Με τους λογαριασμούς ενέργειας να αυξάνονται, πολλοί άνθρωποι ενδιαφέρονται να παραιτηθούν από τα ορυκτά καύσιμα που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος για τη θέρμανση των περισσότερων κατοικιών στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το ερώτημα είναι πώς θα γίνει, όπως Μάργκαρετ Χάρις εξηγεί
Βαθιά κάτω από τις πλάκες της μεσαιωνικής εκκλησίας Bath Abbey, ένα σύγχρονο θαύμα με αρχαία ανατροπή κάνει σιωπηλά αισθητή την παρουσία του. Ολοκληρώθηκε τον Μάρτιο του 2021, το αβαείο σύστημα θέρμανσης συνδυάζει ενδοδαπέδιους σωλήνες με εναλλάκτες θερμότητας που βρίσκονται επτά μέτρα κάτω από την επιφάνεια. Εκεί, μια αποχέτευση που κατασκευάστηκε πριν από σχεδόν 2000 χρόνια μεταφέρει 1.1 εκατομμύρια λίτρα νερού 40 °C κάθε μέρα από μια φυσική ιαματική πηγή σε ένα σύμπλεγμα αρχαίων ρωμαϊκών λουτρών.
Χρησιμοποιώντας αυτή τη ροή ζεστού νερού, το σύστημα παρέχει αρκετή ενέργεια για να θερμάνει όχι μόνο το αβαείο, αλλά και μια παρακείμενη σειρά γεωργιανών εξοχικών σπιτιών που χρησιμοποιούνται για γραφεία. Δεν είναι περίεργο που ο πρύτανης του αβαείου το επαίνεσε ως «μια βιώσιμη λύση για τη θέρμανση της όμορφης ιστορικής μας εκκλησίας».
Αλλά δεν ήταν μόνο αυτό. Μόλις ξεκίνησαν οι προσπάθειες για την απαλλαγή από τον άνθρακα της θέρμανσης του αβαείου, αξιωματούχοι στο Έργο 19.4 εκατομμυρίων λιρών Bath Abbey Footprint έστρεψαν την προσοχή τους στον ηλεκτρισμό του κτιρίου. Όπως οι περισσότερες εκκλησίες, το αβαείο εκτείνεται από τα ανατολικά προς τα δυτικά, δίνοντας στην οροφή του μια εκτεταμένη νότια όψη. Στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη του Ηνωμένου Βασιλείου, τέτοιες στέγες λούζονται από το φως του ήλιου για μεγάλο μέρος της ημέρας, καθιστώντας τις ιδανικές για ηλιακά φωτοβολταϊκά (PV) πάνελ. Ο καθεδρικός ναός Gloucester – μια ώρα με το αυτοκίνητο βόρεια του Bath – έχει ήδη εκμεταλλευτεί αυτόν τον ευνοϊκό προσανατολισμό, και έγινε – το 2016 – ο πρώτος μεγάλος αρχαίος καθεδρικός ναός του Ηνωμένου Βασιλείου που έχει ηλιακά πάνελ εγκατεστημένα στην οροφή του.
Για να μάθουμε εάν μια παρόμοια διάταξη μπορεί να είναι κατάλληλη στο Bath Abbey, το έργο Footprint συνεργάστηκε με φοιτητές διδακτορικού στο Πανεπιστήμιο του Bath Κέντρο Διδακτορικής Κατάρτισης (CDT) στα Νέα και Αειφόρα Φωτοβολταϊκά. Σε μια μελέτη σκοπιμότητας που δημοσιεύτηκε στο Επιστήμη και Μηχανική Ενέργειας (2022 10 892), οι μαθητές υπολόγισαν ότι μια καλά σχεδιασμένη συστοιχία φωτοβολταϊκών πάνελ θα μπορούσε να παρέχει το 35.7% της ηλεκτρικής ενέργειας του αβαείου, συν 4.6% που θα μπορούσε να πουληθεί πίσω στο δίκτυο τις ημέρες που δημιουργούσε πλεόνασμα. Η συστοιχία θα εξοφληθεί μέσα σε περίπου 13 χρόνια και θα αποφέρει συνολικό κέρδος 139,000 £ ± 12,000 £ κατά τη διάρκεια ζωής της 25 ετών.
αλήθειες στο σπίτι
Η εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών στην οροφή του Bath Abbey παραμένει, προς το παρόν, απλώς μια ιδέα. «Αυτή είναι μια βιώσιμη επιλογή για το μέλλον – όταν ο χρόνος είναι σωστός», όπως το θέτει ο διευθυντής του έργου Footprint, Nathan Ward. Αλλά για πολλούς ανθρώπους σε ολόκληρο το Ηνωμένο Βασίλειο – απλούς ιδιοκτήτες καθώς και φύλακες διάσημων κτιρίων – το χρονοδιάγραμμα αρχίζει να φαίνεται πραγματικά πολύ επείγον. Καθοδηγούμενη από τη ρωσική εισβολή στην Ουκρανία, την ισχυρή παγκόσμια ζήτηση για φυσικό αέριο και διάφορους τοπικούς παράγοντες, οι τιμές της ενέργειας έχουν αυξηθεί σε πρωτοφανή επίπεδα.
