Enerji verimliliği
Bina tasarımı

Binalar, büyük bir enerji tüketicisi olmaları nedeniyle dünya çapında enerji verimliliği iyileştirmeleri için önemli bir alandır. Ancak, binalarda enerji kullanımı sorunu açık değildir, çünkü enerji kullanımıyla elde edilebilecek iç mekan koşulları çok farklıdır. Binalarda rahatı sağlayan önlemler, aydınlatma, ısıtma, soğutma ve havalandırma, hepsi enerji tüketir. Tipik olarak bir binadaki enerji verimliliği seviyesi, spesifik enerji tüketimi (SEC) veya enerji kullanım yoğunluğu (EUI) olarak adlandırılan tüketilen enerjinin binanın taban alanına bölünmesiyle ölçülür:
Bununla birlikte, yapı malzemelerinde gömülü enerji olduğu için sorun daha karmaşıktır. Öte yandan, bina söküldüğünde, malzemeler yeniden kullanılarak veya enerji için yakılarak malzemelerden enerji geri kazanılabilir. Ayrıca, bina kullanıldığında, iç mekan koşulları değişebilir ve bu da daha yüksek ve daha düşük kaliteli iç mekan ortamlarına neden olur. Son olarak, genel verimlilik binanın kullanımından etkilenir: bina çoğu zaman işgal ediliyor mu ve alanlar verimli kullanılıyor mu - yoksa bina büyük ölçüde boş mu? Enerji verimliliğinin daha eksiksiz bir muhasebesi için SEC'in şu faktörleri içerecek şekilde değiştirilmesi gerektiği önerilmiştir:
Dolayısıyla binalarda enerji verimliliğine dengeli bir yaklaşım, tüketilen enerjiyi en aza indirmeye çalışmaktan daha kapsamlı olmalıdır. İç ortam kalitesi ve alan kullanımının verimliliği gibi hususlar dikkate alınmalıdır. Dolayısıyla, enerji verimliliğini artırmak için kullanılan önlemler çok farklı şekillerde olabilir. Genellikle, daha iyi yalıtım gibi enerji kullanma ihtiyacını doğal olarak azaltan pasif önlemler içerirler. Birçoğu, doğal ışığın daha fazla kullanılması gibi, iç mekan koşullarını iyileştirmenin yanı sıra enerji kullanımını azaltan çeşitli işlevleri yerine getirir.
Bir binanın konumu ve çevresi, sıcaklığını ve aydınlatmasını düzenlemede önemli bir rol oynar. Örneğin, ağaçlar, çevre düzenlemesi ve tepeler gölge sağlayabilir ve rüzgarı engelleyebilir. Daha soğuk iklimlerde, güney cepheli pencereleri olan kuzey yarımküre binaları ve kuzey cepheli pencereleri olan güney yarımküre binaları tasarlamak, pasif güneş ısıtması'nı en üst düzeye çıkararak binaya giren güneş miktarını (sonuç olarak ısı enerjisini) arttırır. Enerji verimli pencereler, iyi yalıtılmış kapılar ve duvarlar, zemin levhasının ve temellerin ek olarak yalıtılması da dahil sıkı bina tasarımı, ısı kaybını yüzde 25 ila 50 arasında azaltabilir.
Koyu renkli çatılar yansıtıcı beyaz renkli yüzelerden 39 °C'e kadar fazla ısınabilir. Fazladan oluşan ısının bir kısmını binanın içine aktarırlar. ABD çalışmaları açık renkli çatıların koyu renkli çatılara göre soğutma için yüzde 40 daha az enerji kullandığını göstermiştir. Beyaz çatı sistemleri daha fazla güneşli iklimlerde daha fazla enerji tasarruf ederler. Gelişmiş elektronik ısıtma ve soğutma sistemleri, enerji tüketimini hafifletebilir ve binadaki insanların konforunu artırabilir.
Pencerelerin ve çatı pencerelerinin uygun şekilde yerleştirilmesi ve ışığı binaya yansıtan mimari özelliklerin kullanılması yapay aydınlatma ihtiyacını azaltabilir. Doğal ve yapılan işe odaklanmış aydınlatmanın artan kullanımının, bir çalışma ile okullarda ve ofislerde verimliliği arttırdığı gösterilmiştir. Kompakt floresan ampul, normal ampul'e göre üçte iki daha az enerji kullanır ve 6 ila 10 kat daha uzun dayanabilir. Daha yeni floresan ampuller doğal bir ışık üretir ve çoğu uygulamada, başlangıç maliyetlerinin yüksek olmasına rağmen, birkaç ay gibi kısa geri ödeme süreleriyle düşük maliyetlidir. LED lamba akkor lambanın ihtiyaç duyduğu enerjinin sadece % 10'unu kullanır.
