Bien que la pandémie de coronavirus ait fait la une des journaux récents, le changement climatique n'a pas disparu. De nombreux experts appellent à une reprise économique « verte » qui oriente les investissements vers des sources d'énergie et des technologies à faible émission de carbone.

Les bâtiments représentent 40 % de la consommation totale d'énergie aux États-Unis, contre 32 % pour l'industrie et 28 % pour les transports. Les États et les villes dotés de plans d'action climatique ambitieux s'efforcent de réduire à zéro les émissions du secteur du bâtiment. Cela signifie maximiser l'efficacité énergétique pour réduire la consommation d'énergie du bâtiment, puis de fournir les besoins énergétiques restants avec de l'électricité produite par des sources décarbonées.

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

S'attaquer à la consommation d'énergie dans les bâtiments au niveau du district permet de réaliser des économies d'échelle. Les architectes peuvent déployer de grandes pompes à chaleur et d'autres équipements pour desservir plusieurs bâtiments selon un calendrier échelonné tout au long de la journée. Des quartiers qui ramènent des foyers, Lieux de travail, Restaurants, les centres de loisirs et d'autres services réunis dans des collectivités piétonnières réduisent également considérablement l'énergie nécessaire au transport. À mon avis, ce mouvement croissant jouera un rôle de plus en plus important pour aider les États-Unis et le monde à faire face à la crise climatique.

Les boucles ambiantes chauffent et refroidissent

Le chauffage et le refroidissement sont les principales utilisations énergétiques des bâtiments. Les stratégies de conception des districts peuvent gérer ces charges plus efficacement.

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

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

Dans un système de boucle ambiante typique, une pompe fait circuler l'eau à travers un réseau de canalisations non isolées enterrées sous la ligne de gel. A cette profondeur, la température du sol est proche de celle de la température moyenne annuelle de l'air pour cet endroit. Au fur et à mesure que l'eau circule dans le tuyau, il se réchauffe ou se refroidit vers cette température.

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

La boucle circule également à travers une installation centrale qui la maintient dans une plage de température optimale pour une performance maximale de la pompe à chaleur. L'usine peut utiliser des tours de refroidissement ou des eaux usées pour évacuer la chaleur. Il peut ajouter de la chaleur via des sources renouvelables, tels que les capteurs solaires thermiques, carburant renouvelable ou pompes à chaleur alimentées en électricité renouvelable.

Utiliser les eaux usées

Un projet d'énergie nette zéro de haut niveau, le Centre National de l'Ouest, est un campus polyvalent actuellement en construction à Denver pour abriter le National Western Stock Show annuel et d'autres événements publics axés sur l'alimentation et l'agriculture.

Un tuyau de 6 pieds de diamètre transportant les eaux usées de la ville traverse la propriété sous terre avant de livrer l'eau à une usine de traitement. La température de l'eau reste dans une fourchette étroite de 61 à 77 degrés F tout au long de l'année.

Le tuyau d'eaux usées et un échangeur de chaleur transfèrent la chaleur vers et depuis une boucle ambiante faisant circuler l'eau dans tout le quartier. Le système fournit de la chaleur en hiver et absorbe la chaleur en été via des refroidisseurs à récupération de chaleur, qui sont des pompes à chaleur qui peuvent fournir simultanément le chauffage et le refroidissement. Cette stratégie sert des bâtiments individuels à très haut rendement.

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

Logements intégrés basse énergie à Austin

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

Whisper Valley fonctionnera sur un système énergétique intégré qui comprend un vaste réseau de boucle ambiante chauffé et refroidi par des pompes à chaleur et des puits géothermiques situés dans chaque maison. Chaque propriétaire a la possibilité d'inclure un panneau solaire photovoltaïque sur le toit de 5 kilowatts pour faire fonctionner la pompe à chaleur et les appareils économes en énergie, y compris les chauffe-eau thermodynamiques et les plaques de cuisson à induction. Selon le développeur, L'économie d'échelle de Whisper Valley permet un prix de vente médian de 50 USD, 000 en dessous de celui des maisons typiques d'Austin.

L'avenir des communautés zéro énergie

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

Les projets que j'ai décrits sont de nouvelles constructions. Il est plus difficile d'atteindre l'énergie nette zéro dans les bâtiments ou les communautés existants sur le plan économique, mais pas impossible. Il est logique d'appliquer les mesures d'efficacité qui sont les plus rentables à moderniser, convertir les systèmes de chauffage et de refroidissement des bâtiments en électricité et fournir l'électricité à l'aide de l'énergie solaire photovoltaïque.

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

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.