低エネルギー住宅

低エネルギー住宅は、エネルギー効率の高い設計と、低いエネルギー消費と炭素排出量で高い生活水準と快適さを提供できる技術的特徴を特徴とする。従来の暖房や能動的な冷房システムは存在しないか、それらの使用は二次的である。^{[1] [2]低エネルギー建物は、}持続可能な建築の例と見なすことができます。低エネルギー住宅には、アクティブソーラーとパッシブソーラーの建物設計とコンポーネントが備わっていることが多く、住宅のエネルギー消費が削減され、居住者のライフスタイルへの影響が最小限に抑えられます。世界中で、企業や非営利団体がガイドラインを提供し、建物とそのプロセスや材料のエネルギー性能を保証する認証を発行しています。認証には、パッシブハウス、BBC—Bâtiment Basse Consommation—Effinergie（フランス）、ゼロカーボンハウス（イギリス）、Minergie（スイス）などがあります。^[3]

2008年時点で、建物だけで全人類の温室効果ガス排出量（GHG）の38％を占めており、そのうち20％は住宅用建物、18％は商業用建物によるものでした。 ^[4]気候変動に関する政府間パネル（IPCC）によると、建物はGHG削減に最も費用対効果の高い機会を提供するセクターです。^[5]

1970年代には、デンマーク、スウェーデン、ドイツ、カナダ、米国で低エネルギー建築の研究が行われました。標準化された低エネルギー建築コンセプトの実装は、各国で異なる形で発展しました。^[6]

1970年代後半、サスカチュワン州はサスカチュワン研究評議会と契約し、冬の気温がマイナス40度（-40°F）まで下がることもあるカナダの大草原の極端な気候に適したパッシブソーラーハウスの設計と建設を行った。 ^[7]このプロジェクトの結果、エンジニアのハロルド・オール率いるチームにより、1977年にレジーナにサスカチュワン・コンサベーション・ハウスが建設された。^[8]このプロジェクトでは、熱回収空気交換器（HRV）、温水回収、建物の気密性を測定するためのブロアドア装置が開発され、これらの技術は世界の他の地域の低エネルギー建物で一般的になった。^[9]オールはその後、これらの技術の多くを既存の建物の改修に適用し、エネルギー効率を改善した。^{[10] [11]}

1970年代に第一次エネルギー危機と環境意識の高まりをきっかけに、ドイツでは省エネがますます重要になっていった。^[12] 1977年、ドイツ初のエネルギー関連の建築基準が制定された。ドイツパッシブハウス研究所は1990年に初の認定パッシブハウスを導入した。年間暖房要件は、第3次ドイツ断熱条例（1995年）で重要なパラメータとして導入された。しかし、2013年時点では、ドイツには低エネルギー建築基準に関する明確な法的要件がなかった。マリア・パナギオティドウとロバート・J・フラーによると、ゼロエネルギー建築の定義、方針、建設活動は明確でなければならない。^[13]欧州連合のエネルギー性能指令では、2021年以降、低エネルギー建築のみを建設することが義務付けられている。^[14]

英国では2015年5月以降、国家政策の変更が行われている。最も重要な変更の1つは、住宅の環境設計を評価し、改善を促すシステムとしての持続可能な住宅のための基準（CfSH）の撤回である。 ^{[15]これにより、達成レベルの枠組みを提供し、低エネルギー設計者が達成または超えることを目指すことができる基準の概略が放棄された。}建築規制には依然として省エネ法が存在するが、^[16]基本的な規制を超える適切な基準が不足している。その結果、パッシブハウス基準がエネルギー効率の高い住宅への影響を拡大する可能性がある。^[17]

米国では、エネルギー価格の上昇、オンサイト再生可能エネルギーシステムのコスト低下、気候変動への懸念の高まりなどにより、低エネルギー建築物への関心が高まっています。カリフォルニア州では、 2020年までにすべての新築住宅をゼロネットエネルギーにすることを義務付けています。 ^[1]

低エネルギー住宅は広く定義されていますが、一般的には国の建築基準法で規制されている一般的な建物よりもエネルギー需要が低い住宅として知られています。一部の国では、「低エネルギー住宅」という用語は特定のタイプの建物に対して使用されています。^[18]

低エネルギー住宅は、実際の値（熱負荷または暖房の最小値）が明記されることがほとんどないガイドラインです。パッシブハウスは、暖房エネルギーを節約するための具体的な推奨事項が盛り込まれた標準です。

スペクトルの一方の端には、暖房の必要性が極めて低く、輸入エネルギーの必要量も低く（冬でも）、自立型ビルに近い建物があります。その反対の端には、暖房の必要性を減らす試みがほとんど行われず、冬には輸入エネルギーを大量に使用する建物があります。これは、年間を通じて再生可能エネルギーの生産量が多いことでバランスが取れているかもしれませんが、冬には国のエネルギーインフラに対する需要が高まります。

