カーボンネガティブ建築

İçindekiler

カーボンネガティブ、ネットゼロ、カーボンニュートラルの概念の定義

各用語の意味。
ネットゼロCO₂とは、排出されるCO₂と吸収されるCO₂のバランスが取れ、大気への総排出量がゼロになることを意味します。世界規模では、IPCC は「ネットゼロ CO₂」と「カーボンニュートラル」の概念を同等の概念として扱っています。カーボンネガティブ（時にはネットネガティブとも呼ばれる）とは、吸収量が排出量を上回り、その結果、大気中の CO₂ 量が以前よりも減少することを意味します。

LWK + パートナーズ

建設業界ではどのように使用されるのか？
建物では、ライフサイクル全体を通じて発生する炭素を計算します：材料生産とプロジェクト建設に起因する炭素（内部炭素、「事前炭素」を含む）、建物の運営に使用されるエネルギー、および使用寿命終了段階です。カーボンニュートラルまたはネットゼロプロジェクトは、これらの合計を相殺します。カーボンネガティブプロジェクトは、材料に炭素を貯蔵し、排出量以上の余分な炭素を除去することで、さらに一歩進んだ取り組みです。WorldGBC は、材料に起因する事前排出量が、現在から 2050 年までに新築建物の炭素排出量の約半分を占めることを強調しており、そのため、定義にはエネルギーだけでなく、具体的な炭素も含まれるべきであると述べています。

シンプルなルールです。
ネットゼロまたはカーボンニュートラルな建物は均衡状態に達します。カーボンネガティブな建物は、大気を元の状態よりも良い状態に保ちます。IEAはこれを次のように要約しています：カーボンネガティブであるためには、排出されるCO₂量よりも多くの量を除去する必要があります。

これを具体化する例。
トロンハイムにあるPowerhouse Brattørkaiaは、その寿命期間を通じてエネルギー正味プラスであり、消費量よりも多くの再生可能電力を輸出しています。エネルギープラスの概念は強力ですが、その使用期間中に発生する排出量が、除去および貯蔵される排出量を上回らない限り、自動的にカーボンネガティブと同じ意味になるわけではありません。

低炭素建築の歴史的発展

効率性から性能基準へ。
1970年代の石油危機後、最初のグリーンビルディングは省エネルギーに焦点を当てていました。1990年、英国は初の国家的な持続可能性評価システムであるBREEAMを開始しました。1991年、パッシブハウスアプローチは、超低エネルギー需要を規定しました。USGBCは、1998年にLEEDを試験的に導入し、より広範な持続可能性基準を普及させました。

ラベルから気候目標へ。
2006年、Architecture 2030は、業界をゼロカーボン建築へと導くため、2030チャレンジを発表しました。2019年には、WorldGBCの「Bringing Embodied Carbon Upfront（具体化された炭素を前面に出す）」プログラムが、業界にライフサイクル全体の炭素に焦点を当てるよう働きかけ、RIBAの2030 Climate Challenge（2030年気候変動対策）は、運用上および具体化された炭素のパフォーマンスについて段階的な目標を設定しました。

The 2030 Challenge

エネルギーから材料、そして貯蔵へ。
議論は、運用エネルギーから炭素貯蔵材料へと広がった。Nature Sustainability誌に掲載された研究によると、エンジニアリングウッドを大規模に使用することで、生物由来の炭素を貯蔵し、セメントや鉄鋼に起因する排出を削減することで、建築物ストックの一部を長期的な炭素吸収源に変えることができることが明らかになりました。スウェーデンのサラ・クルトゥルフス木造建築のような注目度の高いプロジェクトは、貯蔵された炭素とグリーンエネルギーシステムにより、約 50 年間にわたってカーボンネガティブのバランスを維持していると主張しています。

この変化が今重要な理由は何ですか？
生産性の向上にもかかわらず、建物の床面積と排出量は増加を続けています。国際的な評価では、2015年以降、建物の排出量が増加しており、材料を含むバリューチェーン全体でより包括的な対策が必要であると警告しています。既存の建物の改修も非常に重要です。なぜなら、2050 年の建築物ストックの大部分は、すでに現存しているものだからです。

21世紀のデザインにおけるカーボンネガティブの重要性

影響の規模。
方法と年によって異なりますが、建物は世界のエネルギー関連のCO₂排出量の約3分の1から5分の2を占めています。WorldGBCとArchitecture 2030は、運営と資材も含めると、建築環境が全体の約39%から42%を占めると述べています。UNEP の最新報告書によると、建築物は世界のエネルギー使用量および排出量の約 3 分の 1 を占めています。この規模は、設計上の選択が世界の炭素バランスにおいて重要な役割を果たしていることを意味しています。

気候数学。
温暖化を止めるだけでなく、過度の温暖化の後でそれを減らすために、IPCCのシナリオは、急速な削減に加えて、地球規模での正味のCO₂排出量ゼロの期間を示しています。建物では、これは運用上の排出量をほぼゼロに抑え、材料に起因する大きな初期負荷に対処することを意味します。

