Budynek autonomiczny

Część serii o
antykonsumpcjonizmie
Teorie i idee
Godne uwagi prace
Organizacje i grupy
Ludzie
Powiązane ruchy społeczne
Zobacz też

Budynek autonomiczny to budynek przeznaczony do eksploatacji niezależnie od usług wspierających infrastrukturę , takich jak sieć elektroenergetyczna , sieć gazowa , wodociągi miejskie, systemy oczyszczania ścieków , kanalizacja deszczowa , usługi komunikacyjne, a w niektórych przypadkach drogi publiczne .

Zwolennicy autonomicznego budownictwa opisują zalety, które obejmują zmniejszony wpływ na środowisko , zwiększone bezpieczeństwo i niższe koszty posiadania . Niektóre wymienione zalety spełniają założenia zielonego budownictwa , a nie niezależność per se (patrz poniżej). Budynki poza siecią często polegają w bardzo małym stopniu na usługach cywilnych , a zatem są bezpieczniejsze i wygodniejsze podczas katastrof cywilnych lub ataków wojskowych. Na przykład budynki poza siecią nie straciłyby energii ani wody, gdyby zostały naruszone dostawy publiczne.

Od 2018 roku większość badań i opublikowanych artykułów dotyczących budownictwa autonomicznego koncentruje się na domach mieszkalnych.

W 2002 roku brytyjscy architekci Brenda i Robert Vale powiedzieli to

We wszystkich częściach Australii jest całkiem możliwe zbudowanie „domu bez rachunków”, który byłby wygodny bez ogrzewania i chłodzenia, który wytwarzałby własną energię elektryczną, zbierałby własną wodę i zajmowałby się własnymi odpadami… Te domy można zbudować już teraz, stosując gotowe techniki. Możliwe jest zbudowanie „domu bez rachunków” za taką samą cenę jak dom konwencjonalny, ale byłby on (25%) mniejszy.

Historia

W latach 70. grupy aktywistów i inżynierów inspirowały się ostrzeżeniami o zbliżającym się wyczerpaniu zasobów i głodzie. W Stanach Zjednoczonych grupa nazywająca siebie New Alchemists słynęła z głębokiego wysiłku badawczego wkładanego w ich projekty. Korzystając z konwencjonalnych budowlanych , zaprojektowali serię projektów „ bioschronień ”, z których najbardziej znanym była społeczność bioschronień The Ark na Wyspie Księcia Edwarda . Opublikowali plany wszystkich z nich, wraz ze szczegółowymi obliczeniami projektowymi i planami. Arka wykorzystywała wiatrowe pompowanie wody i elektryczność oraz była samowystarczalna w produkcji żywności. Miał pomieszczenia mieszkalne dla ludzi, akwaria , w których hodowano tilapię na białko , szklarnię podlewaną wodą z ryb oraz zamknięty system odzyskiwania ścieków, który przetwarzał ludzkie odchody na zdezynfekowany nawóz do akwariów. Od stycznia 2010 r. Organizacja będąca następcą New Alchemists ma stronę internetową jako „New Alchemy Institute”. Arka PEI była kilkakrotnie opuszczana i częściowo odnawiana.

Łazienka na Earthshipie ze ścianą z butelek pochodzących z recyklingu

Lata 90. przyniosły rozwój Earthships , podobnych w zamiarach do projektu Ark, ale zorganizowanych jako przedsięwzięcie nastawione na zysk, a szczegóły konstrukcyjne zostały opublikowane w serii 3 książek autorstwa Mike'a Reynoldsa . Materiałem budowlanym są opony wypełnione ziemią . To sprawia, że ​​ściana ma duże ilości masy termicznej (patrz osłony ziemne ). Bermy są umieszczane na odsłoniętych powierzchniach, aby jeszcze bardziej zwiększyć stabilność temperatury w domu. System wodny zaczyna się od wody deszczowej, przetwarzanej do picia, następnie do mycia, podlewania roślin, spłukiwania toalet, a na końcu czarna woda jest ponownie poddawana recyklingowi w celu podlewania roślin. Cysterny są umieszczane i wykorzystywane jako masy termiczne . Energia, w tym energia elektryczna, ciepło i ogrzewanie wody, pochodzi z energii słonecznej .

Architekci z lat 90., tacy jak William McDonough i Ken Yeang , zastosowali projekty budynków odpowiedzialnych za środowisko w dużych budynkach komercyjnych, takich jak budynki biurowe, czyniąc je w dużej mierze samowystarczalnymi w zakresie produkcji energii. Jeden z głównych budynków banku ( ING w Amsterdamie ) w Holandii został zbudowany jako autonomiczny i artystyczny.

Zalety

Gdy architekt lub inżynier coraz bardziej przejmuje się wadami sieci transportowych i zależnością od odległych zasobów, ich projekty mają tendencję do zawierania bardziej autonomicznych elementów. Historyczna droga do autonomii polegała na trosce o bezpieczne źródła ciepła, energii elektrycznej, wody i żywności. Niemal równoległa droga do autonomii zaczynała się od troski o wpływ na środowisko, który powoduje niedogodności.

