Většina majitelů domů si neuvědomuje, že vytápění a chlazení spotřebuje více než polovinu jejich energetického rozpočtu. Podle amerického ministerstva energetiky je to 56 procent. To je obrovská zátěž pro vaše peníze. Zelené technologie mají za cíl tento problém odstranit. Nejde jen o záchranu ledních medvědů. Jde také o to, aby vaše účty za energie nerostly raketově.
Vezměte si například univerzitu Santa Clara v kalifornském Silicon Valley. V dubnu 2011 instalovali na střechu 60 solárních kolektorů. Cíl byl jednoduchý: efektivně vytápět a chladit studentské centrum. Inženýři navrhli systém tak, aby poskytoval jak horkou vodu, tak klimatizaci. Funguje tak, že zachycuje sluneční světlo a koncentruje energii. Voda uvnitř se zahřívá. Je velmi horké. Mluvíme o 200 stupních Fahrenheita.
Výsledky byly okamžité a působivé. Systém snížil spotřebu zemního plynu o 70 procent ročně. Zabránil také úniku 34 tun oxidu uhličitého do atmosféry. Univerzita si tento systém pronajala na deset let za pevnou cenu. Získali také více než 86 000 $ ve vládních grantech.
Nejedná se o ojedinělý incident. K hnutí se připojují univerzity, podniky i jednotliví majitelé domů. To je důležité, protože to snižuje emise skleníkových plynů. To také šetří peníze. Ale buďme upřímní: tyto systémy nejsou levné.
Vezměte si jako příklad počáteční náklady. Instalace některých solárních kolektorů stojí mezi 30 a 80 dolary za čtvereční stopu. Potřebujete kapitál. Nebo možnost získat vypůjčené prostředky. Vláda nabízí pobídkové programy, které stavitelům a majitelům domů pomohou tyto náklady kompenzovat. Jen v roce 2008 Američané pomocí těchto metod ušetřili více než 19 miliard dolarů. Trend je rostoucí. Dopad je skutečný.
Abyste pochopili, do čeho jdete, musíte znát rozdíl mezi dvěma hlavními kategoriemi: pasivními a aktivními systémy.
Strategie pasivního solárního designu
Pasivní systémy nepoužívají mechanické zařízení. Nespoléhají se na pece nebo klimatizační zařízení. Maximálně využívají schopnosti přírody regulovat teplotu. To je architektonická geometrie.
Klasickým příkladem je střecha. Bílé nebo světlé střechy odrážejí sluneční světlo. Neabsorbují to. Výsledkem je chladnější budova. Chlazení vašeho domova v létě vyžaduje méně energie. Důležitou roli hrají také okna. Vysoce účinná okna udržují teplo venku a chladný vzduch uvnitř. Designem bojujete s fyzikálními zákony.
Systémy aktivní zelené energie
Aktivní systémy jsou různé. Používají mechanická zařízení. Tyto systémy fungují na zelených zdrojích energie. Nejběžnější je solární energie. Dalším velkým hráčem je geotermální energie. Energie biomasy z organických materiálů je třetí možností.
Do této kategorie spadají také hydronické topné systémy. Cirkulují horkou vodu nebo topné kapaliny. Ledové klimatizace využívají zmrzlou vodu ke snížení špičkové spotřeby elektřiny během dne. Tyto systémy jsou složité. Vyžadují odbornost.
Možnost 10: Geotermální vytápění a chlazení
Seznam možností začíná geotermálními systémy. Už jste to viděli zmíněno v závěrech. Ale co to vlastně znamená pro váš domov?
Geotermální technologie využívá stabilní teplotu zemského nitra. Země zůstává v létě chladná a v zimě teplá, bez ohledu na teplotu vzduchu nad ní. Geotermální tepelné čerpadlo využívá této stability. Přenáší teplo ze země nebo do země.
V zimě systém odebírá teplo ze země a předává ho dovnitř domu. V létě je proces obrácený. Odebírá teplo z vašeho domova a odvádí ho do chladnější země. Účinnost je ve srovnání se vzduchovými tepelnými čerpadly ohromující. Nebojujete s teplotou vzduchu. Používáte konstantní tepelnou hmotnost Země.