カーボンネガティブ設計が実際にどのように適用されているか。

構造物に炭素を貯蔵する。 木材フレームやバイオベースのコーティングは、数十年にわたり生物由来の炭素を固定することができます。都市規模では、森林が責任を持って管理され、代替効果によってセメントや鋼材の使用が削減されれば、この戦略は持続可能な炭素吸収源を形成する可能性があります。
炭素を貯蔵する材料を選択してください。 LCA（ライフサイクルアセスメント）によると、麻と石灰の混合物や藁ベースの構造物は、植物の成長と炭酸塩化作用により、製造から消費までの過程でほぼゼロ、あるいはカーボンネガティブになる可能性があることが示されています。バイオ炭で強化されたコンクリートに関する新しい研究は、強度を維持しながら、追加の炭素固定の可能性を示しています。
運用上の排出を排除し、クリーンエネルギーを輸出しましょう。 建築システムを電化し、現地の再生可能エネルギー源で稼働させ、余剰を生産するように設計してください。Powerhouse Brattørkaia のようなエネルギーポジティブな事例は、屋根やファサードが近隣住民や公共交通機関にも十分な太陽エネルギーを集めることができることを示しています。これを炭素貯蔵材料と組み合わせることで、プロジェクトはネットゼロを超えてネットネガティブになることができます。
まず、再利用と改修を前提に設計してください。 最も低炭素な建物とは、通常、解体しない建物です。グローバルな分析や報告書は、事前排出量の再増加を防ぐために、改修と循環性を強調しています。

現実世界のシグナル。
スウェーデンのサラ・クルトゥルフスは、最も高い木造建築物のひとつであり、木材に蓄積された炭素と再生可能エネルギーシステムのおかげで、50年間でカーボンネガティブになると報告されています。この主張は、透明性の高いライフサイクルアセスメント（LCA）によって検証される必要がありますが、進むべき道は明らかです。それは、バイオベースの貯蔵とゼロカーボン運営、そして慎重な寿命終了戦略を組み合わせることです。

基本原則と戦略

具体化された炭素最小化（材料、調達、建設）

まず測定し、次にカーボン予算に基づいて設計してください。
コンセプト段階から、ライフサイクル全体を通じてカーボン評価を実施し、設計プロセスを通じてこれを追跡してください。選択を可視化するために、EN 15978 ライフサイクルモジュールを使用してください。製品段階には A1～A3、輸送および現場には A4～A5、使用には B、寿命終了には C、システム境界外には D を使用します。プロジェクトのカーボン予算を決定し、設計が変更されるたびにそれを更新することで、全員が誠実に対応できるようになります。RICS の 2023 WLCA 規格は、モジュールと、それらを統一的に報告する方法を説明しています。

EPDとEC3データベースを使用して、低炭素製品を選択してください。
EN 15804+A2規格に準拠し、検証済みの環境製品宣言（EPD）を持つ材料を指定してください。Building Transparency の EC3 などのツールを使用すると、チームは製品およびサプライヤーごとに EPD を比較できるため、業界平均ではなく、お住まいの地域で最も低炭素の混合物を購入することができます。EPD 提示および最大 kgCO₂e 制限を、購入プロセスの一部として取り入れてください。

二大要因であるコンクリートと鋼鉄の炭素排出量を削減する。
コンクリートについては、適切な場合には、石灰石焼成粘土セメント（LC3）や高スラグ混合物などの代替品を使用してクリンカーを削減し、セメントの使用量を削減しながら、生コンクリートに CO₂ を注入して恒久的に結合させる CO₂ 鉱化技術を検討してください。重要な試験および調査により、LC3 はセメント関連の排出量を約 30% から 40% 削減できることが示されています。CarbonCure の Amazon HQ2 におけるケーススタディは、短期的には大規模な適用が可能であることを示しています。鋼材については、電気アーク炉から得られた再生コンテンツを優先し、可能な場合は回収部品を再利用してください。

より少ない材料とより多くの再利用部品を使用するように設計してください。
適切なサイズの開口部を使用し、効率重視の構造システムを採用し、過剰な仕様は避けてください。溶接接合ではなくボルト接合を使用して解体計画を立て、将来の再利用のために材料パスポートを保管してください。ロンドンの循環型プロジェクトの例は、ある建設現場から回収され、別の建設現場で再利用された構造用鋼材が、コストと炭素排出量の両方を削減したことを示しています。Rotor Deconstruction などの組織は、回収および再販のエコシステムがこれをどのように実践しているかを示しています。

建設現場を清掃してください。
物流の統合、廃棄物削減のための現場外でのプレハブ化、ゼロエミッション機械によるA4–A5削減を目指してください。オスロの政策では、公共プロジェクトにおいて排出ガスゼロの機器の使用が義務付けられており、実際の現場ではすでに電気設備が稼働しています。C40 のクリーン建設プログラムは、2030 年までにゼロエミッションの建設現場と大幅な炭素排出削減目標に向けて、都市および顧客向けの目標を提示しています。

具体化された炭素と運用上の炭素の一般的な状況を忘れないでください。
ネットワークが脱炭素化するにつれて、事前排出量が総影響のより大きな部分を占めるようになります。WorldGBC の「Bringing Embodied Carbon Upfront（具体化された炭素を前面に出す）」レポートによると、2020 年から 2050 年の間に、先行排出量は新築建築物の総排出量の半分以上を占める可能性があるとしています。そのため、早い段階での材料の選択が重要になります。

