De meeste huiseigenaren realiseren zich niet dat verwarming en koeling meer dan de helft van hun energiebudget opslokken. Het ministerie van Energie schat het aantal op 56 procent. Dat is een enorm lek in uw portemonnee. Groene technologie heeft tot doel dat gat te dichten. Het gaat niet alleen om het redden van de ijsberen. Het gaat erom te voorkomen dat uw energierekeningen omhoogschieten.
Neem de Santa Clara University in Silicon Valley in Californië. In april 2011 installeerden ze 60 zonnecollectoren op het dak. Het doel was eenvoudig. Verwarm en koel het studentencentrum efficiënt. Ingenieurs hebben de array gebouwd om zowel warm water als airconditioning aan te kunnen. Het werkt door zonlicht te grijpen en de energie te concentreren. Het water binnenin wordt heet. Echt heet. We hebben het over 200 graden Fahrenheit.
De resultaten waren onmiddellijk en drastisch. Het systeem verminderde het aardgasverbruik jaarlijks met 70 procent. Het hield ook 34 ton kooldioxide uit de atmosfeer. De universiteit huurde het systeem voor tien jaar tegen een vaste prijs. Ze ontvingen ook meer dan $ 86.000 aan staatskortingen.
Dit is geen alleenstaand geval. Universiteiten, bedrijven en individuele huiseigenaren springen aan boord. De verschuiving is van belang omdat het de uitstoot van broeikasgassen terugdringt. Het bespaart ook geld. Maar laten we duidelijk zijn. Deze systemen zijn niet goedkoop.
Houd rekening met de kosten vooraf. Sommige zonnecollectoren kosten tussen de €30 en €80 per vierkante meter voor installatie. Je hebt kapitaal nodig. Of hefboomwerking. De overheid biedt stimuleringsprogramma’s aan om bouwers en huiseigenaren te helpen deze kosten te dekken. Alleen al in 2008 bespaarden Amerikanen met deze methoden ruim 19 miljard dollar. De trend groeit. De impact is reëel.
Om te begrijpen waar u aan begint, moet u het verschil tussen de twee hoofdcategorieën kennen. Passieve en actieve systemen.
Passieve zonne-ontwerpstrategieën
Passieve systemen maken geen gebruik van machines. Ze zijn niet afhankelijk van ovens of airconditioners. Ze maximaliseren het vermogen van de natuur om de temperatuur te reguleren. Het is architectonische geometrie.
Een klassiek voorbeeld is het dak. Witte of lichtgekleurde daken reflecteren zonlicht. Ze absorberen het niet. Het resultaat is een koeler gebouw. Er is minder energie nodig om het huis in de zomer te koelen. Windows speelt ook een rol. Hoogwaardige ramen houden de warmte buiten en de koele lucht binnen. Je vecht tegen natuurkunde met design.
Actieve groene energiesystemen
Actieve ontwerpen zijn anders. Ze maken gebruik van mechanische systemen. Deze systemen draaien op groene energiebronnen. Zonne-energie is de meest voorkomende. Geothermie is een andere grote speler. Biomassa-energie uit organische materialen is een derde optie.
Hydronische verwarmingssystemen vallen hier ook onder. Ze circuleren heet water of vloeistoffen voor verwarming. IJsaangedreven airconditioners gebruiken bevroren water om het piekverbruik van elektriciteit overdag te verminderen. Deze zijn complex. Ze vereisen deskundigheid.
Optie 10: Geothermische verwarming en koeling
De lijst met opties begint met geothermische systemen. Je hebt de naam al zien dalen in de afhaalrestaurants. Maar wat betekent het eigenlijk voor uw woning?
Geothermische technologie maakt gebruik van de stabiele ondergrondse temperatuur van de aarde. De grond blijft koel in de zomer en warm in de winter, ongeacht de lucht erboven. Een geothermische warmtepomp maakt gebruik van deze stabiliteit. Het transporteert warmte van of naar de grond.
In de winter haalt het systeem warmte uit de grond en verplaatst deze naar binnen. In de zomer is het omgekeerd. Het onttrekt warmte aan uw huis en dumpt deze in de koelere aarde. Het rendement is verbluffend vergeleken met luchtwarmtepompen. Je vecht niet tegen de luchttemperatuur. Je gebruikt de constante thermische massa van de grond.
