Modernización de energía profunda - Deep energy retrofit
Una modernización de energía profunda (abreviada como DER) se puede clasificar en términos generales como una medida de conservación de energía en un edificio existente que también conduce a una mejora general en el rendimiento del edificio . Si bien no existe una definición exacta para una modernización profunda de energía, se puede definir como un proceso de análisis y construcción de todo el edificio que tiene como objetivo lograr la minimización del uso de energía en el sitio en un edificio en un 50% o más en comparación con el uso de energía de referencia ( calculado utilizando análisis de facturas de servicios públicos) haciendo uso de tecnologías, materiales y prácticas de construcción existentes. Este tipo de modernización obtiene múltiples beneficios (energéticos y no energéticos) más allá del ahorro de costos de energía, a diferencia de la modernización de energía convencional . También puede implicar la remodelación del edificio para lograr una armonía en la energía, la calidad del aire interior, la durabilidad y el confort térmico. Se recomienda un método de entrega de proyecto integrado para un proyecto de modernización de energía profunda. Un enfoque a lo largo del tiempo en un proyecto de modernización de energía profunda proporciona una solución al gran problema de costos iniciales en la ejecución integral del proyecto.
Lo siguiente es útil para alinear una perspectiva sobre la modernización de energía profunda:
"Los DER son proyectos que crean activos nuevos y valiosos a partir de residencias existentes, al alinear las viviendas con las expectativas del siglo XXI". (Brennan y Less)
Cambio climático
El 82% del consumo de energía final en los edificios fue abastecido por combustibles fósiles en 2015 Las emisiones de CO2 relacionadas con la energía dan cuenta del impacto ambiental debido a un edificio. El Informe de estado global 2017 preparado por la Agencia Internacional de Energía (AIE) para la Alianza Global para Edificios y Construcción (GABC) destaca nuevamente la importancia del sector de los edificios y la construcción en el consumo global de energía y las emisiones relacionadas. La modernización profunda de energía en las existencias de edificios existentes es fundamental para lograr los objetivos climáticos globales establecidos en el Acuerdo de París .
Modernizaciones de energía profunda frente a modernizaciones de energía convencionales
Las modificaciones de energía convencionales se centran en actualizaciones de sistemas aislados (es decir, equipos de iluminación y HVAC). Estas modificaciones son generalmente simples y rápidas, pero a menudo pierden la oportunidad de ahorrar más energía de manera rentable.
Las modernizaciones de energía profunda requieren un enfoque de pensamiento sistémico que el enfoque tradicional seguido para una modernización convencional: climatización del hogar o mejora del rendimiento típico del hogar . El enfoque del pensamiento sistémico es un paso adelante del análisis tradicional al evaluar las interacciones entre los diferentes componentes aislados en el edificio. Por ejemplo, Home Performance con ENERGY STAR ofrece un enfoque integral de toda la casa para mejorar la eficiencia energética, la comodidad y la seguridad de su hogar mientras ayuda a reducir los costos de energía solo hasta en un 20%. Además de las medidas de eficiencia tomadas para un edificio, una reforma energética profunda requiere el papel proactivo de los ocupantes en la conservación de energía. Este enfoque debe tener en cuenta todos los usos de energía en el hogar, así como las actividades de los ocupantes. Los proyectos de modernización de energía profunda son una evidencia del hecho de que la tecnología está disponible para establecer los umbrales de ahorro de energía a un límite mucho más alto que el logrado por las modernizaciones convencionales.
Las renovaciones de energía profunda logran una eficiencia energética mucho mayor al adoptar un enfoque de edificio completo, abordando muchos sistemas a la vez. Es más económico y conveniente adoptar este enfoque en edificios con un rendimiento general deficiente, con múltiples sistemas acercándose al final de su vida útil, y tal vez por otras razones.
Oportunidad en modernización de energía profunda
Las renovaciones de energía profunda y las renovaciones de energía convencional adoptan enfoques diferentes y conducen a resultados variados. En escenarios en los que se esperan mejoras de capital en un proyecto existente, la modernización energética profunda es sin duda una decisión superior para crear el mayor valor de las inversiones a largo plazo. Las renovaciones de energía profunda pueden ser oportunas para obtener los máximos beneficios en tales situaciones.