現地での炭素固定と生物学的戦略

炭素を建物に貯蔵し、その後透明性をもって報告してください。
丸太、藁、麻灰、その他のバイオベースの建築材料は、数十年にわたり生物由来炭素を貯蔵できます。A1～A3 の炭素除去は、シナリオに応じて C モジュールでの排出と相殺されるため、貯蔵および寿命終了時の処理を透明性をもって報告してください。既存のガイドラインを使用して逆インセンティブを回避し、木材 EPD 間で類似のものを比較してください。

緑の屋根、生きた景観、都市の樹木は、小さいながらも真の炭素吸収源です。
緑の屋根に関する研究では、広範囲のセダムシステムの場合、1平方メートルあたり0.16 kg Cの地上部バイオマス貯蔵があると推定されています。より深く、生物多様性の高い屋上では、この潜在能力はさらに高くなります。都市林業は、日陰、冷却、大気質、雨水管理、長期的な炭素貯蔵などの利点を何倍にも増幅します。種や日陰の目標を設定して設計し、i-Tree や都市規模の研究を用いて定量化し、信頼性を確保してください。

バイオ炭による土壌炭素の改善。
炭素の滞留期間を延長し、保水能力を高め、植生を促進するために、認証を受けたバイオ炭を用いて現地の土壌、植木鉢、雨水庭園を改善します。研究によると、作物残渣バイオ炭で改良された都市の青緑地は、雨水性能を向上させながら、ヘクタール当たりかなりの量の炭素を貯蔵できることが示されています。安全に使用するには、現地の基準を参照してください。

適切な場所では、パイロット生物学的炭素固定エンベロープを使用してください。
ハンブルクのBIQのような藻類光生物反応器ファサードは、別の道を示しています：建物を日陰にし、エネルギー入力を生成するガラスパネルでバイオマスを栽培します。これらのシステムはまだ初期段階であり、状況によって異なりますが、エンベロープがどのように活性炭素循環の基盤となり得るかを示しています。

再生可能エネルギーの統合と余剰エネルギー設計

まず需要を減らし、次に電化を行い、その後生産と共有を行う。
パッシブハウスの基準を満たす、あるいはそれを上回る高性能な断熱と気密性の目標から始めましょう。なぜなら、必要のない1キロワット時こそが最も安価でクリーンなエネルギーだからです。暖房と給湯をヒートポンプによる電化で実現し、負荷をカーボンニュートラルなネットワークに適合させましょう。そうして初めて、残りの需要を満たし、余剰分を得るために、現地の再生可能エネルギー源と貯蔵設備の規模を決定することができます。

PVを後付けの要素ではなく、建築要素として設計してください。
建物統合型太陽光発電システムを使用して、屋根や外壁を覆う、あるいは屋根材の代わりとなる発電装置に変えましょう。Fraunhofer ISE および IEA PVPS は BIPV の設計ガイドラインを提供しており、NREL の PVWatts システムは、質量、傾斜、向きに関する情報を提供する初期効率予測を提供しています。PV を、排水、火災、メンテナンスの詳細について、他のファサードシステムと同様に扱ってください。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778819339155

建物を柔軟なグリッド市民に変えましょう。
PVをバッテリーや制御装置と組み合わせることで、建物の負荷をシフト・削減し、再生可能エネルギーが豊富な時に充電し、グリッドが必要とする時に輸出することが可能になります。DOE および NREL は、レジリエンスを高め、柔軟性から収益を得ることができる、グリッドと連動する効率的な建物およびマイクログリッドを定義しています。これにより、余剰エネルギーは単なる素晴らしいアイデアではなく、プロジェクトの実体となります。

これまでの事例で実証され、検証済みの過剰な目標を目指しましょう。
Powerhouse Brattørkaia や Powerhouse Telemark などのエネルギープラスのショーケースは、慎重な設計、深い効率性、電化、そして大規模な太陽光発電システムによって、建物が消費する以上のエネルギーを生産でき、時には地域のマイクログリッドを通じて近隣住民や電気自動車にエネルギーを供給できることを示しています。これらを実証事例として活用し、地域の気候や政策を考慮しながら、同様の取り組みを繰り返してください。

設計の現実性を確保するための現実性チェック。
ネットワークの炭素係数は時間とともに変化し、冬は日照時間が短く、近隣の建物による日陰の影響が重要です。慎重な仮定を使用し、適用可能な場合にのみ季節的な貯蔵をモデル化し、使用後の測定された性能を公表してください。余剰が現実のものとなった場合、Aモジュールによる残留排出量を相殺し、プロジェクトのライフサイクル全体で正味の排出量をマイナスにすることができます。WorldGBCによる排出量削減の呼びかけは、低炭素排出とクリーンな運営の間のこの相乗効果を、もはや不可欠なものとしています。

材料の革新と持続可能なシステム

生物由来および炭素固定材料（例：ヘンプコンクリート、菌糸体）

炭素の貯蔵方法と数値の意味
植物は成長過程で大気中の炭素を吸収します。このバイオマスを長寿命の構造要素に閉じ込めれば、炭素を数十年にわたって貯蔵することが可能です。麻と石灰の混合物は、もう一つの特徴も備えています。石灰は結合剤として、設置後に炭酸塩化によって CO₂ をゆっくりと再吸収します。複数のライフサイクル評価では、生物由来の貯蔵を慎重に計算し、寿命終了時のシナリオが透明である場合に、麻ベースの組み立ては、非常に低い、あるいはゼロ以下のライフサイクルフットプリントを報告しています。