De installatie is invasief. Je hebt lussen nodig die in je tuin zijn begraven. Horizontale lussen vereisen een grote tuin. Verticale lussen gaan diep in boorgaten. Dit is waar de kosten pieken. Boren is duur. De apparatuur is duur.
Maar de bedrijfskosten zijn laag. Als het eenmaal is geïnstalleerd, is de energie-input klein in vergelijking met de warmteafgifte. Het is een langetermijnspel. U betaalt voor de installatie, zodat u de komende twintig jaar op elke factuur kunt besparen.
Is het geschikt voor jou? Het hangt af van uw grond en uw budget. Voor horizontale lussen heb je ruimte nodig of voor verticale boringen het kapitaal. U hebt een aannemer nodig die verstand heeft van aardlussystemen. Dit is geen weekend-doe-het-zelf-project.
De verschuiving naar groene verwarming en koeling verloopt langzaam. Het is kostbaar. Maar het spaarcompound. En de impact op het milieu is meetbaar. De Universiteit van Santa Clara heeft het bewezen. Je kunt het principe op kleinere schaal repliceren.
“Vergeleken met standaard verwarmings- en koelingssystemen is groen beter voor het milieu, omdat het de uitstoot van broeikasgassen helpt elimineren. Bovendien zorgt de efficiëntie van deze groene systemen ervoor dat mensen geld kunnen besparen op hun energierekening.”
De technologie bestaat. De prikkels zijn er. De wiskunde werkt. De vraag is of u bereid bent het kapitaal vooraf te investeren om het leeglopen van de energie te stoppen. De meeste mensen zeggen nee totdat hun rekening te hoog wordt. Dan komen ze in actie. Wees niet de meeste mensen.
Begin met het bekijken van uw huidige systeem. Hoe oud is het? Wat is de efficiëntiebeoordeling? Kijk dan eens naar de envelop van uw huis. Passieve strategieën zijn goedkoper dan actieve. Dicht de lekken af. Voeg isolatie toe. Tint de ramen. Repareer de eenvoudige dingen voordat u een geothermische aannemer belt.
De volgende opties op de lijst hebben betrekking op biomassa en hydronische systemen. Ze bieden verschillende wegen naar hetzelfde doel. Verminderde energieafhankelijkheid. Lagere rekeningen. Een kleinere ecologische voetafdruk. Maar ze komen met hun eigen afwegingen. Opslagvereisten. Onderhoudsschema’s. Brandstof inkoop.
Je hebt het eerste stukje van de puzzel
Je hebt geen doctoraat in de geologie nodig om gebruik te kunnen maken van de eindeloze energievoorziening van de planeet. De aarde zit boordevol hitte. Diep van binnen kookt het. Maar voor woningrenovatie graaf je niet zo diep. Slechts een paar meter onder het oppervlak blijft de grondtemperatuur constant. Het schommelt het hele jaar door tussen de 42 en 80 graden Fahrenheit. Die consistentie is de sleutel. Een geo-uitwisselingssysteem maakt gebruik van deze stabiele bodemtemperatuur om vrijwel elk gebouwtype te verwarmen en te koelen.
Merk op dat deze systemen niet op de gesmolten kern tikken. Ze maken gebruik van warmtepompen. De pomp circuleert een vloeistof (water of koelmiddel) door ondergrondse putten. In de winter absorbeert die vloeistof de warmte van de aarde en brengt deze naar binnen. In de zomer draait het proces om. Het haalt de warmte uit uw huis en brengt deze terug in de grond.
9: Passief zonne-ontwerp
De zon levert gratis, hernieuwbare energie. Je hebt geen lelijke zonnepanelen nodig om hiervan te profiteren. Passief zonne-energieontwerp maakt gebruik van natuurlijke warmteoverdracht. Geen bewegende delen. Minimaal onderhoud. Het is afhankelijk van de eigen structuur van het gebouw (muren, vloeren, ramen) om zonne-energie te verzamelen, op te slaan en vrij te geven.
Het is geen complete, op zichzelf staande oplossing. Je hebt nog steeds mechanische back-up nodig. Een systeem met geforceerde luchtcirculatie of stralingsvloeren zorgt voor het zware werk voor koeling in de zomer en verwarming in de winter. Maar de passieve elementen verminderen de belasting.
