Nullenergiegebäude

Ein Nullenergiegebäude ( ZEB ), auch bekannt als Netto-Nullenergiegebäude ( NZE ), ist ein Gebäude mit Netto-Null- Energieverbrauch , was bedeutet, dass die gesamte jährlich vom Gebäude verbrauchte Energiemenge der Menge an erneuerbarer Energie entspricht, die vor Ort erzeugt wird ^{[ 1 ] [ 2 ]} oder, nach anderen Definitionen, durch erneuerbare Energiequellen außerhalb des Standorts mithilfe von Technologien wie Wärmepumpen, hocheffizienten Fenstern und Dämmstoffen sowie Solaranlagen. ^{[ 3 ]}

Ziel ist es, dass diese Gebäude im Betrieb insgesamt weniger Treibhausgase in die Atmosphäre abgeben als vergleichbare konventionelle Gebäude. Zwar verbrauchen sie zeitweise nicht erneuerbare Energien und produzieren Treibhausgase, reduzieren aber zu anderen Zeiten den Energieverbrauch und die Treibhausgasemissionen an anderer Stelle um denselben Betrag. Die Entwicklung von Nullenergiegebäuden wird durch den Wunsch nach einer geringeren Umweltbelastung gefördert, und ihre Verbreitung wird durch Steuervorteile und Energieeinsparungen begünstigt , die Nullenergiegebäude wirtschaftlich rentabel machen.

Die Terminologie variiert häufig zwischen Ländern, Behörden, Städten, Gemeinden und Berichten. Daher ist ein grundlegendes Verständnis dieses Konzepts und seiner verschiedenen Anwendungsbereiche unerlässlich für ein umfassendes Verständnis von sauberer Energie und erneuerbaren Energien. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} Die Internationale Energieagentur (IEA) und die Europäische Union (EU) verwenden am häufigsten den Begriff „Netto-Null-Energie“, während in den USA hauptsächlich der Begriff „Zero Net“ verwendet wird. Ein ähnliches, von der Europäischen Union und anderen teilnehmenden Ländern verabschiedetes und umgesetztes Konzept ist das Niedrigstenergiegebäude ( nZEB ). Ziel ist es, bis 2020 alle Neubauten in der Region nach nZEB-Standards zu errichten. Laut D’Agostino und Mazzarella (2019) ist die Bedeutung von nZEB in jedem Land unterschiedlich. Dies liegt an den unterschiedlichen Klimazonen, Vorschriften und Berechnungsmethoden des Energieverbrauchs. Diese Unterschiede erschweren den Vergleich von Gebäuden und die Festlegung eines einheitlichen Standards. ^{[ 7 ]}

Typische, den Bauvorschriften entsprechende Gebäude verbrauchen 40 % des gesamten Energieverbrauchs fossiler Brennstoffe in den USA und der Europäischen Union und tragen erheblich zu den Treibhausgasemissionen bei. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Um diesem hohen Energieverbrauch entgegenzuwirken, setzen immer mehr Gebäude auf das Prinzip der Klimaneutralität, das als Mittel zur Reduzierung von CO₂-Emissionen und der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen gilt . Obwohl Nullenergiegebäude selbst in Industrieländern noch selten sind , gewinnen sie zunehmend an Bedeutung und Beliebtheit.

Die meisten Nullenergiegebäude nutzen das Stromnetz zur Energiespeicherung , einige sind jedoch netzunabhängig und manche verfügen über eigene Energiespeicher. Diese Gebäude werden als „Plusenergiegebäude“ oder in manchen Fällen als „Niedrigenergiehäuser“ bezeichnet. Sie erzeugen Energie vor Ort mithilfe erneuerbarer Technologien wie Solar- und Windenergie und reduzieren gleichzeitig den Gesamtenergieverbrauch durch hocheffiziente Beleuchtungs- und Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (HLK) . Das Ziel der Nullenergie wird immer realistischer, da die Kosten alternativer Energietechnologien sinken und die Kosten traditioneller fossiler Brennstoffe steigen. ^{[ 10 ]}

Ein bemerkenswertes Beispiel ist das Zero Building in Spanien, das zeigt, wie ein Bürogebäude durch architektonische Gestaltung, passive Strategien und integrierte erneuerbare Energiesysteme eine Netto-Null- und sogar eine positive Energiebilanz erreichen kann. ^{[ 11 ]}

Die Entwicklung moderner Nullenergiegebäude wurde maßgeblich durch Fortschritte bei neuen Energie- und Bautechnologien ermöglicht. Dazu gehören hochisolierende Spritzschaumisolierung , hocheffiziente Solaranlagen , hocheffiziente Wärmepumpen sowie hochisolierende, emissionsarme Dreifach- und Vierfachverglasung . Diese Innovationen wurden auch durch die akademische Forschung wesentlich verbessert, die präzise Energiedaten von traditionellen und experimentellen Gebäuden erhebt und Leistungsparameter für fortschrittliche Computermodelle liefert, um die Effizienz von Bauvorhaben vorherzusagen. Eine Studie untersucht die Vorgehensweise verschiedener Länder, darunter Italien, Deutschland und Dänemark, beim Thema Niedrigstenergiegebäude. Sie zeigt, dass die technischen Lösungen zwar oft ähnlich sind, die Ziele, Ausgangswerte und Rahmenbedingungen zur Erreichung dieser Ziele jedoch deutlich variieren (D'Agostino & Mazzarella, 2019).

Nullenergiegebäude können Teil eines intelligenten Stromnetzes sein . Einige Vorteile dieser Gebäude sind:

• Integration erneuerbarer Energieressourcen
• Integration von Plug-in-Elektrofahrzeugen – genannt Vehicle-to-Grid
• Umsetzung von Nullenergiekonzepten

Obwohl das Netto-Null-Konzept auf eine Vielzahl von Ressourcen anwendbar ist , ist Energie in der Regel die erste Ressource , die ins Visier genommen wird, da:

• Energie, insbesondere Strom und Heizöl wie Erdgas, ist teuer. Daher kann eine Reduzierung des Energieverbrauchs dem Gebäudeeigentümer Geld sparen. Wasser und Abfall hingegen sind für den einzelnen Gebäudeeigentümer kostengünstig.
• Energie, insbesondere Strom und Heizöl, hat eine hohe CO₂-Bilanz . Daher ist die Reduzierung des Energieverbrauchs ein wichtiger Weg, die CO₂-Bilanz eines Gebäudes zu verringern.
• Es gibt bewährte Methoden, den Energieverbrauch und den CO₂-Fußabdruck von Gebäuden deutlich zu reduzieren. Dazu gehören: das Anbringen von Dämmung, der Einsatz von Wärmepumpen anstelle von Heizkesseln, die Verwendung von Fenstern mit niedrigem Emissionsgrad, Dreifach- oder Vierfachverglasung und die Installation von Solaranlagen auf dem Dach. ^{[ 12 ]}
• In einigen Ländern gibt es staatliche Fördergelder und Steuervergünstigungen für den Einbau von Wärmepumpen, Solaranlagen, Dreifach- oder Vierfachverglasung und Dämmung, die die Kosten für den Gebäudeeigentümer auf dem Weg zu einem Netto-Nullenergiegebäude erheblich reduzieren. ^{[ 13 ]}

Die Einführung von Nullenergiegebäuden steigert die Energieeffizienz von Gebäuden und reduziert deren CO₂-Emissionen im Betrieb. Dennoch ist der im Baustoff gebundene Kohlenstoff ( Gared Carbon) weiterhin mit erheblicher Umweltbelastung verbunden . ^{[ 14 ]} Der Graue Kohlenstoff umfasst die Emissionen, die bei der Herstellung und dem Transport der Baumaterialien sowie beim Bau des Gebäudes selbst entstehen. Er ist für 11 % der globalen Treibhausgasemissionen und 28 % der Emissionen des globalen Gebäudesektors verantwortlich. ^{[ 14 ]} Die Bedeutung des Grauen Kohlenstoffs wird zunehmen, da er einen immer größeren Anteil der CO₂-Emissionen eines Gebäudes ausmacht. Bei einigen neueren, energieeffizienten Gebäuden beträgt der Anteil des Grauen Kohlenstoffs bereits 47 % der Emissionen über die gesamte Lebensdauer des Gebäudes. Die Berücksichtigung des Grauen Kohlenstoffs ist Teil der Optimierung des Bauens hinsichtlich seiner Klimawirkung. Die Erreichung von Null-Emissionen erfordert etwas andere Überlegungen als die reine Optimierung der Energieeffizienz. ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

Eine Studie aus dem Jahr 2019 ergab, dass zwischen 2020 und 2030 die Reduzierung der CO₂-Emissionen im Vorfeld und der Umstieg auf saubere oder erneuerbare Energien wichtiger sind als die Steigerung der Gebäudeeffizienz, da „der Bau eines hocheffizienten Gebäudes sogar mehr Treibhausgase produzieren kann als ein Gebäude, das den Bauvorschriften entspricht, wenn CO₂-intensive Materialien verwendet werden.“ ^{[ 18 ]} Die Studie stellte fest, dass „Netto-Null-Energie-Vorschriften die Emissionen im Laufe der Zeit nicht wesentlich reduzieren werden. Daher müssen politische Entscheidungsträger und Regulierungsbehörden echte Netto-Null-Kohlenstoffgebäude anstreben, nicht nur Netto-Null-Energiegebäude.“ ^{[ 18 ]}

Eine Möglichkeit zur Reduzierung des grauen Kohlenstoffs besteht in der Verwendung kohlenstoffarmer Baumaterialien wie Stroh, Holz, Linoleum oder Zeder. Für Materialien wie Beton und Stahl gibt es zwar Optionen zur Reduzierung der grauen Emissionen, diese sind jedoch kurzfristig wahrscheinlich nicht in großem Umfang verfügbar. ^{[ 19 ]} Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der optimale Auslegungspunkt für die Treibhausgasreduzierung bei viergeschossigen Mehrfamilienhäusern aus kohlenstoffarmen Materialien, wie den oben genannten, liegt. Diese könnten als Vorbild für emissionsarme Gebäude dienen. ^{[ 18 ]}

Obwohl sie den Namen „Nullenergiegebäude“ gemeinsam tragen, gibt es verschiedene Definitionen dessen, was der Begriff in der Praxis bedeutet, insbesondere mit Unterschieden in der Verwendung zwischen Nordamerika und Europa. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

Netto-Null-Standortenergieverbrauch

Bei dieser Art von Nullenergiegebäude entspricht die durch erneuerbare Energiequellen vor Ort erzeugte Energiemenge dem Energieverbrauch des Gebäudes. In den Vereinigten Staaten bezeichnet der Begriff „Nullenergiegebäude“ im Allgemeinen diesen Gebäudetyp.

Netto-Null-Quellenenergienutzung

Dieses Nullenergiegebäude erzeugt die gleiche Energiemenge, die verbraucht wird, einschließlich der Energie für den Transport zum Gebäude. Dieser Gebäudetyp berücksichtigt Energieverluste bei der Stromerzeugung und -übertragung . ^{[ 20 ]} Solche Nullenergiegebäude müssen mehr Strom erzeugen als Gebäude mit einem Netto-Nullenergiegebäude.

Netto-Null-Energieemissionen

Außerhalb der USA und Kanadas wird ein Nullenergiegebäude (ZEB) im Allgemeinen als ein Gebäude mit null Nettoenergieemissionen definiert, auch bekannt als Null-Kohlenstoff-Gebäude (ZCB) oder Null-Emissions-Gebäude (ZEB). Gemäß dieser Definition werden die durch die Nutzung fossiler Brennstoffe vor Ort oder außerhalb des Gebäudes entstehenden Kohlenstoffemissionen durch die Menge der vor Ort erzeugten erneuerbaren Energie ausgeglichen . Andere Definitionen berücksichtigen neben den Kohlenstoffemissionen des genutzten Gebäudes auch jene, die beim Bau des Gebäudes entstehen, sowie die graue Energie der Struktur. Es wird diskutiert, ob die Kohlenstoffemissionen des Pendelns zum und vom Gebäude ebenfalls in die Berechnung einbezogen werden sollten. Jüngste Arbeiten in Neuseeland haben einen Ansatz initiiert, der den Energieverbrauch der Gebäudenutzer für den Transport in die Rahmenkonzepte für Nullenergiegebäude einbezieht. ^{[ 21 ]}

Netto-Nullkosten

Bei dieser Art von Gebäude werden die Energiekosten durch die Einnahmen aus dem Verkauf von vor Ort erzeugtem Strom an das Netz gedeckt. Dieser Status hängt davon ab, wie der Energieversorger die Nettostromerzeugung vergütet und welche Tarifstruktur für das Gebäude gilt.

Netto-Null-Energieverbrauch außerhalb des Standorts

Ein Gebäude kann als Nullenergiegebäude (ZEB) gelten, wenn 100 % der von ihm bezogenen Energie aus erneuerbaren Energiequellen stammen, selbst wenn die Energie außerhalb des Standorts erzeugt wird.

Abseits des Stromnetzes

Autarke Gebäude sind autarke Nullenergiegebäude, die nicht an ein externes Energieversorgungsunternehmen angeschlossen sind. Sie benötigen dezentrale Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien und Energiespeicher (für Zeiten ohne Sonnenschein, Windstille usw.). Ein energieautarkes Haus ist ein Gebäudekonzept, bei dem der eigene Energieverbrauch und die eigene Energieerzeugung stündlich oder sogar noch kürzer ausgeglichen werden können. Energieautarke Häuser können vom öffentlichen Energienetz getrennt betrieben werden.

Netto-Null-Energiegebäude

Auf Grundlage wissenschaftlicher Analysen im Rahmen des gemeinsamen Forschungsprogramms „Auf dem Weg zu energieautarken Solargebäuden“ ^{[ 22 ]} wurde ein methodischer Rahmen entwickelt, der unterschiedliche Definitionen ermöglicht, die den politischen Zielen der einzelnen Länder, den spezifischen (klimatischen) Bedingungen und den jeweils formulierten Anforderungen an die Innenraumbedingungen entsprechen: Das allgemeine Konzept eines energieautarken Gebäudes (Net ZEB) beschreibt ein energieeffizientes, netzgekoppeltes Gebäude, das in der Lage ist, Energie aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen, um seinen eigenen Energiebedarf zu decken (siehe Abbildung 1).

