Cladirile incalzite de caldura umana

Cladirile incalzite de caldura umana

De la o statie de metrou infundata la Paris, pana la un mare centru comercial din Statele Unite, caldura corpului uman contribuie la diminuarea necesitatii de a arde combustibili fosili pentru caldura.

T

Fatada alba laptoasa a acestei cladiri de colt cu sapte etaje se imbina bine cu vecinii sai de pe Rue de Beaubourg, in inima Parisului. Zona este cunoscuta pentru ocupantii sai mai vizibili – la doar o scurta plimbare se afla Centrul Pompidou, un muzeu contemporan si o declaratie extravaganta de arhitectura din secolul al XX-lea.

Prin comparatie, cladirea de la numarul doi Rue de Beaubourg arata modesta, dar poate este chiar mai neobisnuita in proiectarea sa, desi nu ati sti-o din exterior. Din 2015, cladirea isi extrage caldura din agitatia caldurii corpului uman dintr-o statie de metrou din apropiere.

Temperatura aerului din interiorul tunelului de metrou este cu aproximativ 10C (18F) mai mare decat in ​​aer liber. Aceasta caldura provine in principal din corpurile umane care se misca in jurul statiei si din caldura generata de trenuri, spune Genevieve Littot, stratega pentru climat si energie la compania de constructii de locuinte sociale Paris Habitat, care a proiectat sistemul de extractie a caldurii.

„O scara conecteaza subsolul cladirii la tunelul de metrou”, spune Littot. „Instalatia extrage aer cald din tunelul de metrou prin pasajul existent, deoarece aerul cald trece printr-un schimbator de caldura pentru a produce apa calda, care este utilizata pentru incalzirea spatiului.”

Aceasta caldura reziduala asigura pana la 35% din caldura necesara pentru cele 20 de apartamente ale cladirii Beaubourg si un local comercial la parter. Littot adauga ca ajuta la reducerea la minimum a emisiilor de carbon prin utilizarea unui sistem de incalzire urbana, care este mai eficient decat incalzirea individuala a cladirilor.

Aceasta cladire cu aspect obisnuit de pe rue de Beaubourg din Paris isi castiga o mare parte din sursa de caldura dintr-o statie de metrou din apropiere (Credit: Paris Habitat)

Proiectul de la Paris este cu greu singur in aceasta privinta. Diferite proiecte inovatoare cu design de economisire a energiei apar in intreaga lume pentru a atenua emisiile de carbon.

Cladirile si constructiile reprezinta peste o treime din consumul final de energie din lume si aproape 40% din emisiile de carbon legate de energie. In prezent, doar o zecime din energia utilizata pentru incalzire provine din surse regenerabile, potrivit Agentiei Internationale pentru Energie (IEA).

Array

S-ar putea sa-ti placa si:

  • Putem incalzi cladirile fara a arde combustibili fosili?
  • Poti racori o casa fara aer conditionat?
  • Canalele solare care utilizeaza inteligent spatiul Indiei

Prin urmare, potentialul de reducere a emisiilor de la incalzire este imens – mai ales avand in vedere ca jumatate din consumul total de energie din lume este utilizat pentru incalzirea locuintelor si a altor cladiri. Dar pana acum, miscarea catre surse regenerabile a fost lenta – AIE a prezis ca ponderea tehnologiilor de incalzire curata trebuie sa se dubleze pana in 2030 pentru a avea o sansa de 50% de a mentine schimbarile climatice globale sub 1,5C.

Urmatoarea oprire, incalzire curata

Una dintre cele mai omniprezente surse de caldura din interiorul cladirilor este, desigur, corpul uman. Si cladirile in care, cel putin in vremurile obisnuite, oamenii se aduna in numar mare au cel mai mare potential de a folosi acel aer infundat, incalzit de om, la un bun folos. In special statiile de tren pline de viata s-au dovedit a fi un loc popular pentru a experimenta valorificarea caldurii corpului uman.