Σε προβλέψεις που δημοσιεύθηκαν τον Αύγουστο, η συμβουλευτική εταιρεία Cornwall Insight υπολογίζεται ότι το μέσο νοικοκυριό του Ηνωμένου Βασιλείου θα μπορούσε να ξοδεύει 355 £ το μήνα για ενέργεια τον Ιανουάριο του 2023, εάν η κατάσταση δεν άλλαζε. Εγγύηση τιμών ενέργειας της κυβέρνησης του Ηνωμένου Βασιλείου, ανακοίνωσε τον Σεπτέμβριο, παρείχε κάποια ανακούφιση με την επιδότηση λογαριασμών ενέργειας. Παρόλα αυτά, μεταξύ Οκτωβρίου 2021 και Οκτωβρίου 2022, η μέγιστη τιμή μονάδας που μπορούν να χρεώσουν οι προμηθευτές ενέργειας στα νοικοκυριά του Ηνωμένου Βασιλείου αυξήθηκε σημαντικά, αυξάνεται από 7p σε 10.3p ανά κιλοβατώρα (kWhr) για το αέριο και από 21p σε 34p ανά kWhr για την ηλεκτρική ενέργεια.
Φυσικός του μπάνιου Άλισον Γουόκερ, που είναι διευθυντής του CDT, λέει ότι το χαρτί της ομάδας της ήταν, εκείνη την εποχή, περισσότερο μια υποθετική πρόταση για να δείξει ότι το αβαείο ήταν σοβαρό για τη μείωση του αποτυπώματος άνθρακα του. Τώρα, ωστόσο, «το κόστος της ενέργειας έχει αυξηθεί τόσο απότομα, εάν παράγετε τη δική σας ενέργεια, μπορεί να γίνει πολύ φθηνότερη και λιγότερο επιρρεπής στις διακυμάνσεις της τιμής της ενέργειας όπως έχουμε βιώσει φέτος», λέει.
Για τους ιδιοκτήτες που θέλουν να μειώσουν τους λογαριασμούς ενέργειας, τα αποτυπώματα άνθρακα ή και τα δύο, τα ηλιακά πάνελ είναι από τους ευκολότερους και φθηνότερους τρόπους για να το κάνουν. Τα φωτοβολταϊκά πάνελ με βάση το πυρίτιο είναι μια ώριμη τεχνολογία, η τιμή τους έχει πέσει κατακόρυφα τα τελευταία 10 χρόνια και μια διάταξη στον τελευταίο όροφο διαρκεί μόνο λίγες ημέρες για να εγκατασταθεί. Όμως, καθώς η κρατική υποστήριξη για ηλιακές εγκαταστάσεις δεν είναι πλέον διαθέσιμη στους ιδιοκτήτες, το αρχικό κόστος αποτελεί εμπόδιο για πολλούς και οι εγκαταστάτες έχουν μεγάλες λίστες αναμονής.
Ακόμη χειρότερα, οι ηλιακοί συλλέκτες δεν είναι κατάλληλοι για όλες τις κατοικίες, είτε για τεχνικούς λόγους είτε για την εμφάνιση τους. «Στο Ηνωμένο Βασίλειο, έχουμε μεγάλη επίγνωση της αισθητικής των κτιρίων», λέει Μάικ Γουόλς, φυσικός στο Πανεπιστήμιο Loughborough's Κέντρο Τεχνολογίας Συστημάτων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας. «Υπάρχουν κάποια κτίρια, ιδιαίτερα παλιά, στα οποία οι άνθρωποι δεν θα έβαζαν ηλιακούς συλλέκτες επειδή δεν φαίνονται όμορφα ή δεν ταιριάζουν καλά με τη συνολική εμφάνιση». Η επικεφαλής έργων του καθεδρικού ναού του Gloucester, Anne Cranston, σημειώνει ότι η ομάδα της έπρεπε να αποδείξει ότι τα πάνελ θα ήταν «όσο το δυνατόν πιο «κλεφτά» πριν τα δεχτούν οι αρχές σχεδιασμού.
Σε κάθε περίπτωση, το χτύπημα μερικών φωτοβολταϊκών πάνελ στην οροφή σπάνια είναι αρκετό, από μόνο του, για να απαλλάξει τους νοικοκυραίους από την εξάρτησή τους από τα ορυκτά καύσιμα. Προφανώς, ο Ήλιος δεν λάμπει τη νύχτα, ενώ η μέση άμεση κανονική ηλιακή ακτινοβολία – ένα μέτρο της ενέργειας του Ήλιου ανά μονάδα επιφάνειας – για τη Βόρεια Ευρώπη δεν είναι μεγαλύτερη από μερικές kWhr/m2. Ακόμη και τις πιο ηλιόλουστες μέρες του χειμώνα, μια τυπική συστοιχία φωτοβολταϊκών ταράτσας του Ηνωμένου Βασιλείου δεν θα παράγει επομένως αρκετή ενέργεια για να θερμάνει το σπίτι από κάτω – όπως ανακάλυψα όταν εγκατέστησα ηλιακούς συλλέκτες στο σπίτι μου τον Φεβρουάριο (βλ. πλαίσιο «Ένα σπίτι τη φορά ”).