Die Bezeichnung „Netto-ZEB“ betont den Energieaustausch zwischen Gebäude und Energieinfrastruktur. Durch die Interaktion zwischen Gebäude und Stromnetz werden Netto-Nullenergiegebäude (Netto-ZEBs) zu einem aktiven Bestandteil der Infrastruktur für erneuerbare Energien. Diese Anbindung an die Stromnetze verhindert saisonale Energiespeicherung und überdimensionierte Vor-Ort-Systeme zur Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen, wie sie in energieautarken Gebäuden üblich sind. Die Ähnlichkeit beider Konzepte ermöglicht zwei Handlungsoptionen: 1) Reduzierung des Energiebedarfs durch Energieeffizienzmaßnahmen und passive Energienutzung; 2) Erzeugung von Energie aus erneuerbaren Quellen. Die Netzinteraktion von Netto-ZEBs und die Pläne, ihre Anzahl deutlich zu erhöhen ^{[ 23 ]} , erfordern jedoch Überlegungen zu einer höheren Flexibilität bei der Verschiebung von Energielasten und zur Reduzierung von Lastspitzen. ^{[ 24 ]}

Positives Energieviertel

Positive Energieviertel (PED) übertragen einige Prinzipien von Nullenergiegebäuden auf die Ebene ganzer Stadtviertel und sind Stadtteile oder andere urbane Gebiete, die jährlich mindestens so viel Energie produzieren, wie sie verbrauchen. Der Anreiz, ganze Positive Energieviertel anstelle einzelner Gebäude zu entwickeln, liegt in der Möglichkeit, Ressourcen zu teilen, energieeffiziente Systeme in vielen Gebäuden zu betreiben und Skaleneffekte zu erzielen. ^{[ 25 ]}

Im Rahmen dieses Abwägungsverfahrens müssen verschiedene Aspekte und explizite Entscheidungen getroffen werden: ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

• Die Systemgrenze des Gebäudes ist in eine physische Grenze unterteilt, die festlegt, welche erneuerbaren Ressourcen berücksichtigt werden (z. B. innerhalb der Gebäudegrundfläche, auf dem Gelände oder auch außerhalb) ^{[ 29 ]} bzw. wie viele Gebäude in die Bilanz einbezogen werden (Einzelgebäude, Gebäudekomplex). Die zweite Grenze definiert die einbezogenen Energienutzungen (z. B. Heizung, Kühlung, Lüftung, Warmwasser, Beleuchtung, Haushaltsgeräte, IT, zentrale Versorgungseinrichtungen, Elektrofahrzeuge und graue Energie usw.). Es ist zu beachten, dass die Optionen zur Versorgung mit erneuerbaren Energien priorisiert werden können (z. B. nach Transport- oder Umwandlungsaufwand, Verfügbarkeit über die Lebensdauer des Gebäudes oder Replikationspotenzial für die Zukunft usw.) und somit eine Hierarchie entsteht. Man könnte argumentieren, dass Ressourcen innerhalb der Gebäudegrundfläche oder auf dem Gelände Vorrang vor externen Versorgungsoptionen haben sollten.
• Das Gewichtungssystem wandelt die physikalischen Einheiten verschiedener Energieträger in eine einheitliche Metrik um (Standort-/Endenergie, Quell-/Primärenergie, Anteil erneuerbarer Energien einbezogen oder nicht, Energiekosten, äquivalente CO₂-Emissionen und sogar Energie- oder Umweltzertifikate) und ermöglicht deren Vergleich und Kompensation in einer einzigen Bilanz (z. B. kann exportierter PV-Strom importierte Biomasse kompensieren). Politisch beeinflusste und daher möglicherweise asymmetrische oder zeitabhängige Umrechnungs-/Gewichtungsfaktoren können den relativen Wert der Energieträger und die erforderliche Energieerzeugungskapazität beeinflussen.
• Als Bilanzierungszeitraum wird häufig ein Jahr angenommen (geeignet, um den gesamten Energieverbrauch im Betrieb abzudecken). Alternativ kann auch ein kürzerer Zeitraum (monatlich oder saisonal) oder eine Bilanzierung über den gesamten Lebenszyklus (einschließlich der grauen Energie, die ebenfalls annualisiert und zusätzlich zum Energieverbrauch im Betrieb berücksichtigt werden könnte) betrachtet werden.

• Die Energiebilanz kann auf zwei Arten erstellt werden: 1) Bilanz der gelieferten/importierten und exportierten Energie (Überwachungsphase, da der Eigenverbrauch der vor Ort erzeugten Energie berücksichtigt werden kann); 2) Bilanz zwischen (gewichteter) Energienachfrage und (gewichteter) Energieerzeugung (für die Planungsphase, da die zeitlichen Verbrauchsmuster typischer Endnutzer – z. B. für Beleuchtung, Haushaltsgeräte usw. – noch nicht bekannt sind). Alternativ ist eine Bilanz auf Basis monatlicher Nettowerte denkbar, bei der nur die monatlichen Restbeträge zu einer Jahresbilanz summiert werden. Dies kann entweder als Last-/Erzeugungsbilanz oder als Sonderfall einer Import-/Exportbilanz betrachtet werden, bei der ein „virtueller monatlicher Eigenverbrauch“ angenommen wird (siehe Abbildung 2 und Vergleich). ^{[ 26 ]}
• Neben der Energiebilanz lassen sich Netto-Nullenergiegebäude (Net-ZEBs) auch durch ihre Fähigkeit charakterisieren, den Energiebedarf des Gebäudes durch seine eigene Energieerzeugung zu decken (Lastanpassung) oder vorteilhaft mit den Bedürfnissen der lokalen Netzinfrastruktur zusammenzuarbeiten (Netzinteraktion). Beides kann durch geeignete Indikatoren ausgedrückt werden, die jedoch lediglich als Bewertungsinstrumente dienen.

Die kosteneffektivsten Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs eines Gebäudes erfolgen in der Regel während der Planungsphase. ^{[ 30 ]} Um eine effiziente Energienutzung zu erreichen, weicht die Planung von Nullenergiegebäuden deutlich von konventionellen Baupraktiken ab. Erfolgreiche Planer von Nullenergiegebäuden kombinieren typischerweise bewährte Prinzipien der passiven Solarenergienutzung oder der künstlichen Klimatisierung mit den Gegebenheiten vor Ort. Sonnenlicht und Solarwärme, vorherrschende Winde und die Kühle des Erdreichs unter einem Gebäude können mit minimalem mechanischen Aufwand für Tageslicht und stabile Innentemperaturen sorgen. Nullenergiegebäude sind in der Regel so optimiert, dass sie passive Solarenergiegewinnung und Beschattung nutzen, kombiniert mit thermischer Masse zur Stabilisierung der tageszeitlichen Temperaturschwankungen , und sind in den meisten Klimazonen hochwärmegedämmt . ^{[ 31 ]} Alle Technologien, die für den Bau von Nullenergiegebäuden benötigt werden, sind heute standardmäßig verfügbar .

Es stehen hochentwickelte 3D- Gebäudesimulationswerkzeuge zur Verfügung, mit denen sich das Verhalten eines Gebäudes unter Berücksichtigung verschiedener Designvariablen modellieren lässt. Dazu gehören die Gebäudeausrichtung (relativ zum täglichen und jahreszeitlichen Sonnenstand ) , Fenster- und Türtyp und -platzierung, Dachüberstand, Dämmstoffart und -werte der Bauteile, Luftdichtheit ( Wärmedämmung ), die Effizienz von Heizung, Kühlung, Beleuchtung und anderer Anlagen sowie das lokale Klima. Diese Simulationen helfen Planern, das Gebäudeverhalten vor Baubeginn vorherzusagen und die wirtschaftlichen und finanziellen Auswirkungen im Rahmen einer Kosten-Nutzen-Analyse oder – noch besser – einer Lebenszyklusanalyse zu modellieren .

Nullenergiegebäude zeichnen sich durch umfangreiche Energiesparmaßnahmen aus . Der Heiz- und Kühlbedarf wird durch den Einsatz hocheffizienter Geräte (wie Wärmepumpen anstelle von Heizkesseln – Wärmepumpen sind etwa viermal so effizient wie Heizkessel), zusätzliche Dämmung (insbesondere im Dachgeschoss und Keller), hocheffiziente Fenster (wie z. B. dreifach verglaste Fenster mit niedrigem Emissionsgrad), Abdichtung gegen Zugluft, hocheffiziente Haushaltsgeräte (vor allem moderne, hocheffiziente Kühlschränke), hocheffiziente LED-Beleuchtung, passive Solarenergienutzung im Winter und passive Beschattung im Sommer, natürliche Belüftung und weitere Techniken reduziert. Diese Maßnahmen variieren je nach Klimazone des Bauvorhabens. Der Warmwasserbedarf kann durch wassersparende Armaturen, Wärmerückgewinnung aus Abwasser, Solaranlagen und hocheffiziente Warmwasserbereiter gesenkt werden. Zusätzlich kann die Tageslichtnutzung durch Dachfenster oder Lichtkuppeln eine vollständige Ausleuchtung des Hauses gewährleisten. Die nächtliche Beleuchtung erfolgt typischerweise mit Leuchtstoffröhren und LEDs , die nur ein Drittel oder weniger Strom als Glühlampen verbrauchen und keine unerwünschte Wärme erzeugen. Der Stromverbrauch lässt sich durch die Wahl effizienter Geräte und die Minimierung des Standby-Verbrauchs reduzieren . Weitere Techniken zur Erreichung von Netto-Null-Emissionen (abhängig vom Klima) sind erdüberdeckte Bauweisen , hochwärmegedämmte Wände in Strohballenbauweise , vorgefertigte Bauelemente und Dachelemente sowie eine Außenbegrünung zur saisonalen Beschattung.

Sobald der Energieverbrauch des Gebäudes minimiert ist, kann der gesamte Energiebedarf vor Ort mithilfe von auf dem Dach installierten Solaranlagen gedeckt werden. Beispiele für Nullenergiehäuser finden Sie hier .

Nullenergiegebäude sind oft so konzipiert, dass sie Energie doppelt nutzen, beispielsweise die von Haushaltsgeräten . So wird beispielsweise die Abluft von Kühlschränken zur Warmwasserbereitung, die Abluft von Lüftungsanlagen und Duschabflüssen sowie die Wärme von Büromaschinen und Servern genutzt, und die Körperwärme dient der Gebäudeheizung. Diese Gebäude nutzen Wärmeenergie, die herkömmliche Gebäude nach außen abgeben würden. Sie können Wärmerückgewinnungssysteme , Warmwasser-Wärmerückgewinnung , Kraft-Wärme-Kopplung und Absorptionskältemaschinen einsetzen .

Nullenergiegebäude (ZEBs) nutzen verfügbare Energie, um ihren Strom- und Heiz- oder Kühlbedarf zu decken. Die mit Abstand häufigste Methode ist die Nutzung von auf dem Dach montierten Photovoltaik-Anlagen, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Energie kann auch mit Solarthermiekollektoren gewonnen werden, die die Sonnenwärme zur Warmwasserbereitung nutzen. Wärmepumpen können ebenfalls Wärme und Kälte aus der Luft (Luftwärmepumpen) oder dem Erdreich in der Nähe des Gebäudes (Erdwärmepumpen, auch Geothermie genannt) gewinnen. Technisch gesehen transportieren Wärmepumpen Wärme, anstatt sie zu gewinnen, aber der Gesamteffekt hinsichtlich reduziertem Energieverbrauch und verringertem CO₂-Fußabdruck ist ähnlich. Bei Einfamilienhäusern können verschiedene Mikroerzeugungstechnologien zur Wärme- und Stromversorgung eingesetzt werden, beispielsweise Solarzellen oder Windkraftanlagen zur Stromerzeugung und Biokraftstoffe oder Solarthermiekollektoren in Verbindung mit einem saisonalen Wärmespeicher (STES) zur Raumheizung. Ein STES kann auch zur Kühlung im Sommer genutzt werden, indem die Kälte des Winters unterirdisch gespeichert wird. Um Nachfrageschwankungen auszugleichen, sind Nullenergiegebäude häufig an das Stromnetz angeschlossen , speisen bei Überschuss Strom ins Netz ein und beziehen Strom, wenn nicht genügend Strom produziert wird. ^{[ 4 ]} Andere Gebäude können vollständig autark sein .

Energiegewinnung ist hinsichtlich Kosten und Ressourcennutzung meist effektiver, wenn sie lokal, aber vernetzt erfolgt, beispielsweise in einer Gruppe von Häusern, in einer Wohngemeinschaft , einem Stadtteil oder einem Dorf, anstatt auf der Ebene einzelner Häuser. Ein energetischer Vorteil dieser lokalen Energiegewinnung ist die nahezu vollständige Eliminierung von Übertragungs- und Verteilungsverlusten . Die Energiegewinnung vor Ort, beispielsweise durch auf Dächern installierte Solaranlagen, eliminiert diese Übertragungsverluste vollständig. In gewerblichen und industriellen Anwendungen sollte die Topografie des jeweiligen Standorts für die Energiegewinnung genutzt werden. Ein schattenfreier Standort kann große Mengen an Solarstrom vom Dach des Gebäudes erzeugen, und fast jeder Standort kann Geothermie oder Luftwärmepumpen nutzen. Die Produktion von Gütern mit Netto-Null-Verbrauch fossiler Energien erfordert Standorte mit Geothermie- , Kleinwasserkraft- , Solar- und Windressourcen , um das Konzept zu realisieren.

Nullenergie-Quartiere, wie beispielsweise das BedZED- Projekt in Großbritannien und die sich rasant verbreitenden Projekte in Kalifornien und China , nutzen dezentrale Energieerzeugungssysteme . Dazu gehören unter anderem Fernwärme , gemeinschaftlich genutztes Kaltwasser und gemeinschaftlich betriebene Windkraftanlagen. Aktuell gibt es Pläne, mit Nullenergie-Technologien ganze netzunabhängige oder energieautarke Städte zu errichten .

