Zazielenianie MIT

Steven Amanti spędził sporą część swojego ostatniego roku w MIT, szpiegując swoich kolegów ze studiów i naukowców. Od listopada 2005 do kwietnia 2006, w ciągu dnia i w nieparzystych godzinach nocnych, wielokrotnie odwiedzał Budynek 18, w którym mieści się 40 laboratoriów chemicznych. Zaglądał do tych laboratoriów, robił zdjęcia poklatkowe i robił notatki, rejestrując zachowanie, które później określił jako nadmierne, nieodpowiedzialne, a nawet niebezpieczne.

Zawsze włączone Kodeksy bezpieczeństwa wymagają, aby korytarze w budynku 18 świeciły przez całą dobę.

W ramach swojej pracy licencjackiej z inżynierii mechanicznej Amanti dokumentował sposoby marnowania energii w budynku, jednym z największych konsumentów energii w kampusie. Na podstawie swoich obserwacji oszacował, że MIT trwonił aż 350 000 dolarów rocznie na ogrzewanie, chłodzenie i energię elektryczną, których nie potrzebował – tylko na ten jeden budynek. I, jak powiedział, Instytut mógłby powstrzymać to marnotrawstwo, podejmując kroki, które prawie nic nie kosztują.

Badania Amanti zbiegły się z początkiem Inicjatywy Energetycznej MIT (MITEI), głównego przedsięwzięcia promującego badania i edukację w zakresie energii w Instytucie. Kiedy prezydent Susan Hockfield omawiała tę inicjatywę w listopadzie 2005 r., powiedziała, że ​​oprócz tworzenia innowacyjnych, przyjaznych dla środowiska technologii energetycznych, miała ona również inspirować do zmiany sposobu, w jaki sam Instytut wykorzystuje zasoby: Mam wielką nadzieję, że będziemy również prowadzić przez przykład i … modelowanie zrównoważonych praktyk energetycznych w naszym kampusie.

Od tego czasu MIT podjął kroki, aby tak się stało. Nowe budynki wznoszone na terenie kampusu zostały zaprojektowane tak, aby były bardziej energooszczędne niż budynki konwencjonalne. A wykładowcy, personel i studenci pracujący nad kilkoma różnymi projektami odkryli sprzęt i praktyki marnujące energię w całym kampusie, które mogą generować miliony dolarów rocznie. Na przykład grupa studentów ze Sloan School of Management współpracowała z wydziałem ds. obiektów, aby zidentyfikować projekty oszczędzające energię, które kosztują 14 milionów dolarów, a które mogą zwrócić się w niecałe trzy lata. Już teraz inwestycja w wysokości 765 000 USD w dwuletni projekt pozwala zaoszczędzić Instytutowi około 800 000 USD rocznie.

Multimedia

• Panel ekspertów MIT omawia technologie efektywności energetycznej podczas Energy Futures Week.

• Na konferencji MIT Energy Conference 2009 panel ekspertów omawia „zarządzanie popytem”.

Aby uruchomić takie projekty, w zeszłym roku wiceprezes wykonawczy i skarbnik MIT, Theresa Stone, założyła nowy fundusz inwestycyjny MIT Energy Conservation Investment Fund z kapitałem początkowym w wysokości 500 000 USD. Od tego czasu absolwenci przekazali dodatkowe 1,5 miliona dolarów na fundusz MITEI Campus Energy Task Force Fund, w tym milionowy prezent od Jeffreya Silvermana ‘68, który założył Silverman Evergreen Energy Fund. Pieniądze zaoszczędzone dzięki projektom opłaconym z tych funduszy zostaną ponownie zainwestowane w inne projekty konserwatorskie.

