نقاش المستخدم:Amanda rasmi/أرشيف 1

أرشيف 1

• أرشيف 1
• 2

المبادل الحراري الأرضي المقرون

هذه المقالة هي عن أنابيب الأرض.لحلقة الانابيب المغلقة الخاصة بالمضخة الحرارية،المعتمدة على حرارة باطن الارض.

المبادل الحراري الأرضي المقرون هو مبادل حراري تحت الأرض يقوم بالتقاط الحرارة من و / أو تبديد الحرارة على الأرض.

يستخدمونها للأرض قرب درجة الحرارة الجوفية الثابتة نسبيا لتبريد او تسخين الهواء أو السوائل الأخرى للاستخدامات السكنية أو الزراعية أو الصناعية. إذا هو في مهب الهواء من ولأغراض اعادة تهوية المبنى او الفراغ المعماري، فأنه يسمى بالانابيب الارضية (المعروف أيضا باسم أنابيب التبريد الأرضية أو أنابيب التسخين الارضية) في أوروبا أو المبادلات الحرارية بين الأرض والهواء (أو EAHE EAHX) في أمريكا الشمالية. وتم تعرف هذه النظام من قبل أسماء أخرى عدة، من بينها: مبادل حراري من الجو إلى الأرض، والقنوات الأرضية، ونظم نفق الأرض والهواء، و أنبوب مبادل حرارة الارض ،والمبادلات الحرارية الجوفية، وأنابيب الهواء تحت الأرض، وغيرها.

أنابيب الأرض غالبا ما تكون بديلا عمليا واقتصاديا أو ملحق للتدفئة المركزية التقليدية أو أنظمة تكييف الهواء حيث لا توجد الضواغط، والمواد الكيميائية أو المشعل فقط يحتاج الى توربين لتحريك الهواء. وتستخدم هذه إما لتبريد جزئي أو كامل و / أو تسخين الهواء و التهوية. و استخدام هذه النظام داخل المباني يساعدها ترتقي لمعايير أو شهادة ال LEED

وقد استخدمت مبادلات الأرض والهواء الحرارية في المنشآت الزراعية (المباني الحيوانية) ومرافق البستانية (البيوت البلاستيكية) في الولايات المتحدة على مدى العقود العديدة الماضية واستخدمت جنبا إلى جنب مع المداخن الشمسية في المناطق الجافة الحارة لآلاف السنين، من المحتمل بدء ظهوره في الامبراطورية الفارسية. وأصبح تنفيذ هذه النظم في النمسا والدانمارك وألمانيا، والهند شائع الى حد كبير منذ منتصف 1990s، ويتم ببطء اعتمادها في أمريكا الشمالية.

قد يستخدم في المبادل الحراري الديناميكي الأرضي أيضا المياه أو مانع التجمد باعتباره سائل النقل الحراري، وغالبا بالتعاون مع مضخة الحرارة الجوفية. انظر، على سبيل المثال مبادلات الحرارة اسفل. [1] ما تبقى من هذه المادة في المقام الأول يتعامل مع مبادلات حرارية الأرض في الهواء أو أنابيب الأرض.

كيفية الصنع و التصميم:

Heat recovery ventilation, often including an earth-to-air heat exchanger, is essential to achieve the German passivhaus standard

ويمكن تحليل مبادل (الأرض والهواء) الحراري لأداء مع تطبيقات برمجيات عدة باستخدام بيانات سعة الطقس. وتشمل هذه التطبيقات البرمجية GAEA، الحرارية AWADUKT، EnergyPlus، L-EWTSim، WKM، وغيرها. ومع ذلك، فقد تم تصميم العديد من مبادلات (الأرض والهواء) الحرارية، وشيدت بطريقة غير سليمة، وفشلت في تلبية توقعات التصميم.

مبادلات (الأرض والهواء) الحرارية تبدو الأنسب للمعالجة المسبقة و الجزئية للهواء بدلا من التدفئة أو التبريد الكامل. المعالجة الجزئية للهواء المشكل المصدر الرئيسي لمضخة الهواء الحرارية غالبا ما يقدم أفضل عائد على الاستثمار الاقتصادي، مع مردود بسيط يتحقق في كثير من الأحيان في غضون سنة واحدة بعد التثبيت.

وتبنى عادة معظم الأنظمة بسماكة(100-600 مم)وقطرها(4 إلى 24)بوصة،على نحو سلس (حتى تتجنب العفن والرطوبة نتيجة التكثيف)،الانابيب البلاستيكية الصلبة أو شبه الصلبة، أنابيب معدنية مغلفة بالبلاستيك أو أنابيب بلاستيكية مطلية بطبقات داخلية مضادة للجراثيم ، تدفن (1،5- 3 م) (5 - 10 قدما) تحت سطح الأرض حيث تبلغ درجة حرارة الأرض المحيطة عادة بين 10 إلى 23 درجة مئوية (50-73 درجة فهرنهايت) على مدار السنة في خطوط العرض المعتدلة، حيث ان معظم البشر يعيشون فيها. حرارة الأرض تصبح أكثر استقرارا مع العمق.

