Хоз постройка: Хозяйственные постройки — ВсеИнструменты.ру. Купить хоз постройки для дома и дачи по низким ценам.

Определение домашнего хозяйства — Designing Buildings Wiki

Согласно прогнозу домохозяйств: Англия, подготовленному Министерством по делам сообществ и местного самоуправления, домохозяйство, согласно определению переписи 2011 года:

«один человек, живущий один; или группа людей (не обязательно родственников), проживающих по одному адресу, которые совместно используют кухонные принадлежности и делят гостиную, гостиную или обеденную зону ».

Предыдущее определение, использованное в переписи 2001 года, было следующим:

«один человек, живущий один, или группа людей (не обязательно родственников), живущих по одному адресу с общим ведением домашнего хозяйства, то есть делит либо гостиную, либо гостиную, либо, по крайней мере, один раз в день».

Определение было изменено с учетом социальных изменений и современных условий жизни.

Определение домохозяйства в рамках гармонизированного обследования Национальной статистики:

Одно лицо или группа людей, у которых жилье является единственным или основным местом проживания И (для группы):

Жильцы спальной комнаты, которые не делят гостиную или гостиную с кем-либо еще, составляют отдельное домохозяйство.

NB: С апреля 2001 года в государственных обследованиях традиционное понятие «глава домохозяйства» (HOH) заменено на «референтное лицо домохозяйства» (HRP).Для получения дополнительной информации см. Справочное лицо по домохозяйству.

В июле 2018 года в отчете NHBC «Изменение формы британских домохозяйств» были опубликованы следующие ключевые факты о британских домохозяйствах в 2017 году:

• 3,4 миллиона фунтов стерлингов — количество домохозяйств с детьми в возрасте от 20 до 34 лет, проживающими с родителями.
• 57% — доля домохозяйств, состоящих всего из одного или двух взрослых.
• 39% — доля домохозяйств с детьми.
• 4% — доля других типов домохозяйств, напр.Совместное использование дома, проживание нескольких поколений.
• 28% — доля одиноких.
• 10% — доля неполных семей.

(см. Http://www.nhbc.co.uk/media-centre/articles/pressreleases/changing-shape-of-uk-households/)

Обзор жилищного строительства в Англии, энергоэффективность, 2018-19 гг., Опубликованный Министерством жилищного строительства, общин и местного самоуправления в июле 2020 года, предлагает основную классификацию типов домашних хозяйств использовать следующие категории:

• Супружеская пара без детей-иждивенцев.
• Супружеская пара с детьми-иждивенцами.
• Супружеская пара с иждивенцем и самостоятельным ребенком (детьми).
• Семейная пара с самостоятельными детьми.
• Родитель-одиночка с детьми-иждивенцами.
• Одинокий родитель с зависимым и независимым ребенком (детьми).
• Одинокий родитель с самостоятельными детьми.
• Две и более семьи.
• Одинокий человек делится с другими одинокими людьми.
• Один кобель.
• Одна женщина.

Хозяйственное строительство и ремонт

Защитите себя и общество от опасностей, связанных с обработанной древесиной, свинцом и асбестом в вашем доме.Прочтите о мерах предосторожности и о том, что вам следует знать перед тем, как утилизировать строительный мусор.

Вывоз строительного мусора со свалки

В Новом Южном Уэльсе около 75% строительных и сносных работ отходы вывозятся с полигона. Хозяйственно-строительные отходы можно утилизировать через

• повторное использование и переработка
• перепродажа и переработка таких материалов, как бетон, кирпич и древесина

Вывозя бытовые строительные отходы со свалки, вы можете избежать негативного воздействия на окружающую среду, связанного со свалкой и отходами ценных материалов.Переработка и вторичное использование бытовых строительных отходов

• уменьшает вытяжку материала, что защищает воздух качество
• снижает загрязнение воды, потребление энергии и среду обитания потеря
• производит меньше парниковых газов, чем производство строительные изделия из новых материалов

Чтобы найти ближайший к вам объект по переработке, посетите сайт RecyclingNearYou.

За помощью в выборе авторитетного переработчика, см. Руководство по выбору подходящего переработчика.

Демонтаж дома

Снос дома — альтернатива сносу дома.Деконструкция дома предполагает удаление и разделение строительных материалов и приспособления, чтобы выбрать те, которые могут быть переработаны или повторно использованы, чтобы минимизировать все более дорогие затраты на утилизацию.

Следующие ниже информационные бюллетени содержат советы и рекомендации о том, как спланировать и провести демонтаж дома. Они показывают полученный доход и снижение затрат за счет демонтажа зданий по сравнению с затратами связанные со сносом и захоронением мусора.

Чаевые сборы за строительный мусор

EPA не устанавливает сборы за ворота, взимаемые предприятием по переработке отходов. операторы.Сборы за выход устанавливаются администрацией местного мусороперерабатывающего предприятия. при этом сбор за отходы является лишь одним из компонентов стоимости. Отходы сбор стимулирует производителей отходов сокращать отходов, которые они производят. Средства, собранные в результате сбора, используются для Нового Южного Уэльса. Программы государственных грантов по Отходам Меньше, переработка больше, чтобы обеспечить более качественные отходы и переработку инфраструктура в Новом Южном Уэльсе.

Если вы не можете перерабатывать строительный мусор, вы можете доставить его в местный пункт сбора или перевалки мусора, или вы можете организовать трансфер.Чтобы найти места высадки или найти строительство и поставщик услуг по сносу мусора, обратитесь в местный совет.

Дополнительная информация

Влияние типов зданий и материалов на потребление электроэнергии домохозяйствами в Индонезии

Основные моменты

•

Использование природных материалов для строительства зданий в Индонезии сокращается.

•

Использование натуральных строительных материалов помогает снизить потребность домашних хозяйств в электроэнергии.

•

Потребление электроэнергии сократилось даже среди городских домохозяйств в верхнем квантиле.

•

Однако подобные преимущества смягчения не наблюдались в сельской местности.

•

Народная архитектура должна продвигаться с помощью рекомендаций по проектированию и планированию.

Реферат

Кондиционирование воздуха — один из растущих источников потребления электроэнергии в развивающихся странах с тропическим и субтропическим климатом.Традиционный дизайн и использование натуральных строительных материалов считаются эффективными мерами по смягчению быстрого роста спроса на электроэнергию, но такие аргументы и анализы проводились только в небольших масштабах или посредством исследований прототипов отдельных зданий. Мы стремимся провести общественный анализ, предоставляя макроанализ национального масштаба и обсуждая социальное квантильное влияние типов зданий и материалов на потребление электроэнергии в домах. С данными, полученными в результате двух волн репрезентативных на национальном уровне обследований домохозяйств, для анализа среднего и квантильного анализа используются методы разложения Блайндера-Оахаки (BD) и Фирпо, Фортина и Лемье (FFL) соответственно.Средний анализ показывает, что значительное сокращение потребления электроэнергии может быть достигнуто за счет использования природных материалов как в городских, так и в сельских регионах. Разложение FFL также подтверждает, что использование натуральных материалов в жилищном строительстве может снизить потребление электроэнергии городскими жителями даже при квантиле 90 ^th . Рекомендуется подчеркивать достоинства местных домов в политике в области климата и энергетики, а также принимать дальнейшие меры по продвижению местной архитектуры с помощью руководящих принципов проектирования и планирования.

Ключевые слова

Потребление электроэнергии в домах

Декомпозиция Блиндера-Оахаки

Декомпозиция Фирпо, Фортина и Лемье

Здание из природного материала

Типовой дизайн

Эффект квантиля

Рекомендуемые статьи Цитирование статей (0)

Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Предприятие Ваш дом: создание

УСЛУГИ

Пакеты учебных программ

Предприятие в вашем доме: развитие потенциала семей для экономической активности внутри и вне дома

Enterprise Your Household ™ — это инновационная учебная программа, которая позволяет уязвимым женщинам и мужчинам принимать сознательные экономические решения на своих предприятиях и в домашнем хозяйстве.Учебная программа построена на коучинге и прикладных методиках обучения и предназначена для включения в ссудно-сберегательную ассоциацию деревни или другие групповые собрания. Благодаря использованию целевых учебных занятий, которые включают наглядные пособия и интерактивные учебные мероприятия, дополненные постоянным коучингом, участники могут развить предпринимательский склад ума, навыки и набор инструментов, необходимых для успеха в бизнесе и эффективного управления домашним хозяйством.

Продолжительность

Язык

Результаты

• Накапливать важные предпринимательские знания и методы, которые помогают учащимся осознанно принимать бизнес-решения, а также укрепляют ключевые навыки и отношения к ведению домашнего хозяйства

• Представьте и поймите ключевые концепции предпринимательства в домохозяйстве, в том числе: совмещение приоритетов, планирование, управление деньгами, разумные инвестиции и расширение возможностей

Основные характеристики

• Акцент на пять основных предпринимательских навыков

• Три уровня интерактивного обучения по каждой основной предпринимательской теме, которые поощряют изучение ключевых знаний и методов, при этом развивают базовые навыки и стимулируют изменение поведения

• Сеансы, которые можно повторять столько раз, сколько необходимо для содействия успешному приобретению и применению знаний, навыков и установок в области развития предприятия

• Интерактивные инструменты и «когнитивные манипуляторы», включая флеш-карточки на основе историй, для вовлечения разных типов учащихся

• Удобные инструменты коучинга и фасилитации

Аудитория

• Мужчины и женщины любого уровня грамотности, которые занимаются приносящей доход деятельностью и принимают решения на основе домашних хозяйств в отношении образования, питания и распределения средств

Х-факторы зданий и домохозяйств и потребление энергии в жилом секторе: анализ структурного уравнения влияния характеристик домохозяйств и зданий на годовое энергопотребление жилых зданий в США

Основные моменты

•

Опосредованное влияние домохозяйств использование энергии в жилищном секторе посредством выбора жилья.

