Greening MIT

Steven Amanti strávil velkou část svého posledního roku na MIT špehováním svých spolužáků a výzkumníků. Od listopadu 2005 do dubna 2006 během dne a v liché hodiny v noci uskutečnil nespočet návštěv v budově 18, kde je 40 chemických laboratoří. Nahlédl do těchto laboratoří, pořizoval časosběrné fotografie a zapisoval si poznámky, zaznamenával chování, které později charakterizoval jako přehnané, nezodpovědné a dokonce nebezpečné.

Vždy na Bezpečnostní předpisy vyžadují, aby chodby v budově 18 zůstaly svítící nepřetržitě.

V rámci své bakalářské práce v oboru strojírenství Amanti dokumentoval způsoby plýtvání energií v budově, jednom z největších spotřebitelů energie na akademické půdě. Na základě svých pozorování odhadl, že MIT utrácí až 350 000 dolarů ročně za vytápění, chlazení a elektřinu, kterou nepotřebovalo – jen pro jednu budovu. A řekl, že institut by mohl zastavit toto plýtvání tím, že podnikne kroky, které nebudou stát téměř nic.

Vyšetřování Amanti se náhodou shodovalo se začátkem energetické iniciativy MIT (MITEI), hlavního úsilí o podporu energetického výzkumu a vzdělávání v institutu. Když o iniciativě v listopadu 2005 diskutovala prezidentka Susan Hockfieldová, řekla, že kromě vytváření inovativních, ekologických energetických technologií má také inspirovat ke změně způsobu, jakým samotný institut využívá zdroje: Pevně ​​doufám, že povedeme také příkladem a … modelovat postupy udržitelné energetiky v našem kampusu.

Od té doby MIT podniklo kroky k tomu, aby se tak stalo. Nové budovy vyrůstající v kampusu byly navrženy tak, aby byly energeticky účinnější než konvenční budovy. A učitelé, zaměstnanci a studenti, kteří pracují na několika různých projektech, odhalili zařízení a postupy plýtvání energií v celém areálu, které by mohly přinést až miliony dolarů ročně. Skupina studentů ze Sloan School of Management například spolupracovala s oddělením zařízení na identifikaci projektů na úsporu energie v ceně 14 milionů dolarů, které by se samy mohly zaplatit za méně než tři roky. Již investice ve výši 765 000 USD do dvouletého projektu šetří Institutu přibližně 800 000 USD ročně.

Multimédia

• Panel odborníků z MIT diskutuje o energeticky účinných technologiích během Energy Futures Week.

• Na energetické konferenci MIT v roce 2009 panel odborníků diskutoval o „řízení poptávky“.

Aby se podobné projekty rozběhly, loni výkonná viceprezidentka a pokladnice MIT Theresa Stoneová zřídila nový investiční fond MIT Energy Conservation Investment Fund s počátečním kapitálem 500 000 USD. Absolventi od té doby vložili do fondu MITEI Campus Energy Task Force Fund dalších 1,5 milionu dolarů, včetně daru 1 milion dolarů od Jeffreyho Silvermana ‘68, kterým byl založen Silverman Evergreen Energy Fund. Peníze ušetřené prostřednictvím projektů hrazených z těchto fondů budou reinvestovány do jiných ochranářských projektů.

Ale provozovat výzkumný ústav udržitelným způsobem není snadný úkol. Laboratoře spotřebují mnohem více energie než kanceláře nebo rezidence, většinou z nutnosti. A co víc, spousta zelených společností touží prodávat řešení, která ve skutečnosti nemusí fungovat. Jednou z institucionálních překážek, jak něco udělat s energetickou účinností, je vnímaná nejistota ohledně nákladů a úspor, říká Steven Lanou, MCP '98, zástupce ředitele pro udržitelnost životního prostředí v kanceláři ústředí pro životní prostředí, zdraví a bezpečnost MIT a člen MIT Energy. Iniciativa Campus Energy Task Force. Často panuje skepticismus ohledně slibů ochrany. Jaká bude ta rána za moje peníze?

