W obliczu rosnących rachunków za energię wiele osób jest zainteresowanych rezygnacją z paliw kopalnych wykorzystywanych obecnie do ogrzewania większości domów w Wielkiej Brytanii. Pytanie brzmi, jak to zrobić, ponieważ Małgorzata Harris wyjaśnia
Głęboko pod płytami średniowiecznego kościoła w Bath Abbey cicho daje się odczuć nowoczesny cud ze starożytnymi akcentami. Opactwo ukończono w marcu 2021 r System grzewczy łączy rury podpodłogowe z wymiennikami ciepła umieszczonymi siedem metrów pod powierzchnią ziemi. Tam kanałem zbudowanym prawie 2000 lat temu odprowadza się codziennie 1.1 miliona litrów wody o temperaturze 40°C z naturalnego gorącego źródła do kompleksu starożytnych łaźni rzymskich.
Wykorzystując ten strumień ciepłej wody, system zapewnia energię wystarczającą do ogrzania nie tylko opactwa, ale także sąsiedniego rzędu gruzińskich domków wykorzystywanych na biura. Nic dziwnego, że rektor opactwa pochwalił je jako „zrównoważone rozwiązanie w zakresie ogrzewania naszego pięknego, zabytkowego kościoła”.
Ale to nie wszystko. Gdy podjęto wysiłki mające na celu dekarbonizację ogrzewania opactwa, urzędnicy w Projekt śladu opactwa Bath o wartości 19.4 mln funtów zwrócili uwagę na instalację elektryczną budynku. Podobnie jak większość kościołów, opactwo rozciąga się ze wschodu na zachód, nadając jego dachowi rozległą ekspozycję na południe. Na północnych szerokościach geograficznych Wielkiej Brytanii takie dachy są skąpane w słońcu przez większą część dnia, co czyni je idealnymi do montażu paneli fotowoltaicznych (PV). Katedra w Gloucester – oddalona o godzinę jazdy na północ od Bath – wykorzystała już tę korzystną orientację, stając się – w 2016 r. – pierwszą dużą starożytną katedrą w Wielkiej Brytanii, która posiada panele słoneczne zainstalowane na jego dachu.
Aby dowiedzieć się, czy podobna konfiguracja byłaby odpowiednia w Bath Abbey, w ramach projektu Footprint współpracowano ze studentami studiów doktoranckich na Uniwersytecie w Bath pod kierunkiem Centrum Kształcenia Doktoranckiego (CDT) w zakresie nowej i zrównoważonej fotowoltaiki. W studium wykonalności opublikowanym w Energetyka i inżynieria (2022 10 892) studenci obliczyli, że dobrze zaprojektowany zestaw paneli fotowoltaicznych mógłby dostarczyć 35.7% energii elektrycznej opactwa plus 4.6%, które można by odsprzedać do sieci w dni, w których wygenerowano nadwyżkę. Zestaw zwróci się w ciągu około 13 lat i wygeneruje całkowity zysk w wysokości 139,000 12,000 ± 25 XNUMX funtów w ciągu XNUMX lat.
domowe prawdy
Instalacja paneli słonecznych na dachu Bath Abbey pozostaje na razie tylko pomysłem. „To realna opcja na przyszłość – kiedy nadejdzie odpowiedni moment”, jak to ujął dyrektor projektu Footprint, Nathan Ward. Jednak dla wielu osób w Wielkiej Brytanii – zwykłych właścicieli domów, a także opiekunów słynnych budynków – moment zaczyna wydawać się naprawdę pilny. Pod wpływem rosyjskiej inwazji na Ukrainę, dużego światowego zapotrzebowania na gaz i różnych czynników lokalnych ceny energii wzrosły do niespotykanego dotąd poziomu.
W prognozach opublikowanych w sierpniu podała firma doradcza Cornwall Insight liczony że przeciętne gospodarstwo domowe w Wielkiej Brytanii mogłoby wydać 355 funtów miesięcznie na energię w styczniu 2023 r., gdyby sytuacja się nie zmieniła. Gwarancja ceny energii brytyjskiego rządu, ogłoszony we wrześniu, zapewniło pewną ulgę w postaci dopłat do rachunków za energię. Mimo to w okresie od października 2021 r. do października 2022 r. maksymalna cena jednostkowa, jaką dostawcy energii mogą pobierać od gospodarstw domowych w Wielkiej Brytanii znacznie wzrosła, wzrastając z 7 pensów do 10.3 pensów za kilowatogodzinę (kWh) w przypadku gazu i z 21 pensów do 34 pensów za kWh w przypadku energii elektrycznej.