Εάν τα ηλιακά πάνελ δεν είναι η πλήρης απάντηση, οι ιδιοκτήτες που θέλουν να τερματίσουν (ή τουλάχιστον να μειώσουν) την εξάρτησή τους από ορυκτά καύσιμα – και που δεν διαθέτουν το βολικό ρωμαϊκό ζεστό νερό του Bath Abbey – πρέπει να βρουν άλλες λύσεις. Μια επιλογή είναι να απαλλαγείτε από τους παραδοσιακούς λέβητες αερίου και να τους αντικαταστήσετε με εναλλακτικά συστήματα θέρμανσης. Πράγματι, ως μέρος της δέσμευσης της κυβέρνησης του Ηνωμένου Βασιλείου να επιτύχει καθαρές μηδενικές εκπομπές άνθρακα έως το 2050, από το 2025 δεν θα είναι πλέον νόμιμη η εγκατάσταση λεβήτων αερίου σε νεόδμητες κατοικίες στο Ηνωμένο Βασίλειο. Ωστόσο, οι προσπάθειες για την ανακαίνιση των υφιστάμενων χώρων προχωρούν με αργό ρυθμό. Λοιπόν, πώς θα «πρασίνουμε» το απόθεμα κατοικιών του Ηνωμένου Βασιλείου;
Διατηρώντας τη ζέστη μέσα
Τα σπίτια στο Ηνωμένο Βασίλειο χάνουν θερμότητα έως και τρεις φορές πιο γρήγορα κατά μέσο όρο από τα σπίτια σε άλλες ευρωπαϊκές χώρες
Οι ειδικοί με τους οποίους μίλησα για αυτό το άρθρο ήταν ενωμένοι σε ένα σημείο: όλα θα ήταν πολύ πιο εύκολα αν οι κατοικίες ήταν καλύτερα μονωμένες. «Πραγματικά, η απάντηση είναι μόνωση, μόνωση, μόνωση, γιατί απλά αυτός είναι μακράν ο καλύτερος τρόπος για να μειώσετε το ενεργειακό σας κόστος», λέει ο Walker. «Στην αποτελεσματικότητα δεν δίνεται πραγματικά η προσοχή που θα έπρεπε», συμφωνεί Ζόι Ρόμπινσον, καθηγητής βιωσιμότητας στο Πανεπιστήμιο Keele.
Τα στοιχεία είναι αποθαρρυντικά. Ένα 2020 μελέτη από την εταιρεία έξυπνων τεχνολογιών θέρμανσης Tado° διαπίστωσε ότι τα σπίτια στο Ηνωμένο Βασίλειο χάνουν θερμότητα έως και τρεις φορές πιο γρήγορα κατά μέσο όρο από τα σπίτια σε άλλες ευρωπαϊκές χώρες. Χρησιμοποιώντας δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από 80,000 πελάτες σε όλη την Ευρώπη, οι αναλυτές της Tado° κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ένα σπίτι στο Ηνωμένο Βασίλειο που θερμαίνεται στους 20 °C την ημέρα 0 °C χάνει κατά μέσο όρο τρεις βαθμούς μετά από πέντε ώρες όταν η θέρμανση είναι απενεργοποιημένη, σε σύγκριση με μόλις έναν βαθμό για ένα σπίτι στη Γερμανία.
Αυτή η κακή απόδοση οφείλεται εν μέρει στην ηλικία του αποθέματος κατοικιών του Ηνωμένου Βασιλείου. Αλλά Laurie Peter, ειδικός από το Bath σχετικά με τη χρήση ηλιακής ενέργειας για την παραγωγή καυσίμων, λέει ότι το πρόβλημα επεκτείνεται και σε νεότερα σπίτια. «Οι διαδοχικές κυβερνήσεις έχουν ξεφύγει από την άποψη των κανονισμών για την κατασκευή σπιτιών», υποστηρίζει, προσθέτοντας ότι αυτό ισχύει για το συνολικό αποτύπωμα άνθρακα ενός σπιτιού καθώς και για την ενεργειακή του χρήση. «Είμαστε λίγο πολύ εκεί που ήμασταν στη βικτωριανή εποχή όσον αφορά την κατασκευή και τη μόνωση σπιτιών, κάτι που είναι ντροπή, ειλικρινά».
Λόγω αυτού του συνδυασμού παλαιότερων κτιρίων και χαλαρών κανονισμών, τα μισά από τα 28.5 εκατομμύρια σπίτια στην Αγγλία έχουν την ίδια μόνωση τοίχου με το Bath Abbey – δηλαδή καμία. Τα διπλά τζάμια είναι πιο συνηθισμένα, αλλά σύμφωνα με το 2020–2021 English Housing Survey, το 14% των αγγλικών σπιτιών εξακολουθεί να το λείπει. Χειρότερα, τα ποσοστά μετασκευής έχουν έπεσε από έναν γκρεμό. Το 2012, περίπου 2.3 εκατομμύρια σπίτια είχαν εγκαταστήσει νέα μόνωση σοφίτας, τοίχου κοιλότητας ή συμπαγούς τοίχου, αλλά αυτός ο αριθμός μειώθηκε σε λιγότερο από 200,000 ετησίως αφού η κυβέρνηση αντικατέστησε ένα επιτυχημένο πρόγραμμα μετασκευής με κίνητρα που αποδείχθηκαν λιγότερο αποτελεσματικά.
