La maggior parte dei proprietari di case non si rende conto che il riscaldamento e il raffreddamento consumano più della metà del loro budget energetico. Il Dipartimento dell’Energia stima la cifra al 56%. Questa è una perdita enorme nel tuo portafoglio. La tecnologia verde mira a colmare questo buco. Non si tratta solo di salvare gli orsi polari. Si tratta di evitare che le bollette salgano alle stelle.
Prendiamo l’Università di Santa Clara nella Silicon Valley in California. Nell’aprile 2011 hanno installato 60 collettori solari sul tetto. L’obiettivo era semplice. Riscalda e raffredda il centro studentesco in modo efficiente. Gli ingegneri hanno costruito l’array per gestire sia l’acqua calda che l’aria condizionata. Funziona catturando la luce solare e concentrando l’energia. L’acqua all’interno diventa calda. Davvero caldo. Stiamo parlando di 200 gradi Fahrenheit.
I risultati furono immediati e drastici. Il sistema ha ridotto il consumo di gas naturale del 70% ogni anno. Ha inoltre mantenuto 34 tonnellate di anidride carbonica fuori dall’atmosfera. L’università ha affittato il sistema per dieci anni a un prezzo fisso. Hanno anche ricevuto oltre 86.000 dollari in sconti statali.
Questo non è un caso isolato. Università, aziende e singoli proprietari di case stanno saltando a bordo. Il cambiamento è importante perché riduce i gas serra. Si risparmia anche denaro. Ma siamo chiari. Questi sistemi non sono economici.
Considera il costo iniziale. Alcuni collettori solari costano tra $ 30 e $ 80 per piede quadrato per l’installazione. Hai bisogno di capitale. O leva. Il governo offre programmi di incentivi per aiutare i costruttori e i proprietari di case a sostenere questi costi. Solo nel 2008, gli americani hanno risparmiato oltre 19 miliardi di dollari utilizzando questi metodi. La tendenza è in crescita. L’impatto è reale.
Per capire in cosa ti stai cacciando, devi conoscere la differenza tra le due categorie principali. Sistemi passivi e attivi.
Strategie di progettazione solare passiva
I sistemi passivi non utilizzano macchinari. Non fanno affidamento su forni o condizionatori d’aria. Massimizzano la capacità della natura di regolare la temperatura. È geometria architettonica.
Un classico esempio è il tetto. I tetti bianchi o di colore chiaro riflettono la luce solare. Non lo assorbono. Il risultato è un edificio più fresco. È necessaria meno energia per rinfrescare la casa in estate. Anche le finestre hanno un ruolo. Le finestre ad alte prestazioni mantengono il calore fuori e l’aria fresca dentro. Stai combattendo la fisica con il design.
Sistemi energetici verdi attivi
I design attivi sono diversi. Usano sistemi meccanici. Questi sistemi funzionano con fonti di energia verde. L’energia solare è la più comune. La geotermia è un altro attore importante. L’energia da biomassa proveniente da materiali organici è una terza opzione.
Anche i sistemi di riscaldamento idronico rientrano qui. Fanno circolare acqua calda o liquidi per il riscaldamento. I condizionatori alimentati dal ghiaccio utilizzano acqua ghiacciata per ridurre il consumo di elettricità durante il giorno. Questi sono complessi. Richiedono competenza.
Opzione 10: riscaldamento e raffreddamento geotermico
L’elenco delle opzioni inizia con i sistemi geotermici. Hai già visto il nome cadere nei takeaway. Ma cosa significa concretamente per la tua casa?
La tecnologia geotermica sfrutta la temperatura sotterranea stabile della Terra. Il terreno rimane fresco d’estate e caldo d’inverno, indipendentemente dall’aria sopra di esso. Una pompa di calore geotermica sfrutta questa stabilità. Trasferisce il calore al o dal suolo.
In inverno il sistema preleva il calore dal terreno e lo sposta all’interno. In estate si inverte. Attira il calore dalla tua casa e lo scarica nella terra più fresca. L’efficienza è sconcertante rispetto alle pompe di calore ad aria. Non stai combattendo la temperatura dell’aria. Stai utilizzando la massa termica costante del terreno.
