211service.com
Greening MIT
Steven Amanti tillbringade en stor del av sitt sista år vid MIT med att spionera på sina studiekamrater och forskare. Från november 2005 till april 2006 gjorde han otaliga besök på byggnad 18, dagtid och vid udda nattetid, som rymmer 40 kemilabb. Han kikade in i dessa labb, tog time-lapse-fotografier och skrev ner anteckningar och registrerade beteende som han senare skulle karakterisera som överdrivet, oansvarigt och till och med farligt.
Alltid på Säkerhetskoder kräver att korridorer i byggnad 18 lyser dygnet runt.
Som en del av sitt examensarbete för en kandidatexamen i maskinteknik, dokumenterade Amanti hur energi slösas bort i byggnaden, en av de största energikonsumenterna på campus. På grundval av sina observationer uppskattade han att MIT slösade bort så mycket som $350 000 per år på uppvärmning, kylning och elektricitet som det inte behövde - bara för den byggnaden. Och, sa han, institutet kunde stoppa detta slöseri genom att vidta åtgärder som skulle kosta nästan ingenting.
Amantis undersökningar råkade sammanfalla med början av MIT Energy Initiative (MITEI), en stor insats för att främja energiforskning och utbildning vid institutet. När president Susan Hockfield diskuterade initiativet i november 2005 sa hon att förutom att skapa innovativa, miljövänliga energitekniker, var det också tänkt att inspirera till förändringar i hur institutet självt använder resurser: jag hoppas verkligen att vi också kommer att leda genom exempel och … modellera hållbara energimetoder på vårt campus.
Sedan dess har MIT vidtagit åtgärder för att få detta att hända. Nya byggnader på campus designades för att vara mer energieffektiva än konventionella byggnader. Och lärare, personal och studenter som arbetar med flera olika projekt har avslöjat energislösande utrustning och metoder över hela campus som kan uppgå till miljontals dollar per år. En grupp studenter från Sloan School of Management, till exempel, arbetade med anläggningsavdelningen för att identifiera energibesparande projekt som kostar 14 miljoner dollar som skulle kunna betala sig själva på mindre än tre år. Redan nu sparar en investering på 765 000 USD i ett tvåårigt projekt institutet cirka 800 000 USD per år.
Multimedia
En panel av MIT-experter diskuterar energieffektivitetsteknologier under Energy Futures Week.
Vid 2009 MIT Energy Conference diskuterar en panel av experter 'hantera efterfrågan.'
För att få igång sådana här projekt, inrättade förra året MIT:s vicepresident och kassör, Theresa Stone, en ny MIT Energy Conservation Investment Fund med startpengar på $500 000. Alumner har sedan dess lagt in ytterligare 1,5 miljoner USD till MITEI Campus Energy Task Force Fund, inklusive en gåva på 1 miljon USD från Jeffrey Silverman '68 som grundade Silverman Evergreen Energy Fund. Pengarna som sparas genom de projekt som betalas av dessa fonder kommer att återinvesteras i andra bevarandeprojekt.
Men att driva ett forskningsinstitut på ett hållbart sätt är ingen lätt uppgift. Labs förbrukar mycket mer energi än kontor eller bostäder, till stor del av nödvändighet. Dessutom är många gröna företag ivriga att sälja lösningar som kanske inte riktigt fungerar. Ett av de institutionella hindren för att göra något åt energieffektivitet är den upplevda osäkerheten om kostnader och besparingar, säger Steven Lanou, MCP '98, biträdande direktör för miljömässig hållbarhet i MIT:s miljö-, hälso- och säkerhetshuvudkontor och medlem av MIT Energy Initiativets Campus Energy Task Force. Det finns ofta skepsis mot löften om bevarande. Vad blir det för pengarna egentligen?