الأنابيب ذات القطر الأصغر تتطلب المزيد من الطاقة لتحريك الهواء وأقل منطقة اتصالا مع سطح الأرض. الأنابيب الأكبر تبطأ تدفق الهواء، مما يحقق أيضا أكثر كفاءة نقل للطاقة ، والسماح بمزيد من التبادلات الحرارية للهواء في فترة زمنية أقصر، وعلى سبيل المثال عندما تريد مسح المبنى من الروائح المكروهة أو الدخان فهو أكثر فعالية لسحب الهواء من خلال أنبوب طويل لدفعها مع مروحة. وتستخدم مدخنة الحمل الحراري الطبيعي الطاقة الشمسية (رفع الهواء الدافئ) لخلق فراغ يتم فيه عملية رفع الهواء الدافئ ال اعلى ليحل مكانه الهواء الابرد من خلال أنابيب التبريد ذات قطر كبير. قد يكون الحمل الحراري الطبيعي أبطأ من استخدام مروحة تعمل بالطاقة الشمسية. وينبغي تجنب استخدام انابيب بزوايا حادة 90-45 درجة اما الانابيب ذات الزوايا قليلة الانحناء فأنها تنتج أقل اضطرابا، وتدفق هواء أكثر كفاءة. بينما الانابيب ذات الجدران و الاسطح السلسة، تكون أكثر كفاءة في تحريك الهواء، وأقل كفاءة في نقل الطاقة.

Earth pipe before being covered with ground

هناك ثلاثة تكوينات، وتصميم الدوائر المغلقة، ونظام "الهواء النقي" المفتوح أو نظام مشترك يجمع النظامين السابقين معا:

1) تصميم الدوائر المغلقة :الهواء داخل المنزل يمر من خلال هيكل حلقة على شكل حرف U)) من 30 - 150 متر عادة (100 الى 500 قدم) او من أنبوب (s) حيث يتم جعل درجة حرارة الهواء قريبة لدرجة حرارة باطن الارض قبل أن يعود ليتم توزيعها عن طريق: نظام حلقة مجاري هواء مغلقة في جميع أنحاء المنزل. يمكن لنظام الدائرة المغلقة أن تكون أكثر فعالية (خلال درجات الحرارة القصوى للهواء) من النظام المفتوح، لأنه يعيد تبريد نفس الهواء.

2)نظام "الهواء النقي" المفتوح : يوجه الهواء الخارجي من كمية الهواء التي تمت تصفيتها (الحد الأدنى لقيمة الكفاءة الموصي بها في تقارير الكفاءة لفلتر الهواء + 8 ميرف). أنابيب التبريد في المنزل عادة ما تكون 30 مترا (100 قدم) أنابيب مستقيمة طويلة. يمكن للنظام المفتوح جنبا إلى جنب مع نظام التهوية استعادة طاقة تكون فعالة قدر ما يقرب (80-95٪)، من الطاقة التي يستعيدها نظام الحلقة مغلقة، ويضمن دخول الهواء النقي بعد ترشيحه و تلطيفه.

3)نظام الجمع: يمكن بناء هذا النظام مع صمام منظم يسمح بتفعيل الانظمة إما المغلقة أو المفتوحة، تبعا لمتطلبات التهوية. مثل هذا التصميم، وحتى في وضع الحلقة المغلقة، يمكن استخلاص كمية من الهواء النقي عندما يتم إنشاء انخفاض ضغط للهواء بواسطة مدخنة الطاقة الشمسية، و مجفف الملابس، الموقد، المطبخ أو الحمام و فتحات التهوية. فمن الأفضل أن أنبوب للتهوية عند استخدام نظام التبريد التلقائي بدلا من ادخال الهواء الغير معالج.

المبادلات الحرارية الأرضية والجوية توفر القدرة على تحسين جودة الهواء في الأماكن المغلقة أكثر من النظم التقليدية من خلال توفير زيادة التعرض للهواء الخارجي. ويتم توفير امدادات مستمرة للهواء من الهواء الطلق. وهذا النوع من الأنظمة عادة ما تتضمن واحدة أو أكثر من وحدات استرداد الحرارة والتهوية.

السلامة العامة:

إذا لم يتم معالجة الرطوبة وما يرتبط بها من العفن و التلف في تصميم النظام، قد يواجه المستخدمين مخاطر صحية. في بعض المواقع، يمكن التحكم في نسبة الرطوبة عن طريق أنابيب الارض بأستخدام الصرف السلبي(التلقائي) إذا كان منسوب المياه الجوفية عميقة بما فيه الكفاية والتربة ذات نفاذية عالية نسبيا. في الحالات التي يكون فيها الصرف السلبي ليس ممكنا أو يحتاج إلى زيادته للحد من الرطوبة فأنه يمكنن استخدام انظمة اخرى مثل,نظام (مزيل الرطوبة) أو نظام (المجففة) لعلاج الرطوبة.

