Un edificio autónomo es un edificio diseñado para funcionar independientemente de los servicios de apoyo de infraestructura , como la red eléctrica , la red de gas , los sistemas de agua municipales, los sistemas de tratamiento de aguas residuales , los desagües 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 ventajas citadas satisfacen los principios de la construcción ecológica , 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 más cómodos durante desastres civiles o ataques militares. Por ejemplo, los edificios fuera de la red no se quedarían sin electricidad ni agua si se comprometieran los suministros públicos.
A partir de 2018, la mayoría de las investigaciones y artículos publicados sobre construcción autónoma se centran en las viviendas residenciales.
En 2002, los arquitectos británicos Brenda y Robert Vale dijeron que
En cualquier parte de Australia es posible construir una "casa sin facturas", que sea cómoda sin calefacción ni aire acondicionado, que produzca su propia electricidad, recoja su propia agua y se ocupe de sus propios residuos... Estas casas se pueden construir ahora, utilizando técnicas estándar. Es posible construir una "casa sin facturas" por el mismo precio que una casa convencional, pero sería (un 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 autodenominaba Nuevos Alquimistas era famoso por la profundidad del esfuerzo de investigación que ponía en sus proyectos. Utilizando técnicas de construcción convencionales , diseñaron una serie de proyectos de " biorefugio ", el más famoso de los cuales fue la comunidad de biorefugio The Ark para la Isla del Príncipe Eduardo . Publicaron los planes para todos ellos, con cálculos de diseño detallados y planos. The Ark utilizaba bombeo de agua basado en el viento y electricidad y era autónomo en la producción de alimentos. Tenía viviendas para personas, peceras para criar tilapia para obtener proteínas , un invernadero regado con agua de pescado y un sistema de recuperación de aguas residuales de circuito cerrado que reciclaba los desechos humanos en fertilizante desinfectado para las peceras. A partir de enero de 2010, la organización sucesora de los Nuevos Alquimistas tiene una página web como el "New Alchemy Institute". [2] El PEI Ark ha sido abandonado y parcialmente renovado varias veces.
En la década de 1990 se desarrolló Earthships , un proyecto similar al Ark, pero organizado como una empresa con fines de lucro, cuyos detalles de construcción se publicaron en una serie de 3 libros de Mike Reynolds . El material de construcción son neumáticos rellenos de tierra . Esto forma una pared que tiene grandes cantidades de masa térmica (ver refugio de tierra ). Se colocan bermas en las superficies expuestas para aumentar aún más la estabilidad térmica de la casa. El sistema de agua comienza con agua de lluvia, procesada para beber, luego para lavar, luego para regar las plantas, luego para tirar de la cadena del inodoro y, finalmente, el agua negra se recicla nuevamente para regar más las plantas. Las cisternas se colocan y se utilizan como masas térmicas. La energía, incluida la electricidad, el calor y el calentamiento del agua, proviene de la energía solar .
En la década de 1990, arquitectos como William McDonough y Ken Yeang aplicaron un diseño de construcción respetuoso con el medio ambiente a grandes edificios comerciales, como los 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 artístico al mismo tiempo.
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 más elementos 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 los impactos ambientales al utilizar recursos del lugar (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 ineficiencias que se multiplican en la recolección y el transporte de recursos. Otros recursos afectados, como las reservas de petróleo y la conservación de la cuenca hidrográfica local, a menudo se pueden conservar de manera económica mediante diseños bien pensados.
Los edificios autónomos suelen ser energéticamente eficientes en su funcionamiento y, por lo tanto, rentables, por la obvia razón de que es más fácil satisfacer necesidades energéticas menores sin conexión a la red. Pero pueden sustituir la producción de energía u otras técnicas para evitar rendimientos decrecientes en la 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 ecológica responsable con el medio ambiente, pero no es idéntico a ellos . Sin embargo, los edificios autónomos también suelen incluir cierto grado de sostenibilidad mediante el uso de energía renovable 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. En cambio, mantener una fuente de alimentos eficiente y fiable puede ser una tarea ardua.