Fizyk kąpieli Alison Walker, która jest dyrektorką CDT, twierdzi, że artykuł jej zespołu był wówczas zatytułowany była to raczej hipotetyczna propozycja pokazująca, że opactwo poważnie podchodziło do zmniejszenia swojego śladu węglowego. Teraz jednak „koszty energii wzrosły tak gwałtownie, że jeśli wygeneruje się ją we własnym zakresie, może ona stać się znacznie tańsza i mniej podatna na wahania cen energii, jakie mieliśmy w tym roku” – mówi.
Dla właścicieli domów, którzy chcą zmniejszyć swoje rachunki za energię, swój ślad węglowy lub jedno i drugie, panele słoneczne są jednym z najłatwiejszych i najtańszych sposobów na osiągnięcie tego. Panele fotowoltaiczne na bazie krzemu to dojrzała technologia, ich cena gwałtownie spadła w ciągu ostatnich 10 lat, a montaż paneli dachowych zajmuje tylko kilka dni. Ponieważ jednak wsparcie rządowe dla instalacji fotowoltaicznych nie jest już dostępne dla gospodarstw domowych, koszty początkowe stanowią dla wielu barierę, a listy oczekujących na instalację fotowoltaiki są długie.
Co gorsza, panele słoneczne nie nadają się do wszystkich mieszkań, czy to ze względów technicznych, czy ze względu na ich wygląd. „W Wielkiej Brytanii jesteśmy bardzo świadomi estetyki budynków” – mówi Mike'a Wallsa, fizyk z Uniwersytetu w Loughborough Centrum Technologii Systemów Energii Odnawialnej. „Są budynki, szczególnie stare, w których ludzie nie instalowaliby paneli słonecznych, ponieważ nie wyglądają ładnie lub nie pasują dobrze do ogólnego wyglądu”. Kierownik projektów katedry w Gloucester, Anne Cranston, zauważa, że jej zespół musiał udowodnić, że panele będą „jak najbardziej dyskretne”, zanim władze planistyczne je zaakceptują.
W każdym razie samo umieszczenie kilku paneli fotowoltaicznych na dachu rzadko wystarcza, aby uwolnić gospodarstwa domowe od uzależnienia od paliw kopalnych. Oczywiście Słońce nie świeci w nocy, podczas gdy średnie bezpośrednie, normalne nasłonecznienie – miara energii Słońca na jednostkę powierzchni – dla północnej Europy wynosi nie więcej niż kilka kWh/m2. Dlatego nawet w najbardziej słoneczne zimowe dni typowa brytyjska instalacja fotowoltaiczna na dachu nie będzie wytwarzać wystarczającej ilości energii, aby ogrzać znajdujący się pod nią dom – co odkryłem, instalując w lutym panele słoneczne w moim własnym domu (patrz ramka „Jeden dom na raz ”).
Jeśli panele słoneczne nie są pełną odpowiedzią, właściciele domów, którzy chcą zakończyć (lub przynajmniej zmniejszyć) swoją zależność od paliw kopalnych i którym brakuje wygodnego rzymskiego zaopatrzenia w ciepłą wodę w Bath Abbey, muszą znaleźć inne rozwiązania. Jedną z możliwości jest rezygnacja z tradycyjnych kotłów gazowych i zastąpienie ich alternatywnymi systemami grzewczymi. Rzeczywiście, w ramach zobowiązania rządu Wielkiej Brytanii do osiągnięcia zerowej emisji dwutlenku węgla netto do 2050 r., począwszy od 2025 r. instalowanie kotłów gazowych w nowo budowanych domach w Wielkiej Brytanii nie będzie już legalne. Jednak wysiłki mające na celu modernizację istniejących obiektów postępują powoli. Jak zatem „zazielenić” zasoby mieszkaniowe Wielkiej Brytanii?