De eenvoudigste doe-het-zelfvriendelijke versie is ‘directe winst’. Zonlicht stroomt door ramen. Het glas zet licht om in thermische energie. Donkere muren en vloeren absorberen die warmte. Ze slaan het op. Zolang de lucht binnen warm blijft, houdt het huis die energie vast. ’s Nachts, als de temperatuur daalt, stralen de muren de warmte terug de woonruimte in.
Voor een iets meer technische aanpak kunnen bouwers metalen of plastic waterleidingen in muren installeren. Zonlicht valt op de buitenkant. Het water binnenin warmt op. Dat warme water pomp je door het huis. Het fungeert als een warmtebron. Het is eenvoudige natuurkunde. Het werkt.
8: Actieve zonnesystemen
Sommige huiseigenaren vinden het onroerend goed op het dak niet erg. Actieve zonne-energie maakt gebruik van fotovoltaïsche (PV) cellen. Deze materialen zetten zonlicht direct om in elektriciteit. Die stroom kan uw HVAC-systeem, verlichting en apparaten van stroom voorzien. PV-technologie bestaat al tientallen jaren. Het drijft satellieten en rekenmachines aan.
Er zit een addertje onder het gras. Efficiëntie. Moderne cellen zetten slechts ongeveer 10 procent van het zonlicht om in bruikbare energie. Het grootste deel van dat zonnepotentieel gaat verloren als warmte.
Dan zijn er de kosten. Het installeren van een PV-systeem kost tussen de $ 27.000 en $ 36.000. U kijkt naar een terugverdientijd van 12 tot 15 jaar op de energierekening. Belastingkortingen en federale stimuleringsmaatregelen helpen de aanvankelijke klap te compenseren. Maar het is een aanzienlijke investering.
Er bestaan goedkopere actieve alternatieven. Deze systemen gebruiken lucht of water. Een collector absorbeert zonne-energie. De lucht of het water warmt op. Die warmte wordt rechtstreeks naar uw huis of naar een opslagtank overgebracht. Van daaruit verspreiden ventilatoren of pompen de warmte. Het gaat minder om het opwekken van elektriciteit en meer om het direct opvangen van warmte.
Hoe zonnecellen werken
Op microscopisch niveau vangen zonnecellen fotonen op. Ze slaan elektronen los. Die snel bewegende elektronen creëren een elektrische stroom. Sluit er draden op aan. Je krijgt macht. Genoeg om een lamp aan te steken of een motor te laten draaien. Maar vergeet niet dat het efficiëntiepercentage van 10 procent ertoe doet. Om uw elektriciteitsrekening omlaag te brengen, heeft u veel dakruimte nodig.
7: Biomassa-energie
Biomassa-energie komt uit organisch materiaal. Hout, oogstafval en zelfs vast stedelijk afval. Je verbrandt het. Of breek het af. Het resultaat is warmte of brandstof. Het is hernieuwbaar omdat je meer planten kunt laten groeien. Maar het is geen nul-emissie. Bij het verbranden van hout komt koolstofdioxide vrij. De cyclus werkt alleen als de nieuwe groei die CO2 absorbeert.
Voor de doe-het-zelver betekent biomassa meestal een houtkachel of een pelletketel. Er is opslagruimte nodig voor de brandstof. Het vereist regelmatig onderhoud om as en roet te verwijderen. Het is niet zo als een warmtepomp. Maar als u toegang heeft tot goedkoop of gratis hout, kunnen de exploitatiekosten zeer laag zijn. Het is een tastbare energiebron. Je kunt de brandstof zien. Je kunt de brandwond beheersen.
De economie van biomassaverwarming
Er schuilt een oercomfort in een houtvuur. Het is niet alleen nostalgie. Het is natuurkunde.
Biomassa is energie die wordt gewonnen uit levende materie. Bomen. Planten. De zon. Wanneer u hout verbrandt, maakt u gebruik van opgeslagen zonne-energie. Het is hernieuwbaar. Het is natuurlijk. En voor huiseigenaren die de energierekening willen verlagen, is het vaak goedkoper dan propaan, aardgas of stookolie.
Moderne systemen zijn schoner dan je zou verwachten. Een houtsnippersysteem stoot bijvoorbeeld aanzienlijk minder vervuilende stoffen uit dan een traditionele houtkachel. En de ecologische voetafdruk? Minimaal. Bij fossiele brandstoffen komt koolstof vrij die al miljoenen jaren ondergronds vastzit. Bij het verbranden van biomassa komt alleen de koolstof vrij die de plant tijdens zijn levensduur heeft opgenomen. Het is een gesloten lus.
