Більшість власників будинків не усвідомлюють, що опалення та охолодження споживають більше половини їхнього енергетичного бюджету. За даними Міністерства енергетики США, ця цифра становить 56 відсотків. Це величезний витік ваших грошей. Зелені технології спрямовані на усунення цієї проблеми. Йдеться не лише про порятунок полярних ведмедів. Це також про те, щоб ваші рахунки за комунальні послуги не злетіли до неба.
Візьмемо, наприклад, Університет Санта-Клари у Кремнієвій долині штату Каліфорнія. У квітні 2011 року вони встановили 60 сонячних колекторів на даху. Мета була простою: ефективно обігрівати та охолоджувати студентський центр. Інженери спроектували систему так, щоб вона забезпечувала як гарячу воду, так і кондиціювання повітря. Вона працює за рахунок уловлювання сонячного світла та концентрації енергії. Вода всередині нагрівається. Сильно нагрівається. Ми говоримо про 200 градусів за Фаренгейтом.
Результати були негайними та вражаючими. Система скоротила споживання газу на 70 відсотків щорічно. Вона також запобігла викиду 34 тонн вуглекислого газу в атмосферу. Університет орендував цю систему на десять років за фіксованою ціною. Вони також отримали понад 86 тисяч доларів у вигляді державних субсидій.
Це не ізольований випадок. Університети, бізнес та окремі домовласники приєднуються до цього руху. Це має значення тому, що це скорочує викиди парникових газів. Це також заощаджує гроші. Але будьмо чесні: ці системи недешеві.
Візьміть для прикладу початкові витрати. Встановлення деяких сонячних колекторів коштує від 30 до 80 доларів за квадратний фут. Вам потрібний капітал. Або можливість залучити позикові кошти. Уряд пропонує програми стимулювання, які допомагають будівельникам та домовласникам компенсувати ці витрати. Лише у 2008 році американці заощадили понад 19 мільярдів доларів, використовуючи ці методи. Тенденція зростає. Вплив реальний.
Щоб зрозуміти, у що ви вплутуєтеся, вам потрібно знати різницю між двома основними категоріями: пасивними та активними системами.
Стратегії пасивного сонячного проектування
Пасивні системи використовують механічне устаткування. Вони не покладаються на печі чи кондиціонери. Вони максимально використовують здатність природи регулювати температуру. Це архітектурна геометрія.
Класичним прикладом є дах. Білі чи світлі дахи відбивають сонячне світло. Вони не поглинають його. Результатом є більш прохолодна будівля. Для охолодження будинку влітку потрібно менше енергії. Вікна також відіграють важливу роль. Вікна з високою ефективністю утримують тепло зовні, а прохолодне повітря – усередині. Ви боретесь із законами фізики за допомогою дизайну.
Активні системи зеленої енергії
Активні системи відрізняються. Вони використовують механічні пристрої. Ці системи працюють на джерелах зеленої енергії. Сонячна енергія є найпоширенішою. Геотермальна енергія – ще один великий гравець. Енергія біомаси з органічних матеріалів – третій варіант.
Гідронні системи опалення також належать до цієї категорії. Вони циркулюють гарячу воду чи рідини для обігріву. Кондиціонери, що працюють на льоду, використовують замерзлу воду для зниження пікового споживання електроенергії вдень. Ці системи складні. Вони потребують експертизи.
Варіант 10: Геотермальне опалення та охолодження
Список варіантів починається з геотермальних систем. Ви вже бачили згадку про це у висновках. Але що це насправді означає для вашого будинку?
Геотермальна технологія використовує стабільну температуру надр Землі. Земля залишається прохолодною влітку та теплою зимою, незалежно від температури повітря над нею. Геотермальний тепловий насос використовує цю стабільність. Він передає тепло від землі чи землю.
Взимку система забирає тепло із землі та переносить його всередину будинку. Влітку процес зворотний. Вона забирає тепло з вашого будинку і скидає його в прохолоднішу землю. Ефективність приголомшує проти повітряними тепловими насосами. Ви не боретеся із температурою повітря. Ви використовуєте постійну теплову масу ґрунту.