Suedia si-a facut un nume pentru captarea caldurii corpului in aglomerata sa gara centrala din Stockholm – aproximativ 250.000 de persoane treceau prin ea in fiecare zi, inainte de Covid-19. Aceasta caldura este utilizata pentru a incalzi o cladire cu 17 etaje numita Kungsbrohuset din apropiere, contribuind la reducerea consumului de energie al cladirii cu pana la 10%.

„Luam apa de mare pentru a raci ventilatia in Kungsbrohuset si in Gara Centrala din Stockholm”, spune Roger Bjork, manager tehnic la Folksam, care detine Kungsbrohuset. „Cand apa revine, este destul de fierbinte [incalzita de caldura corpului]. Apoi reciclam apa pentru a genera caldura in sistemul nostru de termoficare. ”

Sistemul de incalzire urbana utilizeaza o serie de alte surse durabile, in afara de caldura corporala, inclusiv caldura geotermala, arderea biomasei nerafinate – deseuri de lemn, paie, reziduuri forestiere si asa mai departe – si surplusul de caldura din cladirile industriale. Caldura respectiva este apoi distribuita caselor si cladirilor din toata tara prin conducte subterane.

Suedia are o infrastructura de termoficare bine dezvoltata, care este mai eficienta decat incalzirea cladirilor individuale (Credit: Getty Images)

Ulla Janson, lector superior la divizia de servicii de constructii de la Universitatea Lund, spune ca sistemele de incalzire urbana au fost o modalitate puternica de incalzire a cladirilor.

Jumatate din intreaga cerere de incalzire a Suediei in sectorul rezidential in 2017 a fost satisfacuta in principal prin utilizarea pompelor de caldura si utilizarea caldurii reziduale in termoficare.

A fost o criza energetica in anii 1970 – cand razboaiele din Orientul Mijlociu i-au determinat pe producatorii arabi de petrol sa impuna un embargo asupra exporturilor de petrol catre SUA si Olanda, trimitand preturile petrolului prin acoperis – ceea ce a impins Suedia sa fie creativa, spune Janson. „Incalzirea centralizata este o parte a modului suedez al unei interventii puternice a statului, in care sistemul se dovedeste a fi o parte naturala a dezvoltarii unui oras.”

Gara nu este singurul spatiu public care foloseste multi ocupanti umani pentru incalzire. Un mall pionierat din Minnesota, in SUA, depinde, de asemenea, partial de caldura de la caldura corpului uman pentru a incalzi cladirea. Mall of America nu a avut nicio incalzire centrala de la deschiderea sa in 1991 – o alegere indrazneata, avand in vedere ca minima tipica din ianuarie a statului este de -15,5C (4,1F).

In schimb, mall-ul capteaza suficienta caldura din caldura corpului a peste 109.000 de vizitatori zilnici in medie, peste opt acri de luminatoare si caldura de la mii de lumini si corpuri de iluminat pentru a ramane la o temperatura confortabila in timpul iernii.

„Intr-o zi data, ar putea exista intre 8.000 si 12.000 de angajati in cladire”, spune Dan Jasper, vicepresedinte de comunicare al Mall of America. „Multi incep dimineata devreme, asa ca pana cand majoritatea acestor angajati au intrat in cladire intre 6-8 dimineata, mall-ul a fost incalzit la o temperatura foarte placuta.”

Proiectele care se bazeaza pe captarea surselor accidentale de caldura sunt puse la incercare pe masura ce cerintele termice ale unei cladiri devin mai exacte. Un spital, de exemplu, este o mare provocare pentru reglarea termica, deoarece sunt multi oameni care se deplaseaza si multe instrumente consumatoare de energie care produc caldura, dar trebuie distribuit cu precizie pentru a asigura o temperatura constanta confortabila si sigura, in special pentru pacientii vulnerabili .