•

Общее влияние домохозяйств на потребление энергии сопоставимо с влиянием зданий.

•

Понимание косвенного воздействия домашних хозяйств улучшит жилищную энергетическую политику.

•

Разумная энергетическая политика необходима для устранения как прямых, так и косвенных эффектов.

Реферат

Энергопотребление в жилых зданиях является одним из основных источников выбросов парниковых газов в городах.Используя микроданные Обзора потребления энергии в жилищном секторе (RECS) за 2009 год, в этом исследовании применяется моделирование структурных уравнений для анализа прямого, косвенного и общего воздействия характеристик домохозяйств и зданий на потребление энергии в жилищах. Результаты показывают, что прямое влияние характеристик домохозяйств на потребление энергии в жилищах значительно меньше, чем соответствующее влияние зданий. Однако с учетом косвенного влияния характеристик домохозяйств на потребление энергии за счет выбора характеристик жилищных единиц общее влияние домохозяйств на потребление энергии лишь немного меньше, чем влияние зданий.Результаты этого документа требуют разумной политики для включения процессов выбора жилья в управление энергопотреблением в жилищном секторе.

Классификация Jel

R21

R22

O21

Q48

C54

C38

Ключевые слова

Энергопотребление в жилых помещениях

Моделирование структурных уравнений

Жилищные эффекты

статьиЦитирующие статьи (0)

Copyright © 2014 Elsevier B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Бамбук как новый источник сырья для товаров для дома и строительства :: BioResources

Abstract

Бамбук — это категория быстрорастущих и широко распространенных многолетних растений, обладающих уникальными физико-механическими свойствами.Механические свойства бамбука часто выше (обычно в два-три раза), чем у обычных пород древесины, и он стал очень важным сырьем для домашнего хозяйства / строительства. Бамбук в коммерческих целях используется для производства полов внутри и снаружи помещений, мебели и строительных деревянных конструкций. Некоторые эксплуатационные дефекты / недостатки бамбука были эффективно устранены благодаря новым технологиям, таким как бамбуковый скримбер, который облегчает проникновение на рынок / принятие бытовых и строительных товаров на основе бамбука.

Полная статья

Бамбук как новый источник сырья для производства товаров для дома и строительства

Hongyun Qiu, ^a Jianfeng Xu, ^{a, b,} * Zhibin He, ^b Ling Long, ^a и Xiaopeng Yue ^c

Бамбук — это категория быстрорастущих и широко распространенных многолетних растений, обладающих уникальными физико-механическими свойствами. Механические свойства бамбука часто выше (обычно в два-три раза), чем у обычных пород древесины, и он стал очень важным сырьем для домашнего хозяйства / строительства.Бамбук в коммерческих целях используется для производства полов внутри и снаружи помещений, мебели и строительных деревянных конструкций. Некоторые эксплуатационные дефекты / недостатки бамбука были эффективно устранены благодаря новым технологиям, таким как бамбуковый скримбер, который облегчает проникновение на рынок / принятие бытовых и строительных товаров на основе бамбука.

Ключевые слова: бамбук; Товары для дома; Строительные изделия; Бамбуковая сетка

Контактная информация: a: Научно-исследовательский институт деревообрабатывающей промышленности Китайской академии лесного хозяйства, Пекин 100091, Китай П.Р.; b: Кафедра химического машиностроения, Университет Нью-Брансуика, Фредериктон, NB E3B 5A3, Канада; c: Университет науки и технологий Шэньси, Сиань 710021, Китай П.Р .;

* Автор, ответственный за переписку: [email protected]

Продукция из бамбука (подсемейство Bambusoideae) играет все более важную роль в лесной промышленности в последние годы. Существует 115 родов и более 1400 видов бамбуковых растений, среди которых известно 100 видов хозяйственных растений бамбука.В глобальном масштабе бамбук в основном распространен в Азиатско-Тихоокеанском регионе (65%), затем следуют регион Северной и Южной Америки (28%) и Африканский регион (7%). В Китае насчитывается более 40 родов и более 500 видов, из них около 6,01 млн. Га ² бамбуковых лесов, что составляет около 1/3 общей площади бамбуковых лесов в мире.

Преимущества в производительности Bamboo

Бамбук — это возобновляемый материал биомассы, который имеет высокий годовой выход биомассы с площади земли.Межузловые ячейки бамбука расположены строго в продольном направлении, без радиально ориентированных ячеек, таких как лучевые ячейки. Эти уникальные микроструктурные особенности оказывают значительное влияние на долговечность и прочность бамбука и процесс производства изделий из бамбука, такие как низкая плотность, высокая прочность и жесткость. Прочность на разрыв бамбукового волокна (650 МПа) близка к прочности на разрыв стали (от 500 до 1000 МПа) и примерно вдвое больше, чем у дерева. Кроме того, гибкость бамбукового волокна намного выше, чем у стали.Прочность на сжатие бамбука находится в диапазоне от 40 до 80 Н / мм ² , что в два-четыре раза выше, чем у большинства пород древесины. В общем, бамбук — это легкий и высокопрочный материал биомассы (Scurlock et al. 2000).

Бамбук, произрастающий в разных регионах / условиях, можно разделить на две основные категории: кустовый бамбук и рыхлый бамбук. Между разными типами бамбука есть различия в морфологии и характеристиках. Большая часть азиатского бамбука с прочными, легкими и гибкими стеблями использовалась в качестве строительных материалов.Бамбук Moso ( Phyllostachys edulis ) является наиболее важным для этой цели с базовой плотностью более 0,64 г / см ³ в возрасте двух лет, средней статической прочностью на изгиб 138 МПа и 10,44 ГПа. среднего модуля упругости при изгибе.

Разработки приложений Bamboo

Существует около 100 экономически важных видов бамбука. В 80-е годы общий доход от производства бамбука и изделий из него достиг 4,5 миллиарда долларов США.В 2005 году мировой рынок бамбуковых продуктов составил около 7 миллиардов долларов США. К 2015 году это число выросло до поразительных 60 миллиардов долларов США.

Китай богат бамбуковыми ресурсами и занимает ведущее место в мире по исследованию и использованию бамбука. В 2017 году объем промышленного производства бамбука составил 35 миллиардов долларов США, заняв первое место в мире, и увеличился на 11,2% по сравнению с 2016 годом (Dai et al. 2017). Все больше и больше внимания уделяется экономической выгоде и социальной ценности бамбука, и ожидаются перспективы развития бамбуковых продуктов.

Товары для дома и строительства на основе бамбука

Бамбуковые волокна используются во многих отраслях промышленности, например, в швейной / текстильной, автомобильной, целлюлозно-бумажной промышленности. Благодаря своей превосходной прочности, пожарной безопасности, влиянию на окружающую среду, безопасности пользователя, энергоэффективности и т. Д. Бамбук является одним из идеальных сырьевых материалов для производства экологически чистых товаров для дома / строительства. Фактически, на сектор домашнего хозяйства / строительства приходится от 30 до 40% годового потребления бамбука в мире.

Благодаря интенсивным исследованиям и разработкам, связанным с наукой о материалах, химией и экологией бамбука, в последние годы появилось много новых изделий из бамбука, предназначенных для домашнего использования и строительства. Примеры этих продуктов включают древесно-стружечную плиту, древесноволокнистую плиту средней плотности (МДФ), ориентированно-стружечную плиту (OSB), матовую плиту, гофрированные кровельные листы, пиломатериалы, балки, полы, клееный брус и тканый бамбук (SWB). В 2017 году мировой объем производства бамбука и ротанга достиг 60 миллиардов долларов США, из которых на Китай пришлось 35 миллиардов долларов США.Следует отметить, что бамбук как сырье для бытовой / строительной продукции не так хорошо известен в Европе / Северной Америке, как в Китае, отчасти потому, что бамбук строительной древесины в основном растет в тропических странах. Более того, Китай является лидером в разработке бытовой / строительной продукции на основе бамбука в мире и установил набор национальных стандартов для малоэтажных зданий для строительной отрасли, таких как CECS 434-2016 (техническая спецификация для круглого бамбука). -структурное здание).

По-прежнему существует несколько технических проблем с бамбуковыми изделиями для дома / строительства, например, с бамбуковыми строительными материалами для высотных зданий. Другой проблемой является недостаточное использование некоторых видов бамбука: 1) бамбук большого диаметра, такой как бамбук мозо ( Phyllostachys heterocycla Carr.), Из которых было использовано только 20-50%; 2) бамбук малого диаметра, на который приходится более 50% ресурсов бамбука, не получил широкого распространения.