Ein zentraler Diskussionspunkt beim Entwurf von Nullenergiegebäuden ist das Verhältnis zwischen Energieeinsparung und der dezentralen Nutzung erneuerbarer Energien ( Solarenergie , Windenergie und thermische Energie ). Die meisten Nullenergiehäuser nutzen eine Kombination dieser Strategien.

Aufgrund erheblicher staatlicher Subventionen für Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen usw. vertreten manche die Ansicht, dass ein Nullenergiehaus ein konventionelles Haus mit dezentralen Technologien zur Gewinnung erneuerbarer Energien sei. Ganze Neubaugebiete solcher Häuser sind in Regionen mit hohen Photovoltaik-Förderungen entstanden, doch viele dieser sogenannten „Nullenergiehäuser“ haben weiterhin Stromkosten. Diese Art der Energiegewinnung ohne zusätzliche Energiesparmaßnahmen ist angesichts des aktuellen Strompreises für Photovoltaikanlagen und abhängig vom lokalen Strompreis möglicherweise nicht wirtschaftlich. ^{[ 32 ]} Ein Autor veröffentlichte die Kosten-, Energie- und CO₂-Einsparungen durch Energiesparmaßnahmen (z. B. zusätzliche Dämmung, Dreifachverglasung und Wärmepumpen) im Vergleich zu den Einsparungen durch dezentrale Energieerzeugung (z. B. Solaranlagen) bei der Modernisierung eines bestehenden Hauses. ^{[ 33 ]}

Seit den 1980er Jahren haben passive Solargebäude und Passivhäuser an vielen Standorten eine Reduzierung des Heizenergieverbrauchs um 70 % bis 90 % gezeigt – und das ohne aktive Energiegewinnung. Bei Neubauten lässt sich dies mit fachkundiger Planung und geringen Mehrkosten für Baumaterialien im Vergleich zu konventionellen Gebäuden realisieren. Nur wenige Branchenexperten verfügen über die nötigen Kenntnisse und Erfahrungen, um die Vorteile passiver Bauweisen voll auszuschöpfen. ^{[ 35 ]} Solche passiven Solarkonzepte sind deutlich kostengünstiger als die Installation teurer Photovoltaikanlagen auf dem Dach eines konventionellen, ineffizienten Gebäudes. ^{[ 32 ]} Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von wenigen Kilowattstunden (bei Kosten von umgerechnet etwa 2–3 US- Dollar pro produzierter Kilowattstunde) können den externen Energiebedarf lediglich um 15 % bis 30 % senken. Eine konventionelle Klimaanlage mit einer Kühlleistung von 29 kWh (100.000 BTU) und einem HEE-Wert von 14 benötigt im Betrieb über 7 kW Photovoltaikstrom. Der Bedarf für den netzunabhängigen Nachtbetrieb ist dabei nicht berücksichtigt . Passive Kühlung und überlegene Systemtechnik können den Bedarf an Klimaanlagen um 70 bis 90 % reduzieren. Photovoltaik-Strom wird wirtschaftlicher, wenn der Gesamtstrombedarf geringer ist.

Unternehmen in Deutschland und den Niederlanden bieten Schnellsanierungspakete für bestehende Gebäude an, die eine individuell gestaltete Dämmschicht an der Gebäudeaußenwand sowie Modernisierungen für eine nachhaltigere Energienutzung, wie beispielsweise Wärmepumpen, beinhalten . Ähnliche Pilotprojekte laufen derzeit in den USA. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

Der Energieverbrauch eines Gebäudes kann je nach Verhalten der Bewohner stark variieren. Die Wahrnehmung von Komfort ist sehr unterschiedlich. Studien an identischen Häusern haben deutliche Unterschiede im Energieverbrauch in verschiedenen Klimazonen aufgezeigt. Das allgemein akzeptierte Verhältnis zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Energieverbraucher in identischen Häusern liegt im Durchschnitt bei etwa 3, wobei einige identische Häuser bis zu 20-mal so viel Heizenergie verbrauchen wie andere. ^{[ 38 ]} Das Nutzerverhalten kann sich durch unterschiedliche Einstellungen und Programmierungen von Thermostaten , unterschiedliche Beleuchtungsstärken und Warmwassernutzung, die Bedienung von Fenstern und Beschattungssystemen sowie die Anzahl der verwendeten elektrischen Geräte oder Steckdosen beeinflussen . ^{[ 39 ]}

Energieversorgungsunternehmen sind in der Regel rechtlich für die Instandhaltung der elektrischen Infrastruktur verantwortlich, die unsere Städte, Wohngebiete und einzelnen Gebäude mit Strom versorgt. Sie besitzen diese Infrastruktur üblicherweise bis zur Grundstücksgrenze und in manchen Fällen auch auf Privatgrundstücken.

In den USA haben Energieversorger Bedenken geäußert, dass die Nutzung von Net Metering für Nullenergieprojekte ihre Haupteinnahmen gefährdet. Dies wiederum beeinträchtigt ihre Fähigkeit, den von ihnen verantworteten Teil des Stromnetzes instand zu halten und zu warten. Die Versorger befürchten, dass Bundesstaaten mit Net-Metering-Gesetzen Haushalte, die nicht den Nullenergiestatus erreichen, mit höheren Energiekosten belasten könnten. Denn diese Hausbesitzer müssten dann für die Netzwartung aufkommen, während Nullenergiehausbesitzer theoretisch nichts mehr bezahlen müssten, sobald sie den Nullenergiestatus erreichen. Dies birgt das Risiko von Ungleichheiten, da die Belastung derzeit vor allem Haushalte mit niedrigem Einkommen trifft. Eine mögliche Lösung wäre die Einführung einer Mindestgrundgebühr für alle an das Stromnetz angeschlossenen Haushalte. Dadurch müssten Nullenergiehausbesitzer unabhängig von ihrem Stromverbrauch für Netzdienstleistungen bezahlen.

Weitere Bedenken bestehen darin, dass sowohl lokale Verteilungsnetze als auch größere Übertragungsnetze nicht für den bidirektionalen Stromtransport ausgelegt sind, was jedoch mit zunehmender Verbreitung dezentraler Energieerzeugung notwendig werden könnte. Die Überwindung dieser Hürde könnte umfangreiche Modernisierungen des Stromnetzes erfordern; allerdings wird dies Stand 2010 erst dann als größeres Problem angesehen, wenn der Anteil erneuerbarer Energien deutlich höher ist. ^{[ 40 ]}

Eine breite Akzeptanz der Nullenergie-Gebäudetechnologie erfordert möglicherweise mehr staatliche Anreize oder Bauvorschriften, die Entwicklung anerkannter Standards oder einen deutlichen Anstieg der Kosten für konventionelle Energie. ^{[ 41 ]}

Der Photovoltaik-Campus von Google und der 480-Kilowatt-Photovoltaik-Campus von Microsoft wurden durch Subventionen und finanzielle Anreize der US-Bundesregierung, insbesondere des Bundesstaates Kalifornien, finanziert. Kalifornien stellt derzeit 3,2 Milliarden US-Dollar an Subventionen ^{[ 42 ]} für Wohn- und Gewerbegebäude mit nahezu Nullenergiegebäuden bereit. Einzelheiten zu den Subventionen für erneuerbare Energien anderer US-Bundesstaaten (bis zu 5,00 US-Dollar pro Watt) finden sich in der Datenbank für staatliche Förderprogramme für erneuerbare Energien und Energieeffizienz ^{[ 43 ]} . Das Florida Solar Energy Center bietet eine Präsentation zu den jüngsten Fortschritten in diesem Bereich an ^{[ 44 ] .}

Der Weltwirtschaftsrat für nachhaltige Entwicklung ^{[ 45 ]} hat eine bedeutende Initiative zur Förderung von Nullenergiegebäuden (ZEB) ins Leben gerufen. Unter der Leitung des CEO von United Technologies und des Vorsitzenden von Lafarge verfügt die Organisation über die Unterstützung großer globaler Unternehmen und die Expertise, die Wirtschaft und die Regierungen zu mobilisieren, um ZEB Realität werden zu lassen. Ihr erster Bericht, eine Umfrage unter wichtigen Akteuren der Immobilien- und Baubranche, zeigt, dass die Kosten für nachhaltiges Bauen um 300 Prozent überschätzt werden. Die Befragten schätzten die Treibhausgasemissionen von Gebäuden auf 19 Prozent der weltweiten Gesamtemissionen, während der tatsächliche Wert bei etwa 40 Prozent liegt. ^{[ 46 ]}

In einigen Regionen haben kleinräumige Beratungs- und Bewertungsprogramme zur praktischen Anwendung von Nullenergie-Designprinzipien beigetragen, indem sie Hausbesitzern und Bauherren Hilfestellung zu Luftdichtheit, Energiemodellierung und der Einhaltung lokaler Effizienzstandards boten. So bieten beispielsweise gemeindebasierte Energieberater in Kanada und im pazifischen Nordwesten Feldtests und Leistungsbewertungen für den Wohnungsbau an und tragen so dazu bei, übergeordnete Nullenergie-Richtlinien in die Praxis umzusetzen. Organisationen wie Green Canada Energy Advisors, spezialisiert auf Energiebewertung und Netto-Nullenergiehausplanung, und Blue Vision Design Inc., die zertifizierte Energieberatungsleistungen einschließlich Gebäudeenergiemodellierung und EnerGuide-Bewertungen anbietet, veranschaulichen, wie lokales Fachwissen die Implementierung von Netto-Nullenergie-Ansätzen in Bauprojekten unterstützt. ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}

Das Konzept des Nullenergiegebäudes hat sich aus anderen Niedrigenergie-Gebäudekonzepten stetig weiterentwickelt . International einflussreich waren dabei die kanadischen R-2000- und die deutschen Passivhausstandards . Auch gemeinschaftliche Demonstrationsprojekte der Regierungen, wie das superisolierte Saskatchewan House und die Task 13 der Internationalen Energieagentur , trugen ihren Teil dazu bei. ^{[ 5 ]}

Das US-amerikanische Nationale Labor für Erneuerbare Energien (NREL) veröffentlichte einen Bericht mit dem Titel „Netto-Null-Energiegebäude: Ein Klassifizierungssystem basierend auf Optionen der erneuerbaren Energieversorgung“ ^{[ 3 ]} . Dies ist der erste Bericht, der ein umfassendes Klassifizierungssystem für Netto-Null-/Erneuerbare-Energien-Gebäude vorstellt, das das gesamte Spektrum sauberer Energiequellen – sowohl vor Ort als auch extern – berücksichtigt. Dieses Klassifizierungssystem identifiziert die folgenden vier Hauptkategorien von Netto-Null-Energiegebäuden/-standorten/-campussen:

• NZEB:A – Ein Netto-Null-Energiegebäude mit erneuerbaren Energien
• NZEB:B – Ein Standort mit erneuerbaren Energien, Netto-Null-Energiegebäude
• NZEB:C – Ein importiertes Netto-Null-Energiegebäude mit erneuerbaren Energien
• NZEB:D – Ein extern erworbenes Netto-Null-Energiegebäude mit erneuerbaren Energien

Die Anwendung dieses Netto-Null-Klassifizierungssystems der US-Regierung bedeutet, dass jedes Gebäude mit der richtigen Kombination der wichtigsten Netto-Null-Technologien – Photovoltaik (Solar), Geothermie (Heizung und Kühlung, Wärmespeicher), Energieeffizienz, gegebenenfalls Windkraft und Batteriespeicher – klimaneutral werden kann. Eine grafische Darstellung des Ausmaßes der Auswirkungen der Anwendung dieser NREL-Richtlinien für Netto-Null bietet die Grafik der Net Zero Foundation mit dem Titel „Net Zero Effect on US Total Energy Use“ ^{[ 50 ].} Sie zeigt eine mögliche Reduzierung des gesamten US-Verbrauchs fossiler Brennstoffe um 39 % durch die Umstellung von US-Wohn- und Gewerbegebäuden auf Netto-Null. Bei gleichbleibendem Erdgasverbrauch zum Kochen wären Einsparungen von 37 % möglich.

Viele renommierte Universitäten haben angekündigt, ihre Energiesysteme vollständig von fossilen Brennstoffen abkoppeln zu wollen. Dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Photovoltaik- und Geothermie-Wärmepumpentechnologien sowie der Fortschritte im Bereich der elektrischen Batterien wird die vollständige Umstellung auf eine CO₂-freie Energielösung immer einfacher. Wasserkraft im großen Maßstab gibt es bereits seit vor 1900. Ein Beispiel hierfür ist der Vorschlag der Net Zero Foundation am MIT, den Campus vollständig von fossilen Brennstoffen unabhängig zu machen. ^{[ 51 ]} Dieser Vorschlag verdeutlicht die zukünftige Anwendung von Technologien für Netto-Null-Energie-Gebäude im Bereich der dezentralen Energieversorgung .