Dar un spital cu sase etaje din Frankfurt, Germania, Klinikum Frankfurt Hoechst, a adoptat totusi aceasta abordare.

Peste 1.000 de ferestre cu geamuri triplu au fost instalate in cladire, primul spital care a folosit un astfel de design. Consumul de energie din spital, care are aproximativ 1.000 de paturi, este de trei pana la patru ori mai mare decat cel al unei cladiri rezidentiale de dimensiuni comparabile, datorita cererii mai mari de energie din echipamentele spitalului.

Klinikum Frankfurt Hoechst din Germania foloseste un design pasiv pentru a-si mentine nevoile minime de incalzire, reducand costurile si emisiile de carbon (Credit: Klinikum Frankfurt Hoechst)

Camerele pentru pacienti trebuie sa ramana la 22C (71.6F), ceea ce este activat prin izolarea termica imbunatatita. Intrucat ferestrele cu geamuri triple impiedica aerul rece sa se infiltreze in cladire, reduce necesarul de energie necesar pentru incalzirea cladirii. Spitalul foloseste, de asemenea, un sistem de ventilatie care preincalzeste aerul proaspat inainte ca acesta sa curga in camera pentru a mentine temperatura interioara si a preveni mirosurile neplacute.

Case confortabile

In timp ce cladirile mari, ocupate, cum ar fi spitalele sau statiile, au avantajul multor corpuri pentru a le incalzi, locuintele individuale cu doar cativa ocupanti pot beneficia, de asemenea, de caldura corporala. Aceasta forma de design incalzit de oameni dateaza de zeci de ani. Arhitectul german Wolfgang Feist a construit prima cladire in 1990 cu ceea ce el a numit un design de „casa pasiva”, care urmareste sa reduca drastic pierderile de caldura.

„La sfarsitul anilor 1970, ne-am dat seama ca mai mult de o treime din toata energia consumata in Europa era folosita doar pentru incalzirea cladirilor. La departamentul de fizica unde faceam cercetari, stiam foarte bine ca o izolare mai buna ar putea salva aproape toate acestea ”, spune Feist.

Cladirile cu un astfel de design se concentreaza foarte mult pe izolatia termica, inclusiv un anvelopa etansa la cladire, geam termopan sau triplu, un sistem de ventilatie cu recuperare de caldura si evitand ceva numit „pod termic”. Un pod termic este zona dintr-un invelis al cladirii care are o conductivitate termica mai mare decat materialele din jur si poate permite caldura sa se scurga dintr-o casa.

Pastrand cat mai multa caldura posibila prinsa in interior, poate reduce cererea de incalzire din cladire, care poate fi apoi satisfacuta prin surse „pasive”, cum ar fi radiatia solara si caldura de la oameni si aparatele tehnice.

Caldura corporala este doar unul dintre multele elemente ale designului casei pasive, dar este una importanta. „Colegul meu din Danemarca a facut odata o gluma:„ Weather Channel a spus ca a fost mai rece in weekend. Invitam niste prieteni sa tina casa calda? ”, Rade Feist.

Institutul Casei Pasive, fondat de Feist, sustine ca astfel de cladiri consuma cu aproximativ 90% mai putina energie pentru incalzire decat cladirile conventionale si cu 75% mai putina energie decat media constructiilor noi. Feist estimeaza ca costul suplimentar pentru un astfel de proiect se ridica la 8% pentru o casa pasiva unifamiliala.

De la originile sale in anii 1990, multe tari au adoptat de atunci designul casei pasive. Institutul a inregistrat 25.000 de unitati certificate inregistrate in intreaga lume incepand cu ianuarie 2020.

Designul casei pasive, spune Janson, nu este altceva decat un mod de a construi cladiri eficiente din punct de vedere energetic, cu un climat interior bun pe tot parcursul anului.

