Edifícios consomem muita energia - Veja como criar comunidades inteiras que retribuem o quanto precisam

Edifícios consomem muita energia - Veja como criar comunidades inteiras que retribuem o quanto precisam Representação artística do National Western Center, um campus net-zero em construção em Denver para abrigar várias atividades. Cidade e condado de Denver | Gabinete do Prefeito do National Western Center, CC BY-ND

Embora a pandemia de coronavírus tenha dominado as manchetes recentes, as mudanças climáticas não foi embora. Muitos especialistas estão pedindo uma "recuperação econômica verde que direciona investimentos para fontes e tecnologias de energia de baixo carbono.

Os edifícios representam 40% do consumo total de energia nos EUA, comparado a 32% na indústria e 28% no transporte. Unidos e cidades com planos ambiciosos de ação climática, estão trabalhando para reduzir as emissões do setor de construção para zero. Isso significa maximizar a eficiência energética para reduzir o uso de energia dos edifícios e suprir as necessidades de energia restantes com eletricidade gerada por fontes livres de carbono.

Meus colegas e eu estudamos as melhores maneiras de reduz rapidamente as emissões de carbono do setor de construção. Nos últimos anos, os projetos de construção avançaram dramaticamente. Os edifícios com energia zero líquida, que produzem a energia de que precisam no local a partir de fontes renováveis, são cada vez mais a escolha padrão. Mas, para acelerar a transição para zero emissões de carbono, acredito que os Estados Unidos devem pensar maior e se concentrar em projetar ou redesenvolver comunidades inteiras com zero energia.

O combate ao uso de energia em edifícios no nível distrital proporciona economias de escala. Os arquitetos podem implantar grandes bombas de calor e outros equipamentos para atender a vários edifícios em um cronograma escalonado ao longo do dia. Os distritos que reúnem casas, locais de trabalho, restaurantes, centros de recreação e outros serviços em comunidades passíveis de caminhar também reduzem significativamente a energia necessária para o transporte. Na minha opinião, esse movimento crescente terá um papel cada vez mais importante em ajudar os EUA e o mundo a enfrentar a crise climática.

 Os edifícios com energia zero produzem energia renovável suficiente para compensar ou até exceder a energia que consomem.

Loops ambientais aquecem e esfriam

Aquecimento e refrigeração são os maiores usos de energia nos edifícios. As estratégias de projeto distrital podem lidar com essas cargas com mais eficiência.

O aquecimento urbano há muito tempo usado na Europa, bem como em algumas faculdades dos EUA e em outros campi. Esses sistemas geralmente possuem uma planta central que queima gás natural para aquecer a água, que depois circula pelos vários edifícios.

Para obter zero emissões de carbono, a estratégia mais recente usa um design conhecido como loop de temperatura ambiente que simultaneamente e eficientemente esquenta e esfria diferentes edifícios. Este conceito foi desenvolvido pela primeira vez para a Vila Olímpica de Whistler, na Colúmbia Britânica.

Em um sistema de loop ambiente típico, uma bomba circula água através de uma rede de tubos não isolada enterrada abaixo da linha de geada. A essa profundidade, a temperatura do solo é próxima da temperatura média anual do ar para esse local. À medida que a água se move através do tubo, ela aquece ou esfria em direção a essa temperatura.

As bombas de calor em edifícios individuais ou em outros pontos ao longo do loop ambiente adicionam ou extraem calor do loop. Eles também podem mover o calor entre os poços geotérmicos profundos e a água que circula.

O loop também circula através de uma planta central que o mantém em uma faixa de temperatura ideal para o desempenho máximo da bomba de calor. A usina pode usar torres de resfriamento ou efluentes para remover o calor. Ele pode adicionar calor por fontes renováveis, como coletores solares térmicos, combustível renovável ou bombas de calor alimentadas por eletricidade renovável.