「低エネルギー住宅」という用語は、国の建築基準を指す場合があります。^{[19]これらの基準は、多くの}気候帯で最も多くのエネルギーを消費する暖房に使用されるエネルギーを制限しようとする場合があります。他のエネルギーの使用も規制される場合があります。パッシブソーラー建築設計の歴史は、低エネルギー建築の開発と基準の1つの形式に関する国際的な見解を提供します。

欧州における低エネルギー建築物の基準は各国で異なっており、EU加盟国全体で有効な低エネルギー建築物の共通認証や法律はない。エネルギー使用量と排出量の削減に向けた動きとして、建築物のエネルギー性能に関する共通法律である建築物のエネルギー性能指令（EPBD）が2002年に発行され、2003年1月に発効した。^[20]

公式規格案 NS 3700 では、低エネルギー建物が定義されています。建物のエネルギー性能については、主要なエネルギー使用量を評価する 2 つの方法が検討されています。

• 建物の年間CO2排出量の制限。年間供給エネルギーにCO2係数を掛けて計算_される_。
• 暖房需要の一定割合は再生可能エネルギーで賄わなければなりません。

低エネルギー住宅は、国家建築規制「建築規制 08」で定義されており、2 つのクラスに分けられています。規制の 7.2.4 章「低エネルギー」で規制されています。

RAL-GZ 965 認定を受けた低エネルギー住宅は、国の建築基準である EnEV で規定されているよりも熱損失が 30% 少なくなっています。その他の基準は、断熱性、気密性、換気性に影響します。低エネルギー建物は、計画または建設時に RAL-GZ 965 認定を受けることができます。^[18]

低エネルギーの建物は、「新築および改装された建物の品質ラベル」であるミネルギー認証を受けることができます。ミネルギー基準では、建物のエネルギー消費量が平均の75％を超えず、化石燃料の消費量が平均の50％を超えないことが求められています。^[21]

欧州連合指令はヨーロッパにおける低エネルギー住宅を明確にしており、北米におけるゼロエネルギー建築に関する議論の大部分は米国国立再生可能エネルギー研究所（NREL）から派生している。^[22]

エネルギースタープログラムは、米国最大の低エネルギー住宅および消費者製品の認証機関です。エネルギースター認定住宅は、国際住宅基準に従って建てられた標準的な新築住宅よりも少なくとも15％少ないエネルギーを使用しますが、通常は20〜30％の節約を達成します。^[23]米国エネルギー省は、 2008年にゼロエネルギー住宅を全国に普及させるプログラムを導入しました。^[24]

カナダの建設業者は、特定のプロジェクトで高いレベルのエネルギー性能を実証するために、さまざまな基準、ラベル、認証プログラムを使用できます。これには次のものが含まれます。

• カナダ住宅建設協会が管理するネットゼロ住宅およびネットゼロ対応住宅の認証^[25]
• ビルトグリーンラベルはビルトグリーンカナダによって管理されている^[26]
• カナダ天然資源省が管理する住宅用エネルギースター^[27]
• カナダパッシブハウス協会が管理するカナダパッシブハウス基準^[28]

ブリティッシュコロンビア州では、上記のプログラムは、 BCエネルギーステップコード（基本的な建築基準を超えるレベルのエネルギー効率を新築に奨励（または要求）する州の規制）に準拠しています。このコードは、州が2032年までにすべての新築建物をネットゼロエネルギー対応にするという目標を達成するのに役立つ技術的なロードマップとして設計されました。

エネルギー効率の高い住宅は室内の空気の質に影響を与えます。気密性の高い住宅は、屋内で発生した汚染物質や屋外で発生した汚染物質を内部に閉じ込め、人体への曝露量の増加や潜在的な健康問題につながります。^{[29] [30]}

エネルギー効率の高い設計は、多くの場合、新しい技術や技法に依存しています。これらは、社会的、文化的、経済的な非技術的障害に加えて、技術的な障害を生み出す可能性があります。^[17]

優れたエネルギー効率を実現するために設計された建物が、必ずしも設計目標を満たしているわけではありません。さまざまな理由により、このパフォーマンスギャップが生じます。

低エネルギーの建物設計は、資源効率を促進し、化石燃料の燃焼に関連する地球規模の気候変動を軽減するために重要であると考えられています。設計には、エネルギー効率の高い手段（EEM）によって建物（特に暖房と冷房）のエネルギー使用の必要性を最小限に抑えることと、残りのエネルギーニーズを満たすために再生可能エネルギーとその他の技術（RET）を採用するという2つの一般的な戦略が含まれます。EEMには、建物の外皮、内部の状態、および建物サービスシステムが含まれ、RETには、太陽光発電または建物一体型太陽光発電、風力タービン、太陽熱（太陽熱温水器）、ヒートポンプ、および地域冷暖房が含まれます。影響には、ライフサイクルコスト、環境への影響、気候変動と社会政策の問題が含まれます。^[31]最高の低エネルギー設計は、エネルギーコストの削減に加えて、居住者に優れた環境とより安定した制御された温熱的快適性を提供します。