Energi Hogs
Amantis time-lapse-bilder visade Building 18:s lampor som lyser konstant dag och natt. Ljussensoravläsningar visade att byggnaden var dubbelt så ljus inuti som andra på campus. Men lamporna, beräknade Amanti, stod för bara 5 procent av elen som användes. Huvudproblemet – anledningen till att den här byggnaden förbrukade mer energi per kvadratfot än någon annan MIT-byggnad utom en – var att den hade 200 dragskåp och forskare lämnade dem öppna när de inte användes.
Dragskåp är en av de största energisvinarna på campus, säger Stone, som är chef för Campus Energy Task Force. Dessa skåpliknande enheter använder fläktar för att dra bort luft från laboratoriets begränsade miljö och bär spår av giftiga kemikalier utanför så att forskare inte andas in dem när de gör experiment. Men när de gör det, drar de ständigt uppvärmd eller kyld luft ut ur byggnaden. Det är som att lämna ytterdörren och bakdörren öppen hela dagen, säger Peter Cooper '70, chef för hållbar ingenjörskonst och allmännyttaplanering på MIT:s anläggningsavdelning. Enligt en uppskattning, säger han, står ett enda dragskåp vanligtvis för lika mycket årlig energianvändning som två hem – och det finns mer än tusen på campus.
Konventionella dragskåp pumpar luft i samma takt oavsett om deras glasdörrar är öppna eller stängda. Kåporna i byggnad 18 hade dock valts eftersom luftflödet sjunker med två tredjedelar när dörrarna stängs, vilket potentiellt gör dem mycket mindre slösaktiga. Men forskarna besegrade syftet. Amanti fann att några till och med hade inaktiverat larm som var utformade för att ljuda när kåporna förbrukade mer energi än nödvändigt, och stoppade mute-knappen med papperslappar, skrev han.
Laboratoriechefer hade litet incitament att få forskare att stänga huvarna. Enskilda avdelningar och forskare betalar inte sina egna energiräkningar, säger Cooper; Institutet som helhet tar upp fliken. Att kräva att varje labb betalar för energin det använder kan motivera forskare att spara, säger han, men den nuvarande policyn kommer sannolikt inte att förändras - av goda skäl. På MIT är det lätt för till exempel en biolog och en elingenjör att bilda ett labb tillsammans. Även om det ibland kan vara en utmaning att få utrymme att tilldelas, behöver de inte oroa sig för att biologiavdelningen och elteknikavdelningen kombinerar sina budgetar, säger han. När vi jämför oss med andra forskningsuniversitet beror mycket av vår framgång på att vi har sammankopplade korridorer och ett gemensamt finansiellt system.
Det visar sig att människor kan övertalas att förändras även utan ekonomiskt incitament. Efter att chefen för kemiavdelningen, Tim Swager, fick reda på hur energihungrig hans byggnad var, bestämde han sig för att göra något åt det och letade efter ett sätt att avslöja de mest slösaktiga labben. Varje dragskåp är utrustad med sensorer som registrerar hur långt öppna dörrarna är och vidarebefordrar den informationen till ett system som styr luftflödet. Swager hittade 12 000 dollar för att utveckla ett program för att omvandla data till rapporter som jämför alla laboratorier, identifiera de bästa presterande och avslöja de värsta förövarna.
Rapporterna fick forskare att stänga huvarna oftare; som sparade institutet cirka 24 000 dollar per år och minskade koldioxidutsläppen med 93 ton bara i byggnad 18, enligt en analys gjord av Dan Wesolowski, PhD '08. Även om kemiavdelningen själv inte sparade några pengar, säger Cooper, bara att ge dem information ändrat beteende.