Budynki autonomiczne mogą zwiększyć bezpieczeństwo i zmniejszyć wpływ na środowisko dzięki wykorzystaniu zasobów lokalnych (takich jak światło słoneczne i deszcz), które w przeciwnym razie zostałyby zmarnowane. Autonomia często radykalnie zmniejsza koszty i wpływ sieci obsługujących budynek, ponieważ autonomia zwiera mnożącą się nieefektywność gromadzenia i transportu zasobów. Inne zagrożone zasoby, takie jak rezerwy ropy naftowej i utrzymanie lokalnego działu wodnego, często można tanio chronić dzięki przemyślanym projektom.

Budynki autonomiczne są zwykle energooszczędne w eksploatacji, a zatem opłacalne, z oczywistego powodu, że mniejsze potrzeby energetyczne są łatwiejsze do zaspokojenia poza siecią. Ale mogą zastąpić produkcję energii lub inne techniki, aby uniknąć zmniejszających się zysków z ekstremalnej ochrony.

Autonomiczna konstrukcja nie zawsze jest przyjazna dla środowiska. Cel uniezależnienia się od systemów wsparcia jest powiązany, ale nie identyczny, z innymi celami ekologicznego budownictwa ekologicznego . Jednak autonomiczne budynki zwykle obejmują również pewien stopień zrównoważonego rozwoju dzięki wykorzystaniu energii odnawialnej i innych zasobów odnawialnych, wytwarzaniu nie większej ilości gazów cieplarnianych , niż zużywają, oraz innym środkom.

Niedogodności

Przede wszystkim niezależność jest kwestią stopnia. Na przykład wyeliminowanie zależności od sieci elektrycznej jest stosunkowo łatwe. W przeciwieństwie do tego, prowadzenie wydajnego, niezawodnego źródła żywności może być obowiązkiem.

Życie w autonomicznym schronisku może również wymagać poświęceń w zakresie stylu życia lub możliwości społecznych. Nawet najbardziej komfortowe i zaawansowane technologicznie domy autonomiczne mogą wymagać zmian w zachowaniu mieszkańców. Niektórzy mogą nie być zadowoleni z dodatkowych obowiązków. Vails opisali doświadczenia niektórych klientów jako niewygodne, irytujące, izolujące, a nawet jako niechcianą pracę na pełen etat. Dobrze zaprojektowany budynek może zmniejszyć ten problem, ale zwykle kosztem ograniczonej autonomii.

Autonomiczny dom musi być zbudowany na zamówienie (lub gruntownie zmodernizowany), aby pasował do klimatu i lokalizacji. Techniki pasywnej energii słonecznej, alternatywne systemy toalet i kanalizacji, projekty mas termicznych, systemy akumulatorów piwnicznych, wydajne okna i szereg innych taktyk projektowych wymagają pewnego stopnia niestandardowej konstrukcji, dodatkowych kosztów, ciągłych eksperymentów i konserwacji, a także mają wpływ o psychologii przestrzeni.

Systemy

Ta sekcja zawiera kilka minimalnych opisów metod, aby dać poczucie praktyczności takiego budynku, zapewnić indeksy do dalszych informacji i dać poczucie nowoczesnych trendów.

Woda

Przydomowy system zbierania wody deszczowej
Trwa montaż betonowej spłuczki podpodłogowej.

Istnieje wiele metod gromadzenia i oszczędzania wody. Redukcja zużycia jest opłacalna.

szarej wody ponownie wykorzystują odsączoną wodę z mycia do spłukiwania toalet lub podlewania trawników i ogrodów . Systemy szarej wody mogą zmniejszyć o połowę zużycie wody w większości budynków mieszkalnych; wymagają one jednak zakupu studzienki, pompy zwiększającej ciśnienie do szarej wody i dodatkowej instalacji hydraulicznej . Niektórzy budowniczowie instalują bezwodne pisuary , a nawet toalety kompostowe , które eliminują zużycie wody do odprowadzania ścieków.

Klasycznym rozwiązaniem przy minimalnych zmianach stylu życia jest użycie studni . Po wywierceniu stopa studni wymaga znacznej mocy. Jednak zaawansowane podstawy mogą zmniejszyć zużycie energii dwukrotnie lub więcej w porównaniu ze starszymi modelami. W niektórych miejscach woda ze studni może być zanieczyszczona. Filtr arsenu Sono eliminuje niezdrowy arsen w wodzie studziennej.

Jednak wiercenie studni jest czynnością niepewną, ponieważ warstwy wodonośne są wyczerpane na niektórych obszarach. Może to być również drogie.

W regionach o wystarczających opadach często bardziej opłacalne jest zaprojektowanie budynku z wykorzystaniem wody deszczowej , z dodatkowymi dostawami wody w czasie suszy . Woda deszczowa stanowi doskonałą miękką wodę do mycia, ale wymaga uzdatniania antybakteryjnego. W przypadku stosowania do picia konieczne są suplementy mineralne lub mineralizacja.