Jednak prowadzenie instytutu badawczego w sposób zrównoważony nie jest łatwym zadaniem. Laboratoria zużywają znacznie więcej energii niż biura czy rezydencje, głównie z konieczności. Co więcej, wiele zielonych firm chętnie sprzedaje rozwiązania, które mogą nie działać. Jedną z instytucjonalnych przeszkód w zrobieniu czegoś w zakresie efektywności energetycznej jest postrzegana niepewność co do kosztów i oszczędności, mówi Steven Lanou, MCP '98, zastępca dyrektora ds. zrównoważonego rozwoju środowiska w Biurze MIT ds. Środowiska, Zdrowia i Bezpieczeństwa oraz członek MIT Energy Grupa Zadaniowa ds. Energii Kampusu Inicjatywy. Często pojawia się sceptycyzm wobec obietnic ochrony. Jaki będzie naprawdę huk za moje pieniądze?

Świnie energetyczne

Zdjęcia poklatkowe Amanti pokazują, że światła budynku 18 świecą stale w dzień i w nocy. Odczyty czujnika światła wykazały, że budynek był dwa razy jaśniejszy w środku niż inne w kampusie. Ale światła, jak obliczył Amanti, stanowiły tylko 5 procent zużytej energii elektrycznej. Głównym problemem – powodem, dla którego ten budynek zużywał więcej energii na metr kwadratowy niż jakikolwiek inny budynek MIT oprócz jednego – było to, że miał 200 wyciągów, a naukowcy zostawiali je otwarte, gdy nie były używane.

Okapy wyciągowe są jednymi z największych „świąków energetycznych” w kampusie, mówi Stone, która przewodniczy grupie zadaniowej ds. energii w kampusie. Te przypominające szafki urządzenia wykorzystują wentylatory do wyciągania powietrza z zamkniętego środowiska laboratorium, niosąc na zewnątrz ślady toksycznych chemikaliów, aby naukowcy nie wdychali ich podczas przeprowadzania eksperymentów. Ale robiąc to, nieustannie wyciągają ogrzane lub schłodzone powietrze z budynku. To jak pozostawienie otwartych drzwi wejściowych i tylnych przez cały dzień, mówi Peter Cooper '70, kierownik ds. zrównoważonej inżynierii i planowania mediów w dziale obiektów MIT. Według jednego z szacunków, jeden okap zwykle odpowiada za tyle samo rocznego zużycia energii, co dwa domy – a na kampusie jest ich ponad tysiąc.

Konwencjonalne dygestoria pompują powietrze z taką samą szybkością, niezależnie od tego, czy ich szklane drzwi są otwarte, czy zamknięte. Okapy w budynku 18 zostały jednak wybrane, ponieważ przepływ powietrza spada o dwie trzecie, gdy drzwi są zamknięte, co potencjalnie czyni je znacznie mniej marnotrawnymi. Ale naukowcy pokonywali cel. Amanti odkrył, że niektórzy nawet wyłączyli alarmy zaprojektowane tak, aby uruchamiały się, gdy okapy zużywały więcej energii niż to konieczne, blokując przycisk wyciszania skrawkami papieru, napisał.

Szefowie laboratoriów mieli niewielką motywację, by skłonić naukowców do zamknięcia masek. Poszczególne działy i badacze nie płacą własnych rachunków za energię, mówi Cooper; Instytut jako całość podnosi tę kartę. Twierdzi, że wymaganie od każdego laboratorium płacenia za zużywaną energię może motywować naukowców do oszczędzania, ale obecna polityka raczej się nie zmieni – nie bez powodu. W MIT łatwo jest, powiedzmy, biologowi i inżynierowi elektrykowi stworzyć razem laboratorium. Chociaż uzyskanie przydzielonej przestrzeni może być czasem wyzwaniem, nie muszą się martwić, że wydział biologii i elektrotechnika połączą swoje budżety – mówi. Kiedy porównujemy się z innymi uniwersytetami badawczymi, duży nasz sukces wynika z tego, że mamy wzajemnie połączone korytarze i wspólny system finansowy.