بحث رسمي يشير إلى أن المبادلات الحرارية الأرضية في تهوية البناء تقليل من تلوث الهواء.

((Rabindra (2004))) " نفق [مبادل الأرض والهواء الحراري] وجد للحد من كمية البكتيريا والفطريات مما يجعل الهواء أكثر أمانا بالنسبة للبشر أن يستنشق. ولذلك فمن الواضح أن استخدام [نفق هواء الأرض] لا تساعد فقط على حفظ الطاقة ولكن أيضا يساعد على الحد من تلوث الهواء عن طريق الحد من البكتيريا والفطريات.

وبالمثل، ((Flueckiger (1999))) في دراسة أجريت على 12 مبادلات حرارية في الهواء متفاوتة من حيث التصميم والمواد ، والحجم والعمر،، "تم تنفيذ هذه الدراسة بسبب مخاوف من احتمال نمو الجراثيم في الأنابيب المدفونة لأنظمة الهواء- الأرض الديناميكي. أظهرت النتائج مع ذلك، أنه لا يحدث نمو للبكتيريا الضارة "، وقال أيضا:" وبناء على هذه التحقيقات العملية من أرض الواقع إلى جانب المبادلات الحرارية من الأرض إلى الجو هو مقبول طالما يتم تنفيذ الضوابط العادية وإذا مرافق التنظيف المناسبة متاحة ".

سواء باستخدام أنابيب الأرض أو بدون المواد المضادة للميكروبات، من المهم للغاية أن أنابيب التبريد تحت الارض لديها نظام للتخلص من التكثيف الحاصل ويتم تثبيتها في درجة درجة 2-3 لضمان إزالة الماء المكثف من الأنابيب.

عند التنفيذ في منزل بدون قبو ، يمكن تثبيت برج التكثيف الخارجي على عمق أقل من حيث مدخل ألانبوب الى المنزل. تركيب برج التكثيف يتطلب استخدام المضخة التكثيف التي تستخدم لإزالة المياه من البرج. للمنشآت في المنازل مع الأقبية، تصنف الأنابيب بحيث تجمع الماء المتكثف في اخفض نقطة في المنزل. إما في التثبيت، يجب تميل ألانبوب نحو إما برج التكثيف أو هجرة التكثيف. يجب يكون السطح الداخلي للأنبوب، بما في ذلك جميع مفاصل سلسا للمساعدة في تدفقالماء وإزالة من المكثفات. لا يجب استخدام ألانابيب اومفاصل داخلية مموجة أو مضلعة. يجب أن يكون المفاصل الذي يربط الأنابيب معا مشددة لمنع تسلل المياه أو الغاز. في بعض المناطق الجغرافية، فمن المهم أن مفاصل منع تسلل غاز الرادون. لا يمكن استخدام مواد مسامية مثل الأنابيب الخرسانية غير المصقولة. من الناحية المثالية، ينبغي أن تستخدم أنابيب الأرض مع الطبقات الداخلية في المنشآت المضادة للجراثيم لكبح النمو المحتمل للقوالب والبكتيريا داخل الأنابيب.

الأثر البيئي

في سياق اليوم تناقص مخزونات الوقود الأحفوري، وزيادة تكاليف الكهرباء وتلوث الهواء وظاهرة الاحتباس الحراري، تقدم أنابيب التبريد الأرضة بديلا مستدام للحد من أو القضاء على الحاجة إلى الانظمة التقليدية المستندة إلى أنظمة تكييف الهواء، في المناخات غير الاستوائية . كما أنها توفر فائدة إضافية من حيث تصفيتها للهواء و للرقابة .

الماء إلى الأرض

يمكن استخدام "المياه" كبديل للهواء المستخدم. يكون عادتا مماثلة لأنابيب المضخة الحرارية الأرضية تمتد أفقيا في التربة (أو يمكن أن يكون مسبار العمودي) على عمق مماثل لمبادل حراري الأرض والهواء. ويستخدم ما يقرب من ضعف طول أنبوب بقطر 35 ملم، على سبيل المثال، حوالي 80 م مقارنة مع EAHX من 40 مترا. توضع لفائف المبادل الحراري قبل مدخل الهواء الخاص بجهاز التهوية. وعادة ما تستخدم سائل محلول ملحي (ماء مملح بشدة)، كوسط ناقل للحرارة

منشآت أوروبية عديدة تستخدم الآن هذا النظام نظرا لسهولة التركيب. لأنه لم يكن يحتاج إلى نقطة صرف الصحي وأنها آمنة بسبب انخفاض خطر من العفن.

مواضيع مشابهة:

تبريد المباني السلبي

مدخنة شمسية

التدفئة والتهوية وتكييف الهواء

طاقة متجددة

كهرباء حرارة أرضية

المبنى المستقل ذاتياً

هو مبنى مصمم ليتم تشغيله بشكل مستقل عن خدمات البنية التحتية ( شبكة الكهرباء، شبكة الغاز، شبكة المياه المحلية التابعة للبلديات، شبكات الصرف الصحي ومصارف الأمطار ،خدمات الاتصالات، وفي بعض الحالات الطرق العامة ).