W większości klimatów pustynnych i umiarkowanych spada co najmniej 250 milimetrów (9,8 cala) deszczu rocznie. Oznacza to, że typowy parterowy dom z systemem odprowadzania ścieków szarych może zaspokoić swoje całoroczne zapotrzebowanie na wodę z samego dachu. W najbardziej suchych obszarach może to wymagać cysterny o pojemności 30 metrów sześciennych (7900 galonów amerykańskich). Na wielu obszarach opady deszczu wynoszą średnio 13 milimetrów (0,51 cala) tygodniowo, a na tych obszarach można użyć cysterny o pojemności zaledwie 10 metrów sześciennych (2600 galonów amerykańskich).

W wielu obszarach trudno jest utrzymać dach w czystości umożliwiającej picie. Aby zredukować brud i niesmak, systemy wykorzystują metalowy dach zbiorczy i zbiornik „środka do czyszczenia dachu”, który odprowadza pierwsze 40 litrów. Woda w cysternach jest zwykle chlorowana , chociaż systemy odwróconej osmozy zapewniają jeszcze lepszą jakość wody pitnej.

W klasycznym rzymskim domu („Domus”) woda do użytku domowego była dostarczana z cysterny („impluvium”), która była elementem dekoracyjnym atrium, głównej przestrzeni publicznej domu. Był zasilany przez dachówki spustowe z otworu dachowego skierowanego do wewnątrz („compluvium”). Często hodowano w nim lilie wodne w celu oczyszczenia wody. Zamożne gospodarstwa domowe często uzupełniały deszcz małą fontanną zasilaną z miejskiej cysterny. Impluvium zawsze miało odpływ przelewowy, więc nie mogło zalać domu.

Nowoczesne cysterny to zazwyczaj duże plastikowe zbiorniki. Zbiorniki grawitacyjne na krótkich wieżach są niezawodne, więc naprawy pomp są mniej pilne. Najtańszą cysterną masową jest ogrodzony staw lub basen na poziomie gruntu.

Zmniejszenie autonomii zmniejsza rozmiar i koszt cystern. Wiele autonomicznych domów może zmniejszyć zużycie wody poniżej 10 galonów amerykańskich (38 l) na osobę dziennie, dzięki czemu w czasie suszy można niedrogo dostarczać wodę przez miesiąc ciężarówką. Samodzielna dostawa jest często możliwa dzięki zainstalowaniu tekstylnych zbiorników na wodę, które pasują do skrzyni pick-upa.

Wygodne może być użycie spłuczki jako radiatora lub pułapki dla pompy ciepła lub systemu klimatyzacji ; może to jednak spowodować ogrzanie zimnej wody pitnej, aw bardziej suchych latach może zmniejszyć wydajność systemu HVAC.

Destylatory słoneczne mogą wydajnie wytwarzać wodę pitną z wody z rowów lub cystern, zwłaszcza wysokowydajne projekty nawilżania z wieloma efektami , które oddzielają parownik(i) i skraplacz(i).

Nowe technologie, takie jak odwrócona osmoza, mogą tworzyć nieograniczone ilości czystej wody z zanieczyszczonej wody, wody oceanicznej, a nawet z wilgotnego powietrza. Odsalarki są dostępne dla jachtów, które przetwarzają wodę morską i energię elektryczną w wodę pitną i solankę . Atmosferyczne generatory wody pobierają wilgoć z suchego pustynnego powietrza i filtrują ją do czystej wody.

Ścieki

Zobacz też: Fermentacja beztlenowa

Ratunek

Toaleta kompostująca

Toalety kompostujące wykorzystują bakterie do rozkładu ludzkich odchodów na użyteczny, bezwonny kompost sanitarny. Proces ten jest sanitarny, ponieważ bakterie glebowe zjadają ludzkie patogeny, a także większość masy odpadów. Niemniej jednak większość autorytetów w dziedzinie zdrowia zabrania bezpośredniego stosowania „ humanure ” do uprawy żywności. Ryzykiem jest zanieczyszczenie mikrobiologiczne i wirusowe. W suchej toalecie kompostującej odpady są odparowywane lub trawione do postaci gazu (głównie dwutlenku węgla) i wentylowane, więc toaleta produkuje tylko kilka funtów kompostu co sześć miesięcy. Aby kontrolować zapach, nowoczesne toalety wykorzystują mały wentylator, który utrzymuje w toalecie podciśnienie i odprowadza gazy do rury odpowietrzającej.

Niektóre przydomowe systemy oczyszczania ścieków wykorzystują oczyszczanie biologiczne, zwykle złoża roślin i akwariów, które pochłaniają składniki odżywcze i bakterie oraz przekształcają szarą wodę i ścieki w czystą wodę. Ta pozbawiona zapachu i koloru odzyskana woda może być używana do spłukiwania toalet i podlewania roślin na zewnątrz. Po przetestowaniu zbliża się do standardów dla wody pitnej. W klimatach, w których panuje mróz, rośliny i akwaria muszą być trzymane w małej szklarni. Dobre systemy wymagają mniej więcej tyle troski, co duże akwarium .