Zatrzymywanie ciepła
Domy w Wielkiej Brytanii tracą ciepło średnio trzy razy szybciej niż domy w innych krajach europejskich
Eksperci, z którymi rozmawiałem na potrzeby tego artykułu, byli zgodni w jednym punkcie: wszystko byłoby znacznie łatwiejsze, gdyby mieszkania były lepiej izolowane. „Tak naprawdę odpowiedzią jest izolacja, izolacja, izolacja, ponieważ jest to po prostu zdecydowanie najlepszy sposób na zmniejszenie kosztów energii” – mówi Walker. „Wydajności nie poświęca się tak dużej uwagi, jak powinna” – zgadza się Zosia Robinson, profesor zrównoważonego rozwoju na Uniwersytecie Keele.
Liczby są otrzeźwiające. 2020 „The Puzzle of Monogamous Marriage” opracowane przez firmę Tado° zajmującą się inteligentnymi technologiami grzewczymi odkryło, że domy w Wielkiej Brytanii tracą ciepło średnio do trzech razy szybciej niż domy w innych krajach europejskich. Korzystając z danych zebranych od 80,000 20 klientów w całej Europie, analitycy Tado° doszli do wniosku, że dom w Wielkiej Brytanii nagrzany do 0°C w dzień, w którym temperatura wynosi XNUMX°C, traci średnio trzy stopnie po pięciu godzinach, gdy ogrzewanie jest wyłączone, w porównaniu z zaledwie jednym stopniem na dom w Niemczech.
Te słabe wyniki wynikają częściowo ze starzenia się zasobów mieszkaniowych w Wielkiej Brytanii. Ale Laurie Peter, ekspert z Bath w dziedzinie wykorzystania energii słonecznej do wytwarzania paliw, twierdzi, że problem dotyczy również nowszych domów. „Kolejne rządy stchórzyły, jeśli chodzi o przepisy dotyczące budowy domów” – argumentuje, dodając, że dotyczy to całkowitego śladu węglowego domu, a także jego zużycia energii. „Jeśli chodzi o budowę domów i izolację, nadal jesteśmy mniej więcej tam, gdzie byliśmy w czasach wiktoriańskich, co, szczerze mówiąc, jest hańbą”.
Ze względu na połączenie starszych budynków i luźnych przepisów połowa z 28.5 miliona domów w Anglii ma taką samą izolację ścian jak opactwo Bath – czyli nie ma jej wcale. Podwójne szyby są bardziej powszechne, ale według lat 2020–2021 Angielskie badanie mieszkaniowe, w 14% angielskich domów nadal go brakuje. Co gorsza, stawki modernizacji mają spadł z klifu. W 2012 r. w około 2.3 miliona domów zainstalowano nową izolację poddaszy, ścian szczelinowych lub ścian litych, ale liczba ta spadła do poniżej 200,000 XNUMX rocznie po tym, jak rząd zastąpił udany program modernizacji zachętami, które okazały się mniej skuteczne.
Jeden dom na raz
Mieszkam w gospodarstwie złożonym z dwóch fizyków, więc kiedy wymieniliśmy kocioł gazowy na pompę ciepła i zainstalowaliśmy panele słoneczne na dachu, w naturalny sposób potraktowaliśmy instalację jako eksperyment naukowy, którego wyniki mogliśmy monitorować w czasie. Czy zużywalibyśmy mniej energii? I czy miałoby to jakikolwiek wpływ na nasze rachunki?
Nasz edwardiański dom szeregowy z cegły jest stosunkowo wydajny jak na swój wiek, z podwójnymi szybami oraz izolacją poddasza i ścian szczelinowych. Mimo to przejście na pompę ciepła wymagało przygotowania. Po zmierzeniu naszych pomieszczeń i okien instalatorzy (lokalna firma hydrauliczna, która na boku zajmuje się pompami ciepła) obliczyli, że będziemy potrzebować pompy ciepła o mocy 8 kW, nowego, wysokowydajnego zbiornika ciepłej wody oraz dłuższych grzejników o podwójnej szerokości w każdy pokój.
Duży popyt narzucił instalatorom napięty harmonogram, więc kiedy w połowie stycznia zaoferowali nam miejsce, zgodziliśmy się, mimo że oznaczało to brak ogrzewania przez maksymalnie dwa tygodnie (byłoby to trudniejsze w przypadku gospodarstw domowych z małymi dziećmi lub osobami niepełnosprawnymi) ). Wysoki popyt i problemy w łańcuchu dostaw również opóźniły instalację paneli słonecznych do lutego. Jednak po zakończeniu modernizacji wszystko działało znakomicie, co pokazuje wykres zużycia energii w domu od stycznia 2021 r. do sierpnia 2022 r.