• Schutz von Gebäudeeigentümern vor künftigen Energiepreiserhöhungen
• Erhöhter Komfort durch gleichmäßigere Innentemperaturen (dies lässt sich anhand vergleichender Isothermenkarten veranschaulichen ).
• reduzierte Gesamtbetriebskosten dank verbesserter Energieeffizienz
• reduzierte monatliche Netto- Lebenshaltungskosten
• verringertes Verlustrisiko durch Stromausfälle
• Für Gebäudebesitzer werden künftig nur minimale bis keine Energiepreiserhöhungen erwartet, wodurch der Bedarf an Energiesparmaßnahmen und CO2-Emissionssteuern sinkt.
• Verbesserte Zuverlässigkeit – Photovoltaikanlagen haben 25 Jahre Garantie und fallen bei Wetterproblemen selten aus – die 1982 installierten Photovoltaikanlagen im EPCOT Energy Pavilion von Walt Disney World waren sogar noch bis 2018 in Betrieb, selbst nach drei Hurrikanen. Sie wurden 2018 im Zuge der Vorbereitungen für eine neue Attraktion abgebaut. ^{[ 52 ]}
• höherer Wiederverkaufswert, da potenzielle Eigentümer mehr ZEBs nachfragen als verfügbar sind.
• Der Wert eines ZEB-Gebäudes im Vergleich zu einem ähnlichen konventionellen Gebäude sollte mit jedem Anstieg der Energiekosten steigen.
• Sie tragen zu einem größeren Nutzen für die Gesellschaft bei, z. B. durch die Bereitstellung nachhaltiger, erneuerbarer Energie für das Stromnetz und die Verringerung des Bedarfs an Netzausbau.
• Die Optimierung von Bottom-up-Modellen zur Energieentwicklung urbaner Gebäude (UBEM) kann Fortschritte in der Genauigkeit der Nachbildung der Gebäudeenergie erzielen. ^{[ 53 ]}

• Die anfänglichen Kosten können höher sein – es ist Aufwand erforderlich, um die ZEB-Subventionen zu verstehen, zu beantragen und sich dafür zu qualifizieren, sofern solche Subventionen existieren.
• Nur sehr wenige Planer oder Bauherren verfügen über die notwendigen Fähigkeiten oder Erfahrungen, um ZEBs zu bauen ^{[ 35 ].}
• Mögliche zukünftige Kostenrückgänge bei erneuerbaren Energien der Energieversorger könnten den Wert des in Energieeffizienz investierten Kapitals mindern.
• Die Preise für neue Photovoltaik- Solarzellentechnologie sinken jährlich um etwa 17 %. Dies verringert den Wert des in eine Solaranlage investierten Kapitals. Aktuelle Subventionen könnten mit sinkenden Preisen aufgrund der zunehmenden Massenproduktion von Photovoltaik-Anlagen schrittweise wegfallen.
• Die höheren Anschaffungskosten beim Wiederverkauf von Gebäuden stellen eine Herausforderung dar, jedoch werden schrittweise neue Energiebewertungssysteme eingeführt. ^{[ 54 ]}
• Obwohl ein einzelnes Haus im Jahresdurchschnitt durchschnittlich keinen Energieverbrauch aufweist, kann es dennoch Energie benötigen, wenn die Netzlast ihren Höhepunkt erreicht. In diesem Fall muss die Netzkapazität weiterhin alle Verbraucher versorgen können. Daher kann ein Nullenergiehaus das Risiko von Stromausfällen durch Netzstörungen möglicherweise nicht verringern.
• Ohne eine optimierte Gebäudehülle sind der Energieaufwand für Bau, Heizung und Kühlung sowie der Ressourcenverbrauch höher als nötig. Nullenergiegebäude (ZEB) schreiben per Definition kein Mindestniveau für die Heiz- und Kühlleistung vor, wodurch überdimensionierte Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien die Energielücke schließen können.
• Die Nutzung der Gebäudehülle zur Solarenergiegewinnung funktioniert nur an Standorten mit direkter Sonneneinstrahlung. Im Schatten nach Norden (Nordhalbkugel) bzw. Süden (Südhalbkugel) oder in bewaldeter Umgebung lässt sich die Solarenergiegewinnung nicht optimieren.
• ZEB ist nicht frei von Kohlenstoffemissionen, Glas hat einen hohen Energieaufwand bei der Herstellung und die Produktion erfordert viel Kohlenstoff. ^{[ 55 ]}
• Bauvorschriften wie Höhenbeschränkungen oder Brandschutzbestimmungen können die Installation von Wind- oder Solaranlagen oder externe Erweiterungen der bestehenden thermischen Gebäudehülle verhindern. ^{[ 56 ]}

Ziel des ökologischen Bauens und der nachhaltigen Architektur ist die effizientere Nutzung von Ressourcen und die Reduzierung der Umweltauswirkungen von Gebäuden. ^{[ 57 ]} Nullenergiegebäude erreichen ein zentrales Ziel: Sie exportieren im Laufe des Jahres so viel erneuerbare Energie, wie sie verbrauchen, und reduzieren so die Treibhausgasemissionen. ^{[ 58 ]} Die Ziele für Nullenergiegebäude müssen definiert und festgelegt werden, da sie für den Planungsprozess entscheidend sind. ^{[ 59 ]} Nullenergiegebäude gelten möglicherweise nicht in allen Bereichen als „grün“, beispielsweise hinsichtlich Abfallreduzierung oder der Verwendung von Recyclingmaterialien . Dennoch weisen Nullenergie- oder Netto-Null-Gebäude über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg tendenziell eine deutlich geringere Umweltbelastung auf als andere „grüne“ Gebäude, die auf importierte Energie und/oder fossile Brennstoffe angewiesen sind, um bewohnbar zu sein und die Bedürfnisse der Bewohner zu erfüllen.

Die Begriffe Nullenergiegebäude und grüne Gebäude weisen sowohl Gemeinsamkeiten als auch Unterschiede auf. „Grüne“ Gebäude konzentrieren sich oft auf den Energieverbrauch im Betrieb und vernachlässigen den CO₂-Fußabdruck der Bauphase. ^{[ 60 ]} Laut IPCC wird der CO₂-Fußabdruck der grauen Energie zwischen heute [2020] und 2050 die Hälfte der gesamten CO₂-Emissionen ausmachen. ^{[ 60 ]} Nullenergiegebäude hingegen sind so konzipiert, dass sie ihren Eigenbedarf durch die Erzeugung von ausreichend Energie aus erneuerbaren Quellen decken. Grüne Gebäude lassen sich allgemein als Gebäude definieren, die negative Auswirkungen auf die natürliche Umwelt reduzieren oder positive Auswirkungen haben [1-NEWUSDE]. ^{[ 61 ] [ 62 ]} Bevor ein Gebäude als grünes Gebäude eingestuft wird, müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. Der Bau eines nachhaltigen Gebäudes erfordert die effiziente Nutzung von Ressourcen wie Wasser und Energie, die Nutzung erneuerbarer Energien, Recycling und Wiederverwendung zur Abfallreduzierung, die Gewährleistung einer guten Raumluftqualität, die Verwendung ethisch einwandfreier und schadstofffreier Materialien, ein anpassungsfähiges Design sowie Aspekte des Planungs-, Bau- und Betriebsprozesses, die die Umwelt und die Lebensqualität der Bewohner berücksichtigen. Der Begriff „nachhaltiges Bauen“ kann auch die Praxis des nachhaltigen Bauens bezeichnen, die Ressourceneffizienz vom Entwurf über den Bau und Betrieb bis hin zum Rückbau umfasst. ^{[ 63 ]} Nachhaltiges Bauen unterscheidet sich von Nullenergiegebäuden, da es alle Umweltauswirkungen wie Materialverbrauch und Wasserverschmutzung berücksichtigt, während Nullenergiegebäude lediglich den Energieverbrauch und die Fähigkeit zur Erzeugung einer gleichwertigen oder größeren Energiemenge aus erneuerbaren Energiequellen einbeziehen.

Um den Bedarf eines Gebäudes und seiner Nutzer an erneuerbarer Energie effizient zu decken, sind zahlreiche unvorhergesehene Herausforderungen bei der Planung und den Standortbedingungen zu bewältigen, da viele dieser Technologien noch neu sind. Planer müssen ganzheitliche Gestaltungsprinzipien anwenden und die verfügbaren natürlichen Ressourcen wie passive Solarausrichtung, natürliche Belüftung, Tageslichtnutzung, thermische Masse und Nachtkühlung nutzen. Sie müssen zudem mit neuen Materialien und technologischen Fortschritten experimentieren, um eine kostengünstigere und effizientere Produktion zu ermöglichen. Ein zentrales Problem aktueller Forschung zu Herausforderungen und Umsetzung ist das Fehlen gemeinsamer Standards und Messgrößen zur Definition und Überprüfung von „nahezu“ Nullenergiegebäuden (D'Agostino & Mazzarella, 2019). ^{[ 64 ]}

Dank Fortschritten bei Verglasungen mit extrem niedrigem U-Wert wird in der EU ein (nahezu) energieautarkes Gebäude als Nachfolger der Niedrigstenergiegebäude vorgeschlagen. Dieses energieautarke Gebäude reduziert den Bedarf an passiver Solarenergie und ermöglicht eine offenere Gestaltung mit konventionellen Architekturelementen. Es macht saisonale/winterliche Energiereserven überflüssig. Der jährliche spezifische Heizenergiebedarf eines energieautarken Hauses sollte 3 kWh/m²a nicht überschreiten ^. Energieautarke Gebäude sind einfacher zu planen und zu betreiben. Beispielsweise ist kein modulierender Sonnenschutz erforderlich.

Die beiden gängigsten Zertifizierungen für nachhaltiges Bauen sind Passivhaus und LEED. ^{[ 65 ]} Ziel des Passivhauses ist Energieeffizienz und die Reduzierung des Heiz- und Kühlbedarfs unter den Standard. ^{[ 65 ]} Die LEED-Zertifizierung ist umfassender in Bezug auf den Energieverbrauch; ein Gebäude erhält Punkte, wenn es nachhaltige Praktiken in verschiedenen Kategorien nachweist. ^{[ 65 ]} Eine weitere Zertifizierung, die ein Gebäude als Netto-Null-Energiegebäude auszeichnet, ist die Netto-Null-Energiegebäude-Zertifizierung (NZEB) des International Living Future Institute (ILFI). Sie ist Teil der Living Building Challenge (LBC). ^{[ 66 ]} Die Zertifizierung wurde im November 2011 als NZEB eingeführt und 2017 zur Null-Energiegebäude-Zertifizierung vereinfacht. ^{[ 67 ]} Das BCA Green Mark-Bewertungssystem, ebenfalls eine Zertifizierung für nachhaltiges Bauen, ermöglicht die Bewertung von Gebäuden hinsichtlich ihrer Leistung und ihrer Umweltauswirkungen. ^{[ 68 ]}

Als Reaktion auf die globale Erwärmung und die steigenden Treibhausgasemissionen haben Länder weltweit schrittweise verschiedene Maßnahmen zur Förderung von Nullenergiegebäuden (ZEB) umgesetzt. Zwischen 2008 und 2013 arbeiteten Forschende aus Australien, Österreich, Belgien, Kanada, Dänemark, Finnland, Frankreich, Deutschland, Italien, Südkorea, Neuseeland, Norwegen, Portugal, Singapur, Spanien, Schweden, der Schweiz, Großbritannien und den USA im gemeinsamen Forschungsprogramm „Towards Net Zero Energy Solar Buildings“ zusammen. Das Programm wurde im Rahmen des IEA-Programms für Solarheizung und -kühlung (SHC) Task 40 / Energie in Gebäuden und Gemeinden (EBC, ehemals ECBCS) Annex 52 ins Leben gerufen, um die internationalen Definitionen für Netto-Null- und Niedrigenergiegebäude durch die Aufteilung in Teilaufgaben zu harmonisieren. Die Europäische Union hat sogar vorgeschrieben, dass alle Neubauten bis Ende 2020 (und öffentliche Gebäude bis 2018) nahezu energieautark sein müssen. D'Agostino und Mazzarella (2019) weisen jedoch darauf hin, dass diese Richtlinie uneinheitlich angewendet wurde. Einige Länder nutzen den Primärenergieverbrauch als Messgröße, während andere den CO₂-Emissionen oder dem Einsatz erneuerbarer Energien Priorität einräumen _. [ ^{69 ] Im} Jahr 2015 wurde das Pariser Abkommen im Rahmen des Rahmenübereinkommens der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCCC) mit dem Ziel geschlossen, den globalen Temperaturanstieg im 21. Jahrhundert unter 2 Grad Celsius zu halten und den Temperaturanstieg durch die Begrenzung der Treibhausgasemissionen auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen. ^{[ 70 ]} Obwohl es keine verpflichtende Einhaltung gab, unterzeichneten 197 Länder den internationalen Vertrag, der die Industrieländer durch eine gegenseitige Zusammenarbeit rechtlich verpflichtete. Jede Vertragspartei sollte ihren nationalen Klimaschutzbeitrag (INDC) alle fünf Jahre aktualisieren und jährlich auf der COP berichten . ^{[ 71 ]} Aufgrund der Vorteile von Energieeffizienz und CO₂-Emissionsreduktion werden Nullenergiegebäude (ZEBs) in vielen Ländern als Lösung für Energie- und Umweltprobleme im Infrastruktursektor weit verbreitet eingesetzt. ^{[ 72 ]}

Nationale Entwicklung

In Australien wurden der Fahrplan für Niedrigenergiegebäude und sein Nachtrag im Jahr 2019 von allen Energieministern des Commonwealth, der Bundesstaaten und Territorien vereinbart.

„The Trajectory“ ist ein nationaler Plan zur Realisierung von Nullenergie- und CO2-fähigen Gewerbe- und Wohngebäuden in Australien. Er ist eine Schlüsselinitiative zur Erreichung des australischen Ziels, die Energieeffizienz bis 2030 um 40 % zu steigern (gemäß dem Nationalen Energieproduktivitätsplan).

Am 7. Juli 2023 beschloss der Ministerrat für Energie und Klimawandel, den Fahrplan für Niedrigenergiegebäude bis Ende 2024 zu aktualisieren. ^{[ 73 ]}

Die Aktualisierungen der Trajektorie werden Folgendes bewirken:

• die Schaffung eines energiearmen, emissionsfreien Wohn- und Gewerbebausektors bis 2050 unterstützen
• den Erfolg des bestehenden Programms berücksichtigen
• Unterstützung bei der Entwicklung des politischen Weges für den Bausektor, um bis 2050 Klimaneutralität zu erreichen.