L’installazione è invasiva. Hai bisogno di anelli sepolti nel tuo giardino. Gli anelli orizzontali richiedono un ampio cortile. Gli anelli verticali entrano in profondità nei pozzi. È qui che i costi aumentano. La perforazione è costosa. L’attrezzatura è costosa.
Ma il costo operativo è basso. Una volta installato, l’apporto energetico è minimo rispetto alla produzione di calore. È un gioco a lungo termine. Stai pagando l’installazione per risparmiare su ogni bolletta per i prossimi due decenni.
È giusto per te? Dipende dal tuo terreno e dal tuo budget. Hai bisogno di spazio per gli anelli orizzontali o di capitale per la perforazione verticale. Hai bisogno di un appaltatore che conosca i sistemi del circuito di terra. Questo non è un progetto fai-da-te del fine settimana.
Il passaggio al riscaldamento e al raffreddamento “green” è lento. È costoso. Ma il risparmio aumenta. E l’impatto ambientale è misurabile. L’Università di Santa Clara lo ha dimostrato. Puoi replicare il principio su scala più piccola.
“Rispetto ai sistemi di riscaldamento e raffreddamento standard, diventare verdi è meglio per l’ambiente perché aiuta a eliminare i gas serra. Inoltre, l’efficienza di questi sistemi verdi consente alle persone di risparmiare denaro sulle bollette energetiche.”
La tecnologia esiste. Gli incentivi ci sono. La matematica funziona. La domanda è se sei disposto a investire il capitale iniziale per fermare il dissanguamento energetico. La maggior parte delle persone dice di no finché la bolletta non diventa troppo alta. Poi agiscono. Non essere la maggior parte delle persone.
Inizia osservando il tuo sistema attuale. Quanti anni ha? Qual è l’indice di efficienza? Quindi guarda la busta della tua casa. Le strategie passive sono più economiche di quelle attive. Sigillare le perdite. Aggiungi isolamento. Tinta le finestre. Risolvi le cose facili prima di chiamare un appaltatore geotermico.
Le prossime opzioni nell’elenco riguardano la biomassa e i sistemi idronici. Offrono percorsi diversi verso lo stesso obiettivo. Dipendenza energetica ridotta. Bollette più basse. Una minore impronta di carbonio. Ma arrivano con i loro compromessi. Requisiti di archiviazione. Piani di manutenzione. Approvvigionamento di carburante.
Hai il primo pezzo del puzzle
Non è necessario un dottorato in geologia per sfruttare l’infinita fornitura di energia del pianeta. La terra è piena di calore. Nel profondo, sta bollendo. Ma per la ristrutturazione della casa, non si scava così in profondità. A pochi metri sotto la superficie, la temperatura del suolo rimane costante. Si aggira tra i 42 e gli 80 gradi Fahrenheit tutto l’anno. Quella coerenza è la chiave. Un sistema di scambio geografico sfrutta questa temperatura stabile del suolo per riscaldare e raffreddare quasi tutti i tipi di edifici.
Si noti che questi sistemi non toccano il nucleo fuso. Usano pompe di calore. La pompa fa circolare un fluido, acqua o refrigerante, attraverso pozzi sotterranei. In inverno, quel fluido assorbe il calore della terra e lo porta all’interno. In estate il processo si ribalta. Estrae il calore dalla tua casa e lo deposita nuovamente nel terreno.
9: Progettazione solare passiva
Il sole fornisce energia gratuita e rinnovabile. Non hai bisogno di brutti pannelli solari per trarne vantaggio. Il design solare passivo utilizza il trasferimento di calore naturale. Nessuna parte in movimento. Manutenzione minima. Si basa sulla struttura stessa dell’edificio – muri, pavimenti, finestre – per raccogliere, immagazzinare e rilasciare energia solare.
Non è una soluzione completa e autonoma. Hai ancora bisogno del backup meccanico. Un sistema ad aria forzata o un pavimento radiante gestiscono il lavoro pesante per il raffreddamento in estate e il riscaldamento in inverno. Ma gli elementi passivi riducono il carico.
