Elektrifikacija i optimizacija energije

Građevinska industrija je jedan od najvećih potrošača, jer operacije u zgradama čine oko 30% konačne potrošnje energije. Oko 40% ove energije koristi se za grejanje, ventilaciju i klimatizaciju, dok se ostatak koristi za osvetljenje, opremu, liftove, pokretne stepenice i drugo. Tokom 2022. godine, operacije u zgradama činile su 27% globalnih emisija CO₂, tj. 9,8 Gt CO₂ ⁽⁸⁾. Da bismo kompenzovali toliku emisiju CO₂, bila bi nam potrebna šuma otprilike veličine Kine.

Dobra vest je da zgrade prelaze na obnovljive izvore energije i električnu energiju kao novi izvor energije, čime se omogućava dugoročna eliminacija ugljenika ako je proizvodnja energije potpuno dekarbonizovana. Loša vest je da je, u apsolutnom iznosu, upotreba fosilnih goriva u zgradama raste prosečnom godišnjom stopom od 0,5% od 2010. godine ⁽⁸⁾. Primarni pokretač ovog rasta je povećanje globalne stambene površine, koja je rasla brže nego što je energetski intenzitet opadao (potrošena energija po površini). Drugi pokretač je povećanje potrebe za hlađenjem prostora. Potrošnja energije za hlađenje prostora se povećala više od tri puta od 1990. godine. Postoji i efekat multiplikacije jer će se više od polovine povećanja prostora do 2030. dogoditi u oblastima sa velikim potrebama za hlađenjem prostora. Ovaj trend će se nastaviti. Očekuje se da će do 2030. godine stambena površina na globalnom nivo porasti za oko 15%, što odgovara ukupnoj stambenoj površini u Severnoj Americi danas ⁽⁹⁾. Kako bi se postigao scenario „nulte emisije“ Međunarodne agencije za energiju (IEA), goriva koja se koriste u zgradama moraju biti dodatno dekarbonizovana, a energetski intenzitet smanjen.

Dekarbonizacija goriva u zgradama i smanjenje energetskog intenziteta zahtevaće optimizaciju proizvodnje toplotne energije u zgradama: njen oporavak, skladištenje i potrošnju.

Optimizacija proizvodnje toplotne energije za grejanje označava prelazak sa sistema fosilnih goriva na grejne pumpe koje koriste struju iz obnovljivih izvora. Prema IEA, triput veći broj grejnih pumpi do 2030. godine mogao bi da dovede do smanjenja CO_₂ emisija od 500 Mt godišnje ⁽¹⁰⁾. Međutim, većina grejnih pumpi danas koristi hidrofluorougljenična rashladna sredstva sa visokim potencijalnom globalnog zagrevanja (GWP). Bez intervencije, broj toplotnih pumpi u 2030. godini bi mogao da emituje 740 Mt CO_₂ ⁽¹⁰⁾. Rešenja obuhvataju prelazak na fluorougljovodnike sa nižim GWP-om, ugljovodonike ili druga prirodna rashladna sredstva. Fluorougljovodonici ipak zahtevaju dodatno istraživanje u oblasti toksičnosti i atmosferskog raspadanja, a kod ugljovodonika su potrebne dodatne bezbednosne mere opreza zbog zapaljivosti. Predviđa se da će se potražnja za hlađenjem povećati više od tri puta do 2050. godine zbog prilagođavanja klimatskim uslovima ⁽⁷⁾. Ublažavanje posledičnog povećanja energetskog intenziteta zahtevaće poboljšanje efikasnosti sistema za hlađenje i značajnije usvajanje pasivnih rešenja za hlađenje. Dodatno, fotonaponska električna energija na lokaciji i skladištenje mogu doprineti dekarbonizaciji sve većeg energetskog intenziteta zbog hlađenja.

Još jedan način da se mešavina goriva u zgradama dekarbonizuje je povrat i redistribucija otpadne toplote. Viškovi toplote iz postrojenja za komunalni otpad, centara za podatke, tunela u podzemnim železnicama, industrijskih lokacija, elektrolizera ili nuklearnih elektrana će se sve više sakupljati i redistribuirati kroz mreže daljinskog grejanja. Pošto im to omogućuje primena tehnologije toplotne pumpe, od anergetskih mreža se takođe očekuje da dobiju momentum. Anergetske mreže prenose toplotnu energiju između zgrada na temperaturama okoline (10 °C – 25 °C [50 °F – 77 °F]), smanjujući gubitke toplote.

Toplotne pumpe i korišćenje otpadne toplote će takođe još više podsticati usvajanje jedinica za skladištenje toplote (ili termalnih baterija), što će biti efikasan način balansiranja napajanja energijom i potražnje. Toplotne pumpe mogu da konvertuju višak struje iz obnovljivih izvora poput vetro ili solarnih fotonaponskih sistema u toplotnu energiju kada električne snage ima u obilju, a cene struje su niske ⁽¹⁰⁾. A otpadna toplota iz industrijskih procesa ili centara za podatke može se skladištiti za kasniju potrošnju, sprečavajući da se neiskorišćena energija rasipa u životnu okolinu. Skladištenje toplotne energije je takođe veoma efikasno, čime se postiže efikasnost od 90%–98% pri višednevnom skladištenju i 70%–80% kod sezonskog skladištenja.

Međutim, jedan od najefikasnijih i najpovoljnijih načina smanjenja intenziteta energije je šira primena sistema automatizacije i upravljanja zgradom (BACS). Ovo se naročito odnosi na fond zgrada gde je većinu potrebno nadograditi. Na primer, u EU 97% zgrada se smatra energetski neefikasnim ⁽¹²⁾. Standard ISO 52120-1 ističe da se nadogradnjom sa standardnog BACS (klasa C) na BACS visokih energetskih performansi (klasa A) može ostvariti ušteda energije do 40%. Ovakvi retrofiti često iziskuju minimalne promene, kao što je dodavanje ventila za hidroničko balansiranje, sisteme primenljivog protoka vode, protok vazduha prema zahtevu ili modularnu prostornu regulacija sa detekcijom zauzetosti prostorije. S obzirom na veliki uticaj i niske troškove, očekuje se da će se ubrzati usvajanje naprednih BACS, a posebno zato što se godišnja stopa retrofita od 1,0% godišnje približava potrebnim 2,5% da bi se postigla „neto-nula“ emisija do 2050. godine ⁽¹³⁾.