ZEB in Australien

• Council House 2 (CH 2 ₎ ist ein Bürogebäude in der Little Collins Street 240im zentralen Geschäftsviertel von Melbourne , Australien. Es wird von der Stadtverwaltung Melbourne genutzt und war im April 2005 das erste eigens für Bürozwecke errichtete Gebäude in Australien, _das die maximale Bewertung von sechs Green Stars erhielt. ^{[ 74 ]}

In Belgien gibt es ein Projekt mit dem Ziel, die belgische Stadt Leuven bis 2030 klimaneutral zu machen. ^{[ 75 ]}

In Brasilien wurde mit der Verordnung Nr. 42 vom 24. Februar 2021 die Inmetro-Normativvorschrift zur Klassifizierung der Energieeffizienz von Gewerbe-, Dienstleistungs- und öffentlichen Gebäuden (INI-C) verabschiedet. Diese verbessert die technischen Qualitätsanforderungen an das Energieeffizienzniveau von Gewerbe-, Dienstleistungs- und öffentlichen Gebäuden (RTQ-C) und legt die Kriterien und Methoden zur Klassifizierung dieser Gebäude hinsichtlich ihrer Energieeffizienz fest. Anhang D beschreibt die Verfahren zur Ermittlung des Potenzials für die lokale Erzeugung erneuerbarer Energien sowie die Bewertungsbedingungen für Niedrigstenergiegebäude (NZEBs) und Plusenergiegebäude (PEBs). ^{[ 76 ]}

• Die Canadian Home Builders Association – National überwacht das Net Zero Homes -Zertifizierungslabel ^{[ 77 ]} , eine freiwillige, branchengeführte Kennzeichnungsinitiative.
• Im Dezember 2017 trat der BC Energy Step Code in British Columbia in Kraft. Kommunen in British Columbia können den Standard nutzen, um Anreize für oder die Einhaltung eines höheren Energieeffizienzstandards bei Neubauten zu schaffen oder vorzuschreiben, der über die Anforderungen der grundlegenden Bauordnung hinausgeht. Die Verordnung dient als technischer Leitfaden, um die Provinz bei ihrem Ziel zu unterstützen, dass alle Neubauten bis 2032 ein Netto-Null-Energieniveau erreichen.
• Im August 2017 veröffentlichte die kanadische Regierung die Strategie „Build Smart – Canada’s Buildings Strategy“ ^{[ 78 ]} , die einen zentralen Bestandteil des gesamtkanadischen Rahmens für sauberes Wachstum und Klimawandel, Kanadas nationaler Klimastrategie, darstellt. Die „Build Smart“-Strategie zielt darauf ab, die Energieeffizienz kanadischer Gebäude drastisch zu steigern, um ein Netto-Null-Energie-Niveau zu erreichen.
• In Kanada ist die Net-Zero Energy Home Coalition ^{[ 79 ]} ein Branchenverband, der den Bau von Netto-Null-Energiehäusern und die Einführung von Häusern mit nahezu Netto-Null-Energie (nNZEH), NZEH Ready und NZEH-Standard fördert.
• Die Canada Mortgage and Housing Corporation ist Sponsor des EQuilibrium Sustainable Housing Competition ^{[ 80 ]} , im Rahmen dessen ab 2008 landesweit fünfzehn Nullenergie- und Niedrigstenergie-Demonstrationsprojekte realisiert werden sollen.
• Das EcoTerra-Haus in Eastman, Quebec, ist Kanadas erstes nahezu energieautarkes Wohnhaus, das im Rahmen des CMHC EQuilibrium Sustainable Housing Competition gebaut wurde . ^{[ 81 ]} Das Haus wurde von Assoc. Prof. Dr. Masa Noguchi von der Universität Melbourne für Alouette Homes entworfen und von Prof. Dr. Andreas K. Athienitis von der Concordia University statisch berechnet . ^{[ 82 ]}
• Im Jahr 2014 wurde das öffentliche Bibliotheksgebäude in Varennes, Québec , als erstes institutionelles Gebäude in Kanada nach den Richtlinien für Nullenergiegebäude (ZNE) zertifiziert. ^{[ 83 ]} Die Bibliothek ist außerdem LEED-Gold-zertifiziert.
• Das EcoPlusHome in Bathurst, New Brunswick. Das EcoPlusHome ist ein vorgefertigtes Testhaus, das von Maple Leaf Homes mit Technologie von Bosch Thermotechnology gebaut wurde . ^{[ 84 ] [ 85 ]}
• Das Mohawk College wird Hamiltons erstes Netto-Null-Energiegebäude errichten.

Mit einer geschätzten Bevölkerung von 1.439.323.776 Menschen zählt China aufgrund seiner anhaltenden, rasanten Urbanisierung zu den weltweit größten Verursachern von Treibhausgasemissionen. Trotz des stetigen Ausbaus der Infrastruktur galt China lange als Land, dessen Gesamtenergiebedarf kontinuierlich langsamer wuchs als sein Bruttoinlandsprodukt (BIP) . ^{[ 86 ]} Seit Ende der 1970er Jahre hat sich Chinas Energieverbrauch im Vergleich zu 1997 halbiert. Aufgrund seiner hohen Bevölkerungsdichte und des rasanten Infrastrukturausbaus ist China jedoch zum zweitgrößten Energieverbraucher der Welt aufgestiegen und könnte im nächsten Jahrhundert zum Hauptverursacher von Treibhausgasemissionen werden. ^{[ 86 ]}

Seit 2010 verfolgt die chinesische Regierung mit der Veröffentlichung neuer nationaler Richtlinien das Ziel, die Standards für Nullenergiegebäude (ZEB) zu erhöhen und Anreize für den Bau von ZEB-Projekten in China zu schaffen. ^{[ 72 ]} Im November 2015 veröffentlichte das chinesische Ministerium für Wohnungsbau und Stadt-Land-Entwicklung (MOHURD) einen technischen Leitfaden für passive und energieeffiziente Wohngebäude. ^{[ 72 ]} Dieser Leitfaden zielte auf die Verbesserung der Energieeffizienz der chinesischen Infrastruktur ab und war der erste seiner Art, der offiziell als Leitfaden für Energieeffizienz veröffentlicht wurde. ^{[ 72 ]} Angesichts des rasanten Wachstums von ZEBs in den letzten drei Jahren wird bis 2020 mit einem weiteren Anstieg der ZEB-Projekte in China gerechnet, zusätzlich zu den bereits bestehenden. ^{[ 72 ]}

Als Reaktion auf das Pariser Abkommen von 2015 erklärte China, es wolle den Höhepunkt der Kohlenstoffemissionen um das Jahr 2030 erreichen und gleichzeitig die Kohlendioxidemissionen pro BIP-Einheit gegenüber dem Stand von 2005 um 60–65 Prozent senken. ^{[ 71 ]} Im Jahr 2020 verkündete der chinesische Parteichef Xi Jinping in seiner Rede vor der UN-Generalversammlung, China werde bis 2060 klimaneutral sein und die Klimareformen vorantreiben. ^{[ 87 ]} Da über 95 Prozent des chinesischen Energiebedarfs aus CO₂-emittierenden Brennstoffen gedeckt werden, erfordert die Klimaneutralität in China einen nahezu vollständigen Übergang zu Energiequellen wie Solar-, Wind-, Wasserkraft oder Kernenergie. ^{[ 88 ]} Um Klimaneutralität zu erreichen, muss Chinas geplante Energiequotenpolitik neue Überwachungsmechanismen beinhalten, die eine präzise Messung der Energieeffizienz von Gebäuden gewährleisten. ^{[ 89 ]} Zukünftige Forschung sollte die verschiedenen Herausforderungen untersuchen, die sich durch die Umsetzung von Nullenergiegebäude-Richtlinien in China ergeben könnten. ^{[ 89 ]}

• Eines der erfolgreich errichteten Netto-Null-Energie-Bürogebäude der neuen Generation ist der 71-stöckige Pearl River Tower in Guangzhou , China. ^{[ 90 ]} Der von Skidmore Owings Merrill LLP entworfene Turm wurde mit dem Ziel konzipiert, die jährlich verbrauchte Energiemenge selbst zu erzeugen ^{[ 90 ]} und dabei die vier Schritte zur Netto-Null-Energie zu befolgen: Reduzierung , Absorption , Rückgewinnung und Erzeugung. ^{[ 91 ]} Ursprünglich waren für den Pearl River Tower erdgasbetriebene Mikroturbinen zur Stromerzeugung vorgesehen. Aufgrund lokaler Vorschriften entschied man sich jedoch stattdessen für in das Glasdach integrierte Photovoltaikmodule, Sonnenschutzlamellen und eine taktische Gebäudeplanung in Kombination mit der Stromerzeugung durch Vertikalachsenwindkraftanlagen. ^{[ 90 ]}

Das Strategische Forschungszentrum für Nullenergiegebäude wurde 2009 an der Universität Aalborg mit Mitteln des Dänischen Rates für Strategische Forschung (DSF), der Programmkommission für Nachhaltige Energie und Umwelt sowie in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Dänemark, dem Dänischen Technologischen Institut, dem Dänischen Bauverband und einigen privaten Unternehmen gegründet. Ziel des Zentrums ist die Entwicklung integrierter, intelligenter Technologien für Gebäude, die eine erhebliche Energieeinsparung und die optimale Nutzung erneuerbarer Energien gewährleisten, um Nullenergiegebäudekonzepte zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit der Industrie schafft das Zentrum die notwendigen Grundlagen für eine langfristig nachhaltige Entwicklung im Gebäudesektor.

• Die Technische Universität Darmstadt gewann den ersten Platz beim internationalen Nullenergie-Designwettbewerb Solar Decathlon 2007 mit einem Passivhaus-Design ( Passivhaus + erneuerbare Energien) und erzielte die höchste Punktzahl in den Kategorien Architektur, Beleuchtung und Ingenieurwesen ^{[ 92 ].}
• Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE , Freiburg im Breisgau
• Netto-Nullenergie-, Plusenergie- oder klimaneutrale Gebäude in der nächsten Generation von Stromnetzen

Indiens erstes Netto-Null-Energiegebäude ist das Indira Paryavaran Bhawan in Neu-Delhi , das 2014 eingeweiht wurde. Zu seinen Merkmalen zählen passive Solarenergienutzung und weitere umweltfreundliche Technologien. ^{[ 93 ]} Es sind hocheffiziente Solarpaneele vorgesehen. Die Abluft der Toiletten wird mithilfe eines Wärmerads gekühlt , um die Kältemaschine zu entlasten . Das Gebäude verfügt über zahlreiche Wassersparmaßnahmen. ^{[ 94 ]}

Im Jahr 2011 eröffnete das Payesh Energy House (PEH) oder Khaneh Payesh Niroo, ein Gemeinschaftsprojekt der Fajr-e-Toseah Consultant Engineering Company ^{[ 95 ]} und Vancouver Green Homes Ltd ] unter der Leitung der Payesh Energy Group (EPG), das erste Netto-Null-Passivhaus im Iran. Dieses Konzept dient MAPSA als Vorbild für die Serienproduktion und als standardisiertes Verfahren für die Planung und den Bau des PEH. ^{[ 96 ]}

Ein Beispiel für die neue Generation von Nullenergie-Bürogebäuden ist der 24-stöckige OIIC -Büroturm ^{[ 97 ]} , dessen Bau 2011 als Hauptsitz der OIIC Company begann. Er nutzt sowohl moderate Energieeffizienzmaßnahmen als auch eine große dezentrale Erzeugung erneuerbarer Energien aus Solar- und Windkraft. Betrieben wird er von der Rahgostar Naft Company in Teheran, Iran . Der Turm erhält staatliche Fördermittel, die mittlerweile viele bedeutende Projekte zur Vermeidung fossiler Brennstoffe finanzieren. ^{[ 98 ]}

Im Jahr 2005 brachte ein privates Unternehmen in Irland das weltweit erste standardisierte Passivhaus auf den Markt. Dieses Konzept standardisiert die Planung und den Bau von Passivhäusern. Konventionelle Niedrigenergie-Bautechniken wurden verfeinert und auf Basis des PHPP (Passivhaus-Planungspaket) entwickelt, um das standardisierte Passivhaus zu schaffen. Die Vorfertigung ermöglicht den Einsatz hochpräziser Techniken und reduziert das Fehlerrisiko beim Bau.

Im Jahr 2009 startete dasselbe Unternehmen ein Projekt, bei dem 23.000 Liter Wasser in einem saisonalen Speichertank mithilfe von Vakuumröhrenkollektoren ganzjährig erwärmt werden. Ziel war es, das Haus in den Wintermonaten ausreichend zu beheizen und so auf elektrische Heizung verzichten zu können. Das System wird von einem Forschungsteam der University of Ulster überwacht und dokumentiert ; die Ergebnisse fließen in eine Doktorarbeit ein .

Das Cork Institute of Technology begann 2012 mit der Sanierung seiner Gebäude aus dem Jahr 1974, um ein energieautarkes Gebäude zu entwickeln. ^{[ 99 ]} Dieses Vorzeigeprojekt wird Irlands erstes Nullenergie-Testfeld sein und eine Bewertung der tatsächlichen Gebäudeeffizienz nach der Inbetriebnahme im Vergleich zu den geplanten Standards ermöglichen.

Das erste Nullenergiegebäude Jamaikas und der Karibik wurde 2017 auf dem Mona-Campus der University of the West Indies (UWI) eröffnet. ^{[ 100 ]} Das 2300 Quadratfuß große Gebäude wurde entworfen, um zu nachhaltigeren und energieeffizienteren Gebäuden in der Region anzuregen. ^{[ 100 ]}

Nach dem Erdbeben von Fukushima im April 2011 und der darauffolgenden Nuklearkatastrophe von Fukushima Daiichi erlebte Japan eine schwere Energiekrise, die das Bewusstsein für die Bedeutung der Energieeinsparung schärfte.