Jak się okazuje, ludzi można przekonać do zmian nawet bez zachęty finansowej. Po tym, jak kierownik wydziału chemii, Tim Swager, dowiedział się, jak bardzo energochłonny jest jego budynek, postanowił coś z tym zrobić i zaczął szukać sposobu na odkrycie najbardziej marnotrawnych laboratoriów. Każdy dygestorium jest wyposażony w czujniki, które rejestrują stopień otwarcia drzwi i przekazują te informacje do systemu sterującego przepływem powietrza. Swager znalazł 12 000 dolarów na opracowanie programu do przekształcania danych w raporty, które porównują wszystkie laboratoria, identyfikując najlepszych wykonawców i demaskując najgorszych przestępców.

Raporty skłoniły badaczy do częstszego zamykania masek; to zaoszczędziło Instytutowi około 24 000 USD rocznie i zmniejszyło emisję dwutlenku węgla o 93 tony w samym budynku 18, zgodnie z analizą przeprowadzoną przez dr Dana Wesołowskiego z 2008 roku. Cooper mówi, że chociaż sam wydział chemii nie zaoszczędził pieniędzy, samo przekazanie im informacji zmieniło zachowanie.

Trwają inne próby zmiany zachowania. Wesołowski wraz z innymi studentami studiował również zastosowanie drzwi obrotowych w budynku MIT Medical (E25). Podczas otwierania drzwi wahadłowych wymienia się średnio osiem razy więcej powietrza niż w przypadku drzwi obrotowych. To osiem razy więcej powietrza, które trzeba ogrzać lub schłodzić, napisali studenci. Doszli do wniosku, że gdyby wszyscy korzystali z drzwi obrotowych w E25, MIT zaoszczędziłby prawie 7500 dolarów rocznie na gazie ziemnym – wystarczyłoby na ogrzanie pięciu domów – i wyeliminowałby prawie 15 ton emisji dwutlenku węgla. Ich badanie wykazało również, że wiele osób unika drzwi obrotowych, ponieważ trudno je popchnąć, co jest problemem, który od tego czasu zajmuje dział obiektów, serwisując je i upewniając się, że działają prawidłowo. Wesołowski odkrył, że więcej osób korzysta z tych drzwi, jeśli znaki wyjaśniają, dlaczego jest to dobry pomysł i dziękują im za to. Trwałe wersje tych znaków są teraz instalowane w całym kampusie.

Ale nakłonienie ludzi do zmiany zachowania nie wystarczy. Na przykład 24 000 $ rocznie zaoszczędzone dzięki zamknięciu wyciągów wyciągowych było mniej niż 7 procent tego, czego oczekiwał Amanti; według danych zebranych przez Swagera, maski nie były otwarte tak szeroko, jak oszacował Amanti, jak dotąd marnowano mniej energii. Innym problemem związanym ze zmianami behawioralnymi jest to, że nie zawsze trwają. Niedawne badanie energooszczędnych budynków przeprowadzone przez Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej w Golden w stanie Kolorado wykazało, że złe nawyki mogą szybko powrócić: ludzie, którzy po raz pierwszy zareagowali na wezwania do oszczędzania energii w nowym budynku, po roku je ignorowali. Lanou mówi, że przynajmniej utrzymanie oszczędności na zachowaniu wymaga ciągłej edukacji – zwłaszcza w miejscu takim jak MIT, gdzie ciągle przybywają nowi ludzie.

Jednak tam, gdzie ludzie zawodzą, technologia może czasem pomóc. A nawet rozczarowujące wyniki mogą być pouczające, jeśli dostarczą wystarczającej ilości danych. W wielu wysiłkach na rzecz poprawy efektywności energetycznej brakowało tak szczegółowych informacji, ponieważ dokonywanie niezbędnych pomiarów może być kosztowne; ale MIT postanowił skoncentrować się na dokładnym określeniu ilościowym zmian w zużyciu energii, aby określić, jakie podejścia działają i jak dobrze.