Instalace je invazivní. Chcete obrysy pohřbené na vašem dvoře. Horizontální obrysy vyžadují velkou plochu. Vertikální obrysy jdou hluboko do studní. Zde se dramaticky zvyšují náklady. Vrtání je drahé. Zařízení je drahé.
Provozní náklady jsou ale nízké. Po instalaci je spotřeba energie ve srovnání s tepelným výkonem zanedbatelná. Jedná se o dlouhodobou investici. Platíte instalační poplatek, abyste ušetřili na každém účtu po dobu následujících dvou desetiletí.
Je to pro vás to pravé? Záleží na vašem webu a rozpočtu. Potřebujete prostor pro horizontální obrysy nebo kapitál pro vertikální vrtání. Potřebujete dodavatele, který zná systémy zemní smyčky. Toto není víkendový projekt pro kutily.
Přechod na zelené vytápění a chlazení probíhá pomalu. Je to drahé. Úspory se ale sčítají. A dopad na životní prostředí je měřitelný. Univerzita Santa Clara to dokázala. Tento princip můžete replikovat v menším měřítku.
“Ve srovnání se standardními systémy vytápění a chlazení je používání zelených technologií lepší pro životní prostředí, protože pomáhá snižovat emise skleníkových plynů. Navíc účinnost těchto zelených systémů umožňuje lidem ušetřit peníze na účtech za energii.”
Technologie existuje. Existují pobídky. Matematika se sčítá. Otázkou je, zda jste ochotni investovat počáteční kapitál do zastavení odlivu energie. Většina lidí říká ne, dokud jejich účet není příliš vysoký. Pak jednají. Nebuď jako většina lidí.
Začněte tím, že se podíváte na svůj aktuální systém. jak je stará? Jaké je její výkonnostní hodnocení? Dále se podívejte na obrys vašeho domova. Pasivní strategie jsou levnější než aktivní. Utěsněte netěsnosti. Přidejte izolaci. Tónujte okna. Než zavoláte geotermálnímu dodavateli, opravte jednoduché problémy.
Další možnosti na seznamu zahrnují biomasu a hydronické systémy. Nabízejí různé cesty ke stejnému cíli. Snížená energetická závislost. Nižší účty. Menší uhlíková stopa. Ale mají své kompromisy. Požadavky na skladování. Plány údržby. Zdroje paliva.
Máte první dílek skládačky
K využití nevyčerpatelného energetického potenciálu planety nepotřebujete doktorát z geologie. Země je nasycena teplem. V hlubinách to vře. Nemusíte ale kopat tak hluboko, abyste svůj domov renovovali. Jen pár stop pod povrchem zůstává teplota země konstantní. V průběhu roku se pohybuje od 42 do 80 stupňů Fahrenheita. Právě tato stabilita je klíčová. Geotermální systém využívá tuto konstantní teplotu země k vytápění a chlazení téměř jakéhokoli typu budovy.
Všimněte si, že tyto systémy nepoužívají roztavené zemské jádro. Používají tepelná čerpadla. Čerpadlo cirkuluje kapalinu – vodu nebo chladivo – skrz podzemní studny. V zimě tato kapalina pohlcuje zemské teplo a přenáší ho do interiéru. V létě se proces mění. Odebírá teplo z vašeho domova a vrací ho zpět do země.
9: Pasivní solární design
Slunce poskytuje bezplatnou obnovitelnou energii. K využití této výhody nepotřebujete nevzhledné solární panely. Pasivní solární design využívá přirozeného přenosu tepla. Žádné pohyblivé části. Minimální údržba. Spoléhá na samotnou konstrukci budovy – stěny, podlahy, okna – při shromažďování, ukládání a uvolňování sluneční energie.
Nejedná se o zcela samostatné řešení. Stále potřebujete mechanický záložní systém. Systém nuceného větrání nebo sálavé podlahové vytápění přebírá většinu práce na chlazení v létě a vytápění v zimě. Ale pasivní prvky snižují zátěž.
