thus performing at slightly better than net-zero.[180] Also in December, the building won an AIA-Vermont Honor Award.[181]
The Charlotte Vermont House designed by Pill-Maharam Architects is a verified net zero energy house completed in 2007. The project won the Northeast Sustainable Energy Association's Net Zero Energy award in 2009.[182]
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