Ένα σπίτι τη φορά
Ζω σε ένα νοικοκυριό με δύο φυσικούς, οπότε όταν αντικαταστήσαμε τον λέβητα αερίου μας με μια αντλία θερμότητας και εγκαταστήσαμε ηλιακούς συλλέκτες στην οροφή μας, αντιμετωπίσαμε φυσικά την εγκατάσταση ως ένα επιστημονικό πείραμα με αποτελέσματα που μπορούσαμε να παρακολουθήσουμε με την πάροδο του χρόνου. Θα χρησιμοποιούσαμε λιγότερη ενέργεια; Και θα είχε κάποια διαφορά στους λογαριασμούς μας;
Το σπίτι μας με ταράτσα από τούβλα από τον Εδουάρδο είναι σχετικά αποδοτικό για την ηλικία του, με παράθυρα με διπλά τζάμια και μόνωση σοφίτας και τοίχου κοιλότητας. Ακόμα κι έτσι, η μετάβαση σε αντλία θερμότητας απαιτούσε προετοιμασία. Αφού μέτρησαν τα δωμάτια και τα παράθυρά μας, οι εγκαταστάτες (μια τοπική εταιρεία υδραυλικών εγκαταστάσεων που κάνει αντλίες θερμότητας ως δευτερεύουσα γραμμή) υπολόγισαν ότι θα χρειαζόμασταν μια αντλία θερμότητας 8 kW, μια νέα δεξαμενή ζεστού νερού υψηλής απόδοσης και μακρύτερα, διπλού πλάτους καλοριφέρ στο κάθε δωμάτιο.
Η ισχυρή ζήτηση έβαλε τους εγκαταστάτες σε ένα σφιχτό χρονοδιάγραμμα, οπότε όταν μας πρόσφεραν μια θέση στα μέσα Ιανουαρίου, δεχθήκαμε παρόλο που σήμαινε ότι δεν υπήρχε θέρμανση για έως και δύο εβδομάδες (αυτό θα ήταν πιο δύσκολο για τα νοικοκυριά που είχαν μικρά παιδιά ή άτομα με αναπηρίες ). Η υψηλή ζήτηση και τα προβλήματα της εφοδιαστικής αλυσίδας καθυστέρησαν επίσης την εγκατάσταση ηλιακών πάνελ μέχρι τον Φεβρουάριο. Αλλά μόλις ολοκληρώθηκε η μετασκευή, λειτούργησε όμορφα, όπως δείχνει αυτό το γράφημα της κατανάλωσης ενέργειας του σπιτιού από τον Ιανουάριο του 2021 έως τον Αύγουστο του 2022.
Η αντλία θερμότητας άρχισε να λειτουργεί στις 19 Ιανουαρίου. Για τον υπόλοιπο χειμώνα και στις αρχές της άνοιξης, η μέση ημερήσια κατανάλωση ενέργειας του σπιτιού μας (μπλε γραμμή) ήταν περίπου η μισή από εκείνη της ίδιας περιόδου το 2021 (σημειώστε ότι το σύνολο δεδομένων του 2021 βασίζεται σε τριμηνιαίες ή διμηνιαίες αναγνώσεις, ενώ η χρήση από τον Φεβρουάριο του 2022 και μετά καταγράφηκε εβδομαδιαία). Τα ηλιακά πάνελ που εγκαταστάθηκαν στις 3 Φεβρουαρίου είχαν μικρότερο αποτέλεσμα, εν μέρει επειδή η έλλειψη χώρου και προϋπολογισμού για μπαταρίες σήμαινε ότι κάποια ηλεκτρική ενέργεια εξήχθη στο δίκτυο (πράσινη γραμμή) αντί να χρησιμοποιηθεί στο σπίτι (ροζ γραμμή). Το σπίτι συνέχιζε επίσης να εισάγει ρεύμα (πορτοκαλί γραμμή) τα βράδια, τις συννεφιασμένες μέρες και σε περιόδους μεγάλης ζήτησης. Ωστόσο, στα τέλη της άνοιξης και στις αρχές του καλοκαιριού, η μέση ημερήσια παραγωγή των πάνελ ξεπέρασε συνήθως τη μέση καθημερινή χρήση του σπιτιού – ένα ενθαρρυντικό αποτέλεσμα.
Τα οικονομικά οφέλη είναι λιγότερο ξεκάθαρα. Η ηλεκτρική ενέργεια του Ηνωμένου Βασιλείου προέρχεται από διάφορες πηγές, συμπεριλαμβανομένων των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, του φυσικού αερίου, της πυρηνικής ενέργειας και (σπάνια) άνθρακα, αλλά οι τιμές ηλεκτρικής ενέργειας συνδέονται με την πιο ακριβή πηγή (σήμερα το φυσικό αέριο). Οι τιμές ηλεκτρικής ενέργειας στο Ηνωμένο Βασίλειο περιλαμβάνουν επίσης περιβαλλοντικούς φόρους που δεν ισχύουν για το φυσικό αέριο παρά το υψηλότερο περιβαλλοντικό κόστος του τελευταίου. Έτσι, ενώ το σπίτι μας χρησιμοποιεί λιγότερη ενέργεια, η ενέργεια που συνεχίζει να εισάγει είναι σημαντικά πιο ακριβή από το φυσικό αέριο ανά μονάδα. Η πώληση ηλεκτρικής ενέργειας από τους ηλιακούς συλλέκτες βοηθά, όπως και μια επιχορήγηση αντλίας θερμότητας από το (πλέον κλειστό) πρόγραμμα εγχώριων κινήτρων για ανανεώσιμες πηγές θερμότητας της κυβέρνησης του Ηνωμένου Βασιλείου, αλλά αυτό το μέρος του προβλήματος αφορά τελικά την πολιτική και όχι τη φυσική.
