Большинство владельцев домов не осознают, что отопление и охлаждение потребляют более половины их энергетического бюджета. По данным Министерства энергетики США, эта цифра составляет 56 процентов. Это огромная утечка ваших денег. Зеленые технологии направлены на то, чтобы устранить эту проблему. Речь идет не только о спасении полярных медведей. Это также о том, чтобы ваши счета за коммунальные услуги не взлетели до небес.
Возьмем, к примеру, Университет Санта-Клары в Кремниевой долине штата Калифорния. В апреле 2011 года они установили 60 солнечных коллекторов на крыше. Цель была простой: эффективно обогревать и охлаждать студенческий центр. Инженеры спроектировали систему так, чтобы она обеспечивала как горячую воду, так и кондиционирование воздуха. Она работает за счет улавливания солнечного света и концентрации энергии. Вода внутри нагревается. Сильно нагревается. Мы говорим о 200 градусах по Фаренгейту.
Результаты были немедленными и впечатляющими. Система сократила потребление природного газа на 70 процентов ежегодно. Она также предотвратила выброс 34 тонн углекислого газа в атмосферу. Университет арендовал эту систему на десять лет по фиксированной цене. Они также получили более 86 000 долларов в виде государственных субсидий.
Это не изолированный случай. Университеты, бизнес и отдельные домовладельцы присоединяются к этому движению. Это имеет значение, потому что это сокращает выбросы парниковых газов. Это также экономит деньги. Но давайте будем честны: эти системы недешевы.
Возьмите для примера первоначальные затраты. Установка некоторых солнечных коллекторов обходится от 30 до 80 долларов за квадратный фут. Вам нужен капитал. Или возможность привлечь заемные средства. Правительство предлагает программы стимулирования, помогающие строителям и домовладельцам компенсировать эти расходы. Только в 2008 году американцы сэкономили более 19 миллиардов долларов, используя эти методы. Тенденция растет. Влияние реально.
Чтобы понять, во что вы ввязываетесь, вам нужно знать разницу между двумя основными категориями: пассивными и активными системами.
Стратегии пассивного солнечного проектирования
Пассивные системы не используют механическое оборудование. Они не полагаются на печи или кондиционеры. Они максимально используют способность природы регулировать температуру. Это архитектурная геометрия.
Классическим примером является крыша. Белые или светлые крыши отражают солнечный свет. Они не поглощают его. Результатом является более прохладное здание. Для охлаждения дома летом требуется меньше энергии. Окна также играют важную роль. Окна с высокой эффективностью удерживают тепло снаружи, а прохладный воздух — внутри. Вы сражаетесь с законами физики с помощью дизайна.
Активные системы зеленой энергии
Активные системы отличаются. Они используют механические устройства. Эти системы работают на источниках зеленой энергии. Солнечная энергия является наиболее распространенной. Геотермальная энергия — еще один крупный игрок. Энергия биомассы из органических материалов — третий вариант.
Гидронные системы отопления также относятся к этой категории. Они циркулируют горячую воду или жидкости для обогрева. Кондиционеры, работающие на льду, используют замерзшую воду для снижения пикового потребления электроэнергии в дневное время. Эти системы сложны. Они требуют экспертизы.
Вариант 10: Геотермальное отопление и охлаждение
Список вариантов начинается с геотермальных систем. Вы уже видели упоминание об этом в выводах. Но что это на самом деле означает для вашего дома?
Геотермальная технология использует стабильную температуру недр Земли. Земля остается прохладной летом и теплой зимой, независимо от температуры воздуха над ней. Геотермальный тепловой насос использует эту стабильность. Он передает тепло от земли или в землю.
Зимой система забирает тепло из земли и переносит его внутрь дома. Летом процесс обратный. Она забирает тепло из вашего дома и сбрасывает его в более прохладную землю. Эффективность ошеломляет по сравнению с воздушными тепловыми насосами. Вы не боретесь с температурой воздуха. Вы используете постоянную тепловую массу земли.