Comportamiento de los ocupantes
El éxito general del proyecto de modernización de energía profunda también depende de la inclusión de los ocupantes en todas las fases del proyecto. Las fases incluyen: contratación del proyecto, planificación del proyecto y durante el uso. El comportamiento de los ocupantes requiere que el proyecto se centre en las necesidades y deseos de los propietarios del edificio tanto como en las especificaciones técnicas. Esto determina el rendimiento real, la rentabilidad, la voluntad de progresar de un diseño a una implementación real y la satisfacción de los ocupantes. Además, la evidencia sugiere que nuestros modelos de simulación de edificios pueden volverse más precisos para una casa determinada cuando incluimos información operativa real, como puntos de ajuste del termostato, uso de electrodomésticos, etc. (Ingle et al., 2012).
Modernización a lo largo del tiempo
El reacondicionamiento en el tiempo es la implementación de un proyecto de reacondicionamiento que se planifica paso a paso a intervalos de tiempo dentro de una duración estipulada. Este enfoque generalmente se busca para las renovaciones energéticas profundas en lugar de un enfoque de una sola vez para reducir la carga de los grandes costos iniciales y dividirlo en partes de inversiones oportunas. Por lo tanto, la modernización a lo largo del tiempo podría al menos ser una opción viable para una modernización energética profunda que optar por las modernizaciones convencionales debido a limitaciones de capital. La investigación en el Reino Unido ha demostrado que las modificaciones realizadas a lo largo del tiempo pueden lograr niveles de rendimiento en el hogar iguales a los logrados por los DER de una sola vez (Fawcett, 2013; Fawcett, Killip y Janda, 2014) y se han realizado proyectos seleccionados. exitoso en los EE. UU. (Less & Walker, 2014). Aunque tal enfoque tiene sus propios pros y contras que se comparan de la siguiente manera (Less & Walker, 2015):
| Beneficios potenciales | Posibles desventajas |
|---|---|
| Disrupción menos percibida, porque se extiende a lo largo del tiempo. | Pequeñas interrupciones más numerosas. |
| Es más probable que los ocupantes puedan seguir habitando su hogar de forma continua,
sin necesidad de adaptaciones alternativas. |
Difícil de financiar tradicionalmente. |
| Los costos se distribuyen a lo largo del tiempo, lo que permite a los propietarios acumular ahorros entre las fases. | Los costos pueden ser más altos debido a tarifas repetidas y costos fijos, como
permisos, inspección y mano de obra de construcción. |
| Presente a los ocupantes los beneficios de las actualizaciones energéticas, alimentando así
su deseo de nuevas mejoras y refinamientos. |
Posible necesidad de reinvertir en medidas que no se abordan adecuadamente,
debido a la falta de una planificación cuidadosa y detallada. |
| Más alineados con la realización de mejoras incrementales en verde profundo,
según requiera el mantenimiento y la sustitución del equipo. |
Menores ahorros de energía agregada y reducción de la huella ambiental. |
| El proceso a lo largo del tiempo puede informar a los ocupantes de los efectos de su
comportamientos, y el potencial de modificación del comportamiento para reducir tanto el uso de energía como los costos del proyecto (mediante el uso del esfuerzo humano en lugar de tecnología para lograr ahorros) |
Es difícil para los ocupantes retrasar la gratificación de invertir en glamorosos
medidas de eficiencia (como la energía solar fotovoltaica o las ventanas), invirtiendo primero en los invisibles (aislamiento y sellado de aire). |
Es importante señalar que, por ejemplo, un proyecto de modernización de horas extraordinarias podría estipular las necesidades de los ocupantes a lo largo del tiempo, pero podría funcionar técnicamente de manera subóptima. También podría resultar más costoso. Hay una falta de herramientas para ejecutar proyectos a lo largo del tiempo de manera eficiente.
