Los ingenieros señalan el camino hacia vecindarios urbanos más asequibles y sostenibles

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Un análisis de la Universidad de Stanford podría ayudar a los legisladores de los EE. UU. a gastar miles de millones de dólares en nuevos fondos federales para infraestructura de manera más inteligente. El estudio, publicado el 31 de marzo en Frontiers in Sustainable Cities, presenta un marco único en su tipo para diseñar la combinación de edificios más eficiente para un distrito urbano junto con sistemas que suministran tratamiento de aguas residuales, refrigeración, calefacción y electricidad. El enfoque optimiza la demanda por hora y el suministro de energía y agua con plantas de energía y agua integradas en el vecindario, lo que reduce significativamente los costos y la contaminación en comparación con los sistemas tradicionales que sirven a áreas más grandes. Esto, a su vez, podría conducir a ciudades más transitables, habitables y asequibles.

“En lugar de construir a ciegas, podemos usar este marco para observar los efectos de desarrollo a largo plazo, pronosticar y poner números detrás de los planes”, dijo el autor principal del estudio, Pouya Rezazadeh Kalehbasti, estudiante graduado en ingeniería civil y ambiental en la Escuela de Ingeniería de Stanford. en el momento de la investigación.

Las ciudades como problema y solución

Las áreas urbanas representan más de dos tercios del consumo mundial de energía y las emisiones de dióxido de carbono, según estimaciones de la ONU. Sus fuentes de agua están cada vez más presionadas por el calentamiento global y el aumento de la población. Una solución pasa por coordinar el diseño de los sistemas de suministro de energía, agua y tratamiento de aguas residuales. A diferencia de las plantas centralizadas tradicionalmente grandes con funciones separadas, este arreglo local e integrado puede hacer posible lograr una variedad de eficiencias, como dirigir la electricidad o el calor no utilizados de un sistema de energía para hacer funcionar un sistema de aguas residuales o usar aguas residuales para enfriar una planta generadora de energía. sistema.

Usando tecnologías avanzadas, las plantas integradas de energía y agua pueden ser relativamente compactas (aproximadamente del tamaño de dos o tres edificios de baja altura), altamente eficientes y capaces de reciclar aguas residuales en agua potable. No emiten olores, pueden funcionar con fuentes de energía renovables, como la energía solar, y emiten pocas o ninguna emisión. Cada planta puede atender entre 100 y 1000 edificios, según el tamaño de los edificios y la población residente. Ya existen más de 4000 sistemas integrados de energía y agua en EE. UU., China y otros países, especialmente en Europa y Canadá. Las corporaciones privadas y las universidades, como Stanford, han visto mejoras significativas en la eficiencia energética después de adoptar algún tipo de enfoque.

Optimización de sistemas

Con miras a optimizar el enfoque, los investigadores modelaron dos escenarios durante 20 años de operación simulada. El primer escenario fue una combinación de edificios y un sistema de energía diseñados juntos a lo largo de una planta central de tratamiento de aguas residuales convencional alimentada por la red. El segundo escenario integró sistemas avanzados de tratamiento de aguas residuales (ósmosis directa-ósmosis inversa y ósmosis directa-destilación de membrana) en el edificio y el diseño energético.

El análisis encontró que la integración completa de los sistemas de energía y agua con las mezclas de construcción dio como resultado una reducción del 75 % en el daño social, ambiental y económico de las emisiones de carbono, y una reducción del 20 % en los costos del equipo del ciclo de vida en comparación con los sistemas segregados tradicionales. Las reducciones se debieron principalmente a la reutilización del calor y la electricidad desperdiciados en el tratamiento de aguas residuales y al suministro de energía al sistema de tratamiento de aguas residuales con un sistema de energía local de baja a cero emisiones, en lugar de la red eléctrica regional.

Se espera que el enfoque propuesto en este estudio informe a los planificadores urbanos y diseñadores de infraestructura sobre una variedad de configuraciones óptimas para diseñar un vecindario. De esta manera, podrían coordinar el diseño de plantas integradas de energía y agua con reglas de zonificación, como imponer límites a los edificios industriales, para generar vecindarios urbanos más ambiental y económicamente sostenibles.

“Es emocionante ver que al integrar la infraestructura existente con las nuevas tecnologías urbanas y optimizar su desempeño al unísono, podemos descubrir caminos nuevos y sustanciales hacia la reducción global del carbono”, dijo el coautor del estudio Michael Lepech, profesor de ingeniería civil y ambiental. Ingenieria.

Los investigadores esperan que los planificadores urbanos utilicen algún día una versión ampliada del marco para diseñar una gama de otros sistemas, incluida la eliminación de basura y el control del tráfico. A medida que avanzan las tecnologías, el marco también podría incorporar nuevas eficiencias, como el uso del calor de la planta de energía para secar biosólidos de aguas residuales, reduciendo así las necesidades de eliminación y creando una fuente de biocombustibles renovables.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad Stanford. Original escrito por Rob Jordan. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.

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