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Sep 20, 2023

トロント 2030 地区: 建築運営の脱炭素化には何が必要ですか?

I professionisti DAE stanno diventando sempre più esperti nel migliorare l’energia.

AED の専門家は、個々の建物のエネルギー性能を向上させることにますます熟達しています。 しかし、世界的な炭素削減目標を達成するには、より高い基準に合わせて新しい建物を建設したり、既存の建物を部分的に改修したりするだけでは不十分です。 オンタリオ州のような州では、炭素集約型の天然ガス暖房システムからの全面的な切り替えを意味する。 政府はガスに代わる燃料を決定する必要がありますが、建築家は将来の設計方法や今日クライアントに与えるアドバイスに影響を与えるため、今後何が起こるかを理解する必要があります。

低炭素の未来を達成するために何が必要かをより深く理解するために、私はトロント 2030 地区と協力してきました。この地区は、建物の所有者、運営者、投資家を含む 63 人のメンバーからなる官民イニシアチブです。 建築家、エンジニア、サプライヤーなどのサービスプロバイダー。 OAA のようなコミュニティ グループもあります。 トロント 2030 地区は、非営利団体 Architecture 2030 と連携した、同様の 23 地区からなる北米ネットワークの一部です。

トロントのダウンタウンをテストベッドとして使用し、私たちは世界の温室効果ガス排出量の約 30% を占める建物の稼働時の排出量を削減するという「邪悪な」問題を調査するという課題に挑戦しました。 この地区の物理的エリアには、オンタリオ州で見られるほとんどの建物タイプが含まれています。低層住宅、高層住宅、低層の商業タワーとオフィスタワーに加え、オンタリオ州議会、2 つのスタジアム、ホッケー競技場、2 つの大学、多くの病院が含まれています。 、2つの市役所、ホテル、レストラン。 私たちは主に既存の建物をどうするかということに取り組んでいますが、新しい建物に関してはその調査結果が規制やリーダーシップに影響を与えることも期待しています。 トロント 2030 地区のメンバーは建物の緑化に慣れているわけではなく、何が機能し、何が機能しないのかについて洞察を持っています。

適切な解決策を見つける

かつては、建物の所有者が個々の決定を下すことができ、それらを総合すれば地球を救うことができると考えられていましたが、この考えが機能していないことが明らかになりました。 稼働エネルギーの約 30% 削減で進歩が停滞しています。 これまでに達成された節約は、照明改修の広範な導入など、比較的良好な見返りをもたらしています。 ただし、次の 30% 削減を達成するには、封筒や機械の改造などの措置が必要となり、さらにコストがかかるため、単独でこれを進める企業は競争上不利になるでしょう。

LEED 評価システムのようなプログラムのパフォーマンスが向上することもありますが、LEED は新築市場の約 1% にのみ浸透しており、既存の建築ストックに与える影響ははるかに少ないです。 このプログラムでさえ、その測定システムが現実世界の結果ではなく、参照建物と提案された代替案に基づいているため、大幅な炭素削減を達成するのに苦労しています。

全体として、私たちがこれまで行ってきたことは、本質的にはエネルギー効率を高めるためのランダムな行為です。 私たちの取り組みが気候変動への緊急課題に取り組んでいるかどうかはわかりません。 私たちは山のふもとで霧の中に入る登山者のようなものです。自分たちが登っていることはわかっていますが、自分たちの道が頂上につながっているのか、丘陵の頂上につながっているのかはわかりません (図 2)。 2030 年の目標を達成するために行動を起こしている場合、その取り組みが 2050 年の目標を達成するために必要なものと一致しており、取り消す必要がないことを確認する必要があります。 とはいえ、これまでやってきたことは無駄ではありません。 LEED プロジェクトでの私たちの経験は、超効率をスケールさせるために何が必要かを想像するのに役立ちます。

私たちが緊急に必要としているのは、消費者向けの解決策ではなく、政治的な解決策であることが明らかになりつつあります。 やるべき仕事には前例がある。 1950 年代から 60 年代にかけて、多くの政府 (オンタリオ州を含む) が「都市ガス」システムの天然ガスへの転換を支援し、天然ガス システムの開発と拡大を規制し続けました。

当時と同じように、新しいソリューションは何よりもまず燃料の切り替えであり、次にエネルギー効率です。 二酸化炭素削減目標を達成するには、天然ガス（主成分のメタンは強力な温室効果ガスであり、燃焼すると二酸化炭素を生成します）を建物の暖房に使用し続けるシナリオはありません。 結果として生じる CO2 を建物レベルで回収する方法はなく、そうしなければ、2030 年までに炭素排出量を 1990 年レベルより 50% 削減し、2050 年までにカーボンニュートラルを達成するという世界目標を達成することはできません。燃料を交換します。

