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MIT ecologico
Steven Amanti ha trascorso buona parte del suo ultimo anno al MIT spiando i suoi compagni studenti e ricercatori. Da novembre 2005 ad aprile 2006, durante il giorno e nelle ore dispari della notte, ha fatto innumerevoli visite all'Edificio 18, che ospita 40 laboratori di chimica. Sbirciò in quei laboratori, scattò fotografie in time-lapse e annotò appunti, registrando comportamenti che in seguito avrebbe caratterizzato come eccessivi, irresponsabili e persino pericolosi.
Sempre acceso I codici di sicurezza richiedono che i corridoi dell'edificio 18 rimangano illuminati 24 ore su 24.
Come parte della sua tesi di laurea in ingegneria meccanica, Amanti stava documentando i modi in cui l'energia veniva sprecata nell'edificio, uno dei maggiori consumatori di energia del campus. Sulla base delle sue osservazioni, ha stimato che il MIT stava sprecando fino a $ 350.000 all'anno in riscaldamento, raffreddamento ed elettricità di cui non aveva bisogno, solo per quell'edificio. E, ha detto, l'Istituto potrebbe fermare questo spreco adottando misure che non costerebbero quasi nulla.
Le indagini di Amanti hanno coinciso con l'inizio della MIT Energy Initiative (MITEI), un importante sforzo per promuovere la ricerca e l'istruzione sull'energia presso l'Istituto. Quando la presidente Susan Hockfield ha discusso dell'iniziativa nel novembre 2005, ha affermato che oltre a generare tecnologie energetiche innovative ed ecocompatibili, doveva anche ispirare un cambiamento nel modo in cui l'Istituto stesso utilizza le risorse: spero vivamente che condurremo anche con l'esempio e … modellare le pratiche energetiche sostenibili nel nostro campus.
Da allora, il MIT ha preso provvedimenti per far sì che ciò accada. I nuovi edifici del campus sono stati progettati per essere più efficienti dal punto di vista energetico rispetto agli edifici convenzionali. E docenti, personale e studenti che lavorano su diversi progetti hanno scoperto attrezzature e pratiche che sprecano energia in tutto il campus che potrebbero aggiungere fino a milioni di dollari l'anno. Un gruppo di studenti della Sloan School of Management, ad esempio, ha collaborato con il dipartimento delle strutture per identificare progetti di risparmio energetico del costo di 14 milioni di dollari che potrebbero ripagarsi da soli in meno di tre anni. Già, un investimento di $ 765.000 in un progetto di due anni fa risparmiare all'Istituto circa $ 800.000 all'anno.
Multimedia
Un gruppo di esperti del MIT discute le tecnologie per l'efficienza energetica durante la Energy Futures Week.
Alla MIT Energy Conference del 2009 un gruppo di esperti discuterà di 'gestione della domanda'.
Per far decollare progetti come questi, l'anno scorso il vicepresidente esecutivo e tesoriere del MIT, Theresa Stone, ha istituito un nuovo fondo di investimento per la conservazione dell'energia del MIT con un capitale iniziale di $ 500.000. Da allora, gli ex studenti hanno versato altri 1,5 milioni di dollari al MITEI Campus Energy Task Force Fund, incluso un milione di dollari in regalo da Jeffrey Silverman '68 che istituisce il Silverman Evergreen Energy Fund. Il denaro risparmiato attraverso i progetti finanziati da questi fondi sarà reinvestito in altri progetti di conservazione.
Ma gestire un istituto di ricerca in modo sostenibile non è un compito facile. I laboratori consumano molta più energia degli uffici o delle residenze, in gran parte per necessità. Inoltre, molte aziende ecologiche sono desiderose di vendere soluzioni che potrebbero non funzionare davvero. Uno degli ostacoli istituzionali a fare qualcosa per l'efficienza energetica è l'incertezza percepita su costi e risparmi, afferma Steven Lanou, MCP '98, vicedirettore per la sostenibilità ambientale dell'Ufficio centrale per l'ambiente, la salute e la sicurezza del MIT e membro del MIT Energy Campus Energy Task Force dell'iniziativa. C'è spesso scetticismo sulle promesse di conservazione. Quale sarà davvero il rapporto qualità-prezzo?