Pułapki parowe i zalewy danych

Większość projektów MIT mających na celu zmniejszenie zużycia energii nie zdobędzie żadnych nagród za innowacyjność. Światła na kortach do squasha w duPont paliły się 24 godziny na dobę. Nigdy więcej: czujniki obecności wyłączają je teraz, gdy nikt nie gra. Podobnie zainstalowanie czujników obecności na lodowisku i zamiana starych lamp wyładowczych dużej intensywności na świetlówki obniżyło zużycie energii elektrycznej na oświetlenie o połowę, jednocześnie zwiększając dwukrotnie jasność lodowiska. Mimo to oczekuje się, że te i podobne zmiany, które zostaną wprowadzone w całym kampusie, zwrócą się w ciągu nieco ponad dwóch lat.

Dział obiektów rygorystycznie śledzi wyniki takich projektów, aby zweryfikować, które z nich się opłacają. Aby przetestować jeden środek oszczędzania energii, wymienili wadliwe odwadniacze w jednym z dwóch prawie identycznych budynków akademików wschodniego kampusu. Prawidłowo działające odwadniacze zatrzymują parę w kaloryferach, dopóki nie skondensuje się i odda ciepło; kiedy nie działają, para przepływa w sposób ciągły. Nie tylko powoduje to, że grzejnik jest zbyt gorący, ale także marnuje dużo energii w parze. Wymiana pułapek na terenie całego kampusu pozwoliła zaoszczędzić około 800 000 USD w ciągu jednego roku, więcej niż pokrycie 765 000 USD rachunku za naprawy i czujniki zainstalowane do monitorowania systemu. Chociaż instalacja czujników na wschodnim kampusie kosztowała więcej niż naprawa odwadniaczy w dwóch akademikach, Cooper uważa, że ​​pieniądze zostały dobrze wydane, ponieważ pozwoliły MIT na oszacowanie oszczędności.

Niektóre zmiany opierają się na bardziej zaawansowanych technologiach, przynajmniej w celu zidentyfikowania problemów, które wymagają naprawy. W dużych budynkach MIT stosowane są systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji bardzo różniące się od tych stosowanych w domach. Ogromne centrale wentylacyjne regulują temperaturę za pomocą wężownic parowych do ogrzewania i wężownic wody lodowej do chłodzenia – oba zasilane przez centralną elektrociepłownię MIT, która wychwytuje ciepło odpadowe z wytwarzania energii elektrycznej w celu wytworzenia pary, którą można wykorzystać bezpośrednio lub wykorzystać do napędzania sprężarek i lodówek. Takie centrale wentylacyjne są często sterowane przez system, który rejestruje dane, takie jak temperatury i natężenia przepływu powietrza i wody oraz różnice ciśnień w przewodach.

System sterowania MIT, jeden z największych w Ameryce Północnej, zbiera i wysyła około 50 000 punktów danych co 15 minut. Zazwyczaj tego rodzaju informacje nie są zachowywane ani analizowane; służy tylko do sterowania wentylacją z chwili na chwilę. Jednak ostatnio kilka firm zaczęło tworzyć systemy, które tłumaczą pomiary pierwotnie zarejestrowane w różnych terminach, tak aby niektóre dane można było archiwizować i kompleksowo analizować za pomocą modeli komputerowych i algorytmów opracowanych przez inżynierów mechaników i innych ekspertów. Ten rodzaj analizy pomaga firmom określić, czy budynek działa zgodnie z jego przeznaczeniem. Następnie mogą zidentyfikować problemy i oszacować, ile będzie kosztować ich naprawa.

