Sebbene la pandemia di coronavirus abbia dominato i titoli recenti, il cambiamento climatico non è sparito. Molti esperti chiedono una ripresa economica "verde" che indirizzi gli investimenti in fonti e tecnologie energetiche a basse emissioni di carbonio.

Gli edifici rappresentano il 40% del consumo energetico totale negli Stati Uniti, rispetto al 32% per l'industria e al 28% per i trasporti. Gli Stati e le città con ambiziosi piani d'azione per il clima stanno lavorando per ridurre a zero le emissioni del settore edilizio. Ciò significa massimizzare l'efficienza energetica per ridurre il consumo energetico dell'edificio, e quindi fornire il restante fabbisogno energetico con elettricità generata da fonti prive di carbonio.

I miei colleghi ed io studiamo i modi migliori per ridurre rapidamente le emissioni di carbonio dal settore edile. Negli ultimi anni, i progetti di costruzione sono avanzati notevolmente. Edifici a energia netta zero, che producono l'energia di cui hanno bisogno in loco da fonti rinnovabili, sempre più sono la scelta predefinita. Ma per accelerare la transizione a zero emissioni di carbonio, Credo che gli Stati Uniti debbano pensare in grande e concentrarsi sulla progettazione o sulla riqualificazione di intere comunità a energia zero.

Affrontare l'uso di energia negli edifici a livello distrettuale fornisce economie di scala. Gli architetti possono implementare grandi pompe di calore e altre apparecchiature per servire più edifici in base a un programma scaglionato durante il giorno. Distretti che portano casa, luoghi di lavoro, ristoranti, centri ricreativi e altri servizi insieme nelle comunità percorribili riducono significativamente anche l'energia necessaria per il trasporto. Secondo me, questo movimento in crescita svolgerà un ruolo sempre più importante nell'aiutare gli Stati Uniti e il mondo ad affrontare la crisi climatica.

I circuiti ambientali riscaldano e raffreddano

Il riscaldamento e il raffreddamento sono i maggiori consumi energetici negli edifici. Le strategie di progettazione distrettuale possono affrontare questi carichi in modo più efficiente.

Il teleriscaldamento è stato a lungo utilizzato in Europa, così come in alcuni college statunitensi e in altri campus. Questi sistemi hanno tipicamente un impianto centrale che brucia gas naturale per riscaldare l'acqua, che poi viene fatto circolare nei vari edifici.

Per raggiungere zero emissioni di carbonio, l'ultima strategia utilizza un design noto come un ciclo di temperatura ambiente che riscalda e raffredda simultaneamente ed efficacemente edifici diversi. Questo concetto è stato sviluppato per la prima volta per il Whistler Olympic Village nella British Columbia.

In un tipico sistema ad anello ambientale, una pompa fa circolare l'acqua attraverso una rete di tubi non isolata interrata sotto la linea del gelo. A questa profondità, la temperatura del suolo è vicina a quella della temperatura media annuale dell'aria per quella località. Mentre l'acqua si muove attraverso il tubo, si riscalda o si raffredda verso questa temperatura.

Le pompe di calore nei singoli edifici o in altri punti lungo il circuito ambientale aggiungono o estraggono calore dal circuito. Possono anche spostare il calore tra i pozzi geotermici profondi e l'acqua circolante.

Il circuito circola anche attraverso un impianto centrale che lo mantiene in un range di temperatura ottimale per le massime prestazioni della pompa di calore. L'impianto può utilizzare torri di raffreddamento o acque reflue per rimuovere il calore. Può aggiungere calore tramite fonti rinnovabili, come i collettori solari termici, combustibile rinnovabile o pompe di calore alimentate da elettricità rinnovabile.

Sfruttare le acque reflue

Un progetto di alto profilo a energia zero, il Centro Nazionale Occidentale, è un campus multiuso attualmente in costruzione a Denver per ospitare l'annuale National Western Stock Show e altri eventi pubblici incentrati su cibo e agricoltura.