壁や室内空間における菌糸体複合材。
農業副産物上で培養された菌糸体は、軽量で断熱性のあるパネルやブロックを形成します。最新の LCA では、従来の壁材や鉱物断熱材よりも気候への影響が大幅に低いことが明らかになっていますが、基材の供給源や製造エネルギーによっては、いくつかの妥協点もあります。初期の用途としては、低密度と円形性が最も重要な音響パネル、間仕切り、包装代替品、非荷重用ファサードカセットなどが挙げられます。

バイオベースシステムを適切に特定する。
湿気を最優先の設計課題として扱う：通気性のある雨除けカーテン、毛細管活性塗料、開口部周辺の細心のディテールにより、バイオベース層を乾燥状態に保つ。EN 15804 準拠の EPD を要求することで、生物由来炭素の計算がすべての製品で一貫したものになるようにし、バイオベースのコーティングは、廃棄処分場へ送られるのではなく、将来再利用できるよう、逆転可能な固定剤と組み合わせる。

先進的なコンクリート代替品と低炭素セメント代替品

現在使用されている低クリンカーセメントから始めましょう。
ポートランド石灰石セメント（タイプ IL/PLC）は、通常、クリンカーに 5～15% の石灰石を混合しており、混合設計が検証されると、セメントレベルの CO₂ を約 8～10% 削減することができます。コンクリートレベルでは、これは、建設方法を変更することなく、揺りかごからドアまでの GWP で、通常 2 桁の削減を意味します。

LC3でより深い代替をスケールアップする。
石灰石-焼成粘土セメント（LC3）は、クリンカーの約半分を焼成粘土と石灰石で置き換えることで、豊富な材料と既存の設備を活用し、約30～40％の排出削減を実現します。LC3 の標準化とサプライチェーンの拡大に伴い、これは短期的には大幅な削減を達成するための実用的な方法となります。

可能な場合は、CO₂の鉱化作用とCO₂で硬化させたコンクリートを使用してください。
回収したCO₂を新鮮なコンクリートに注入すると、安定した炭酸カルシウムとして鉱化され、同じ強度でセメントの量を減らし、マトリックス内に少量のCO₂を恒久的に固定します。プロジェクト規模では、Amazon の HQ2 プロジェクトが CarbonCure 混合物を採用し、100,000 立方ヤード以上でおよそ 1,000 トンの CO₂ 削減を達成したと報告しており、短期的には大量の使用が可能であることを示しています。鉱化作用の方法を体系的に調査した結果、さまざまなコンクリート製品において、大幅な炭素削減の可能性が確認されています。

ニッチ用途向けにアルカリ活性化されたジオポリマーコンクリートを評価してください。
アルカリ活性化バインダー、前駆体、活性化剤は、責任を持って調達された場合、通常のポルトランドセメントと比較して地球温暖化の可能性を大幅に低減することができますが、LCA は他の影響カテゴリーや調達変動性においていくつかの欠点を指摘しています。硬化および品質管理が厳格なプレキャスト部材や工業用床材には、魅力的な選択肢となり得る。

より高い置換率を実現する進化する基準に従ってください。
欧州セメント基準は、CEM II/C-MやCEM VIなどのファミリーも包含するようになり、従来のセメントに比べてはるかに低いクリンカー比率を持つ多成分混合物を可能にしています。設計者は、これらの新しい結合剤を許可し、高クリンカータイプをデフォルトで使用することを避ける、性能ベースの特性を記述することができます。

カーボンキャプチャシステム、グリーンウォール、土壌システム

購入したセメントを変える産業用カーボンキャプチャー。
2025年6月、ハイデルベルク・マテリアルズはノルウェーのブレヴィクCCSを稼働開始しました。これは、セメント工場に設置された初のフルスケールの炭素回収システムであり、年間約40万トンのCO₂を回収し、ネットゼロの「evoZero」セメントを供給する能力を備えています。同社と各国政府は現在、このモデルをウェールズのパデスウッドなどの工場にも拡大しており、この10年以内に、高価ではあるものの、炭素回収セメントが真の市場選択肢となることを示唆しています。

建物統合型回収システムは新たに登場したもので、まだ普及は進んでいません。
研究者らは、屋上ユニットに取り付けられる、あるいは商業用HVACシステムに統合されるDACモジュールを試験し、大規模な室内空気流からCO₂を除去し、場合によっては室内空気質を改善し、屋外空気の必要量を削減しています。初期のモデリングや実験室でのパイロット試験は有望ですが、エネルギーやコストの制約は依然として存在しており、独立した調査では、実世界での性能が実証されるまでは過度に信頼すべきではないと警告しています。これを調査する場合は、透明性のある測定による研究開発として評価してください。

空気、熱、および微気候のための生きた壁。
植物で覆われたファサードや峡谷規模の緑化は、葉の表面での堆積物を増やすことで、道路沿いの汚染物質を減らすことができます。ストリートキャニオンモデリングの研究は、NO₂および粒子状物質の大幅な減少を示しています。また、調査では、システムが適切に設計され、適切な水やりが行われている場合、ファサードを通過する熱流が減少して冷房需要が低下することも確認されています。ポンプ、基質、交換サイクルは具体的な効果をもたらすため、そのメリットは常にライフサイクルコストと比較検討してください。