Etkili enerji tasarruflu bina tasarımı, tuvaletler, koridorlar ve hatta çalışma saatleri dışında ofis alanları gibi yerler kullanılmadığında aydınlatmayı kapatmak için düşük maliyetli Pasif Kızılötesi (PIR) kullanımını içerebilir. Buna ek olarak, lüks seviyeleri, doğal ışığı dikkate almaya ve böylece tüketimi azaltmaya yönelik aydınlatmayı açmak/kapatmak veya aydınlatmayı önceden belirlenmiş seviyelere düşürmek için binanın aydınlatma şemasına bağlı gün ışığı sensörleri kullanılarak izlenebilir. Bina Yönetim Sistemleri (BMS), tüm binanın aydınlatma ve güç gereksinimlerini kontrol etmek için bunların hepsini tek bir merkezi bilgisayara bağlar.
Hiyerarşik olarak tabandan tepeye doğru yapılan konutsal simülasyonu ekonomik çok sektörlü bir modelle bütünleştiren bir analizde, yalıtım ve iklimlendirme verimliliğinden kaynaklanan değişken ısı kazanımlarının elektrik yükü üzerinde eşit olmayan yük kaydırma etkilerine sahip olabileceği gösterilmiştir. Çalışma aynı zamanda yüksek hanehalkı verimliliğinin enerji sektörü tarafından yapılan enerji üretim kapasitesi seçimleri üzerindeki etkisini vurgulamıştır.
Binalarda hangi alan ısıtma veya soğutma teknolojisinin kullanılacağı seçimi, enerji kullanımı ve verimliliği üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Örneğin, % 50 verimli daha eski bir doğal gaz ocağının yeni % 95 verimli bir fırın ile değiştirilmesi enerji kullanımını, karbon emisyonlarını ve kış mevsiminde doğal gaz faturalarını önemli ölçüde azaltacaktır. Toprak kaynaklı ısı pompası daha da enerji tasarruflu ve düşük maliyetli olabilir. Bu sistemler, yakındaki bir zeminde bulunan büyük termal rezervuardan bir binaya ısı aktarmak amacıyla, ısıyı sıcaktan soğuğa olan doğal akışına karşı  "pompalamak" için soğutucu akışkanını termodinamik bir döngü içinde hareket ettirmek için pompalar ve kompresörler kullanır. Sonuç olarak, ısı pompaları, eşit miktarda ısı sağlamak için, doğrudan bir elektrikli ısıtıcıya göre tipik olarak dört kat daha az elektrik enerjisi kullanır. Bir toprak kaynaklı ısı pompasının bir diğer avantajı, yaz aylarında tersine çevrilebilmesi ve ısıyı binadan yere transfer ederek havayı soğutmak için çalışabilmesidir. Toprak kaynaklı ısı pompalarının dezavantajı, başlangıçtaki yüksek sermaye maliyetleridir, ancak bu, daha düşük enerji kullanımı sonucunda tipik olarak beş ila on yıl içinde telafi edilir.
Akıllı sayaçlar, binanın enerji kullanımını dinamik sunulabilir bir formatta personele ve iç izleme amacıyla vurgulamak için ticari sektör tarafından yavaş yavaş benimsenmektedir. Güç Kalitesi Analizörleri, binayı daha enerji verimli hale getirmek için kullanımı, harmonik bozulmayı, zirveleri, şişmeleri, kesintileri ve diğer etmenleri değerlendirmek için mevcut bir binaya dahil edilebilir. Genellikle bu tür sayaçlar kablosuz sensör ağlarını kullanarak iletişim kurar.
Yeşil Bina XML (gbXML), yeşil bina tasarımı ve işletmesine odaklanan Bina Bilgi Modellemesi çabalarının bir alt kümesi olarak ortaya çıkan bir şemadır. gbXML birçok enerji simülasyon motorunda girdi olarak kullanılır. Ancak modern bilgisayar teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, piyasada çok sayıda bina performansı simülasyonu aracı bulunabilmektedir. Bir projede hangi simülasyon aracının kullanılacağını seçerken, kullanıcı, eldeki bilgileri, alete girdi görevi görecek bina bilgilerini dikkate alarak aletin doğruluğunu ve güvenilirliğini göz önünde bulundurmalıdır.
