Un edificio autónomo es un edificio diseñado para funcionar independientemente de los servicios de apoyo a la infraestructura , como la red eléctrica , la red de gas , los sistemas municipales de agua, los sistemas de tratamiento de aguas residuales , los drenajes pluviales , los servicios de comunicación y, en algunos casos, las vías públicas .
Los defensores de la construcción autónoma describen ventajas que incluyen impactos ambientales reducidos , mayor seguridad y menores costos de propiedad . Algunas de las ventajas citadas satisfacen los principios de la construcción sustentable , no la independencia per se (ver más abajo). Los edificios fuera de la red a menudo dependen muy poco de los servicios civiles y, por lo tanto, son más seguros y cómodos durante desastres civiles o ataques militares. Por ejemplo, los edificios fuera de la red no se quedarían sin electricidad ni agua si el suministro público se viera comprometido.
A partir de 2018, la mayoría de las investigaciones y artículos publicados sobre la construcción autónoma se centran en viviendas residenciales.
En 2002, los arquitectos británicos Brenda y Robert Vale dijeron que
Es muy posible en todas partes de Australia construir una "casa sin facturas", que sería cómoda sin calefacción ni refrigeración, que produciría su propia electricidad, recogería su propia agua y se ocuparía de sus propios residuos... Estas casas Se puede construir ahora, utilizando técnicas disponibles en el mercado. Es posible construir una "casa sin facturas" por el mismo precio que una casa convencional, pero sería (25%) más pequeña. [1]
En la década de 1970, grupos de activistas e ingenieros se inspiraron en las advertencias sobre el inminente agotamiento de los recursos y la hambruna. En los Estados Unidos, un grupo que se hacía llamar Nuevos Alquimistas era famoso por el profundo esfuerzo de investigación puesto en sus proyectos. Utilizando técnicas de construcción convencionales , diseñaron una serie de proyectos de " biorefugios ", el más famoso de los cuales fue la comunidad de biorefugios The Ark para la Isla del Príncipe Eduardo . Publicaron los planos de todos ellos, con cálculos de diseño detallados y planos. El Arca utilizaba electricidad y bombeo de agua mediante energía eólica y era autónoma en la producción de alimentos. Tenía viviendas para personas, peceras que criaban tilapia para obtener proteínas , un invernadero regado con agua de peces y un sistema de recuperación de aguas residuales de circuito cerrado que reciclaba los desechos humanos y los convertía en fertilizante desinfectado para las peceras. En enero de 2010, la organización sucesora de los Nuevos Alquimistas tiene una página web llamada "Nuevo Instituto de Alquimia". [2] El Arca PEI ha sido abandonada y parcialmente renovada varias veces.
La década de 1990 vio el desarrollo de Earthships , similar en intención al proyecto Ark, pero organizado como una empresa con fines de lucro, con detalles de construcción publicados en una serie de tres libros de Mike Reynolds . El material de construcción son neumáticos rellenos de tierra . Esto forma un muro que tiene grandes cantidades de masa térmica (ver refugio de tierra ). Las bermas se colocan en superficies expuestas para aumentar aún más la estabilidad de la temperatura de la casa. El sistema de agua comienza con agua de lluvia, procesada para beber, luego se lava, luego se riega las plantas, luego se descarga el inodoro y, finalmente, el agua negra se recicla nuevamente para regar más las plantas. Los aljibes se colocan y utilizan como masas térmicas. La energía, incluida la electricidad, el calor y el calentamiento de agua, proviene de la energía solar .
Los arquitectos de la década de 1990, como William McDonough y Ken Yeang, aplicaron un diseño de edificios ambientalmente responsable a grandes edificios comerciales, como edificios de oficinas, haciéndolos en gran medida autosuficientes en la producción de energía. Un importante edificio bancario ( la sede de ING en Ámsterdam ) en los Países Bajos se construyó para que fuera autónomo y también artístico.
A medida que un arquitecto o ingeniero se preocupa más por las desventajas de las redes de transporte y la dependencia de recursos distantes, sus diseños tienden a incluir elementos más autónomos. El camino histórico hacia la autonomía fue la preocupación por fuentes seguras de calor, energía, agua y alimentos. Un camino casi paralelo hacia la autonomía ha sido comenzar con una preocupación por los impactos ambientales, que causan desventajas.
