На долю строительного сектора приходится около 76% потребления электроэнергии и 40% всех выбросов первичной энергии и сопутствующих парниковых газов в США, что делает необходимым сокращение потребления энергии в зданиях для решения национальных энергетических и экологических проблем и снижения затрат владельцев и арендаторов зданий.
Возможности для повышения эффективности огромны. К 2030 году потребление энергии в зданиях может быть сокращено более чем на 20% с использованием технологий, признанных сегодня экономически эффективными, и более чем на 35%, если будут достигнуты цели исследований. Гораздо более высокая экономия технически возможна.
Эффективность здания должна рассматриваться как повышение эффективности комплексной системы, призванной обеспечить комфортные, безопасные и привлекательные условия для проживания и работы жильцов.
Для этого требуются превосходные архитектурные и инженерно-технические решения, качественная строительная практика и рациональная эксплуатация сооружений. Все чаще операции будут включать интеграцию с современными электрическими сетями общего пользования.
Основными областями потребления энергии в зданиях являются:
- отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха - 35 % от общей энергии здания;
- освещение-11%;
- основные бытовые приборы (водонагреватели, холодильники и морозильники, сушилки)-18%;
- остальные 36% - в различных областях, включая электронику.
В каждом случае имеются возможности как для улучшения характеристик компонентов системы (например, повышение эффективности осветительных приборов), так и для улучшения методов управления ими в рамках интегрированных систем зданий (например, датчиков, которые регулируют уровень освещенности в зависимости от условий проживания и дневного освещения).
Основные исследовательские возможности включают следующее:
- Высокоэффективные тепловые насосы, снижающие или исключающие использование хладагентов, которые могут привести к выбросам парниковых газов;
- Тонкие изоляционные материалы;
- Окна и поверхности зданий с регулируемыми оптическими свойствами;
- Высокоэффективные осветительные приборы, включая улучшенные диоды, фосфоры и квантовые точки, излучающие зеленый свет;
- Улучшенное программное обеспечение для оптимизации проектирования и эксплуатации зданий;
- Низкая стоимость, простота установки, датчиков сбора энергии и управления;
- Интероперабельные коммуникационные системы здания и оптимизированные стратегии управления;
- Решение научных вопросов, влияющих на выбор покупателей и операционной деятельности.
Хотя за последние несколько десятилетий в области энергоэффективности зданий был достигнут впечатляющий прогресс, очевидно, что основные возможности остаются. Во многих областях все еще существуют большие пробелы, разделяющие производительность коммерческого оборудования и теоретические ограничения.
В некоторых случаях наше понимание природы теоретических ограничений изменилось, поскольку был открыт новый механизм, например, мембраны, используемые для отделения воды от воздуха или использование ультразвука для сушки одежды.
Эти ограничения также изменились из-за лучшего понимания того, как строительные технологии могут использовать преимущества внешней среды (например, дневное освещение и использование естественной вентиляции), и они должны отражать возможность повторного использования отработанного тепла, производимого строительным оборудованием.
Для реализации этого потенциала потребуются оригинальные конструкции продукции, передовые методы производства, которые могут снизить затраты и улучшить качество продукции, и достижения в области фундаментальных наук, особенно в области материаловедения, где необходимы новые подходы к оптическим и тепловым свойствам, магнитным материалам, теплообмену и обмену энтальпией.