Nejjednodušší verzí, vhodnou k tomu, abyste to udělali sami, je „přímá absorpce“. Sluneční světlo proniká okny. Sklo přeměňuje světlo na tepelnou energii. Tmavé stěny a podlahy toto teplo absorbují. Akumulují to. Dokud vzduch uvnitř zůstává teplý, dům si tuto energii zachovává. V noci, když teplota klesne, stěny sálají teplo zpět do obytného prostoru.
Pro trochu sofistikovanější přístup mohou stavitelé nainstalovat kovové nebo plastové vodovodní potrubí dovnitř zdí. Sluneční světlo dopadá na vnější stranu. Voda uvnitř se zahřívá. Tuto teplou vodu pumpujete kolem svého domu. Funguje jako zdroj tepla. Je to jednoduchá fyzika. Funguje to.
8: Aktivní solární systémy
Některým majitelům domů nevadí využít část střešního prostoru. Aktivní solární energie využívá fotovoltaické (PV) články. Tyto materiály přeměňují sluneční záření přímo na elektřinu. Tato energie může napájet váš systém HVAC (topení, ventilace a klimatizace), osvětlení a spotřebiče. FV technologie existuje již desítky let. Napájí satelity a kalkulačky.
Je tu jedno upozornění. Účinnost. Moderní články přeměňují jen asi 10 procent slunečního záření na využitelnou energii. Velká část tohoto solárního potenciálu se ztrácí jako teplo.
Pak je tu otázka nákladů. Instalace fotovoltaického systému stojí mezi 27 000 a 36 000 USD. Na účtech za energii uvidíte dobu návratnosti 12–15 let. Daňové úlevy a federální pobídky pomáhají kompenzovat počáteční náklady. Jde ale o významnou investici.
K aktivním systémům existují levnější alternativy. Tyto systémy využívají vzduch nebo vodu. Kolektor absorbuje sluneční energii. Vzduch nebo voda se ohřívají. Toto teplo se přenáší přímo do vašeho domova nebo akumulační nádrže. Odtud rozvádějí teplo ventilátory nebo čerpadla. Zde nehovoříme ani tak o výrobě elektřiny, ale o přímém zachycování tepla.
Jak fungují solární články
Na mikroskopické úrovni zachycují solární články fotony. Vyřazují elektrony. Tyto rychle se pohybující elektrony vytvářejí elektrický proud. Připojte vodiče. Získáte energii. Dost na rozsvícení žárovky nebo roztočení motoru. Ale pamatujte, že na 10procentní míře účinnosti záleží. Potřebujete hodně střešního prostoru, abyste výrazně snížili svůj účet za elektřinu.
7: Energie biomasy
Energie biomasy pochází z organických materiálů. Dřevo, zemědělský odpad, dokonce i tuhý komunální odpad. Spálíš je. Nebo se rozložíte. Výsledkem je teplo nebo palivo. Je to obnovitelný zdroj, protože můžete pěstovat více rostlin. Není ale bez emisí. Při hoření dřeva se uvolňuje oxid uhličitý. Cyklus funguje pouze tehdy, pokud nový růst absorbuje tento CO2.
Pro kutila znamená biomasa obvykle kamna na dřevo nebo kotel na pelety. Vyžaduje prostor pro skladování paliva. K odstranění popela a sazí je nutná pravidelná údržba. Není to systém „nastav a zapomeň“ jako tepelné čerpadlo. Ale pokud máte přístup k levnému nebo bezplatnému dřevu, provozní náklady mohou být velmi nízké. Je to hmatatelný zdroj energie. Vidíte palivo. Vy řídíte proces spalování.
Ekonomika vytápění biomasou
Oheň na dřevo je základním komfortem. Není to jen nostalgie. To je fyzika.
Biomasa je energie získaná z živé hmoty. Stromy. Rostliny. Slunce. Spalováním dřeva využíváte naakumulovanou sluneční energii. Je obnovitelný. Je přirozená. A pro majitele domů, kteří chtějí dramaticky snížit své účty za energie, je to často levnější než propan, zemní plyn nebo topný olej.