لخص دعاة الابنية المستقلة ذاتياً المزايا التي تشملها هذه الأبنية بخفض التأثيرات البيئية ،تعزيز الأمن ،تقليل التكاليف على المالك وتلبية متطلبات المباني الخضراء.

الأبنية المستقلة عن الشبكات العامة لا تعتمد كثيراً على الخدمات المدنية المحلية وهي بذلك أكثر أماناً وراحة عند حدوث الكوارث الطبيعية والهجمات المسلحة.

تركز معظم البحوث والمقالات المنشورة حول المباني المستقلة ذاتياً على المنازل السكنية.

يقول المهندسان المعماريان البريطانيانBrenda and Robert Vale  : " اعتباراً من سنة 2002سيكون من الممكن تماماً بناء "منازل بدون فاتورة" في جميع أنحاء أستراليا والتي ستتمكن من توليد الطاقة الكهربائية ، التكيف بدون تدفئة وتبريد ،تجميع المياه وتصريفها باستخدام تقنيات خاصة وبنفس التكاليف ولكنها أصغر بنسبة 25 % .

الميزات:

بما أن مهندسي العمارة يهدفون للتقليل من الاعتماد على شبكات المواصلات والموارد البعيدة فان مخططاتهم تتطلب الاعتماد اكثر على الموارد المستقلة والتي تشمل مصادر امنة للتدفئة ،الطاقة ،الطعام والابتعاد عن المؤثرات السلبية على البيئة المحيطة.

يمكن من خلال المباني المستقلة ذاتيا زيادة الأمن والحد من الآثار السلبية على البيئية باستخدام الموارد المحلية (أشعة الشمس والمطر) والحد من هدرها.

تعمل استقلالية المباني بشكل ملحوظ على تخفيض الكلف ونسبة الاستخدام للشبكات التي تخدم هذه المباني من خلال تقليص دائرة جمع المصادر وتوزيعها. كما يمكن المحافظة على مصادر تجميع المياه وحقول النفط من خلال تصاميم هندسية صحيحة.

المباني المستقلة عادةً تحقق الكفاءة المطلوبة من الطاقة وبكلفة مناسبة بسبب المتطلبات القليلة لتوليدها خارج الشبكة وتقليل هدر الموارد بتقنيات أخرى.

البنى المستقلة ليست دائماً صديقة للبيئة. لأن تحقيق الاستقلالية لا يتطابق باستمرار مع معايير المباني الخضراء ولكن على كل الاحوال تتضمن المباني المستقلة على مصادر مستدامة كالطاقة المتجددة لتقليل الغازات.

العيوب:

مبدئياً يمكن اعتبار الاستقلالية مسألة تقييم . من الصعب تحقيق الاستقلال الكامل بل انه من المستحيل فمثلاً من السهل الاستغناء عن شبكة الكهرباء ولكن زراعة جميع المواد الغذائية يعتبر أمراً شاقاً ويحتاج الى الكثير من الوقت.

ان الحياة في موقع مستقل يحتاج لتقديم بعض التنازلات في طبيعة الحياة ،سلوك الافراد والنمط الاجتماعي.

حتى في أفضل المباني المستقلة من حيث متطلبات الراحة ووفرة التكنولوجيا قد تنشأ الحاجة الى تغيير بعض السلوكيات فبعض الناس يمكنه التكيف مع ذلك ولكن البعض قد يعتبرها كنوع من التجربة المزعجة والعزلة الغير مرغوب بها على المدى الطويل. المباني جيدة التصميم يمكنها أن تقلل من هذه الاعتبارات ولكن على حساب الاستقلالية.

المباني المستقلة يجب ان تكون خياراً مطلوباً على نطاق واسع لتناسب المناخ والموقع. التقنيات الايجابية للطاقة الشمسية ،النظم البديلة لتصريف المياه العادمة ،تصاميم الحرارة الكمية، طوابق ارضية للبطاريات ،كفاءة إطارات النوافذ ،اضافة الى مجموعة التقنيات الاخرى غير القياسية جميعها تمثل كلف اضافية للإدامة والصيانة و تؤثر على شكل المحيط الخارجي .

لقد أظهر العلماء فاليز واخرون بان العيش بعيداً عن الشبكات ممكن عمليا وخيارا منطقيا ولكن ضمن ضروف محددة.

النظم :

يتضمن هذا الجزء الحد الأدنى من وصف الاساليب العملية للمباني المستقلة ،مع الملاحق اللازمة للمعلومات الإضافية للاتجاهات الحديثة لها.

1-المياه :

A domestic rainwater harvesting system

A concrete under-floor cistern being installed.

هناك العديد من أساليب جمع وحفظ المياه. الحد من الهدر يقلل التكلفة.