De wiskunde werkt in uw voordeel. Kijk naar Wisconsin. In 2008 kondigde de staat aan dat het overschakelen van scholen van aardgas op houtbiomassa de verwarmingskosten met 29 tot 57 procent zou verlagen. Dat is een besparing van $53.000 tot $75.000 per school, per jaar. Stel je eens voor dat je zo’n besparing zou kunnen realiseren op de verwarmingsrekening van je eigen huis.
### Hydronische verwarming: de stille werker
Herinner je je de rammelende radiatoren in het huis van je grootmoeder nog? Dat zijn hydronische systemen. Maar de versies van vandaag zijn verfijnd. Ze verwarmen niet alleen lucht. Ze verwarmen water.
Ketels in deze systemen gebruiken zonne- of geothermische energie om een vloeistof te verwarmen. Meestal is het water. Soms is het een antivriesoplossing. Deze vloeistof wordt door plastic buizen gepompt. De slang kan onder vloerplanken lopen. Het kan langs plinten zitten. Of het kan worden gebruikt in klassieke radiatoren.
Hoe beweegt de warmte? Drie manieren.
Geleiding. Warmte beweegt van object naar object. Denk aan een lepel in een pan hete soep. Het handvat wordt warm. Straling. Energie reist door elektromagnetische golven. Je voelt de warmte van een warmtelamp zonder deze aan te raken. Convectie. Warm water stijgt. Koel water zinkt. Kokend water is een perfect voorbeeld.
Er is hier sprake van een secundair voordeel. Hydronische systemen kunnen warm water door leidingen in uw dak pompen. Dit voorkomt ijsdammen. Sneeuw stapelt zich niet op. Uw dakgoten blijven intact.
### Absorptiewarmtepompen
De meeste warmtepompen werken op elektriciteit. Absorptiewarmtepompen doen dat niet. Ze lopen op hitte. Meestal aardgas, maar zonne-energie en geothermische energie werken ook.
Er zijn twee grote verschillen tussen absorptiepompen en standaard elektrische pompen. Ten eerste de bestuurder. Een absorptiepomp maakt gebruik van een aardgasbrander. Ten tweede de werkvloeistof. Elektrische pompen gebruiken koelmiddelen. Absorptiepompen gebruiken een water-ammoniakoplossing.
In de winter absorbeert die oplossing warmte uit de aarde. De pomp verplaatst de verwarmde vloeistof uw huis in. De lucht warmt op. In de zomer keert het proces om. De warmte-uitwisseling werkt achteruit.
Sommige grote faciliteiten gaan nog een stapje verder. De Mall of America recycleert de lichaamswarmte van zijn klanten om de temperatuur te helpen reguleren. Het is niet schaalbaar voor uw huis in een buitenwijk. Maar het bewijst het concept: afvalwarmte is waardevolle warmte.
### Biodiesel en biowarmte
Biodiesel was vroeger bedoeld voor vrachtwagens en tractoren. Nu is het voor uw oven.
Huiseigenaren hebben het jarenlang genegeerd. Olie was goedkoop. Maar de olieprijzen stijgen. Biodiesel is aan een inhaalslag bezig. De “BioHeat”-mengsels bevatten 5, 10 of 20 procent biobrandstof gemengd met standaard stookolie. Je kunt deze mengsels in een conventionele olieoven verbranden. Geen conversie nodig.
Het milieuvoordeel is duidelijk. Minder verontreinigende stoffen. Minder koolstofdioxide. Deze brandstoffen zijn afkomstig van energiegewassen. Tarwe. Maïs. Sojabonen. Suikerriet. Ze zijn duurzaam.
Maar er is een knelpunt. Levering. Er zijn niet genoeg distributeurs. In de Verenigde Staten leveren slechts ongeveer 19 bedrijven BioHeat-mengsels aan particuliere klanten. Als je ver van een distributeur woont, heb je pech. Controleer uw lokale beschikbaarheid voordat u zich vastlegt.