Energetické prasata

Časosběrné fotografie Amanti ukázaly, že světla budovy 18 neustále svítí ve dne i v noci. Údaje ze světelných senzorů odhalily, že budova byla uvnitř dvakrát jasnější než ostatní v kampusu. Ale světla, vypočítal Amanti, představovala pouze 5 procent spotřebované elektřiny. Hlavním problémem – důvodem, proč tato budova spotřebovala více energie na čtvereční stopu než kterákoli jiná budova MIT kromě jedné – bylo to, že měla 200 digestoří a výzkumníci je nechávali otevřené, když se nepoužívaly.

Digestoře jsou jedním z největších energetických prasat v kampusu, říká Stone, který je spolupředsedou Campus Energy Task Force. Tato skříňová zařízení používají ventilátory k odtahování vzduchu z uzavřeného prostředí laboratoře a nesou stopy toxických chemikálií ven, takže je výzkumníci při provádění experimentů nevdechují. Ale přitom neustále vytahují ohřátý nebo ochlazený vzduch z budovy. Je to jako nechat své přední a zadní dveře otevřené celý den, říká Peter Cooper ‘70, manažer udržitelného inženýrství a plánování inženýrských sítí v oddělení zařízení MIT. Podle jednoho odhadu říká, že jeden digestoř obvykle představuje tolik roční spotřeby energie jako dva domy – a v kampusu je jich více než tisíc.

Konvenční digestoře čerpají vzduch stejnou rychlostí, ať jsou jejich skleněné dveře otevřené nebo zavřené. Digestoře v budově 18 však byly vybrány, protože proudění vzduchu klesne o dvě třetiny, když jsou dveře zavřené, což je potenciálně činí mnohem méně plýtváním. Ale výzkumníci marili účel. Amanti zjistil, že někteří dokonce deaktivovali alarmy navržené tak, aby zazněly vždy, když kapoty spotřebovávají více energie, než je nutné, a ucpávají tlačítko ztlumení útržky papíru, napsal.

Vedoucí laboratoří měli malou motivaci přimět výzkumníky, aby zavřeli kryty. Jednotlivá oddělení a výzkumní pracovníci neplatí své vlastní účty za energii, říká Cooper; Ústav jako celek přebírá kartu. Požadavek, aby každá laboratoř platila za energii, kterou používá, by podle něj mohla motivovat výzkumníky k úsporám, ale současná politika se pravděpodobně nezmění – z dobrého důvodu. Na MIT je pro, řekněme, biologa a elektrotechnika snadné vytvořit společně laboratoř. Ačkoli získání prostoru může být někdy problém, nemusí se starat o to, že by oddělení biologie a oddělení elektrotechniky kombinovaly své rozpočty, říká. Když se porovnáme s jinými výzkumnými univerzitami, velký náš úspěch spočívá v tom, že máme propojené koridory a společný finanční systém.

Jak se ukazuje, lidi lze ke změně přesvědčit i bez finanční pobídky. Poté, co se vedoucí katedry chemie Tim Swager dozvěděl, jak energeticky hladová je jeho budova, rozhodl se s tím něco udělat a šel hledat způsob, jak odhalit ty nejplýtvavější laboratoře. Každá digestoř je vybavena senzory, které zaznamenávají, jak daleko jsou dveře otevřené, a předávají tyto informace systému, který řídí proudění vzduchu. Swager našel 12 000 dolarů na vývoj programu pro převod dat do zpráv, které porovnávají všechny laboratoře, identifikují ty nejlepší a odhalují nejhorší pachatele.

Zprávy přiměly výzkumníky, aby častěji zavírali kryty; to Institutu ušetřilo asi 24 000 dolarů ročně a snížilo emise oxidu uhličitého o 93 tun jen v budově 18, podle analýzy provedené Danem Wesolowskim, PhD ‘08. I když samotné oddělení chemie neušetřilo žádné peníze, říká Cooper, jen poskytování informací jim změnilo chování.