Άντληση θερμότητας
Εκτός από το ότι φέρνουν τα νοικοκυριά με υψηλότερους λογαριασμούς ενέργειας και αυξημένες εκπομπές άνθρακα, η κακή μόνωση περιορίζει τις επιλογές αλλαγής του τρόπου θέρμανσης των σπιτιών. Τα σχέδια της κυβέρνησης του Ηνωμένου Βασιλείου για την επίτευξη καθαρών μηδενικών εκπομπών άνθρακα βασίζονται σε μεγάλο βαθμό αντικατάσταση λεβήτων φυσικού αερίου με αντλίες θερμότητας, με στόχο 19 εκατομμύρια αντλίες θερμότητας έως το 2050 σε σύγκριση με περίπου 250,000 σήμερα. Είναι μια στρατηγική που, κατά κάποιο τρόπο, έχει νόημα.
Οι αντλίες θερμότητας λειτουργούν με τις ίδιες αρχές με τα ψυγεία, εκτός από το ότι αντλούν θερμότητα από τον αέρα ή το έδαφος έξω για να κάνουν το εσωτερικό πιο ζεστό. Και χάρη στους νόμους της θερμοδυναμικής, είναι αξιοσημείωτα αποδοτικά: για κάθε μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας που προσλαμβάνουν, εκτοξεύουν 3-4 μονάδες θερμότητας (βλ. πλαίσιο «Πώς λειτουργούν οι αντλίες θερμότητας»). Η τεχνολογία είναι επίσης ώριμη εμπορικά, με μεγάλους κατασκευαστές όπως η Mitsubishi Electric και η Daikin να παράγουν μια σειρά μοντέλων.
Δυστυχώς, ορισμένες πτυχές της τρέχουσας ενεργειακής οργάνωσης του Ηνωμένου Βασιλείου ρίχνουν ένα κλειδί στα έργα. Zhibin Yu, μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης, συνοψίζει την κατάσταση. «Στο Ηνωμένο Βασίλειο, τα περισσότερα σπίτια μας είναι συνδεδεμένα σε δίκτυο φυσικού αερίου, επομένως τα συστήματα κεντρικής θέρμανσης μας είναι σχεδιασμένα για λέβητες», εξηγεί. Με την κυκλοφορία του νερού στους 60, 70 ή ακόμα και 80 °C, ένας παραδοσιακός λέβητας φυσικού αερίου μπορεί να κρατήσει ένα σπίτι φρυγανισμένο (αν και με υψηλό κόστος) ακόμα κι αν τα καλοριφέρ είναι μικρά και οι τοίχοι και η σοφίτα έχουν κακή μόνωση.
Η απόδοση μιας αντλίας θερμότητας, αντίθετα, εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της πηγής της αντλίας θερμότητας (όπως ο εξωτερικός αέρας) και της παροχής της (το νερό ή ο αέρας που κυκλοφορεί γύρω από το σύστημα θέρμανσης). Όπως εξηγεί ο Yu, αν το χάσμα είναι μεγάλο, η απόδοση είναι χαμηλή. Για να επιτύχετε την υψηλότερη ενεργειακή απόδοση, θα θέλατε ιδανικά η παροχή σας να είναι μεταξύ 35 και 45 °C.
Αυτό μπορεί να είναι καλό για συστήματα ενδοδαπέδιας θέρμανσης όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στο Bath Abbey. Αλλά η περιοχή μεταφοράς θερμότητας των καλοριφέρ τυπικού μεγέθους είναι σπάνια αρκετά μεγάλη ώστε να διατηρεί ένα δωμάτιο ζεστό εάν το νερό κυκλοφορεί γύρω τους σε σχετικά χλιαρό 45 °C. Ως αποτέλεσμα, οι επιβάτες μπορεί να καταλήξουν να νιώθουν άβολα κρύο – δεν είναι σπουδαία νέα για όποιον έχει ξοδέψει χρόνο και ενέργεια για να αφαιρέσει τον λέβητα αερίου και να εγκαταστήσει μια αντλία θερμότητας.
Τα μεγαλύτερα θερμαντικά σώματα και η καλύτερη μόνωση μπορούν να διορθώσουν αυτό το πρόβλημα – έναντι τιμήματος. Σύμφωνα με τον Yu, μια αντλία θερμότητας με πηγή αέρα αρκετά ισχυρή για να θερμάνει ένα τυπικό ημι-ανεξάρτητο σπίτι κοστίζει γενικά μεταξύ £3000 και £5000. Αλλά μια πλήρης εγκατάσταση, συμπεριλαμβανομένης της μετασκευής καλοριφέρ, μπορεί να κοστίσει περισσότερο από το διπλάσιο, καθιστώντας το όλο έργο τέσσερις έως πέντε φορές πιο ακριβό από την εγκατάσταση ενός νέου λέβητα. «Είναι μια δύσκολη κατάσταση», καταλήγει.