La versione più semplice per il fai-da-te è il “guadagno diretto”. La luce del sole filtra attraverso le finestre. Il vetro converte la luce in energia termica. Pareti e pavimenti scuri assorbono quel calore. Lo immagazzinano. Finché l’aria all’interno rimane calda, la casa trattiene quell’energia. Di notte, quando la temperatura scende, le pareti irradiano il calore nell’ambiente abitativo.
Per un approccio leggermente più tecnico, i costruttori possono installare tubi dell’acqua in metallo o plastica all’interno delle pareti. La luce del sole colpisce l’esterno. L’acqua all’interno si riscalda. Pompi quell’acqua calda attraverso la casa. Funziona come una fonte di calore. È fisica semplice. Funziona.
8: Sistemi solari attivi
Ad alcuni proprietari di case non importa lo spazio sul tetto. Il solare attivo utilizza celle fotovoltaiche (PV). Questi materiali convertono la luce solare direttamente in elettricità. Quella potenza può far funzionare il tuo sistema HVAC, le luci e gli elettrodomestici. La tecnologia fotovoltaica esiste da decenni. Alimenta satelliti e calcolatrici.
C’è un problema. Efficienza. Le celle moderne convertono solo circa il 10% della luce solare in energia utilizzabile. La maggior parte di quel potenziale solare viene perso sotto forma di calore.
Poi c’è il costo. L’installazione di un sistema fotovoltaico costa tra $ 27.000 e $ 36.000. Considererai un periodo di ammortamento di 12-15 anni sulle bollette energetiche. Gli sgravi fiscali e gli incentivi federali aiutano a compensare il colpo iniziale. Ma è un investimento significativo.
Esistono alternative attive più economiche. Questi sistemi utilizzano aria o acqua. Un collettore assorbe l’energia solare. L’aria o l’acqua si riscaldano. Il calore si trasferisce direttamente a casa tua o in un serbatoio di accumulo. Da lì, ventilatori o pompe disperdono il calore. Si tratta meno di generare elettricità e più di catturare direttamente il calore.
Come funzionano le celle solari
A livello microscopico, le celle solari catturano i fotoni. Liberano gli elettroni. Quegli elettroni in rapido movimento creano una corrente elettrica. Collega i fili a loro. Ottieni il potere. Abbastanza per accendere una lampadina o far girare un motore. Ma ricordate, quel tasso di efficienza del 10% è importante. Hai bisogno di molto spazio sul tetto per intaccare la bolletta elettrica.
7: Energia da biomassa
L’energia della biomassa proviene da materiale organico. Legno, scarti agricoli e persino rifiuti solidi urbani. Lo bruci. Oppure scomporlo. Il risultato è calore o carburante. È rinnovabile perché puoi coltivare più piante. Ma non è a emissioni zero. La combustione del legno rilascia anidride carbonica. Il ciclo funziona solo se la nuova crescita assorbe quella CO2.
Per il proprietario della casa fai da te, biomassa significa solitamente una stufa a legna o una caldaia a pellet. Richiede spazio di stoccaggio per il carburante. Richiede una manutenzione regolare per pulire cenere e fuliggine. Non è un sistema “imposta e dimentica” come una pompa di calore. Ma se si ha accesso a legname economico o gratuito, i costi operativi possono essere molto bassi. È una fonte di energia tangibile. Puoi vedere il carburante. Puoi gestire l’ustione.
L’economia del riscaldamento a biomassa
C’è un conforto primordiale nel fuoco di legna. Non è solo nostalgia. È fisica.
La biomassa è energia derivata dalla materia vivente. Alberi. Piante. Il sole. Quando bruci la legna, stai sfruttando l’energia solare immagazzinata. È rinnovabile. È naturale. E per i proprietari di case che desiderano ridurre drasticamente le bollette, spesso è più economico del propano, del gas naturale o dell’olio combustibile.
I sistemi moderni sono più puliti di quanto ci si potrebbe aspettare. Un impianto a cippato, ad esempio, emette molte meno sostanze nocive rispetto a una stufa a legna tradizionale. E l’impronta di carbonio? Minimo. I combustibili fossili rilasciano carbonio che è rimasto intrappolato nel sottosuolo per milioni di anni. La combustione della biomassa rilascia solo il carbonio che la pianta ha assorbito durante la sua vita. È un circuito chiuso.