المياه الرمادية الناتجة عن الغسيل يمكن اعادة استخدامها للحمامات وري الحدائق يمكن من خلالها تخفيض الاستهلاك الى النصف في المباني السكنية بعد توفير خزانات ومضخات مناسبة .

يستخدم بعض البناة (مبولة) بدون مياه (جافة) او أنواع مركبّة لتقليل المياه العادمة.

الحلول لتقليدية مع الحد الادنى من تغيير نمط الحياة هو استخدام الابار علماً بانها تحتاج الى طاقة كبيرة ولكنه من الممكن استخدام تكنولوجيا متقدمة (مزدوجة) لتقليل الطاقة المستهلكة.

مياه الابار يمكن ان تكون ملوثة في بعض المناطق والتي يمكن تصفيتها بواسطة فلاتر خاصة لترشيح الزرنيخ في هذه المياه.

على كل حال فان حفر البئر يعتبر عملية غير محددة على طبقات المياه الجوفية والتي يمكن ان تكون مرتفعة الثمن.

في المناطق ذات الهطول المطري الكافي يعتبر تصميم المباني للاستفادة من مياه الامطار ذو جدوى اقتصادية للاستخدام في فترات الجفاف حيث تشكل مياه الامطار مصدر ممتاز للغسيل ولكنها تحتاج الى معالجة ضد البكتيريا وفي حال استخدامها للشرب يجب اضافة بعض المعادن .

معظم المناطق المعتدلة والصحراوية يصل فيها معدل سقوط المطر حوالي 250 ملم سنوياً وهذا يعني بان منزل عادي مع استخدام المياه الرمادية يمكن تامين احتياجه من الماء بتخزين مياه سطح ذلك المنزل . في المناطق الصحراوية قد نحتاج الى بركة ماء تتسع لثلاثين متر مكعب ولكن في المناطق التي يصل فيها معدل الهطول الى 13 ملم يمكن الاعتماد على بركة ماء تتسع ل(10) متر مكعب فقط.

في كثير من الحالات يصعب الحفاظ على سطوح المنازل نظيفة للحصول منها على مياه صالحة للشرب وللتقليل من التلوث والمذاق السيء لهذه المياه تستخدم سطوح معدنية للتجميع وخزانات تنظيف بالتقنية الأسموزية مع اضافة الكلور.

بدائل البرك المستخدمة هي خزانات بلاستيكية كبيرة توضع على منصات ( ابراج) قصيرة لتقليل الحاجة الى المضخات كونها مرتفعة عن مستوى الارض.

التقليل من مستوى الاستقلالية يقلل من تكلفة وحجم هذه المجّمعات (الخزانات والبرك) . الكثير من البيوت المستقلة تستطيع الحد من استهلاك المياه بقيمة (38) لتر ماء لكل فرد في اليوم الواحد وبذلك يمكن تعويضها في الاشهر الجافة بجلب المياه باستخدام تنكات نقل المياه المجرورة بواسطة بكب شحن.

من المناسب استخدام برك التجميع كمبردات للمضخات وانظمة التبريد ولكنها في نفس الوقت تعمل على زيادة حرارة مياه الشرب الباردة وفي السنوات الجافة تقلل من كفاءة انظمة التهوية والتكييف.

المقطرات الشمسية تستطيع انتاج مياه الشرب من المياه المجمعة ومياه الحفر خصوصاً تلك المقطرات المعزولة عالية الكفاءة ومتعددة المراحل.

التقنيات الأسموزية الجديدة قادرة على انتاج كميات كبيرة من المياه النقية من المياه الملوثة ومياه المحيطات وحتى من الهواء الرطب.

يمكن تحضير المياه في البحار على اليخوت بتحليل ماء البحر بالكهرباء الى ماء قابل للشرب واملاح .

مولدات المياه الجوية قادرة على استخلاص المياه من هواء الصحراء الجاف .

2-الكهرباء:

Wind turbine on the roof in Manchester, UK

A PV-solar system

بما أن الكهرباء من المتطلبات الرئيسية فان الخطوة الاولى لتقليل الاستهلاك هي ايجاد تصاميم منازل ونهج حياة مناسب لتقليل الطلب.

مصابيح الفلورسنت ،أجهزة الحاسب المحمولة والثلاجات التي تعمل بغاز البودرة جميعها تستهلك قدرة اقل ولكن الثلاجات من هذا النوع ذات كفاءة متدنية كما تتوفر ثلاجات بكفاءة مرتفعة تعمل بالتكنولوجيا الشمسية وتستهلك نصف الكمية من الطاقة.

تغطية الاسطح بالخلايا الشمسية تنتج الطاقة الكهربائية والاسطح الشمسية مجدية اقتصادياً اكثر من انظمة الطاقة الشمسية المستقلة لأن المباني على كل الاحوال تحتاج الى الاسطح.