Прочность и долговечность — два ключевых параметра для товаров для дома и строительства.В последние годы были разработаны композитные волокна на основе бамбука, такие как бамбуковый скримбер. Бамбуковый скримбер, новое поколение бамбуковых изделий с высокой прочностью, которое формируется путем изменения структуры бамбуковых ячеек под двойным воздействием высокого давления и смолы, стал еще одним заметным продуктом из бамбука. Китай является международным лидером в этой области, которая охватывает общие производственные процессы, разработку новых клеев и оборудования / установок (Gong et al. 2018).В Китае общий годовой объем производства составил 1,52 миллиарда долларов США в 2017 году. Бамбуковая сетка стала одним из основных продуктов китайской бамбуковой промышленности, которая использовалась для внутренних и наружных полов, мебели, контейнерных полов, строительных балок и колонн, лопасти ветроэнергетики и так далее.

Без сомнения, с увеличением количества инноваций и инвестиций ожидается появление новых изделий из бамбука для дома и строительства. Быстрорастущий бамбук стал естественной альтернативой высокому спросу на быстрорастущем рынке строительства и домашнего хозяйства.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Фонду естественных наук за финансовую поддержку [Склеивающий механизм формирования бамбукового скримбера (31470591)].

Цитированная литература

Дай, К., и Сюй, К. (2017). «Анализ мировой литературы по исследованию бамбука в период 2000-2015 гг.», Journal of Bamboo Research 36 (2), 9-15. DOI: 10.19560 / j.cnki.issn1000-6567.2017.02.002

Гонг, З., Юань, С., Чжан, Дж., Ван, Х., Ли, К., и Сюй, К. (2018). «Состояние исследований и тенденции развития оборудования для производства пиломатериалов из бамбука», Лесозаготовительное и деревообрабатывающее оборудование 46 (9), 4-9, 15. DOI: 10.3969 / j.issn.2095-2953.2018.09.001

Скарлок, Дж. М. О., Дейтон, Д. К., и Хамсб, Б. (2000). «Бамбук: недооцененный ресурс биомассы?» Биомасса и биоэнергетика 19 (4), 229-244. DOI: 10.1016 / S0961-9534 (00) 0008-6

Углеродный след от использования энергии в домашних хозяйствах в США

Значимость

В данном исследовании используются данные о 93 миллионах индивидуальных домов для проведения наиболее полного исследования выбросов парниковых газов от использования энергии в жилищах в Соединенных Штатах.Мы предоставляем общенациональные рейтинги углеродоемкости домов в штатах и ​​почтовых индексах и предлагаем корреляцию между достатком, площадью и выбросами. Сценарии демонстрируют, что этот сектор не может достичь цели Парижского соглашения до 2050 года только за счет декарбонизации производства электроэнергии. Достижение этой цели также потребует широкого портфеля энергетических решений с нулевым уровнем выбросов и изменения поведения, связанного с жилищными предпочтениями. Чтобы поддержать политику, мы оцениваем уменьшение площади пола и увеличение плотности, необходимое для создания низкоуглеродных сообществ.

Abstract

На использование энергии в жилых домах приходится примерно 20% выбросов парниковых газов (ПГ) в США. Используя данные о 93 миллионах индивидуальных домохозяйств, мы оцениваем эти парниковые газы по всей территории Соединенных Штатов и уточняем соответствующее влияние климата, достатка, энергетической инфраструктуры, городской формы и характеристик зданий (возраст, тип жилья, топливо для отопления) на формирование этих выбросов. Рейтинг по штатам показывает, что выбросы парниковых газов (на единицу площади) самые низкие в западных штатах США и самые высокие в центральных штатах.У более богатых американцев следы на душу населения на ~ 25% выше, чем у жителей с низкими доходами, в первую очередь из-за более крупных домов. В особенно богатых пригородах эти выбросы могут быть в 15 раз выше, чем в близлежащих районах. Если электрическая сеть будет декарбонизирована, то жилищный сектор сможет достичь целевого показателя сокращения выбросов на 28% к 2025 году в соответствии с Парижским соглашением. Однако декарбонизации сети будет недостаточно для достижения цели по сокращению выбросов на 80% к 2050 году из-за растущего жилищного фонда и продолжающегося использования ископаемых видов топлива (природного газа, пропана и мазута) в домах.Достижение этой цели также потребует глубокого переоснащения энергетики и перехода на распределенные низкоуглеродные источники энергии, а также сокращения жилой площади на душу населения и зонирования более плотных поселений.

Примерно 20% выбросов парниковых газов (ПГ), связанных с энергетикой, в США приходится на отопление, охлаждение и электроэнергию в домохозяйствах (1). Если рассматривать страну, эти выбросы будут считаться шестыми по величине источниками выбросов парниковых газов в мире, сопоставимыми с Бразилией и больше, чем Германия (2). К 2050 году Соединенные Штаты добавят примерно 70–129 миллионов жителей (3) и 62–105 миллионов новых домов (4).Хотя дома становятся более энергоэффективными, потребление энергии домохозяйствами в США и связанные с ними выбросы парниковых газов не сокращаются из-за демографических тенденций, расширения использования информационных технологий, цен на электроэнергию и других факторов спроса (5, 6).

Отсутствие прогресса подрывает существенное сокращение выбросов, необходимое для смягчения последствий изменения климата (7). Средняя продолжительность жизни американского дома составляет около 40 лет (8), что создает проблемы, учитывая необходимость быстрой декарбонизации. Это делает важные решения во время проектирования и строительства, такие как размер, системы отопления, строительные материалы и тип жилья.В Соединенных Штатах слияние политик после Второй мировой войны помогло переселить большую часть населения в разросшиеся пригородные домохозяйства (9, 10) с потреблением энергии и сопутствующими парниковыми газами, значительно превышающими среднемировые (11). Без решительных действий эти дома будут оставаться в «углеродной блокировке» на десятилетия вперед (12, 13).

Несмотря на срочность, принципиальные вопросы остаются без ответа. Исследователям не хватало общенациональных данных об уровне зданий, необходимых для определения штатов с наиболее энергоемким и углеродоемким жилищным фондом.Учитывая их автономию в разработке энергетической политики и строительных норм, власти штата и местные власти сочли бы это особенно полезным. Не совсем понятно, как выбросы энергии в домохозяйствах различаются по группам доходов, но это важно с учетом быстро меняющейся демографии городов и пригородов США (14). Исследования традиционно были сосредоточены на географически ограниченных случаях (15⇓ – 17) или сосредоточенных выбросах энергии зданиями с другими конечными видами использования в учете углерода (18, 19). Наконец, влияние построенной формы — пространственные отношения между зданиями — и выбросы исследовалось только для нескольких городов США (20, 21).

Неполная диагностика факторов, влияющих на выбросы, мешает нашему пониманию необходимых преобразований для решения проблемы углеродного захвата. Могут ли населенные пункты с низкой плотностью населения в Соединенных Штатах достичь долгосрочных целей по смягчению последствий изменения климата для использования энергии в зданиях, если электрическая сеть декарбонизируется? Если нет, то какие дополнительные меры (например, модернизация энергетики и замена ископаемого топлива в домашних условиях) потребуются? Должны ли будущие низкоуглеродные сообщества состоять из домов меньшего размера, построенных в населенных пунктах с высокой плотностью населения?

Чтобы ответить на эти вопросы, мы использовали данные на уровне зданий для оценки выбросов парниковых газов в ~ 93 миллионах домов в прилегающих к нему Соединенных Штатах (78% от общего количества по стране).Используя информацию на уровне домохозяйств о возрасте здания, закрытой площади, типе жилья и топливе для отопления, мы оценили влияние климата, дохода, формы здания и электросети во многих масштабах с использованием регрессионных моделей, полученных из национальной энергетической статистики. Затем мы смоделировали четыре сценария, чтобы проверить, могут ли различные технологические переходы достичь целей Парижского соглашения на 2025 и 2050 годы.

Мы обнаружили, что как потребление энергии в домашних хозяйствах, так и выбросы на квадратный метр сильно различаются по стране, главным образом, из-за спроса на тепловую энергию и топлива, используемого для производства электроэнергии («структура энергосистемы»).Анализ на уровне почтовых индексов показывает, что доход положительно коррелирует как с потреблением энергии на душу населения, так и с выбросами, наряду с тенденцией к увеличению благосостояния и жилой площади. Анализ городов и микрорайонов подчеркивает экологические преимущества более плотных поселений и степень, в которой углеродоемкие электрические сети противодействуют этим преимуществам.

Выбросы энергии в жилых домах возникают в результате сочетания факторов экономики, городского дизайна и инфраструктуры. Наши исследовательские модели, основанные на сценариях, показывают, что для значительного сокращения выбросов в жилых домах потребуется одновременная декарбонизация энергосистемы, модернизация энергоснабжения и сокращение использования топлива в домашних условиях.Сценарии также предполагают, что для создания нового строительства с низким уровнем выбросов углерода потребуются дома меньшего размера, чему можно способствовать за счет более плотных поселений. Эти результаты имеют значение как для США, так и для других стран.

Результаты

Энергия и интенсивность состояний парниковых газов.