Elektryczne toalety spalające zamieniają ekskrementy w niewielką ilość popiołu. Są chłodne w dotyku, nie mają wody ani rur i wymagają otworu wentylacyjnego w ścianie. Są używane na odległych obszarach, gdzie korzystanie z szamba jest ograniczone, zwykle w celu zmniejszenia ładunków składników odżywczych w jeziorach.

Bioreaktor NASA to niezwykle zaawansowany biologiczny system kanalizacyjny. Może zamieniać ścieki w powietrze i wodę poprzez działanie drobnoustrojów. NASA planuje użyć go w załogowej na Marsa . Inną metodą jest opracowany przez NASA destylacji moczu do wody .

Dużą wadą złożonych biologicznych systemów oczyszczania ścieków jest to, że jeśli dom jest pusty, biota kanalizacji może umrzeć z głodu.

Marnować

Oczyszczanie ścieków ma zasadnicze znaczenie dla zdrowia publicznego. Wiele chorób przenoszonych jest przez źle funkcjonujące systemy kanalizacyjne.

Standardowym systemem jest wyłożone kafelkami pole ługowania połączone ze szamba . Podstawową ideą jest zapewnienie małej instalacji z oczyszczaniem wstępnym ścieków . Osad osiada na dnie szamba, jest częściowo redukowany przez fermentację beztlenową , a płyn jest rozpraszany na polu ługowania. Pole ługowania znajduje się zwykle pod podwórkiem, na którym rośnie trawa. Szamba mogą działać całkowicie grawitacyjnie, a jeśli są dobrze zarządzane, są w miarę bezpieczne.

Szamba muszą być okresowo pompowane za pomocą ciężarówki próżniowej w celu wyeliminowania nieredukujących ciał stałych. Brak pompowania szamba może spowodować przelanie, które uszkodzi pole ługowania i zanieczyści wody gruntowe. Szamba mogą również wymagać pewnych zmian w stylu życia, takich jak rezygnacja z wywozu śmieci, minimalizacja płynów spłukiwanych do zbiornika i minimalizacja niestrawnych ciał stałych spłukiwanych do zbiornika. Na przykład zalecany jest bezpieczny papier toaletowy.

Jednak szamba pozostają popularne, ponieważ pozwalają na standardowe instalacje hydrauliczne i wymagają niewielu lub żadnych poświęceń związanych ze stylem życia.

kompostujące lub pakujące sprawiają, że wyrzucanie ścieków w ramach normalnej usługi wywozu śmieci jest ekonomiczne i higieniczne. Zmniejszają również zużycie wody o połowę i eliminują trudność i koszt szamba. Wymagają jednak od lokalnego składowiska stosowania praktyk sanitarnych.

Systemy spalarni są dość praktyczne. Popioły są biologicznie bezpieczne i stanowią mniej niż 1/10 objętości pierwotnych odpadów, ale podobnie jak wszystkie odpady ze spalarni są zwykle klasyfikowane jako odpady niebezpieczne.

Tradycyjne metody odprowadzania ścieków obejmują studzienki kanalizacyjne , latryny i przybudówki . Mogą być bezpieczne, niedrogie i praktyczne. Nadal są używane w wielu regionach.

Burza deszczowa

Systemy odwadniające są kluczowym kompromisem między możliwością zamieszkania przez ludzi a bezpiecznym, zrównoważonym działem wodnym. Utwardzone obszary i trawniki lub torf nie pozwalają na przefiltrowanie dużej ilości opadów przez ziemię w celu naładowania warstw wodonośnych. Mogą powodować powodzie i szkody w dzielnicach, ponieważ woda płynie po powierzchni w kierunku niskiego punktu.

Zazwyczaj skomplikowane, kapitałochłonne sieci kanalizacji burzowej są projektowane tak, aby radziły sobie z wodą burzową . W niektórych miastach, takich jak z epoki wiktoriańskiej lub duża część starego miasta Toronto , system kanalizacji deszczowej jest połączony z systemem kanalizacji sanitarnej. W przypadku obfitych opadów obciążenie oczyszczalni ścieków na końcu rury staje się zbyt duże i nieoczyszczone ścieki zrzucane są do zbiorników retencyjnych, a czasami do wód powierzchniowych.

Budynki autonomiczne mogą radzić sobie z opadami na kilka sposobów:

Połączenie wodochłonnego rowu dla każdego podwórka z przepuszczalnymi betonowymi ulicami pozwala na pominięcie kanalizacji burzowej w sąsiedztwie. Może to zaoszczędzić ponad 800 USD na dom (lata 70. XX wieku) dzięki wyeliminowaniu kanałów burzowych. Jednym ze sposobów wykorzystania oszczędności jest zakup większych działek, co pozwala na uzyskanie większej liczby udogodnień przy tych samych kosztach. Beton przepuszczalny jest produktem o ugruntowanej pozycji w ciepłym klimacie i rozwijanym w klimacie mroźnym. W mroźnym klimacie eliminacja kanałów burzowych często może nadal opłacać wystarczającą ilość gruntów do budowy bagien (płytkich rowów gromadzących wodę) lub zamiast tego utrudniających wodę nasypów. Ten plan zapewnia więcej gruntów dla właścicieli domów i może zaoferować bardziej interesującą topografię do kształtowania krajobrazu.