Andra ansträngningar att ändra beteende pågår. Wesolowski, tillsammans med andra studenter, studerade också användningen av karuselldörrar i MIT Medical-byggnaden (E25). I genomsnitt byts åtta gånger så mycket luft ut när en slagdörr öppnas till skillnad från en karuselldörr. Det är åtta gånger så mycket luft som behöver värmas eller kylas, skrev eleverna. De drog slutsatsen att om alla använde karuselldörrarna i E25 skulle MIT spara nästan 7 500 dollar i naturgas varje år – tillräckligt för att värma fem hus – och eliminera nästan 15 ton koldioxidutsläpp. Deras studie fann också att många människor undviker karuselldörrarna eftersom de är svåra att trycka på, ett problem som anläggningsavdelningen sedan dess har åtgärdat genom att serva dem och se till att de fungerar korrekt. Och Wesolowski fann att fler människor använder dessa dörrar om skyltar förklarar varför det är en bra idé och tackar dem för att de gör det. Permanenta versioner av dessa skyltar är nu installerade över hela campus.
Men att få människor att ändra sitt beteende räcker inte. De $24 000 per år som sparades genom att stänga dragskåp, till exempel, var mindre än 7 procent av vad Amanti hade förväntat sig; enligt data som Swager samlade in lämnades huvarna inte öppna så brett som Amanti hade uppskattat, så långt slösades mindre energi bort. Ett annat problem med beteendeförändringar är att de inte alltid varar. En nyligen genomförd studie av energieffektiva byggnader av National Renewable Energy Laboratory i Golden, CO, visade att dåliga vanor kan återkomma snabbt: människor som först svarade på uppmaningar om att spara energi i en ny byggnad ignorerade dem efter ett år. Åtminstone kräver att upprätthålla besparingar från beteende fortsatt utbildning, säger Lanou - särskilt på en plats som MIT, där nya människor ständigt kommer till.
Där människor misslyckas kan tekniken ibland hjälpa. Och även nedslående resultat kan vara lärorikt om de ger tillräckligt med data. Sådan detaljerad information har saknats i många ansträngningar för att förbättra energieffektiviteten eftersom det kan vara kostsamt att göra nödvändiga mätningar; men MIT har beslutat att fokusera på att noggrant kvantifiera förändringar i energianvändning för att avgöra vilka metoder som fungerar och hur bra.
Ångfällor och dataöversvämningar
De flesta av MIT:s projekt för att minska energianvändningen kommer inte att vinna några priser för innovation. Lamporna på duPonts squashbanor brann förr 24 timmar om dygnet. Inget mer: närvarosensorer stänger nu av dem när ingen spelar. På samma sätt har installation av närvarosensorer i ishallen och byte av gamla högintensiva urladdningslampor mot lysrör halverat elförbrukningen för belysning samtidigt som isbanan blivit dubbelt så ljusstark. Ändå förväntas dessa och liknande förändringar som ska göras över hela campus betala sig själva inom lite över två år.
Facilitetsavdelningen följer noggrant resultat från sådana projekt för att verifiera vilka som lönar sig. För att testa en energibesparande åtgärd bytte de ut felaktiga ångfällor i en av de två nästan identiska studenthusbyggnaderna på East Campus. Rätt fungerande ångfällor håller ångan i radiatorer tills den kondenserar och avger sin värme; när de inte fungerar passerar ånga kontinuerligt. Detta gör inte bara radiatorn för varm, det slösar också mycket av energin i ångan. Att byta ut fällorna på hela campusområdet sparade cirka 800 000 USD på ett år, mer än att täcka 765 000 USD-notan för reparationerna och sensorerna som installerades för att övervaka systemet. Även om det kostade mer att installera East Campus-sensorerna än att fixa de två sovsalarnas ångfällor, anser Cooper att pengarna är väl använda eftersom det gjorde det möjligt för MIT att kvantifiera besparingarna.
Vissa av förändringarna är beroende av mer avancerad teknik, åtminstone för att identifiera de problem som behöver åtgärdas. MIT:s stora byggnader använder värme-, ventilations- och luftkonditioneringssystem som skiljer sig mycket från de som används i hemmen. Enorma lufthanterare reglerar temperaturen med ångslingor för uppvärmning och kylvattenslingor för kylning – båda matas av MIT:s centrala kraftvärmeverk, som fångar upp spillvärmen från elproduktion för att göra ånga som kan användas direkt eller utnyttjas för att driva kompressorer och kylskåp. Sådana lufthanterare styrs ofta av ett system som registrerar data som temperaturer och flödeshastigheter för luft och vatten, och tryckskillnader i kanalsystemet.