Монтаж є інвазивним. Вам потрібні контури, закопані у дворі. Горизонтальні контури вимагають великої ділянки. Вертикальні контури глибоко йдуть у свердловини. Саме тут вартість різко зростає. Буріння дороге. Обладнання дороге.
Але експлуатаційні витрати низькі. Після встановлення енергоспоживання дуже мало в порівнянні з віддачею тепла. Це довгострокова інвестиція. Ви платите за встановлення, щоб заощаджувати на кожному рахунку протягом наступних двох десятиліть.
Чи підходить це вам? Це залежить від вашої ділянки та бюджету. Вам потрібне місце для горизонтальних контурів або капітал для вертикального буріння. Вам потрібен підрядник, який знає системи із ґрунтовими контурами. Це не проект для самостійного виконання у вихідні.
Перехід на зелене опалення та охолодження відбувається повільно. Він дорогий. Але економія накопичується. І вплив на довкілля вимірний. Університет Санта-Клари довів це. Цей принцип можна відтворити в меншому масштабі.
«В порівнянні зі стандартними системами опалення та охолодження, використання зелених технологій краще для навколишнього середовища, оскільки воно допомагає скоротити викиди парникових газів. Крім того, ефективність цих зелених систем дозволяє людям заощаджувати гроші на рахунках за енергію».
Технологія існує. Стимули є. Математика сходиться. Питання, чи готові ви вкласти початковий капітал, щоб зупинити витік енергії. Більшість людей говорять «ні», поки їхній рахунок не стане надто високим. Потім діють. Не будьте як більшість людей.
Почніть із перегляду вашої поточної системи. Скільки їй років? Який її рейтинг ефективності? Потім подивіться на контур вашого будинку. Пасивні стратегії дешевші за активні. Закрийте витоку. Додати ізоляцію. Затонуйте вікна. Виправте прості проблеми, перш ніж викликати підрядника з геотермальних систем.
Наступні варіанти у списку включають біомасу та гідронні системи. Вони пропонують різні шляхи до однієї й тієї ж мети. Зниження енергетичної залежності. Нижчі рахунки. Найменший вуглецевий слід. Але вони мають свої компроміси. Вимоги щодо зберігання. Графік технічного обслуговування. Джерела палива.
У вас є перший шматочок головоломки
Вам не потрібна ступінь доктора наук з геології, щоб використати невичерпний енергетичний потенціал планети. Земля насичена теплом. У глибинах вона вирує. Але для ремонту будинку не потрібно копати так глибоко. Усього в кількох футах під поверхнею температура ґрунту залишається постійною. Протягом усього року вона коливається в межах від 42 до 80 градусів за Фаренгейтом. Саме ця стабільність є ключем. Геотермальна система використовує цю постійну температуру ґрунту для опалення та охолодження практично будь-якого типу будівель.
Зауважте, що ці системи не використовують розплавлене ядро Землі. Вони використовують теплові насоси. Насос циркулює рідину – воду чи холодоагент – через підземні свердловини. Взимку ця рідина поглинає тепло землі та переносить його у приміщення. Влітку процес змінюється. Він забирає тепло з вашого будинку та повертає його назад у землю.
9: Пасивний сонячний дизайн
Сонце надає безкоштовну відновлювану енергію. Вам не потрібні негарні сонячні панелі, щоб скористатися цією перевагою. Пасивний сонячний дизайн використовує природний теплообмін. Без частин, що рухаються. Мінімальне технічне обслуговування. Він спирається на саму конструкцію будівлі – стіни, підлоги, вікна – для збирання, зберігання та виділення сонячної енергії.
Це не повністю автономне рішення. Вам ще потрібна механічна резервна система. Система примусової вентиляції або променисте опалення підлоги беруть на себе основну роботу з охолодження влітку і обігріву взимку. Але пасивні елементи знижують навантаження.