Vivir en un refugio autónomo también puede exigir sacrificios en el estilo de vida o en las oportunidades sociales. Incluso las viviendas autónomas más cómodas y tecnológicamente avanzadas pueden requerir modificaciones en el comportamiento de los residentes. Es posible que a algunos no les agraden las tareas adicionales. Los Vail describieron las experiencias de algunos clientes como incómodas, irritantes, aislantes o incluso como un trabajo de tiempo completo no deseado. Un edificio bien diseñado puede reducir este problema, pero generalmente a expensas de una menor autonomía.
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 saneamiento y alcantarillado, los diseños de masa térmica, los sistemas de baterías en el sótano, las ventanas eficientes y la variedad de otras tácticas de diseño requieren cierto grado de construcción no estándar, gastos adicionales, experimentación y mantenimiento constantes , y también tienen un efecto en la psicología del espacio.
Esta sección incluye algunas descripciones mínimas de los 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 los inodoros o regar el césped y los jardines . Los sistemas de aguas grises pueden reducir a la mitad el uso de agua de la mayoría de los edificios residenciales; sin embargo, requieren la compra de un sumidero, una bomba de presurización de aguas grises y una plomería secundaria . 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 , el pie de pozo requiere una energía considerable. Sin embargo, los pies de pozo avanzados pueden reducir el consumo de energía al doble o más en comparación con los modelos más antiguos. El agua de pozo puede estar contaminada en algunas áreas. El filtro de arsénico Sono elimina el arsénico nocivo en el agua de pozo.
Sin embargo, la perforación de un pozo es una actividad incierta, ya que en algunas zonas los acuíferos están agotados, y también puede resultar costosa.
En las regiones con suficiente pluviosidad, suele ser más económico diseñar un edificio que aproveche la recolección de agua de lluvia y que cuente con un suministro de agua suplementario en caso de sequía . El agua de lluvia es un excelente agua blanda para el lavado, pero necesita un tratamiento antibacteriano. Si se utiliza para beber, es necesario aplicar 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 una planta con un sistema de aguas grises puede satisfacer sus necesidades de agua durante todo el año solo con su techo. En las zonas más secas, podría requerir una cisterna de 30 metros cúbicos (7900 galones estadounidenses). Muchas áreas tienen un promedio de 13 milímetros (0,51 pulgadas) de lluvia por semana, y en ellas se puede utilizar una cisterna tan pequeña como de 10 metros cúbicos (2600 galones estadounidenses).
En muchas zonas, resulta difícil mantener un techo lo suficientemente limpio para beber. [4] Para reducir la suciedad y los malos sabores, los sistemas utilizan un techo colector de metal y un tanque "limpiador de techo" que desvía los primeros 40 litros. El agua de cisterna suele estar clorada , aunque los sistemas de ósmosis inversa proporcionan agua potable de mejor calidad.
En la casa romana clásica ("Domus"), el agua de uso doméstico provenía de una cisterna (el "impluvium"), que era un elemento decorativo del atrio, el principal espacio público de la casa. Se alimentaba de tejas de bajante que caían desde la abertura del tejado orientada hacia el interior (el "compluvium"). A menudo se cultivaban nenúfares en ella para purificar el agua. Las familias adineradas solían complementar la lluvia con una pequeña fuente alimentada por la cisterna de una ciudad. El impluvium siempre tenía un desagüe de desbordamiento para que no se inundara la casa. [5] [6]
Las cisternas modernas suelen ser grandes tanques 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 más económica es un estanque o piscina cercada a nivel del suelo.
Al reducir la autonomía se reducen el tamaño y el coste de las cisternas. Muchas casas autónomas pueden reducir el consumo de agua por debajo de los 38 litros por persona al día, de modo que en caso de sequía se puede suministrar agua para un mes de forma económica mediante camiones. La autodistribución suele ser posible instalando cisternas de tela que se adaptan a la parte trasera de una camioneta.
Puede ser conveniente utilizar la cisterna como disipador de calor o trampa para una bomba de calor o un sistema de aire acondicionado ; sin embargo, esto puede hacer que el agua potable fría se caliente 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 efecto múltiple de alta eficiencia , que separan el/los evaporador(es) y el/los condensador(es).
Las nuevas tecnologías, como la ósmosis inversa, pueden crear cantidades ilimitadas de agua pura a partir de agua contaminada, agua del océano e incluso aire húmedo. Hay generadores de agua disponibles para yates que convierten el agua de mar y la electricidad en agua potable y salmuera . Los generadores de agua atmosféricos extraen la humedad del aire seco del desierto y la filtran para convertirla en agua pura.
