Una casa a energia zero (ZEH) produce tanta energia quanta ne consuma in un anno. L'unico modo per raggiungere questo obiettivo è attraverso una progettazione e pratiche efficienti dal punto di vista energetico abbinate a tecnologie per la produzione di energia.
Ridurre il fabbisogno energetico
Oltre a uno stile di vita impegnato nel risparmio energetico, la costruzione di una casa a energia zero richiede un design e una tecnologia attenti all'energia. "Non ci possono essere compromessi su nulla", afferma Danny Parker, Principal Research Scientist per il Florida Solar Energy Center. L'orientamento e la progettazione della casa sono importanti quanto i pannelli fotovoltaici utilizzati per generare energia.
Ridurre il fabbisogno energetico di una casa è il primo passo più importante nella creazione di una casa a energia zero. "La domanda chiave è: 'Come posso ridurre i carichi nell'edificio al minimo possibile?'", afferma Parker. La risposta varierà a livello regionale, poiché la natura di tali richieste energetiche dipende in gran parte dal clima. Una casa in Minnesota dovrà far fronte a richieste di riscaldamento significative, mentre una in Florida consumerà la maggior parte della sua energia per il raffreddamento della casa. "Devi tirare fuori tutti i trucchi regionali", dice Parker.
A tal fine, la progettazione e l'implementazione di un sistema HVAC ad alta efficienza energetica può ridurre i carichi energetici fino all'80%. Per una casa in Florida, l'uso di tegole di colore chiaro e finestre spettralmente selettive ridurrà il carico termico dell'edificio e, a sua volta, riduce le esigenze del sistema di raffreddamento. Internamente, frigoriferi, lavatrici, asciugatrici e altri elettrodomestici classificati Energy Star ridurranno anche l'energia richiesta in casa.
Produrre energia per la casa
Quando una casa viene progettata, costruita o ristrutturata per essere il più efficiente possibile dal punto di vista energetico, il secondo passo consiste nell'utilizzare tecnologie per la produzione di energia, a cominciare dal sole. La tecnologia solare termica utilizza il sole per riscaldare il materiale che viene poi immagazzinato termicamente per un uso successivo. Questa tecnologia include sistemi di acqua calda. I sistemi solari termici sono soluzioni solari convenienti e hanno un prezzo molto inferiore rispetto ai loro omologhi fotovoltaici (FV). "Il solare termico non entra nelle 4 o 5 cifre del costo, come il fotovoltaico può", afferma Tim Merrigan, senior program manager presso il National Renewable Energy Laboratory.
Una volta che una casa è efficiente dal punto di vista energetico e predisposta con l'acqua solare termica e la raccolta del calore, la tecnologia fotovoltaica aggiunge il componente di produzione di elettricità che aiuta a portare il conteggio dell'energia a zero. La tecnologia fotovoltaica sfrutta la potenza del sole per generare elettricità che viene raccolta come corrente continua (CC) e inviata alla rete elettrica per il credito o trasmessa a un inverter all'interno della casa per essere utilizzata come elettricità CA domestica.
In entrambi i casi, l'energia in eccesso viene in genere restituita all'utility per alimentare altre case e accreditata sull'utilizzo del produttore di energia. Gli incentivi federali e statali possono far abbassare il prezzo di questi sistemi e le risorse sono disponibili per costruttori, appaltatori e proprietari di case per determinare quanto sarà grande un sistema per generare la quantità di energia necessaria per la casa.
Monitoraggio del consumo di energia
Mantenere una famiglia a energia zero richiede un impegno per uno stile di vita a energia zero. Parker paragona la ZEH a un'auto ibrida: un'auto ibrida è progettata per ottenere un chilometraggio notevolmente elevato, ma guidarla in modo irresponsabile si tradurrà in un chilometraggio medio o scarso. I proprietari di ZEH devono monitorare l'utilizzo di energia e prendere decisioni in materia di energia in ogni momento. I dispositivi di monitoraggio energetico consentono ai proprietari di casa di monitorare l'utilizzo di energia in tempo reale in casa e di eliminare gli scarichi energetici inefficienti. "Diventi molto interessato ai Watt", dice Parker, e "come eliminarli tutti". I dispositivi di monitoraggio consentono ai proprietari di casa di vedere l'effettivo consumo di energia e possono ispirarli ad apportare modifiche all'efficienza come l'installazione di lampadine fluorescenti compatte o l'acquisto di apparecchiature tenendo conto del wattaggio.
Per mantenere il consumo di energia il più vicino possibile allo zero, i proprietari di casa dovrebbero calcolare in kilowattora (kWh) la produzione media giornaliera del loro sistema. Parker consiglia alle persone di utilizzare il metodo del Florida Solar Energy Center per calcolare la produzione giornaliera di energia. "Prendi la potenza nominale in kW del sistema e la moltiplichi per 4", afferma Parker. "Questo ti darà i kWh al giorno che ci si può aspettare che il sistema produca".
Parker suggerisce ai proprietari di case di utilizzare 3,5 o 3 per gli stati più nuvolosi del nord-ovest del Pacifico e 4,5 o 5 per gli stati più soleggiati del sud-ovest. Quindi abbina il dispendio energetico giornaliero alla produzione energetica giornaliera per mantenere la casa a zero energia.
Previsione per case a energia zero
"La verità è che ci sono molte meno case a energia zero là fuori di quanto la gente pensi", afferma Parker. È più preciso dire "energia quasi zero", nella maggior parte dei casi. "Le case in California stanno arrivando al 50, 60 e persino al 70 percento a energia zero", afferma Merrigan, aggiungendo che l'obiettivo del Dipartimento dell'Energia per una casa a energia zero "commercializzabile" entro il 2022-2023 potrebbe essere raggiunto anche prima come continua la ricerca abbassa i costi e aumenta gli incentivi federali e statali.
Anche con la tecnologia a basso costo e il costo ridotto degli incentivi, tuttavia, le case costruite in alcune parti del paese beneficeranno solo in misura ridotta dell'aggiunta della tecnologia solare, a causa delle basse misurazioni di kWh al giorno. Inoltre, la tendenza in alcune aree dell'industria domestica, l'intrattenimento domestico e l'home office, in particolare, punta alla popolarità della tecnologia che aumenta il consumo di energia, anziché ridurlo. "Tutti vogliono il televisore al plasma a schermo piatto da 50 pollici", afferma Parker, "ma nessuno pensa al fatto che assorbe 400-500 Watt".
Gli investitori in una casa a energia zero dovrebbero anche diffidare della trappola del rimborso. "Le persone chiedono sempre il rimborso", afferma Merrigan. "Dovrebbero pensare che questo è un aggiornamento - un investimento - proprio come aggiornare qualsiasi parte della casa." Come rifinire un seminterrato, aggiungere un bagno o installare una piscina, investire di più in una casa che si avvicina o raggiunge l'energia zero è un investimento che aumenterà nel tempo. "Qualsiasi valore metti nella casa, te ne rifarai", aggiunge Merrigan.