الخلايا الشمسية الحديثة لها عمر افتراضي يصل الى(40) عام وبذلك يمكن اعتبارها استثمار جيد في بعض المناطق ولها سلبية وحيدة هي الحاجة الى تنظيفها عدة مرات خلال السنة.

بعض المناطق التي تعاني من نقص الاشعاع الشمسي تتمتع بتوفر الرياح. لتوليد الطاقة يحتاج منزل اعتيادي الى مروحة توليد صغيرة بقطر (5) أمتار أو أقل . على برج بارتفاع (30) متراً تستطيع المروحة توليد الطاقة الكهربائية حتى في الايام الغائمة. وتتوفر هذه المراوح تجارياً بمولدات تيار متردد وشفرات ذاتية الحركة تعمل لسنوات دون الحاجة الى أي نوع من الصيانة.

الايجابية الرئيسية لطاقة الرياح ان كلفة التوليد اقل بالمقارنة مع الطاقة الشمسية ولكن يجب ان لا ننسى اعتبارات الموقع فبعض المواقع مناسبة للطاقة الشمسية وبعضها الاخر تتمتع بنسبة عالية لهبوب الرياح تجعل تركيب توربينات الرياح فيها ذو جدوى اقتصادية مما يتطلب دراسات مسبقة للموقع المستهدف.

في الايام التي يقل فيها الطلب على الطاقة الكهربائية يمكن حفظ الطاقة الزائدة في بطاريات تخزين لاستخدامها لاحقاً ولكن هذه البطاريات تحتاج الى تبديل بعد بضع سنوات ولذلك يمكن تغذية الطاقة الزائدة على شبكة الكهرباء لبيعها او استرداد بدل منها عند الحاجة ولكن ذلك غير مسموح بقوانين الربط الكهربائي لبعض المناطق (ولاية كاليفورنيا مثلاً).

المباني المربوطة بالشبكة تعتبر اقل استقلالاً ولكنها اكثر اقتصادا واستدامةً.

في المناطق الريفية لتقليل الكلفة يمكن استخدام تكنولوجيا الموصل المنفرد.

في المناطق البعيدة عن الشبكة وبهدف تقليل كمية البطاريات المستخدمة يمكن اضافة مولد تعبئة يعمل بالديزل او الغاز الطبيعي لاستخدامه في الايام الغائمة لإعادة شحن البطاريات( ساعة شحن واحدة تجعل البطارية تعمل ليوم اضافي كامل)حيث يمكن التحكم في وقت الشحن لتحقيق الهدوء ليلا كما ان هذه المولدات قادرة على تنفيذ الفحص الذاتي اسبوعياً.

الدراسات المتقدمة قد تمكن المصنعين من تخزين الطاقة في (البيّل) الممغنطة الثابتة بكلفة قليلة وهناك جهات تقوم بدراسات حثيثة لتخزين الطاقة في (خلايا الوقود) والتي تستطيع توفير الطاقة بتفاعلات الهيدروجين والاكسجين .

البطاريات الالكترودية تستطيع تخزين الطاقة في موقع على سطح الارض وهي تولد جهد وتيار منخفض وكانت مستخدمة منذ القرن التاسع عشر لتشغيل اجهزة التلغراف وبما ان كفاءة الاجهزة حاليا بازدياد يمكن دراسة استخدامها لاجهزة اخرى.

خلايا الوقود البيولوجية يمكنها ايضاً توليد الطاقة من الكتل الحيوية بدون اي انبعاثات من خلال تحلل النباتات الى طاقة.

التدفئة :

Schematic of an active solar heating system

معظم المباني المستقلة يتم تصميمها باستخدام العزل ،الكتلة الحرارية والتدفئة والتبريد الشمسي ومثال ذلك العزل الحراري للجدران ومنافذ الشمس على الاسطح.

التسخين الشمسي الايجابي يعمل على تسخين المنازل حتى في اكثر المناخات برودة والتي تحتاج الى كلفة اضافية بنسبة(15) % والتي قد لاتصل الى كلفة التدفئة لمدة اسبوعين من الطقس المتجمد في بيت تقليدي .

المتطلب الرئيس للتسخين الشمسي الايجابي هو ان المجمّع الشمسي يجب توجيهه نحو الاشعة المباشرة للشمس( باتجاه الجنوب في الجزء الشمالي من الكرة الارضية والى الشمال في الجزء الجنوبي من الكرة الارضية) مع استخدام الكتلة الحرارية للحفاظ على الدفء ليلاً.

ان استخدام انظمة التسخين الشمسية تعتبر فعالة حتى في المناطق قليلة او معدومة الاشعاع شتاءاً حيث يمكن استغلال الكتلة الحرارية في اسفل المبنى .هطول الامطار يتسبب في ابعاد التسخين وبذلك يتم تغليف الاساس بعوازل لستة امتار . الكتلة الحرارية في هذا النظام ليس مكلفاً ويمكنه الاحتفاظ بالحرارة الناتجة صيفاً لتدفئة المبنى لفصل الشتاء.