Pompa ciepła zaczęła pracować 19 stycznia. Przez resztę zimy i wczesną wiosnę średnie dzienne zużycie energii w naszym domu (niebieska linia) było o około połowę mniejsze niż w tym samym okresie 2021 r. (należy pamiętać, że zbiór danych za 2021 r. opiera się na odczytach kwartalnych lub dwumiesięcznych, natomiast zużycie od lutego 2022 r. i później rejestrowano co tydzień). Panele słoneczne zainstalowane 3 lutego przyniosły mniejszy efekt, częściowo dlatego, że brak miejsca i budżetu na baterie sprawił, że część energii elektrycznej została wyeksportowana do sieci (zielona linia), a nie wykorzystana w domu (różowa linia). Dom kontynuował także import prądu (linia pomarańczowa) wieczorami, w pochmurne dni i w okresach większego zapotrzebowania. Mimo to późną wiosną i wczesnym latem średnia dzienna produkcja paneli rutynowo przekraczała średnie dzienne zużycie domu, co było pokrzepiającym wynikiem.
Korzyści finansowe są mniej oczywiste. Energia elektryczna w Wielkiej Brytanii pochodzi z różnych źródeł, w tym ze źródeł odnawialnych, gazu, energii jądrowej i (rzadko) węgla, ale ceny energii elektrycznej są powiązane z najdroższym źródłem (obecnie gazem). Ceny energii elektrycznej w Wielkiej Brytanii obejmują także podatki środowiskowe, które nie mają zastosowania do gazu, pomimo jego wyższych kosztów środowiskowych. Tak więc, chociaż nasz dom zużywa mniej energii, energia, którą nadal importuje, jest znacznie droższa niż gaz w przeliczeniu na jednostkę. Sprzedaż energii elektrycznej z paneli słonecznych pomaga, podobnie jak dotacja na pompę ciepła z (obecnie zamkniętego) programu motywacyjnego krajowego rządu Wielkiej Brytanii dotyczącego krajowego źródła energii odnawialnej, ale ta część problemu ostatecznie dotyczy polityki, a nie fizyki.
Pompowanie ciepła
Oprócz tego, że właściciele domów obciążają się wyższymi rachunkami za energię i zwiększoną emisją dwutlenku węgla, zła izolacja ogranicza możliwości zmiany sposobu ogrzewania domów. Plany rządu Wielkiej Brytanii dotyczące osiągnięcia zerowej emisji dwutlenku węgla netto opierają się w dużej mierze na: wymiana kotłów gazowych na pompy ciepła, z celem 19 milionów pomp ciepła do 2050 r. w porównaniu z około 250,000 XNUMX obecnie. Jest to strategia, która w pewnym sensie ma sens.
Pompy ciepła działają na tej samej zasadzie co lodówki, z tą różnicą, że pobierają ciepło z powietrza lub ziemi na zewnątrz, aby ogrzać wnętrze. A dzięki prawom termodynamiki są niezwykle wydajne: na każdą jednostkę pobranego prądu wydzielają 3–4 jednostki ciepła (patrz ramka „Jak działają pompy ciepła”). Technologia ta jest również dojrzała pod względem komercyjnym, a główni producenci, tacy jak Mitsubishi Electric i Daikin, produkują całą gamę modeli.
Niestety pewne aspekty obecnej struktury energetycznej Wielkiej Brytanii utrudniają prace. Zhibin Yu, inżynier z Uniwersytetu w Glasgow, podsumowuje sytuację. „W Wielkiej Brytanii większość naszych domów jest podłączona do sieci gazowej, dlatego nasze systemy centralnego ogrzewania są zaprojektowane z myślą o kotłach” – wyjaśnia. Dzięki cyrkulacji wody o temperaturze 60, 70, a nawet 80°C, tradycyjny kocioł na gaz ziemny może utrzymać ciepło w domu (choć jest to kosztowne), nawet jeśli grzejniki są małe, a ściany i poddasze źle izolowane.