Монтаж является инвазивным. Вам нужны контуры, закопанные в вашем дворе. Горизонтальные контуры требуют большого участка. Вертикальные контуры уходят глубоко в скважины. Именно здесь стоимость резко возрастает. Бурение дорогое. Оборудование дорогое.
Но эксплуатационные расходы низкие. После установки энергопотребление ничтожно мало по сравнению с отдачей тепла. Это долгосрочная инвестиция. Вы платите за установку, чтобы экономить на каждом счете в течение следующих двух десятилетий.
Подходит ли это вам? Это зависит от вашего участка и бюджета. Вам нужно место для горизонтальных контуров или капитал для вертикального бурения. Вам нужен подрядчик, который знает системы с грунтовыми контурами. Это не проект для самостоятельного выполнения в выходные.
Переход на зеленое отопление и охлаждение происходит медленно. Он дорогостоящий. Но экономия накапливается. И воздействие на окружающую среду измеримо. Университет Санта-Клары доказал это. Вы можете воспроизвести этот принцип в меньшем масштабе.
«По сравнению со стандартными системами отопления и охлаждения, использование зеленых технологий лучше для окружающей среды, поскольку оно помогает сократить выбросы парниковых газов. Кроме того, эффективность этих зеленых систем позволяет людям экономить деньги на счетах за энергию».
Технология существует. Стимулы есть. Математика сходится. Вопрос в том, готовы ли вы вложить первоначальный капитал, чтобы остановить утечку энергии. Большинство людей говорят «нет», пока их счет не станет слишком высоким. Затем они действуют. Не будьте как большинство людей.
Начните с просмотра вашей текущей системы. Сколько ей лет? Каков ее рейтинг эффективности? Затем посмотрите на контур вашего дома. Пассивные стратегии дешевле активных. Заделайте утечки. Добавьте изоляцию. Затонируйте окна. Исправьте простые проблемы, прежде чем вызывать подрядчика по геотермальным системам.
Следующие варианты в списке включают биомассу и гидронные системы. Они предлагают разные пути к одной и той же цели. Снижение энергетической зависимости. Более низкие счета. Меньший углеродный след. Но у них есть свои компромиссы. Требования к хранению. Графики технического обслуживания. Источники топлива.
У вас есть первый кусочек головоломки
Вам не нужна степень доктора наук по геологии, чтобы использовать неиссякаемый энергетический потенциал планеты. Земля насыщена теплом. В глубинах она кипит. Но для ремонта дома не нужно копать так глубоко. Всего в нескольких футах под поверхностью температура грунта остается постоянной. В течение всего года она колеблется в пределах от 42 до 80 градусов по Фаренгейту. Именно эта стабильность является ключом. Геотермальная система использует эту постоянную температуру грунта для отопления и охлаждения практически любого типа зданий.
Обратите внимание, что эти системы не используют расплавленное ядро Земли. Они используют тепловые насосы. Насос циркулирует жидкость — воду или хладагент — через подземные скважины. Зимой эта жидкость поглощает тепло земли и переносит его в помещение. Летом процесс меняется. Он забирает тепло из вашего дома и возвращает его обратно в землю.
9: Пассивный солнечный дизайн
Солнце предоставляет бесплатную возобновляемую энергию. Вам не нужны некрасивые солнечные панели, чтобы воспользоваться этим преимуществом. Пассивный солнечный дизайн использует естественный теплообмен. Без движущихся частей. Минимальное техническое обслуживание. Он опирается на саму конструкцию здания — стены, полы, окна — для сбора, хранения и выделения солнечной энергии.
Это не полностью автономное решение. Вам все еще нужна механическая резервная система. Система принудительной вентиляции или лучистое напольное отопление берут на себя основную работу по охлаждению летом и обогреву зимой. Но пассивные элементы снижают нагрузку.