Найпростіша версія, що підходить для самостійного виконання, — це «пряме поглинання». Сонячне світло проникає через вікна. Скло перетворює світло на теплову енергію. Темні стіни та підлоги поглинають це тепло. Вони накопичують його. Поки повітря всередині залишається теплим, будинок утримує цю енергію. Вночі, коли температура падає, стіни випромінюють тепло у житловий простір.
Для більш складного підходу будівельники можуть встановити металеві або пластикові водопровідні труби всередині стін. Сонячне світло потрапляє на зовнішній бік. Вода всередині нагрівається. Ви перекачуєте цю теплу воду вдома. Вона діє як джерело тепла. Це проста фізика. Це працює.
8: Активні сонячні системи
Деякі домовласники не проти використовувати частину площі даху. Активна сонячна енергетика використовує фотоелектричні (PV) елементи. Ці матеріали перетворять сонячне світло безпосередньо на електрику. Ця енергія може живити вашу систему HVAC (опалення, вентиляція та кондиціювання), освітлення та побутові прилади. Технологія PV існує кілька десятиліть. Вона живить супутники та калькулятори.
Є один аспект. Ефективність. Сучасні елементи перетворять лише близько 10 відсотків сонячного світла на корисну енергію. Більшість цього сонячного потенціалу втрачається як тепла.
Потім є питання вартості. Встановлення фотоелектричної системи коштує від 27 000 до 36 000 доларів. Ви побачите термін окупності витрат на рахунки за енергію 12–15 років. Податкові пільги та федеральні стимули допомагають компенсувати початкові витрати. Але це значні інвестиції.
Існують дешевші альтернативи активним системам. Ці системи використовують повітря чи воду. Колектор поглинає сонячну енергію. Повітря чи вода нагріваються. Це тепло передається безпосередньо до вашого будинку або в бак для зберігання. Звідти вентилятори чи насоси розподіляють тепло. Тут йдеться не так про генерацію електрики, як про пряме захоплення тепла.
Як працюють сонячні елементи
На мікроскопічному рівні сонячні елементи захоплюють фотони. Вони вибивають електрони. Ці електрони, що швидко рухаються, створюють електричний струм. Підключіть дроти. Ви отримуєте енергію. Достатньо, щоб запалити лампочку або розкрутити двигун. Але пам’ятайте, що цей показник ефективності 10 відсотків має значення. Вам потрібно багато місця на даху, щоб суттєво скоротити рахунок за електрику.
7: Енергія біомаси
Енергія біомаси надходить із органічних матеріалів. Деревина, відходи сільського господарства, навіть тверді побутові відходи. Ви спалюєте їх. Або розкладаєте. Результатом є тепло чи паливо. Це відновлюване джерело, тому що ви можете виростити більше рослин. Але він не є беземісійним. Спалювання деревини виділяє вуглекислий газ. Цикл працює тільки в тому випадку, якщо нове зростання поглинає цей CO2.
Для домовласника, що займається ремонтом своїми руками, біомаса зазвичай означає дров’яну піч або пеллетний котел. Потрібне місце для зберігання палива. Потрібне регулярне обслуговування для очищення від золи та сажі. Це не система «встановив та забув», як тепловий насос. Але якщо ви маєте доступ до дешевого або безкоштовного дерева, експлуатаційні витрати можуть бути дуже низькими. Це відчутне джерело енергії. Ви бачите паливо. Ви керуєте процесом горіння.
Економіка опалення біомасою
У дров’яному вогні закладено первісну комфортність. Це не просто ностальгія. Це фізика.
Біомаса – це енергія, що отримується з живої матерії. Дерева. Рослини. Сонце. Спалюючи дрова, ви використовуєте накопичену сонячну енергію. Вона відновлювана. Вона природна. І для домовласників, які прагнуть різко скоротити рахунки за комунальні послуги, вона часто дешевша за пропан, природний газ або мазут.