Moderní systémy jsou čistší, než byste čekali. Například systém na dřevní štěpku emituje výrazně méně škodlivin než tradiční kamna na dřevo. Jakou má uhlíkovou stopu? Minimální. Fosilní paliva uvolňují uhlík, který byl miliony let pohřben pod zemí. Spalováním biomasy se uvolňuje pouze uhlík, který rostlina během svého života absorbovala. Je to začarovaný kruh.
Matematika hraje ve váš prospěch. Podívejte se na Wisconsin. V roce 2008 stát oznámil, že přechod škol ze zemního plynu na dřevní biomasu sníží náklady na vytápění o 29 až 57 procent. To je úspora 53 000 až 75 000 USD na školu za rok. Představte si, že ušetříte tolik na účtu za vytápění vašeho vlastního domu.
### Hydronické topení: tichý pracovník
Pamatujete na klepající radiátory v domě vaší babičky? Jedná se o hydronické systémy. Ale dnešní verze jsou složitější. Zahřívají více než jen vzduch. Ohřívají vodu.
Kotle v těchto systémech využívají k ohřevu tekutiny sluneční nebo geotermální energii. Obvykle je to voda. Někdy – nemrznoucí roztok. Tato kapalina je čerpána plastovým potrubím. Potrubí může vést pod podlahovými deskami. Mohou být umístěny podél soklových desek. Nebo je lze napojit na klasické radiátory.
Jak se přenáší teplo? Tři způsoby.
Vodivost. Teplo se přenáší z objektu na objekt. Představte si lžíci v hrnci s horkou polévkou. Rukojeť se zahřívá. Záření. Energie se přenáší prostřednictvím elektromagnetických vln. Cítíte teplo z tepelné lampy, aniž byste se jí dotkli. Proudění. Teplá voda stoupá. Studená voda klesá. Vařící voda je dokonalým příkladem.
Je zde sekundární výhoda. Hydronické systémy mohou čerpat horkou vodu potrubím na vaší střeše. Tím se zabrání tvorbě ledových hrází. Sníh se nehromadí. Vaše okapy zůstanou nedotčené.
### Absorpční tepelná čerpadla
Většina tepelných čerpadel běží na elektřinu. Absorpční tepelná čerpadla nejsou. Jezdí na teplo. Typicky poháněné zemním plynem, i když solární a geotermální jsou také vhodné.
Mezi sběrnými čerpadly a standardními elektrickými čerpadly jsou dva hlavní rozdíly. Za prvé, zdroj energie. Absorpční čerpadlo využívá plynový hořák. Za druhé, pracovní tekutina. Elektrická čerpadla používají chladivo. Absorpční čerpadla používají roztok vody a čpavku.
V zimě toto řešení absorbuje teplo ze země. Čerpadlo dopravuje ohřátou kapalinu do vašeho domova. Vzduch se zahřívá. V létě je proces obrácený. Tepelná výměna funguje v opačném směru.
Některá větší zařízení jdou dále. Mall of America recykluje teplo z těl návštěvníků k regulaci teplot. Toto není škálovatelné pro váš předměstský dům. Ale dokazuje to koncept: odpadní teplo je cenné teplo.
### Bionafta a BioHeat
Dříve se bionafta používala pro nákladní automobily a traktory. Nyní – pro váš kotel.
Majitelé domů ho roky ignorovali. Nafta byla levná. Ceny ropy ale rostou. Bionafta to dohání. Směsi “BioHeat” obsahují 5, 10 nebo 20 procent biopaliva smíchaného se standardním topným olejem. Tyto směsi můžete spalovat v běžném olejovém kotli. Není nutná žádná úprava.
Ekologické přínosy jsou zřejmé. Méně škodlivin. Méně oxidu uhličitého. Tato paliva se vyrábějí z energetických plodin. Pšenice. Kukuřice. Sója. Cukrová třtina. Jsou odolné.
Ale je tu úzké hrdlo. Dodávky. Není dostatek distributorů. Ve Spojených státech pouze asi 19 společností dodává směsi BioHeat domácnostem. Pokud bydlíte daleko od distributora, máte smůlu. Než se rozhodnete, ověřte si místní dostupnost.