Natomiast wydajność pompy ciepła zależy od różnicy temperatur pomiędzy źródłem pompy ciepła (takim jak powietrze zewnętrzne) a jej zasilaniem (woda lub powietrze krążące w systemie grzewczym). Jak wyjaśnia Yu, jeśli różnica jest duża, wydajność jest niska. Aby osiągnąć najwyższą efektywność energetyczną, najlepiej byłoby, gdyby temperatura zasilania wynosiła od 35 do 45°C.
Może to być w porządku w przypadku systemów ogrzewania podłogowego, takich jak te używane w Bath Abbey. Jednak powierzchnia wymiany ciepła w przypadku grzejników o standardowych rozmiarach rzadko jest wystarczająco duża, aby utrzymać ciepło w pomieszczeniu, jeśli wokół nich krąży woda o stosunkowo letniej temperaturze 45°C. W rezultacie lokatorzy mogą odczuwać nieprzyjemny chłód – nie jest to dobra wiadomość dla każdego, kto poświęcił czas i energię na rozmontowanie kotła gazowego i zainstalowanie pompy ciepła.
Większe grzejniki i lepsza izolacja mogą rozwiązać ten problem – za niewielką cenę. Według Yu powietrzna pompa ciepła o mocy wystarczającej do ogrzania typowego domu bliźniaczego kosztuje zazwyczaj od 3000 do 5000 funtów. Jednak kompletna instalacja, łącznie z modernizacją grzejników, może kosztować ponad dwukrotnie więcej, co sprawia, że cały projekt jest od czterech do pięciu razy droższy niż instalacja nowego kotła. „To trudna sytuacja” – podsumowuje.
Jak działają pompy ciepła
W przeciwieństwie do standardowych grzejników elektrycznych, które działają na zasadzie przepuszczania prądu przez drut oporowy, pompy ciepła działają na tych samych zasadach termodynamicznych, co lodówki. W ich sercu znajduje się płyn roboczy, taki jak difluorometan, który odparowuje w stosunkowo niskiej temperaturze i ciśnieniu. Dzięki temu płyn może absorbować ciepło nawet ze źródeł o niskiej temperaturze (Qźródło), takich jak gleba, woda lub powietrze zewnętrzne w zimie.
Po pochłonięciu ciepła ciecz robocza zamienia się w parę i przechodzi przez sprężarkę, która dodatkowo podnosi jej temperaturę, oraz skraplacz, który zamienia ciepłą parę pod wysokim ciśnieniem w ciecz. Ciepło uwolnione w tej fazie zmiany (QDostawa) jest następnie przesyłany do instalacji centralnego ogrzewania, a następnie do budynku poprzez powietrze wdmuchiwane kanałami lub wodę krążącą przez grzejniki lub rury podłogowe. Gdy płyn roboczy uwolni większość swojego ciepła, przepuszcza się go przez zawór rozprężny, zmniejszając jego ciśnienie (a tym samym temperaturę), dzięki czemu cykl może rozpocząć się od nowa.
Wdrażanie wodoru
Alternatywą dla zamiany kotłów na pompy ciepła może być zmiana paliwa w kotłach na wodór. W przeciwieństwie do gazu ziemnego, wodór podczas spalania nie wydziela dwutlenku węgla i zasadniczo można go wytwarzać w sposób przyjazny dla środowiska. To jest uzasadnienie niedawno ukończonego HyDeploy projekt, w ramach którego kilkaset domów w Wielkiej Brytanii spalało mieszankę gazu ziemnego i do 20% wodoru (objętościowo).
Badanie pilotażowe zaprojektowano tak, aby przejście było jak najbardziej bezbolesne dla właścicieli domów. Na szczęście nowoczesne kotły gazowe są zaprojektowane tak, aby wytrzymać do 25% wodoru, więc niewiele domów wymagało modernizacji. Obie fazy pilotażu odbyły się na ograniczonych obszarach geograficznych (w pobliżu Uniwersytetu Keele w Staffordshire i Winlaton w północno-wschodniej Anglii), co umożliwiło indywidualne rozwianie początkowych obaw mieszkańców dotyczących bezpieczeństwa i kosztów.
Robinson, która jest zaangażowana w HyDeploy jako socjolog w Keele, twierdzi, że jak dotąd dane z jej ankiety wskazują na wysoki stopień akceptacji społecznej. „Większość ludzi tak naprawdę nie przejmuje się tym zbytnio, zwłaszcza że w przypadku mieszanego wodoru nie muszą nic robić” – mówi. „To się po prostu zdarza.”