Πώς λειτουργούν οι αντλίες θερμότητας
Σε αντίθεση με τις τυπικές ηλεκτρικές θερμάστρες, οι οποίες λειτουργούν περνώντας ρεύμα μέσω ενός αγωγού αντίστασης, οι αντλίες θερμότητας λειτουργούν με τις ίδιες θερμοδυναμικές αρχές με τα ψυγεία. Στην καρδιά τους βρίσκεται ένα λειτουργικό ρευστό όπως το διφθορομεθάνιο που εξατμίζεται σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία και πίεση. Αυτό επιτρέπει στο υγρό να απορροφά θερμότητα ακόμη και από πηγές χαμηλής θερμοκρασίας (Qπηγή) όπως το έδαφος, το νερό ή ο εξωτερικός αέρας το χειμώνα.
Αφού απορροφήσει θερμότητα, το ρευστό εργασίας μετατρέπεται σε ατμό και διέρχεται από έναν συμπιεστή, ο οποίος αυξάνει περαιτέρω τη θερμοκρασία του, και έναν συμπυκνωτή, ο οποίος μετατρέπει τον ζεστό ατμό υψηλής πίεσης σε υγρό. Η θερμότητα που απελευθερώνεται σε αυτή τη φάση αλλάζει (Qπρομήθεια) στη συνέχεια μεταφέρεται σε ένα σύστημα κεντρικής θέρμανσης και στη συνέχεια στο κτίριο μέσω αέρα που διοχετεύεται μέσω αγωγών ή νερού που κυκλοφορεί μέσω καλοριφέρ ή ενδοδαπέδιων σωλήνων. Μόλις το λειτουργικό ρευστό απελευθερώσει το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητάς του, αποστέλλεται μέσω μιας βαλβίδας εκτόνωσης, μειώνοντας την πίεσή του (και επομένως τη θερμοκρασία του) ώστε ο κύκλος να μπορεί να ξεκινήσει ξανά.
Ανάπτυξη υδρογόνου
Μια εναλλακτική λύση για την αντικατάσταση λεβήτων με αντλίες θερμότητας μπορεί να είναι η αλλαγή του καυσίμου των λεβήτων σε υδρογόνο. Σε αντίθεση με το φυσικό αέριο, το υδρογόνο δεν απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα όταν καίγεται και καταρχήν μπορεί να παραχθεί με τρόπο φιλικό προς το περιβάλλον. Αυτό είναι το σκεπτικό πίσω από το πρόσφατα ολοκληρωμένο HyDeploy έργο, στο οποίο αρκετές εκατοντάδες σπίτια στο Ηνωμένο Βασίλειο έκαιγαν ένα μείγμα φυσικού αερίου και έως και 20% υδρογόνο κατ' όγκο.
Η πιλοτική μελέτη σχεδιάστηκε για να κάνει τη μετάβαση όσο το δυνατόν πιο ανώδυνη για τα νοικοκυριά. Ευτυχώς, οι σύγχρονοι λέβητες αερίου έχουν σχεδιαστεί για να αντιμετωπίζουν έως και 25% υδρογόνο, έτσι λίγα σπίτια χρειάζονταν μετασκευή. Και οι δύο φάσεις του πιλοτικού έγιναν σε περιορισμένες γεωγραφικές περιοχές (κοντά στο Πανεπιστήμιο Keele στο Staffordshire και στο Winlaton στη βορειοανατολική Αγγλία), καθιστώντας δυνατή την αντιμετώπιση των αρχικών ανησυχιών των κατοίκων σχετικά με την ασφάλεια και το κόστος μεμονωμένα.
Η Robinson, η οποία συμμετέχει στο HyDeploy ως κοινωνικός επιστήμονας στο Keele, λέει ότι μέχρι στιγμής, τα δεδομένα της έρευνάς της δείχνουν υψηλό βαθμό αποδοχής από το κοινό. «Η πλειονότητα των ανθρώπων πραγματικά δεν ενοχλείται τόσο πολύ, ιδιαίτερα επειδή με το αναμεμειγμένο υδρογόνο, δεν χρειάζεται να κάνουν τίποτα», λέει. «Απλώς συμβαίνει».
Αυτά είναι τα καλά σημεία. Εδώ είναι μερικά από τα μειονεκτήματα. Οι κανονισμοί του Ηνωμένου Βασιλείου περιορίζουν γενικά την ποσότητα υδρογόνου στο δίκτυο φυσικού αερίου κάτω από 0.1%, επομένως η ανάπτυξη υψηλότερων κλασμάτων θα απαιτούσε αλλαγή πολιτικής. Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι το υδρογόνο είναι πολύ λιγότερο πυκνό από το μεθάνιο, πράγμα που σημαίνει ότι η ανάμειξη σε 20% υδρογόνο κατ' όγκο (όχι μάζα) μειώνει τις εκπομπές άνθρακα κατά μόλις 7%. Επιπλέον, η περαιτέρω αύξηση του κλάσματος υδρογόνου θα απαιτούσε όχι μόνο νέους λέβητες αλλά και σωλήνες αντικατάστασης, καθώς το υδρογόνο σε υψηλές συγκεντρώσεις κάνει το χάλυβα να γίνει εύθραυστο.