Los edificios autónomos pueden aumentar la seguridad y reducir el impacto ambiental mediante el uso de recursos in situ (como la luz solar y la lluvia) que de otro modo se desperdiciarían. La autonomía a menudo reduce drásticamente los costos y los impactos de las redes que dan servicio al edificio, porque la autonomía evita las crecientes ineficiencias de la recolección y el transporte de recursos. Otros recursos afectados, como las reservas de petróleo y la retención de la cuenca local, a menudo pueden conservarse de forma económica mediante diseños bien pensados.
Los edificios autónomos suelen ser energéticamente eficientes en su funcionamiento y, por lo tanto, rentables, por la razón obvia de que las necesidades energéticas más pequeñas son más fáciles de satisfacer fuera de la red. Pero pueden sustituir la producción de energía u otras técnicas para evitar rendimientos decrecientes en condiciones de conservación extrema.
Una estructura autónoma no siempre es respetuosa con el medio ambiente. El objetivo de independencia de los sistemas de apoyo está asociado con otros objetivos de la construcción sustentable ambientalmente responsable, pero no es idéntico a ellos . Sin embargo, los edificios autónomos también suelen incluir cierto grado de sostenibilidad mediante el uso de energías renovables y otros recursos renovables, no produciendo más gases de efecto invernadero de los que consumen, y otras medidas.
En primer lugar y fundamentalmente, la independencia es una cuestión de grado. Por ejemplo, eliminar la dependencia de la red eléctrica es relativamente fácil. Por el contrario, gestionar una fuente de alimentos eficiente y fiable puede ser una tarea ardua.
Vivir dentro de un refugio autónomo también puede requerir sacrificios en el estilo de vida o en las oportunidades sociales. Incluso las casas autónomas más cómodas y tecnológicamente avanzadas podrían requerir modificaciones en el comportamiento de los residentes. Es posible que algunos no agradezcan las tareas adicionales. Los Vail describieron las experiencias de algunos clientes como inconvenientes, irritantes, aislantes o incluso como un trabajo de tiempo completo no deseado. Un edificio bien diseñado puede reducir este problema, pero normalmente a expensas de una autonomía reducida.
Una casa autónoma debe construirse a medida (o modernizarse en gran medida) para adaptarse al clima y la ubicación. Las técnicas solares pasivas, los sistemas alternativos de sanitarios y alcantarillado, los diseños de masa térmica, los sistemas de baterías en sótanos, las ventanas eficientes y toda una serie de otras tácticas de diseño requieren cierto grado de construcción no estándar, gastos adicionales, experimentación y mantenimiento continuos , y también tienen un efecto sobre la psicología del espacio.
Esta sección incluye algunas descripciones mínimas de métodos, para dar una idea de la practicidad de un edificio de este tipo, proporcionar índices para obtener más información y dar una idea de las tendencias modernas.
Existen muchos métodos para recolectar y conservar agua. La reducción del uso es rentable.
Los sistemas de aguas grises reutilizan el agua de lavado drenada para descargar inodoros o regar céspedes y jardines . Los sistemas de aguas grises pueden reducir a la mitad el uso de agua en la mayoría de los edificios residenciales; sin embargo, requieren la compra de un sumidero, una bomba de presurización de aguas grises y tuberías secundarias . Algunos constructores están instalando urinarios sin agua e incluso inodoros de compostaje que eliminan el uso de agua en la eliminación de aguas residuales.
La solución clásica con cambios mínimos en el estilo de vida es utilizar un pozo . Una vez perforado , un pie de pozo requiere una potencia sustancial. Sin embargo, los pies bien avanzados pueden reducir el uso de energía al doble o más que los modelos más antiguos. El agua de pozo puede estar contaminada en algunas áreas. El filtro de arsénico Sono elimina el arsénico nocivo para la salud en el agua de pozo.
Sin embargo, perforar un pozo es una actividad incierta, ya que los acuíferos están agotados en algunas zonas. También puede resultar caro.