В существующей литературе исследуется использование энергии в жилищах на душу населения и на домохозяйство в Соединенных Штатах (22, 23). Однако неясно, зависит ли эффективность от количества людей в семье, площади пола, характеристик здания или других факторов.Мы используем большие выборки жилищного фонда каждого штата (от n ∼ 10 ⁵ до 10 ⁷ ) для оценки энергопотребления и соответствующих выбросов парниковых газов на квадратный метр жилого фонда в прилегающих к нему Соединенных Штатах (далее «энергоемкость»). и «интенсивность парниковых газов»). В нашем анализе «дом» может быть зданием, состоящим только из одного домохозяйства (отдельные односемейные домохозяйства и мобильные дома) или отдельной единицей в здании, содержащем несколько домохозяйств (многоквартирные дома, двухквартирные дома / дуплексы, таунхаусы).Показатели интенсивности дают четкое представление о состоянии жилищного фонда каждого штата, независимо от демографических различий и предпочтений по размеру жилья. Мы обнаружили, что климат и, в меньшей степени, возраст здания зависят от энергоемкости, тогда как энергетическая инфраструктура сильно влияет на интенсивность выбросов парниковых газов (рис. 1 A и B ).

Энергетическая и парниковая нагрузка домов в 2015 г. по штатам США. ( A ) Энергоемкость домохозяйства, выраженная в киловатт-часах на квадратный метр (кВтч / м ² ) по штатам ( верхний ).( Нижний ) Диаграммы рассеяния показывают корреляции энергоемкости с годовой суммой среднесуточного отклонения от ∼18 ° C (65 ° F), градусо-дней ( Левый ) ( n = 49, P значение = 4,4 e -16, r = 0,87) и средний год постройки ( правый ) ( n = 49, P <5,6 e -10, r = -0,75). ( B ) Интенсивность выбросов парниковых газов в домохозяйстве, выраженная в килограммах CO ₂ -эквивалентов на квадратный метр (кг CO ₂ -э / м ² ) по штатам ( верхний ).Диаграммы рассеяния, показывающие его корреляцию с энергоемкостью домохозяйства ( слева ) ( n = 49, P = 0,002, r = 0,43) и углеродной интенсивностью электрической сети ( справа ) ( n = 49 , P = 5,2 e -12, r = 0,80).

Согласно нашим моделям, средний дом в США потреблял 147 киловатт-часов на квадратный метр (кВтч / м ² ) в 2015 году, что соответствует 143–175 кВтч / м ² из национальной жилищной статистики энергетики (24).Оценки отдельных штатов согласуются с энергетическими обследованиями зданий и инженерными моделями ( SI Приложение , Таблица SI-25). Климат, измеряемый суммой среднесуточных отклонений от ∼18 ° C (65 ° F) («градусо-дней»), тесно коррелирует с энергоемкостью домохозяйства ( r = 0,87) (рис. 1 A ). , Нижний левый ). Это согласуется с данными о тепловом кондиционировании, на которые приходится наибольшая доля потребления энергии домохозяйствами в США (25), и с другими общенациональными анализами (22, 23).Состояния в теплых или мягких регионах имеют низкую энергоемкость, тогда как энергоемкость в холодных северо-центральных и северо-восточных штатах заметно выше (Рис. 1 A , Верхний и SI Приложение , Таблица SI-30). В трех самых энергоемких штатах в 2015 году было одно из самых высоких показателей количества дней обучения: Мэн, Вермонт и Висконсин. У трех наименьших — Флориды, Аризоны и Калифорнии — одни из самых низких учебных дней.

Учитывая продолжающееся принятие жилищных энергетических кодексов (26, 27), которые устанавливают базовые требования к энергоэффективности домов, мы прогнозируем, что штаты с более новым жилищным фондом будут использовать меньше энергии.Действительно, средний год постройки здания отрицательно коррелирует с энергоемкостью ( r = −0,80) (Рис.1 A , справа внизу ), что согласуется с данными национальной статистики ( SI Приложение , Таблица SI- 29). Взаимосвязь между возрастом здания и энергоемкостью ослабляется из-за дизайнерских предпочтений, которые увеличивают потребление энергии в новых домах, таких как более высокие потолки (28).

Мы оцениваем средние выбросы парниковых газов в США как 45 кг CO ₂ -эквивалентов на квадратный метр (CO ₂ -э / м ² ), что почти идентично национальным энергетическим счетам (47 кг CO ₂ -э / м ² ) ( SI Приложение , Таблица SI-26).Хотя интенсивность парниковых газов и энергоемкость положительно коррелированы ( r = 0,43), между ними существуют значительные различия между некоторыми состояниями (рис. 1 B , нижний левый угол ). Сравнение рисунка 1 A и B показывает, что энергия и интенсивность парниковых газов совпадают в некоторых западных и северно-центральных штатах, таких как Калифорния (низкий кВтч / м ² , низкий кг CO ₂ -э / м ² ) и Иллинойс (высокая кВтч / м ² , высокая кг CO ₂ -э / м ² ), но эти меры не согласованы в других штатах, таких как Миссури (средняя кВтч / м ² , очень высокий кг CO ₂ -э / м ² ) и Вермонт (очень высокий кВтч / м ² , средний кг CO ₂ -э / м ² ) ( SI Приложение , Таблица СИ-30).

Сильная корреляция между углеродоемкостью электросети, снабжающей штат, и интенсивностью парниковых газов в домохозяйстве ( r = 0,80) может объяснить эти аномалии (рис. 1 B , внизу справа) . Производство электроэнергии с интенсивным выбросом парниковых газов может свести на нет преимущества низкой энергоемкости домашних хозяйств. Например, Флорида имеет низкую энергоемкость (97 кВтч / м ² ), но среднюю интенсивность парниковых газов (45 кг CO ₂ -э / м ² ). В Миссури средняя энергоемкость домохозяйства (165 кВтч / м ² ) сочетается с высокой углеродоемкостью центральной сети независимого системного оператора Мидконтинента (0.74 кг CO ₂ -у. страна. Государства с широким использованием углеродоемких видов топлива для отопления, такие как Мэн, где ∼2/3 домашних хозяйств отапливается мазутом (29), уменьшают преимущества низкоуглеродных сетей.

Выбросы на душу населения в США.

Выборки жилищного фонда на уровне штата подходят для оценки энергоемкости и углеродоемкости, но большие совокупные данные скрывают неоднородность в достатке, жилищном фонде и формах поселений.Чтобы понять связь между доходом, характеристиками зданий, плотностью населения (человек / км ² ) и индивидуальным бременем парниковых газов, мы оценили выбросы энергии домохозяйствами на душу населения для 8 858 почтовых индексов на всей территории Соединенных Штатов.

Использование энергии в жилых домах в Соединенных Штатах производит 2,83 ± 1,0 т CO ₂ -эквивалентов на душу населения (т CO ₂ -э / чел.), Что соответствует 3,19 т CO. статистика энергетики (1) ( SI Приложение , Таблица SI-27).По почтовым индексам выбросы парниковых газов на душу населения варьируются от 0,4 т CO ₂ -e / cap до 10,8 т CO ₂ -e / cap с межквартильным диапазоном 1,2 т CO ₂ -e / cap ( SI Приложение , рис. СИ-5).

Мы сравниваем выбросы парниковых газов для почтовых индексов с высоким и низким доходом, используя федеральные пороги бедности (30). Жители с высокими доходами выбрасывают в среднем на ~ 25% больше парниковых газов, чем жители с низкими доходами (рис. 2 A ). В энергетических моделях учет на стороне потребления обнаружил аналогичные связи с использованием данных о расходах энергии (19) и доходов в качестве объясняющей переменной (18).Данные на уровне зданий позволили зафиксировать характеристики жилья, обеспечиваемые достатком — большую площадь пола, доступ к более старым, устоявшимся районам — при сохранении эндогенного дохода для нашей модели. Мы обнаружили сильную положительную корреляцию (0,57) между доходом на душу населения и площадью на душу населения (FAC) (m ² / cap) (Рис. 2 B ). Тенденция к совместному увеличению благосостояния и FAC является ключевым фактором выбросов для более состоятельных домохозяйств. Несмотря на различия в климате, структуре сетей и характеристиках зданий в нашей выборке, доход положительно коррелирует как с потреблением энергии в жилищах на душу населения ( r = 0.33) и связанных с ними ПГ ( r = 0,16) ( SI Приложение , рис. SI-6). Анализ по штатам, который частично учитывает изменения климата, сети и строительного фонда, усиливает эту корреляцию, как показано на примере всех 48 состояний ( SI Приложение , Таблица SI-31) и четырех репрезентативных (Рис. 2 C ) .