Los sanitarios de compostaje utilizan bacterias para descomponer las heces humanas en un abono útil, inodoro e higiénico. El proceso es higiénico porque las bacterias del suelo se comen a los patógenos humanos, así como la mayor parte de la masa de los desechos. Sin embargo, la mayoría de las autoridades sanitarias prohíben el uso directo de " humanabono " para cultivar alimentos. [7] El riesgo es la contaminación microbiana y viral, así como la toxicidad de metales pesados . En un sanitario de compostaje seco, los desechos se evaporan o digieren en gas (principalmente dióxido de carbono) y se ventilan, por lo que un inodoro produce solo unos pocos kilos de abono cada seis meses. Para controlar el olor, los sanitarios modernos utilizan un pequeño ventilador para mantener el inodoro bajo presión negativa y expulsar los gases a un tubo de ventilación. [8]
Algunos sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticos utilizan un tratamiento biológico, generalmente lechos de plantas y acuarios, que absorben nutrientes y bacterias y convierten las aguas grises y residuales en agua clara. Esta agua recuperada, libre de olores y color, se puede utilizar para descargar inodoros y regar plantas exteriores. Cuando se prueba, se aproxima a los estándares para agua potable. En climas en los que se congelan, las plantas y los acuarios deben mantenerse en un pequeño espacio de invernadero. Los buenos sistemas necesitan aproximadamente el mismo cuidado que un acuario grande .
Los inodoros eléctricos incineradores convierten los excrementos en una pequeña cantidad de cenizas. Son fríos al tacto, no tienen agua ni tuberías y requieren un respiradero en una pared. Se utilizan en zonas remotas donde el uso de fosas sépticas es limitado, generalmente para reducir la carga de nutrientes en los lagos.
El biorreactor de la NASA es un sistema de tratamiento de aguas residuales biológico extremadamente avanzado. Puede convertir las aguas residuales en aire y agua mediante la acción de los microbios. La NASA planea utilizarlo en la misión tripulada a Marte . Otro método es el sistema de destilación de orina a agua de la NASA .
Una gran desventaja de los sistemas complejos de tratamiento biológico de aguas residuales es que si la casa está vacía, la biota del sistema de alcantarillado puede morir de hambre.
El tratamiento de las aguas residuales es esencial para la salud pública. Muchas enfermedades se transmiten por sistemas de alcantarillado que funcionan mal.
El sistema estándar es un campo de lixiviación con tejas combinado con un tanque séptico . La idea básica es proporcionar un sistema pequeño 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 generalmente está debajo de un patio con césped en crecimiento. Los tanques sépticos pueden funcionar completamente por gravedad y, si se manejan bien, son razonablemente seguros.
Los tanques sépticos deben bombearse periódicamente con un camión de vacío para eliminar los sólidos no reductores. Si no se bombea un tanque séptico, puede producirse 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 vierten en el tanque y minimizar los sólidos no digeribles que se vierten en el tanque. Por ejemplo, se recomienda usar papel higiénico apto para fosas sépticas.
Sin embargo, los tanques sépticos siguen siendo populares porque permiten instalaciones de plomería estándar y requieren pocos o ningún sacrificio en el estilo de vida.
Los sanitarios composteros o de embalaje permiten desechar las aguas residuales de forma económica e higiénica 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, requieren que el vertedero local utilice prácticas sanitarias.
Los sistemas de incineración son bastante prácticos. Las cenizas son biológicamente seguras y representan menos de 1/10 del volumen de los residuos originales, pero, como todos los residuos de incineración, suelen clasificarse como residuos peligrosos.
Los métodos tradicionales de tratamiento de aguas residuales incluyen letrinas , letrinas y letrinas de pozo . 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 hidrográfica segura y sostenible. Las áreas pavimentadas y los céspedes o césped no permiten que se filtren muchas precipitaciones a través del suelo para recargar los acuíferos. Pueden causar inundaciones y daños en los barrios, ya que el agua fluye por la superficie hacia un punto bajo.