المجمّع الشمسي عادة يتم عزله عن اجزاء المبنى بحيث يكون المبنى مكون عوازل مفصولة ومجاري التهوية للتقليل من الحاجة الى اي مراوح كهربائية للتبريد .

التصاميم الشمسية الحديثة عملية جداً فمثلاً 15% من كلفة المباني لتتوافق مع كودات المباني في اوروبا للنوافذ المعزولة ،التهوية والكتلة الحرارية مع تغييرات قليلة في موقع البناء .في حال توفر مسخّن صغير لليالي الباردة فان لوح عزل في القاعدة بكلفة قليلة يمكنه توفير الكتلة الحرارية اللازمة لهذا المبنى.

توفر كودات البناء المناسبة تؤمن التهوية الجيدة للمباني والقادرة على تغيير الهواء عدة مرات كل ساعة للاحتفاظ بالحرارة الداخلية للمبنى.

في جميع النظم، سخان تكميلي صغير يزيد الأمان الشخصي ويقلل من تأثيرات انماط الحياة بالنسبة لتخفيض ضئيل من الاستقلال الذاتي. النوعان الاكثر شعبية من السخانات للمنازل فوق عالية الكفاءة هي مضخة الحرارة الصغيرة، التي تقدم أيضا تكييف الهواء، أو سخان تسخين الهواء المركزية هيدرونيك (المبرد) مع الماء الماد تدويره من سخان المياه. تصاميم ( Passivhaus) عادة تدمج السخان مع نظام التهوية.

إيواء الأرض وإقامة مصدات للرياح يمكن أيضا ان تقلل من مقدار الحرارة اللازمة للبناية. عدة أقدام تحت الأرض، وتتراوح درجة الحرارة بين 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت) في داكوتا الشمالية الى 26 درجة مئوية (79 فهرنهايت)، [14] في جنوب فلوريدا. فواصل الرياح تخفض كمية الحرارة الخارجة من المبنى.

كما تفقد المباني الدائرية والأيروديناميكية كميات أقل من الحرارة.

تزايد عدد المباني التجارية التي تستخدم دورة مشتركة من التوليد المشترك للطاقة لتوفير التدفئة، غالبا" تدفئة المياه من الناتج من الغاز الطبيعي للمولدات الكهربائية أو التوربينات الغازية أو مولدات الكهرباء الممتازه .[15]

المنازل المصممة للتعامل مع انقطاع في الخدمات المدنية تتضمن عموما موقد خشب، أو حرارة وطاقة من وقود الديزل أو الغاز المعبأ بالأسطوانات، بغض النظر عن من آليات التدفئة الأخرى.

السخانات والمواقد الكهربائية قد توفر حرارة خالية من التلوث (تبعاً لمصدر الطاقة)، لكن باستخدام كميات كبيرة من الكهرباء. إذا تم توفير ما يكفي من الكهرباء من الألواح الشمسية، وتور بينات الرياح، أو غيرها من الوسائل، اذا" تصبح السخانات والمواقد الكهربائية تصميم عملي للاستقلال الذاتي.

تسخين المياه

سخانات المياه الشمسية مفيدة على نطاق واسع لانها توفر كميات كبيرة من الوقود. أيضا، تغييرات صغيرة في نمط الحياة، مثل القيام بالغسيل، غسيل الأطباق والسباحة في الأيام المشمسة، يمكن إلى حد كبير زيادة كفاءتها.

لزيادة الكفاءة لتسخين المياه، أما مع أو بدون الطاقة الشمسية والحرارة الماء الساخن إعادة تدوير وحدات استرجاع الحرارة من خطوط المناهل مما يؤدي إلى زيادة قدرة تسخين المياه وخفض الطاقة المستخدمة لتسخين الماء.

الحيلة الأساسية في نظام تسخين المياه بالطاقة الشمسية استخدام خزان معزول جيدا". بعض الأنظمة التي تستخدم العزل بالفراغ ، تعمل مثل زجاجات الترمس الكبيرة. الخزان مليئ بالماء الساخن في الأيام المشمسة، ومتاحة في جميع الأوقات. على عكس الخزانات التقليدية لسخان الماء، فهو يكون مليء فقط عندما يكون هناك ضوء الشمس.

التخزين الجيد يجعل أصغر وأعلى جامع تقنية ممكنا". هولاء الجامعين يمكنهم استخدام مثل هذه التقنيات الغريبة نسبيا، مثل العزل بالفراغ، وعكس تركيز أشعة الشمس.

أنظمة تسخين المياه الحالية عمليه ومريحه تجمع بين نظام التسخين بالطاقة الشمسية مع تدفق مشغل غاز حراري عن طريق سخان، حيث أن درجة حرارة الماء متسقة، والكمية غير محدوده. وهذا يقلل مرة أخرى آثار أسلوب الحياة في بعض التكاليف. ومن الناحية المثالية، وسيكون هذا نظام التوليد المشترك للطاقة التي تنتج الطاقة الأخرى، ويستخدم محلياً لإنتاج الوقود.

