碳中和攻略：学习一下这种净零碳建筑设计策略

 虽然有许多公司希望减缓并希望有一天能够扭转气候变化的影响，但芝加哥建筑公司Farr Associates是将可持续设计融入其实践的先驱。我们与 Farr Associates 的创始负责人兼总裁 Douglas Farr 进行了交谈，以了解该公司的一些项目以及如何为地球打造可持续的未来。

      Farr 成立于近 30 年前，从创建“环境建筑”开始，当该认证在 90 年代后期推出时，建筑获得了能源与环境设计 (LEED) 认证。LEED 中的许多要求，从节水和种植原生景观到使用低挥发性有机化合物 (VOC) 涂料，已成为 Farr Associates 的第二天性。

     Farr 现在使用美国被动房研究所 (PHIUS) 标准启动大多数产品，目标是实现净零能耗。PHIUS 采取积极的能源效率方法，确定每人的最大能源使用量，并依靠绝缘和高性能窗户来确保没有空气离开或进入建筑物。

    “当建筑师或他们的建造者以这种方式设计信封时，加热和冷却它的任务就变得不那么繁重了。它使用如此少的能量来保持室内舒适度，”法尔说。

    根据 Doug Farr 的说法，虽然 Farr Associates 甚至三分之一的时间都没有实现净零能源，但该目标使公司走上了一条根据预算和客户限制确保尽可能高的能源效率的道路。Farr 确实满足零能耗的一个案例是 Michael Yannell 的家。

Yannell 净零能耗住宅

       Farr Associates 在能源使用方面的最高成就是药剂师 Michael Yannell 的家，当他决定建造自己的房子时，他想要一些生态美的东西。为了向其他拥有类似财务保障的人发出信号，Yannell 想要的不是一座 15,000 平方英尺的豪宅，而是能够鼓励其他人探索可持续住宅设计的东西。

     Yannell House 有 96 扇窗户，限制了对照明的使用，还有 48 块太阳能电池板，这使得房子在夏天产生的电力比它消耗的更多。

      房子的隔热性非常好，冬天没有地方可以散出热量，夏天没有冷空气可以散出。它还在屋顶上配备了 48 块光伏 (PV) 面板和一个灰水系统，该系统使用一个 550 加仑的蓄水池来收集雨水，以及一个将家庭洗衣机中的水循环到厕所的系统。这所房子有一个覆盖在绿色屋顶上的地下车库，它吸收二氧化碳和雨水，并在对抗城市热岛效应方面发挥了一小部分作用。

      也许这所房子最有趣的特点是它使用地热系统进行加热和冷却的方式。在气温不断波动的同时，脚下的土壤却保持着相对稳定的温度，冬天比外面的空气温暖，夏天比空气凉爽。在 Yannell 的房子里，三口 260 英尺深的水井潜入房屋下方，利用土壤温度加热或冷却水道，然后将其送回房屋的加热和冷却系统。除了可能降低总体成本外，地热系统不像天然气系统那样依赖化石燃料。

Yannell House 及其各种绿色特征的示意图 

      过去，Farr 和他的团队可能设计了一座能源足迹巨大的建筑，将能源使用量减少了一半或 60%。然而，该团队随后将用天然气加热房屋，天然气以将甲烷泄漏到大气中而闻名。就其对全球变暖的影响而言，甲烷实际上比二氧化碳差 84 倍，尽管它在大气中的寿命较短。这是依赖地热供暖的最终原因。

V 形蝴蝶屋顶有助于收集雨水，雨水被引导至地下蓄水池用于灌溉 

      地热系统与房屋的太阳能电池板相结合，可以实现 98% 的能源效率；然而，在 1 月至 3 月的芝加哥严冬期间，法尔的团队遇到了供暖问题。结果，Yannell 将不得不使用备用能量来补偿寒冷。凭借一些聪明的想法，Farr Associates 能够推动家庭在能源使用方面实现净零排放。

     “在夏天，房子里的暖气很充足，热水和电力比我们需要的多得多，”法尔转述道。“所以，我们的工程师灵机一动说，'让我们用一月份多余的热水热量来预热土柱，这样到二月份，土柱就有足够的热量来加热房子了。这把房子放在了顶部。”