Zielony dach wychwytuje opady i wykorzystuje wodę do wzrostu roślin. Można go wbudować w nowy budynek lub zastąpić istniejący dach.

Elektryczność

Turbina wiatrowa na dachu w Manchesterze w Wielkiej Brytanii
System fotowoltaiczny
Dalsze informacje: Zero emisji i budynek o zerowym zużyciu energii

Ponieważ energia elektryczna jest kosztownym narzędziem, pierwszym krokiem w kierunku autonomii jest zaprojektowanie domu i stylu życia w celu zmniejszenia zapotrzebowania. Światła LED , laptopy i lodówki gazowe oszczędzają energię elektryczną, chociaż lodówki gazowe nie są zbyt wydajne. Istnieją również superwydajne lodówki elektryczne, takie jak produkowane przez firmę Sun Frost, z których niektóre zużywają tylko o połowę mniej energii elektrycznej niż masowe lodówki oceniane gwiazdkami energetycznymi .

Korzystając z dachu słonecznego, ogniwa słoneczne mogą dostarczać energię elektryczną. Dachy słoneczne mogą być bardziej opłacalne niż modernizowana energia słoneczna, ponieważ budynki i tak potrzebują dachów. Nowoczesne ogniwa słoneczne wytrzymują około 40 lat, co czyni je rozsądną inwestycją w niektórych obszarach. Pod wystarczającym kątem ogniwa słoneczne są czyszczone przez spływającą wodę deszczową i dlatego prawie nie mają wpływu na styl życia.

Jednak na wielu obszarach występują długie zimowe noce lub ciemne, pochmurne dni. W tych klimatach instalacja słoneczna może się nie opłacać lub do osiągnięcia samowystarczalności elektrycznej potrzebne są duże systemy magazynowania energii. W burzliwym lub wietrznym klimacie generatory wiatrowe mogą zastąpić lub znacznie uzupełnić energię słoneczną. Przeciętny autonomiczny dom potrzebuje tylko jednej małej turbiny wiatrowej o średnicy 5 metrów lub mniejszej. Na 30-metrowej (100-stopowej) wieży turbina może zapewnić wystarczającą moc, aby uzupełnić energię słoneczną w pochmurne dni. Dostępne na rynku turbiny wiatrowe wykorzystują uszczelnione, jednoczęściowe generatory prądu przemiennego i pasywne, samopiórujące się łopaty, które zapewniają wieloletnią pracę bez serwisowania.

Główną zaletą energii wiatrowej jest to, że większe turbiny wiatrowe mają niższy koszt za wat niż ogniwa słoneczne, pod warunkiem, że jest wiatr. Krytyczna jest jednak lokalizacja. Tak jak w niektórych lokalizacjach brakuje słońca dla ogniw słonecznych, w wielu obszarach brakuje wystarczającej ilości wiatru, aby turbina się zwróciła. Na Wielkich Równinach Stanów Zjednoczonych 10-metrowa turbina może dostarczyć wystarczającą ilość energii do ogrzania i schłodzenia dobrze zbudowanego, całkowicie elektrycznego domu. Wykorzystanie gospodarcze w innych obszarach wymaga badań i ewentualnie ankiety terenowej.

Niektóre witryny mają dostęp do strumienia ze zmianą wysokości. Miejsca te mogą wykorzystywać małe systemy hydroenergetyczne do wytwarzania energii elektrycznej. Jeśli różnica wzniesień przekracza 30 metrów (100 stóp), a strumień płynie przez cały rok, może to zapewnić ciągłą moc przy małej, niedrogiej instalacji. Niższe zmiany wysokości wymagają większych instalacji lub zapór i mogą być mniej wydajne. Zatkanie wlotu turbiny może stanowić praktyczny problem. Zwykłym rozwiązaniem jest mały basen i wodospad (zastawka) do odprowadzania pływających śmieci. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie turbiny odpornej na zanieczyszczenia, takiej jak spiralna turbina Gorłowa lub turbina Ossbergera .

W okresach niskiego zapotrzebowania nadmiar energii można przechowywać w akumulatorach do wykorzystania w przyszłości. Baterie należy jednak wymieniać co kilka lat. W wielu obszarach wydatki na baterie można wyeliminować, podłączając budynek do sieci elektrycznej i obsługując system zasilania z pomiarem netto . Wymagane jest pozwolenie na użytkowanie, ale takie kooperatywne wytwarzanie jest prawnie wymagane w niektórych obszarach (na przykład w Kalifornii).

Budynek oparty na siatce jest mniej autonomiczny, ale bardziej ekonomiczny i zrównoważony przy mniejszej liczbie wyrzeczeń związanych ze stylem życia. Na obszarach wiejskich koszt i wpływ sieci można zmniejszyć, stosując jednoprzewodowe systemy uziemienia (na przykład system MALT).