إعادة تدوير وتوليد الحرارة، ، والتسخين الشمسي يمكن ان يوفر من 50-75 في المائة من الغاز المستخدم عادة ،ايضا" تزود بعض المجموعات بموثوقية زائدة بوجود عدة مصادر للحرارة.

تدعوا بعض السلطات لاستبدال قوارير الغاز أو الغاز الطبيعي بالغاز الحيوي. ومع ذلك، هذا عادة غير عملي إذا لم يكن هناك مخزون بالموقع. النفايات من عائلة واحدة عادة ما تكون غير كافية لإنتاج غاز الميثان ما يكفي لأي شيء أكثر من كميات صغيرة للطهي.

التبريد

دفنت المباني الشمسية (geo) في اغلب الاحيان، التنورات المانعة للمياة المنحدرة التي تمتد ستة أمتار (20 قدما) من الأسس، لمنع تسرب الحرارة بين الأرض تستخدم كالكتلة الحرارية، والسطح.

من الممكن عمل تحسينات اقل درامية من خلال تظليل الشبابيك في الصيف،الافريز يمكن ان يعلق لإعطاء الظل الضروري وهذه أيضا تظلل جدران المنزل وبالتالي الحد من تكاليف التبريد.

حيلة أخرى لتبريد كتلة المبنى الحرارية في الليل، ومن ثم تبريد المبنى من الكتلة الحرارية أثناء النهار. وهي تساعد على ان تكون قادرة على توجيه الهواء البارد من السماء التي تواجه المبرد (ربما جامع هواء التدفئة الشمسية ولكن لغرض بديل) أو برودة التبخر مباشرة عن طريق الكتلة الحرارية، في الليالي الواضحة، حتى في المناطق المدارية ، السماء التي تواجه المشعات يمكن ان تبرد تحت الصفر.

إذا كان مبنى دائري هو هوائي ديناميكي سلس، وأكثر برودة من الأرض ،فأنها من الممكن ان تبرد بشكل سلبي من قبل "تأثير القبة" ("dome effect" ) ، وأفادت العديد من المنشآت أن قبة عاكسة أو خفيفة الالوان تحث حرارة راسية مدفوعة الدوامة تمتص برودة الهواء العلوي الى اسفل القبة إذا كانت القبة منفسه بشكل صحيح (منفس فوقي واحد ومنافس خارجية). وأفادت بعض الناس بوجود فرق درجة حرارة ارتفاعها 8 درجة مئوية (15 درجة فهرنهايت) بين القبة من الداخل والخارج. اكتشف (Buckminster Fuller) هذا التأثير مع تصميم منزل بسيط مقتبس من مخزن للحبوب، وتكييف بيت (Dymaxion ) والقباب الجيوديسية (geodesic ) لاستخدام هذه القوة.

تقوم بإدخال استخدام الثلاجات وأجهزة التكييف تعمل من فاقد الحرارة من عوادم محركات الديزل أو سخان المداخن أو مجمع الطاقة الشمسية. وهذا يستخدم نفس المبادئ في ثلاجة الغاز. عادة، الحرارة من المداخن تشغل المبرد الممتص (absorptive chiller). المياه الباردة أو مياه من المبردات تستخدم لتبريد الهواء أو مسافة مبردة.

التوليد المشترك للطاقة معروف في المباني التجارية الجديدة. في انظمة التوليد المشترك للطاقة الحالية التوربينات الغازية الصغيرة أو المحركات الممتازة تعمل بالطاقة من الغاز الطبيعي وتنتج الكهرباء وعوادم المحركات تشغل المبرد الممتص (absorptive chiller) .

تم عرض ثلاجة مقطورة شاحنة تعمل من فاقد الحرارة من عادم الديزل في الجرارة من قبل (NRG Solutions, Inc( شركة

، طورت هذه الشركة مبادل حراري ومبخر (مرذاذ)، الاثنان ليسا متوفران بشكل تجاري.

يمكن أن يكون مخطط مماثل (تبريد متعدد المراحل) ببرودة التبخر متعددة المراحل. يتم تمرير الهواء عن طريق رش الملح لازالة الرطوبة، ثم عن طريق رش المياه لتبريده، ثم رش محلول ملحي لإزالة الرطوبة مرة أخرى. المحلول الملحي يجب ان يجدد وهذا يمكن عمله اقتصاديا بدرجة حرارة منخفضة الطاقة شمسية ، المبردات التبخريه متعددة الاطوار يمكن أن تخفض درجة الحرارة الهواء الى 50 درجة فهرنهايت (28 درجة مئوية)، وما زالت تتحكم بالرطوبة. إذا كان المحلول المتجدد يستخدم الحرارة المرتفعة، فهو أيضا يعقم الهواء جزئيا".

إذا توفر ما يكفي من الطاقة الكهربائية، يمكن توفير التبريد بتكييف الهواء التقليدي باستخدام مضخة الحرارة.