To są dobre strony. Oto niektóre wady. Przepisy brytyjskie generalnie ograniczają ilość wodoru w sieci gazowej do poziomu poniżej 0.1%, dlatego wprowadzenie wyższych frakcji wymagałoby zmiany polityki. Innym problemem jest to, że wodór ma znacznie mniejszą gęstość niż metan, co oznacza, że dodanie 20% wodoru objętościowo (a nie masowo) zmniejsza emisję dwutlenku węgla zaledwie o 7%. Co więcej, dalsze zwiększanie udziału wodoru wymagałoby nie tylko nowych kotłów, ale także wymiany rur, ponieważ wodór w wysokich stężeniach powoduje kruchość stali.
Kolejną kwestią jest to, że większość z 87 milionów ton wodoru produkowanego każdego roku na świecie pochodzi z parowej reformulacji metanu, co sprawia, że technologia ta jest „szara”, a nie „zielona”. Głównym ekologicznym sposobem produkcji wodoru jest wykorzystanie energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych do rozbicia wody na tlen i wodór. Peter, ekspert ds. paliw słonecznych w Bath, twierdzi jednak, że znalezienie wystarczającej ilości energii odnawialnej, aby móc to osiągnąć na dużą skalę, jest trudne. „Jeśli spróbujesz wygenerować to wszystko za pomocą elektrolizy wytwarzanej przez energię słoneczną, będzie to niemożliwe” – mówi. „Tego po prostu nie da się zrobić”.
Życie w świecie neutralnym pod względem emisji dwutlenku węgla
Peter zwraca uwagę, że około 40% światowego wodoru wykorzystuje się obecnie do produkcji nawozów, a większość pozostałej części trafia do rafinacji ropy naftowej. Obie branże są trudniejsze do dekarbonizacji niż krajowe zużycie energii, a Peter twierdzi, że spalanie wodoru w gospodarstwach domowych również nie ma logistycznego sensu. „Wytwarzanie „zielonego” wodoru w drodze elektrolizy, przesyłanie go rurą do użytkownika i spalanie go jest nieefektywne energetycznie w porównaniu z wysyłaniem „ekologicznej” energii elektrycznej do domu” – wyjaśnia. „Nie widzę, żeby wodór stał się głównym czynnikiem wpływającym na to, co dzieje się w twoim domu”.
Na dłuższą metę Robinson zgadza się, że wodór do użytku domowego „nie ma sensu” z punktu widzenia wydajności. Zaznacza jednak, że zainstalowanie alternatywnych systemów grzewczych będzie wymagało czasu. „Jednym z obecnych problemów jest to, że w przypadku awarii czyjegoś kotła reakcją będzie po prostu wymiana go na inny” – mówi. „Istnieją luki w umiejętnościach inżynierów zajmujących się ogrzewaniem i w zakresie porad, jakie otrzymują ludzie”.
Zdaniem Robinsona wodór mógłby działać jako „odskocznia” w zmniejszaniu zależności od paliw kopalnych do czasu, aż pompy ciepła staną się tańsze i bardziej powszechne. „Być może będzie tak, że [kiedy] wodór mieszany stworzy rynek produkcji zielonego wodoru, wówczas zacznie się wykorzystywać zielony wodór w innym miejscu systemu energetycznego”. Pod tym względem widzi podobieństwa między ekologicznym wodorem a morską energią wiatrową, która była droga, dopóki kraje i producenci nie zaczęli w nią inwestować, tworząc wystarczający popyt, aby obniżyć ceny.
Od systemów grzewczych po systemy energetyczne
Oprócz pomp ciepła i wodoru kilka innych technologii może ułatwić drogę do domów niskoemisyjnych. Wysokowydajne panele fotowoltaiczne wykorzystujące krzem krystaliczny i materiały zwane perowskitami w strukturze tandemowej mają wejść do produkcji komercyjnej w przyszłym roku, a Walker uważa, że będą one miały „poważny wpływ” na koszt energii słonecznej. Walls z podobnym entuzjazmem podchodzi do perspektywy opracowania zintegrowanych paneli słonecznych do samochodów elektrycznych oraz paneli wyglądających jak standardowe dachówki, aby zmniejszyć zastrzeżenia estetyczne dotyczące energii słonecznej. „Ze wszystkich odnawialnych źródeł energii fotowoltaika ma największe szanse na atrakcyjność na poziomie mieszkaniowym” – mówi.