Самая простая версия, подходящая для самостоятельного выполнения, — это «прямое поглощение». Солнечный свет проникает через окна. Стекло преобразует свет в тепловую энергию. Темные стены и полы поглощают это тепло. Они накапливают его. Пока воздух внутри остается теплым, дом удерживает эту энергию. Ночью, когда температура падает, стены излучают тепло обратно в жилое пространство.
Для немного более сложного подхода строители могут установить металлические или пластиковые водопроводные трубы внутри стен. Солнечный свет попадает на внешнюю сторону. Вода внутри нагревается. Вы перекачиваете эту теплую воду по дому. Она действует как источник тепла. Это простая физика. Это работает.
8: Активные солнечные системы
Некоторые домовладельцы не против использовать часть площади крыши. Активная солнечная энергетика использует фотоэлектрические (PV) элементы. Эти материалы преобразуют солнечный свет напрямую в электричество. Эта энергия может питать вашу систему HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование), освещение и бытовые приборы. Технология PV существует уже несколько десятилетий. Она питает спутники и калькуляторы.
Есть один нюанс. Эффективность. Современные элементы преобразуют только около 10 процентов солнечного света в полезную энергию. Большая часть этого солнечного потенциала теряется в виде тепла.
Затем есть вопрос стоимости. Установка фотоэлектрической системы обходится от 27 000 до 36 000 долларов. Вы увидите срок окупаемости затрат на счета за энергию в 12–15 лет. Налоговые льготы и федеральные стимулы помогают компенсировать первоначальные расходы. Но это значительные инвестиции.
Существуют более дешевые альтернативы активным системам. Эти системы используют воздух или воду. Коллектор поглощает солнечную энергию. Воздух или вода нагреваются. Это тепло передается напрямую в ваш дом или в бак для хранения. Оттуда вентиляторы или насосы распределяют тепло. Здесь речь идет не столько о генерации электричества, сколько о прямом захвате тепла.
Как работают солнечные элементы
На микроскопическом уровне солнечные элементы захватывают фотоны. Они выбивают электроны. Эти быстро движущиеся электроны создают электрический ток. Подключите провода. Вы получаете энергию. Достаточно, чтобы зажечь лампочку или раскрутить двигатель. Но помните, что этот показатель эффективности в 10 процентов имеет значение. Вам нужно много места на крыше, чтобы существенно сократить счет за электричество.
7: Энергия биомассы
Энергия биомассы поступает из органических материалов. Древесина, отходы сельского хозяйства, даже твердые бытовые отходы. Вы сжигаете их. Или разлагаете. Результатом является тепло или топливо. Это возобновляемый источник, потому что вы можете вырастить больше растений. Но он не является бесэмиссионным. Сжигание древесины выделяет углекислый газ. Цикл работает только в том случае, если новый рост поглощает этот CO2.
Для домовладельца, занимающегося ремонтом своими руками, биомасса обычно означает дровяную печь или пеллетный котел. Требуется место для хранения топлива. Требуется регулярное обслуживание для очистки от золы и сажи. Это не система «установил и забыл», как тепловой насос. Но если у вас есть доступ к дешевому или бесплатному дереву, эксплуатационные расходы могут быть очень низкими. Это осязаемый источник энергии. Вы видите топливо. Вы управляете процессом горения.
Экономика отопления биомассой
В дровяном огне заложена первобытная комфортность. Это не просто ностальгия. Это физика.
Биомасса — это энергия, получаемая из живой материи. Деревья. Растения. Солнце. Сжигая дрова, вы используете накопленную солнечную энергию. Она возобновляема. Она естественна. И для домовладельцев, стремящихся резко сократить счета за коммунальные услуги, она часто дешевле пропана, природного газа или мазута.