MIT:s kontrollsystem, ett av de största i Nordamerika, samlar in och skickar cirka 50 000 datapunkter var 15:e minut. Vanligtvis bevaras eller analyseras inte denna typ av information; den används endast för att styra lufthanteringen från ögonblick till ögonblick. Men på senare tid har ett fåtal företag börjat sätta upp system som översätter mätningar som ursprungligen registrerats till olika termer så att viss data kan arkiveras och analyseras heltäckande med hjälp av datormodeller och algoritmer utarbetade av maskiningenjörer och andra experter. Denna typ av analys hjälper företag att avgöra om en byggnad fungerar som den är designad för. De kan sedan identifiera problem och uppskatta hur mycket det kommer att kosta att åtgärda dem.
MIT har anlitat ett av dessa företag, Boston-baserade Cimetrics, för att övervaka och analysera några av dess byggnader. Företaget har hittills identifierat sätt att spara mer än $500 000 per år; ungefär hälften av dessa projekt har slutförts. I byggnad E25, till exempel, visade avläsningarna att ett nytt system utformat för att fånga upp en del av värmen som pumpas ut ur byggnaden av ventilationssystemet inte fungerade korrekt. Våra killar gick och kröp genom kanalsystemet och upptäckte att det hade kollapsat, säger Cooper. Utan analysen från Cimetrics hade detta kanske aldrig hittats – och definitivt inte tillräckligt snart för att fixas under garantin.
Men medan de flesta byggnader på campus finns på byggnadskontrollsystemet, är det svårt, dyrt och nästan omöjligt att göra för hand för över 100 byggnader på MIT:s campus att analysera all insamlad data, säger Stephen Samouhos '04, SM '06, en maskinteknik doktorand involverad i flera energiprojekt på campus. Även för en byggnad är kontrolldataanalys mycket utmanande att utföra. Samouhos talar av erfarenhet, efter att ha studerat informationsvetenskap och teknikbyggnad (N42) för att identifiera möjligheter att spara energi. Men inom några dagar efter att ha installerat sensorer i N42 hittade han sätt att minska energiförbrukningen med 25 procent. En källa till avfall: lamporna höll på hela natten. Om du går runt den byggnaden kan du inte ens hitta var ljusströmbrytarna är, säger han. Han upptäckte också att eftersom byggnaden var designad för att rymma ett aldrig installerat datacenter, vilket skulle ha genererat mycket värme, har den en större luftkonditionering än den behöver. Och även om luftkonditioneringen kan kyla byggnaden på cirka 20 minuter, slås den på fyra timmar innan någon anländer för dagen. Fixningen är enkel, säger Samouhos: avmarkera bara en ruta i kontrollprogramvaran.
Och i byggnaden 6C upptäckte Samouhos att närvarosensorer – utformade för att stänga av ljuset när ingen var i närheten – hade förväxlats med ljusströmbrytare och stängts av. Det är den sista milen för att avsluta ett projekt som hindrar oss från att dra nytta av förväntade besparingar, säger Samouhos. Att märka sensoromkopplare är inte särskilt svårt att göra, påpekar han. Du måste bara ha någon som gör det.