Ένα άλλο ζήτημα είναι ότι το μεγαλύτερο μέρος των 87 εκατομμυρίων τόνων υδρογόνου που παράγει ο κόσμος κάθε χρόνο προέρχεται από αναδιαμόρφωση μεθανίου με ατμό, καθιστώντας την τεχνολογία «γκρίζα» και όχι «πράσινη». Ο κύριος πράσινος τρόπος παραγωγής υδρογόνου είναι η χρήση ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές για τη διάσπαση του νερού σε οξυγόνο και υδρογόνο. Αλλά ο Peter, ο ειδικός στα ηλιακά καύσιμα στο Bath, λέει ότι η εύρεση αρκετής ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές για να γίνει αυτό σε κλίμακα είναι δύσκολη. «Αν προσπαθήσετε να το δημιουργήσετε όλο αυτό με ηλεκτρόλυση που παράγεται από τον ήλιο, αυτό είναι ένα αδύνατο έργο», λέει. «Απλώς δεν μπορεί να γίνει».
Η ζωή σε έναν κόσμο ουδέτερο από άνθρακα
Ο Peter επισημαίνει ότι περίπου το 40% του υδρογόνου παγκοσμίως χρησιμοποιείται επί του παρόντος για την παραγωγή λιπασμάτων, ενώ μεγάλο μέρος του υπόλοιπου πηγαίνει στη διύλιση πετρελαίου. Και οι δύο βιομηχανίες είναι πιο δύσκολες στην απαλλαγή από τον άνθρακα από την εγχώρια κατανάλωση ενέργειας, και ο Peter υποστηρίζει ότι η καύση υδρογόνου οικιακής χρήσης δεν έχει νόημα ούτε από πλευράς υλικοτεχνικής υποστήριξης. «Η παραγωγή «πράσινου» υδρογόνου με ηλεκτρόλυση, η αποστολή του κάτω από τον σωλήνα σε εσάς και η καύση του είναι ενεργειακά αναποτελεσματική σε σύγκριση με την αποστολή «πράσινου» ηλεκτρισμού στο σπίτι σας», εξηγεί. «Δεν βλέπω το υδρογόνο, ο ίδιος, να γίνεται σημαντικός παίκτης όσον αφορά το τι συμβαίνει στο σπίτι σου».
Μακροπρόθεσμα, ο Robinson συμφωνεί ότι το εγχώριο υδρογόνο «δεν έχει νόημα» από άποψη απόδοσης. Ωστόσο, επισημαίνει ότι η εγκατάσταση εναλλακτικών συστημάτων θέρμανσης θα πάρει χρόνο. «Ένα από τα ζητήματα αυτή τη στιγμή είναι ότι όταν ο λέβητας κάποιου καταρρέει, η απάντηση θα είναι απλώς να τον αντικαταστήσετε με άλλον λέβητα», λέει. «Υπάρχει ένα κενό δεξιοτήτων όσον αφορά τους μηχανικούς θέρμανσης και τις συμβουλές που λαμβάνουν οι άνθρωποι».
Κατά την άποψη του Robinson, το υδρογόνο θα μπορούσε να λειτουργήσει ως «σκαλοπάτι», μειώνοντας την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα έως ότου οι αντλίες θερμότητας γίνουν φθηνότερες και πιο κοινές. «Θα μπορούσε να είναι ότι [κάποτε] το αναμεμειγμένο υδρογόνο δημιουργεί αυτή την αγορά για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου, τότε αρχίζετε να χρησιμοποιείτε πράσινο υδρογόνο κάπου αλλού στο ενεργειακό σύστημα». Από αυτή την άποψη, βλέπει παραλληλισμούς μεταξύ του πράσινου υδρογόνου και της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας, η οποία ήταν ακριβή έως ότου οι χώρες και οι κατασκευαστές άρχισαν να επενδύουν σε αυτό, δημιουργώντας αρκετή ζήτηση για να μειώσουν τις τιμές.
Από τα συστήματα θέρμανσης στα ενεργειακά συστήματα
Εκτός από τις αντλίες θερμότητας και το υδρογόνο, μερικές άλλες τεχνολογίες θα μπορούσαν να εξομαλύνουν την πορεία προς τα σπίτια με χαμηλές εκπομπές άνθρακα. Φ/Β πάνελ υψηλής απόδοσης που χρησιμοποιούν κρυσταλλικό πυρίτιο και υλικά γνωστά ως περοβσκίτες σε διαδοχική δομή πρόκειται να μπουν σε εμπορική παραγωγή τον επόμενο χρόνο, και ο Walker πιστεύει ότι θα έχουν «σοβαρό αντίκτυπο» στο κόστος της ηλιακής ενέργειας. Η Walls είναι εξίσου ενθουσιώδης με την προοπτική ανάπτυξης ενσωματωμένων ηλιακών συλλεκτών για ηλεκτρικά αυτοκίνητα και πάνελ που μοιάζουν με τυπικά πλακάκια οροφής, ώστε να μειωθούν οι αισθητικές αντιρρήσεις για την ηλιακή ενέργεια. «Από όλες τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, τα φωτοβολταϊκά έχουν τις περισσότερες πιθανότητες να είναι ελκυστικά σε οικιακό επίπεδο», λέει.