绿色基础设施

      Farr Associates 还超越了单个建筑，设计了整个社区和城市地区。例如，该公司与奥斯汀市合作制定了殖民地公园的总体规划，其中将使用高效的建筑、节水和零浪费技术来创建一个鼓励步行的区域。

       在他的最新著作《可持续国家：未来的城市设计模式》中，法尔和他的撰稿人强调步行对可持续城市环境至关重要。二战之前，美国社区本来就适合步行，但汽车的广泛采用导致了我们今天在全国范围内看到的蔓延。这本书继续描述了可以改变城市地区的方式，以鼓励这种对环境和社区友好的做法，例如以更多的“步行公园”为特色，即步行距离内的公园。

德克萨斯州奥斯汀殖民地公园总体规划的插图，该规划于 2014 年被该市采用。该规划将公园指定为带有商业区的步行住宅区，以及“高效的建筑设计、节水策略和零- 废物技术，”根据 Farr Associates 的说法 

      可持续国家更详细地描述了繁荣、生态无害环境的许多其他关键要素。其中包括防止高档化；将多单元、集群住房和高密度住房纳入社区规划；为低收入个人和家庭提供住房；并鼓励社区组织。其中许多想法既是关于培养强大的当地社区，也是关于减少城市对环境的影响。

     特别是可以带来更可持续的城市环境的一个特征是分布式电力。由于没有中央位置负责产生城市的所有电力，分布式系统意味着在发生暴风雨时，停电会影响较少数量的位置。事实上，如果一栋建筑断电，它的太阳能邻居或许能够为其提供补充电力。

      分布式设置还意味着各个地点更容易切换电源——例如从太阳能到风能。电源的部署和升级成本可能更低，因为无需建造或改造大型发电厂。而且，由于在传输过程中损失了 7% 的电力，因此在短距离而不是长距离传输时损失的能量更少。

Farr Associates 的城市肖像，其中可持续性被置于城市规划的中心 

     Farr 指出，在能源分布式和灵活的未来，建筑物和车辆可能会产生共生关系。在白天和夏季，太阳能电池板可以使建筑物自己提供所有电力，而在冬季或晚上，插入车库的全电动汽车可以为建筑物提供补充电力。

建设一个可持续发展的国家

      可持续国家将美国将其二氧化碳排放量减少到工业化前水平的能力与其他大规模趋势（例如减少吸烟和婴儿配方奶粉的使用）进行了比较。美国的吸烟在 1964 年左右达到顶峰，当时外科医生发布了一份关于这种做法的危险性的报告，婴儿配方奶粉的使用在 1970 年代达到顶峰，法尔预计这两种趋势都将在 2040 年结束。

     然而，二氧化碳排放量尚未达到峰值，虽然人类应该停止吸烟或使用婴儿配方奶粉没有确切的最后期限，但政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 已敦促将温室气体 (GHG) 排放量减少 80到 2030 年和 2100 年达到 100%。第一个截止日期将使我们避免全球气温上升超过工业化前水平 2°C，而第二个截止日期将避免预计的气候失控和人类不宜居住的星球的前景和其他形式的生命。根据 IPCC 在可持续国家中的保守目标和预测，我们要到 2150 年才能实现脱碳。

      在做出这一发现后，法尔说他被强烈的愤怒所推动，以帮助解决这个问题。继续他毕生致力于可持续建筑的工作，他和他的公司发起了一项运动，以推动芝加哥的 AEC 公司减少自己的二氧化碳排放量。到 2018 年 11 月，当 Greenbuild 国际会议和博览会在芝加哥举行时，法尔希望美国建筑师协会 (AIA) 的 50% 的芝加哥成员签署一项跟踪碳和能源绩效的承诺。

     从 2017 年 10 月只有 4% 的芝加哥公司签署承诺开始，承诺率已增加到 12%。到 2018 年 11 月，可能无法达到 50% 的承诺率，但许多在大公司工作的 AIA 建筑师已经加入。这些只是迈向 2050 年无碳芝加哥的一小步，其目标是到 2050 年使整个芝加哥市实现无碳化。

     至于其他城市，法尔在年轻人的意识中看到了很多希望，即在上一代人的监视下发生了很多生态破坏。他看到他们和年长的环保主义者推动管理层将事情引向正确的方向。就 AEC 公司而言，这意味着进行能源建模、碳跟踪和其他适当的工作。

“如果你不知道怎么做，”法尔总结道，“请不要为我们其他人放慢速度。”