Електрификация и енергийна оптимизация

Строителният сектор е един от най-големите консуматори на енергия в глобален мащаб, тъй като строителната дейност се равнява на 30 % от финалната консумация на енергия. Около 40 % от тази енергия се ползва за отопление, вентилация и климатизация, като останалата енергия отива за осветлението, оборудването, асансьорите и ескалаторите, както и за всички останали консуматори. През 2022 г. експлоатацията на сградите ще съставлява 27% от световните емисии на CO₂ - 9,8 Gt CO₂ ⁽⁸⁾. За да погълнем такова количество емисии на_CO2, ще ни е необходима гора с размерите на Китай.

Добрата новина е, че сградите преминават към възобновяеми енергийни източници и електричество като източник на енергия, което позволява дългосрочно премахване на въглеродните емисии, ако производството на електроенергия бъде напълно декарбонизирано. Лошата новина е, че в абсолютно изражение използването на изкопаеми горива в сградите се е увеличило със среден годишен темп на растеж от 0,5 % от 2010 г. насам ⁽⁸⁾. Основната причина за този ръст е увеличаването на глобалната жилищна площ, която нараства по-бързо, отколкото намалява енергийната интензивност (потреблението на енергия на жилищна площ). Друг фактор е увеличеното потребление на пространствено охлаждане. Консумацията на енергия за охлаждане на помещенията се е увеличила повече от три пъти от 1990 г. насам. Налице е и мултиплициращ ефект, тъй като повече от половината от увеличаването на площта до 2030 г. ще се извърши в райони с повишена нужда от охлаждане на помещенията. Тенденцията ще продължи. До 2030 г. се очаква разгънатата застроена площ в световен мащаб да се увеличи с около 15 %, което се равнява на цялата застроена площ на Северна Америка днес ⁽⁹⁾. За постигане на съответствие със сценария за нулево нетно потребление на Международната агенция по енергетика (МАЕ), използваните от сградите горива трябва да бъдат допълнително декарбонизирани, а енергийната интензивност – намалена.

Декарбонизирането на сградните горива и намаляването на енергийната интензивност ще изисква оптимизиране на производството на топлинна енергия в сградите: оползотворяване, съхранение и потребление.

Оптимизирането на производството на топлинна енергия за отопление означава преминаване от системи, захранвани с изкопаеми горива, към термопомпи, захранвани с електроенергия от възобновяеми източници. Според МАЕ утрояването на броя на термопомпите в света до 2030 г. може да намали емисиите на CO₂ с 500 Mt годишно ⁽¹⁰⁾. Въпреки това в повечето термопомпи днес се използват хладилни агенти, съдържащи флуоровъглероди, с висок потенциал за глобално затопляне (ПГЗ). Без намеса, през 2030 г. топлинните помпи биха могли да емитират 740 Mt еквивалент на CO₂ ⁽¹⁰⁾. Решенията включват преминаване към флуоровъглеводороди с по-нисък GWP, въглеводороди или други естествени хладилни агенти. Въпреки това флуоровъглеводородите се нуждаят от допълнителни изследвания в областта на токсичността и атмосферното разлагане, а въглеводородите се нуждаят от допълнителни мерки за безопасност по отношение на запалимостта. Очаква се поради приспособяването към климата търсенето на решения за охлаждане да се увеличи повече от три пъти до 2050 г ⁽⁷⁾. Ограничаването на свързаното с това увеличение на енергийната интензивност ще изисква подобряване на ефективността на охладителните системи и по-широко прилагане на решения за пасивно охлаждане. Освен това произведената на място фотоволтаична електроенергия може да допринесе за намаляване на въглеродния диоксид от повишената енергийна интензивност, дължаща се на охлаждането.

Друг начин за декарбонизиране на горивния микс на сградите е оползотворяването и преразпределянето на отпадната топлина. Все по-често излишната топлина от съоръжения за третиране на битови отпадъци, центрове за данни, тунели на метрото, промишлени обекти, електролизери или атомни електроцентрали ще се улавя и преразпределя чрез мрежи за централно отопление. Очаква се също така да наберат скорост и анаенергийните мрежи, които ще бъдат подпомогнати от внедряването на термопомпената технология. Мрежите Anergy пренасят топлинна енергия между сградите при температура на околната среда (10-25°C), като намаляват загубите на топлина.

Топлинните помпи и използването на отпадна топлина също ще стимулират по-широкото внедряване на устройства за съхранение на топлина (или термични батерии), които служат като ефективен начин за балансиране на търсенето и предлагането на енергия. Термопомпите могат да преобразуват излишъка от електроенергия от възобновяеми източници като вятър или фотоволтаици в топлинна енергия, когато електрическата енергия е в изобилие, а цените на електроенергията са ниски ⁽¹⁰⁾. А отпадната топлина от промишлени процеси или центрове за данни може да се съхранява за по-късна консумация, като се предотвратява разсейването на енергията в околната среда. Съхранението на топлинна енергия е високоефективно, като достига 90 – 98% ефективност при многодневно съхранение и 70 – 80% при сезонно съхранение.

Въпреки това един от най-ефективните и рентабилни начини за намаляване на енергийната интензивност на сградите е по-широкото прилагане на системи за автоматизация и управление на сгради (BACS). Това важи особено за сградния фонд, по-голямата част от който се нуждае от модернизация. Например в ЕС 97% от сградите се считат за енергийно неефективни ⁽¹²⁾. В ISO 52120-1 се подчертава, че при преминаването от стандартна система BACS (клас C) към система BACS с висока енергийна ефективност (клас А) може да се постигне икономия на енергия до 40 %. Тези рехабилитации често изискват минимални промени, като например добавяне на динамични хидравлични балансиращи вентили, системи с променлив воден поток, контролиран въздушен поток според изискванията или модулиращи стайни управления с откриване на присъствие. Като се има предвид голямото въздействие и ниската цена, внедряването на усъвършенствани BACS се очаква да се ускори, особено предвид факта, че настоящият процент на модернизация от 1,0% годишно не достига 2,5%, необходими за постигане на нулево нетно потребление до 2050 г ⁽¹³⁾.