Enerji ve Çevre Tasarımında Liderlik (LEED), ABD Yeşil Bina Konseyi (USGBC) tarafından bina tasarımında çevresel sorumluluğu teşvik etmek üzere düzenlenen bir derecelendirme sistemidir. Güncel olarak, mevcut binalar ve yeni inşaatlar için aşağıda belirtilen kriterler ölçüsünde dört seviyede sertifikasyon sağlamaktadırlar: Sürdürülebilir inşaat sahaları, su verimliliği, enerji ve atmosfer, malzemeler ve kaynaklar, iç mekan çevresel kalite ve tasarımda yenilikler. 2013 yılında, USGBC, LEED metriklerine göre bina performansını ve potansiyel bir yeniden sertifikalandırma yolunu izlemek için bir araç olan LEED Dinamik Plak'ı geliştirdi. Ertesi yıl, konsey, gerçek zamanlıya yakın bir performans görünümü sağlayacak şekilde otomatik olarak güncellemek için bir BAS'tan enerji ve su kullanımı ile iç mekan hava kalitesi hakkında veri çekmek için Honeywell ile işbirliği yaptı. Washington, DC'deki USGBC ofisi, canlı güncellenen LEED Dinamik Plakasını sunan ilk binalardan biridir.
Bir derin enerji güçlendirme, geleneksel enerji güçlendirme'den çok daha fazla enerji tasarrufu sağlamak için kullanılan bir komple bina analiz ve yapım sürecidir. Derin enerji güçlendirmeleri hem konut hem de konut dışı (“ticari”) binalara uygulanabilir. Derin enerji güçlendirme tipik olarak birkaç yıla yayılmış yüzde 30 veya daha fazla enerji tasarrufu sağlar ve bina değerini önemli ölçüde artırabilir. Empire State Binası 2013 yılında tamamlanan bir derin enerji güçlendirme sürecinden geçti. Johnson Controls, Rocky Mountain Institute, Clinton Climate Initiative ve Jones Lang LaSalle temsilcilerinden oluşan proje ekibi, yıllık % 38 ve 4.4 milyon dolar tutarında enerji kullanımında azalma elde etmiş olacak. Örneğin, 6.500 pencere, ısıyı engelleyen fakat ışığı geçiren süper pencere olarak yeniden üretildi. Sıcak günlerdeki klima işletme maliyetleri azaltılmış ve bu durum ile projenin sermaye maliyetinin baştan 17 milyon doları tasarruf edilmiş, kısmen diğer güçlendirmeler finanse edilmiştir. Eylül 2011'de altın Enerji ve Çevre Tasarımında Liderlik (LEED) derecesi alan Empire State Binası, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki en yüksek LEED sertifikalı binadır.  
Indianapolis Şehri yerel yönetim binası yakın zamanda  bir derin enerji güçlendirme süreci geçirdi ve bu da yıllık % 46 enerji tasarrufu ve yıllık 750.000 $ enerji tasarrufu sağladı.
Konut ve ticari veya endüstriyel alanlarda yapılan derin ve diğer tipler de dahil olmak üzere enerji iyileştirmeleri genellikle çeşitli finansman veya teşvik biçimleriyle desteklenir. Teşvikler, alıcının/kullanıcının kullanılan ürünün indirimli olduğunu veya "satın alındığını" bile bilmeyebileceği önceden paketlenmiş indirimleri içerir. Diğer indirimler, resmi uygulamaların kullanılmasıyla son kullanıcı için daha açık ve şeffaftır. Hükûmetler veya kamu hizmeti programları aracılığıyla verilebilecek indirimlerin yanı sıra, hükûmetler bazen enerji verimliliği projeleri için vergi teşvikleri sunmaktadır. Bazı işletmeler, enerji ve son kullanım müşterilerinin indirim ve teşvik programlarından faydalanmalarını sağlayan indirim ve ödeme rehberliği ve kolaylaştırma hizmetleri sunmaktadır.
Binalardaki enerji verimliliği yatırımlarının ekonomik sağlamlığını değerlendirmek için maliyet-etkinlik analizi veya CEA kullanılabilir. CEA hesaplaması, bazen "negawatt" olarak adlandırılan, tasarruf edilen enerjinin değerini $/kWh cinsinden üretir. Böyle bir hesaplamadaki enerji, bazı enerji verimliliği yatırımları yapılarak hiç tüketilmediği ve aslında tasarruf edildiği anlamında sanaldır. Böylece CEA, negawatt fiyatlarını şebeke elektriği veya en ucuz yenilenebilir alternatifi gibi enerji fiyatlarıyla karşılaştırmaya izin verir. Enerji sistemlerinde CEA yaklaşımının yararı, hesaplama amacıyla gelecekteki enerji fiyatlarını tahmin etme ihtiyacından kaçınması ve böylece enerji verimliliği yatırımlarının değerlendirilmesindeki ana belirsizlik kaynağını ortadan kaldırmasıdır.