Att ta hand om sådana detaljer kommer att vara viktigt vid nybyggnation av campus, som delvis styrs av en process som kallas integrerad design, säger Leon Glicksman '59, PhD '64, professor i byggnadsteknik och maskinteknik, som är chef för Campus Energy Task Force. I integrerad design betraktas effektivitetsåtgärder – som mer genomisolerade fönster med bättre beläggningar för att hålla värmen ute på sommaren och inne under vintern – samtidigt som grundläggande system som värme och luftkonditionering. På så sätt kan till exempel en mindre än vanligt luftkonditionering väljas i väntan på lägre kylbehov. Den nya Sloan-byggnaden, som enligt Glicksman förmodligen kommer att vara den mest energieffektiva byggnaden på campus, kommer att använda fönster som kommer att öka energibesparingarna på vintern genom att fånga upp mer solenergi och ändå minska mängden värme som går förlorad genom fönstren på natten. Men integrerad design lönar sig bara om byggnadscheferna ser till att de energibesparande designerna fungerar som planerat. Så de nya byggnaderna kommer att övervakas för att bekräfta energibesparingar.
Gör mer
Alla dessa projekt är bara ett urval av det energieffektivitetsarbete som pågår vid MIT. Professorer som Harvey Michaels, en energieffektivitetsforskare vid institutionen för urbana studier och planering, forskar om effektiva tillvägagångssätt för regeringens politik. Samouhos arbetar med Neal Gershenfeld, chef för MIT:s Center for Bits and Atoms, för att utveckla nätverk som kan samla in data billigare än kontrollsystemen i stora byggnader – och i ännu finare detalj. Till exempel kan varje glödlampa i en byggnad övervakas separat. De utvecklar också algoritmer för att använda denna information för att göra saker som att varna fastighetsförvaltare om värmesystem, som Samouhos uttrycker det, avviker i sitt beteende. Nästa steg är att utveckla programvara som hjälper människor att bestämma vad de ska göra med informationen. Jag kan inte bara säga att din kylare inte fungerar, säger Samouhos. Jag måste säga att din kylare slösar bort 100 USD per dag, och avkastningen på investeringen för dig att få en servicechef är x.
För all aktivitet på campus tycker dock många att det borde finnas mer. Jag tror inte att vi har sett någonstans i närheten av vad vi borde se när det gäller investeringar, säger Jason Jay, doktorand i Sloan och medlem av Campus Energy Task Force. Han påpekar att anläggningsavdelningen identifierade kapitalförnyelseprojekt till ett värde av 1 miljard dollar som har skjutits upp, av vilka många kan ha en inverkan på energieffektiviteten. Och hittills har bara 2 miljoner dollar allokerats till de energisparprojekt värda 14 miljoner dollar som Sloan-gruppen hjälpte till att identifiera. Det är ont om pengar, särskilt i det rådande ekonomiska klimatet. En fjärdedel av dessa 2 miljoner dollar kom från diskretionära fonder - och inga diskretionära medel är tillgängliga i år, enligt Theresa Stone.
Det nuvarande tillvägagångssättet för att samla in pengar till effektivitetsprojekt är att fråga alumner och andra givare. Men Jay skulle vilja se MIT söka alternativ finansiering också. Även i den här ekonomin, säger han, är många banker till exempel villiga att ge lån för energieffektivitetsprojekt, eftersom deras resultat är så tillförlitliga.
Sådan finansiering kan göra det möjligt för MIT att få de tråkiga sakerna gjorda, som att reparera ångfällor och sätta i lysrörsbelysning, säger Jay. Sedan kan vi vända vår uppmärksamhet mot det intressanta och spännande. Han skulle vilja se MIT börja ta ut teknologier från labbet och tillämpa dem på campus, både som ett läromedel för studenter och som en inspirationskälla för gröna arkitekter. Det skulle tillåta MIT att vara en demonstrationsplats och ett slags ledarmärke för resten av världen för hur ledarskap för energieffektivitet ser ut, säger han.
Han kan snart få sin önskan, åtminstone delvis, när byggnadsutrymmet på norra sidan av campus förvandlas till huvudkontoret för MIT-Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems. De kommer att renovera den byggnaden och göra den till ett skyltfönster för energieffektivitet, säger Glicksman. Tanken är att göra det till en provningsplats för ny teknik och att visa vad som fungerar.
I slutändan, utöver att spara pengar, är det vad alla energieffektivitetsprojekt vid MIT ska göra.