Estrategias para aumentar el éxito
La planificación detallada debe inculcarse desde el principio. Se recomienda incluir una evaluación posterior a la ocupación en cada etapa de implementación para hacer frente a las modificaciones necesarias en etapas futuras. El desempeño del hogar debe ser monitoreado en cada etapa, ya sea usando facturas de servicios públicos o dispositivos de retroalimentación. Esto ayuda a lograr el objetivo establecido para el consumo de energía. Debe tenerse en cuenta la implementación de la envolvente del edificio y los elementos de diseño pasivo antes de realizar importantes inversiones en HVAC y tecnología. Esto ayudará a reducir los parámetros de carga para el diseño de HVAC. Las inversiones en tecnología también deberían llegar más tarde para tener una ventaja de innovación. Las modificaciones a lo largo del tiempo, por lo tanto, pueden guiarse por estas estrategias para superar los desafíos y lograr el éxito.
Proceso de diseño y construcción
El proyecto de modernización de energía profunda tiene diferentes fases que los gobiernan: preparación, planificación del proyecto, construcción, prueba. La baliza para el proceso de diseño y construcción en proyectos de modernización energética profunda es un conjunto de necesidades, oportunidades, metas y objetivos definidos del proyecto. Esto determina completamente el proyecto general. Walker y col. Proporcionar orientación en el proceso de diseño y construcción que se puede seguir de manera flexible en proyectos de modernización energética profunda en hogares residenciales.
|
1 |
Fase de planificación previa |
|---|---|
| 1.1 | Establecer y aclarar las necesidades, oportunidades, metas y objetivos del proyecto. |
| 1.2 | Establecer una línea de base de desempeño |
| 1.2.1 | Realizar inspecciones de viviendas y auditorías energéticas. |
| 1.2.2 | Identificar los problemas de salud y seguridad de los hogares saludables |
| 1.2.3 | Establecer una línea de base de energía mediante el análisis de facturas de servicios públicos |
| 1.3 | Desarrollar metas y métricas de desempeño del proyecto |
| 1.3.1 | Establezca un objetivo de rendimiento anual o una meta de reducción de energía. |
| 1.3.2 | Establecer métricas que se utilizarán para evaluar el progreso hacia los objetivos del proyecto. |
| 1.3.3 | Establecer objetivos no energéticos del proyecto. |
|
2 |
Fase de planificación del proyecto |
| 2.1 | El equipo de diseño |
| 2.1.1 | Reúna un equipo calificado y de confianza |
| 2.1.2 | Enfoques de planificación |
| 2.1.2.1 | Planifique todos los aspectos del proyecto como si se tratara de una nueva construcción |
| 2.1.2.2 | Enfoques de sistemas integrados |
| 2.1.2.3 | Diseño de acuerdo con la meta o el objetivo de reducción de energía. |
| 2.1.2.4 | Un método de entrega de proyectos integrado |
| 2.1.2.5 | Usa modelos energéticos |
|
3 |
Fase de construcción |
| 3.1 | Planifique la adquisición de productos para un DER como lo haría con cualquier remodelación |
| 3.2 | Esté preparado para que surjan problemas inesperados |
| 3.3 | Proporcionar garantía de calidad siempre que sea posible |
| 4 | Pruébalo |
| 4.1 | Verificar la instalación y el desempeño de las medidas de adaptación. |
| 4.2 | Ponga en marcha todos los sistemas de construcción |
| 5 | Evaluación posterior a la ocupación |
| 5.1 | Brindar retroalimentación sobre el desempeño posterior a la ocupación a los ocupantes. |
| 5.2 | Anime a los ocupantes a hacer ajustes de comportamiento aceptables |
| 5.3 | Guíe a los ocupantes utilizando objetivos de uso a corto plazo |
Medidas de eficiencia energética
Cluett y Amann (2014) encontraron las medidas de eficiencia más comúnmente implementadas en los EE. UU. Para edificios residenciales. Se enumeran a grandes rasgos de la siguiente manera:
Mejoras en la estructura del edificio
- Mejoras de aislamiento, generalmente en las paredes / losas de los cimientos, paredes sobre rasante, pisos, techos y superficies del ático que forman la envolvente térmica.
- Atención al sellado de aire, particularmente en áreas que son más difíciles de abordar sin que se combinen con mejoras en la capa de aislamiento.