建物の建設に関連する温室効果ガス排出は主に以下から発生します。

1. 材料製造（例：コンクリート）
2. 資材輸送
3. 解体廃棄物の輸送
4. 解体廃棄物処理

一般的な建物の建設、改修、解体では、平均して 1,000～1,500 kg CO ₂ e/m ²の排出量が発生します(建設のみの場合は約 500 kg CO ₂ e/m ² )。

建設中の温室効果ガス排出量を削減するために低炭素建築で採用されている戦略には、次のものがあります。

1. 使用する材料の量を減らす
2. 排出係数が低い材料を選択する（例：リサイクル材料）
3. 建設現場にできるだけ近い資材サプライヤーを選択してください。
4. 解体廃棄物を埋め立てや焼却ではなくリサイクルに回す

エネルギー消費量を削減することは、低エネルギー目標を達成するために現場での生産量を増やすよりも、環境的にも経済的にも有利です。住宅の消費量が少なければ少ないほど、ネットゼロを達成するために必要な再生可能エネルギーシステムは小さくなります。エネルギー効率は常に、低エネルギー住宅の主要な設計戦略であるべきです。^[1]

パッシブソーラー建築設計とエネルギー効率の良い造園は、省エネ住宅の環境保全をサポートし、近隣や環境に統合することができます。パッシブソーラー建築技術に従い、建物をコンパクトな形状にして表面積を減らし、主要な窓を赤道（北半球では南、南半球では北）に向けると、パッシブソーラーゲインが最大になります。ただし、ソーラーゲイン（特に温帯気候の場合）は、住宅全体のエネルギー要件を最小限に抑えることに比べると二次的なものです。高温では、過剰な熱により室内が不快な状態になる可能性があります。温度依存換気などのエアコンシステムのパッシブな代替手段は、冷房が必要な地域で効果的であることが示されています。^[32]過剰な太陽熱を減らす他の技術には、ブリーズソレイユ、樹木、つる植物が付いたパーゴラ、垂直庭園、緑の屋根などがあります。

低エネルギー住宅は高密度または軽量の材料で建設できますが、夏の最高気温を下げ、冬の気温を安定させ、太陽の角度が高くなって正午の壁の露出と窓の透過が「影になる」前に春や秋に過熱するのを防ぐために、内部の熱質量が組み込まれるのが一般的です。外壁の色 (表面が選択できる場合) の反射または吸収は、年間を通じての屋外の気温によって異なります。温暖な気候では、落葉樹や壁に格子状の (または自生する) つる植物の使用が役立ちます。

一次エネルギーの総消費量を最小限に抑えるには、パッシブおよびアクティブ採光が、昼間に採用すべき最初のソリューションです。光量の少ない日、日光が当たらない空間、夜間には、低エネルギー源（標準電圧のコンパクト蛍光灯、LED ランプ、OLED、ポリマー発光ダイオードを使用した固体照明、低電圧白熱電球、コンパクトメタルハライド、キセノン、ハロゲンランプなど）を使用した持続可能な照明設計を使用できます。

各器具に太陽電池を取り付けたり、中央のソーラーパネルに接続したりして、太陽光発電の屋外セキュリティおよび景観照明を庭や屋外で使用できます。低電圧システムを使用すると、従来の器具やランプよりも少ない電力で、より制御された（または独立した）照明を実現できます。タイマー、動作検出、採光操作センサーにより、エネルギー消費と光害がさらに削減されます。

低エネルギー住宅には、独立したエネルギー効率テストに合格し、電気と天然ガスの消費量削減に関するエコラベル 認証マークと製品製造時の炭素排出ラベルを取得した家電製品が好まれます。その他の認証マークには、 Energy Star とEKOenergyがあります。

• ヴォス、カルステン、ムサル、エイク。ネット・ゼロ・エネルギー・ビルディング -建物におけるカーボンニュートラルの国際プロジェクト。第 2 版、2012 年 11 月、Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG、ミュンヘン、ISBN 978-3-920034-80-5。 
• Raad Z. Homod、「建物の高エネルギー効率を実現するインテリジェント HVAC 制御」、 Lambert Academic Publishing (2014)、ISBN 978-3-8473-0625-2。 
• Per Krusche、Dirk Althaus、Ingo Gabriel、Maria Weig-Krusche: Ökologisches Bauen、Bauverlag Wiesbaden、Berlin、(1982)、ISBN 3-7625-1412-7
• Peter Steiger、Conrad U. Brunner 他: PLENAR - Planung、Energie、Architektur、Niggli-Verlag、Teufen (1975)、ISBN 9978-3-7212-0078-2

• bigEE - 建物のエネルギー効率ガイド
• IEA 研究プログラム「ネットゼロエネルギーソーラービル」
• IEA 建物およびコミュニティ システムにおけるエネルギー節約プログラム。
• Common Fire Foundation によるグリーンビルディングの概要と、米国東部のネットゼロエネルギーの最もグリーンなビルディングに関する情報
• 低エネルギー住宅に関する記事

• 国際的に知られているネットゼロエネルギービルの世界地図
• 断熱コンクリートフォームを使用した低エネルギー住宅の建設