活性エンベロープパイロットとしての藻類ファサード。
ハンブルクのBIQハウスは、微細藻類を培養し、住戸に日陰を作り、熱需要の一部を満たす光バイオリアクターファサードを備えており、カーボンサイクルファサードにとって珍しい実世界の試験環境を提供しています。メンテナンスやコストの難しさから、まだニッチな解決策ではありますが、この例は、外壁が受動的なコーティングではなく、ミニバイオ工場へとどのように変貌しうるかを示しています。

水管理における炭素貯留土壌システムとバイオ炭。
地表では、都市の樹木と健全な土壌は、耐久性のある炭素貯蔵庫です。都市規模での研究によると、樹木の日陰は 1 平方メートルあたり平均 7.7 kg の炭素を貯蔵しており、日陰の成長に伴い、年間炭素貯蔵量は増加すると推定されています。認定バイオ炭を使用して植木鉢、レインガーデン、道路脇の土壌を改良すると、土壌マトリックスに長寿命の炭素が追加されると同時に、浸透や汚染物質の除去が改善され、気温や干ばつ時に植生をサポートします。これらの層は、他のシステムと同様に、原材料、粒子サイズ、投与量、浸透制御の特性に基づいて設計してください。

これをプロジェクト概要にどう追加すればよいですか？
バイオベースの貯蔵、低クリンカー結合材、測定された運用エネルギーを組み合わせた全ライフサイクル炭素目標を要求してください。市場が許容する場合、鉱物化コンクリートやカーボンキャプチャーセメントのパイロット実施を行い、結果を追跡してください。生きた壁や土壌、メンテナンス予算、湿度および健康センサー、そしてシンプルなレポート作成を気候インフラとして評価し、そのメリットを確実に把握しましょう。

デザイン、計画、モデリングツール

ライフサイクルアセスメント（LCA）とカーボンアカウンティングモデル

LCAとは何か、またどのように構成されるのか？
LCAを使用して、建物のライフサイクル全体にわたる影響を計算します。建物規模では、EN 15978 の結果はモジュールに分けられます：A1 から A3 は製品段階、A4 から A5 は建設、B は使用段階、C は寿命終了、D は再利用およびリサイクルのための越境です。方法レベルでは、ISO 14040 および 14044 が目標と範囲、インベントリ、影響評価、および解釈の原則を規定し、EN 15804 は製品 EPD の作成および報告に関する規則を規定しています。これら 3 つの基準が、信頼性の高い炭素会計の基礎を形成しています。

カウントを実用化するツール。
BIMアドオンを材料データベースとプロジェクト管理パネルと連携させます。一般的に使用されているパッケージには、Revit と Tally、モデル内アセンブリ用の無料の TallyCAT、サプライヤー固有の EPD を比較し、最大 kgCO₂e 目標を設定するための EC3、および初期段階で質量とアセンブリをテストするための Athena Impact Estimator などの、あらゆる建築計算ツールがあります。RICS の 2023 WLCA 規格は、一貫した報告と範囲によってこれらを統合しています。

チームが実際に使用しているシンプルなワークフロー。

コンセプト設計においてカーボン予算を設定し、これをEN 15978モジュールに適合させます。2) 概略設計において、建物全体のLCA調査を迅速に実施し、問題点を特定します。3) 設計開発および調達時には、EN 15804+A2 EPD を要求し、EC3 を使用して、施設およびサプライヤーごとに低炭素の混合物を選択してください。4) 納品時には WLCA を発行し、1 年間の運用後に再検討してください。この手順により、監査に備えて文書を準備しながら、建設前および使用中の排出量を削減することができます。

カーボン最適化のためのパラメトリックおよび生産的設計

パラメトリックが役立つ理由
カーボン結果は、形状、構造、外殻、システムに依存します。パラメトリックモデルを使用すると、これらの入力値を体系的に変更し、何千もの選択肢を評価することができます。NSGA-II などの多目的最適化ツール、または Wallacei、Octopus、Galapagos などの Grasshopper ツールセットは、単一の指標を追跡する代わりに、日光、エネルギー、具体的な炭素のバランスをとるパレート最適設計の検索を支援します。研究および公開アプリケーションは、NSGA-II が快適性、日光へのアクセス、負荷のバランスが取れたソリューションを見つけることを示しています。

何を最適化し、エンジンをどのように接続すべきか？
ジオメトリをエネルギーおよび日光エンジンに接続し、具体的な炭素循環を追加します。一般的に使用されるスタックは、気候分析には Ladybug Tools、Rhino-Grasshopper、Radiance、EnergyPlus の実行には Honeybee、材料効率の高い構造には Karamba3D、ライブの具体的な炭素比較には EC3 または Revit アドオンです。これにより、形状、構造、材料は、一般的なルールではなく、実際のパフォーマンスに関連付けられます。

選択肢決定段階から候補リストへ。
設計領域の探索を自動化し、結果をパレートレンズで読み取ります。NRELのOpenStudio Analysis Frameworkは、スケーラブルなパラメトリックなEnergyPlusシミュレーションを調整できる一方、Autodesk InsightはRevitワークフローに早期のカーボン読み取りを追加します。