Maiali energetici
Le foto time-lapse di Amanti hanno mostrato le luci dell'Edificio 18 che brillano costantemente giorno e notte. Le letture del sensore di luce hanno rivelato che l'edificio era due volte più luminoso all'interno rispetto agli altri nel campus. Ma le luci, calcolò Amanti, rappresentavano solo il 5 per cento dell'elettricità utilizzata. Il problema principale, il motivo per cui questo edificio consumava più energia per piede quadrato di qualsiasi altro edificio del MIT tranne uno, era che aveva 200 cappe di aspirazione e i ricercatori le lasciavano aperte quando non erano in uso.
Le cappe aspiranti sono una delle più grandi fonti di energia del campus, afferma Stone, che co-presiede la Task Force per l'energia del campus. Questi dispositivi simili a armadietti utilizzano ventole per estrarre l'aria dall'ambiente confinato del laboratorio, trasportando tracce di sostanze chimiche tossiche all'esterno in modo che i ricercatori non le respirino durante gli esperimenti. Ma così facendo, estraggono costantemente aria riscaldata o raffreddata dall'edificio. È come lasciare la porta principale e la porta sul retro aperte tutto il giorno, afferma Peter Cooper '70, responsabile dell'ingegneria sostenibile e della pianificazione delle utenze presso il dipartimento delle strutture del MIT. Secondo una stima, dice, una singola cappa in genere rappresenta il consumo energetico annuo di due case, e ce ne sono più di mille nel campus.
Le cappe chimiche convenzionali pompano l'aria alla stessa velocità sia che le loro porte in vetro siano aperte o chiuse. Le cappe dell'Edificio 18, tuttavia, erano state scelte perché il flusso d'aria scende di due terzi quando le porte sono chiuse, rendendole potenzialmente molto meno dispendiose. Ma i ricercatori stavano vanificando lo scopo. Amanti ha scoperto che alcuni avevano persino disabilitato gli allarmi progettati per suonare ogni volta che i cappucci consumavano più energia del necessario, bloccando il pulsante di disattivazione dell'audio con pezzi di carta, ha scritto.
I capi di laboratorio avevano pochi incentivi per convincere i ricercatori a chiudere i cofani. I singoli dipartimenti e ricercatori non pagano le proprie bollette energetiche, afferma Cooper; l'Istituto nel suo insieme prende la scheda. Richiedere a ciascun laboratorio di pagare per l'energia utilizzata potrebbe motivare i ricercatori a risparmiare, afferma, ma è improbabile che l'attuale politica cambi, per una buona ragione. Al MIT, per esempio, è facile per un biologo e un ingegnere elettrico formare un laboratorio insieme. Sebbene l'assegnazione dello spazio a volte possa essere una sfida, non devono preoccuparsi del dipartimento di biologia e del dipartimento di ingegneria elettrica che combinano i loro budget, afferma. Quando ci confrontiamo con altre università di ricerca, gran parte del nostro successo è dovuto al fatto che abbiamo corridoi interconnessi e un sistema finanziario comune.
A quanto pare, le persone possono essere persuase a cambiare anche senza un incentivo finanziario. Dopo che il capo del dipartimento di chimica, Tim Swager, ha appreso quanto fosse affamato di energia il suo edificio, ha deciso di fare qualcosa al riguardo e ha cercato un modo per rivelare i laboratori più dispendiosi. Ogni cappa è dotata di sensori che registrano quanto sono aperte le porte e trasmettono tali informazioni a un sistema che controlla il flusso d'aria. Swager ha trovato $ 12.000 per sviluppare un programma per convertire i dati in rapporti che confrontano tutti i laboratori, identificando i migliori risultati ed esponendo i peggiori trasgressori.
I rapporti hanno spinto i ricercatori a chiudere i cofani più spesso; che ha salvato l'Istituto circa $ 24.000 all'anno e ha ridotto le emissioni di anidride carbonica di 93 tonnellate nel solo edificio 18, secondo un'analisi fatta da Dan Wesolowski, PhD '08. Anche se il dipartimento di chimica stesso non ha risparmiato denaro, dice Cooper, il semplice fatto di fornire loro informazioni ha cambiato il comportamento.