Por lo general, se diseñan redes de alcantarillado pluvial complejas y que requieren mucho capital para lidiar con las aguas pluviales . En algunas ciudades, como las alcantarillas de la era victoriana en Londres 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 en la planta de tratamiento de aguas residuales al final de la tubería se vuelve demasiado grande para manejarla y las aguas residuales sin tratar se vierten en tanques de almacenamiento y, a veces, en aguas superficiales.
Los edificios autónomos pueden hacer frente a las precipitaciones de diversas maneras. Si se combina un canal de absorción de agua para cada patio con calles de hormigón permeable , se pueden omitir los desagües pluviales del vecindario. Esto puede ahorrar más de $800 por casa (década de 1970) al eliminar los desagües pluviales. [9] Una forma de utilizar los ahorros es comprar lotes más grandes, lo que permite más servicios 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 desagües pluviales a menudo puede pagar suficiente terreno para construir canales (zanjas de recolección de agua poco profunda) o bermas que impidan el paso del agua. Este plan proporciona más terreno para los propietarios de viviendas 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.
Como la electricidad es un servicio costoso, el primer paso hacia la autonomía es diseñar una casa y un estilo de vida que reduzcan la demanda. Las luces LED , las computadoras portátiles y los refrigeradores a gas ahorran electricidad, aunque los refrigeradores a gas no son muy eficientes. [10] También hay refrigeradores eléctricos supereficientes, como los producidos por la empresa Sun Frost, algunos de los cuales usan solo la mitad de electricidad que un refrigerador con clasificación Energy Star del mercado masivo .
Mediante un tejado solar, las células solares pueden proporcionar energía eléctrica. Los tejados solares pueden ser más rentables que la energía solar instalada de forma retroactiva, porque los edificios necesitan tejados de todos modos. Las células solares modernas duran unos 40 años, lo que las convierte en una inversión razonable en algunas zonas. En un ángulo suficiente, las células solares se limpian con el agua de lluvia y, por tanto, casi no tienen ningún impacto en el estilo de vida.
En muchas zonas, las noches de invierno son largas o los días son muy nublados. En estos climas, una instalación solar podría no ser rentable o se necesitan 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 solo 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 sola pieza móvil y aspas pasivas que se desplazan automáticamente 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 en algunas zonas no hay sol para las células solares, en muchas zonas no hay suficiente viento para que una turbina se amortice por sí sola. En las Grandes Llanuras de los Estados Unidos, una turbina de 10 metros (33 pies) puede suministrar suficiente energía para calentar y enfriar una casa bien construida que funcione con electricidad. El uso económico en otras zonas requiere investigación y, posiblemente, un estudio del lugar. [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 fluye en todas las estaciones, esto puede proporcionar energía continua con una instalación pequeña y económica. Los cambios de elevación menores requieren instalaciones o represas 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 de Gorlov o una turbina de Ossberger .
En épocas de baja demanda, el exceso de energía se puede almacenar en baterías para su uso futuro. Sin embargo, las baterías deben reemplazarse cada pocos años. En muchas áreas, los gastos de baterías se pueden eliminar conectando el edificio a la red eléctrica y operando el sistema eléctrico con medición neta . Se requiere permiso de la empresa de servicios públicos, pero dicha generación cooperativa es obligatoria por ley en algunas áreas (por ejemplo, California). [13]
Un edificio conectado a la red eléctrica es menos autónomo, pero más económico y sostenible y requiere menos sacrificios en el estilo de vida. En las zonas rurales, el coste y los impactos de la red eléctrica se pueden reducir utilizando sistemas de retorno a tierra de un solo cable (por ejemplo, el sistema MALT).
En las zonas que carecen de acceso a la red eléctrica, el tamaño de la batería se puede reducir con un generador para recargarlas durante sequías energéticas, 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 establecer los tiempos de carga, de modo que el generador esté en silencio durante la noche. Algunos generadores se prueban automáticamente una vez por semana. [14] [15]
Los recientes avances en cojinetes magnéticos pasivamente estables podrían permitir algún día el almacenamiento económico de energía en un volante de inercia 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 de manera eficiente cuando se necesita energía.
Las baterías de tierra aprovechan las corrientes eléctricas de la tierra, llamadas corrientes telúricas . Se pueden instalar en cualquier parte del suelo. Proporcionan solo voltajes y corrientes bajos. Se utilizaron para alimentar telégrafos en el siglo XIX. A medida que aumente la eficiencia de los electrodomésticos, pueden volverse prácticas.