Na obszarach, które nie mają dostępu do sieci, rozmiar baterii można zmniejszyć za pomocą generatora do ładowania baterii podczas susz energetycznych, takich jak przedłużające się mgły. Generatory pomocnicze są zwykle zasilane propanem , gazem ziemnym lub czasami olejem napędowym . Godzina ładowania zwykle zapewnia cały dzień pracy. Nowoczesne ładowarki mieszkaniowe pozwalają użytkownikowi ustawić czas ładowania, dzięki czemu generator jest cichy w nocy. Niektóre generatory automatycznie testują się raz w tygodniu.

Ostatnie postępy w pasywnie stabilnych łożyskach magnetycznych mogą pewnego dnia pozwolić na niedrogie magazynowanie energii w kole zamachowym w próżni. Grupy badawcze, takie jak kanadyjska firma Ballard Power Systems, pracują również nad opracowaniem „ regeneracyjnego ogniwa paliwowego ”, urządzenia, które może wytwarzać wodór i tlen, gdy dostępna jest energia, i łączyć je wydajnie, gdy energia jest potrzebna.

Baterie uziemiające pobierają prądy elektryczne w ziemi zwane prądem tellurycznym . Można je zainstalować w dowolnym miejscu w ziemi. Zapewniają tylko niskie napięcia i prądy. Były używane do zasilania telegrafów w XIX wieku. Wraz ze wzrostem wydajności urządzeń mogą one stać się praktyczne.

Mikrobiologiczne ogniwa paliwowe i generatory termoelektryczne umożliwiają wytwarzanie energii elektrycznej z biomasy. Roślinę można suszyć, siekać i konwertować lub spalić w całości lub można ją pozostawić przy życiu, aby soki odpadowe z rośliny mogły zostać przetworzone przez bakterie.

Ogrzewanie

Schemat aktywnego systemu ogrzewania słonecznego

Większość budynków autonomicznych zaprojektowano tak, aby wykorzystywały izolację, masę termiczną oraz pasywne ogrzewanie i chłodzenie energią słoneczną. Przykładami tego są ściany trombe i inne technologie, takie jak świetliki .

Pasywne ogrzewanie słoneczne może ogrzać większość budynków nawet w łagodnym i chłodnym klimacie. W chłodniejszym klimacie dodatkowe koszty budowy mogą być nawet o 15% wyższe niż w przypadku nowych, konwencjonalnych budynków. W ciepłym klimacie, gdzie mroźne noce występują mniej niż dwa tygodnie w roku, nie ma to wpływu na koszty.

Podstawowym wymogiem pasywnego ogrzewania słonecznego jest to, że kolektory słoneczne muszą być skierowane w stronę dominującego światła słonecznego (południe na półkuli północnej , północ na półkuli południowej ), a budynek musi zawierać masę termiczną , aby utrzymać ciepło w nocy.

Niedawny, nieco eksperymentalny system ogrzewania słonecznego „ Roczne ogrzewanie geosolarne ” jest praktyczny nawet w regionach, w których zimą jest mało światła słonecznego lub nie ma go wcale. Wykorzystuje grunt pod budynkiem jako masę termiczną. Opady mogą odprowadzać ciepło, dlatego grunt jest osłonięty 6-metrowymi płaszczami izolacji z tworzywa sztucznego. Masa termiczna tego systemu jest na tyle niedroga i duża, że ​​może zgromadzić wystarczającą ilość ciepła w lecie, aby ogrzać budynek przez całą zimę, i wystarczająco dużo chłodu w zimie, aby schłodzić budynek latem.

W rocznych geosolarnych systemach kolektor słoneczny jest często oddzielony od (i cieplejszy lub zimniejszy niż) przestrzeni mieszkalnej. Budynek może być faktycznie zbudowany z izolacji , na przykład konstrukcji z bali słomy . Niektóre budynki zostały zaprojektowane aerodynamicznie, dzięki czemu konwekcja w kanałach i przestrzeniach wewnętrznych eliminuje potrzebę stosowania wentylatorów elektrycznych.

Skromniejszy projekt „codziennego słońca” jest bardzo praktyczny. Na przykład, za około 15% premii w kosztach budowy, domów pasywnych w Europie wykorzystują okna o wysokiej wydajności izolacyjnej, izolację R-30, wentylację HRV i niewielką masę termiczną. Przy niewielkich zmianach położenia budynku nowoczesne okna z izolacją kryptonową lub argonową pozwalają normalnie wyglądającym oknom na dostarczanie pasywnego ciepła słonecznego bez uszczerbku dla izolacji lub wytrzymałości konstrukcyjnej. Jeśli dostępny jest mały grzejnik na najzimniejsze noce, płyta lub cysterna piwniczna może niedrogo zapewnić wymaganą masę termiczną . W szczególności przepisy dotyczące budynków pasywnych zapewniają niezwykle dobrą jakość powietrza we wnętrzach, ponieważ budynki wymieniają powietrze kilka razy na godzinę, przepuszczając je przez wymiennik ciepła, aby zatrzymać ciepło w środku.