気候に配慮した設計およびシミュレーションツール

検証済みのエンジンで気候、太陽光、風、光をモデル化します。
室内スケールから地域スケールまで、気候図や屋外快適性にはLadybug Toolsを、日照シミュレーションにはRadianceを、エネルギーモデルにはEnergyPlusを、地域エネルギーにはDragonflyをURBANoptと組み合わせて使用します。これらは、検証済みのエンジン上に構築されたオープンソースのインターフェースであり、設計者に気候に配慮した早期の選択を可視化します。

問題に応じて専門ツールを使用してください。
日照品質とグレア対策には、ClimateStudioが年間DGPワークフローとLEED日照クレジットシミュレーションを提供します。動的熱モデルおよび英国過熱防止基準については、IES VE、TM52、TM59評価をサポートします。近隣の微気候および熱低減戦略については、ENVI-met が、高解像度で植生、表面、風、放射をシミュレーションし、日陰となる樹木、涼しい素材、中庭の形状をテストします。

ケーススタディと事例プロジェクト

Powerhouse Telemark – ノルウェーのカーボンネガティブオフィスの事例

その特徴を際立たせる要素。
Powerhouse Telemarkは、ポルスグロンにある11階建てのオフィスビルです。設計チームは、このビルがライフサイクルを通じて消費するエネルギーよりも多くのエネルギーを生産し、年間エネルギー使用量を一般的な新築オフィスと比較して約70％削減すると述べています。BREEAM Excellent 認証を取得したこのビルは、ライフサイクルを通じてエネルギーのプラス化を目指すノルウェーの Powerhouse プログラムの一部です。

参考になるデザインの動き。
24度の傾斜を持つ屋根とPVで覆われた南面は、太陽エネルギーの獲得を最大化し、合わせて年間約256,000kWhのエネルギー生産が見込まれています。建物のファサードは三重ガラスで超断熱されており、地中と接続されたシステムは、深い地熱井を通じて効率的な冷暖房を提供します。テナントがインテリアを変更する場合、無駄を削減するために標準化されたインテリアが選択されています。

カーボンネガティブへの取り組み方とは？
より広範なパワーハウスの定義では、材料、建設、運営、改修、および寿命終了時に使用されるエネルギーが考慮されます。総量以上のクリーンエネルギーを輸出することで、このアプローチは、グリッド置換クレジットが与えられた場合にライフサイクル排出量を相殺し、ライフサイクル全体でネットカーボンネガティブを実現することができます。この計算方法については、コンソーシアムが発表した定義および姉妹プロジェクトであるブラットールカイアをご覧ください。

Tecla House – 3Dプリントされた炭素保持住宅

何ですか？
TECLAは、WASPとマリオ・クッチネラ・アーキテクツによって、現地産の生土を圧縮して作られた実物大のプロトタイプ住宅です。チームはこの住宅を、再生可能な現地資材で作られたカーボンニュートラルな円形住宅モデルと定義しています。

性能と製造速度。
二重ドーム構造のシェルは約200時間で印刷され、約60平方メートルの面積をカバーしています。これは、土構造が最小限の輸入資材と低い加工エネルギーで、建物規模でデジタル製造可能であることを示しています。

カーボンネガティブ設計にとってなぜ重要なのか？
壁は地元の土壌や農業繊維からバイオジェニックおよびミネラル炭素を貯蔵し、輸送や生産が最小限に抑えられるため、TECLAは超低炭素排出への道筋を示しています。これは、地元の土壌が適しており、規制が土壌構造を許可している、気候に適応した、環境負荷の少ない住宅のためのテンプレートとして最適であると言えます。

カーボンネガティブを促進するその他の新たなグローバルプロジェクト

炭素を貯蔵する背の高い木々 – サラ・クルトゥルフス、スウェーデン。
ホワイト・アーキテクテンの20階建ての文化センター兼ホテルは、文書化された炭素予算に基づいて設計されています。チームは、50 年間の総排出量は 5,631 トン CO₂e であり、これは木材に貯蔵された生物起源の炭素から得られる 10,190 トン CO₂e と、現地での PV 代替によって相殺され、フレームワークにおいて正味のネガティブバランスを達成したと報告しています。独立した報告書も同様の主張を強調し、この研究にリンクを張っています。

都市規模のエネルギー輸出業者 – Powerhouse Brattørkaia、トロンハイム。
このオフィスは、最北端のエネルギー正味プラスビルであり、建設および建材に使用されるエネルギーを含め、その寿命を通じて消費する以上のエネルギーを生産するように設計されています。平均して、1日に使用する電力の2倍以上を生産し、マイクログリッドを通じて近隣住民や電気自動車にエネルギーを供給しています。

注目すべき都市の事例 – PAE Living Building と Atlassian Central。
ポートランドにある PAE Living Building は、Living Building Challenge 認証の完全取得を目指し、現地および専用のオフサイト太陽光発電とバッテリー貯蔵を活用して、ネットゼロカーボンおよびネットポジティブエネルギーを実現するよう設計されています。シドニーにある Atlassian Central は、開発中のハイブリッド木造タワーで、事前に設定された炭素排出量を約 50% 削減し、完全に再生可能エネルギーで稼働することを目指しており、大規模な商業プロジェクトが炭素排出量とエネルギー消費の両方をどのように削減できるかを示しています。