Actualizaciones a los sistemas de calefacción, refrigeración y agua caliente
- Actualice a unidades de combustión ventiladas no atmosféricas que ventilan directamente al exterior o solo son eléctricas
- Actualice a unidades que tengan el tamaño correcto para las demandas de carga de calefacción y refrigeración de un edificio modificado
- Mejora o reemplazo de los sistemas de distribución existentes para calefacción, refrigeración y / o agua caliente, incluidos cambios en los conductos, tuberías de agua y recuperación de calor de aguas residuales.
Las especificaciones de modernización de energía profunda para varios elementos varían de un clima a otra zona climática.
Proceso
Se requiere una auditoría energética de Nivel III , según la definición de ASHRAE , para completar una remodelación energética profunda de un edificio comercial. También conocida como auditoría de grado de inversión , este tipo de auditoría energética presenta un análisis de las interacciones entre las estrategias de eficiencia y el costo de su ciclo de vida. Tras la selección e implementación de las medidas, los ahorros de energía se verifican utilizando el Protocolo Internacional de Medición y Verificación del Desempeño.
Instrumentos
Las modernizaciones de energía profunda utilizan herramientas de modelado energético que se integran con los mecanismos pro forma u otros mecanismos de toma de decisiones financieras de una organización. Las tecnologías de los teléfonos inteligentes han simplificado el proceso de actualización, ya que en los últimos 5 años han aparecido varias herramientas de auditoría y actualización para acelerar las actualizaciones y maximizar la eficiencia en el campo.
Calificaciones
Un edificio que se ha sometido a una profunda modernización energética está bien posicionado para una calificación de edificio ecológico como LEED .
Beneficios energéticos y no energéticos
Se han realizado una serie de estudios para determinar y cuantificar los beneficios que se brindan a los propietarios, inquilinos y otras partes interesadas por la finalización exitosa de las renovaciones energéticas profundas. La siguiente tabulación del Rocky Mountain Institute establece las medidas de eficiencia emprendidas en un proyecto de modernización energética profunda en correspondencia con las mejoras de rendimiento del edificio y, por lo tanto, los valores cuantificables y no cuantificables generados a partir de la implementación de dicho proyecto.
| No Señor. | Medida de eficiencia de modernización de energía profunda | Rendimiento del edificio | Valor | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Sobre |
|
Comodidad térmica
Ocupante activo Control ambiental Calidad del aire interior Agudeza visual y comodidad Edificio verde calificación o puntuación Vistas al al aire libre Eficiencia espacial Flexibilidad espacial |
Reducción de costos |
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| 2 | Diseño pasivo |
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Crecimiento de ingresos |
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| 3 | Luz electrica |
|
Reputación mejorada
y liderazgo |
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| 4 | Cargas de enchufe y misceláneos |
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Conforme con
Interna y Políticas externas / Iniciativas |
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| 5 | Calefacción, refrigeración y ventilación |
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Riesgo reducido para
Ganancias futuras |
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Marco de políticas para la modernización
Se necesita un cambio de paradigma para lograr el motivo de la mitigación del cambio climático a través de la modernización. Este cambio está respaldado por una mayor necesidad de propagar el cambio de comportamiento en lugar de solo la implementación de la tecnología. El marco debe pasar de una perspectiva de enfoque de proyecto a una comprensión de una ejecución a mayor escala que incluya conciencia e intereses sociales. De ahí la necesidad de establecer programas de modernización a gran escala que apoyen la idea de las ciudades como sitios activos para inculcar nuevas tecnologías.
Global
"Los edificios también se verán particularmente afectados por los efectos del cambio climático: las tormentas, inundaciones y filtraciones, la reducción de la durabilidad de algunos materiales de construcción y un mayor riesgo de daño o colapso de la estructura (por ejemplo, debido a tormentas severas) podrían reducir la vida útil del edificio, al tiempo que aumenta la salud. riesgos relacionados, como el deterioro del clima interior ". (La hoja de ruta global de la GABC)
Desde la revolución industrial, avance rápido hasta unos siglos después. Hemos avanzado mucho con el calentamiento global y el cambio climático. Para contrarrestar el problema del aumento de la temperatura global, se tomó una decisión en el acuerdo de París en 2015, en el que los países miembros se comprometieron a mantener las temperaturas por debajo de 2 ℃, en comparación con los niveles preindustriales.
