Villamosítás és energiaoptimalizálás

Az építőipar az egyik legnagyobb globális energiafogyasztó, mivel az épületek üzemeltetése a végső energiafogyasztás 30%-át teszi ki. Ennek az energiának körülbelül 40%-át fűtésre, szellőztetésre és légkondicionálásra, a fennmaradó részt pedig világításra, berendezésekre, felvonókra, mozgólépcsőkre és egyéb eszközökre használják. 2022-ben az épületek üzemeltetése a globális CO₂-kibocsátás 27%-át, 9,8 Gt CO₂-t tett ki ⁽⁸⁾. Ennyi CO₂-kibocsátás megkötéséhez nagyjából Kína nagyságú erdőre lenne szükségünk.

A jó hír az, hogy az épületek egyre inkább a megújuló energiaforrásokra és a villamos energiára, mint energiaforrásra térnek át, ami lehetővé teszi a szén-dioxid-kibocsátás hosszú távú megszüntetését, ha az energiatermelés teljesen szén-dioxid-mentessé válik. A rossz hír az, hogy abszolút értékben kifejezve a fosszilis tüzelőanyagok épületekben történő felhasználása 2010 óta évente átlagosan 0,5%-kal nőtt ⁽⁸⁾. A növekedés elsődleges mozgatórugója a globális alapterület növekedése, amely gyorsabban nőtt, mint ahogy az energiaintenzitás (az egy alapterületre jutó energiafogyasztás) csökkent. A másik hajtóerő a helyiségek hűtésének megnövekedett alkalmazása. A helyiségek hűtésére felhasznált energiafogyasztás 1990 óta több mint háromszorosára nőtt. Van egy multiplikátorhatás is, mivel az alapterület-növelések több mint fele 2030-ig olyan területeken történik majd, ahol nagy szükség van a helyiségek hűtésére. Ez a tendencia folytatódni fog. 2030-ra a globális alapterület várhatóan mintegy 15%-kal fog növekedni, ami megfelel a mai Észak-Amerika teljes beépített alapterületének ⁽⁹⁾. A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) nettó nullára vonatkozó forgatókönyvéhez igazodva az épületek által felhasznált tüzelőanyagokat a jövőben szén-dioxid-mentessé kell tenni, az energiaintenzitást pedig csökkenteni kell.

Az épületek által használt üzemanyagok szén-dioxid-mentesítéséhez és az energiaintenzitás csökkentéséhez optimalizálni kell az épületek hőenergia-termelését: a visszanyerést, a tárolást és a fogyasztást.

A fűtési célú hőenergia-termelés optimalizálása azt jelenti, hogy a fosszilis tüzelésű rendszerekről át kell térni a megújuló villamos energiával működő hőszivattyúkra. Az IEA szerint a hőszivattyúk globális állományának 2030-ig történő megháromszorozása a CO₂-kibocsátást évente 500 Mt-val csökkentheti ⁽¹⁰⁾. A legtöbb hőszivattyú azonban manapság magas globális felmelegedési potenciállal (GWP) rendelkező fluorozott szénhidrogén-hűtőközegeket használ. Beavatkozás nélkül 2030-ra a hőszivattyú-állomány 740 Mt CO₂-egyenértéket bocsátana ki ⁽¹⁰⁾. A megoldások között szerepel az alacsonyabb GWP-vel rendelkező fluorozott szénhidrogénekre, szénhidrogénekre vagy más természetes hűtőközegekre való áttérés. A fluorozott szénhidrogének azonban további kutatásokat igényelnek a toxicitás és a légköri bomlás terén, a szénhidrogének pedig további biztonsági óvintézkedéseket igényelnek a gyúlékonyság tekintetében. A hűtés iránti kereslet az előrejelzések szerint 2050-re több mint háromszorosára nő az éghajlatváltozáshoz való alkalmazkodás miatt ⁽⁷⁾. A kapcsolódó energiaintenzitás-növekedés mérséklése a hűtőrendszerek hatékonyságának javítását és a passzív hűtési megoldások nagyobb arányú alkalmazását teszi szükségessé. Ezenkívül a helyszíni fotovoltaikus villamos energia és tárolás segíthet a hűtés miatt megnövekedett energiaintenzitás szén-dioxid-mentesítésében.

Az épületek tüzelőanyag-összetétel szén-dioxid-mentesítésének másik módja a hulladékhő visszanyerése és újraelosztása. A kommunális hulladékfeldolgozó üzemek, adatközpontok, metróalagutak, ipari létesítmények, elektrolizáló berendezések vagy atomerőművek felesleges hőjét egyre gyakrabban fogják felhasználni és távfűtési hálózatokon keresztül újraosztani. A hőszivattyú-technológia elterjedésével az anergiahálózatok is várhatóan egyre nagyobb lendületet kapnak. Az energiahálózatok környezeti hőmérsékleten (10-25°C [50-77°F]) adják át a hőenergiát az épületek között, így csökkentve a hőveszteséget.

A hőszivattyúk és a hulladékhő felhasználása szintén a hőtárolók (vagy hőelemek) nagyobb mértékű elterjedését fogja elősegíteni, amelyek az energiakínálat és a kereslet kiegyensúlyozásának hatékony módjaként szolgálnak. A hőszivattyúk a megújuló energiaforrásokból, például szélből vagy napelemekből származó többlet villamos energiát hőenergiává alakíthatják át, amikor az elektromos energia bőséges, és a villamos energia ára alacsony ⁽¹⁰⁾. Az ipari folyamatokból vagy az adatközpontokból származó hulladékhőt pedig el lehet tárolni későbbi felhasználás céljából, megakadályozva, hogy az energia felhasználatlanul a környezetbe kerüljön. A hőenergia tárolása szintén nagy hatékonyságú lehet, többnapos tárolás esetén 90-98%-os, szezonális tárolás esetén pedig 70-80%-os hatékonyság érhető el.

Az épületek energiaintenzitásának csökkentésének egyik leghatékonyabb és legköltségkímélőbb módja azonban az épületautomatizálási és -vezérlési rendszerek (BACS) szélesebb körű alkalmazása. Ez különösen igaz az épületállományra, amelynek nagy része korszerűsítésre szorul. Az Európai Unióban például az épületek 97%-a nem tekinthető energiahatékonynak ⁽¹²⁾. Az ISO 52120-1 kiemeli, hogy a szabványos BACS-ről (C osztály) a nagy energiateljesítményű BACS-re (A osztály) való átállással akár 40%-os energiamegtakarítás is elérhető. Ezek az utólagos átalakítások gyakran minimális változtatásokat igényelnek, például dinamikus hidronikus kiegyenlítő szelepek, változó vízáramú rendszerek, igény szerint szabályozott légáramlás vagy moduláló helyiségvezérlők hozzáadása foglaltságérzékeléssel. Tekintettel a jelentős hatásra és az alacsony költségekre, a fejlett BACS elfogadása várhatóan felgyorsul, különösen mivel a jelenlegi évi 1,0%-os felújítási arány nem éri el a 2050-re elérendő nettó nulla százalékos szint eléréséhez szükséges 2,5%-ot ⁽¹³⁾.