En regiones con precipitaciones suficientes, suele ser más económico diseñar un edificio para aprovechar la recolección de agua de lluvia , con entregas de agua suplementarias en caso de sequía . El agua de lluvia es un agua de lavado excelente y suave, pero necesita un tratamiento antibacteriano. Si se utiliza para beber, son necesarios suplementos minerales o mineralización. [3]
La mayoría de los climas desérticos y templados reciben al menos 250 milímetros (9,8 pulgadas) de lluvia por año. Esto significa que una casa típica de un piso con un sistema de aguas grises puede satisfacer sus necesidades de agua durante todo el año sólo desde su techo. En las zonas más secas, podría requerirse una cisterna de 30 metros cúbicos (7900 gal EE.UU.). Muchas áreas promedian 13 milímetros (0,51 pulgadas) de lluvia por semana, y pueden usar una cisterna tan pequeña como 10 metros cúbicos (2600 gal EE.UU.).
En muchas zonas, es difícil mantener un techo lo suficientemente limpio para beber. [4] Para reducir la suciedad y el mal sabor, los sistemas utilizan un techo colector metálico y un tanque "limpiador de techo" que desvía los primeros 40 litros. El agua de las cisternas suele estar clorada , aunque los sistemas de ósmosis inversa proporcionan agua potable de mejor calidad.
En la casa romana clásica ("Domus"), el agua potable se suministraba desde una cisterna (el "impluvium"), que era un elemento decorativo del atrio, el principal espacio público de la casa. Se alimentaba mediante tejas de bajante de la abertura del tejado orientada hacia el interior (el "compluvium"). A menudo se cultivaban en él nenúfares para purificar el agua. Los hogares ricos a menudo complementaban la lluvia con una pequeña fuente alimentada por la cisterna de una ciudad. El impluvium siempre tuvo un desagüe rebosadero para que no pudiera inundar la casa. [5] [6]
Las cisternas modernas suelen ser grandes depósitos de plástico. Los tanques de gravedad en torres cortas son confiables, por lo que las reparaciones de las bombas son menos urgentes. La cisterna a granel menos costosa es un estanque cercado o una piscina a nivel del suelo.
Reducir la autonomía reduce el tamaño y el gasto de las cisternas. Muchos hogares autónomos pueden reducir el uso de agua por debajo de 10 galones estadounidenses (38 L) por persona por día, de modo que en una sequía se pueda entregar un mes de agua de forma económica mediante camión. La autoentrega a menudo es posible instalando tanques de agua de tela que se ajustan a la plataforma de una camioneta.
Puede resultar conveniente utilizar la cisterna como disipador de calor o trampa para una bomba de calor o sistema de aire acondicionado ; sin embargo, esto puede calentar el agua potable fría y, en años más secos, puede disminuir la eficiencia del sistema HVAC.
Los destiladores solares pueden producir eficientemente agua potable a partir de agua de zanjas o de cisternas, especialmente los diseños de humidificación de efectos múltiples de alta eficiencia , que separan los evaporadores y los condensadores.
Las nuevas tecnologías, como la ósmosis inversa, pueden crear cantidades ilimitadas de agua pura a partir de agua contaminada, agua de mar e incluso aire húmedo. Hay potabilizadoras disponibles para yates que convierten el agua de mar y la electricidad en agua potable y salmuera . Los generadores de agua atmosférica extraen la humedad del aire seco del desierto y la filtran hasta obtener agua pura.
Los inodoros de compostaje utilizan bacterias para descomponer las heces humanas en un abono sanitario útil e inodoro. El proceso es sanitario porque las bacterias del suelo se comen los patógenos humanos y la mayor parte de la masa de desechos. Sin embargo, la mayoría de las autoridades sanitarias prohíben el uso directo de " humanabo " para el cultivo de alimentos. [7] El riesgo es la contaminación microbiana y viral, así como la toxicidad por metales pesados. En un inodoro de compostaje seco, los desechos se evaporan o digieren en gas (principalmente dióxido de carbono) y se ventilan, por lo que un inodoro produce sólo unas pocas libras de compost cada seis meses. Para controlar el olor, los inodoros modernos utilizan un pequeño ventilador para mantener el inodoro bajo presión negativa y expulsar los gases a un tubo de ventilación. [8]
Algunos sistemas domésticos de tratamiento de aguas residuales utilizan tratamientos biológicos, generalmente lechos de plantas y acuarios, que absorben nutrientes y bacterias y convierten las aguas grises y residuales en agua limpia. Esta agua recuperada sin olor ni color se puede utilizar para descargar inodoros y regar las plantas exteriores. Cuando se prueba, se acerca a los estándares para agua potable. En climas helados, las plantas y los acuarios deben mantenerse en un pequeño invernadero. Los buenos sistemas necesitan tanto cuidado como un acuario grande .