新しいビジョン

トロント 2030 地区は、境界内の 7,216 棟すべての建物の年間エネルギー使用量を計算するユーティリティ データ プロジェクトをすでに完了しています (www.toronto2030platform.ca)。 私たちは現在、地区内の建物のニーズを満たす脱炭素エネルギー供給を生み出すための道筋を研究しています。 この演習では、カナダの非営利団体である Transition Accelerator によって開発されたプロセスを選択しました。このプロセスには、オンタリオ、ケベック、アルバータのプロジェクトが含まれています (図 3)。 このプロセスは、学区と同様、利害関係者の関与と定義された目標によって推進されるため、適切です。

現在までに、トロント 2030 地区は、パスウェイ プロジェクトのステージ 1 と 2 を完了し、既存のシステムを理解し、代替ビジョンを共同開発しました。 このプロジェクトは、次のような指針となるビジョンに到達しました。「2050 年までに、トロントは GHG 排出量が実質ゼロになり、すべての人が健全に繁栄できる場所になるでしょう。活気に満ちた文化、エンターテイメント、ビジネス、住宅コミュニティは、洗練されたクリーンなインフラストラクチャによって支えられ、必要不可欠なリソースとサービスを提供します。エネルギー ネットワークはクリーンで回復力があり、無駄は最小限に抑えられます。」

注目すべきは、このビジョンは気密性、断熱性、効率的なファンだけを対象としたものではありません。 私たちはエネルギー効率の社会的および経済的背景を認識する必要があります。 価値や快適性の向上など、改善の対価となる副次的なメリットを探す必要があります。 学区には、大学、研究機関、建設組織、政府機関など、活用できるデータやアイデアの豊富な情報源である資産が含まれています。

燃料切り替えの研究

パスウェイ プロジェクトのステージ 2 は、最初の詳細な分析であり、燃料切り替えシナリオに関するものです。 燃料を切り替えるには、各建物の暖房設備を変更するとともに、変化した需要に対応できるエネルギーシステムを提供する必要があります。

天然ガスに代わる燃料と技術は、電気、水素、再生可能な天然ガスです。 電気については、地区は電気抵抗ヒーター、空気熱源ヒートポンプ (ASHP)、地中熱源ヒートポンプなどのさまざまな暖房技術を検討しました。 気体燃料については、ブルー水素（天然ガスを水素と回収した二酸化炭素に分解して生成）、グリーン水素（再生可能電力を使用して水から生成）、電力と再生可能天然ガスのハイブリッドなど、さまざまな生成方法も検討しました。後者は農場や埋め立て地で分解された有機廃棄物から回収されます。

現場での建物変更にかかるコストを見積もるのは非常に困難でした。 この地区には 7,000 を超える建物があり、その形状やサイズはさまざまです。 さらに、ボイラー、チラー、屋上のユニットを切り替えるための実際のコストも考慮したいと考えていました。

建物ストックの代わりに、地区の建物ストックの平均を近似するために、それぞれが典型的な床板と機械システムを備えた 13 の代表的な建物占有類型のセットを開発しました。 私たちは、各占有タイプの公開エネルギー使用強度 (EUI) データを使用し、これを以前のデータ プラットフォーム プロジェクトの実際の消費量と照合しました。 その結果、地区の建物がどのようにエネルギーを消費しているのか、そしてこれをサポートするために必要な機械システムを示す、近似ではあるが現実的なモデルが得られます。

分析では、典型的な各機械システムを新しい燃料に適した機器に置き換えました。 当社は機器サプライヤーから現在の価格を入手し、更新の見積もりにソフトコストと借入コストを含めました。 次に、これを各建物タイプの平方フィートコストに変換し、建物の所有者が自身のコストとビジネスへの影響を見積もるために使用できるようにしました。

将来の光熱費を見積もるために、各建物タイプで現在天然ガスの燃焼によって生成されている熱量を計算し、それを生成するためにどれだけの電気、水素、または電気と再生可能天然ガス (ハイブリッド システムの場合) が必要になるかを計算しました。熱量。 私たちはさまざまなレポートや見積もりを活用して、燃料を生成し、天然ガスが基本燃料である場合の二酸化炭素の回収と貯蔵を含む必要なエネルギープラントの建設にかかるコストを反映する燃料コストを算出しました。

資本コストと燃料コストを合計すると、平方フィートあたりの合計コストが計算されます。 これは、青色水素が天然ガス燃焼の最も安価な代替品であることを示しました。 これに、空気源ヒートポンプと再生可能天然ガスのハイブリッド、次に地中熱源ヒートポンプ、電気抵抗加熱器、空気源ヒートポンプ単独、そして最後にグリーン水素が続きます。 図 4 は、最も一般的な 8 種類の建物の平方フィートあたりの平均コストを示しています。

この図を見ると、決定が明確であることがわかります。 しかし、それほど速くはありません。コストは考慮すべき事項の 1 つにすぎません。 また、コスト変更の可能性や、2050 年までにシステム転換ができる可能性も考慮する必要があります。