Un tubo di 6 piedi di diametro che trasporta le acque reflue della città scorre sottoterra attraverso la proprietà prima di fornire l'acqua a un impianto di trattamento. La temperatura dell'acqua rimane all'interno di un intervallo ristretto di 61-77 gradi F durante tutto l'anno.

Il tubo delle acque reflue e uno scambiatore di calore trasferiscono il calore da e verso un circuito ambientale che fa circolare l'acqua in tutto il distretto. Il sistema fornisce calore in inverno e assorbe calore in estate tramite refrigeratori a recupero di calore, che sono pompe di calore in grado di fornire contemporaneamente riscaldamento e raffrescamento. Questa strategia serve i singoli edifici con un'efficienza molto elevata.

Energia elettrica utilizzata per il funzionamento delle pompe di calore, l'illuminazione e le altre apparecchiature provengono dal fotovoltaico in loco e dall'elettricità generata dal vento e dal sole importata fuori sede.

Alloggiamento integrato a basso consumo energetico ad Austin

Un altro distretto che ridurrà al minimo le emissioni di carbonio è la Whisper Valley Community, in costruzione ad Austin, Texas. questo 2, Lo sviluppo multiuso di 000 acri include 7, 500 case completamente elettriche, 2 milioni di metri quadrati di spazio commerciale, due scuole, e un parco di 600 acri. Il suo design ha già ricevuto un premio per la bioedilizia.

Whisper Valley funzionerà con un sistema energetico integrato che include un'ampia rete di circuiti ambientali riscaldata e raffreddata da pompe di calore e pozzi geotermici situati in ogni casa. Ogni proprietario di casa ha la possibilità di includere un pannello solare fotovoltaico sul tetto da 5 kilowatt per far funzionare la pompa di calore e gli elettrodomestici ad alta efficienza energetica, compresi scaldacqua a pompa di calore e piani cottura a induzione. Secondo lo sviluppatore, L'economia di scala di Whisper Valley consente un prezzo di vendita medio di $ 50, 000 al di sotto di quello delle tipiche case di Austin.

Il futuro delle comunità a energia zero

Il Laboratorio Nazionale Energie Rinnovabili, Laboratorio Nazionale Lawrence Berkeley, e altri partner del progetto stanno sviluppando un kit di sviluppo software open source chiamato URBANopt che modella gli elementi dei distretti a energia zero, come costruire strategie di efficienza/flessibilità della domanda, array fotovoltaici sul tetto, sistemi di teleriscaldamento ad anello ambientale. Il software può essere integrato in altri modelli di computer per aiutare nella progettazione di comunità a energia zero. Gli ingegneri NREL si sono impegnati in progetti distrettuali ad alte prestazioni in tutto il paese, come il National Western Center, per aiutare a informare e guidare lo sviluppo della piattaforma URBANopt.

I progetti che ho descritto sono di nuova costruzione. È più difficile raggiungere economicamente l'energia zero netta negli edifici o nelle comunità esistenti, ma non impossibile. Ha senso applicare quelle misure di efficienza che sono le più convenienti per il retrofit, convertire i sistemi di riscaldamento e raffreddamento degli edifici in elettricità e fornire elettricità con il solare fotovoltaico.

Le utility offrono sempre più orari tariffari a tempo di utilizzo, che fanno pagare di più per il consumo di energia durante i periodi di forte domanda. I nuovi sistemi di gestione dell'energia domestica consentiranno ai proprietari di casa di riscaldare l'acqua, caricare le batterie domestiche e i veicoli elettrici e far funzionare altri elettrodomestici nei momenti in cui i prezzi dell'elettricità sono più bassi. Che si tratti di edifici nuovi o esistenti, Vedo le comunità sostenibili a energia zero alimentate da energie rinnovabili come l'onda del futuro mentre affrontiamo la crisi del cambiamento climatico.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.