Kolejnym obszarem przyciągającym wiele innowacji jest magazynowanie energii. Wiele domowych instalacji fotowoltaicznych zawiera już baterie litowe, które można wykorzystać, gdy jest pochmurno lub ciemno. Magazynowanie na większą skalę jest również możliwe staje się rzeczywistością, a technologia pomp ciepła również nie stoi w miejscu. W Glasgow Yu opracował m.in nowa, elastyczna pompa który zawiera urządzenie magazynujące ciepło pomiędzy skraplaczem a zaworem rozprężnym.
Urządzenie to pobiera część ciepła, które w przeciwnym razie zostałoby utracone i udostępnia je do pracy pompy ciepła. Na przykład ciepło pomocnicze można wykorzystać do odszraniania jednostki zewnętrznej pompy ciepła, co jest zwykle wymagane, gdy temperatura otoczenia spada poniżej około 6 °C. Ogólnie rzecz biorąc, Yu uważa, że dzięki jego projektowi możliwa jest poprawa wydajności o 10%, co jego zdaniem „będzie miało duże znaczenie, jeśli spojrzy się na okres zwrotu” w przypadku instalacji pomp ciepła.
Dzięki pomocniczemu magazynowaniu ciepła w cyklu elastyczna pompa ciepła otworzyłaby także inne możliwości, takie jak wykorzystanie ciepła, które wyrzucamy każdego dnia. „Na przykład, kiedy bierzemy prysznic” – zauważa Yu – „podgrzewamy wodę do 70 lub 80 stopni, mieszamy ją z zimną wodą, aby uzyskać temperaturę 35–40, a następnie opuszczamy prysznic o temperaturze 20–30 – zawarte w nim ciepło jest po prostu wyrzucane do kanalizacji.”
Lepszym podejściem mogłoby być rozważenie naszych domów jako zintegrowanych systemów energetycznych. „Zasadniczo starasz się zarządzać przepływem energii w domu, ogrzewaniem i chłodzeniem” – mówi Yu. „Potrzebujesz lodówki, potrzebujesz zamrażarki, potrzebujesz bojlera, potrzebujesz klimatyzatora – wyrzucasz dużo ciepła, a następnie pobierasz dużo ciepła z powietrza. Dlaczego nie zintegrujemy tych procesów?”
Stworzenie precedensu
Kiedy w 2016 roku władze planistyczne zadecydowały, że katedra w Gloucester może mimo wszystko mieć panele słoneczne na dachu, ostrzegły dyrektora projektu Cranstona, że decyzja ta nie stanowi precedensu dla innych budynków historycznych. Sześć lat później Cranston twierdzi, że „sytuacja uległa znaczącym zmianom” zarówno w organach odpowiedzialnych za planowanie, jak i w Kościele anglikańskim. „NetZero jasno pokazuje, jakie wyzwanie stoi przed nami wszystkimi” – mówi. „Budynki będące dziedzictwem kulturowym muszą odegrać swoją rolę”.
W Bath Ward podkreśla, że opactwo nadal ma otwartą drogę do pójścia w ich ślady. Jego zdaniem inspirowany stylem rzymskim system ogrzewania geotermalnego kościoła jest „postrzegany jako pierwszy krok w kierunku przejścia Bath w stronę zerowej emisji dwutlenku węgla”, a rada miejska i organy zajmujące się ochroną przyrody chętnie korzystają z dodatkowych opcji. Miejski kompleks Łaźni Rzymskich instaluje już własną wersję systemu grzewczego opactwa, a Ward i jego zespół chcą zainstalować panele słoneczne na dachu swoich biur.
„O ile nam wiadomo, w mieście nie ma obecnie żadnych zrównoważonych rozwiązań energetycznych, dlatego prowadzimy wstępne rozmowy z radą i innymi zainteresowanymi stronami, aby sprawdzić, jak szybko moglibyśmy zainstalować system” – mówi. „Mamy nadzieję, że będziemy mogli nadal współpracować, aby przyspieszyć postęp”.
