Les ingénieurs montrent la voie vers des quartiers urbains plus abordables et durables

Les ingénieurs de Stanford montrent la voie vers des quartiers urbains plus abordables et durables

Vue aérienne de Songdo, en Corée, une ville conçue en collaboration par des architectes et des urbanistes comme un modèle de vie urbaine durable et de haute technologie. Crédit : Michael Lepech / Université de Stanford

Une analyse de l’Université de Stanford pourrait aider les décideurs à travers les États-Unis à dépenser plus judicieusement des milliards de dollars dans le nouveau financement des infrastructures fédérales. L’étude, publiée le 31 mars dans Frontières dans les villes durables, présente un cadre unique en son genre pour concevoir le mix de bâtiments le plus efficace pour un quartier urbain, ainsi que des systèmes qui fournissent le traitement des eaux usées, le refroidissement, le chauffage et l’électricité. L’approche optimise la demande et l’approvisionnement horaires en électricité et en eau avec des centrales électriques et hydrauliques intégrées de quartier, réduisant considérablement les coûts et la pollution par rapport aux systèmes traditionnels qui desservent de plus grandes zones. Ceci, à son tour, pourrait conduire à des villes plus accessibles à pied, vivables et abordables.

“Au lieu de construire à l’aveuglette, nous pouvons utiliser ce cadre pour examiner les effets à plus long terme sur le développement et mettre des chiffres derrière les plans”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Pouya Rezazadeh Kalehbasti, étudiante diplômée en génie civil et environnemental à la Stanford’s School of Engineering. au moment de la recherche.

Les villes comme problème et solution

Les zones urbaines représentent plus des deux tiers de la consommation mondiale d’énergie et des émissions de dioxyde de carbone, selon les estimations de l’ONU. Leurs sources d’eau sont de plus en plus stressées par le réchauffement climatique et les populations en plein essor. Une solution réside dans la coordination de la conception des systèmes qui fournissent l’électricité, l’eau et le traitement des eaux usées. Contrairement aux grandes usines centralisées traditionnelles avec des fonctions séparées, cet agencement local intégré peut permettre d’atteindre une variété d’efficacités, telles que diriger l’électricité ou la chaleur inutilisée d’un système électrique vers un système d’assainissement ou utiliser les eaux usées pour refroidir une centrale électrique. système.

Grâce à des technologies de pointe, les centrales électriques et hydrauliques intégrées peuvent être relativement compactes – de la taille de deux ou trois bâtiments de faible hauteur – très efficaces et capables de recycler les eaux usées en eau potable. Ils n’émettent aucune odeur, peuvent fonctionner avec des sources d’énergie renouvelables, telles que l’énergie solaire, et n’émettent que peu ou pas d’émissions. Chaque usine peut desservir entre 100 et 1 000 bâtiments, selon la taille des bâtiments et les populations résidentes. Plus de 4 000 systèmes intégrés d’électricité et d’eau existent déjà aux États-Unis, en Chine et dans d’autres pays, notamment en Europe et au Canada. Les entreprises privées et les universités, telles que Stanford, ont constaté des gains d’efficacité énergétique importants après avoir adopté une forme ou une autre de cette approche.






Optimisation des systèmes

Dans le but d’optimiser l’approche, les chercheurs ont modélisé deux scénarios sur 20 ans d’exploitation simulée. Le premier scénario était un mix de bâtiments et un système énergétique conçus ensemble le long d’une station d’épuration centrale conventionnelle alimentée par le réseau. Le deuxième scénario intégrait des systèmes avancés de traitement des eaux usées (osmose directe-osmose inverse et osmose directe-distillation à membrane) dans la conception du bâtiment et de l’énergie.

L’analyse a révélé que l’intégration complète des systèmes d’électricité et d’eau aux mélanges de bâtiments entraînait une réduction de 75 % des dommages sociaux, environnementaux et économiques causés par les émissions de carbone, et une réduction de 20 % des coûts d’équipement du cycle de vie par rapport aux systèmes séparés traditionnels. Les réductions étaient principalement dues à la réutilisation de la chaleur et de l’électricité gaspillées dans le traitement des eaux usées et à l’alimentation du système de traitement des eaux usées avec un système énergétique local à émissions faibles à nulles, plutôt que le réseau électrique régional.

L’approche proposée dans cette étude devrait informer les urbanistes et les concepteurs d’infrastructures d’une gamme de configurations optimales pour concevoir un quartier. De cette façon, ils pourraient coordonner la conception de centrales électriques et hydrauliques intégrées avec des règles de zonage, telles que l’imposition de limites aux bâtiments industriels, pour conduire à des quartiers urbains plus durables sur le plan environnemental et économique.

“Il est passionnant de voir qu’en intégrant les infrastructures existantes aux nouvelles technologies urbaines et en optimisant leurs performances à l’unisson, nous pouvons découvrir de nouvelles voies substantielles vers la réduction mondiale du carbone”, a déclaré le co-auteur de l’étude Michael Lepech, professeur de sciences civiles et environnementales. ingénierie.

Les chercheurs espèrent que les urbanistes utiliseront un jour une version étendue du cadre pour concevoir une gamme d’autres systèmes, y compris l’enlèvement des ordures et le contrôle de la circulation. À mesure que les technologies progressent, le cadre pourrait également intégrer de nouvelles efficacités, telles que l’utilisation de la chaleur des centrales électriques pour sécher les biosolides des eaux usées, réduisant ainsi les besoins d’élimination et créant une source de biocarburants renouvelables.


Nouveau cadre d’évaluation du potentiel de neutralité énergétique des stations d’épuration


Plus d’information:
Pouya Rezazadeh Kalehbasti et al, Integrated Design and Optimization of Water-Energy Nexus: Combining Wastewater Treatment and Energy System, Frontières dans les villes durables (2022). DOI : 10.3389 / frsc.2022.856996

Fourni par l’Université de Stanford

Citation: Les ingénieurs montrent la voie vers des quartiers urbains plus abordables et durables (5 avril 2022) récupéré le 5 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-sustainable-urban-neighborhoods.html

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