„Designul casei [pasive] este pentru un climat interior bun pe tot parcursul anului, altfel nu este o casa pasiva. Functioneaza ca un termos, la fel de bun pentru pastrarea caldurii ca si pastrarea caldurii in interior ”, explica ea.

Design uman

Desi caldura corpului a fost o sursa de energie inovatoare si durabila, are limitele sale.

Littot de la Paris Habitat spune ca cea mai mare provocare pentru proiectele care doresc sa utilizeze caldura din infrastructura, cum ar fi garile, este gasirea spatiului. „Acest tip de proiect ar fi potrivit mai ales pentru unele constructii noi langa o prelungire a liniei de metrou, unde planificarea initiala s-ar putea integra cu solutia de recuperare a metroului de la inceput”, spune ea. Dar o astfel de planificare anticipata este rara, iar compania ei nu a reusit sa gaseasca o alta oportunitate fezabila de a face un proiect similar in Franta.

Centrul comercial Mall of America se bazeaza pe surse de caldura pasive, inclusiv pe numerosii sai vizitatori – in ciuda faptului ca a atins minime de iarna de -15,5C (4.1F) (Credit: Mall of America)

Pe langa locatie, caldura corpului uman nu poate fi singura sursa de incalzire a unei cladiri. „Nu cred ca caldura corporala ar fi o sursa majora de caldura [intr-o cladire], dar trebuie combinata cu cea de la aparate electrice, gatit, frigidere si asa mai departe”, spune Leon Glicksman, profesor de tehnologie de constructie si inginerie mecanica la Massachusetts Institute of Technology, din Boston, Massachusetts.

Proiectarea cladirilor cu economie de energie nu este intotdeauna apreciata, mai ales in tarile fara o constientizare verde matura. „Mai multi oameni construiesc case in standarde ecologice, dar nu exista un acord general cu privire la cata energie poate economisi acest lucru. [Astfel,] exista inca o reticenta in utilizarea unui astfel de design ”, spune Glicksman.

„Unii oameni sunt foarte frugali cand vine vorba de energie, in timp ce altii folosesc o cantitate foarte mare. Chiar daca proiectam cladiri foarte eficiente din punct de vedere energetic, daca oamenii nu stiu cum sa o foloseasca, nu va fi eficienta. ”

Glicksman sugereaza ca guvernele pot stabili standarde de economisire a energiei si pot construi demonstratii eficiente si accesibile, care sunt monitorizate pentru a-si arata capacitatile de economisire a energiei.

In ciuda obstacolelor, Janson spune ca viitorul acestui tip de energie este promitator. „Caldura corpului uman ar putea sa nu indeplineasca cererea totala de energie pentru incalzirea spatiului, dar este o contributie buna si este adesea utilizata intr-un schimbator de caldura pentru preincalzirea aerului de alimentare sau reutilizata intr-o pompa de caldura”, spune ea.

„Caldura de la oameni este intotdeauna inclusa atunci cand se face o simulare energetica a unei cladiri, asa ca viitorul este deja aici.”

S-ar putea sa vedem in mod normal cladirile ca pe ceva conceput sa ni se potriveasca, dar cand devenim o parte a proiectului, rezultatul este o cladire mai durabila, precum si un loc mai confortabil.  

Emisiile din calatorii necesare pentru a raporta aceasta poveste au fost de 0 kg CO2. Emisiile digitale din aceasta poveste sunt estimate la 1,2g – 3,6g CO2 pe pagina vizualizata. Aflati mai multe despre modul in care am calculat aceasta cifra aici .

Alaturati-va unui milion de fani Viitor placandu-ne pe  Facebook sau urmati-ne pe  Twitter  sau  Instagram .

Daca ti-a placut aceasta poveste,  inscrie-te la buletinul informativ saptamanal bbc.com , numit „Lista esentiala”. O selectie selectata de povesti de la  BBC FutureCultureWorklife si  Travel , livrate in casuta de e-mail in fiecare vineri.