MIT zatrudnił jedną z tych firm, Cimetrics z siedzibą w Bostonie, do monitorowania i analizowania niektórych swoich budynków. Do tej pory firma znalazła sposoby na zaoszczędzenie ponad 500 000 USD rocznie; około połowa tych projektów została zakończona. Na przykład w budynku E25 odczyty wykazały, że nowy system zaprojektowany do przechwytywania części ciepła wypompowywanego z budynku przez system wentylacyjny nie działał prawidłowo. Nasi ludzie przeczołgali się przez kanał i odkryli, że się zawalił, mówi Cooper. Bez analizy firmy Cimetrics mogłoby to nigdy nie zostać znalezione – a już na pewno nie wystarczająco wcześnie, aby naprawić w ramach gwarancji.

Ale podczas gdy większość budynków w kampusie jest podłączona do systemu kontroli budynków, analiza wszystkich przechwyconych danych jest trudna, droga i prawie niemożliwa do wykonania ręcznie dla ponad 100 budynków na terenie kampusu MIT, mówi Stephen Samouhos '04, SM '06, a Doktorantka inżynierii mechanicznej zaangażowana w kilka projektów energetycznych na terenie kampusu. Nawet w przypadku jednego budynku analiza danych kontrolnych jest bardzo trudna do wykonania. Samouhos mówi z doświadczenia, po przestudiowaniu budowy informatyki i technologii (N42), aby zidentyfikować możliwości oszczędzania energii. Jednak w ciągu kilku dni od zainstalowania czujników w N42 znalazł sposoby na zmniejszenie zużycia energii o 25 procent. Jedno źródło marnotrawstwa: światła paliły się przez całą noc. Jeśli chodzisz po tym budynku, nie możesz nawet znaleźć, gdzie są przełączniki światła, mówi. Odkrył również, że ponieważ budynek został zaprojektowany tak, aby pomieścić nigdy nie instalowane centrum danych, które generowałoby dużo ciepła, ma większy klimatyzator niż potrzebuje. I chociaż klimatyzator może schłodzić budynek w około 20 minut, włącza się na cztery godziny przed przybyciem kogoś na cały dzień. Naprawa jest prosta, mówi Samouhos: wystarczy odznaczyć jedno pole w oprogramowaniu sterującym.

A w budynku 6C Samouhos odkrył, że czujniki obecności – zaprojektowane do wyłączania światła, gdy nikogo nie było w pobliżu – zostały pomylone z włącznikami światła i wyłączone. To ostatnia mila ukończenia projektu, który uniemożliwia nam zarabianie na przewidywanych oszczędnościach, mówi Samouhos. Zaznacza, że ​​oznakowanie przełączników czujników nie jest trudne. Po prostu trzeba mieć kogoś, kto to zrobi.

Dbanie o takie szczegóły będzie ważne przy budowie nowego kampusu, która jest po części kierowana procesem zwanym projektowaniem zintegrowanym, mówi dr Leon Glicksman '59 '59, profesor technologii budowlanej i inżynierii mechanicznej, który jest współprzewodniczącym Campus Energy Oddział specjalny. W projektowaniu zintegrowanym środki zwiększające wydajność – takie jak dokładniej izolowane okna z lepszymi powłokami, które zatrzymują ciepło latem i zimą – są brane pod uwagę w tym samym czasie, co podstawowe systemy, takie jak ogrzewanie i klimatyzacja. W ten sposób, na przykład, można wybrać mniejszy niż zwykle klimatyzator, przewidując mniejsze wymagania dotyczące chłodzenia. Nowy budynek Sloan, który według Glicksmana będzie prawdopodobnie najbardziej energooszczędnym budynkiem na terenie kampusu, będzie wykorzystywał okna, które zwiększą oszczędność energii zimą, przechwytując więcej energii słonecznej, a jednocześnie zmniejszą ilość ciepła traconego przez okna w nocy. Ale zintegrowane projektowanie opłaca się tylko wtedy, gdy zarządcy budynków upewnią się, że energooszczędne projekty działają zgodnie z planem. Dlatego nowe budynki będą monitorowane w celu potwierdzenia oszczędności energii.