I conti giocano a tuo favore. Guarda il Wisconsin. Nel 2008, lo Stato ha annunciato che il passaggio dalle scuole al gas naturale alla biomassa legnosa avrebbe ridotto i costi di riscaldamento dal 29 al 57%. Si tratta di un risparmio da $ 53.000 a $ 75.000 per scuola all’anno. Immagina questo tipo di risparmio sulla bolletta del riscaldamento di casa tua.
### Riscaldamento idronico: il lavoratore silenzioso
Ricordi il rumore dei termosifoni a casa di tua nonna? Quelli sono sistemi idronici. Ma le versioni di oggi sono sofisticate. Non si limitano a riscaldare l’aria. Riscaldano l’acqua.
Le caldaie in questi sistemi utilizzano l’energia solare o geotermica per riscaldare un liquido. Di solito è acqua. A volte è una soluzione antigelo. Questo liquido viene pompato attraverso un tubo di plastica. Il tubo potrebbe passare sotto le assi del pavimento. Potrebbe sedersi lungo i battiscopa. Oppure potrebbe alimentare i classici radiatori.
Come si muove il calore? Tre modi.
Conduzione. Il calore si sposta da un oggetto all’altro. Pensa a un cucchiaio in una pentola di zuppa calda. La maniglia si scalda. Radiazione. L’energia viaggia attraverso le onde elettromagnetiche. Senti il calore di una lampada riscaldante senza toccarla. Convezione. L’acqua calda sale. Lavandini con acqua fredda. L’acqua bollente è un esempio perfetto.
C’è un vantaggio secondario qui. I sistemi idronici possono pompare acqua calda attraverso i tubi sul tetto. Ciò impedisce le dighe di ghiaccio. La neve non si accumula. Le tue grondaie rimangono intatte.
### Pompe di calore ad assorbimento
La maggior parte delle pompe di calore funziona con l’elettricità. Le pompe di calore ad assorbimento no. Funzionano con il calore. Solitamente gas naturale, ma funzionano anche l’energia solare e geotermica.
Esistono due differenze principali tra le pompe ad assorbimento e quelle elettriche standard. Innanzitutto, l’autista. Una pompa ad assorbimento utilizza un bruciatore a gas naturale. In secondo luogo, il fluido di lavoro. Le pompe elettriche utilizzano refrigeranti. Le pompe di assorbimento utilizzano una soluzione di acqua e ammoniaca.
In inverno, quella soluzione assorbe il calore dalla terra. La pompa sposta il liquido riscaldato nella tua casa. L’aria si riscalda. In estate il processo si inverte. Lo scambio termico funziona al contrario.
Alcune grandi strutture fanno un ulteriore passo avanti. Il Mall of America ricicla il calore corporeo dei suoi acquirenti per aiutare a regolare la temperatura. Non è scalabile per la tua casa di periferia. Ma dimostra il concetto: il calore disperso è calore prezioso.
### Biodiesel e BioHeat
Il biodiesel veniva utilizzato per camion e trattori. Ora è per la tua fornace.
I proprietari di case lo hanno ignorato per anni. Il petrolio costava poco. Ma i prezzi del petrolio stanno aumentando. Il biodiesel sta recuperando terreno. Le miscele “BioHeat” contengono il 5, 10 o 20% di biocarburante miscelato con olio da riscaldamento standard. Puoi bruciare queste miscele in un forno a olio convenzionale. Nessuna conversione necessaria.
Il vantaggio ambientale è chiaro. Meno inquinanti. Meno anidride carbonica. Questi combustibili provengono da colture energetiche. Grano. Mais. Semi di soia. Canna da zucchero. Sono sostenibili.
Ma c’è un collo di bottiglia. Fornitura. Non ci sono abbastanza distributori. Negli Stati Uniti, solo circa 19 aziende forniscono miscele BioHeat a clienti residenziali. Se vivi lontano da un distributore, sei sfortunato. Controlla la tua disponibilità locale prima di impegnarti.