Im Jahr 2012 fassten das japanische Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie , das japanische Ministerium für Land, Infrastruktur, Verkehr und Tourismus sowie das japanische Umweltministerium den Fahrplan für eine kohlenstoffarme Gesellschaft zusammen, der das Ziel enthält, dass Nullenergiegebäude (ZEH) und Nullenergiegebäude (ZEB) im Jahr 2020 Standard für Neubauten sein sollen. ^{[ 101 ]}

Die Mitsubishi Electric Corporation baut Japans erstes Nullenergie-Bürogebäude, dessen Fertigstellung für Oktober 2020 geplant ist (Stand: September 2020). ^{[ 102 ]} Die SUSTIE ZEB-Testanlage befindet sich in Kamakura, Japan, und dient der Entwicklung der ZEB-Technologie. ^{[ 102 ]} Mit der Netto-Null-Zertifizierung soll die Anlage den Energieverbrauch um 103 % senken. ^{[ 103 ]}

Japan hat sich zum Ziel gesetzt, dass alle Neubauten bis 2030 energieautark sein sollen. ^{[ 104 ]} Das Bauunternehmen Sekisui House stellte 2013 sein erstes energieautarkes Haus vor und plant nun Japans erste energieautarke Wohnanlage in Nagoya. Es handelt sich um ein dreistöckiges Gebäude mit zwölf Wohneinheiten. ^{[ 105 ]} Auf dem Dach befinden sich Solarpaneele, und jede Wohneinheit verfügt über eine Brennstoffzelle zur Notstromversorgung. ^{[ 105 ]}

Die in Südkorea geltenden Anforderungen für Nullenergiegebäude (ZEB), die 2021 für Gebäude mit einer Bruttogeschossfläche (BGF) von über 1.000 m² galten, werden 2022 auf Gebäude mit einer BGF von über 500 m² ausgeweitet und ab 2024 für alle öffentlichen Gebäude gelten. Für private Gebäude wird die ZEB-Zertifizierung ab 2023 für Baugenehmigungen mit einer BGF von über 100.000 m² verpflichtend. Nach 2025 wird der Nullenergiebau für private Gebäude auf BGFs über 1.000 m² ausgeweitet. Ziel der Politik ist es, bis 2030 alle öffentlichen Gebäude auf ZEB-Klasse 3 (Energieunabhängigkeitsgrad von 60 % bis 80 %) und alle privaten Gebäude auf ZEB-Klasse 5 (Energieunabhängigkeitsgrad von 20 % bis 40 %) umzustellen. ^{[ 106 ]}

Das EnergyX DY-Gebäude (에너지엑스 DY빌딩), das erste kommerzielle Netto-Null-Energiegebäude (NZEB, oder ZEB-Klasse 1) und das erste Plus-Energiegebäude (+ZEB, oder ZEB-Klasse Plus) in Korea, wurde 2023 eröffnet. ^{[ 107 ]} Das Energietechnologie- und Architekturunternehmen EnergyX entwickelte, plante und realisierte das Gebäude mit seinen eigenen Technologien und Dienstleistungen. ^{[ 108 ]} Das EnergyX DY-Gebäude erhielt die ZEB-Zertifizierung mit einem Energieunabhängigkeitsgrad (bzw. einer Energieautarkiequote) von 121,7 %. ^{[ 109 ]}

Im Oktober 2007 schloss das Malaysia Energy Centre (PTM) die Entwicklung und den Bau des PTM Zero Energy Office (ZEO) Gebäudes erfolgreich ab. Das Gebäude wurde als hocheffizientes Gebäude konzipiert und verbraucht nur 286 kWh pro Tag. Die Kombination aus erneuerbarer Energie und Photovoltaik soll zu einem Netto-Null-Strombezug aus dem öffentlichen Netz führen. Das Gebäude wird derzeit vom lokalen Energiemanagement-Team optimiert. Die Ergebnisse werden voraussichtlich in einem Jahr veröffentlicht. ^{[ 110 ]}

Im Jahr 2016 startete die malaysische Behörde für nachhaltige Energieentwicklung (SEDA Malaysia) die freiwillige Initiative „Low Carbon Building Facilitation Program“. Ziel war die Unterstützung des bestehenden Programms für kohlenstoffarme Städte in Malaysia. Im Rahmen des Programms konnten mehrere Demonstrationsprojekte den Energie- und CO₂-Ausstoß um über 50 % senken, einige sogar um mehr als 75 %. Durch die kontinuierliche Verbesserung hocheffizienter Gebäude mit einem signifikanten Einsatz erneuerbarer Energien vor Ort konnten einige von ihnen den Status von Niedrigstenergiegebäuden (nZEB) oder Netto-Nullenergiegebäuden (NZEB) erreichen. Im März 2018 startete SEDA Malaysia das „Zero Energy Building Facilitation Program“. ^{[ 111 ]}

Malaysia verfügt mit GreenPASS über ein eigenes Instrument für nachhaltiges Bauen, speziell für CO₂-arme und Nullenergiegebäude. GreenPASS wurde 2012 vom Construction Industry Development Board Malaysia (CIDB) entwickelt und wird derzeit von SEDA Malaysia verwaltet und gefördert. Die offizielle Bezeichnung für GreenPASS lautet Construction Industry Standard (CIS) 20:2012.

Im September 2006 wurde der niederländische Hauptsitz des World Wildlife Fund (WWF) in Zeist eröffnet. Dieses umweltfreundliche Gebäude gibt mehr Energie zurück, als es verbraucht. Alle im Gebäude verwendeten Materialien wurden nach strengen Vorgaben des WWF und des Architekten geprüft. ^{[ 112 ]}

Im Februar 2009 beauftragte der Forschungsrat Norwegens die Fakultät für Architektur und Bildende Kunst der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie mit der Einrichtung des Forschungszentrums für emissionsfreie Gebäude (ZEB). Dieses ist eines von acht neuen nationalen Zentren für umweltfreundliche Energieforschung (FME). Hauptziel der FME-Zentren ist es, zur Entwicklung umweltfreundlicher Technologien beizutragen und das norwegische Fachwissen in diesem Bereich zu stärken. Darüber hinaus sollen sie neue industrielle Aktivitäten und Arbeitsplätze schaffen. In den kommenden acht Jahren wird das FME-Zentrum ZEB wettbewerbsfähige Produkte und Lösungen für bestehende und neue Gebäude entwickeln, die zur Marktdurchdringung emissionsfreier Gebäude in den Bereichen Produktion, Betrieb und Rückbau beitragen sollen.

Singapur hat an der National University of Singapore (NUS) ein wegweisendes Gebäude vorgestellt: ein Nullenergiegebäude. Das Gebäude mit der Bezeichnung SDE4 befindet sich in einem Komplex aus drei Gebäuden der School of Design and Environment (SDE). ^{[ 113 ]} Dank seines mit Solarmodulen bedeckten Dachs, eines hybriden Kühlsystems und zahlreicher integrierter Systeme zur Optimierung der Energieeffizienz wurde das Gebäude mit dem Green Mark Platinum-Zertifikat ausgezeichnet. Es produziert so viel Energie, wie es verbraucht. SDE4 war das erste neu errichtete Nullenergiegebäude in Singapur und gleichzeitig das erste an der NUS. Das erste sanierte Nullenergiegebäude in Singapur war ein Gebäude der Building and Construction Authority (BCA) Academy, das am 26. Oktober 2009 von Mah Bow Tan, dem Minister für Nationale Entwicklung, im Rahmen der ersten Singapore Green Building Week eingeweiht wurde. ^{[ 114 ]} Die Singapore Green Building Week (SGBW) fördert nachhaltige Entwicklung und würdigt die Erfolge nachhaltig geplanter Gebäude. ^{[ 115 ]}

Das kürzlich fertiggestellte SMU Connexion (SMUC) ist ein weiteres Beispiel für ein energieautarkes Gebäude. Es ist das erste energieautarke Gebäude der Stadt, das auch Massivholzkonstruktionen (MET) verwendet. Es wurde so konzipiert, dass es die Green Mark Platinum-Zertifizierung der Building and Construction Authority (BCA) erfüllt und ist seit Januar 2020 in Betrieb.

Das Schweizer MINERGIE -A-Eco-Label zertifiziert Nullenergiegebäude. Das erste Gebäude mit diesem Label, ein Einfamilienhaus, wurde 2011 in Mühleberg fertiggestellt. ^{[ 116 ]}

• Masdar City in Abu Dhabi
• Dubai – Die nachhaltige Stadt in Dubai

Im Dezember 2006 kündigte die Regierung an, dass bis 2016 alle Neubauten in England Nullenergiegebäude sein sollen. Um dies zu fördern, ist eine Befreiung von der Grunderwerbsteuer geplant. In Wales sollte der Standard bereits 2011 erreicht werden, wobei eine tatsächliche Umsetzung erst 2012 wahrscheinlicher erscheint. Aufgrund einer einseitigen Kursänderung, die im Rahmen des Haushaltsplans im März 2011 veröffentlicht wurde, ist nun jedoch eine eingeschränktere Maßnahme geplant, die Schätzungen zufolge nur zwei Drittel der Emissionen eines Neubaus kompensieren wird. ^{[ 117 ] [ 118 ]}

• BedZED -Entwicklung
• Hockerton-Wohnprojekt

Im Januar 2019 definierte das Ministerium für Wohnen, Gemeinden und Kommunalverwaltung „Nullenergie“ einfach als „erfüllt gerade die aktuellen Baustandards“ und löste damit dieses Problem elegant. ^{[ 119 ]}

In den USA wird die Forschung zu Nullenergiehäusern (ZEB) derzeit vom US-Energieministerium (DOE) im Rahmen des Programms „Building America“ gefördert ^{[ 120 ].} Beteiligt sind unter anderem branchenbasierte Konsortien und Forschungseinrichtungen des National Renewable Energy Laboratory (NREL), des Florida Solar Energy Center (FSEC), des Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) und des Oak Ridge National Laboratory (ORNL). Von 2008 bis 2012 plant das DOE, 40 Millionen US-Dollar an vier Teams des Programms „Building America“ zu vergeben: die Building Science Corporation, IBACOS, das Consortium of Advanced Residential Buildings und die Building Industry Research Alliance sowie ein Konsortium führender Vertreter aus Wissenschaft und Bauwirtschaft. Die Mittel werden für die Entwicklung von Netto-Nullenergiehäusern eingesetzt, die 50 bis 70 % weniger Energie verbrauchen als konventionelle Häuser. ^{[ 121 ]}

Das US-Energieministerium (DOE) stellt außerdem 4,1 Millionen US-Dollar für zwei regionale Anwendungszentren für Gebäudetechnik bereit, die die Einführung neuer und in der Entwicklung befindlicher energieeffizienter Technologien beschleunigen sollen. Die beiden Zentren, die an der University of Central Florida und der Washington State University angesiedelt sind , werden 17 Bundesstaaten betreuen und Informationen und Schulungen zu kommerziell erhältlichen energieeffizienten Technologien anbieten. ^{[ 121 ]}

Mit dem US Energy Independence and Security Act von 2007 ^{[ 122 ]} wurden für die Jahre 2008 bis 2012 Mittel für ein neues Forschungs- und Entwicklungsprogramm für Solarklimaanlagen bereitgestellt, das bald zahlreiche neue technologische Innovationen und Skaleneffekte in der Massenproduktion demonstrieren sollte .

Die Solar America Initiative 2008 finanzierte im Jahr 2008 Forschung und Entwicklung zur zukünftigen Entwicklung kostengünstiger Nullenergiehäuser mit 148 Millionen US-Dollar. ^{[ 123 ] [ 124 ]}

Die Steuervergünstigungen für Solarenergie wurden bis Ende 2016 verlängert.

Mit der Executive Order 13514 ordnete US-Präsident Barack Obama an, dass bis 2015 15 % der bestehenden Bundesgebäude den neuen Energieeffizienzstandards entsprechen und bis 2030 100 % aller neuen Bundesgebäude Netto-Nullenergiegebäude sein müssen .

Im Jahr 2007 gründete die philanthropische Siebel Foundation die Energy Free Home Foundation. Ziel war es, weltweit 20 Millionen US-Dollar an Anreizpreisen für die Entwicklung und den Bau eines 186 Quadratmeter großen Hauses mit drei Schlafzimmern und zwei Badezimmern bereitzustellen, das (1) keine jährlichen Energiekosten verursacht, (2) eine hohe Marktattraktivität aufweist und (3) nicht mehr kostet als ein konventionelles Haus. ^{[ 125 ]}

Der Plan sah die Finanzierung des Baus der zehn besten Entwürfe zu je 250.000 US-Dollar, einen ersten Preis in Höhe von 10 Millionen US-Dollar und die anschließende Errichtung und den Verkauf von insgesamt 100 solcher Häuser an die Öffentlichkeit vor.

Ab 2009 hielt Thomas Siebel zahlreiche Vorträge über seine Initiative „Energiefreies Haus“. ^{[ 126 ]} Im Bericht der Siebel Foundation hieß es, die Initiative „Energiefreies Haus“ werde „Ende 2009 gestartet“. ^{[ 127 ]}

Das Lawrence Berkeley National Laboratory der University of California, Berkeley, beteiligte sich an der Erstellung der Studie „Feasibility of Achieving Zero-Net-Energy, Zero-Net-Cost Homes“ ^{[ 128 ]} für die 20 Millionen Dollar teure Energy Free Home Challenge.

Bei einer Umsetzung hätte die Energy Free Home Challenge verstärkte Anreize für verbesserte Technologien und eine bessere Verbraucheraufklärung über Nullenergiegebäude geschaffen, die zu den gleichen Kosten wie konventionelle Wohnbauten errichtet werden könnten.

Der Solar Decathlon des US-Energieministeriums ist ein internationaler Wettbewerb, der Hochschulteams herausfordert, das attraktivste, effektivste und energieeffizienteste Solarhaus zu entwerfen, zu bauen und zu betreiben. Ein zentrales Ziel des Wettbewerbs ist die Erreichung einer ausgeglichenen Energiebilanz.

• Das Zero Energy House wurde vom NAHB Research Center und den John Wesley Miller Companies in Tucson entwickelt.