Robić więcej

Wszystkie te projekty to tylko próbka prac nad efektywnością energetyczną, które mają miejsce w MIT. Profesorowie tacy jak Harvey Michaels, naukowiec zajmujący się efektywnością energetyczną w Departamencie Studiów Miejskich i Planowania, badają skuteczne podejścia do polityki rządowej. Samouhos współpracuje z Nealem Gershenfeldem, dyrektorem Centrum Bitów i Atomów w MIT, nad opracowaniem sieci, które mogą zbierać dane taniej niż systemy sterowania w dużych budynkach – i to z jeszcze większą szczegółowością. Na przykład każda żarówka w budynku może być monitorowana oddzielnie. Opracowują również algorytmy, które wykorzystują te informacje do robienia takich rzeczy, jak ostrzeganie zarządców budynków, jeśli systemy grzewcze, jak to ujął Samouhos, ulegają dygresji w ich zachowaniu. Następnym krokiem jest opracowanie oprogramowania, które pomoże ludziom zdecydować, co zrobić z informacjami. Nie mogę po prostu powiedzieć: Twój agregat chłodniczy nie działa, mówi Samouhos. Muszę powiedzieć, że Twój agregat chłodniczy marnuje 100 USD dziennie, a zwrot z inwestycji w zatrudnienie kierownika serwisu wynosi x.

Jednak wielu ludzi uważa, że ​​przy całej aktywności na kampusie powinno być ich więcej. Nie sądzę, abyśmy byli w pobliżu tego, co powinniśmy zobaczyć pod względem inwestycji, mówi Jason Jay, doktorant Sloan i członek Campus Energy Task Force. Wskazuje, że dział ds. obiektów zidentyfikował projekty odnowy kapitału warte 1 miliard dolarów, które zostały przełożone, z których wiele może mieć wpływ na efektywność energetyczną. Do tej pory tylko 2 miliony dolarów zostały przeznaczone na projekty oszczędzania energii o wartości 14 milionów dolarów, które grupa Sloan pomogła zidentyfikować. Pieniędzy jest mało, zwłaszcza w obecnej sytuacji gospodarczej. Jedna czwarta z tych 2 milionów dolarów pochodziła z funduszy uznaniowych – a według Theresy Stone w tym roku żadne fundusze uznaniowe nie są dostępne.

Obecne podejście do zbierania pieniędzy na projekty efektywnościowe polega na pytaniu absolwentów i innych darczyńców. Ale Jay chciałby, aby MIT szukał również alternatywnego finansowania. Nawet w tej gospodarce, mówi, wiele banków, na przykład, chętnie udziela kredytów na projekty efektywności energetycznej, ponieważ ich wyniki są tak wiarygodne.

Takie finansowanie może pozwolić MIT na wykonanie nudnych rzeczy, takich jak naprawa odwadniaczy i instalacja oświetlenia fluorescencyjnego, mówi Jay. Wtedy możemy zwrócić uwagę na interesujące i ekscytujące rzeczy. Chciałby, aby MIT zaczął wyjmować technologie z laboratorium i stosować je w kampusie, zarówno jako narzędzie do nauki dla studentów, jak i źródło inspiracji dla zielonych architektów. To pozwoliłoby MIT stać się miejscem demonstracyjnym i swego rodzaju drogowskazem dla reszty świata, pokazującym, jak wygląda przywództwo w zakresie efektywności energetycznej, mówi.

Być może wkrótce spełni jego życzenie, przynajmniej częściowo, gdy budynek po północnej stronie kampusu zostanie przekształcony w siedzibę Centrum Zrównoważonych Systemów Energetycznych MIT-Fraunhofer. Zamierzają odnowić ten budynek i uczynić z niego wizytówkę efektywności energetycznej, mówi Glicksman. Chodzi o to, by był to poligon doświadczalny dla nowych technologii i demonstrowanie, co działa.

W końcu, poza oszczędzaniem pieniędzy, to właśnie mają robić wszystkie projekty efektywności energetycznej w MIT.

ukryć