Las células de combustible microbianas y los generadores termoeléctricos [16] [17] permiten generar electricidad a partir de biomasa. La planta se puede secar, trocear y transformar o quemar entera, o se puede dejar viva para que las bacterias transformen los residuos de la planta.
La mayoría de los edificios autónomos están diseñados para utilizar aislamiento, masa térmica y calefacción y refrigeración solar pasiva. Ejemplos de estos son los muros trombe y otras tecnologías como los tragaluces .
La calefacción solar pasiva puede calentar la mayoría de los edificios, incluso en climas templados y fríos. En climas más fríos, los costos de construcción adicionales pueden ser tan solo un 15 % más altos que en los edificios nuevos convencionales. En climas cálidos, aquellos en los que hay menos de dos semanas de noches heladas al año, no hay impacto en los costos.
El requisito básico para la calefacción solar pasiva es que los colectores solares deben estar orientados 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 y algo experimental, el "calefacción solar geotérmica anualizada ", es práctico incluso en regiones que reciben poca o ninguna luz solar en invierno. [18] Utiliza el suelo debajo de un edificio como masa térmica. La precipitación puede llevarse 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 invernal para enfriar el edificio en verano.
En los sistemas geosolares anualizados, el colector solar suele estar separado del espacio habitable (y es más caliente o más frío que él). El edificio puede estar construido con material aislante , por ejemplo, con balas de paja . Algunos edificios han sido diseñados aerodinámicamente de modo que la convección a través de conductos y espacios interiores elimina la necesidad de ventiladores eléctricos.
Un diseño más modesto de "solar diario" es práctico. Por ejemplo, por un aumento de alrededor del 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 un pequeño calentador para las noches más frías, una losa o una cisterna en el sótano pueden proporcionar de manera económica la masa térmica necesaria . Los códigos de construcción Passivhaus, en particular, brindan una calidad de 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 calentador adicional aumenta la seguridad personal y reduce los impactos en el estilo de vida por una pequeña reducción de la autonomía. Los dos calentadores más populares para casas de ultra alta eficiencia son una pequeña bomba de calor , que también proporciona aire acondicionado , o un calentador de aire hidrónico central (radiador) con recirculación de agua del calentador de agua . Los diseños Passivhaus generalmente integran el calentador con el sistema de ventilación.
Los cortavientos y los refugios de tierra también pueden reducir la cantidad absoluta de calor que necesita un edificio. A varios pies por debajo de la tierra, la temperatura varía de 4 °C (39 °F) en Dakota del Norte a 26 °C (79 °F), [18] en el sur de Florida. Los cortavientos reducen la cantidad de calor que se aleja de un edificio.
Los edificios redondeados y aerodinámicos también pierden menos calor.
Un número cada vez mayor de edificios comerciales utilizan 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 de los servicios públicos generalmente incorporan una estufa de leña , o calor y energía a partir de combustible diésel o gas envasado , independientemente de sus otros mecanismos de calefacción.
Los calentadores y las estufas eléctricos pueden proporcionar calor sin contaminación (según la fuente de energía), pero consumen grandes cantidades de electricidad. Si se obtiene suficiente electricidad mediante paneles solares, turbinas eólicas u otros medios, los calentadores y las estufas eléctricos se convierten en un diseño autónomo práctico.
Las unidades de reciclaje de calor de agua caliente recuperan el calor de las tuberías de desagüe. Aumentan la autonomía de un edificio al reducir el calor o el combustible utilizado para calentar el agua. Son atractivas porque no implican cambios en el estilo de vida.
Los sistemas actuales de calentamiento de agua domésticos, prácticos y cómodos, combinan un sistema de precalentamiento solar con un calentador termostático de paso continuo alimentado por gas , de modo que la temperatura del agua es constante y la cantidad es ilimitada. Esto reduce el impacto en el estilo de vida a costa de cierta autonomía.
Los calentadores de agua solares permiten ahorrar grandes cantidades de combustible. Además, pequeños cambios en el estilo de vida, como lavar la ropa, lavar los platos y bañarse en días soleados, pueden aumentar enormemente su eficiencia. Los calentadores solares puros son especialmente útiles para lavanderías, piscinas y baños exteriores, ya que se pueden programar para su uso en días soleados.