Сучасні системи чистіше, ніж ви можете очікувати. Наприклад, система на деревині виділяє значно менше забруднюючих речовин, ніж традиційна дров’яна піч. А який її вуглецевий слід? Мінімальний. Викопне паливо вивільняє вуглець, який був похований під землею мільйони років. Спалювання біомаси вивільняє лише той вуглець, який рослина поглинула за час свого життя. Це замкнутий цикл.
Математика працює на вашу користь. Погляньте на Вісконсін. 2008 року штат оголосив, що перехід шкіл з природного газу на біомасу з деревини скоротить витрати на опалення на 29–57 відсотків. Це економія від 53000 до 75000 доларів на кожну школу на рік. Уявіть таку економію на рахунку за опалення власного будинку.
### Гідронне опалення: тихий працівник
Пам’ятаєте стукаючі радіатори в будинку вашої бабусі? Це і є гідронні системи. Але сьогоднішні версії складніші. Вони нагрівають не лише повітря. Вони нагрівають воду.
Казани в цих системах використовують сонячну або геотермальну енергію для нагрівання рідини. Зазвичай це вода. Іноді – розчин антифризу. Ця рідина перекачується через пластикові труби. Труби можуть проходити під половицями. Вони можуть розташовуватися вздовж плінтусів. Або вони можуть підключатися до класичних радіаторів.
Як передається тепло? Трьома способами.
Провідність. Тепло передається від об’єкта до об’єкта. Подайте ложку в горщику з гарячим супом. Ручка нагрівається. Випромінювання. Енергія передається через електромагнітні хвилі. Ви відчуваєте тепло від нагрівальної лампи, не торкаючись її. Конвекція. Тепла вода піднімається. Холодна вода опускається. Вода, що кипить, — ідеальний приклад.
Тут є друга перевага. Гідронні системи можуть прокачувати гарячу воду трубами на даху. Це запобігає утворенню крижаних гребель. Сніг не накопичується. Ваші ринви залишаються цілими.
### Поглинальні теплові насоси
Більшість теплових насосів працюють електрикою. Поглинальні теплові насоси немає. Вони працюють на теплі. Зазвичай на природному газі, хоч також підходять сонячна та геотермальна енергія.
Між поглинальними насосами та стандартними електричними є дві основні різниці. По-перше, джерело енергії. Поглинальний насос використовує газовий пальник. По-друге, робоче тіло. Електричні насоси використовують холодоагенти. Поглинальні насоси використовують розчин води та аміаку.
Взимку цей розчин поглинає тепло із землі. Насос переміщує нагріту рідину до вашого будинку. Повітря нагрівається. Влітку процес зворотний. Теплообмін працює у зворотному напрямку.
Деякі великі об’єкти йдуть далі. Торговий центр Mall of America переробляє тепло від тіл відвідувачів для регулювання температури. Це не масштабується для вашого заміського будинку. Але це доводить концепцію: відпрацьоване тепло це цінне тепло.
### Біодизель та BioHeat
Раніше біодизель використовувався для вантажівок та тракторів. Тепер – для вашого котла.
Домовласники ігнорували його роками. Нафта була дешевою. Але ціни на нафту зростають. Біодизель наздоганяє їх. Суміші BioHeat містять 5, 10 або 20 відсотків біопалива, змішаного зі стандартним опалювальним мазутом. Ви можете спалювати ці суміші у звичайному мазутному казані. Жодної ситуації не потрібно.
Екологічна користь очевидна. Найменше забруднюючих речовин. Менше діоксиду вуглецю. Ці палива виробляються з енергетичних культур. Пшениця. Кукурудза. Соя. Цукрова тростина. Вони стійкі.
Але є вузьке місце. Постачання. Розподільників недостатньо. У Сполучених Штатах лише близько 19 компаній постачає суміші BioHeat для житлових клієнтів. Якщо ви живете далеко від розподільника, то вам не пощастило. Перевірте місцеву доступність, перш ніж приймати рішення.