Влияние дохода на жилую площадь и выбросы энергии домохозяйствами. ( A ) Коробчатые диаграммы выбросов на душу населения в домохозяйствах, классифицируемых как высокодоходные ( n = 7 141) или низкие ( n = 1717) в соответствии с пороговыми значениями бедности 2015 г., установленными Министерством жилищного строительства и городского развития США.Выбросы не показаны, но включены в расчет средних значений (красные линии). (95% ДИ: 0,52–0,62, P <2,2 e -16, t test) ( B ) График разброса дохода на душу населения по отношению к жилой площади на душу населения. Доход отложен на натуральной логарифмической оси ( n = 8,858, P <2,2 e -16, r = 0,57). ( C ) Диаграммы рассеяния дохода на душу населения по отношению к выбросам на душу населения для Иллинойса ( Верхний левый ) ( n = 101, P = 3.05 e -10, r = 0,58), Огайо ( справа вверху ) ( n = 364, P <2,2 e -16, r = 0,58), Аризона ( Ниже Левый ) ( n = 178, P <2,2 e -16, r = 0,72) и Техас ( n = 574, P <2,2 e -16, r = 0,55).

Существует множество литературы, демонстрирующей энергетические преимущества зданий и связанные с ними углеродные преимущества высокой плотности населения (18, 31, 32).Наши результаты также подчеркивают влияние плотности на жилую площадь и выбросы парниковых газов в жилищном секторе. Для всех почтовых индексов ( SI, приложение , рис. SI-7) и в большинстве штатов увеличение плотности населения ассоциируется с уменьшением FAC и интенсивности парниковых газов ( SI, приложение , таблица SI-31). Плотность населения (человек / км ² ) отрицательно коррелирует как с FAC ( r = -0,19), так и с выбросами парниковых газов на душу населения ( r = -0,29) по всем почтовым индексам. Наш анализ подтверждает связь ПТ-плотность и ее влияние на энергию, отмеченное с использованием региональных данных (33).Различия в интенсивности ПГ между почтовыми индексами, вероятно, отражают различия в климате, характеристиках зданий и углеродоемкости электрической сети, так что общая взаимосвязь между плотностью и выбросами ослабляется. Анализ отдельных штатов показывает силу взаимосвязи между плотностью и парниковыми газами, представленную Иллинойсом ( r = -0,76), Калифорнией ( r = -0,52) и Джорджией ( r = -0,44). Заметным исключением является Нью-Йорк ( r = 0.50), который имеет положительную корреляцию между плотностью и интенсивностью парниковых газов, вероятно, потому, что в Большом Нью-Йорке есть углеродоемкая электрическая сеть (34).

Доходы, форма постройки и выбросы в городах.

Хотя результаты на уровне почтовых индексов показывают, что плотность и FAC влияют на выбросы парниковых газов на душу населения, они не показывают, как они пространственно различаются в городах США, где проживает примерно 80% американцев (35). Более того, плотность не является городской формой (33), что затрудняет определение того, как выглядят районы с низким уровнем выбросов углерода (например,г., многоэтажки, таунхаусы) только с этой мерой. Мы пространственно распределяем наши результаты для двух городов, чтобы увидеть, как взаимодействие доходов, строительной формы и энергетической инфраструктуры распределяет выбросы по городским ландшафтам. Мы сосредотачиваемся на двух крупных столичных статистических областях (MSA), которые во многих отношениях противоречат архетипам многих городов США. Бостон-Кембридж-Куинси (население в 2015 году: 4 694 565 человек) имеет холодный климат, имеет моноцентрическую городскую форму и состоит в основном из старых зданий. Лос-Анджелес-Лонг-Бич-Анахайм (население в 2015 году: 13 154 457 человек) (8) находится в мягком климате с полицентричной планировкой и новым жилым фондом (после 1950 года).

Наша модель оценивает выбросы на душу населения как 1,67 т CO ₂ -e / cap / a в Лос-Анджелесе и 2,69 т CO ₂ -e / cap / a в Бостоне. Анализ «квартальных групп» переписи (∼1 500 жителей), являющихся косвенным представителем кварталов, выявляет существенные различия внутри города. Для начала мы сосредоточимся на группах блоков с очень высокими и очень низкими выбросами на душу населения, чтобы изолировать факторы, вызывающие выбросы ( SI Приложение , Таблица SI-32).

Районы с высоким уровнем выбросов — это в первую очередь люди с высоким или очень высоким уровнем дохода.Напротив, для обоих городов 14 из 20 кварталов с самыми низкими выбросами находятся ниже порога бедности. Разница в выбросах между соседними районами с высоким и низким доходом иногда приближается к коэффициенту 15. Для обоих городов мы обнаруживаем гораздо более высокие ППВ и более низкую плотность населения в районах с самыми высокими выбросами. Сравнение парниковых газов в богатых Беверли-Хиллз, Лос-Анджелес, и Садбери, Массачусетс, с низкими доходами Южно-Центральная, Лос-Анджелес и Дорчестер, Бостон, подчеркивает влияние построенной формы ( SI Приложение , рис.СИ-8). И Беверли-Хиллз, и Садбери — это районы разрастания пригородов: очень большие отдельно стоящие дома, изолированные на больших участках. Беверли-Хиллз демонстрирует высокую площадь застройки, что часто связано с более высокой плотностью и более низким уровнем выбросов парниковых газов (32), но дома настолько велики, что выбросы на душу населения выше, чем в Садбери, несмотря на благоприятный климат и менее углеродоемкую сеть. Дорчестер и Южно-Центральный Лос-Анджелес являются определенно городскими: небольшие участки, однообразные здания и высокая площадь застройки.В застроенной форме преобладают отдельно стоящие и двухквартирные дома, некоторые квартиры разделены на квартиры с низким коэффициентом полезного действия. Таким образом, кварталы с низким уровнем выбросов углерода не обязательно должны быть непрерывными многоквартирными домами, как многие районы Бостона с низким уровнем выбросов.

Две СУО демонстрируют различное пространственное распределение выбросов на душу населения (рис. 3 A и B ). Несмотря на полицентричную городскую форму, выбросы на душу населения в Лос-Анджелесе моноцентричны в пространстве с самыми высокими выбросами на гористой западной стороне Лос-Анджелеса (рис.3 A , Правый ). В этот район входят все 10 кварталов с самыми высокими выбросами парниковых газов на душу населения. Другие выявили общую тенденцию к увеличению выбросов в пригородах по сравнению с центральными городами США (18). Отрицательная корреляция между выбросами на душу населения и расстоянием до центра города (рис. 3 A , нижний левый угол ) показывает, что это может не иметь места для постмодернистских городов, таких как Лос-Анджелес. Относительно равномерное распределение населения играет роль (Рис.3 A , В центре слева ), но более важным является высокий процент угля в электросетях, снабжающих город, по сравнению с использованием угля для электричества в отдаленных районах MSA. (37% vs.6%) (36). В Бостонском MSA выбросы на душу населения выше в пригородах, чем в самом городе (рис. 3 B , справа ). Эти выбросы увеличиваются более последовательно с удалением от центра города, чем в Лос-Анджелесе (рис. 3 B , нижний левый угол ). Такое распределение выбросов на душу населения согласуется с классической моноцентрической городской формой плотного ядра, окруженного обширными пригородами.

Углеродный след от бытового использования энергии в Лос-Анджелесе и Бостоне.( A ) Карта выбросов на душу населения в Лос-Анджелесе. Диаграммы рассеяния показывают взаимосвязь между выбросами на душу населения и доходом ( верхний ) ( n = 6800, P <2,2 e -16, r = 0,55), плотность ( средний ) ( n = 6800, P <2,2 e -16, r = −0,15) и расстояние от центра города ( Нижний ) ( n = 6,800, P <2,2 e -16, r = -0.16). ( B ) Карта выбросов на душу населения в Бостоне. Диаграммы рассеяния показывают взаимосвязь между выбросами на душу населения и доходом ( Верхний ) ( n = 3079, P <2,2 e -16, r = 0,54), плотность ( Средний ) ( n = 3079, P <2,2 e -16, r = −0,49) и расстояние от центра города ( Нижний ) ( n = 3079, P <2,2 e -16, r = 0.20). Доход и плотность отложены на натуральных логарифмических осях. Диаметр круговой диаграммы пропорционален общему количеству выбросов.

Отрицательная корреляция между плотностью населения и выбросами на душу населения сильнее в Бостонском MSA ( r = -0,49), чем в MSA Лос-Анджелеса ( r = -0,16). Высокая углеродоемкость энергосистемы, питающей центр Лос-Анджелеса, противодействует энергетическим преимуществам компактной городской формы (18, 37). Например, выбросы на душу населения в Южно-Центральном Лос-Анджелесе вдвое превышают выбросы в низкоуглеродных кварталах MSA, несмотря на аналогичный FAC и застроенную форму ( SI Приложение , Таблица SI-32).Экономия энергии и более низкие выбросы на душу населения в густонаселенном Бостоне более очевидны, потому что различия в углеродоемкости энергосистемы между городом и пригородом менее выражены, чем в Лос-Анджелесе.

В MSA Лос-Анджелеса доход положительно коррелирует с выбросами на душу населения ( r = 0,55) (рис.3 A , верхний левый ) и FAC ( r = 0,59) ( SI Приложение , Рис. СИ-9). Мы находим аналогичную зависимость между доходом и выбросами на душу населения ( r = 0.54) (Рис.3 B , Верхний левый ), но несколько более слабая связь с FAC ( r = 0,41) ( SI Приложение , Рис. SI-9) в Бостонском MSA. На эту корреляцию влияют богатые анклавы из плотных жилых домов, такие как Бикон-Хилл и Бэк-Бэй, прилегающие к центру Бостона. Электроэнергетические предприятия с низким уровнем выбросов углерода, принадлежащие некоторым богатым пригородам, ухудшают соотношение доходов и выбросов (38).