困難、リスク、および妥協点

初期投資コストとライフサイクル利益

資金パズル。
高性能断熱材、電化、太陽光発電、およびより優れた建材は初期コストを押し上げる可能性があります。しかし、包括的な調査によると、電気代やメンテナンス費の削減により、通常、妥当な期間内に追加費用は回収され、多くの市場では、認証を受けた資産に対して賃料や価値のプレミアムが見られるようになっています。JLL は、グリーン認証オフィスについて、約 7% から 12% の賃料上昇を報告しており、これはエネルギー費用以上のビジネスモデルの強化につながっています。ただし、納入や運用が不十分な場合、パフォーマンスの差が生じるため、節約は自動的に実現するわけではありません。

誰が支払い、誰が利益を得るのか？
資金調達については、家主と賃借人の間の利害の対立により、問題が生じる可能性があります。この場合、家主は改修費用を負担しますが、光熱費の節約による利益は賃借人が享受することになります。IEA の最新のガイダンスでは、この状況が依然として最大の障壁として挙げられており、米国エネルギー省の Better Buildings リソースでは、コストと便益のバランスを取るためにグリーンリース条項を推奨しています。これらのツールは、節約分を透明性をもって共有することで、ライフサイクル価値を明らかにするのに役立ちます。

時間、許可、ネットワークの待ち行列はソフトコストを追加します。
プロジェクトの経済性が紙の上では有効であっても、現地での太陽光発電の接続と許可の遅延は、プログラムリスクと追加のソフトコストを生み出し、投資回収を減少させる可能性があります。NREL の 2024 年の更新情報とプログラムページは、待ち行列の蓄積と、許可および相互接続プロセスの円滑化が必要であることを証明しています。ROI モデルに、これらの摩擦に対する緊急時対応計画を追加してください。

技術的、規制的、およびステークホルダーの障壁

コードは進化しているが、統一されたものではない。
2021年国際建築コードでは、18階建てまで許可する新しいログ材の種類が導入されたが、その採用は管轄区域によって異なり、新たな検査および防火要件をもたらしている。保険会社や信用機関は、高層木造建築物のリスクモデルをまだ成熟段階にあり、建設中の湿気や水害の懸念を、プロジェクトを遅らせたり、再評価を引き起こしたりする可能性のある重大な保険上の問題として指摘することが多い。

人材とスキル。
大規模な低炭素建築物を建設するには、訓練を受けた設計者、施工者、試運転担当者、施設運営者が必要です。IEA の雇用分析によると、建設業界はネットゼロ達成に向けて深刻な人材不足に直面しており、多くの国際機関が、改修やヒートポンプ、建築外皮、制御システムに関するスキル不足を解消するための、対象を絞った研修の実施を求めています。予算には、研修と品質保証のための計画を立ててください。

エネルギーと接続設備。
長い接続待ち行列、不透明な料金体系、許可の変動性は、エネルギー余剰戦略やコミュニティ規模のシステムを阻害する可能性があります。NRELは、最新の業界動向レポートでこれらのボトルネックを強調しています。DOE の接続ロードマップは、結果が出るまでに時間がかかるプロセス改善を提示しています。初期段階での公共サービスの参加と段階的な設計は、これらのリスクの管理に役立ちます。

長期的なカーボン会計とレジリエンスに関する不確実性

炭素を数えることは、それを削減することと同じではありません。
ライフサイクル全体の炭素結果は、データの選択に依存します。RICS の 2024 WLCA 基準は、使用および寿命終了段階のシナリオの透明性を要求しており、英国の製品評議会は、EPD が EN 15804+A2 規則の下でも、データの品質と比較可能性の点で差異があることを指摘しています。重要なポイント：仮定を公開し、検証済みの EPD を使用し、決定が単一のデータセットに依存しないように感度テストを実施してください。

生物由来の貯蔵、タイミング、および寿命の終わりに関するものです。
木材、麻、その他のバイオベースシステムについては、一時的な貯蔵と放出の評価方法が異なります。カーボン・リーダーシップ・フォーラムは、木材 EPD 規則間の現在の不一致について詳しく説明しています。最近の調査では、動的 LCA および GWPbio は、時間軸および寿命シナリオによって異なる結果をもたらす可能性があることが示されています。設計者は、貯蔵および放出を明確に報告し、二重計算を避ける必要があります。

材料の耐久性と持続性。
湿気は、木材にとって主要な技術的リスクです。業界ガイドラインや研究では、腐朽や耐用性の問題を防止するため、建設段階における厳格な保護と湿気管理計画の重要性が強調されています。景観の炭素隔離については、バイオ炭は炭素の大部分を数十年から数世紀にわたって保持することができますが、その持続性は原材料や気候によって異なるため、仕様とモニタリングが重要となります。コンクリート中の鉱化 CO₂ は、炭酸カルシウムとして非常に安定していると見なされていますが、その明確な気候上の利点は、検証済みのセメント削減量および測定された吸収量に依存します。これら 3 つは、仮定としてではなく、導入および測定によるエンジニアリングシステムとして扱ってください。

