Embora a pandemia de coronavírus tenha dominado as manchetes recentes, a mudança climática não foi embora. Muitos especialistas estão pedindo uma recuperação econômica "verde" que direcione os investimentos em fontes e tecnologias de energia com baixo teor de carbono.

Os edifícios respondem por 40% do consumo total de energia nos EUA, em comparação com 32% para a indústria e 28% para o transporte. Estados e cidades com planos de ação climática ambiciosos estão trabalhando para reduzir as emissões do setor de construção a zero. Isso significa maximizar a eficiência energética para reduzir o uso de energia na construção, e, em seguida, suprir as necessidades de energia restantes com eletricidade gerada por fontes livres de carbono.

Meus colegas e eu estudamos as melhores maneiras de reduzir rapidamente as emissões de carbono do setor de construção. Nos últimos anos, os projetos de construção avançaram dramaticamente. Edifícios com energia zero líquida, que produzem a energia de que precisam no local a partir de fontes renováveis, cada vez mais são a escolha padrão. Mas para acelerar a transição para emissões zero de carbono, Acredito que os Estados Unidos devem pensar maior e se concentrar em projetar ou reconstruir comunidades inteiras com energia zero.

Combater o uso de energia em edifícios no nível distrital fornece economias de escala. Os arquitetos podem implantar grandes bombas de calor e outros equipamentos para atender a vários edifícios em uma programação escalonada ao longo do dia. Distritos que trazem casas, locais de trabalho, restaurantes, centros recreativos e outros serviços em comunidades que podem ser percorridas a pé também reduzem significativamente a energia necessária para o transporte. Na minha opinião, esse movimento crescente terá um papel cada vez mais importante para ajudar os EUA e o mundo a enfrentar a crise climática.

Os loops ambientais aquecem e esfriam

Aquecimento e resfriamento são os maiores usos de energia em edifícios. As estratégias de projeto distrital podem lidar com essas cargas de forma mais eficiente.

O aquecimento urbano é usado há muito tempo na Europa, bem como em algumas faculdades dos EUA e outros campi. Esses sistemas normalmente têm uma planta central que queima gás natural para aquecer água, que então é distribuído para os vários edifícios.

Para atingir zero emissões de carbono, a estratégia mais recente usa um projeto conhecido como loop de temperatura ambiente que, simultânea e eficientemente, aquece e resfria diferentes edifícios. Este conceito foi desenvolvido pela primeira vez para a Vila Olímpica de Whistler, na Colúmbia Britânica.

Em um sistema de loop ambiente típico, uma bomba circula água através de uma rede de tubos não isolada enterrada abaixo da linha de gelo. Nesta profundidade, a temperatura do solo está próxima da temperatura média anual do ar para aquele local. Conforme a água se move pelo cano, ele aquece ou esfria em direção a essa temperatura.

Bombas de calor em edifícios individuais ou outros pontos ao longo do circuito ambiente adicionam ou extraem calor do circuito. Eles também podem mover o calor entre poços geotérmicos profundos e a água circulante.

O circuito também circula por uma planta central que o mantém em uma faixa de temperatura ideal para o desempenho máximo da bomba de calor. A planta pode usar torres de resfriamento ou águas residuais para remover o calor. Ele pode adicionar calor por meio de fontes renováveis, como coletores solares térmicos, combustível renovável ou bombas de calor movidas a eletricidade renovável.

Colocando água residual em uso

Um projeto de energia zero líquido de alto perfil, o National Western Centre, é um campus multiuso atualmente em construção em Denver para sediar o National Western Stock Show anual e outros eventos públicos focados em alimentos e agricultura.

Um tubo de 1,8 m de diâmetro que transporta as águas residuais da cidade passa pelo subsolo através da propriedade antes de levar a água para uma estação de tratamento. A temperatura da água fica dentro de uma faixa estreita de 61 a 77 graus F ao longo do ano.

O tubo de águas residuais e um trocador de calor transferem calor de e para um circuito ambiente que faz a circulação de água por todo o distrito. O sistema fornece calor no inverno e absorve calor no verão por meio de resfriadores de recuperação de calor, que são bombas de calor que podem fornecer simultaneamente aquecimento e resfriamento. Esta estratégia atende edifícios individuais com eficiência muito alta.

Eletricidade usada para operar as bombas de calor, iluminação e outros equipamentos vêm de energia fotovoltaica no local e eletricidade gerada pelo vento e solar importada de fora do local.

Habitação integrada de baixo consumo de energia em Austin

Outro distrito que minimizará as emissões de carbono é a Comunidade Whisper Valley, em construção em Austin, Texas. Este 2, O desenvolvimento multiuso de 000 acres inclui 7, 500 casas totalmente elétricas, 2 milhões de pés quadrados de espaço comercial, duas escolas, e um parque de 600 acres. Seu projeto já recebeu o prêmio de construção ecológica.

O Whisper Valley funcionará com um sistema de energia integrado que inclui uma extensa rede de loop ambiente aquecida e resfriada por bombas de calor e poços geotérmicos localizados em cada casa. Cada proprietário tem a opção de incluir uma matriz solar fotovoltaica de telhado de 5 quilowatts para operar a bomba de calor e aparelhos com eficiência energética, incluindo aquecedores de água com bomba de calor e fogões de mesa indutivos. De acordo com o desenvolvedor, A economia de escala de Whisper Valley permite um preço de venda médio de US $ 50, 000 abaixo das casas típicas de Austin.

O futuro das comunidades de energia zero

O Laboratório Nacional de Energia Renovável, Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, e outros parceiros do projeto estão desenvolvendo um kit de desenvolvimento de software de código aberto chamado URBANopt que modela elementos de distritos de energia zero, como estratégias de eficiência de construção / flexibilidade de demanda, matrizes fotovoltaicas de telhado, sistemas térmicos distritais de loop ambiente. O software pode ser integrado a outros modelos de computador para auxiliar no projeto de comunidades de energia zero. Os engenheiros do NREL têm se envolvido com projetos distritais de alto desempenho em todo o país, como o National Western Center, para ajudar a informar e orientar o desenvolvimento da plataforma URBANopt.

Os projetos que descrevi são novas construções. É mais difícil conseguir energia líquida zero em edifícios ou comunidades existentes economicamente, mas não impossível. Faz sentido aplicar as medidas de eficiência que são mais econômicas para retrofit, converter sistemas de aquecimento e refrigeração de edifícios em eletricidade e fornecer eletricidade com energia solar fotovoltaica.

As concessionárias estão cada vez mais oferecendo tabelas de taxas de tempo de uso, que cobram mais pelo uso de energia durante os períodos de alta demanda. Os sistemas emergentes de gestão de energia doméstica permitirão que os proprietários aqueçam a água, carregue baterias domésticas e veículos elétricos e opere outros aparelhos nos momentos em que os preços da eletricidade são mais baixos. Quer estejamos falando de edifícios novos ou existentes, Vejo as comunidades sustentáveis ​​de energia zero movidas a energia renovável como a onda do futuro à medida que enfrentamos a crise da mudança climática.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.