Elektrifikasyon ve Enerji Optimizasyonu

Binaların operasyonları nihai enerji tüketiminin %30'unu oluşturduğundan, bina sektörü en büyük küresel enerji tüketicilerinden biridir. Bu enerjinin yaklaşık %40'ı ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme için kullanılırken, geri kalanı aydınlatma, ekipman, asansörler, yürüyen merdivenler ve benzerleri için kullanılmaktadır. 2022 yılında, binaların faaliyetleri küresel CO₂ emisyonlarının %27'sini, yani 9,8 Gt CO_2''yi oluşturmuştur⁽⁸⁾. Bu kadar CO₂ emisyonunu tutabilmek için kabaca Çin büyüklüğünde bir ormana ihtiyacımız var.

İyi haber şu ki, binalar enerji kaynağı olarak yenilenebilir enerjilere ve elektriğe kaymaktadır ve elektrik üretimi tamamen karbonsuzlaştırılırsa uzun vadede karbonun ortadan kaldırılmasını mümkün kılmaktadır. Kötü haber ise, binalarda fosil yakıt kullanımının 2010 yılından bu yana mutlak anlamda yıllık ortalama %0,5 oranında artmış olmasıdır⁽⁸⁾. Bu büyümenin arkasındaki temel itici güç, enerji yoğunluğunun (taban alanı başına tüketilen enerji) azalmasından daha hızlı büyüyen küresel taban alanındaki artıştır. Bir diğer itici güç ise mekan soğutmasındaki artan kullanımıdır. Mekan soğutması için enerji tüketimi 1990'dan bu yana üç kattan fazla artmıştır. Ayrıca, 2030 yılına kadar taban alanı ilavelerinin yarısından fazlasının mekan soğutma ihtiyacının yüksek olduğu bölgelerde gerçekleşecek olması nedeniyle bir çarpan etkisi de söz konusudur. Bu eğilim devam edecek. 2030 yılına kadar, küresel taban alanının yaklaşık %15 oranında artması beklenmektedir; bu da bugün Kuzey Amerika'nın tüm inşa edilmiş taban alanına eşdeğerdir⁽⁹⁾. Uluslararası Enerji Ajansı'nın (IEA) net sıfır senaryosuna uyum sağlamak için, binalar tarafından kullanılan yakıtların daha fazla karbonsuzlaştırılması ve enerji yoğunluğunun azaltılması gerekmektedir.

Bina yakıtlarının karbonsuzlaştırılması ve enerji yoğunluğunun azaltılması, binalarda termal enerji üretiminin optimize edilmesini gerektirecektir: geri kazanım, depolama ve tüketim.

Isıtma için termal enerji üretiminin optimize edilmesi, fosil yakıtlı sistemlerden yenilenebilir elektrikle çalışan ısı pompalarına geçiş anlamına gelir. IEA'ya göre, küresel ısı pompası stokunun 2030 yılına kadar üç katına çıkarılması, CO₂ emisyonlarını yılda 500 Mt azaltabilir⁽¹⁰⁾. Ancak günümüzde çoğu ısı pompasında, yüksek küresel ısınma potansiyeline (GWP) sahip hidroflorokarbon soğutucu akışkanlar kullanılmaktadır. Müdahale edilmediği takdirde, 2030 ısı pompası stoku 740 Mt CO₂ eşdeğeri salabilir⁽¹⁰⁾. Çözümler arasında daha düşük GWP'ye sahip hidroflorokarbonlara, hidrokarbonlara veya diğer doğal soğutucu akışkanlara geçiş yer almaktadır. Bununla birlikte, hidroflorokarbonlar toksisite ve atmosferik ayrışma alanında daha fazla araştırma gerektirmektedir ve hidrokarbonlar yanıcılık için ek güvenlik önlemlerine ihtiyaç duymaktadır. Soğutma talebinin iklim uyumlaması sebebi ile 2050 yılına kadar üç kattan fazla artacağı öngörülmektedir⁽⁷⁾. Enerji yoğunluğundaki ilgili artışın azaltılması, soğutma sistemlerinin verimliliğinin artırılmasını ve pasif soğutma çözümlerinin daha fazla benimsenmesini gerektirecektir. Buna ek olarak, yerinde fotovoltaik elektrik ve depolama, soğutma nedeniyle artan enerji yoğunluğunun karbonsuzlaştırılmasına yardımcı olabilir.

Binaların yakıt karışımını karbonsuzlaştırmanın bir başka yolu da atık ısıyı geri kazanmak ve yeniden dağıtmaktır. Giderek artan bir şekilde, belediye atık tesislerinden, veri merkezlerinden, metro tünellerinden, sanayi tesislerinden, elektrolizörlerden veya nükleer enerji santrallerinden gelen fazlalık ısı toplanacak ve bölgesel ısıtma ağları aracılığıyla yeniden dağıtılacaktır. Isı pompası teknolojisinin benimsenmesiyle birlikte, enerji ağlarının da ivme kazanması beklenmektedir. Enerji ağları, termal enerjiyi ortam sıcaklıklarında (10-25°C [50-77°F]) binalar arasında aktararak ısı kayıplarını azaltır.

Isı pompaları ve atık ısı kullanımı, enerji arz ve talebini dengelemenin etkili bir yolu olarak hizmet veren termal depolama ünitelerinin (veya termal bataryaların) daha fazla benimsenmesini de sağlayacaktır. Isı pompaları, elektrik enerjisinin bol ve elektrik fiyatlarının düşük olduğu zamanlarda rüzgar veya güneş fotovoltaikleri gibi yenilenebilir kaynaklardan elde edilen elektrik fazlasını termal enerjiye dönüştürebilir⁽¹⁰⁾. Endüstriyel süreçlerden veya veri merkezlerinden kaynaklanan atık ısı daha sonra tüketilmek üzere depolanabilir ve enerjinin kullanılmadan çevreye yayılması önlenebilir. Termal enerji depolama ayrıca, çok günlük depolama için %90-98 ve mevsimsel depolama için %70-80 verimliliğe ulaşarak oldukça verimli olabilir.

Bununla birlikte, binaların enerji yoğunluğunu azaltmanın en verimli ve uygun maliyetli yollarından biri, bina otomasyon ve kontrol sistemlerinin (BACS) daha geniş bir şekilde uygulanmasıdır. Bu durum özellikle, çoğunluğunun yenilenmesi gereken bina stoku için geçerlidir. Örneğin, AB'de binaların %97'sinin enerji verimsiz olduğu düşünülmektedir⁽¹²⁾. ISO 52120-1, standart BACS'den (C sınıfı) yüksek enerji performanslı BACS'ye (A sınıfı) yükseltmenin %40'a varan enerji tasarrufu sağlayabileceğini vurgulamaktadır. Bu iyileştirmeler genellikle dinamik hidronik dengeleme vanaları, değişken su debisi sistemleri, talep kontrollü hava debisi veya doluluk algılamalı oransal oda kontrolleri eklemek gibi minimum değişiklikler gerektirir. Yüksek etkisi ve düşük maliyeti göz önüne alındığında, özellikle de yılda %1,0 olan mevcut Belimo RetroFIT+ oranı, 2050 yılına kadar net sıfıra ulaşmak için gereken %2,5'in altında kaldığından gelişmiş BACS'nin benimsenmesinin hızlanması beklenmektedir⁽¹³⁾.