El truco básico en un sistema de calentamiento solar de agua es utilizar un tanque de almacenamiento bien aislado. Algunos sistemas están aislados al vacío , actuando como grandes botellas térmicas . El tanque se llena con agua caliente en días soleados y está disponible en todo momento. A diferencia de un calentador de agua con tanque convencional, el tanque se llena solo cuando hay luz solar. Un buen almacenamiento hace posible un colector 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 . Normalmente obtienen el calor de los gases de escape de un generador o de una pila de combustible.
El reciclado de calor, la cogeneración y el precalentamiento solar pueden ahorrar entre un 50 y un 75 % del gas que se utilizaría de otro modo. Además, algunas combinaciones proporcionan una fiabilidad redundante al disponer de varias fuentes de calor. Algunas autoridades recomiendan 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 cocinar algo más que pequeñas cantidades.
Los edificios geosolares anualizados a menudo tienen faldones de aislamiento enterrados, inclinados y herméticos 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.
Se pueden hacer mejoras menos espectaculares. Se pueden proteger las ventanas en verano y se pueden colocar aleros para proporcionar la sombra necesaria. Estos también protegen las paredes de la casa, lo que reduce los costos de refrigeración.
Otro truco consiste en enfriar la masa térmica del edificio por la noche, tal vez con un ventilador para toda la casa , y luego enfriar el edificio con la masa térmica durante el día. Es útil poder dirigir el aire frío de un radiador orientado al cielo (tal vez un colector solar de calentamiento de aire con un propósito alternativo) o un enfriador evaporativo directamente a través de la masa térmica. En noches despejadas, incluso en áreas tropicales, los radiadores orientados al cielo pueden enfriar por debajo del punto de congelación.
Si un edificio circular es aerodinámicamente liso y más frío que el suelo, se puede enfriar pasivamente mediante el "efecto domo". Muchas instalaciones han informado de que un domo reflectante o de color claro induce un vórtice vertical local impulsado por el calor que succiona el aire superior más frío hacia abajo en un domo si el domo está ventilado correctamente (un solo respiradero superior y respiraderos periféricos). Algunas personas han informado de una diferencia de temperatura de hasta 8 °C ( 15 °F ) entre el interior del domo 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 domos geodésicos para aprovecharlo.
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, de un conducto de calefacción o de un colector solar. Estos aparatos utilizan los mismos principios que un refrigerador a gas. Normalmente, el calor de un conducto de humos alimenta un " enfriador por absorción ". El agua fría o la salmuera del enfriador se utilizan 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 alimentados con gas natural producen electricidad y sus gases de escape impulsan un enfriador de absorción .
NRG Solutions, Inc. demostró 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 vaporizador de gas amoníaco hidrónico , los dos componentes nuevos esenciales, no disponibles comercialmente, de un refrigerador impulsado por calor residual.
Un sistema similar (enfriamiento multifase) puede implementarse con un enfriador evaporativo multietapa. El aire pasa por un rociador de solución salina para deshumidificarlo, luego por un rociador de solución de agua para enfriarlo y luego por otra solución salina para deshumidificarlo nuevamente. La salmuera debe regenerarse, y eso se puede hacer de manera económica con un destilador solar de baja temperatura. Los enfriadores evaporativos multifase pueden reducir la temperatura del aire en 50 °F (28 °C) y aún así controlar la humedad. Si el regenerador de salmuera usa calor alto, también esteriliza parcialmente el aire.
Si se dispone de suficiente energía eléctrica, se puede proporcionar refrigeración mediante aire acondicionado convencional utilizando una bomba de calor .
La producción de alimentos se ha incluido a menudo en proyectos históricos autónomos para proporcionar 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 probados incluyen la jardinería urbana (interior y exterior). El cultivo interior puede establecerse utilizando hidroponía , mientras que el cultivo exterior puede hacerse utilizando permacultura , jardinería forestal , agricultura sin labranza y agricultura sin hacer nada .
A veces también se incluyen invernaderos . [20] [23] A veces también están equipados con sistemas de riego o sistemas de disipación de calor que pueden regar las plantas o ayudar a almacenar energía del sol y redistribuirla por la noche (cuando los invernaderos comienzan a enfriarse). [20] [24]