Další snahy o změnu chování probíhají. Wesolowski spolu s dalšími studenty také studoval použití otočných dveří v lékařské budově MIT (E25). Při otevření křídlových dveří se vymění v průměru osmkrát více vzduchu než u dveří otočných. To je osmkrát více vzduchu, který je třeba ohřát nebo ochladit, napsali studenti. Došli k závěru, že pokud by všichni používali otočné dveře v E25, MIT by každý rok ušetřila téměř 7 500 dolarů na zemním plynu – dost na vytápění pěti domů – a odstranila by téměř 15 tun emisí oxidu uhličitého. Jejich studie také zjistila, že mnoho lidí se vyhýbá otočným dveřím, protože je těžké je zatlačit, což je problém, který oddělení zařízení od té doby řeší tím, že je obsluhuje a zajišťuje, aby správně fungovaly. A Wesolowski zjistil, že tyto dveře používá více lidí, pokud nápisy vysvětlují, proč je to dobrý nápad, a děkují jim za to. Trvalé verze těchto značek jsou nyní instalovány napříč kampusem.

Ale přimět lidi, aby změnili své chování, nestačí. Například 24 000 $ ročně ušetřených uzavřením digestoří bylo méně než 7 procent toho, co Amanti očekávala; podle údajů, které Swager shromáždil, nezůstaly kapoty otevřené tak široce, jak Amanti odhadovala, zatím se plýtvalo méně energie. Dalším problémem se změnami chování je, že ne vždy trvají. Nedávná studie energeticky účinných budov provedená National Renewable Energy Laboratory v Golden, CO, ukázala, že špatné návyky se mohou rychle vrátit: lidé, kteří nejprve reagovali na výzvy k úsporám energie v nové budově, je po roce ignorovali. Přinejmenším zachování úspor z chování vyžaduje další vzdělávání, říká Lanou – zvláště na místě, jako je MIT, kam neustále přicházejí noví lidé.

Tam, kde lidé selhávají, však někdy mohou pomoci technologie. A i neuspokojivé výsledky mohou být poučné, pokud poskytují dostatek dat. Takové podrobné informace v mnoha snahách o zlepšení energetické účinnosti chyběly, protože provedení nezbytných měření může být nákladné; ale MIT se rozhodlo zaměřit se na pečlivé kvantifikování změn ve spotřebě energie, aby určilo, jaké přístupy fungují a jak dobře.

Parní pasti a záplavy dat

Většina projektů MIT na snížení spotřeby energie nezíská žádné ceny za inovace. Světla na squashových kurtech duPont svítila 24 hodin denně. Už žádné: senzory obsazenosti je nyní vypnou, když nikdo nehraje. Stejně tak instalace čidel obsazenosti na zimním stadionu a výměna starých výbojek s vysokou svítivostí za zářivky snížila spotřebu elektřiny na osvětlení na polovinu, zatímco kluziště bylo dvakrát jasnější. Přesto se očekává, že tyto a podobné změny provedené napříč kampusem se samy zaplatí za něco málo přes dva roky.

Oddělení zařízení důsledně sleduje výsledky takových projektů, aby ověřilo, které se vyplatí. Aby otestovali jedno opatření na úsporu energie, vyměnili vadné odvaděče kondenzátu v jedné ze dvou téměř identických kolejí East Campus. Správně fungující odvaděče páry udržují páru v radiátorech, dokud nezkondenzuje a nevydá své teplo; když nefungují, pára neustále prochází. Nejen, že se tím radiátor příliš zahřívá, ale také se plýtvá velkou částí energie v páře. Výměna pastí v celém areálu ušetřila za jeden rok asi 800 000 USD, což je více než pokrytí 765 000 USD za opravy a instalované senzory pro monitorování systému. Přestože instalace senzorů East Campus stála více než oprava odvaděčů páry na dvou kolejích, Cooper považuje peníze za dobře vynaložené, protože to MIT umožnilo vyčíslit úspory.