Обсуждение

Результаты предполагают два практических вмешательства для снижения выбросов парниковых газов от бытовой энергетики: 1) сокращение использования ископаемого топлива в домах и при производстве электроэнергии (декарбонизация) и 2) использование модернизации домов для сокращения спроса на энергию и использования топлива в домашних условиях.Мы моделируем четыре сценария (базовый уровень; агрессивная модернизация энергии; декарбонизация сети с помощью агрессивной модернизации энергии; и распределенная низкоуглеродная энергия), чтобы увидеть, позволят ли эти меры существующим домам в Бостоне и Лос-Анджелесе и Соединенных Штатах в целом достичь максимальной эффективности. Цели Парижского соглашения, которые предусматривают сокращение выбросов по сравнению с уровнями 2005 года на 28% в 2025 году и на 80% в 2050 году (39).

Сценарий 1, базовый уровень, следует тенденциям, изложенным в Ежегодном прогнозе развития энергетики США (EIA) на 2020 год (5, 40, 41).Сценарий 2 «Агрессивная энергетическая модернизация» предполагает более глубокую энергетическую модернизацию дома, происходящую ускоренными темпами. Сценарий 3 «Обезуглероживание сети с помощью агрессивной модернизации энергетики» дополняет модернизацию декарбонизацией электросети на 80%. Сценарий 4 «Распределенная низкоуглеродная энергия» предполагает усиление распространения низкоуглеродных источников энергии. В таблице 1 подробно описаны эти четыре сценария, а в Приложении SI 1 приведены полные описания.

Четыре сценария декарбонизации: Сценарии моделируют пути сокращения выбросов парниковых газов для существующих домохозяйств в США к 2050 году

Сценарий 1 показывает, что Соединенные Штаты (уровень почтового индекса) могут достичь цели Парижа до 2025 года с учетом текущих тенденций (рис.4 А ). Этот сценарий кажется правдоподобным, учитывая, что углеродоемкость электроэнергетических предприятий упала на ~ 17% в национальном масштабе в период с 2005 по 2015 год ( SI Приложение , Таблица SI-22). Соединенным Штатам вряд ли удастся достичь цели 2050 года, даже при активной модернизации домов и декарбонизации энергосистемы, из-за продолжающегося использования ископаемого топлива в домашних условиях. Сценарий 4 показывает, как это преодолевается многоаспектной стратегией. Печи на природном газе и системы электрического сопротивления по-прежнему отапливают половину домов в США, но тепловые насосы используются в три раза быстрее, чем в сценарии 1, что сокращает потребление электроэнергии и вытесняет топливо.Распределенное низкоуглеродное производство энергии в форме комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) с использованием ископаемого и углеродно-нейтрального топлива, фотоэлектрических и солнечных водонагревателей является заметным явлением, причем около 40% домов используют по крайней мере один из них. технологии ( SI приложение , таблица SI-24).

Пути к достижению целей Парижского соглашения в 2025 и 2050 годах в области использования энергии в жилищном секторе. Сценарии 1–4 для декарбонизации электросети, модернизации бытовой энергетики и решения проблемы использования топлива в домашних условиях.Сценарий 1: эталонный сценарий прогнозируемых темпов декарбонизации сети и модернизации домов согласно данным Управления энергетической информации США. Сценарий 2: агрессивная энергетическая модернизация домохозяйств. Сценарий 3: агрессивная модернизация энергоснабжения дома и декарбонизация энергосистемы. Сценарий 4: декарбонизация энергосистемы, агрессивная модернизация энергоснабжения дома и распределенная низкоуглеродная энергия. Результаты получены для 8 588 почтовых индексов в США ( A ), 3079 групп блоков в Бостоне ( B ) и 6800 групп блоков в Лос-Анджелесе ( C ).

Выбросы на душу населения в Лос-Анджелесе уже ниже целевого показателя в Париже до 2025 года (рис. 4 B ). Город выполняет цель Парижа к 2050 году в сценарии 1 из-за низкого базового спроса на энергию и значительной декарбонизации энергосистемы. Более глубокая декарбонизация и более агрессивная модернизация сокращают выбросы почти вдвое по сравнению с парижской целью в сценарии 4. Хотя Бостон достигает цели 2025 года в сценарии 1, высокий базовый спрос на энергию и продолжающееся домашнее использование топлива не позволяют городу достичь цели 2050 года, несмотря на значительную сеть. декарбонизация (рис.4 С ). Дополнительная декарбонизация сети и агрессивная модернизация не преодолеют этот недостаток в сценариях 2 и 3. В сценарии 4 Бостон достигает цели 2050 года, установив тепловые насосы в 30% домов и используя распределенные низкоуглеродные источники энергии в 40% домов.

Результаты нашего сценария показывают, что значительного сокращения выбросов в жилищном секторе можно достичь в Соединенных Штатах путем сочетания стратегий производства и потребления. Что касается производства, наиболее важным является обезуглероживание электрических сетей.Текущие прогнозы предусматривают продолжение замены угля природным газом (26). Для достижения целей Парижа в жилом секторе требуется более полная декарбонизация. Например, в сценарии 4 и относительно базового сценария 2050 года энергосистема включает сокращение использования угля на 86% и увеличение использования возобновляемых источников энергии на 60%. Системы, обеспечивающие ТЭЦ, могут дополнить некоторые из этих сдвигов в сочетании генерации в больших объемах. В сценарии 4 использование когенерации удваивается (42). Стратегии со стороны потребления включают «глубокую» модернизацию энергоснабжения для снижения нагрузки на отопление, охлаждение и освещение.Отдельные дома также могут быть источником энергии с низким содержанием углерода. Мы включили местные солнечные батареи или водонагреватели в одну треть домов в сценарий 4. Эти системы требуют накопления энергии на месте и подключения к сети, чтобы максимизировать их эффективность.

Обновление окон и установка тепловых насосов и солнечных систем требует вложений со стороны домовладельцев. Положительная взаимосвязь между доходом и выбросами предполагает, что американцы с самыми высокими выбросами также находятся в лучшем экономическом положении, чтобы нести эти расходы.Уменьшение углеродного следа домов в США открывает возможности для борьбы с энергетической бедностью (43). По оценкам, для 25 миллионов домохозяйств в США ежегодно счета за электроэнергию заменяют покупку продуктов питания и медикаментов (24). Переоборудование домов в районах с низким доходом при финансовой поддержке правительства, возможно, финансируемой за счет углеродных сборов в отдельных отраслях промышленности, может сократить выбросы и счета за электроэнергию. В то время как высокие арендные ставки в районах с низким доходом и связанное с этим несоответствие интересов арендатора и арендодателя препятствуют энергетическому ремонту (44), технический потенциал велик.Например, фотоэлектрические установки на крышах домов являются подходящей технологией для более чем половины жилых домов в районах с низким доходом в Соединенных Штатах (45).

Новые дома нуждаются в энергосбережении (например, окна с низким коэффициентом излучения, изолированные бетонные формы) и энергосберегающих технологиях отопления и охлаждения, а также, по возможности, в местных источниках с низким содержанием углерода. Достижение цели 2050 года в Париже также требует фундаментальных изменений в построенной форме сообществ. Новые дома должны быть меньше по размеру, при этом FAC в почтовых индексах соответствует целевому показателю 2050 года в сценарии 4, который будет на 10% ниже текущего среднего значения (рис.5 A и SI Приложение , Таблица SI-33). Сокращение FAC еще больше в некоторых штатах, где ожидается значительный рост населения, таких как Колорадо (сокращение на 26%), Флорида (сокращение на 24%), Джорджия (сокращение на 13%) и Техас (сокращение на 14%). Хотя в некоторых штатах сокращение кажется резким, FAC в этих небольших домах аналогичен аналогичному показателю в других богатых странах (22).

Встроенная форма и цель Парижского соглашения до 2050 года. Атрибуты районов, соответствующих цели Парижского соглашения в сценарии 4, относительно среднего показателя 2015 г. в каждом штате и двух рассматриваемых городов для FAC ( A ), плотности населения (человек / км ² ) ( B ) и процента односемейные дома ( C ).Отсутствие значений указывает на отсутствие разницы между сообществами, достигающими Парижской цели 2050 года в сценарии 4 и в среднем за 2015 год. Северная Дакота не показана, так как в ней не хватало сообществ, которые соответствовали цели 2050 г. Результаты для всех сценариев в SI Приложение , Таблицы SI-30–32.

Увеличение плотности населения оказывает понижательное давление на FAC из-за нехватки места, цен на землю и других факторов. Зонирование для более плотных поселений лучше стимулирует небольшие дома с меньшим потреблением энергии, чем дома на одну семью на больших участках.Районы, отвечающие цели Париж-2050, были на 53% плотнее в Бостоне, MSA, чем в среднем за 2015 год (рис. 5 B и SI, приложение , таблица SI-34). Это соответствует ∼5000 жителей / км ² , что является критическим порогом для энергоэффективности дома в сообществах США (31). Если построены с использованием небольших участков и высокой площади застройки, эта плотность достигается за счет сочетания небольших многоквартирных домов и скромных домов на одну семью (например, SI Приложение , Рис. SI-8, Bottom ).На национальном уровне плотность должна увеличиться в среднем на 19% со значительными различиями между штатами. Несмотря на скромность, он требует строительства меньшего количества домов на одну семью (Рис. 5 C и SI Приложение , Таблица SI-35). В сценариях 1–3 предусмотрены более существенные изменения КВС и строительной формы.