Современные системы чище, чем вы можете ожидать. Например, система на древесной щепе выделяет значительно меньше загрязняющих веществ, чем традиционная дровяная печь. А каков ее углеродный след? Минимальный. Ископаемое топливо высвобождает углерод, который был захоронен под землей миллионы лет. Сжигание биомассы высвобождает только тот углерод, который растение поглотило за время своей жизни. Это замкнутый цикл.
Математика работает на вашу пользу. Взгляните на Висконсин. В 2008 году штат объявил, что переход школ с природного газа на биомассу из древесины сократит расходы на отопление на 29–57 процентов. Это экономия от 53 000 до 75 000 долларов на каждую школу в год. Представьте такую экономию на счете за отопление вашего собственного дома.
### Гидронное отопление: тихий работник
Помните стучащие радиаторы в доме вашей бабушки? Это и есть гидронные системы. Но сегодняшние версии более сложны. Они нагревают не только воздух. Они нагревают воду.
Котлы в этих системах используют солнечную или геотермальную энергию для нагрева жидкости. Обычно это вода. Иногда — раствор антифриза. Эта жидкость перекачивается через пластиковые трубы. Трубы могут проходить под половицами. Они могут располагаться вдоль плинтусов. Или они могут подключаться к классическим радиаторам.
Как передается тепло? Тремя способами.
Проводимость. Тепло передается от объекта к объекту. Представьте ложку в горшке с горячим супом. Ручка нагревается. Излучение. Энергия передается через электромагнитные волны. Вы чувствуете тепло от нагревательной лампы, не касаясь ее. Конвекция. Теплая вода поднимается. Холодная вода опускается. Кипящая вода — идеальный пример.
Здесь есть вторичное преимущество. Гидронные системы могут прокачивать горячую воду по трубам на вашей крыше. Это предотвращает образование ледяных плотин. Снег не накапливается. Ваши водосточные желоба остаются целыми.
### Поглотительные тепловые насосы
Большинство тепловых насосов работают на электричестве. Поглотительные тепловые насосы — нет. Они работают на тепле. Обычно на природном газе, хотя также подходят солнечная и геотермальная энергия.
Между поглотительными насосами и стандартными электрическими есть две основные разницы. Во-первых, источник энергии. Поглотительный насос использует газовую горелку. Во-вторых, рабочее тело. Электрические насосы используют хладагенты. Поглотительные насосы используют раствор воды и аммиака.
Зимой этот раствор поглощает тепло из земли. Насос перемещает нагретую жидкость в ваш дом. Воздух нагревается. Летом процесс обратный. Теплообмен работает в обратном направлении.
Некоторые крупные объекты идут дальше. Торговый центр Mall of America перерабатывает тепло от тел посетителей для регулирования температуры. Это не масштабируемо для вашего пригородного дома. Но это доказывает концепцию: отработанное тепло — это ценное тепло.
### Биодизель и BioHeat
Раньше биодизель использовался для грузовиков и тракторов. Теперь — для вашего котла.
Домовладельцы игнорировали его годами. Нефть была дешевой. Но цены на нефть растут. Биодизель догоняет их. Смеси «BioHeat» содержат 5, 10 или 20 процентов биотоплива, смешанного со стандартным отопительным мазутом. Вы можете сжигать эти смеси в обычном мазутном котле. Никакой переделки не требуется.
Экологическая польза очевидна. Меньше загрязняющих веществ. Меньше диоксида углерода. Эти топлива производятся из энергетических культур. Пшеница. Кукуруза. Соя. Сахарный тростник. Они устойчивы.
Но есть узкое место. Поставки. Распределителей недостаточно. В Соединенных Штатах только около 19 компаний поставляет смеси BioHeat для жилых клиентов. Если вы живете далеко от распределителя, вам не повезло. Проверьте местную доступность, прежде чем принимать решение.