Altri sforzi per cambiare il comportamento sono in corso. Wesolowski, insieme ad altri studenti, ha anche studiato l'uso delle porte girevoli nell'edificio medico del MIT (E25). In media, quando si apre una porta a battente, viene scambiata una quantità d'aria otto volte superiore rispetto a una porta girevole. È otto volte più aria che deve essere riscaldata o raffreddata, hanno scritto gli studenti. Hanno concluso che se tutti usassero le porte girevoli nell'E25, il MIT risparmierebbe quasi 7.500 dollari in gas naturale ogni anno, abbastanza per riscaldare cinque case, ed eliminerebbe quasi 15 tonnellate di emissioni di anidride carbonica. Il loro studio ha anche scoperto che molte persone evitano le porte girevoli perché sono difficili da spingere, un problema che da allora il dipartimento delle strutture ha affrontato servendole e assicurandosi che funzionino correttamente. E Wesolowski ha scoperto che più persone usano queste porte se i cartelli spiegano perché è una buona idea e li ringraziano per averlo fatto. Le versioni permanenti di quei segni sono ora installate in tutto il campus.
Ma convincere le persone a cambiare il loro comportamento non è abbastanza. I $24.000 all'anno risparmiati chiudendo le cappe, per esempio, erano meno del 7% di quanto Amanti si aspettava; secondo i dati raccolti da Swager, i cofani non venivano lasciati aperti come aveva stimato Amanti, quindi veniva sprecata meno energia. Un altro problema con i cambiamenti comportamentali è che non sempre durano. Un recente studio sugli edifici ad alta efficienza energetica del National Renewable Energy Laboratory di Golden, CO, ha mostrato che le cattive abitudini possono tornare rapidamente: le persone che all'inizio hanno risposto alle richieste di risparmiare energia in un nuovo edificio le hanno ignorate dopo un anno. Come minimo, mantenere i risparmi dal comportamento richiede un'educazione continua, dice Lanou, specialmente in un posto come il MIT, dove arrivano costantemente nuove persone.
Dove le persone falliscono, tuttavia, la tecnologia a volte può aiutare. E anche i risultati deludenti possono essere istruttivi se forniscono dati sufficienti. Tali informazioni dettagliate sono mancate in molti sforzi per migliorare l'efficienza energetica perché effettuare le misurazioni necessarie può essere costoso; ma il MIT ha deciso di concentrarsi sulla quantificazione attenta dei cambiamenti nell'uso dell'energia per determinare quali approcci funzionano e quanto bene.
Trappole di condensa e inondazioni di dati
La maggior parte dei progetti del MIT per ridurre il consumo di energia non vincerà alcun premio per l'innovazione. Le luci nei campi da squash di duPont erano accese 24 ore al giorno. Non più: i sensori di presenza ora li spengono quando nessuno sta giocando. Allo stesso modo, l'installazione di sensori di presenza nella pista di pattinaggio e la sostituzione di vecchie lampade a scarica ad alta intensità con lampade fluorescenti ha dimezzato il consumo di elettricità per l'illuminazione, rendendo la pista due volte più luminosa. Tuttavia, si prevede che questi e altri cambiamenti simili da apportare in tutto il campus si ripagheranno in poco più di due anni.
Il dipartimento delle strutture sta monitorando rigorosamente i risultati di tali progetti per verificare quali pagano. Per testare una misura di risparmio energetico, hanno sostituito gli scaricatori di condensa difettosi in uno dei due dormitori dell'East Campus quasi identici. Gli scaricatori di condensa correttamente funzionanti trattengono il vapore nei radiatori fino a quando non si condensa e cede calore; quando non funzionano, il vapore passa continuamente. Questo non solo rende il radiatore troppo caldo, ma spreca anche molta energia nel vapore. La sostituzione delle trappole in tutto il campus ha consentito di risparmiare circa 800.000 dollari in un anno, oltre a coprire i 765.000 dollari di spesa per le riparazioni e i sensori installati per monitorare il sistema. Sebbene sia costato di più installare i sensori dell'East Campus che riparare gli scaricatori di condensa dei due dormitori, Cooper considera i soldi ben spesi poiché ha permesso al MIT di quantificare i risparmi.