We wszystkich systemach mały grzejnik dodatkowy zwiększa bezpieczeństwo osobiste i zmniejsza wpływ na styl życia, przy niewielkim zmniejszeniu autonomii. Dwa najpopularniejsze grzejniki do domów o ultrawysokiej sprawności to mała pompa ciepła , która zapewnia również klimatyzację , lub centralny wodny (grzejnikowy) nagrzewnica powietrza z recyrkulacją wody z nagrzewnicy . Projekty domów pasywnych najczęściej integrują nagrzewnicę z systemem wentylacyjnym.

Osłony ziemne i wiatrochrony mogą również zmniejszyć bezwzględną ilość ciepła potrzebnego budynkowi. Kilka stóp pod ziemią temperatura waha się od 4 ° C (39 ° F) w Dakocie Północnej do 26 ° C (79 ° F) na południowej Florydzie. Wiatrochrony zmniejszają ilość ciepła odprowadzanego z budynku.

Zaokrąglone, aerodynamiczne budynki również tracą mniej ciepła.

Coraz więcej budynków komercyjnych wykorzystuje obieg kombinowany z kogeneracją do ogrzewania, często podgrzewania wody, z wyjścia silnika tłokowego na gaz ziemny , turbiny gazowej lub generatora elektrycznego Stirlinga .

Domy zaprojektowane tak, aby radzić sobie z przerwami w usługach publicznych, zazwyczaj zawierają piec na drewno lub ciepło i energię z oleju napędowego lub gazu z butli , niezależnie od innych mechanizmów grzewczych.

Grzejniki elektryczne i piece elektryczne mogą zapewniać ciepło wolne od zanieczyszczeń (w zależności od źródła zasilania), ale zużywają duże ilości energii elektrycznej. Jeśli wystarczająca ilość energii elektrycznej jest dostarczana przez panele słoneczne, turbiny wiatrowe lub inne środki, wówczas grzejniki elektryczne i piece stają się praktyczną autonomiczną konstrukcją.

Podgrzewanie wody

Dalsze informacje: Słoneczna ciepła woda

odzysku ciepła ciepłej wody odzyskują ciepło z rur kanalizacyjnych. Zwiększają autonomię budynku poprzez zmniejszenie ilości ciepła lub paliwa wykorzystywanego do podgrzewania wody. Są atrakcyjne, ponieważ nie mają żadnych zmian w stylu życia.

Obecne praktyczne, komfortowe systemy podgrzewania wody użytkowej łączą solarny system podgrzewania z termostatycznym gazowym podgrzewaczem przepływowym , dzięki czemu temperatura wody jest stała, a jej ilość jest nieograniczona. Zmniejsza to wpływ stylu życia na autonomię pewnym kosztem.

Słoneczne podgrzewacze wody mogą zaoszczędzić duże ilości paliwa. Również niewielkie zmiany w stylu życia, takie jak robienie prania, zmywanie naczyń i kąpiel w słoneczne dni, mogą znacznie zwiększyć ich efektywność. Czyste grzejniki słoneczne są szczególnie przydatne w pralniach, basenach i łaźniach zewnętrznych, ponieważ można je zaplanować do użytku w słoneczne dni.

Podstawową sztuczką w solarnym systemie podgrzewania wody jest użycie dobrze izolowanego zbiornika retencyjnego. Niektóre systemy są próżniowo , zachowując się jak duże termosy . Zbiornik jest napełniany ciepłą wodą w słoneczne dni i udostępniany przez cały czas. W przeciwieństwie do konwencjonalnego podgrzewacza wody ze zbiornikiem, zbiornik jest napełniany tylko wtedy, gdy jest światło słoneczne. Dobre przechowywanie umożliwia mniejszy, zaawansowany technologicznie kolektor. Takie kolektory mogą wykorzystywać stosunkowo egzotyczne technologie, takie jak izolacja próżniowa i refleksyjna koncentracja światła słonecznego.

kogeneracyjne wytwarzają ciepłą wodę z ciepła odpadowego . Zwykle pobierają ciepło ze spalin z generatora lub ogniwa paliwowego.

Recykling ciepła, kogeneracja i wstępne ogrzewanie słoneczne mogą zaoszczędzić 50–75% gazu wykorzystywanego w inny sposób. Ponadto niektóre kombinacje zapewniają nadmiarową niezawodność dzięki kilku źródłom ciepła. Niektóre władze opowiadają się za zastąpieniem gazu z butli lub gazu ziemnego biogazem . Jest to jednak zwykle niepraktyczne, chyba że na miejscu znajduje się żywy inwentarz. Odpady jednej rodziny są zwykle niewystarczające, aby wyprodukować wystarczającą ilość metanu do czegokolwiek więcej niż niewielkie ilości gotowania.

Chłodzenie

Roczne budynki geosolarne często mają zakopane, nachylone wodoszczelne osłony izolacji, które rozciągają się na 6 metrów (20 stóp) od fundamentów, aby zapobiec wyciekom ciepła między ziemią używaną jako masa termiczna a powierzchnią.