### Ледяные кондиционеры
Лёд отлично подходит для коктейлей. Но его использование в качестве основного источника охлаждения для современного офисного здания или пригородного дома в стиле сплит-уровня менее очевидно. Тем не менее, компания Ice Energy доказала, что замороженная вода может приводить в действие системы кондиционирования воздуха. Их система не заменяет ваш кондиционер полностью. Она работает вместе с ним. Цель проста: перенести основную нагрузку на часы с низкой нагрузкой на сеть.
В разгар дня энергосети испытывают перегрузку. Дома и предприятия включают свои системы на полную мощность. Это приводит к резкому скачку потребления электроэнергии. Системы, использующие лёд, меняют правила игры, замораживая воду ночью. Они накапливают этот лёд. Затем днём лёд охлаждает хладагент. Компрессор работает в щадящем режиме. Это снижает общее потребление энергии примерно на 30 процентов.
Как системы Ice Energy снижают затраты на охлаждение
Принцип работы прост. Для понимания не нужна степень по физике. Ночью установка циркулирует хладагент через медные змеевики. Эти змеевики находятся внутри бака, содержащего 450 галлонов воды. Хладагент отводит тепло. Вода замерзает.
Ключевую роль играет накопление. Лёд находится в баке. Когда приходит дневная жара, существующая система кондиционирования не работает на полную мощность. Вместо этого лёд охлаждает горячий хладагент. В здании сохраняется комфорт. Энергосеть остаётся стабильной. Вы экономите деньги на счетах за электроэнергию. Эта система охлаждения на основе льда особенно эффективна в регионах с высокими дневными температурами и более низкими ночными тарифами.
Концепция «зелёного угля»: превращение загрязнения в энергию
«Зелёный уголь» звучит как оксюморон. Уголь известен своей грязностью. Он содержит от 25 до 90 процентов углерода. При сжигании выделяются диоксид углерода, сера и оксид азота. Эти газы способствуют глобальному потеплению. Однако наука предлагает интересный поворот.
Учёные используют процесс, называемый газификацией. Он извлекает кислород из воды, используя углерод из угля. В результате получается чистый водородный газ, который можно сжигать. Этот газ может приводить в действие турбину. Турбина вырабатывает электричество. Выбросы не просто выбрасываются в атмосферу. Они закачиваются под землю. Другие загрязнители превращаются в твёрдые вещества. Эти твёрдые вещества можно сжигать. Это сложный процесс. Но он меняет наше представление об ископаемом топливе.
Самодельный нагрев воды с помощью ветра: устойчивый вариант
Мы знаем, что ветер генерирует электричество. А что насчёт тепла? Вам не нужна огромная ветряная мельница во дворе. Студенты Университета штата Орегон доказали это в 2006 году. Они построили миниатюрный водонагреватель с ветряной турбиной.
Эта система полностью устойчива. В отличие от традиционных нагревателей, использующих электрические элементы или газовые горелки, эта полагается на ветер. Она крепится к крыше. Главное требование? Достаточная сила ветра для вращения турбины.
Механика элегантна. Турбина вращает магниты, прикрепленные к металлической пластине. Эти магниты вращаются рядом с медной пластиной. Магнитное сопротивление нагревает медь. Вода, прокачиваемая через медные трубки на задней стороне пластины, поглощает это тепло. Результат — горячая вода. Теоретически эта горячая вода может циркулировать по дому. Она становится источником тепла. Это практичное решение для ветреных мест.
Часто задаваемые вопросы
Каковы первоначальные затраты на установку геотермальных систем?
Геотермальные системы изначально дороги из-за стоимости бурения и оборудования, часто составляя от 10 000 до 20 000 долларов, но они могут значительно снизить ваши долгосрочные затраты на энергию.
Существуют ли государственные стимулы для установки систем солнечного отопления и охлаждения?
Да, многие правительства предлагают налоговые льготы, скидки и гранты для компенсации затрат на установку систем солнечного отопления и охлаждения, способствуя их внедрению.
Больше информации