El Informe sobre la situación mundial 2017 subraya la importancia y el potencial de la modernización energética profunda, entre otras soluciones, para lograr los objetivos de mitigación climática. La modernización energética profunda es una de las soluciones para reducir la huella de carbono de los edificios.
El informe descubrió que los edificios y la industria de la construcción juntos representaron el 36% del uso global de energía final y el 39% de las emisiones de CO2 relacionadas con la energía. Llama a la acción para una mejora del 30%, para 2030, en la intensidad del uso de energía (es decir, uso de energía por metro cuadrado) del sector de la construcción, en comparación con los niveles de 2015, para lograr los objetivos del acuerdo de París con éxito.
Aunque un número creciente de países ha establecido políticas para mejorar el rendimiento energético de los edificios, un sector de edificios en rápido crecimiento, especialmente en los países en desarrollo, ha compensado esas mejoras. El Informe establece que las mejoras de eficiencia, incluidas las medidas de la envolvente de los edificios, representan casi 2400 EJ en compensaciones de energía acumuladas hasta 2060, más que toda la energía final consumida por el sector de edificios global en los últimos 20 años.
Afirma que una intensificación agresiva de las renovaciones energéticas profundas de los edificios del stock mundial existente es uno de los pasos importantes a seguir. Señala que se hace referencia a la hoja de ruta global de la Alianza Global para Edificios y Construcción (GABC) para el sector de la construcción hacia la sostenibilidad.
La hoja de ruta global de la GABC se establece para 'acelerar la mejora del' rendimiento 'de los edificios existentes hacia edificios resistentes , con cero emisiones de GEI y con eficiencia energética mucho antes de fin de siglo, dando los siguientes pasos a nivel mundial:
- Incremento significativo de las operaciones de renovación, incluida la eficiencia energética.
- Actualización del nivel de eficiencia energética de cada operación, en línea con estándares de largo plazo.
Estados Unidos
Un análisis de la caída del 50% en el consumo de energía y las emisiones de carbono por parte de los EE. UU. Para 2050 se traduce en renovaciones integrales de eficiencia energética en más de la mitad de los edificios existentes (Nadel 2016).
El marco de políticas para la modernización en EE. UU. Está dirigido a los niveles estatal y local. Estos esfuerzos cuentan con el apoyo del gobierno nacional. Existen cientos de estos programas, desde las auditorías energéticas básicas, la provisión de reembolsos financieros, hasta los integrales que tienen como objetivo optimizar toda la casa.
Carine y col. resumir los elementos enumerados a continuación presentes principalmente en los mejores programas:
- Consultoría de retrofit para consumidores.
- Marketing para impulsar la oferta-demanda en esta industria.
- Capacitación, certificación de contratistas de modernización.
- Provisión de reembolsos, descuentos por adelantado.
- Inversión en I + D.
- Etiquetado de eficiencia de edificios.
El programa Home Performance with Energy Star está dirigido por muchos organismos en los EE. UU., Con la ayuda del Departamento de Energía de EE. UU. Este proyecto reporta un costo promedio de $ 3500 por casa modernizada, con una distribución del 57%, 14%, 29% para incentivos para propietarios de viviendas, incentivos para contratistas y costos administrativos, respectivamente.
En el ámbito comercial, el Programa Energy Star de la EPA tiene como objetivo reducir la huella de carbono de los edificios. Según esta iniciativa, los propietarios evalúan sus edificios en una escala del 1 al 100. Aquellos con una puntuación de 75 o más reciben la designación 'Energy Star'; mientras que a los demás se les anima a seguir estrategias de mejora para un mejor desempeño. Casi 500,000 propiedades, que representan aproximadamente la mitad de la superficie de los edificios comerciales de EE. UU., Se han evaluado a partir de 2016, con un total de 29,500 edificios que recibieron la calificación 'Energy Star' hasta ese momento.
La industria de la modernización está en constante aumento. Algunos de los principales obstáculos en su camino incluyen los encontrados por Carine et al .:
- Inversión inicial alta.
- Complejidad de las modificaciones.
- Falta de conocimiento sobre la modernización.
- Escasez de financiación asequible.