Alcuni dei cambiamenti si basano su tecnologie più avanzate, almeno per identificare i problemi che devono essere risolti. I grandi edifici del MIT utilizzano sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria molto diversi da quelli utilizzati nelle case. Enormi unità di trattamento dell'aria regolano la temperatura con batterie a vapore per il riscaldamento e batterie ad acqua refrigerata per il raffreddamento, entrambe alimentate dall'impianto di cogenerazione centrale del MIT, che cattura il calore di scarto dalla produzione di energia elettrica per produrre vapore che può essere utilizzato direttamente o sfruttato per azionare compressori e frigoriferi. Tali gestori dell'aria sono spesso controllati da un sistema che registra dati quali temperature e portate di aria e acqua e differenziali di pressione nelle condutture.
Il sistema di controllo del MIT, uno dei più grandi del Nord America, raccoglie e invia circa 50.000 punti dati ogni 15 minuti. In genere, questo tipo di informazioni non viene conservato o analizzato; viene utilizzato solo per controllare la gestione dell'aria momento per momento. Ma ultimamente alcune aziende hanno iniziato a creare sistemi che traducono le misurazioni originariamente registrate in termini diversi in modo che determinati dati possano essere archiviati e analizzati in modo completo con l'aiuto di modelli e algoritmi informatici ideati da ingegneri meccanici e altri esperti. Questo tipo di analisi aiuta le aziende a determinare se un edificio funziona nel modo in cui è stato progettato. Possono quindi identificare i problemi e stimare quanto costerà risolverli.
Il MIT ha incaricato una di queste società, la Cimetrics di Boston, di monitorare e analizzare alcuni dei suoi edifici. L'azienda ha finora identificato modi per risparmiare più di $ 500.000 all'anno; circa la metà di questi progetti è stata completata. Nell'edificio E25, ad esempio, le letture hanno rivelato che un nuovo sistema progettato per catturare parte del calore pompato fuori dall'edificio dal sistema di ventilazione non funzionava correttamente. I nostri ragazzi sono andati strisciando attraverso il condotto e hanno scoperto che era crollato, dice Cooper. Senza l'analisi di Cimetrics, questo non sarebbe mai stato trovato e certamente non abbastanza presto per essere riparato in garanzia.
Ma mentre la maggior parte degli edifici del campus si trova nel sistema di controllo degli edifici, l'analisi di tutti i dati acquisiti è difficile, costosa e quasi impossibile da eseguire manualmente per oltre 100 edifici nel campus del MIT, afferma Stephen Samouhos '04, SM '06, un dottorando in ingegneria meccanica coinvolto in diversi progetti energetici nel campus. Anche per un edificio, l'analisi dei dati di controllo è molto impegnativa da eseguire. Samouhos parla per esperienza, avendo studiato l'edificio della scienza e della tecnologia dell'informazione (N42) per identificare le opportunità per risparmiare energia. Ma dopo pochi giorni dall'installazione dei sensori nell'N42, ha trovato il modo di ridurre il consumo di energia del 25%. Una fonte di spreco: le luci sono rimaste accese tutta la notte. Se cammini intorno a quell'edificio, non riesci nemmeno a trovare dove sono gli interruttori della luce, dice. Ha anche scoperto che, poiché l'edificio è stato progettato per ospitare un data center mai installato, che avrebbe generato molto calore, dispone di un condizionatore d'aria più grande del necessario. E anche se quel condizionatore d'aria può raffreddare l'edificio in circa 20 minuti, è acceso quattro ore prima che qualcuno arrivi per la giornata. La soluzione è semplice, afferma Samouhos: basta deselezionare una casella nel software di controllo.
E nell'edificio 6C, Samouhos ha scoperto che i sensori di presenza, progettati per spegnere le luci quando non c'era nessuno in giro, erano stati scambiati per interruttori della luce e spenti. È l'ultimo miglio del completamento di un progetto che ci impedisce di capitalizzare sui risparmi previsti, afferma Samouhos. L'etichettatura degli interruttori del sensore non è molto difficile da fare, sottolinea. Devi solo avere qualcuno che lo faccia.