Některé změny spoléhají na pokročilejší technologie, alespoň k identifikaci problémů, které je třeba opravit. Velké budovy MIT používají systémy vytápění, ventilace a klimatizace velmi odlišné od systémů používaných v domácnostech. Obrovské vzduchotechnické jednotky regulují teplotu pomocí parních hadů pro vytápění a výměníků chlazené vody pro chlazení – obojí napájeno centrálním kogeneračním zařízením MIT, které zachycuje odpadní teplo z výroby elektřiny a vyrábí páru, kterou lze přímo nebo využít k pohonu kompresorů a chladniček. Takové vzduchotechnické jednotky jsou často řízeny systémem, který zaznamenává data, jako jsou teploty a průtoky vzduchu a vody a tlakové rozdíly v potrubí.

Řídicí systém MIT, jeden z největších v Severní Americe, shromažďuje a odesílá přibližně 50 000 datových bodů každých 15 minut. Obvykle se tento druh informací neuchovává ani neanalyzuje; používá se pouze k okamžitému ovládání vzduchotechniky. V poslední době však několik společností začalo zavádět systémy, které překládají původně zaznamenaná měření různými termíny, takže určitá data lze archivovat a komplexně analyzovat pomocí počítačových modelů a algoritmů navržených strojními inženýry a dalšími odborníky. Tento typ analýzy pomáhá společnostem určit, zda budova funguje tak, jak je navržena. Mohou pak identifikovat problémy a odhadnout, kolik bude stát jejich odstranění.

MIT pověřilo jednu z těchto společností, bostonskou Cimetrics, aby monitorovala a analyzovala některé své budovy. Společnost zatím identifikovala způsoby, jak ušetřit více než 500 000 dolarů ročně; zhruba polovina těchto projektů byla dokončena. Například v budově E25 odečty odhalily, že nový systém navržený tak, aby zachycoval část tepla odváděného z budovy ventilačním systémem, nefungoval správně. Naši chlapi prolezli potrubím a zjistili, že se zhroutilo, říká Cooper. Bez analýzy od Cimetrics by se to možná nikdy nenašlo – a rozhodně ne tak brzy, aby to bylo opraveno v rámci záruky.

Ale zatímco většina budov v kampusu je v systému řízení budov, analýza všech zaznamenaných dat je obtížná, drahá a téměř nemožné ji provést ručně pro více než 100 budov v kampusu MIT, říká Stephen Samouhos '04, SM '06, a doktorand strojního inženýrství zapojený do několika energetických projektů na akademické půdě. I pro jednu budovu je analýza řídicích dat velmi náročná na provedení. Samouhos hovoří ze zkušeností, studoval budovu informačních věd a technologií (N42), aby identifikoval příležitosti k úsporám energie. Ale během několika dní po instalaci senzorů do N42 našel způsoby, jak snížit spotřebu energie o 25 procent. Jeden zdroj odpadu: světla svítila celou noc. Když půjdete kolem té budovy, nemůžete ani najít, kde jsou vypínače, říká. Zjistil také, že protože budova byla navržena tak, aby obsahovala nikdy neinstalované datové centrum, které by produkovalo hodně tepla, má větší klimatizaci, než potřebuje. A i když tato klimatizace dokáže zchladit budovu asi za 20 minut, zapíná se čtyři hodiny předtím, než někdo v daný den dorazí. Oprava je jednoduchá, říká Samouhos: stačí zrušit zaškrtnutí jednoho políčka v ovládacím softwaru.

A v budově 6C Samouhos zjistil, že senzory obsazenosti – navržené tak, aby zhasly světla, když nikdo nebyl poblíž – byly mylně považovány za vypínače a vypnuty. Je to poslední míle dokončení projektu, která nám brání využít předpokládané úspory, říká Samouhos. Označování senzorových spínačů není příliš těžké, zdůrazňuje. Jen musíte mít někoho, kdo to udělá.