将来の傾向と機会

スケーラブルな複製と政策インセンティブ

カーボンパフォーマンスを評価する新世代の政策。
EUが2024年に改正した建築物のエネルギー性能指令は、ゼロエミッション建築物について明確なスケジュールを定めています。公共建築物は2028年1月1日、その他すべての新築建築物は2030年1月1日です。これと並行して、EUの炭素除去・炭素農業規制（CRCF、2024/3012）は、バイオベースの建築部材も対象とし、製品における長期貯蔵を含む除去を認証するための、EU初の自主的枠組みを構築しています。これらは、エネルギーだけでなく、材料や循環性にも適用範囲を拡大した、EUの共通ライフサイクルフレームワークである Level(s) に基づいています。これらの規制は、運用効率だけでなく、ライフサイクル全体を通じてカーボンリーダーシップを評価する政策パッケージを形成しています。

迅速な拡大のための公共調達。
米国では、インフレ抑制法、GSA の Buy Clean パイロットプログラム、および EPA の低炭素材料プログラムを通じて、連邦レベルでの低炭素材料の採用に資金援助を行い、サプライヤーの EPD および地域的な低炭素混合材の利用を促進しています。都市も動き出しています。C40 のクリーン建設コミットメントは、2030 年までに大規模プロジェクトでの炭素排出量を半減させ、ゼロエミッションの建設現場を推進することを目指しており、その進捗状況は年次報告書で追跡されています。英国では、ネット・ゼロ・カーボン・ビルディング・スタンダードのパイロット版が、顧客が現在参照できる、運用面および炭素排出量のパフォーマンスに関する単一の業界横断的な基準を提供しています。

プロジェクトチームはどのように貢献できるでしょうか？
これらのツールを参照した仕様書を作成してください：EN 15804 EPD を義務化し、入札では Buy Clean スタイルの最大 kgCO₂e 閾値を使用し、設計目標を Level(s) および該当する場合は英国ネットゼロカーボンビルディング基準と整合させてください。計画段階では、ロンドンの循環経済宣言のアプローチに従い、承認段階で再利用および解体の結果を確定してください。

循環型経済と材料再利用との統合

解体から都市鉱業へ。
ロンドンの循環型経済宣言では、申請者に対し、解体から生じる廃棄物の再利用やリサイクル方法、および設計が将来の解体作業をいかに容易にするかを示すことが既に義務付けられています。これは、プロジェクトを保存し、構成部品の再利用とモジュール化に向けて変更することで、他の都市が指導や計画の条件として採用できるモデルを提供しています。

DÖNGÜSEL EKONOMİ NEDİR?

大規模な再利用のためのデータレール。
マテリアルパスポートや近く導入予定のEUデジタル製品パスポートは、建物内に何があり、それらをどのように再利用できるかを追跡するために必要なメタデータを生成します。Madaster などのプラットフォームは、資産やポートフォリオのパスポートを機能させる一方で、UKGBC および欧州委員会の Level(s) プログラムは、ライフサイクルを通じてデータをどのように標準化するかを説明しています。これらのツールは、資材を廃棄物ではなく、残余価値のある管理資産に変えます。

循環性を現実にする都市戦略。
2020 年以降、EU 政策は建設を循環経済行動計画の中心に位置付け、アムステルダムなどの都市は、2050 年までに完全に循環型都市となることを目指し、2030 年までに未使用の材料の使用を半減させる目標を掲げてこれを支援しています。より多くの計画システムでは、循環型設計報告書、解体前の在庫リスト、再利用方法の証明が求められるようになるでしょう。

カーボンネガティブ都市計画とマスタープランの可能性

材料、土壌、樹木を通じた都市の炭素吸収源。
林業が持続可能であり、土地利用の影響が管理可能であれば、マスタープランは、地域レベルでの丸太材建築を拡大することで、物理的に炭素を貯蔵することができます。ピアレビューを経た研究によると、大きな木材の使用は、建築ストックに CO₂ を貯蔵すると同時に、セメントや鉄鋼に起因する排出を防止できることが示されていますが、土地や生物多様性に関する対策も重要であると強調しています。都市は、緑色廃棄物をバイオ炭に変換することで、耐久性のある土壌炭素を追加することができます。ストックホルムのバイオ炭プログラムは、地域暖房を提供し、都市の植栽ベッドに炭素を固定しています。

クリーンエネルギーを輸出する地域規模のエネルギーシステム。
カーボンネガティブ都市は、運用時の排出量をほぼゼロに抑え、その後クリーンエネルギーを余剰生産することで実現可能です。ヒートポンプ、廃水やデータセンターの廃熱、季節的な貯蔵を統合した地域熱ネットワークは、排出量を大幅に削減し、耐久性を確保するための実証済みの方法です。DOE の URBANopt プロジェクトおよび最近の調査では、これらのネットワークの計画方法の概要がまとめられています。地域 PV および貯蔵と組み合わせることで、地域は時間の経過とともに残りの具体的な排出量を相殺することができます。

追うべき、再現可能な都市の事例。
ストックホルム・ウッドシティは、より迅速で低炭素な建設の利点を活用し、数千戸の住宅と職場を対象とした大規模な木造都市計画の実証実験である。スカンジナビアのバイオ炭プログラムやクリーン地域エネルギーと組み合わせたこの種の統合的アプローチは、ライフサイクル全体での計算と検証済みの輸出を含めると、正味の負のバランスに近づいている都市地域を示しています。最大の注意点はガバナンスです。マスタープランでは、炭素主張の信頼性を維持するために、LCA、責任ある資源利用、および使用後の測定を義務付ける必要があります。