Los sanitarios incineradores eléctricos convierten los excrementos en una pequeña cantidad de ceniza. Son fríos al tacto, no tienen agua ni tuberías y requieren un respiradero en la pared. Se utilizan en zonas remotas donde el uso de fosas sépticas es limitado, normalmente para reducir la carga de nutrientes en los lagos.
El biorreactor de la NASA es un sistema biológico de alcantarillado extremadamente avanzado. Puede convertir las aguas residuales en aire y agua mediante la acción microbiana. La NASA planea utilizarlo en la misión tripulada a Marte . Otro método es el sistema de destilación de orina en agua de la NASA .
Una gran desventaja de los complejos sistemas biológicos de tratamiento de aguas residuales es que si la casa está vacía, la biota del sistema de aguas residuales puede morir de hambre.
El manejo de aguas residuales es esencial para la salud pública. Muchas enfermedades se transmiten a través de sistemas de alcantarillado que funcionan mal.
El sistema estándar es un campo de lixiviación con baldosas combinado con un tanque séptico . La idea básica es proporcionar un pequeño sistema con tratamiento primario de aguas residuales . El lodo se deposita en el fondo del tanque séptico, se reduce parcialmente mediante digestión anaeróbica y el fluido se dispersa en el campo de lixiviación. El campo de lixiviación suele estar debajo de un jardín en el que se cultiva césped. Los tanques sépticos pueden funcionar enteramente por gravedad y, si se manejan bien, son razonablemente seguros.
Las fosas sépticas deben ser bombeadas periódicamente mediante un camión aspirador para eliminar los sólidos no reductores. No bombear un tanque séptico puede provocar un desbordamiento que dañe el campo de lixiviación y contamine el agua subterránea. Los tanques sépticos también pueden requerir algunos cambios en el estilo de vida, como no usar trituradores de basura, minimizar los líquidos que se arrojan al tanque y minimizar los sólidos no digeribles que se arrojan al tanque. Por ejemplo, se recomienda utilizar papel higiénico seguro para fosas sépticas.
Sin embargo, los tanques sépticos siguen siendo populares porque permiten accesorios de plomería estándar y requieren pocos o ningún sacrificio en el estilo de vida.
Los sanitarios de compostaje o envasado hacen que sea económico y sanitario tirar las aguas residuales como parte del servicio normal de recolección de basura. También reducen el uso de agua a la mitad y eliminan la dificultad y el gasto de las fosas sépticas. Sin embargo, exigen que el vertedero local utilice prácticas sanitarias.
Los sistemas incineradores son bastante prácticos. Las cenizas son biológicamente seguras y representan menos de 1/10 del volumen de los desechos originales, pero como todos los desechos de incineradores, generalmente se clasifican como desechos peligrosos.
Los métodos tradicionales de manejo de aguas residuales incluyen sanitarios de pozo , letrinas y letrinas . Estos pueden ser seguros, económicos y prácticos. Todavía se utilizan en muchas regiones.
Los sistemas de drenaje son un compromiso crucial entre la habitabilidad humana y una cuenca segura y sostenible. Las áreas pavimentadas y los céspedes no permiten que mucha precipitación se filtre a través del suelo para recargar los acuíferos. Pueden provocar inundaciones y daños en los barrios, ya que el agua fluye sobre la superficie hacia un punto bajo.
Por lo general, las redes de alcantarillado pluviales elaboradas y que requieren mucho capital están diseñadas para hacer frente a las aguas pluviales . En algunas ciudades, como las alcantarillas de Londres de la época victoriana o gran parte de la antigua ciudad de Toronto , el sistema de aguas pluviales se combina con el sistema de alcantarillado sanitario. En caso de fuertes precipitaciones, la carga sobre la planta de tratamiento de aguas residuales al final de la tubería se vuelve demasiado grande para manejar y las aguas residuales sin tratar se vierten en tanques de retención y, a veces, en aguas superficiales.