Możliwe są mniej spektakularne ulepszenia. Latem okna mogą być zacienione. Okap można zwisać, aby zapewnić niezbędny cień. Zacieniają one również ściany domu, zmniejszając koszty chłodzenia.

Inną sztuczką jest chłodzenie masy termicznej budynku w nocy, być może za pomocą wentylatora na cały dom , a następnie chłodzenie budynku z masy termicznej w ciągu dnia. Pomocna jest możliwość kierowania zimnego powietrza z grzejnika skierowanego ku niebu (być może kolektora słonecznego do ogrzewania powietrza o alternatywnym przeznaczeniu) lub chłodnicy wyparnej bezpośrednio przez masę termiczną. W bezchmurne noce, nawet w obszarach tropikalnych, grzejniki skierowane w stronę nieba mogą ochłodzić się poniżej zera.

Jeśli okrągły budynek jest aerodynamicznie gładki i chłodniejszy od gruntu, może być pasywnie chłodzony przez „efekt kopuły”. Wiele instalacji zgłaszało, że odblaskowa lub jasna kopuła indukuje lokalny pionowy wir napędzany ciepłem, który zasysa chłodniejsze powietrze z góry w dół do kopuły, jeśli kopuła jest odpowiednio wentylowana (pojedynczy górny otwór wentylacyjny i otwory wentylacyjne na obwodzie). Niektórzy ludzie zgłaszali różnicę temperatur dochodzącą do 8°C ( 15°F ) między wnętrzem kopuły a jej otoczeniem. Buckminster Fuller odkrył ten efekt za pomocą prostego projektu domu zaadaptowanego z silosu zbożowego i dostosował swój dom Dymaxion i kopuły geodezyjne , aby go wykorzystać.

Do użytku wchodzą lodówki i klimatyzatory wykorzystujące ciepło odpadowe ze spalin silników Diesla, kominów nagrzewnicy lub kolektorów słonecznych. Wykorzystują one te same zasady, co lodówka gazowa. Zwykle ciepło z przewodu kominowego zasila „ chiller absorpcyjny ”. Zimna woda lub solanka z agregatu służy do chłodzenia powietrza lub chłodzonej przestrzeni.

Kogeneracja jest popularna w nowych budynkach komercyjnych. W obecnych układach kogeneracyjnych małe turbiny gazowe lub silniki Stirlinga zasilane gazem ziemnym wytwarzają energię elektryczną, a ich spaliny napędzają agregat absorpcyjny .

NRG Solutions, Inc. zademonstrowała lodówkę z przyczepą ciężarówki działającą z ciepła odpadowego ze spalin silnika wysokoprężnego ciągnika. NRG opracowała wodny wymiennik ciepła i parownik na amoniak , dwa podstawowe nowe, niedostępne na rynku elementy lodówki napędzanej ciepłem odpadowym.

Podobny schemat (chłodzenie wielofazowe) może mieć wielostopniowa chłodnica wyparna. Powietrze przepuszczane jest przez rozpylony roztwór soli w celu jego osuszenia, następnie przez rozpylony roztwór wodny w celu jego schłodzenia, a następnie kolejny roztwór soli w celu ponownego osuszenia. Solanka musi zostać zregenerowana, a można to zrobić ekonomicznie za pomocą niskotemperaturowego destylatora słonecznego. Wielofazowe chłodnice wyparne mogą obniżyć temperaturę powietrza o 50 ° F (28 ° C) i nadal kontrolować wilgotność. Jeśli regenerator solanki wykorzystuje wysoką temperaturę, częściowo sterylizuje również powietrze.

Jeśli dostępna jest wystarczająca ilość energii elektrycznej, chłodzenie może zapewnić konwencjonalna klimatyzacja z pompą ciepła .

Produkcja jedzenia

Produkcja żywności była często włączana do historycznych autonomicznych projektów w celu zapewnienia bezpieczeństwa. Umiejętne, intensywne ogrodnictwo może utrzymać osobę dorosłą z zaledwie 100 metrów kwadratowych ziemi na osobę, co może wymagać zastosowania rolnictwa ekologicznego i aeroponiki . Niektóre sprawdzone, intensywne i niewymagające dużego wysiłku systemy produkcji żywności obejmują miejskie ogrodnictwo (wewnątrz i na zewnątrz). Uprawa wewnętrzna może być prowadzona przy użyciu hydroponiki , podczas gdy uprawa zewnętrzna może być prowadzona przy użyciu permakultury , ogrodnictwa leśnego , rolnictwa bez orki i rolnictwa bezczynności .

Czasami uwzględniane są również szklarnie . Czasami są one również wyposażone w systemy nawadniające lub systemy pochłaniające ciepło , które mogą odpowiednio nawadniać rośliny lub pomagać w magazynowaniu energii słonecznej i redystrybucji jej w nocy (kiedy szklarnie zaczynają się ochładzać).

Zobacz też

Notatki

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Autonomous_building&oldid=1120880743 ”