Aunque la pandemia de coronavirus ha dominado los titulares recientes, el cambio climático no ha desaparecido. Muchos expertos están pidiendo una recuperación económica "verde" que dirija las inversiones hacia tecnologías y fuentes de energía bajas en carbono.

Los edificios representan el 40% del consumo total de energía en los EE. UU., en comparación con el 32% para la industria y el 28% para el transporte. Los estados y ciudades con ambiciosos planes de acción climática están trabajando para reducir a cero las emisiones del sector de la construcción. Esto significa maximizar la eficiencia energética para reducir el uso de energía del edificio, y luego suplir las necesidades energéticas restantes con electricidad generada por fuentes libres de carbono.

Mis colegas y yo estudiamos las mejores formas de reducir rápidamente las emisiones de carbono del sector de la construcción. En años recientes, los diseños de construcción han avanzado dramáticamente. Edificios de energía neta cero, que producen la energía que necesitan in situ a partir de fuentes renovables, cada vez más son la opción predeterminada. Pero para acelerar la transición a cero emisiones de carbono, Creo que Estados Unidos debe pensar en grande y enfocarse en diseñar o remodelar comunidades enteras que tengan energía cero.

Abordar el uso de energía en los edificios a nivel de distrito proporciona economías de escala. Los arquitectos pueden implementar grandes bombas de calor y otros equipos para dar servicio a varios edificios en un horario escalonado a lo largo del día. Distritos que traen hogares, lugares de trabajo, restaurantes, Los centros de recreación y otros servicios juntos en comunidades transitables también reducen significativamente la energía necesaria para el transporte. En mi opinión, Este creciente movimiento jugará un papel cada vez más importante para ayudar a los EE. UU. y al mundo a abordar la crisis climática.

Los bucles ambientales calientan y enfrían

La calefacción y la refrigeración son los principales usos energéticos de los edificios. Las estrategias de diseño del distrito pueden abordar estas cargas de manera más eficiente.

La calefacción urbana se ha utilizado durante mucho tiempo en Europa, así como en algunas universidades de EE. UU. y otros campus. Estos sistemas suelen tener una planta central que quema gas natural para calentar agua, que luego se distribuye a los distintos edificios.

Para lograr cero emisiones de carbono, La última estrategia utiliza un diseño conocido como bucle de temperatura ambiente que, de manera simultánea y eficiente, calienta y enfría diferentes edificios. Este concepto se desarrolló por primera vez para la Villa Olímpica de Whistler en Columbia Británica.

En un sistema de bucle ambiental típico, una bomba hace circular el agua a través de una red de tuberías sin aislamiento enterrada debajo de la línea de congelación. A esta profundidad la temperatura del suelo está cerca de la temperatura promedio anual del aire para esa ubicación. A medida que el agua se mueve por la tubería, se calienta o se enfría hacia esta temperatura.

Las bombas de calor en edificios individuales u otros puntos a lo largo del circuito ambiental añaden o extraen calor del circuito. También pueden mover el calor entre pozos geotérmicos profundos y el agua en circulación.

El circuito también circula a través de una planta central que lo mantiene en un rango de temperatura óptimo para el máximo rendimiento de la bomba de calor. La planta puede usar torres de enfriamiento o aguas residuales para eliminar el calor. Puede agregar calor a través de fuentes renovables, como colectores solares térmicos, Combustible renovable o bombas de calor alimentadas por electricidad renovable.

Uso de aguas residuales

Un proyecto de energía neta cero de alto perfil, el Centro Nacional Occidental, es un campus de usos múltiples que se encuentra actualmente en construcción en Denver para albergar la Exposición Nacional de Valores del Oeste y otros eventos públicos centrados en la alimentación y la agricultura.

Una tubería de 6 pies de diámetro que transporta las aguas residuales de la ciudad corre bajo tierra a través de la propiedad antes de entregar el agua a una planta de tratamiento. La temperatura del agua se mantiene dentro de un rango estrecho de 61 a 77 grados F durante todo el año.

La tubería de aguas residuales y un intercambiador de calor transfieren calor hacia y desde un circuito ambiental que hace circular agua por todo el distrito. El sistema proporciona calor en invierno y absorbe calor en verano a través de enfriadores de recuperación de calor, que son bombas de calor que pueden proporcionar simultáneamente calefacción y refrigeración. Esta estrategia sirve a edificios individuales con una eficiencia muy alta.

Electricidad utilizada para operar las bombas de calor, la iluminación y otros equipos provienen de la energía fotovoltaica en el sitio y la electricidad generada por el viento y la energía solar importada desde fuera del sitio.

Vivienda integrada de bajo consumo energético en Austin

Otro distrito que minimizará las emisiones de carbono es la comunidad de Whisper Valley, en construcción en Austin, Texas. Este 2, El desarrollo de usos múltiples de 000 acres incluye 7, 500 casas totalmente eléctricas, 2 millones de pies cuadrados de espacio comercial, dos escuelas, y un parque de 600 acres. Su diseño ya ha recibido un premio de construcción ecológica.

Whisper Valley funcionará con un sistema de energía integrado que incluye una extensa red de bucle ambiental calentada y enfriada por bombas de calor y pozos geotérmicos ubicados en cada casa. Cada propietario tiene la opción de incluir una matriz solar fotovoltaica en la azotea de 5 kilovatios para operar la bomba de calor y los electrodomésticos de bajo consumo. incluyendo calentadores de agua con bomba de calor y estufas inductivas. Según el desarrollador, La economía de escala de Whisper Valley permite un precio de venta medio de 50 dólares estadounidenses, 000 por debajo de la de las casas típicas de Austin.

El futuro de las comunidades de energía cero

El Laboratorio Nacional de Energías Renovables, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, y otros socios del proyecto están desarrollando un kit de desarrollo de software de código abierto llamado URBANopt que modela elementos de distritos de energía cero, como estrategias de eficiencia de edificios / flexibilidad de la demanda, matrices fotovoltaicas en la azotea, Sistemas térmicos de distrito de bucle ambiental. El software se puede integrar en otros modelos informáticos para ayudar en el diseño de comunidades de energía cero. Los ingenieros de NREL se han comprometido con proyectos de distrito de alto rendimiento en todo el país, como el National Western Center, para ayudar a informar y orientar el desarrollo de la plataforma URBANopt.

Los proyectos que he descrito son de obra nueva. Es más difícil lograr una energía neta cero en edificios o comunidades existentes económicamente, pero no imposible. Tiene sentido aplicar aquellas medidas de eficiencia que sean más rentables para modernizar, convertir los sistemas de calefacción y refrigeración de edificios en electricidad y proporcionar electricidad con energía solar fotovoltaica.

Las empresas de servicios públicos ofrecen cada vez más programas de tarifas por tiempo de uso, que cobran más por el uso de energía durante los períodos de alta demanda. Los sistemas emergentes de gestión de energía en el hogar permitirán a los propietarios calentar agua, cargue baterías domésticas y vehículos eléctricos y haga funcionar otros electrodomésticos en los momentos en que los precios de la electricidad son más bajos. Ya sea que hablemos de edificios nuevos o existentes, Veo comunidades sostenibles de energía cero impulsadas por energías renovables como la ola del futuro a medida que abordamos la crisis del cambio climático.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.