Los edificios autónomos pueden abordar las precipitaciones de varias maneras. Si se combina un canal absorbente de agua en cada patio con calles de concreto permeables , se pueden omitir los drenajes pluviales del vecindario. Esto puede ahorrar más de $800 por casa (década de 1970) al eliminar los drenajes pluviales. [9] Una forma de utilizar los ahorros es comprar lotes más grandes, lo que permite más comodidades al mismo costo. El hormigón permeable es un producto establecido en climas cálidos y en desarrollo para climas helados. En climas helados, la eliminación de los drenajes pluviales a menudo aún puede permitir obtener suficiente terreno para construir zanjas (zanjas de recolección de aguas poco profundas) o bermas que impidan el agua. Este plan proporciona más terreno para los propietarios y puede ofrecer una topografía más interesante para el paisajismo. Además, un techo verde captura la precipitación y utiliza el agua para cultivar plantas. Puede construirse en un edificio nuevo o usarse para reemplazar un techo existente.
Dado que la electricidad es un servicio caro, el primer paso hacia la autonomía es diseñar una casa y un estilo de vida para reducir la demanda. Las luces LED , los ordenadores portátiles y los frigoríficos que funcionan con gas ahorran electricidad, aunque los frigoríficos que funcionan con gas no son muy eficientes. [10] También hay refrigeradores eléctricos supereficientes, como los producidos por la compañía Sun Frost, algunos de los cuales usan sólo aproximadamente la mitad de electricidad que un refrigerador con calificación Energy Star del mercado masivo.
Utilizando un techo solar, las células solares pueden proporcionar energía eléctrica. Los techos solares pueden ser más rentables que la energía solar modernizada, porque los edificios necesitan techos de todos modos. Las células solares modernas duran unos 40 años, lo que las convierte en una inversión razonable en algunas áreas. En un ángulo suficiente, las células solares se limpian con el agua de lluvia y, por lo tanto, casi no tienen impacto en el estilo de vida.
Muchas áreas tienen largas noches de invierno o días oscuros y nublados. En estos climas, es posible que una instalación solar no se amortice por sí sola o que se necesiten grandes sistemas de almacenamiento de baterías para lograr la autosuficiencia eléctrica. [11] En climas tormentosos o ventosos, las turbinas eólicas pueden reemplazar o complementar significativamente la energía solar. [12] La casa autónoma promedio necesita sólo una pequeña turbina eólica , de 5 metros o menos de diámetro. En una torre de 30 metros (100 pies), esta turbina puede proporcionar suficiente energía para complementar la energía solar en días nublados. Las turbinas eólicas disponibles comercialmente utilizan generadores de CA sellados de una parte móvil y palas pasivas con movimiento automático para años de funcionamiento sin servicio.
La principal ventaja de la energía eólica es que las turbinas eólicas más grandes tienen un costo por vatio menor que las células solares, siempre que haya viento. La ubicación de las turbinas es fundamental: así como algunos lugares carecen de sol para las células solares, muchas áreas carecen de suficiente viento para que una turbina se amortice por sí sola. En las Grandes Llanuras de Estados Unidos, una turbina de 10 metros (33 pies) puede suministrar suficiente energía para calentar y enfriar una casa totalmente eléctrica bien construida. El uso económico en otras áreas requiere investigación y posiblemente un estudio del sitio. [13]
Algunos sitios tienen acceso a un arroyo con un cambio de elevación. Estos sitios pueden utilizar pequeños sistemas hidroeléctricos para generar electricidad. Si la diferencia de elevación es superior a 30 metros (100 pies) y el arroyo corre en todas las estaciones, esto puede proporcionar energía continua con una instalación pequeña y económica. Los cambios de elevación más bajos requieren instalaciones o presas más grandes y pueden ser menos eficientes. La obstrucción en la entrada de la turbina puede ser un problema práctico. La solución habitual es una pequeña piscina y una cascada (una tubería forzada) para eliminar los desechos flotantes. Otra solución es utilizar una turbina que resista los desechos, como una turbina helicoidal Gorlov o una turbina Ossberger .
En épocas de baja demanda, el exceso de energía se puede almacenar en baterías para uso futuro. Sin embargo, las baterías deben reemplazarse cada pocos años. En muchas áreas, los gastos de batería se pueden eliminar conectando el edificio a la red eléctrica y operando el sistema de energía con medición neta . Se requiere permiso de servicios públicos, pero dicha generación cooperativa es un mandato legal en algunas áreas (por ejemplo, California). [13]
Un edificio basado en red es menos autónomo, pero más económico y sostenible con menos sacrificios en el estilo de vida. En las zonas rurales, el coste y el impacto de la red se pueden reducir utilizando sistemas de retorno a tierra de un solo cable (por ejemplo, el sistema MALT).