• Der Staat Kalifornien hat vorgeschlagen, dass ab 2020 alle neuen Wohngebäude mit niedriger und mittlerer Höhe sowie ab 2030 alle neuen Gewerbegebäude nach den ZNE-Standards (Zero Energy Standards) geplant und gebaut werden sollen. ^{[ 129 ]} Die Anforderungen werden, sofern sie umgesetzt werden, im kalifornischen Baugesetzbuch (California Building Code) festgelegt, das alle drei Jahre aktualisiert wird und derzeit einige der höchsten Energieeffizienzstandards in den Vereinigten Staaten vorschreibt. Es wird erwartet, dass Kalifornien die Effizienzanforderungen bis 2020 weiter verschärfen wird, um so den oben beschriebenen Trend zu vermeiden, Standardwohnungen zu bauen und ZNE durch den massiven Einsatz erneuerbarer Energien zu erreichen. Die kalifornische Energiekommission ist verpflichtet, eine Kosten-Nutzen-Analyse durchzuführen, um nachzuweisen, dass die neuen Vorschriften einen Nettonutzen für die Einwohner des Bundesstaates schaffen.
• West Village, auf dem Campus der University of California in Davis , Kalifornien, war zum Zeitpunkt seiner Eröffnung 2014 die größte nach dem ZNE-Prinzip geplante Wohnanlage Nordamerikas. ^{[ 130 ]} Die Anlage umfasst Studentenwohnheime für rund 1.980 Studierende der UC Davis sowie vermietbare Büroflächen und Gemeinschaftseinrichtungen wie ein Gemeindezentrum, einen Pool, ein Fitnessstudio, ein Restaurant und einen Supermarkt. Die Büroflächen sind derzeit an universitäre Programme aus den Bereichen Energie und Verkehr vermietet. Das Projekt entstand in einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der Universität und der West Village Community Partnership LLC, die von Carmel Partners aus San Francisco, einem privaten Bauträger, geleitet wurde. Carmel Partners schloss einen 60-jährigen Erbpachtvertrag mit der Universität ab und war für die Planung, den Bau und die Umsetzung des 300 Millionen Dollar teuren Projekts verantwortlich, das als marktgerechter Wohnraum für die Bewohner von Davis konzipiert ist. Das Besondere daran ist, dass der Bauträger das Projekt so konzipierte, dass es ohne zusätzliche Kosten für ihn selbst oder die Bewohner die Anforderungen an ein ZNE-Konzept erfüllte. Das Projekt wurde so konzipiert und modelliert, dass es den Status eines Nullenergiegebäudes (ZNE) erreicht. Es nutzt eine Kombination aus passiven Elementen (Dachüberstände, gut isolierte Wände, Strahlungswärmebarrieren, Lüftungskanäle in isolierten Räumen usw.) und aktiven Maßnahmen (Präsenzmelder an der Beleuchtung, hocheffiziente Geräte und Beleuchtung usw.). Das Projekt, das die kalifornischen Energiebauvorschriften (Title 24) von 2008 um 50 % übertreffen sollte, erzeugte im ersten Betriebsjahr 87 % der verbrauchten Energie selbst. ^{[ 130 ]} Die Nichterfüllung des ZNE-Status ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, darunter fehlerhaft funktionierende Wärmepumpen-Warmwasserbereiter, die inzwischen repariert wurden. Das Nutzerverhalten weicht deutlich von den Erwartungen ab: Die ausschließlich aus Studierenden bestehende Bewohnerschaft verbraucht pro Kopf mehr Energie als typische Bewohner von Einfamilienhäusern in der Gegend. Einer der Hauptgründe für den erhöhten Energieverbrauch scheint der gestiegene Stromverbrauch durch diverse Elektrogeräte (z. B. Minikühlschränke, Lampen, Computer, Spielekonsolen, Fernseher und andere elektronische Geräte) zu sein . Die Universität arbeitet weiterhin mit dem Bauträger zusammen, um Strategien für die Erreichung des Nullenergiehaus-Status zu entwickeln. Zu diesen Ansätzen gehören Anreize für das Verhalten der Bewohner und der Ausbau der erneuerbaren Energien auf dem Gelände, das laut ursprünglicher Planung aus einer 4-MW-Photovoltaikanlage besteht. Auf dem Gelände im West Village befindet sich außerdem das Honda Smart Home US ^{[ 131 ]} , ein Einfamilienhaus, das über den Nullenergiehaus-Standard hinausgeht und modernste Technologien in den Bereichen Energiemanagement, Beleuchtung, Bauweise und Wassereffizienz integriert .
• Das IDeAs Z2 Design Facility ^{[ 132 ]} ist ein seit 2007 genutztes, klimaneutrales Sanierungsprojekt. Es verbraucht weniger als ein Viertel der Energie eines typischen US-Bürogebäudes ^{[ 133 ].} Dies wird durch Strategien wie Tageslichtnutzung, Flächenheizung/-kühlung mit Erdwärmepumpe sowie energieeffiziente Beleuchtung und Computertechnik erreicht. Der restliche Energiebedarf wird durch erneuerbare Energien aus der gebäudeintegrierten Photovoltaikanlage gedeckt . Im Jahr 2009 verzeichnete der Eigentümer und Nutzer Integrated Design Associates (IDeAs) eine tatsächliche Energieintensität von 21.170 BTU pro Quadratfuß (66,8 kWh/m² ⁾ pro Jahr, während der Energieverbrauch 21.720 BTU pro Quadratfuß (68,5 kWh/m² ⁾ pro Jahr betrug. Daraus ergibt sich ein Netto-Energieverbrauch von -0.550 BTU pro Quadratfuß (-1,7 kWh/m² ⁾ pro Jahr. Das Gebäude ist zudem klimaneutral, da es keinen Gasanschluss hat und für den im Zuge der Renovierung verwendeten Baumaterialien implizite Kohlenstoff durch den Kauf von CO2-Zertifikaten kompensiert wurde.
• Das Zero Net Energy Center, dessen Eröffnung für 2013 in San Leandro geplant ist , soll ein 46.000 Quadratfuß großes Ausbildungszentrum für Elektriker werden, das von der International Brotherhood of Electrical Workers Local 595 und dem nordkalifornischen Ableger der National Electrical Contractors Association errichtet wird . Die Ausbildung wird energieeffiziente Baumethoden umfassen. ^{[ 134 ]}
• Das Green Idea House ist ein energieautarkes, klimaneutrales Sanierungsprojekt in Hermosa Beach. ^{[ 135 ]}
• Die Verwaltungsgebäude der George LeyVa Middle School ^{[ 136 ]} , die seit Herbst 2011 genutzt werden, sind ein energieautarkes Gebäude mit einer Fläche von gut 836 Quadratmetern. Dank Tageslichtnutzung, VRF-Klimaanlage und Verdrängungslüftung verbraucht es nur die Hälfte der Energie eines herkömmlichen kalifornischen Schulgebäudes und deckt durch eine gebäudeintegrierte Solaranlage 108 % des jährlichen Strombedarfs. Der Überschuss trägt zur Stromversorgung des restlichen Schulgeländes bei. Es ist das erste öffentlich finanzierte energieautarke Schulgebäude in Kalifornien, das die Klassenstufen K–12 umfasst.
• Die Stevens Library der Sacred Heart Schools in Kalifornien ist die erste Netto-Null-Energiebibliothek in den Vereinigten Staaten und erhielt vom International Living Future Institute , einem Teil des PG&E Zero Net Energy Pilotprojekts, den Status eines Netto-Null-Energiegebäudes . ^{[ 137 ]}
• Das Santa Monica City Services Building zählt zu den ersten öffentlichen Gebäuden in Kalifornien, die energie- und wasserneutral sind. Der 2020 fertiggestellte, rund 4.645 Quadratmeter große Anbau an das historische Rathaus von Santa Monica wurde so konzipiert, dass er seinen eigenen Energie- und Wasserbedarf deckt und den Energieverbrauch durch effiziente Gebäudesysteme minimiert. ^{[ 138 ]}
• Mit einer Fläche von 402.000 Quadratfuß ist der Hauptsitz des California Air Resources Board ( CARB) in Südkalifornien – der Mary D. Nichols Campus – das größte energieautarke Gebäude in den Vereinigten Staaten. ^{[ 139 ]} Eine Photovoltaikanlage bedeckt eine Fläche von 204.903 Quadratfuß, die sich zwischen dem Dach des Gebäudes und den Parkpavillons erstreckt. ^{[ 140 ]} Die Anlage mit einer Leistung von über 3,5 Megawatt soll voraussichtlich jährlich rund 6.235.000 kWh wiederverwendbare Energie erzeugen. Das Gebäude wurde am 18. November 2021 eingeweiht.

• Das Moore House erreicht durch passive Solarenergienutzung, optimierte wärmereflektierende Fenster, hochwärmegedämmte und luftdichte Bauweise, natürliche Tageslichtnutzung, Solarthermie für Warmwasser und Raumheizung, eine Photovoltaikanlage, die mehr CO₂-freien Strom erzeugt, als das Haus benötigt, und eine Wärmerückgewinnungsanlage für Frischluftzufuhr einen Netto-Null-Energieverbrauch. ^{[ 141 ]} Die im Moore House angewandten Strategien für nachhaltiges Bauen führten zu einem HERS-Wert (Verified Home Energy Rating System) von −3. ^{[ 142 ]}
• Das NREL-Forschungszentrum in Golden ist ein Bürogebäude der Klasse A. Zu seinen energieeffizienten Merkmalen gehören: eine thermische Speicherbetonkonstruktion, transpirierende Solarkollektoren, 113 Kilometer Strahlungsrohre, hocheffiziente Büroausstattung und ein energieeffizientes Rechenzentrum, das den Energieverbrauch des Rechenzentrums im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen um 50 % reduziert. ^{[ 143 ]}
• Das Wayne Aspinall Federal Building in Grand Junction, ursprünglich 1918 erbaut, war das erste Netto-Null-Energiegebäude, das in das National Register of Historic Places aufgenommen wurde. Die vor Ort erzeugte erneuerbare Energie soll den gesamten Energiebedarf des Gebäudes das ganze Jahr über decken. Folgende Energieeffizienzmerkmale werden dabei genutzt: Variable Kältemittelflussregelung für die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage, ein Geothermie-System, moderne Mess- und Gebäudeleittechnik, hocheffiziente Beleuchtungssysteme, eine thermisch optimierte Gebäudehülle, ein innenliegendes Fenstersystem (zum Erhalt historischer Fenster) sowie moderne Steckdosenleisten mit individuellen Anwesenheitssensoren. ^{[ 143 ]}
• Die Tutt Library am Colorado College wurde 2017 zu einer klimaneutralen Bibliothek umgebaut und ist damit die größte akademische Bibliothek dieser Art. ^{[ 144 ]} Sie wurde von der National Association of College and University Business Officers mit einem Innovationspreis ausgezeichnet.

• Das 1999 vom Florida Solar Energy Center Lakeland durchgeführte Demonstrationsprojekt ^{[ 145 ]} wurde als „Nullenergiehaus“ bezeichnet. Es handelte sich um ein wegweisendes universitäres Projekt, das maßgeblich zur Entstehung des Nullenergiehaus-Programms des US-Energieministeriums im Bereich Energieeffizienz und Erneuerbare Energien beitrug.

• Die Walgreens-Filiale in der Chicago Ave 741 in Evanston ist die erste Filiale des Unternehmens, die als Nullenergiegebäude errichtet bzw. umgebaut wurde. ^{[ 146 ]} Sie ist die erste ihrer Art im Einzelhandel und ebnet den Weg für die Sanierung und den Neubau von Nullenergie-Einzelhandelsgeschäften in naher Zukunft. Die Walgreens-Filiale verfügt über folgende Energieeffizienzmerkmale: Geothermieanlage, energieeffiziente Baumaterialien, LED-Beleuchtung und Tageslichtnutzung sowie Kohlendioxid als Kältemittel.
• Das Gebäude für Elektrotechnik und Informatik an der University of Illinois in Urbana-Champaign, das 2014 errichtet wurde, ist ein Netto-Null-Energiegebäude. ^{[ 143 ]}

• Das MUM Sustainable Living Center wurde so konzipiert, dass es die LEED-Platinum-Zertifizierung übertrifft . Die Maharishi University of Management (MUM) in Fairfield, Iowa, gegründet von Maharishi Mahesh Yogi (bekannt für die Einführung der Transzendentalen Meditation im Westen), integriert Prinzipien der Baubiologie (ein deutsches System zur Schaffung eines gesunden Raumklimas) ^{[ 147 ]} sowie der Maharishi-Vedischen Architektur (ein indisches Architektursystem, das sich auf die präzise Ausrichtung, Proportionen und Anordnung von Räumen konzentriert) ^{[ 148 ]} . Das Gebäude ist eines der wenigen im Land, das als Netto-Null-Energiegebäude gilt, und eines der noch wenigeren, das dank seiner Solaranlage sogar netzpositiv ist. Ein Regenwassernutzungssystem und eine natürliche Abwasseraufbereitungsanlage vor Ort sorgen dafür, dass das Gebäude hinsichtlich Wasser- und Abwasserentsorgung netzunabhängig ist. Zu den weiteren umweltfreundlichen Merkmalen gehören Tageslicht in allen Räumen, natürliche und atmungsaktive Lehmziegelwände (von den Studierenden des Programms hergestellt) sowie gereinigtes Regenwasser für Trink- und Brauchwasserzwecke. und ein vor Ort installiertes Wasserreinigungs- und Recyclingsystem, bestehend aus Pflanzen, Algen und Bakterien. ^{[ 149 ]}

• Die Richardsville Elementary School, die zum Warren County Public School District im südlichen Zentral-Kentucky gehört, ist die erste Netto-Null-Energieschule in den Vereinigten Staaten. Um Netto-Null zu erreichen, setzten die Ingenieure von CMTA Consulting Engineers und das Architekturbüro Sherman Carter Barnhart Architects innovative Energiesparstrategien ein, darunter ein System zur Zufuhr von Außenluft (DOAS) mit dynamischer Rückstellung, neue IT-Systeme, alternative Methoden zur Zubereitung des Mittagessens und die Nutzung von Photovoltaik. Das Gebäude verfügt über eine effiziente thermische Gebäudehülle aus wärmegedämmten Betonfertigteilen (ICF), geothermische Wasserwärmepumpen, wassersparende Armaturen und eine umfassende Tageslichtnutzung. Es ist außerdem die erste Schule in Kentucky, die vollständig drahtlos vernetzt ist. ^{[ 150 ]}
• Das Locust Trace AgriScience Center , eine landwirtschaftliche Berufsschule für die öffentlichen Schulen des Fayette County und umliegende Bezirke, verfügt über ein energieautarkes Schulgebäude, das von CMTA Consulting Engineers geplant und von Tate Hill Jacobs Architects entworfen wurde. Die Einrichtung in Lexington, Kentucky, umfasst außerdem ein Gewächshaus, eine Reithalle mit Boxen und einen Stall. Um im Schulgebäude Energieautarkie zu erreichen, nutzt das Projekt eine luftdichte Gebäudehülle, erweiterte Raumtemperaturvorgaben in bestimmten Bereichen, um realitätsnähere Bedingungen zu simulieren, eine Solarthermieanlage und Erdwärmepumpen. Die Schule hat ihre Umweltbelastung weiter reduziert, indem sie den Verbrauch von Leitungswasser durch ein duales System minimiert hat. Dieses besteht aus einem Standard-Sickerfeld und einem künstlichen Feuchtgebietssystem. Versickerungsflächen werden genutzt, um Regenwasser zu sammeln, abzuleiten und für die Bewässerung von Nutzpflanzen und die Tränkung von Tieren zu verwenden. ^{[ 151 ]}

• Die Stadtverwaltung von Cambridge hat einen Plan verabschiedet, der bis 2040 Netto-Null-Kohlenstoffemissionen für alle Gebäude der Stadt vorsieht. ^{[ 152 ]}
• Das von Charles Rose Architects Inc. entworfene John W. Olver Transit Center ist ein intermodaler Verkehrsknotenpunkt in Greenfield, Massachusetts . Die Anlage wurde mit Mitteln des American Recovery and Reinvestment Act errichtet und mit Solaranlagen, Geothermiebrunnen, Kupfer-Hitzeschutzwänden und anderen energieeffizienten Technologien ausgestattet.