Prendersi cura di tali dettagli sarà importante nella costruzione del nuovo campus, che è guidato in parte da un processo chiamato progettazione integrata, afferma Leon Glicksman '59, PhD '64, professore di tecnologia degli edifici e ingegneria meccanica, che co-presiede il Campus Energy Task Force. Nella progettazione integrata, le misure di efficienza, come finestre più accuratamente isolate con rivestimenti migliori per tenere fuori il calore in estate e durante l'inverno, sono considerate allo stesso tempo dei sistemi di base come il riscaldamento e l'aria condizionata. In questo modo, ad esempio, è possibile scegliere un condizionatore d'aria più piccolo del solito in previsione di minori esigenze di raffreddamento. Il nuovo Sloan Building, che secondo Glicksman sarà probabilmente l'edificio più efficiente dal punto di vista energetico del campus, utilizzerà finestre che miglioreranno il risparmio energetico in inverno catturando più energia solare e tuttavia ridurranno la quantità di calore perso attraverso le finestre durante la notte. Ma la progettazione integrata paga solo se i gestori dell'edificio si assicurano che i progetti di risparmio energetico funzionino come previsto. Quindi i nuovi edifici saranno monitorati per confermare il risparmio energetico.
Fare di più
Tutti questi progetti sono solo un esempio del lavoro di efficienza energetica in corso al MIT. Professori come Harvey Michaels, uno scienziato dell'efficienza energetica presso il Dipartimento di studi e pianificazione urbana, stanno ricercando approcci efficaci alla politica del governo. Samouhos sta lavorando con Neal Gershenfeld, il direttore del Center for Bits and Atoms del MIT, per sviluppare reti in grado di raccogliere dati in modo meno costoso rispetto ai sistemi di controllo nei grandi edifici e con dettagli ancora più fini. Ad esempio, ogni lampadina di un edificio potrebbe essere monitorata separatamente. Stanno anche sviluppando algoritmi per utilizzare queste informazioni per fare cose come avvisare i gestori degli edifici se i sistemi di riscaldamento, come dice Samouhos, stanno divagando nel loro comportamento. Il prossimo passo è sviluppare un software che aiuti le persone a decidere cosa fare con le informazioni. Non posso semplicemente dire che il tuo refrigeratore non funziona, dice Samouhos. Devo dire che il tuo refrigeratore sta sprecando $ 100 al giorno e il ritorno sull'investimento per ottenere un responsabile dell'assistenza è x.
Per tutte le attività del campus, tuttavia, molte persone pensano che dovrebbero essercene di più. Non credo che abbiamo visto da nessuna parte vicino a ciò che dovremmo vedere in termini di investimenti, afferma Jason Jay, uno studente di dottorato di Sloan e membro della Task Force per l'energia del campus. Sottolinea che il dipartimento delle strutture ha identificato progetti di rinnovo del capitale per un valore di 1 miliardo di dollari che sono stati rinviati, molti dei quali potrebbero avere un impatto sull'efficienza energetica. E finora solo $ 2 milioni sono stati stanziati per i $ 14 milioni di progetti di risparmio energetico che il gruppo Sloan ha contribuito a identificare. Il denaro è scarso, soprattutto nell'attuale clima economico. Un quarto di quei 2 milioni di dollari proveniva da fondi discrezionali e quest'anno non sono disponibili fondi discrezionali, secondo Theresa Stone.
L'approccio attuale per raccogliere fondi per progetti di efficienza è chiedere a ex studenti e altri donatori. Ma Jay vorrebbe che anche il MIT cercasse finanziamenti alternativi. Anche in questa economia, dice, molte banche, ad esempio, sono disposte a concedere prestiti per progetti di efficienza energetica, perché i loro risultati sono così affidabili.
Tale finanziamento potrebbe consentire al MIT di portare a termine le cose noiose, come riparare gli scaricatori di condensa e inserire luci fluorescenti, dice Jay. Quindi possiamo rivolgere la nostra attenzione alle cose interessanti ed eccitanti. Gli piacerebbe vedere il MIT iniziare a portare le tecnologie fuori dal laboratorio e ad applicarle nel campus, sia come strumento di apprendimento per gli studenti che come fonte di ispirazione per gli architetti verdi. Consentirebbe al MIT di essere un sito dimostrativo e una sorta di faro per il resto del mondo per l'aspetto della leadership in materia di efficienza energetica, afferma.
Potrebbe presto realizzare il suo desiderio, almeno in parte, quando lo spazio edificabile sul lato nord del campus viene trasformato nella sede del MIT-Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems. Rinnoveranno quell'edificio e ne faranno una vetrina per l'efficienza energetica, afferma Glicksman. L'idea è di farne un banco di prova per le nuove tecnologie e di dimostrare cosa funziona.
Alla fine, oltre a risparmiare denaro, questo è ciò che dovrebbero fare tutti i progetti di efficienza energetica del MIT.