En áreas que carecen de acceso a la red, el tamaño de la batería se puede reducir con un generador para recargarlas durante sequías de energía, como nieblas prolongadas. Los generadores auxiliares suelen funcionar con propano , gas natural o, a veces, diésel . Una hora de carga suele proporcionar un día de funcionamiento. Los cargadores residenciales modernos permiten al usuario configurar los tiempos de carga, de modo que el generador sea silencioso por la noche. Algunos generadores se prueban automáticamente una vez por semana. [14] [15]
Los avances recientes en cojinetes magnéticos pasivamente estables podrían algún día permitir un almacenamiento económico de energía en un volante en el vacío. Grupos de investigación como Ballard Power Systems de Canadá también están trabajando para desarrollar una " pila de combustible regenerativa ", un dispositivo que puede generar hidrógeno y oxígeno cuando hay energía disponible, y combinarlos eficientemente cuando se necesita energía.
Las baterías terrestres aprovechan corrientes eléctricas en la tierra llamadas corriente telúrica . Se pueden instalar en cualquier lugar del suelo. Proporcionan sólo voltajes y corriente bajos. Se utilizaron para alimentar telégrafos en el siglo XIX. A medida que aumenta la eficiencia de los electrodomésticos, pueden resultar prácticos.
Las pilas de combustible microbianas y los generadores termoeléctricos [16] [17] permiten generar electricidad a partir de biomasa. La planta se puede secar, picar y convertir o quemar en su totalidad, o se puede dejar viva para que las bacterias puedan convertir la savia residual de la planta.
La mayoría de los edificios autónomos están diseñados para utilizar aislamiento, masa térmica y calefacción y refrigeración solar pasiva. Ejemplos de ellos son los muros trombe y otras tecnologías como lucernarios .
La calefacción solar pasiva puede calentar la mayoría de los edificios incluso en climas templados y fríos. En climas más fríos, los costos adicionales de construcción pueden ser tan solo un 15% más que los de los edificios nuevos convencionales. En los climas cálidos, aquellos que tienen menos de dos semanas de noches heladas al año, no hay ningún impacto en los costos.
El requisito básico para la calefacción solar pasiva es que los colectores solares deben mirar hacia la luz solar predominante (sur en el hemisferio norte , norte en el hemisferio sur ) y el edificio debe incorporar masa térmica para mantenerlo caliente durante la noche.
Un sistema de calefacción solar reciente, algo experimental , "calefacción geosolar anualizada " es práctico incluso en regiones que reciben poca o ninguna luz solar en invierno. [18] Utiliza el suelo debajo de un edificio para masa térmica. Las precipitaciones pueden arrastrar el calor, por lo que el suelo se protege con faldones de aislamiento plástico de 6 m . La masa térmica de este sistema es lo suficientemente económica y grande como para almacenar suficiente calor de verano para calentar un edificio durante todo el invierno y suficiente frío de invierno para enfriar el edificio en verano.
En los sistemas geosolares anualizados, el colector solar suele estar separado (y más caliente o más frío) del espacio habitable. En realidad, el edificio puede construirse a partir de aislamiento , por ejemplo, una construcción con fardos de paja . Algunos edificios han sido diseñados aerodinámicamente para que la convección a través de conductos y espacios interiores elimine la necesidad de ventiladores eléctricos.
Un diseño más modesto de "solar diario" es práctico. Por ejemplo, por una prima de aproximadamente el 15% en los costos de construcción, los códigos de construcción Passivhaus en Europa utilizan ventanas aislantes de alto rendimiento, aislamiento R-30, ventilación HRV y una pequeña masa térmica. Con cambios modestos en la posición del edificio, las ventanas modernas con aislamiento de criptón o argón permiten que las ventanas de apariencia normal proporcionen calor solar pasivo sin comprometer el aislamiento o la resistencia estructural. Si se dispone de una pequeña calefacción para las noches más frías, una losa o una cisterna en el sótano pueden proporcionar la masa térmica necesaria de forma económica . Los códigos de construcción Passivhaus, en particular, aportan una calidad del aire interior inusualmente buena, porque los edificios cambian el aire varias veces por hora, haciéndolo pasar a través de un intercambiador de calor para mantener el calor en el interior.