### Condizionatori alimentati dal ghiaccio
Il ghiaccio è ottimo per i cocktail. È meno ovvio come fonte di raffreddamento primaria per un moderno edificio per uffici o un edificio suburbano su due livelli. Tuttavia, Ice Energy ha dimostrato che l’acqua ghiacciata può alimentare l’aria condizionata. Il loro sistema non sostituisce completamente il tuo AC. Funziona insieme ad esso. L’obiettivo è semplice: spostare il lavoro pesante nelle ore non di punta.
Durante la calura del giorno, le griglie sono tese. Le case e le aziende aumentano le unità. Ciò aumenta il consumo di energia. I sistemi alimentati dal ghiaccio cambiano le regole del gioco congelando l’acqua durante la notte. Conservano quel ghiaccio. Poi, durante il giorno, il ghiaccio raffredda il refrigerante. Il compressore si ferma. Ciò riduce il consumo energetico complessivo di circa il 30%.
Come i sistemi Ice Energy riducono i costi di raffreddamento
Il meccanismo è semplice. Non serve una laurea in fisica per capirlo. Di notte, l’unità fa circolare il refrigerante attraverso serpentine di rame. Queste bobine si trovano all’interno di un serbatoio contenente 450 litri d’acqua. Il refrigerante estrae il calore. L’acqua gela.
Lo spazio di archiviazione è fondamentale. Il ghiaccio si trova nel serbatoio. Quando arriva il caldo diurno, l’unità AC esistente non funziona a piena capacità. Invece, il ghiaccio raffredda il refrigerante caldo. L’edificio rimane confortevole. La griglia rimane stabile. Risparmi sulla bolletta elettrica. Questo sistema di raffreddamento energetico del ghiaccio è particolarmente efficace nelle regioni con temperature diurne elevate e tariffe notturne più basse.
Il concetto di carbone verde: trasformare l’inquinamento in energia
“Carbone verde” sembra un ossimoro. Il carbone è notoriamente sporco. Contiene dal 25 al 90% di carbonio. Bruciandolo rilascia anidride carbonica, zolfo e ossido di azoto. Questi gas provocano il riscaldamento globale. La scienza, tuttavia, offre una svolta.
Gli scienziati utilizzano un processo chiamato gassificazione. Elimina l’ossigeno dall’acqua utilizzando il carbonio presente nel carbone. Il risultato è un gas idrogeno a combustione pulita. Quel gas può alimentare una turbina. La turbina produce energia elettrica. Le emissioni non vengono semplicemente scaricate. Vengono pompati sottoterra. Altri inquinanti vengono convertiti in solidi. Quei solidi possono essere bruciati. È un processo complesso. Ma cambia il modo in cui vediamo i combustibili fossili.
Riscaldamento eolico dell’acqua fai da te: un’opzione sostenibile
Sappiamo che il vento genera elettricità. E il caldo? Non hai bisogno di un enorme mulino a vento nel tuo giardino. Gli studenti della Oregon State University lo hanno dimostrato nel 2006. Hanno costruito uno scaldabagno a turbina eolica delle dimensioni di una pinta.
Questo sistema è completamente sostenibile. A differenza dei tradizionali riscaldatori che utilizzano resistenze elettriche o fiamme a gas, questo si basa sul vento. Si fissa su un tetto. Il requisito fondamentale? Abbastanza vento per far girare la turbina.
La meccanica è elegante. La turbina fa ruotare i magneti fissati su una piastra metallica. Quei magneti ruotano vicino a una piastra di rame. La resistenza magnetica riscalda il rame. L’acqua pompata attraverso un tubo di rame sul retro della piastra assorbe il calore. Il risultato è acqua calda. In teoria, quest’acqua calda può circolare in tutta la casa. Diventa una fonte di calore. È una soluzione pratica per le località ventose.
Domande frequenti
Quali sono i costi iniziali per l’installazione di sistemi geotermici?
I sistemi geotermici sono inizialmente costosi a causa del costo della perforazione e delle attrezzature, che spesso vanno da $ 10.000 a $ 20.000, ma possono ridurre significativamente i costi energetici a lungo termine.
Esistono incentivi statali per l’installazione di sistemi di riscaldamento e raffrescamento solari?
Sì, molti governi offrono incentivi fiscali, sconti e sovvenzioni per compensare i costi di installazione di sistemi di riscaldamento e raffreddamento solari, promuovendone l’adozione.
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