Следует отметить, что даже самые высокие оценочные плотности попадают в нижнюю часть диапазона того, что считается жизнеспособным для поддержки общественного транспорта (4). Таким образом, низкоуглеродные дома не обязательно подходят для низкоуглеродных сообществ.Более высокая плотность (и смешанная застройка), вероятно, потребуются, чтобы вызвать заметные побочные эффекты, такие как увеличение переноса низкоуглеродных газов (18, 32, 46) и связанные с этим экономические, медицинские и социальные выгоды (32, 33).

Реализация этих стратегий должна происходить во всех секторах и масштабах. Для декарбонизации электроэнергетики требуется региональная координация. Глубокая модернизация домашних систем энергоснабжения, вероятно, потребует налоговых льгот и механизмов льготного кредитования. Северо-восток Соединенных Штатов представляет собой пример координации политики, где региональные ограничения по выбросам парниковых газов и торговая система приводят к декарбонизации энергосистемы (47), а налоговые льготы стимулируют домовладельцев к постепенному отказу от мазута (48).Обновление практики федерального кредитования и муниципального зонирования, которые долгое время способствовали расширению пригородов (9), и использование региональных зеленых поясов для ограничения разрастания городов (49) могут способствовать созданию сообществ с низким уровнем выбросов углерода. Планировщики должны использовать естественную синергию между плотностью населения, общественным транспортом и энергетической инфраструктурой (например, централизованным теплоснабжением) при строительстве этих сообществ.

Все эти меры должны осуществляться согласованно. Несмотря на амбициозность, нынешняя форма жилищного фонда США является не только результатом предпочтений потребителей, но и политикой, принятой с 1950-х годов, которая привела к скоординированным действиям во всех секторах (например,г., финансовые, строительные, транспортные) и масштабы (индивидуальные, муниципальные, государственные, национальные) (9). Точно так же всплеск крупномасштабных проектов Ассоциации общественных работ (например, плотины Гувера) в рамках Нового курса в 1930-х и 1940-х годах фундаментально сформировал структуру энергетического сектора США. Учитывая эту историю, вполне возможно, что концентрированные усилия могут позволить жилому сектору США достичь целей Парижского соглашения.

Материалы и методы

Подготовка данных.

Данные на уровне зданий были взяты из CoreLogic (50), базы данных стандартизированных записей налоговых инспекторов по ~ 150 миллионам земельных участков в США.Мы использовали версию данных начала 2016 года, охватывающую жилищный фонд США в 2015 году. Эти данные содержат ключевую информацию для оценки энергопотребления каждого домохозяйства: широта и долгота здания, год постройки, землепользование, тип жилья (отдельно стоящее, двухквартирное, квартира, мобильный дом), термически кондиционируемая площадь пола (далее «площадь»), количество квартир и топливо для отопления. Топливо для отопления описывает 35 распространенных систем отопления и топливных комбинаций (см. SI Приложение , Таблица SI-5).Мы использовали данные по 92 620 556 домохозяйствам в США на прилегающих территориях Соединенных Штатов (за исключением Аляски, Гавайев и территорий США), что эквивалентно 78,4% от общего количества предполагаемых единиц жилья в США в 2015 году (24).

Данные CoreLogic включают жилые, коммерческие, производственные и другие типы зданий. Мы изолировали жилые дома с использованием землепользования и типа здания в качестве фильтров (см. SI Приложение , Таблица SI-1). Мы исключили институциональные жилища (например, общежития, тюрьмы), поскольку они не отражают место проживания большинства американцев и представляют собой переходные жизненные ситуации.Мы удалили записи, в которых не указаны год постройки, местоположение или площадь. Мы также удалили записи с необоснованно большими или маленькими площадями с учетом характеристик жилья в США (см. Приложение SI , рис. SI-1 и таблицу SI-2). Мы проверили данные по многоквартирным домам, чтобы убедиться, что количество квартир, площадь на квартиру и общая площадь здания согласованы и находятся в разумных пределах. Время от времени мы оценивали количество квартир в здании, что увеличивало первоначальные 83 317 764 полезные записи до 92 620 556.Мы восполнили недостающие виды топлива для отопления помещений, используя данные Американского жилищного исследования (AHS) (51). Мы назначили топливо для водяного отопления вероятностно на основе топлива для обогрева помещения и местоположения домохозяйства. Приложение SI 1 описывает все этапы предварительной обработки данных.

Модель использования энергии и парниковых газов.

Мы оценили общий спрос на топливо и электроэнергию для каждого домохозяйства в 2015 году с использованием регрессионных моделей, полученных из обследования потребления энергии в жилых домах (RECS), проведенного Управлением по энергетической информации США за 2015 год (24).Исходными данными были атрибуты на уровне зданий, климатические данные на уровне округов (52), цены на топливо на уровне штата (53⇓ – 55) и электричество (56), а также статус между городом и деревней (8). Мы провели 10 симуляций Монте-Карло, чтобы проверить влияние неопределенности параметров и вероятностного распределения топлива. SI Приложение, Приложение 1: Методологические подробности подробно описывает все источники данных для оценки и модели энергии и парниковых газов.

Для расчета отопления помещений и нагрева воды мы разработали 10 моделей, охватывающих потребление электроэнергии, природного газа, мазута, жидкого пропана и других видов топлива (например,г., дрова, уголь). Мы разработали две дополнительные модели электричества для охлаждения помещений и нетеплового использования (например, бытовые приборы и бытовая электроника). По форме модели были логлинейными. SI Приложение , Таблицы SI-6–17 детализируют коэффициенты модели и статистику. Соответствующие модели были назначены на основе площади каждого дома и топлива для нагрева воды. Мы сделали приоритетными данные из CoreLogic, при необходимости заменив их данными из AHS. AHS считает дома, использующие уголь, пропан, дрова, солнечную энергию, природный газ, электричество или другие виды топлива в каждой группе блоков.Каждая модель использует вероятностно назначенные виды топлива для отопления помещений и воды для домохозяйств по мере необходимости. Это минимально повлияло на результаты агрегированной модели (приложение SI, приложение , таблица SI-28).

Мы преобразовали топливо в выбросы с использованием коэффициентов EIA (57), а электричество в выбросы (включая потери в линиях) с помощью данных eGrid Агентства по охране окружающей среды США (34). Мы провели субдискретизацию коммунальных сетей в Бостонском штате MSA и Лос-Анджелесе, чтобы зафиксировать пространственные изменения в покрытии электрической сети (58). Интенсивность парниковых газов для электрических сетей Лос-Анджелеса была взята из энергетического атласа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (20) и указана на этикетках с раскрытием информации о питании, а для сетей Бостона — с этикеток с указанием сведений о мощности. SI Приложение , Таблица SI-20 показывает сетки и интенсивности углерода. Мы исключили выбросы от добычи и переработки топлива, которые примерно одинаковы (8–11%) на всей территории Соединенных Штатов (16).

Анализ результатов.

Модель оценки энергии и парниковых газов для индивидуальных домов. Мы оценили энергоемкость и интенсивность выбросов парниковых газов для каждого штата, разделив расчетную используемую энергию и выбросы парниковых газов на общую площадь в выборке каждого штата. Мы оценили количество тонн эквивалента CO ₂ на душу населения в год путем деления общего количества парниковых газов для каждого почтового индекса или группы кварталов на население 2015 года (8).Чтобы уменьшить недооценку, мы исключили почтовые индексы и группы блоков с отсутствием более 10%. Мы исключили небольшие выборки (<100 жителей или <200 домов) для контроля выбросов, и мы удалили области с m ² на человека в нижнем и верхнем процентилях, поскольку высокие и низкие значения указывают на ненадежные оценки населения или площади. Наша последняя подвыборка включала 8 858 почтовых индексов США (охватывающих около 60 000 000 домашних хозяйств и половину населения США), 3 079 блочных групп в Бостоне MSA и 6 800 блочных групп в Лос-Анджелесе.В двух MSA точечные данные по CO ₂ тонны / шапка пространственно интерполируются с использованием многоуровневых b-сплайнов с пространственным разрешением 30 м (пороговая ошибка = 0,001) (59).

Министерство жилищного строительства и городского развития США устанавливает критерии для домохозяйств с «низким доходом», «очень низким доходом» и «чрезвычайно низким доходом» в каждом округе США в 2015 году в соответствии со средним доходом домохозяйства и количеством членов домохозяйства (30 ). Мы обозначили почтовый индекс как низкий доход, если его средний доход падает ниже порога «низкого дохода», установленного для среднего числа людей в семье в этом почтовом индексе.

Сценарии.

