Електрификација и оптимизација на енергија

Градежната индустрија е една од најголемите глобални потрошувачи на енергија, бидејќи работењето на зградите сочинува 30% од финалната потрошувачка на енергија. Околу 40% од оваа енергија се користи за греење, вентилација и климатизација, а остатокот се користи за осветлување, опрема, лифтови и ескалатори и многу повеќе. Во 2022 година, работењето на зградите сочинуваше 27% од глобалните емисии на CO₂, 9,8 Gt CO₂ ⁽⁸⁾. За да секвестираме толку многу емисии на CO₂, ќе ни треба шума приближно со големината на Кина.

Добрата вест е дека зградите се префрлаат на обновливи извори и електрична енергија како извор на енергија, овозможувајќи долгорочна елиминација на јаглеродот доколку производството на електрична енергија е целосно декарбонизирано. Лошата вест е дека, во апсолутна смисла, употребата на фосилни горива во зградите се зголеми со просечна годишна стапка на раст од 0,5% од 2010 година ⁽⁸⁾. Примарниот двигател зад овој раст е зголемување на глобалната подна површина, која порасна побрзо во споредба со намалувањето на интензитетот на енергијата (потрошената енергија по под). Друг двигател е зголемената употреба на ладење на просторот. Потрошувачката на енергија за ладење на просторот е повеќе од тројно зголемена од 1990 година. Исто така, постои ефект на мултипликатор бидејќи повеќе од половина од додадените простори до 2030 година ќе се појават во области со високи потреби за ладење на просторот. Овој тренд ќе продолжи. До 2030 година, глобалната подна површина се очекува да се зголеми за околу 15%, што е еквивалентно на целата изградена површина на Северна Америка денес ⁽⁹⁾. За да се усогласи со нето-нула сценариото од Меѓународната агенција за енергија (IEA), горивата што ги користат зградите мора дополнително да се декарбонизираат и да се намали енергетскиот интензитет.

Декарбонизацијата на градежните горива и намалувањето на енергетскиот интензитет ќе бара оптимизирање на производството на топлинска енергија во зградите: обновување, складирање и потрошувачка.

Оптимизирањето на производството на топлинска енергија за греење значи транзиција од системи на фосилни горива кон топлински пумпи напојувани со обновлива електрична енергија. Според IEA, тројно зголемување на топлотните пумпи глобално до 2030 година може да ги намали емисиите на CO₂ за 500 Mt годишно ⁽¹⁰⁾. Меѓутоа, повеќето топлински пумпи во денешно време користат флуоројаглеродни ладилни средства со висок потенцијал за глобално затоплување (GWP). Без интервенција, топлотните пумпи од 2030 година би можеле да испуштат 740 Mt еквивалент на CO₂⁽¹⁰⁾. Решенијата вклучуваат преминување кон јаглефлуороводороди со пониски GWP, јаглеводороди или други природни разладни средства. Како и да е, јаглефлуороводородите бараат понатамошно истражување во областа на токсичноста и распаѓањето во атмосферата, а на јаглеводородите им се потребни дополнителни безбедносни мерки на претпазливост за запаливост. За ладење, побарувачката се предвидува да се зголеми повеќе од тројно до 2050 година поради климатска адаптација ⁽⁷⁾. Ублажувањето на поврзаното зголемување на енергетскиот интензитет ќе бара подобрување на ефикасноста на системите за ладење и поголемо усвојување на решенија за пасивно ладење. Дополнително, фотоволтаичната електрична енергија и складирањето на лице место може да помогнат да се декарбонизира зголемениот енергетски интензитет поради ладењето.

Друг начин да се декарбонизира мешавина на градежно гориво е со враќање и редистрибуирање на топлината на отпадот. Сè повеќе, вишокот топлина од комуналните отпадни постројки, центрите за податоци, метро тунелите, индустриските локации, електролизаторите или нуклеарните централи ќе се зафаќа и прераспределува преку мрежите за централно греење. Овозможено со усвојување на технологијата на топлотни пумпи, мрежите за анергија исто така се очекува да добијат интензитет. Анергетските мрежи пренесуваат топлинска енергија помеѓу зградите на амбиентална температура (10 – 25 °C [50 – 77 °F]), намалувајќи ги загубите на топлина.

Топлотните пумпи и употребата на топлина на отпад, исто така, ќе предизвикаат посилно усвојување на единици за термичко складирање (или термички батерии), што служат како ефикасен начин за балансирање на снабдувањето со енергија и побарувачката. Топлотните пумпи можат да го претворат вишокот на електрична енергија од обновливи извори како ветер или соларна фотоволтаика во термичка енергија кога електричната енергија е во изобилство, а цените на електричната енергија се ниски ⁽¹⁰⁾. И отпадната топлина од индустриски процеси или центри за податоци може да се чува за подоцнежна потрошувачка, спречувајќи ја енергијата да се дисипира неискористено во околината. Складирањето на топлинска енергија е исто така многу ефикасно, постигнувајќи 90 – 98% ефикасност за повеќедневно складирање и 70 – 80% за сезонско складирање.

Меѓутоа, еден од најефикасните и најисплатливите начини за намалување на енергетскиот интензитет на зградите е преку пошироката примена на системите за автоматизација и контрола на објектите (BACS). Ова особено се однесува на објектите од кои повеќето треба да се надоградуваат. На пример, во Европската Унија, 97% од зградите се сметаат за енергетски неефикасни ⁽¹²⁾. ISO 52120-1 нагласува дека надградбата од стандарден BACS (класа C) на BACS со високи енергетски перформанси (класа А) може да постигне заштеда на енергија до 40%. Овие доградби често бараат минимални промени, како што се додавање динамични хидронски вентили за балансирање, променливи системи за проток на вода, проток на воздух контролиран од побарувачката или модулирање на контролите на просторија со откривање на зафатеност. Со оглед на високото влијание и ниската цена, усвојувањето на напредна автоматизација на објект се очекува да се забрза, особено затоа што моменталната стапка на ретрофит од 1,0% годишно не е помала од 2,5% потребни за да се постигне нето-нула до 2050 година ⁽¹³⁾.