Los edificios consumen mucha energía: aquí se explica cómo diseñar comunidades enteras que devuelven tanto como requieren

Los edificios consumen mucha energía: aquí se explica cómo diseñar comunidades enteras que devuelven tanto como requieren Representación artística del National Western Center, un campus neto cero en construcción en Denver para albergar múltiples actividades. Ciudad y Condado de Denver | Alcaldía del National Western Center, CC BY-ND

Aunque la pandemia de coronavirus ha dominado los titulares recientes, el cambio climático no se ha ido. Muchos expertos están pidiendo un "recuperación económica verde que dirige las inversiones a fuentes y tecnologías de energía bajas en carbono.

Los edificios representan 40% del consumo total de energía en los EE. UU., en comparación con el 32% para la industria y el 28% para el transporte. A los estados y ciudades Con planes de acción climáticos ambiciosos, estamos trabajando para reducir las emisiones del sector de la construcción a cero. Esto significa maximizar la eficiencia energética para reducir el uso de energía del edificio y luego abastecer 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 los últimos años, los diseños de construcción han avanzado dramáticamente. Los edificios netos de energía cero, que producen la energía que necesitan en el sitio a partir de fuentes renovables, son cada vez más 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 reconstruir comunidades enteras que sean cero energía.

Abordar el uso de energía en 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 durante todo el día. Los distritos que reúnen hogares, lugares de trabajo, restaurantes, centros de recreación y otros servicios en comunidades transitables también reducen significativamente la energía necesaria para el transporte. En mi opinión, este movimiento creciente desempeñará un papel cada vez más importante para ayudar a los Estados Unidos y al mundo a abordar la crisis climática.

 Los edificios de energía cero producen suficiente energía renovable para compensar o incluso superar la energía que consumen.

Los bucles ambientales calientan y enfrían

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

La calefacción urbana tiene usado 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 circula a los distintos edificios.

Para lograr cero emisiones de carbono, la última estrategia utiliza un diseño conocido como bucle de temperatura ambiente que simultáneamente y eficientemente 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 circuito ambiental típico, una bomba hace circular agua a través de una red de tuberías sin aislar enterrada debajo de la línea de congelación. A esta profundidad, la temperatura del suelo es cercana a la temperatura del aire promedio anual para esa ubicación. A medida que el agua se mueve a través de la tubería, se calienta o enfría hacia esta temperatura.

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

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.

Los edificios consumen mucha energía: aquí se explica cómo diseñar comunidades enteras que devuelven tanto como requieren Esquema del sistema de bucle ambiental para la Villa Olímpica de Whistler en Columbia Británica. Grupo Integral, CC BY-ND

Poner las aguas residuales en uso

Un ejemplo de un distrito potencialmente de energía cero actualmente en desarrollo, el Centro Nacional del Oeste, es un campus de usos múltiples actualmente en construcción en Denver para albergar el National Western Stock Show anual 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 pasa bajo tierra por 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 de circulación de agua a través del 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 muy alta eficiencia.

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

Vivienda integrada de baja energía en Austin

Otro distrito que minimizará las emisiones de carbono es el Comunidad de Whisper Valley, en construcción en Austin, Texas. Este 2,000 acres desarrollo de usos múltiples 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 verde.

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

Ross Trethewey de “This Old House” visita el desarrollo de Whisper Valley de baja energía en las afueras de Austin, Texas, en 2018.

El futuro de las comunidades de energía cero.

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable, el 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 construcción / flexibilidad de demanda, matrices fotovoltaicas en techos, sistemas térmicos de distrito de circuito ambiental. El software se puede integrar en otros modelos de computadora para ayudar en el diseño de comunidades de energía cero. Los ingenieros de NREL se han comprometido con proyectos distritales de alto rendimiento en todo el país, como el National Western Center, para ayudar a informar y guiar el desarrollo de la plataforma URBANopt.

Los proyectos que describí son de nueva construcción. Es más difícil lograr energía neta cero en edificios o comunidades existentes económicamente, pero hay maneras de hacerlo. Tiene sentido aplicar esas medidas de eficiencia que son más rentable para actualizar, convierte los sistemas de calefacción y refrigeración de edificios en electricidad y proporciona electricidad con energía solar fotovoltaica.

Las empresas de servicios públicos ofrecen cada vez más horarios de tarifas de tiempo de uso, que cobran más por el uso de energía durante los períodos de alta demanda. Los sistemas emergentes de administración de energía en el hogar permitirán a los propietarios calentar el agua, cargar las baterías y los vehículos eléctricos y operar otros electrodomésticos en los momentos en que los precios de la electricidad son más bajos. Ya sea que estemos hablando 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.

Sobre el Autor

Charles F. Kutscher, investigador asociado e investigador principal del Instituto de Energía Renovable y Sostenible, Universidad de Colorado Boulder

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

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