• Das Mission Zero House ^{[ 153 ] [ 154 ]} ist das 110 Jahre alte Haus von Matthew Grocoff in Ann Arbor, Moderator von Greenovation.TV und Mitarbeiter des Environment Report . ^{[ 155 ]} Seit 2011 ist es das älteste Haus in Amerika, das den Status „Netto-Null-Energie“ erreicht hat. ^{[ 156 ] [ 157 ]} Die Eigentümer dokumentieren ihr Projekt auf Greenovation.TV und im öffentlich-rechtlichen Radiosender The Environment Report .
• Das Vineyard-Projekt ist dank passiver Solarenergienutzung, 3,3 kW Photovoltaik, Solarwarmwasser und Geothermieheizung und -kühlung ein Nullenergiehaus (ZEH). Das Haus ist für eine zukünftige Windkraftanlage vorverkabelt und verbraucht monatlich nur 600 kWh Energie, davon mindestens 20 kWh Strom pro Tag, wobei an vielen Tagen auch eingespeister Strom nachträglich vergütet wird. Das gesamte Haus wurde mit ICF-Dämmung (Isolierbewehrung) gedämmt und ist nach LEED for Homes mit Platin zertifiziert. Das Projekt wurde vom Green Builder Magazine zum Haus des Jahres 2009 gekürt. ^{[ 158 ]}
• Das Lenawee Center for a Sustainable Future, ein neuer Campus des Lenawee Intermediate School District, dient als lebendiges Labor für die Zukunft der Landwirtschaft. Es ist das erste Netto-Null-Energiegebäude in Michigan, dessen Planung von CMTA Consulting Engineers und dessen Entwurf von The Collaborative, Inc. durchgeführt wurde. Das Projekt umfasst Solaranlagen am Boden und auf dem Dach, ein geothermisches Heiz- und Kühlsystem, Solartuben, wasserdurchlässige Pflasterung und Gehwege, ein Sedum-Gründach sowie eine Dachüberstandkonstruktion zur Regulierung der Gebäudetemperatur. ^{[ 159 ]}

• Im Jahr 2010 entwickelte das Architekturbüro HOK in Zusammenarbeit mit dem Energie- und Tageslichtberatungsunternehmen The Weidt Group einen Prototyp für ein 15.861,8 m² großes, ^{klimaneutrales} Bürogebäude der Klasse A in St. Louis , Missouri. ^{[ 160 ]} Das Team dokumentierte den Prozess und die Ergebnisse auf Netzerocourt.com.

• Das Projekt „31 Tannery“ in Branchburg, New Jersey, dient als Unternehmenszentrale für Ferreira Construction, die Ferreira Group und Noveda Technologies . Das 3.900 m² große ^Büro- und Geschäftsgebäude wurde 2006 errichtet und ist das erste Gebäude im Bundesstaat New Jersey, das die Anforderungen der Executive Order 54 erfüllt . Es ist außerdem das erste energieautarke Gewerbegebäude in den Vereinigten Staaten.

• Green Acres, das erste echte Nullenergiehaus in Amerika ^{[ 161 ]} , liegt in New Paltz, etwa 130 km nördlich von New York City. Greenhill Contracting begann im Sommer 2008 mit dem Bau dieser Anlage mit 25 Einfamilienhäusern ^{[ 162 ]} , die von BOLDER Architecture entworfen wurden. Nach einem Jahr Nutzung, von März 2009 bis März 2010, erzeugten die Solarpaneele des ersten bewohnten Hauses in Green Acres 1490 kWh mehr Energie, als das Haus verbrauchte. Auch das zweite bewohnte Haus erreichte einen Nullenergieverbrauch. Stand Juni 2011 waren fünf Häuser fertiggestellt, verkauft und bezogen, zwei weitere befanden sich im Bau und mehrere waren in Planung. Die Häuser wurden in Form von isolierten Betonfertigteilen mit spritzschaumisolierten Dachsparren und dreifach verglasten Fenstern errichtet und werden durch ein Geothermiesystem beheizt und gekühlt . Dadurch entstanden äußerst energieeffiziente und langlebige Gebäude. ^{[ 163 ]} Die Wärmerückgewinnungsanlage sorgt für ständige Frischluftzufuhr, und dank der Verwendung von VOC- armen oder -freien Materialien (flüchtige organische Verbindungen) bieten diese Häuser ein sehr gesundes Wohnklima. Unseres Wissens ist Green Acres die erste Wohn- und Gewerbeanlage in den Vereinigten Staaten, die einen echten Nullenergieverbrauch erreicht, und die weltweit erste Anlage mit Einfamilienhäusern, die einen Nullenergieverbrauch aufweist. ^{[ 164 ] [ 165 ]}
• Greenhill Contracting errichtete in Esopus zwei luxuriöse Nullenergiehäuser, die 2008 fertiggestellt wurden. Eines dieser Häuser war das erste mit dem Energy Star-Zertifikat ausgezeichnete Nullenergiehaus im Nordosten der USA und das erste, das auf der Website des US-Energieministeriums im Rahmen der „Builder’s Challenge“ registriert wurde. ^{[ 166 ]} Diese Häuser dienten hinsichtlich Bauweise und Materialien als Vorbild für Green Acres und die weiteren Nullenergiehäuser, die Greenhill Contracting gebaut hat.
• Der Hauptsitz von Hudson Solar, einem Geschäftsbereich von Hudson Valley Clean Energy, Inc., befindet sich in Rhinebeck und wurde 2007 fertiggestellt. Laut NESEA (Northeast Sustainable Energy Association) war er im Oktober 2008 das erste nachweislich energieautarke Gewerbegebäude im Bundesstaat New York und den zehn nordöstlichen Bundesstaaten der USA. Das Gebäude verbraucht weniger Energie, als es erzeugt. Es nutzt eine Solaranlage zur Stromerzeugung aus Sonnenenergie, Geothermie zum Heizen und Kühlen sowie Solarthermiekollektoren zur Warmwasserbereitung. ^{[ 167 ]}

• Das erste Nullenergiehaus mit einer Fläche von 460 m² ^{[ 168 ] wurde} 1979 mit Unterstützung des neu gegründeten US-Energieministeriums unter Präsident Carter errichtet . Es nutzte vorwiegend passive Solarenergie für Heizung, Warmwasserbereitung und Kühlung. In einem Klima mit sommerlichen Höchsttemperaturen von 43 °C und winterlichen Tiefsttemperaturen von -23 °C heizte und kühlte es sich effektiv selbst. Es verzichtete auf aktive Solaranlagen . Das Haus ist als Doppelhüllenkonstruktion ausgeführt und nutzt eine natürliche Konvektionsluftzirkulation , um die passive Solarwärme von 93 m² nach Süden ausgerichteter Glasfläche des Gewächshauses im Winter durch eine thermische Pufferzone zu leiten ^. Ein im Gewächshaus integriertes Schwimmbecken diente als Wärmespeicher für den Winter. Im Sommer wird Luft aus zwei unterirdischen Erdrohren mit einem Durchmesser von 610 mm (24 Zoll) und einer Länge von 30 m (100 Fuß) genutzt, um die thermische Pufferzone zu kühlen und die Wärme über 7200 cfm (Kubikfuß pro Minute) Dachlüfter an der Außenhülle abzuführen.

• Die Zertifizierung für Netto-Null-Energiegebäude wurde 2011 eingeführt und erfreut sich internationaler Beliebtheit. Das erste Projekt, die Painters Hall ^{[ 169 ],} ist das Gemeindezentrum von Pringle Creek mit Café, Büros, Kunstgalerie und Veranstaltungsort. Die ursprünglich in den 1930er Jahren erbaute Painters Hall wurde 2010 nach den LEED-Platinum-Standards für Netto-Null-Energiegebäude saniert und demonstriert damit das Potenzial, bestehende Gebäude in leistungsstarke und nachhaltige Gebäude umzuwandeln. Die Painters Hall zeichnet sich durch einfache und kostengünstige Lösungen zur Energieeinsparung aus, wie z. B. Tageslichtnutzung und passive Kühlung , die Kosten sparen und den Komfort erhöhen. Ein geothermischer Fernwärmekreislauf versorgt die Erdwärmepumpe des Gebäudes für hocheffizientes Heizen und Kühlen. Der Überschussstrom der 20,2 kW starken Solaranlage auf dem Dach reduziert den Pumpbedarf für das geothermische System des Viertels. Die öffentlich zugängliche Painters Hall ist ein beliebter Treffpunkt für Freunde, Nachbarn und Besucher im Herzen eines Viertels, das naturnah und gemeinschaftlich gestaltet ist.

• Das Phipps Center for Sustainable Landscapes in Pittsburgh wurde als eines der umweltfreundlichsten Gebäude der Welt konzipiert. Es erhielt im Februar 2014 die Netto-Null-Energie-Zertifizierung der Living Building Challenge und strebt die vollständige Zertifizierung an. ^{[ 170 ]} Das Phipps Center nutzt Energiespartechnologien wie Solarkollektoren für Warmwasser, Kohlendioxidsensoren und Tageslichtnutzung sowie Technologien für erneuerbare Energien, um den Netto-Null-Energie-Status zu erreichen. ^{[ 143 ]}
• Das Lombardo Welcome Center der Millersville University war das erste Gebäude im Bundesstaat, das die Nullenergie-Zertifizierung erhielt. Dies war der größte Schritt auf dem Weg zum Ziel der Millersville University , bis 2040 klimaneutral zu sein . Laut dem International Living Future Institute gehört das Lombardo Welcome Center zu den energieeffizientesten Gebäuden des Landes und erzeugt 75 % mehr Energie als derzeit verbraucht wird. ^{[ 171 ]}

• In Newport ist die Paul W. Crowley East Bay MET School das erste Netto-Null-Energie-Projekt in Rhode Island. Das 1.580 Quadratmeter große Gebäude beherbergt acht große Klassenzimmer, sieben Badezimmer und eine Küche. Es wird mit Photovoltaik-Anlagen betrieben, die den gesamten Strombedarf des Gebäudes decken, und mit einer Geothermieanlage beheizt.

• Civitas, entworfen von Archimania in Memphis, Tennessee. ^{[ 172 ]} Civitas ist ein Fallstudienhaus am Ufer des Mississippi, das sich derzeit im Bau befindet. Es soll kulturelle, klimatische und wirtschaftliche Herausforderungen meistern und als Vorbild für energieeffizientes Bauen im Südosten der USA dienen.

• Die University of North Texas (UNT) errichtete auf ihrem 121 Hektar großen Forschungscampus Discovery Park in Denton, Texas, ein Nullenergie-Forschungslabor ^{[ 173 ]} . Das Projekt wurde mit über 1.150.000 US-Dollar finanziert und kommt vor allem Studierenden der Fachrichtungen Maschinenbau und Energietechnik zugute (die UNT war 2006 die erste Universität, die Studiengänge in diesen Bereichen anbot). Das rund 111 Quadratmeter große Gebäude wurde fertiggestellt und am 20. April 2012 mit einer feierlichen Eröffnung eingeweiht. ^{[ 174 ]}
• Die West Irving Library in Irving, Texas , wurde 2011 als erste Bibliothek in Texas klimaneutral betrieben und nutzt seitdem ausschließlich Solarenergie. ^{[ 175 ]} Seitdem hat sie einen Überschuss erwirtschaftet. Sie ist LEED-Gold-zertifiziert. ^{[ 176 ]}

• Die Netto-Null-Sporthalle der Putney School wurde am 10. Oktober 2009 eröffnet. Nach über einem Jahr Nutzung verbrauchte die Halle bis Dezember 2010 48.374 kWh und produzierte in den ersten zwölf Betriebsmonaten insgesamt 51.371 kWh, womit sie leicht über dem Netto-Null-Null-Niveau lag. ^{[ 177 ]} Ebenfalls im Dezember wurde das Gebäude mit dem AIA-Vermont Honor Award ausgezeichnet. ^{[ 178 ]}
• Das von Pill-Maharam Architects entworfene Charlotte Vermont House ist ein zertifiziertes Netto-Null-Energiehaus, das 2007 fertiggestellt wurde. Das Projekt gewann 2009 den Netto-Null-Energie-Preis der Northeast Sustainable Energy Association. ^{[ 179 ]}

• Nisson, JD Ned; und Gautam Dutt, „The Superinsulated Home Book“, John Wiley & Sons , 1985, ISBN 978-0-471-88734-8ISBN​ 978-0-471-81343-9Die
• Markvart, Thomas (Hrsg.), „Solar Electricity“, John Wiley & Sons, 2. Auflage, 2000, ISBN 978-0-471-98853-3Die
• Clarke, Joseph; „Energiesimulation in der Gebäudeplanung“, 2. Aufl., Butterworth-Heinemann ; 2. Aufl., 2001, ISBN 978-0-7506-5082-3Die
• Bericht des Nationalen Labors für Erneuerbare Energien, ZEB-Treffen 2000
• Noguchi, Masa (Hrsg.), „Die Suche nach klimaneutralen Wohnlösungen“, Open House International , Bd. 33, Nr. 3, 2008
• Voss, Karsten; Musall, Eike: „Netto-Null-Energiegebäude – Internationale Projekte zur Klimaneutralität von Gebäuden“, München , 2011, ISBN 978-3-920034-80-5Die