En todos los sistemas, un pequeño calefactor adicional aumenta la seguridad personal y reduce los impactos en el estilo de vida con una pequeña reducción de la autonomía. Los dos calentadores más populares para casas de eficiencia ultra alta son una pequeña bomba de calor , que también proporciona aire acondicionado , o un calentador de aire hidrónico central (radiador) con agua que recircula desde el calentador de agua . Los diseños Passivhaus suelen integrar el calentador con el sistema de ventilación.
Los refugios de tierra y los cortavientos también pueden reducir la cantidad absoluta de calor que necesita un edificio. A varios pies bajo tierra, la temperatura oscila entre 4 °C (39 °F) en Dakota del Norte y 26 °C (79 °F), [18] en el sur de Florida. Las barreras contra el viento reducen la cantidad de calor que se elimina de un edificio.
Los edificios redondeados y aerodinámicos también pierden menos calor.
Un número cada vez mayor de edificios comerciales utiliza un ciclo combinado con cogeneración para proporcionar calefacción, a menudo calentamiento de agua, a partir de la salida de un motor alternativo de gas natural , una turbina de gas o un generador eléctrico Stirling . [19]
Las casas diseñadas para hacer frente a las interrupciones en los servicios civiles generalmente incorporan una estufa de leña , o calor y energía a partir de combustible diesel o gas envasado , independientemente de sus otros mecanismos de calefacción.
Los calentadores y estufas eléctricos pueden proporcionar calor libre de contaminación (dependiendo de la fuente de energía), pero consumen grandes cantidades de electricidad. Si los paneles solares, las turbinas eólicas u otros medios proporcionan suficiente electricidad, los calentadores y estufas eléctricos se convierten en un diseño práctico y autónomo.
Las unidades de reciclaje de calor de agua caliente recuperan el calor de las líneas de drenaje de agua. Aumentan la autonomía de un edificio al disminuir el calor o el combustible utilizado para calentar el agua. Son atractivos porque no tienen cambios en el estilo de vida.
Los sistemas actuales de calentamiento de agua doméstico, prácticos y cómodos, combinan un sistema de precalentamiento solar con un calentador termostático de flujo continuo alimentado por gas , de modo que la temperatura del agua es constante y la cantidad ilimitada. Esto reduce los impactos en el estilo de vida con cierto costo en la autonomía.
Los calentadores de agua solares pueden ahorrar grandes cantidades de combustible. Además, pequeños cambios en el estilo de vida, como lavar la ropa, los platos y bañarse en días soleados, pueden aumentar considerablemente su eficiencia. Los calentadores solares puros son especialmente útiles para lavanderías, piscinas y baños exteriores, porque pueden programarse para su uso en días soleados.
El truco básico en un sistema de calentamiento solar de agua es utilizar un tanque de retención bien aislado. Algunos sistemas están aislados al vacío y actúan como grandes termos . El depósito se llena de agua caliente en los días soleados y está disponible en todo momento. A diferencia de un calentador de agua de tanque convencional, el tanque se llena solo cuando hay luz solar. Un buen almacenamiento hace factible un recolector más pequeño y de mayor tecnología. Estos colectores pueden utilizar tecnologías relativamente exóticas, como el aislamiento al vacío y la concentración reflectante de la luz solar.
Los sistemas de cogeneración producen agua caliente a partir del calor residual . Generalmente obtienen el calor del escape de un generador o pila de combustible.
El reciclaje de calor, la cogeneración y el precalentamiento solar pueden ahorrar entre un 50% y un 75% del gas que de otro modo se utilizaría. Además, algunas combinaciones proporcionan confiabilidad redundante al tener varias fuentes de calor. Algunas autoridades abogan por sustituir el gas envasado o el gas natural por biogás . Sin embargo, esto suele ser poco práctico a menos que haya ganado en el lugar. Los desechos de una sola familia suelen ser insuficientes para producir suficiente metano para algo más que pequeñas cantidades de comida.
Los edificios geosolares anualizados a menudo tienen faldones de aislamiento herméticos enterrados e inclinados que se extienden 6 metros (20 pies) desde los cimientos, para evitar fugas de calor entre la tierra utilizada como masa térmica y la superficie.