### IJsaangedreven airconditioners
IJs is geweldig voor cocktails. Het is minder voor de hand liggend als primaire koelbron voor een modern kantoorgebouw of split-level in een buitenwijk. Toch heeft Ice Energy bewezen dat bevroren water airconditioning kan aandrijven. Hun systeem vervangt uw AC niet volledig. Het werkt ernaast. Het doel is simpel: verplaats het zware werk naar de daluren.
Tijdens de hitte van de dag staan de netwerken onder druk. Huizen en bedrijven zetten de eenheden op scherp. Dit zorgt voor een piek in het stroomverbruik. Door ijs aangedreven systemen veranderen het spel door ‘s nachts water te bevriezen. Ze slaan dat ijs op. Vervolgens koelt het ijs overdag het koelmiddel af. De compressor staat stil. Dit vermindert het totale energieverbruik met ongeveer 30 procent.
Hoe ijsenergiesystemen de koelkosten verlagen
Het mechanisme is eenvoudig. Je hebt geen natuurkundediploma nodig om het te begrijpen. ‘s Nachts circuleert de unit koelmiddel door koperen spoelen. Deze spoelen zitten in een tank met 450 liter water. Het koelmiddel onttrekt warmte. Het water bevriest.
Opslag is de sleutel. Het ijs zit in de tank. Wanneer er overdag warmte binnenkomt, draait de bestaande AC-unit niet op volle capaciteit. In plaats daarvan koelt het ijs het hete koelmiddel af. Het gebouw blijft comfortabel. Het raster blijft stabiel. U bespaart geld op de elektriciteitsrekening. Dit ijs-energiekoelsysteem is vooral effectief in regio’s met hoge temperaturen overdag en lagere nachttemperaturen.
Het groene steenkoolconcept: vervuiling omzetten in energie
‘Groene steenkool’ klinkt als een oxymoron. Steenkool is notoir vies. Het bevat 25 tot 90 procent koolstof. Bij het verbranden ervan komen koolstofdioxide, zwavel en stikstofoxide vrij. Deze gassen zorgen voor de opwarming van de aarde. De wetenschap biedt echter een wending.
Wetenschappers gebruiken een proces dat vergassing wordt genoemd. Het onttrekt zuurstof uit water met behulp van de koolstof in steenkool. Het resultaat is schoon brandend waterstofgas. Dat gas kan een turbine van brandstof voorzien. De turbine produceert elektriciteit. De uitstoot wordt niet alleen afgevoerd. Ze worden ondergronds gepompt. Andere verontreinigende stoffen worden omgezet in vaste stoffen. Deze vaste stoffen kunnen worden verbrand. Het is een complex proces. Maar het verandert de manier waarop we naar fossiele brandstoffen kijken.
DIY-windwaterverwarming: een duurzame optie
We weten dat wind elektriciteit opwekt. Hoe zit het met hitte? Je hebt geen enorme windmolen in je achtertuin nodig. Studenten van de Oregon State University hebben dit in 2006 bewezen. Ze bouwden een kleine windturbineboiler.
Dit systeem is volledig duurzaam. In tegenstelling tot traditionele verwarmingstoestellen die gebruik maken van elektrische elementen of gasvlammen, is deze gebaseerd op wind. Het wordt vastgeschroefd op een dak. De belangrijkste vereiste? Genoeg wind om de turbine te laten draaien.
De mechanica is elegant. De turbine roteert magneten die op een metalen plaat zijn bevestigd. Die magneten draaien rond een koperen plaat. Magnetische weerstand verwarmt het koper. Water dat door koperen buizen aan de achterkant van de plaat wordt gepompt, absorbeert die warmte. Het resultaat is warm water. Theoretisch kan dit warme water door het huis circuleren. Het wordt een warmtebron. Het is een praktische oplossing voor winderige locaties.
Veelgestelde vragen
Wat zijn de initiële kosten voor het installeren van geothermische systemen?
Geothermische systemen zijn in eerste instantie duur vanwege de kosten van boren en apparatuur, vaak variërend van $10.000 tot $20.000, maar ze kunnen uw energiekosten op de lange termijn aanzienlijk verlagen.
Zijn er overheidsstimulansen voor het installeren van verwarmings- en koelsystemen op zonne-energie?
Ja, veel regeringen bieden belastingvoordelen, kortingen en subsidies aan om de kosten van het installeren van verwarmings- en koelingssystemen op zonne-energie te compenseren, waardoor de acceptatie ervan wordt bevorderd.
Veel meer informatie