### Ledové kondicionéry
Led je skvělý do koktejlů. Ale jeho použití jako primárního zdroje chlazení pro moderní dvouúrovňovou kancelářskou budovu nebo předměstský dům je méně zřejmé. Ice Energy však dokázala, že zmrzlá voda může pohánět klimatizační systémy. Jejich systém zcela nenahradí vaši klimatizaci. Pracuje s ním. Cíl je jednoduchý: přesunout většinu zátěže na hodiny s nízkou zátěží v síti.
Během horka jsou rozvodné sítě přetížené. Domy a firmy zapnou své systémy na plnou kapacitu. To vede k prudkému skoku ve spotřebě elektřiny. Ledové systémy mění hru tím, že v noci mrznou vodu. Akumulují tento led. Led pak chladí během dne chladivo. Kompresor pracuje v šetrném režimu. To snižuje celkovou spotřebu energie přibližně o 30 procent.
Jak systémy ledové energie snižují náklady na chlazení
Princip fungování je jednoduchý. K pochopení nepotřebujete vzdělání z fyziky. V noci jednotka cirkuluje chladivo měděnými hady. Tyto cívky jsou umístěny uvnitř nádrže obsahující 450 galonů vody. Chladivo odvádí teplo. Voda zamrzne.
Úspora hraje klíčovou roli. V nádrži je led. Když přijde denní vedro, stávající klimatizační systém nepracuje na plný výkon. Místo toho led ochlazuje horké chladivo. Budova zůstává pohodlná. Elektrická síť zůstává stabilní. Ušetříte peníze na účtech za energie. Tento systém chlazení na bázi ledu je zvláště účinný v oblastech s vysokými denními teplotami a nižšími nočními sazbami.
Koncept zeleného uhlí: Přeměna znečištění na energii
„Zelené uhlí“ zní jako oxymoron. Uhlí je notoricky špinavé. Obsahuje 25 až 90 procent uhlíku. Při spalování se uvolňuje oxid uhličitý, síra a oxidy dusíku. Tyto plyny přispívají ke globálnímu oteplování. Věda však nabízí zajímavý obrat.
Vědci používají proces zvaný zplyňování. Získává kyslík z vody pomocí uhlíku z uhlí. Výsledkem je čistý vodíkový plyn, který lze spálit. Tento plyn může pohánět turbínu. Turbína vyrábí elektřinu. Emise nejsou jen vypouštěny do atmosféry. Jsou čerpány pod zem. Ostatní znečišťující látky se přeměňují na pevné látky. Tyto pevné látky lze spálit. To je složitý proces. Ale mění způsob, jakým přemýšlíme o fosilních palivech.
DIY ohřev vody větrem: udržitelná možnost
Víme, že vítr vyrábí elektřinu. A co teplo? Nepotřebujete velký větrný mlýn na vaší zahradě. Studenti Oregonské státní univerzity to dokázali v roce 2006. Sestrojili miniaturní ohřívač vody s větrnou turbínou.
Tento systém je zcela stabilní. Na rozdíl od tradičních ohřívačů, které používají elektrické články nebo plynové hořáky, tento spoléhá na vítr. Je připevněn ke střeše. Hlavní požadavek? Dostatečná síla větru k otáčení turbíny.
Mechanika je elegantní. Turbína otáčí magnety připevněnými ke kovové desce. Tyto magnety se otáčejí vedle měděné desky. Magnetický odpor zahřívá měď. Voda čerpaná měděnými trubkami na zadní straně desky toto teplo pohlcuje. Výsledkem je horká voda. Teoreticky může tato teplá voda cirkulovat po celém domě. Stává se zdrojem tepla. Jedná se o praktické řešení do větrných oblastí.
Často kladené otázky
Jaké jsou počáteční náklady na instalaci geotermálních systémů?
Geotermální systémy jsou zpočátku drahé kvůli nákladům na vrtání a vybavení, které se často pohybují od 10 000 do 20 000 USD, ale mohou výrazně snížit vaše dlouhodobé náklady na energii.
Existují vládní pobídky pro instalaci solárních systémů vytápění a chlazení?
Ano, mnoho vlád nabízí daňové pobídky, slevy a granty na kompenzaci nákladů na instalaci solárních systémů vytápění a chlazení a podporuje jejich přijetí.
Více informací