Son posibles mejoras menos dramáticas. Las ventanas pueden tener sombra en verano. Los aleros pueden sobresalir para proporcionar la sombra necesaria. Estos también dan sombra a las paredes de la casa, lo que reduce los costos de refrigeración.
Otro truco consiste en enfriar la masa térmica del edificio durante la noche, tal vez con un ventilador para toda la casa y luego enfriar el edificio a partir de la masa térmica durante el día. Es útil poder dirigir el aire frío desde un radiador orientado hacia el cielo (tal vez un colector solar para calentar aire con un propósito alternativo) o un enfriador evaporativo directamente a través de la masa térmica. En noches despejadas, incluso en zonas tropicales, los radiadores orientados hacia el cielo pueden enfriar por debajo del punto de congelación.
Si un edificio circular es aerodinámicamente liso y más frío que el suelo, puede enfriarse pasivamente mediante el "efecto cúpula". Muchas instalaciones han informado que un domo reflectante o de color claro induce un vórtice local vertical impulsado por calor que aspira el aire más frío del techo hacia abajo hacia un domo si el domo tiene la ventilación adecuada (un único respiradero superior y respiraderos periféricos). Algunas personas han informado de una diferencia de temperatura de hasta 8 °C ( 15 °F ) entre el interior de la cúpula y el exterior. Buckminster Fuller descubrió este efecto con un diseño de casa simple adaptado de un silo de grano , y adaptó su casa Dymaxion y sus cúpulas geodésicas para usarlo.
Se están empezando a utilizar refrigeradores y acondicionadores de aire que funcionan con el calor residual de los gases de escape de un motor diésel, un conducto de calefacción o un colector solar. Estos utilizan los mismos principios que un refrigerador de gas. Normalmente, el calor de una chimenea alimenta un " enfriador por absorción ". El agua fría o la salmuera del enfriador se utiliza para enfriar el aire o un espacio refrigerado.
La cogeneración es popular en los nuevos edificios comerciales. En los sistemas de cogeneración actuales, pequeñas turbinas de gas o motores Stirling propulsados por gas natural producen electricidad y sus gases de escape accionan un enfriador por absorción .
NRG Solutions, Inc. realizó una demostración de un refrigerador para remolque de camión que funciona con el calor residual del escape diésel de un tractor. NRG desarrolló un intercambiador de calor y un vaporizador de gas de amoníaco hidrónico , los dos nuevos componentes esenciales, no disponibles comercialmente, de un refrigerador impulsado por calor residual.
Un esquema similar (enfriamiento multifásico) puede realizarse mediante un enfriador evaporativo de múltiples etapas. El aire pasa por un spray de solución salina para deshumidificarlo, luego por un spray de solución de agua para enfriarlo, luego por otra solución salina para deshumidificarlo nuevamente. La salmuera debe regenerarse, y esto se puede hacer de forma económica con un destilador solar de baja temperatura. Los enfriadores evaporativos multifásicos pueden reducir la temperatura del aire en 50 °F (28 °C) y aún así controlar la humedad. Si el regenerador de salmuera utiliza calor elevado, también esteriliza parcialmente al aire.
Si se dispone de suficiente energía eléctrica, la refrigeración se puede realizar mediante aire acondicionado convencional mediante bomba de calor .
La producción de alimentos a menudo se ha incluido en proyectos autónomos históricos para brindar seguridad. [20] La jardinería intensiva y especializada puede sustentar a un adulto con tan solo 100 metros cuadrados de tierra por persona, [21] [22] posiblemente requiriendo el uso de agricultura orgánica y aeroponía . Algunos sistemas de producción de alimentos intensivos y de bajo esfuerzo comprobados incluyen los huertos urbanos (interiores y exteriores). El cultivo en interiores se puede realizar mediante hidroponía , mientras que el cultivo en exteriores se puede realizar mediante permacultura , jardinería forestal , agricultura sin labranza y agricultura sin actividad física .
A veces también se incluyen los invernaderos . [20] [23] A veces también están equipados con sistemas de riego o sistemas de disipadores de calor que pueden respectivamente irrigar las plantas o ayudar a almacenar energía del sol y redistribuirla por la noche (cuando los invernaderos comienzan a enfriarse). [20] [24]