### Крижані кондиціонери
Чи може лід дійсно охолоджувати ваш будинок? Енергоефективність за межами основ
Лід чудово підходить для коктейлів. Але його використання як основне джерело охолодження для сучасної офісної будівлі або заміського будинку в стилі спліт-рівня менш очевидне. Тим не менш, компанія Ice Energy довела, що заморожена вода може приводити у дію системи кондиціювання повітря. Їхня система не замінює ваш кондиціонер повністю. Вона працює разом із ним. Ціль проста: перенести основне навантаження на годинник з низьким навантаженням на мережу.
У розпал дня енергомережі зазнають перевантаження. Будинки та підприємства включають свої системи на повну потужність. Це призводить до різкого стрибка споживання електроенергії. Системи, що використовують кригу, змінюють правила гри, заморожуючи воду вночі. Вони накопичують цей лід. Потім вдень лід охолоджує холодоагент. Компресор працює у щадному режимі. Це знижує загальне споживання енергії приблизно 30 відсотків.
Як системи Ice Energy знижують витрати на охолодження
Принцип роботи простий. Для розуміння не потрібна ступінь фізики. Вночі установка циркулює холодоагент через мідні змійовики. Ці змійовики знаходяться всередині бака, що містить 450 галонів води. Холодоагент відводить тепло. Вода замерзає.
Ключову роль відіграє накопичення. Лід знаходиться в баку. Коли приходить денна спека, система кондиціювання не працює на повну потужність. Натомість лід охолоджує гарячий холодоагент. У будівлі зберігається комфорт. Енергомережа залишається стабільною. Ви заощаджуєте гроші на рахунках за електроенергію. Ця система охолодження на основі льоду особливо ефективна в регіонах з високими денними температурами і нижчими нічними тарифами.
Концепція «зеленого вугілля»: перетворення забруднення на енергію
“Зелене вугілля” звучить як оксюморон. Вугілля відоме своєю брудністю. Він містить від 25 до 90 відсотків вуглецю. При спалюванні виділяються діоксид вуглецю, сірка та оксид азоту. Ці гази сприяють глобальному потеплінню. Проте наука пропонує цікавий поворот.
Вчені використовують процес, що називається газифікацією. Він витягує кисень із води, використовуючи вуглець із вугілля. В результаті виходить чистий водневий газ, який можна спалювати. Цей газ може привести в дію турбіну. Турбіна виробляє електрику. Викиди не просто викидаються в атмосферу. Вони захитуються під землю. Інші забруднювачі перетворюються на тверді речовини. Ці тверді речовини можна спалювати. Це складний процес. Але він змінює наше уявлення про викопне паливо.
Саморобне нагрівання води за допомогою вітру: стійкий варіант
Ми знаємо, що вітер генерує електрику. А що щодо тепла? Вам не потрібний величезний вітряк у дворі. Студенти Університету штату Орегон довели це у 2006 році. Вони збудували мініатюрний водонагрівач з вітряною турбіною.
Ця система повністю стійка. На відміну від традиційних нагрівачів, які використовують електричні елементи або газові пальники, це покладається на вітер. Вона кріпиться до даху. Головна вимога? Достатня сила вітру для обертання турбіни.
Механіка елегантна. Турбіна обертає магніти, що прикріплені до металевої пластини. Ці магніти обертаються поруч із мідною пластиною. Магнітний опір нагріває мідь. Вода, що прокачується через мідні трубки на задній стороні пластини, поглинає це тепло. Результат – гаряча вода. Теоретично ця гаряча вода може циркулювати вдома. Вона стає джерелом тепла. Це практичне рішення для вітряних місць.
Часті питання
Які початкові витрати на встановлення геотермальних систем?
Геотермальні системи спочатку дорогі через вартість буріння та обладнання, часто становлячи від 10 000 до 20 000 доларів, але вони можуть значно знизити ваші довгострокові витрати на енергію.
Чи існують державні стимули для встановлення систем сонячного опалення та охолодження?
Так, багато урядів пропонують податкові пільги, знижки та гранти для компенсації витрат на встановлення систем сонячного опалення та охолодження, сприяючи їх впровадженню.
Більше інформації