Было протестировано четыре сценария, смогут ли декарбонизация сети, модернизация энергоснабжения и распределенные низкоуглеродные энергетические системы соответствовать целям Парижского соглашения для существующих домов в США. Соединенные Штаты обязались сократить выбросы парниковых газов на 28% к 2025 году и на 80% к 2050 году по сравнению с уровнями 2005 года (39). Для бытовой энергетики это соответствует 2,64 т CO ₂ -э / кап в 2025 году и 0,65 т CO ₂ -у.е. / кап в 2050 году. Сценарии исключали выбросы, связанные с производством и внедрением технологий, необходимых для реализации этих переходов.Хотя к 2050 году он может стать значительным, мы также исключили электроэнергию, используемую для зарядки электромобилей, которая относится к транспортному сектору.

Все сценарии учитывают прогнозируемое уменьшение количества дней в градусах тепла и увеличение дней в градусах похолодания из-за изменения климата. Прогнозы изменения климата основаны на «Репрезентативной траектории концентраций 4.5», согласно которой к 2100 году средняя глобальная температура повысится на 1,8 ° C (60). Различия в темпах внедрения технологий, эффективности и сроках службы, интенсивности электрических сетей и улучшениях изоляции зданий в сценариях 1–3 взяты из Ежегодного прогноза развития энергетики на 2020 год (40).Сценарий 4 предусматривает повышение уровня проникновения высокоэффективного бытового оборудования для отопления и охлаждения, более агрессивную модернизацию для улучшения теплоизоляции зданий и более широкое развертывание распределенной низкоуглеродной генерации энергии в соответствии с Парижским соглашением 2050 года. Приложение SI 1 содержит дополнительные сведения о сценариях.

Сценарий 1: Исходный уровень.

Электрические сети декарбонизируются с той же скоростью, что и прогнозируемый в базовом сценарии Годового прогноза развития энергетики на 2020 год.Оборудование для обогрева и охлаждения помещений и водонагреватели в каждом доме списываются по ставкам, соответствующим среднему сроку службы, оцененному EIA, таким образом, чтобы окончательная рыночная доля различных технологий в модели соответствовала прогнозам Annual Energy Outlook 2050. Установленное оборудование имеет прогнозируемую среднюю рыночную эффективность для данной технологии на момент установки (61). Энергопотребление, рассчитанное с использованием 12 регрессионных моделей, было скорректировано с использованием соответствующего коэффициента эффективности из литературы.Мы предполагаем, что потребление электроэнергии в бытовой электронике будет умеренным (1,1% в год), но это в значительной степени компенсируется более эффективным освещением и бытовой техникой. Более широкое внедрение оборудования для кондиционирования воздуха в жилищный фонд США из-за изменения климата было оценено с использованием эмпирических соотношений между прогнозируемыми днями охлаждения и проникновением систем кондиционирования воздуха в городах США (62). Обшивки зданий модернизируются в соответствии с Международным кодексом энергосбережения (40) со скоростью 1,1% в год по всему жилому фонду, что обеспечивает снижение потребности в отоплении на 30% и снижение нагрузки охлаждения на 10% для домов до 2015 г. Базовый показатель на 2015 год.

Сценарий 2: Модернизация агрессивной энергетики.

Этот сценарий подчеркивает декарбонизацию за счет более эффективных бытовых приборов и электроники. Он идентичен сценарию 1, за исключением того, что когда бытовое отопительное или охлаждающее оборудование выводится из эксплуатации, оно заменяется лучшим в своем классе КПД для данной конкретной технологии за год установки. Мы также предположили, что бытовая электроника и бытовая техника достигают более высокого КПД, как прогнозируется в Ежегодном энергетическом прогнозе, что в конечном итоге снижает спрос на электроэнергию.

Принята агрессивная программа модернизации энергоснабжения, в соответствии с которой в период с 2015 по 2050 год модернизируется 60% фонда зданий (годовая скорость модернизации 1,7% по сравнению с 1,1% в годовом энергетическом прогнозе), в соответствии с аналогичными сценариями глубокой модернизации в других странах. проекции энергопотребления зданий (например, BLUE Map, 3CSEP) (63, 64). Модернизированные дома снижают базовую тепловую нагрузку на 49% и охлаждающую нагрузку на 25%, что составляет половину от оптимально достижимой экономии за счет устранения инфильтрации, улучшения изоляции и новых окон согласно оценкам Министерства энергетики США (65), аналогично наблюдаемой экономии в «глубоких» ”Энергетическая модернизация в Соединенных Штатах (66).Улучшение изоляции и окон не обязательно происходит одновременно с модернизацией оборудования для обогрева и / или охлаждения. Выполнение таких этапов глубокой модернизации энергоснабжения с меньшей вероятностью встретит сопротивление владельцев из-за длительных сбоев, высоких первоначальных капитальных затрат и других проблем (66).

Сценарий 3: декарбонизация энергосистемы с помощью агрессивной модернизации энергетики.

В этом сценарии проверялось, может ли декарбонизация электросети способствовать достижению цели Париж-2050. Электрическая сеть соответствует сценарию «надбавка за двуокись углерода в размере 15 долларов США» в Ежегодном энергетическом прогнозе на 2020 год, который прогнозирует снижение на ~ 80% интенсивности CO ₂ от производства электроэнергии по сравнению с 2005 годом, усредненным по сетям США.Снижение связано в первую очередь с преобразованием угля в газовые паровые электростанции и заметным увеличением мощности традиционных гидроэлектростанций, геотермальных источников, биомассы, солнца, ветра и других низкоуглеродистых источников (5). Все остальные аспекты модели идентичны сценарию 2.

Сценарий 4: Распределенная низкоуглеродная энергия.

Фоновые электрические сети и скорость модернизации корпуса остаются неизменными по сравнению со сценарием 3, но существенные изменения вносятся в сочетание технологий нагрева и охлаждения, и повышенное внимание уделяется распределенным источникам энергии с низким содержанием углерода.Сценарии включают сбалансированный портфель технологий и сохраняют некоторые традиционные технологии на основе ископаемого топлива, что, как правило, считается наиболее реалистичным будущим для энергетики и жилого сектора США (67).

Этот сценарий предполагал более высокие темпы внедрения низкоэнергетического домашнего оборудования для отопления и охлаждения, чем Годовой энергетический прогноз. Обычные печи были выведены из эксплуатации с более высокими темпами, особенно с использованием газовых и масляных технологий, и заменены наземными, электрическими и газовыми тепловыми насосами с наивысшей доступной эффективностью.Модельное размещение новых технологий ограничено условиями окружающей среды и характеристиками жилья. Например, геотермальные тепловые насосы были ограничены односемейными и полуквартирными домами, в которых с большей вероятностью будет достаточно места для контуров заземления. Электрические тепловые насосы предпочтительнее тепловых насосов, работающих на природном газе, в регионах США с более высокими охлаждающими нагрузками, поскольку первые значительно более эффективны при охлаждении помещений (61).

Сценарий включает умеренное развертывание распределенных энергетических систем.Например, доля ТЭЦ, снабжающих дома, к 2050 году увеличилась вдвое до ~ 15%. В первые годы прогнозирования когенерационные установки полагались на турбинные системы и поршневые двигатели, но затем переключились на топливные элементы, которые обеспечивают более сбалансированную мощность -тепловой коэффициент по мере развития технологии после 2030 г. (64). Доля безуглеродного сырья была увеличена с 10% в 2015 году до 75% в 2050 году. Эти системы были ограничены районами со средней и высокой плотностью населения, где капитальные затраты и потери при распределении были бы реалистичными.Две пятых домов были оборудованы фотоэлектрическими или солнечными водонагревателями, что является умеренной оценкой для потенциального солнечного покрытия в США (45), причем последние сконцентрированы на юго-западе США, где солнечная инсоляция наиболее высока. Мы не моделируем явным образом распространение ветровой энергии, хотя это подразумевается в прогнозах ОВОС для декарбонизирующей электросети.

Доступность данных.

Данные и код, подтверждающие выводы этого исследования, доступны на платформе Open Science Framework (DOI: 10.17605 / OSF.IO / Vh5YJ), за исключением данных CoreLogic, которые можно приобрести в CoreLogic Inc. (https://www.corelogic.com/).

Благодарности

Мы с благодарностью признаем финансовую поддержку этой работы Национальным научным фондом в рамках Программы экологической устойчивости (Премия 1805085). Авторы благодарны К. Артуру Эндсли за помощь в понимании данных CoreLogic. Спасибо Нэнси Р. Гоф за помощь в редактировании. Мы также хотели бы поблагодарить Erb Institute for Global Sustainable Enterprise при Мичиганском университете за их щедрую поддержку этой работы.

Сноски

• Авторы: B.G., D.G., and J.P.N. спланированное исследование; Б.Г. проведенное исследование; B.G., D.G. и J.P.N. проанализированные данные; Б.Г. и J.P.N. написал статью; и Б. и Д. произведенная графика.

• Авторы заявляют об отсутствии конкурирующей заинтересованности.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

• Размещение данных: данные и код, подтверждающие выводы этого исследования, доступны на платформе Open Science Framework (DOI: 10.17605 / OSF.IO / Vh5YJ), за исключением данных CoreLogic, которые можно приобрести в CoreLogic Inc. (https://www.corelogic.com/).

• Эта статья содержит вспомогательную информацию в Интернете по адресу https://www.