Péče o takové detaily bude důležitá při výstavbě nového kampusu, který je částečně řízen procesem zvaným integrovaný design, říká Leon Glicksman '59, PhD '64, profesor stavební technologie a strojního inženýrství, který spolupředsedá Campus Energy. Komando. V integrovaném designu jsou opatření účinnosti – jako důkladněji izolovaná okna s lepšími nátěry, které udržují teplo v létě a v zimě uvnitř – považována za základní systémy, jako je vytápění a klimatizace. Tímto způsobem lze například zvolit menší než obvykle klimatizační zařízení s ohledem na nižší požadavky na chlazení. Nová budova Sloan, o které Glicksman říká, že bude pravděpodobně energeticky nejúčinnější budovou v kampusu, bude používat okna, která zvýší úspory energie v zimě tím, že zachytí více sluneční energie, a přesto sníží množství tepla, které se v noci ztrácí okny. Integrovaný design se však vyplatí pouze tehdy, pokud správci budov zajistí, aby energeticky úsporné návrhy fungovaly podle plánu. Takže nové budovy budou monitorovány, aby se potvrdily úspory energie.

Dělat více

Všechny tyto projekty jsou jen ukázkou práce na energetické účinnosti probíhající na MIT. Profesoři jako Harvey Michaels, vědec v oblasti energetické účinnosti na katedře urbanistických studií a plánování, zkoumají efektivní přístupy k vládní politice. Samouhos spolupracuje s Nealem Gershenfeldem, ředitelem Centra pro bity a atomy MIT, na vývoji sítí, které mohou shromažďovat data levněji než řídicí systémy ve velkých budovách – a v ještě jemnějších detailech. Například každá žárovka v budově může být monitorována samostatně. Vyvíjejí také algoritmy pro použití těchto informací k provádění takových věcí, jako je upozornění správců budov, pokud se systémy vytápění, jak to říká Samouhos, odchýlí ve svém chování. Dalším krokem je vývoj softwaru, který lidem pomůže rozhodnout, co s informacemi dělat. Nemůžu jen tak říct, tvůj chladič nefunguje, říká Samouhos. Musím říct, že váš chladič utrácí 100 $ denně a návratnost investice do získání servisního manažera je x.

Přes veškerou aktivitu na akademické půdě si však mnoho lidí myslí, že by jich mělo být více. Nemyslím si, že jsme viděli někde blízko k tomu, co bychom měli vidět z hlediska investic, říká Jason Jay, doktorand Sloan a člen Campus Energy Task Force. Poukazuje na to, že oddělení zařízení identifikovalo projekty obnovy kapitálu v hodnotě 1 miliardy dolarů, které byly odloženy, z nichž mnohé by mohly mít dopad na energetickou účinnost. A zatím byly přiděleny pouze 2 miliony dolarů na projekty na úsporu energie v hodnotě 14 milionů dolarů, které pomohla identifikovat skupina Sloan. Peněz je málo, zvláště v současné ekonomické situaci. Čtvrtina z těchto 2 milionů dolarů pocházela z diskrečních fondů – a podle Theresy Stoneové nejsou letos k dispozici žádné diskreční fondy.

Současným přístupem k získávání peněz na projekty efektivity je ptát se absolventů a dalších dárců. Ale Jay by rád viděl, aby MIT hledalo i alternativní financování. I v této ekonomice je podle něj mnoho bank například ochotno poskytovat úvěry na projekty energetické účinnosti, protože jejich výsledky jsou tak spolehlivé.

Takové financování by mohlo MIT umožnit dělat nudné věci, jako je oprava odvaděčů páry a zavedení zářivkového osvětlení, říká Jay. Pak můžeme obrátit svou pozornost na zajímavé a vzrušující věci. Přál by si, aby MIT začalo odstraňovat technologie z laboratoře a uplatňovat je na akademické půdě, a to jak jako učební nástroj pro studenty, tak jako zdroj inspirace pro zelené architekty. To by umožnilo MIT být demonstračním místem a jakýmsi majákem pro zbytek světa, jak vypadá vedení energetické účinnosti, říká.

Své přání se mu možná brzy splní, alespoň částečně, když se budova na severní straně kampusu promění v sídlo MIT-Fraunhoferova centra pro udržitelné energetické systémy. Zrekonstruují tuto budovu a udělají z ní přehlídku energetické účinnosti, říká Glicksman. Cílem je vytvořit z něj zkušební půdu pro nové technologie a ukázat, co funguje.

Nakonec, kromě úspory peněz, to je to, co mají dělat všechny projekty energetické účinnosti na MIT.

skrýt