Ένας άλλος τομέας που προσελκύει πολλές καινοτομίες είναι η αποθήκευση ενέργειας. Πολλές οικιακές ηλιακές εγκαταστάσεις ενσωματώνουν ήδη μπαταρίες λιθίου για όταν έχει συννεφιά ή σκοτάδι. Υπάρχει επίσης αποθήκευση μεγαλύτερης κλίμακας να γίνει πραγματικότητα, και η τεχνολογία αντλίας θερμότητας δεν παραμένει ακίνητη. Στη Γλασκώβη, η Yu έχει αναπτύξει ένα νέα, εύκαμπτη αντλία που ενσωματώνει μια συσκευή αποθήκευσης θερμότητας μεταξύ του συμπυκνωτή και της βαλβίδας εκτόνωσης.
Αυτή η συσκευή παίρνει μέρος της θερμότητας που διαφορετικά θα χανόταν και την καθιστά διαθέσιμη για τις λειτουργίες της αντλίας θερμότητας. Για παράδειγμα, η βοηθητική θερμότητα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την απόψυξη της εξωτερικής μονάδας της αντλίας θερμότητας, όπως απαιτείται τακτικά όταν οι θερμοκρασίες περιβάλλοντος πέφτουν κάτω από περίπου 6 °C. Συνολικά, ο Yu πιστεύει ότι μια βελτίωση της απόδοσης κατά 10% είναι εφικτή με το σχέδιό του, το οποίο πιστεύει ότι θα «κάνει μεγάλη διαφορά όταν κοιτάξετε την περίοδο απόσβεσης» για την εγκατάσταση αντλιών θερμότητας.
Χάρη στη βοηθητική αποθήκευση θερμότητας σε κύκλο, η εύκαμπτη αντλία θερμότητας θα άνοιγε και άλλες δυνατότητες, όπως η εκμετάλλευση της θερμότητας που πετάμε καθημερινά. «Για παράδειγμα, όταν κάνουμε ντους», παρατηρεί ο Yu, «θερμαίνουμε το νερό στους 70 ή 80 βαθμούς, το ανακατεύουμε με κρύο νερό για να πέσει στους 35-40 και μετά φεύγει από το ντους στους 20-30- η θερμότητα που περιέχει απλώς πετιέται στην αποχέτευση».
Μια καλύτερη προσέγγιση θα μπορούσε να είναι να θεωρήσουμε τα σπίτια μας ως ολοκληρωμένα ενεργειακά συστήματα. «Βασικά προσπαθείτε να διαχειριστείτε τις ροές ενέργειας στο σπίτι σας, τη θέρμανση και την ψύξη», λέει ο Yu. «Χρειάζεσαι το ψυγείο, χρειάζεσαι τον καταψύκτη, χρειάζεσαι τον λέβητα, χρειάζεσαι το κλιματιστικό – πετάς πολλή θερμότητα και μετά εξάγεις πολλή θερμότητα από τον αέρα. Γιατί δεν ενσωματώνουμε αυτές τις διαδικασίες;».
Δημιουργία προηγούμενου
Το 2016, όταν οι αρχές σχεδιασμού αποφάσισαν ότι ο καθεδρικός ναός του Gloucester θα μπορούσε, τελικά, να έχει ηλιακά πάνελ στην οροφή του, προειδοποίησαν τον διευθυντή του έργου Cranston ότι η απόφαση δεν δημιούργησε προηγούμενο για άλλα ιστορικά κτίρια. Έξι χρόνια μετά, ο Κράνστον λέει ότι «τα πράγματα έχουν αλλάξει σημαντικά» τόσο στην αρχή σχεδιασμού όσο και στην Εκκλησία της Αγγλίας. «Η NetZero καθιστά σαφή την πρόκληση που έχουμε μπροστά μας», λέει. «Τα κτίρια πολιτιστικής κληρονομιάς πρέπει να παίξουν τον ρόλο τους».
Στο Bath, ο Ward τονίζει ότι ο δρόμος είναι ακόμα ανοιχτός για το αβαείο να ακολουθήσει το παράδειγμά του. Το ρωμαϊκής έμπνευσης σύστημα γεωθερμικής θέρμανσης της εκκλησίας θεωρείται, λέει, «σε μεγάλο βαθμό ως ένα πρώτο βήμα για τη μετατόπιση του Bath προς το μηδέν άνθρακα», με το δημοτικό συμβούλιο και τους φορείς διατήρησης πρόθυμοι να επιδιώξουν πρόσθετες επιλογές. Το συγκρότημα Roman Baths της πόλης εγκαθιστά ήδη τη δική του έκδοση του συστήματος θέρμανσης του αβαείου και ο Ward και η ομάδα του επιθυμούν να τοποθετήσουν ηλιακούς συλλέκτες στην οροφή των γραφείων τους.
«Από όσο γνωρίζουμε, δεν υπάρχουν λύσεις βιώσιμης ενέργειας επί του παρόντος στην πόλη, επομένως βρισκόμαστε σε πρώιμες συζητήσεις με το συμβούλιο και άλλους ενδιαφερόμενους για να διερευνήσουμε πόσο γρήγορα θα μπορούσαμε να εγκαταστήσουμε ένα σύστημα», λέει. «Η ελπίδα είναι ότι μπορούμε να συνεχίσουμε να συνεργαζόμαστε για να επιταχύνουμε την πρόοδο».