Estudios de casos notables
El edificio Empire State
El Empire State Building está pasando por un profundo proceso de modernización energética que se prevé que se complete en 2013. Una vez finalizado, el equipo del proyecto, formado por representantes de Johnson Controls , Rocky Mountain Institute , Clinton Climate Initiative , Jones Lang LaSalle y NYSERDA habrá logró una reducción anual del uso de energía del 38% y $ 4,4 millones.
Un logro notable del proyecto es que, en lugar de reemplazar los enfriadores como se planeó originalmente, el equipo de diseño pudo reducir primero la capacidad de enfriamiento requerida del edificio en 1600 toneladas, lo que permitió una actualización del enfriador en lugar de un reemplazo que habría sido $ 17.3 millones más en costos de capital.
El edificio de la ciudad-condado de Indianápolis
El edificio de la ciudad y el condado se sometió recientemente a un profundo proceso de modernización energética que se prevé que se complete en septiembre de 2011. Una vez finalizado, el equipo del proyecto, formado por representantes de la Autoridad de Construcción del Condado de Marion de Indianápolis, la Oficina de Sustentabilidad de Indianápolis, el Instituto Rocky Mountain y Performance Services habrá logrado una reducción de energía anual del 46% y un ahorro de energía anual de $ 750,000.
Dimensionamiento del mercado
Estados Unidos
Un estudio de caso empresarial realizado por la Fundación Rockfeller evalúa el potencial del mercado de readaptación en los EE. UU. La modernización ofrece un mercado empresarial floreciente para empresarios, ingenieros e inversores en los EE. UU. Ofrece una oportunidad de inversión de $ 279 mil millones. El sector residencial, seguido de los sectores comercial e institucional, ofrece el mayor impacto empresarial. La ampliación de los esfuerzos de modernización puede crear 3.300 millones de años de trabajo acumulados directos e indirectos en los Estados Unidos.
Crítica
Rentabilidad
La rentabilidad se puede lograr cuando los ahorros anuales en el costo de la energía pueden igualar o superar los costos anuales del préstamo. Su equilibrio perfecto se conoce como costos netos mensuales neutrales. La rentabilidad podría ser un factor clave en la toma de decisiones relacionadas con proyectos de modernización energética profunda.
Un estudio de Less et al. (2015) encontró que:
- Los proyectos más rentables fueron los que se encontraban en malas condiciones: equipos de baja eficiencia y poco aislamiento. Tales edificios no buscaron reformas profundas.
- Los proyectos menos rentables fueron los que tenían facturas de servicios públicos bajas antes de la adaptación. Pero tenían planes de modernización agresivos. No se puede decir que un proyecto de este tipo sea un fracaso porque la rentabilidad puede no ser el objetivo del proyecto.
Less et al. (2015) encontraron que, en promedio, las renovaciones de energía profunda de EE. UU. Fueron neutrales en el flujo de efectivo mensualmente. Sin embargo, la variabilidad fue grande: algunos proyectos redujeron sustancialmente los costos mensuales netos y otros aumentaron sustancialmente los costos netos. Por lo tanto, la rentabilidad cuestionable se considera una barrera para la generalización de las renovaciones energéticas profundas. Esto forma la base para pensar en el valor económico de la modernización energética profunda en un contexto más amplio.
Ahorro y evaluación de energía
Aunque se encuentran disponibles muchas herramientas de modelado para evaluar el ahorro de energía en el hogar, la inexactitud de sus predicciones (en comparación con las mediciones reales del uso de energía) limita su utilidad (Osser, Neuhauser y Ueno 2012). Cluett y col. señalan que los programas piloto deben monitorear los ahorros de energía reales para evaluar el impacto del proyecto y ayudar a calibrar las herramientas de estimación. Esto es importante para rastrear, evaluar y verificar métricas de desempeño energético basadas en la realidad.
Ver también
- Instituto de las Montañas Rocosas
- Uso eficiente de la energía
- Acristalamiento cuádruple
- Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental
- Rehabilitación sostenible
- Edificio de energía cero
- Edificio con calefacción cero
- Alianza de Eficiencia Energética del Noroeste
- Departamento de Energía de los Estados Unidos
- Contrato de rendimiento de ahorro de energía