Edifícios consomem muita energia - Veja como criar comunidades inteiras que retribuem o quanto precisam Diagrama esquemático do sistema de loop ambiente para a Vila Olímpica de Whistler, na Colúmbia Britânica. Grupo Integral, CC BY-ND

Colocando as águas residuais em uso

Um exemplo de um distrito potencialmente sem energia atualmente em desenvolvimento, o National Western Centre, é um campus multiuso atualmente em construção em Denver para abrigar a National Western Stock Show anual e outros eventos públicos focados em alimentos e agricultura.

Um cano de 6 pés de diâmetro que transporta as águas residuais da cidade corre subterrâneo pela propriedade antes de entregar a água a uma estação de tratamento. A temperatura da água permanece dentro de uma faixa estreita de 61 a 77 graus F durante todo o ano.

O tubo de esgoto e um trocador de calor transferem calor de e para um loop ambiente que circula a água por todo o distrito. O sistema fornece calor no inverno e absorve o calor no verão por meio de chillers de recuperação de calor, que são bombas de calor que podem fornecer aquecimento e resfriamento simultaneamente. Essa estratégia atende a edifícios individuais com uma eficiência muito alta.

A eletricidade usada para operar as bombas de calor, a iluminação e outros equipamentos será proveniente de energia fotovoltaica no local e eletricidade gerada por vento e energia solar importada de fora do local.

Habitação integrada de baixa energia em Austin

Outro distrito que minimizará as emissões de carbono é o Comunidade Whisper Valley, em construção em Austin, Texas. Esses 2,000 acres desenvolvimento multiuso inclui 7,500 casas totalmente elétricas, 2 milhões de pés quadrados de espaço comercial, duas escolas e um parque de 600 acres. Seu design já recebeu uma prêmio de construção verde.

O Whisper Valley funcionará em um sistema de energia integrado que inclui uma extensa rede de loop ambiente aquecida e resfriada por bombas de calor e poços geotérmicos localizados em cada casa. Cada proprietário tem a opção de incluir uma matriz fotovoltaica solar no telhado de 5 quilowatts para operar a bomba de calor e aparelhos com eficiência de energia, incluindo aquecedores de água com bomba de calor e cooktops indutivos. Segundo o desenvolvedor, a economia de escala de Whisper Valley permite um preço médio de venda US $ 50,000 abaixo do de casas típicas de Austin.

Ross Trethewey, do "This Old House", visita o empreendimento Whisper Valley de baixa energia fora de Austin, Texas, em 2018.

O futuro das comunidades de energia zero

O Laboratório Nacional de Energia Renovável, o Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e outros parceiros do projeto estão desenvolvendo um kit de desenvolvimento de software de código aberto chamado URBANopt que modela elementos de distritos de energia zero, como estratégias de construção de eficiência / flexibilidade de demanda, matrizes fotovoltaicas no telhado, sistemas térmicos de distrito de loop ambiente. O software pode ser integrado a outros modelos de computadores para ajudar no projeto de comunidades de energia zero. Os engenheiros da NREL têm se envolvido com projetos distritais de alto desempenho em todo o país, como o National Western Center, para ajudar a informar e orientar o desenvolvimento da plataforma URBANopt.

Os projetos que descrevi são de nova construção. É mais difícil alcançar energia zero líquida em edifícios ou comunidades existentes economicamente, mas existem maneiras de fazê-lo. Faz sentido aplicar as medidas de eficiência que são as mais rentável para modernizar, converta sistemas de aquecimento e refrigeração de edifícios em eletricidade e forneça eletricidade a energia solar fotovoltaica.

Os utilitários estão cada vez mais oferecendo planejamentos de taxas de horário de uso, que cobram mais pelo uso de energia durante períodos de alta demanda. Os sistemas emergentes de gerenciamento de energia doméstica permitirão que os proprietários aqueçam a água, carreguem baterias e veículos elétricos e usem outros aparelhos nos momentos em que os preços da eletricidade são mais baixos. Quer estejamos falando de edifícios novos ou existentes, vejo comunidades sustentáveis ​​de energia zero alimentadas por energia renovável como a onda do futuro ao enfrentarmos a crise das mudanças climáticas.

Sobre o autor

Charles F. Kutscher, pesquisador associado e associado sênior do Instituto de Energia Renovável e Sustentável, Universidade de Colorado Boulder

Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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