Elektrifikacija in energetska optimizacija

Industrija zgradb je eden največjih globalnih potrošnikov energije, saj upravljanje zgradb predstavlja 30 odstotkov končne porabe energije. Okoli 40 odstotkov te energije se porabi za ogrevanje, prezračevanje in klimatizacijo, preostanek pa za osvetlitev, opremo, dvigala in tekoče stopnice ter ostalo. V letu 2022 je upravljanje zgradb predstavljalo 27 odstotkov globalnih emisij CO₂ oziroma 9,8 Gt CO₂ ⁽⁸⁾. Za ponor tolikšnih emisij CO₂ bi potrebovali gozd približno velikosti celotne Kitajske.

Dobra novica je, da zgradbe prehajajo na obnovljive vire in elektriko kot vir energije, kar omogoča dolgoročno odpravo ogljika, če bo proizvodnja energije v celoti razogljičena. Slaba novica pa je, da se od leta 2010 poraba fosilnih goriv v zgradbah povečuje za približno 0,5 odstotka na leto ⁽⁸⁾. Glavni razlog za to rast je povečanje svetovne tlorisne površine, ki raste hitreje, kot se zmanjšuje energetska intenzivnost (energija, porabljena glede na površino). Še en razlog je povečana uporaba hlajenja prostorov. Poraba energije za hlajenje prostorov se je od leta 1990 več kot potrojila. Tukaj je še pomnoževalni učinek zato, ker bo do leta 2030 več kot polovica dodane tlorisne površine nastala v območjih, kjer je velika potreba po hlajenju prostorov. Ta trend se bo še nadaljeval. Po pričakovanjih se bo do leta 2030 svetovna tlorisna površina povečala za okoli 15 odstotkov, kar je enakovredno celotni pozidani površini v Severni Ameriki danes ⁽⁹⁾. Za uskladitev s scenarijem ničelnih neto izpustov Mednarodne agencije za energijo (IEA) je treba goriva, ki jih uporabljajo zgradbe, še bolj razogljičiti in zmanjšati energetsko intenzivnost.

Razogljičenje goriv za zgradbe in zmanjšanje energetske intenzivnosti bo zahtevalo optimizacijo zagotavljanja toplotne energije v zgradbah: rekuperacijo, shranjevanje in porabo.

Optimizacija zagotavljanja toplotne energije za ogrevanje pomeni prehod s sistemov s fosilnimi gorivi na toplotne črpalke, ki jih napaja elektrika iz obnovljivih virov. Po navedbah Mednarodne agencije za energijo (IEA) bi s potrojitvijo globalnega nabora toplotnih črpalk do leta 2030 lahko emisije CO₂ zmanjšali za 500 Mt na leto ⁽¹⁰⁾. Vendar pa dandanes večina toplotnih črpalk uporablja hladilna sredstva iz fluoriranih ogljikovodikov z visokim potencialom globalnega segrevanja (GWP). Brez posegov bi do leta 2030 nabor toplotnih črpalk lahko oddal ekvivalent 740 Mt CO₂ ⁽¹⁰⁾. Rešitve vključujejo prehod na fluorirane ogljikovodike z nižjim GWP, ogljikovodike ali druga naravna hladilna sredstva. Vendar pa je pri fluoriranih ogljikovodikih treba opraviti dodatne raziskave na področju strupenosti in razgradnje v ozračju, pri ogljikovodikih pa so potrebni dodatni varnostni ukrepi glede vnetljivosti. Po predvidevanjih se bo potreba po hlajenju zaradi prilagajanja podnebju do leta 2050 več kot potrojila ⁽⁷⁾. Blaženje s tem povezanega povečanja energetske intenzivnosti bo zahtevalo izboljšanje učinkovitosti hladilnih sistemov in večjo uporabo aplikacij za pasivno hlajenje. Poleg tega lahko na kraju samem s fotovoltaiko pridobljena električna energija in skladiščenje prispevata k razogljičenju povečane energetske intenzivnosti zaradi hlajenja.

Kombinacijo goriv v zgradbah je mogoče razogljičiti še z rekuperacijo in ponovno distribucijo odpadne toplote. Odvečno toploto iz obratov za obdelavo komunalnih odpadkov, podatkovnih središč, predorov podzemnih železnic, industrijskih lokacij, elektrolizatorjev ali jedrskih elektrarn se bo vse bolj zajemalo in distribuiralo prek omrežij za daljinsko ogrevanje. Pričakuje se, da bodo z uvedbo tehnologije toplotnih črpalk dobila zagon tudi anergijska omrežja. Anergijska omrežja prenašajo toplotno energijo med zgradbami pri temperaturah okolice (10–25 °C [50-77 F]), s čimer se zmanjšajo toplotne izgube.

Toplotne črpalke in uporaba odpadne toplote bodo spodbudile tudi večjo uporabo toplotnih hranilnikov (ali toplotnih baterij), ki omogočajo učinkovit način za uravnoteženje oskrbe z energijo in potrebe po energiji. Toplotne črpalke lahko pretvorijo presežek električne energije iz obnovljivih virov, kot sta veter ali sončna fotovoltaika, v toplotno energijo, ko je električne energije dovolj in so cene električne energije nizke ⁽¹⁰⁾. Odpadno toploto iz industrijskih procesov ali podatkovnih centrov pa je mogoče shraniti za poznejšo porabo, s čimer se prepreči, da bi se energija neporabljena razpršila v okolje. Shranjevanje toplotne energije je prav tako zelo učinkovito in dosega od 90 do 98-odstotno učinkovitost pri shranjevanju za več dni ter od 70 do 80-odstotno učinkovitost pri sezonskem shranjevanju.

Vendar pa je eden najučinkovitejših in stroškovno učinkovitih načinov za zmanjšanje energetske intenzivnosti zgradb širša uporaba sistemov za avtomatizacijo zgradb (BACS). To velja zlasti za stavbni fond, ki ga je večinoma treba posodobiti. Na primer, 97 odstotkov stavb v Evropski uniji velja za energetsko neučinkovite ⁽¹²⁾. ISO 52120-1 poudarja, da nadgradnja s standardnega sistema BACS (razred C) na visoko energetsko zmogljivi sistem BACS (razred A) lahko doseže do 40-odstotni prihranek energije. Za te naknadne vgradnje so pogosto potrebne minimalne spremembe, na primer dodajanje ventilov za hidronično uravnoteženje, sisteme s spremenljivim pretokom vode, pretok zraka po potrebi ali zvezni nadzor prostorov z zaznavo zasedenosti. Glede na visoke učinke in nizke stroške se pričakuje, da se bodo napredni sistemi za avtomatizacijo zgradb uvajali pospešeno, zlasti ker trenutna stopnja naknadnih vgradenj, ki znaša 1 odstotek na leto, ne dosega zahtevanih 2,5 odstotka, potrebnih za doseganje ničelnih neto izpustov do leta 2050 ⁽¹³⁾.