正しい選択をする

グラフ内で最も安価な燃料である青色水素には、現在、建物に配送するシステムがありません。 地区の分析では、ガス機器と同様の価格でコストを固定する英国の調査に基づいて機器コストを設定しましたが、現実には水素ベースの機器は現在購入できません。 水素に関する規定や規格は存在せず、炉室に設置できる水素安全検知器も存在せず、水素ボイラーを製造または販売する者も存在しません。 一部の天然ガスラインは再利用できると想定していますが、一部は交換する必要があり、切り替えは近隣ごとに行う必要があるため、新しいガス機器は耐用年数が終了した機器と並行して交換されることになります。

ブルー水素は天然ガスから作られ、炭素の回収と貯蔵を組み合わせているため、カナダでは簡単にブルー水素を作ることができます。 天然ガスと比較して排出量を90%削減します。 炭素ゼロのソリューションを実現するには、分析の中で最も高価な燃料であるグリーン水素に切り替える必要があります。

ヒートポンプを使用して電力に変換した場合、今日から変換を開始するのに十分な余剰容量を備えた既存の送電網が存在します。 需要の増加に応じてシステムへの収益も拡大するため、電力網および電気料金への変換の影響は中程度です。 また、オンタリオ州では現在このシステムでガスが燃焼されていますが、100% カーボンフリーにする実行可能な技術があります。

私たちがコストを計算したヒートポンプはすべて、今日から購入できます。 明確なサプライチェーンがあります。 電気安全規格、規定、および機器が整備され、完全に開発されています。 さらに、市場の成長に伴いヒートポンプの価格も下がっています。 この装置の市場が存在すれば、今後 8 年間で価格は 30% 下落すると予測する人もいます。

再生可能な天然ガスは、バイオマスの入手可能性によって制限されます。 現在の推定では、私たちが生産できる最大の天然ガス量は、現在使用されている天然ガス量の 20% であると考えられています。 ハイブリッドシステムへの切り替えにはこれで十分です。 当社の現在のガス供給システムは、再生可能な天然ガスをすぐに供​​給できます。すべての安全規定と設備が整備されており、サプライチェーンは強力です。 残念ながら、バイオマスは航空燃料や産業用途で需要が高く、価格が上昇する可能性があります。

図 5 はこれらの要因をまとめたものです。

すべての種類の燃料について、システムを変換するのに必要な労力は、第二次世界大戦への動員と同じくらい膨大です。 Enbridge Gas には、オンタリオ州だけで 380 万人の顧客が転向予定です。 今年から始めれば、これは年間 131,000 人の顧客になります…計画とそれを策定する政治的意志が欠けているため、それは不可能です。

私たちの結論は？ 今後数年間で、天然ガスは建物で使用されなくなるでしょう。 代替手段に関しては、明確な勝者はいません。 それでも、建物のエネルギー効率対策によって削減できるコストの大きさについては、より明確に理解できています。 学区の分析の次の段階は効率性の調査であり、その後に統合計画が作成され、今年末までに完了する予定です。

結論

米国の政治学者ロジャー・ピルケ・ジュニアは、「課題の規模は巨大だが、だからといって目標達成が不可能になるわけではない」と書いている。「目標達成を不可能にするのは、課題の規模を正確に理解できていないことと、目標達成が不可能であることだ」そのスケールに見合った政策提案を。」

建築家やエンジニアは、建物所有者のお金の使い方について最終決定を下すわけではありませんし、ましてや大規模な政策変更を推進することはできませんが、情報に基づいた選択肢と洞察をクライアントに提供するのが私たちの仕事です。 少なくとも、今日の天然ガスのコストに基づいて省エネ対策の正味現在価値を計算するのはやめるべきです。 代わりに、天然ガスが利用可能になる可能性のある年数を含む感度分析を提供する必要があります。 エンベロープの改修は、将来のあらゆる経路に役立つため、より高価ではありますが、リスクが低いオプションとして提供する必要があります。

カナダが最終的にどのようなエネルギーシステムを選択するにせよ、私たちが確実に知っている唯一のことは、地球規模の気候変動問題に対処するには、建物内で安価な天然ガスを燃やす時代は終わらなければならないということだ。

シーナ・シャープは、Coolearth Architecture の創設者であり代表です。 彼女はオンタリオ建築家協会 (OAA) の元会長であり、OAA の持続可能な建築環境委員会 (SBEC) の元委員長でもあります。

燃料切り替え研究のためのトロント 2030 地区研究チームには、独立電力システム事業者 (IESO) のジュリア・マクナリー共同議長が含まれています。 シーナ・シャープ共同議長、クールアース・アーキテクチャー。 ブルーノ・アルカンド、カールトン大学、ピーター・ハルソール、目的ビルディング。 アントン・コーガン、SvN Architects & Planners; ジェームズ・メドウクロフト、カールトン大学。 Birgit Siber、DSAI 退職校長。 カーラ・スロート、ハンマーシュラーク＆ジョッフェ。 ジュネーブ・スター、目的の建物。 ビクター・トゥルセアヌ、BDP Quadrangle。 そしてスヴェタン・ヴェリオフ、アラップ。