Εξηλεκτρισμός και βελτιστοποίηση της ενέργειας

Ο κατασκευαστικός κλάδος είναι ένας από τους μεγαλύτερους παγκόσμιους καταναλωτές ενέργειας, καθώς οι κτιριακές λειτουργίες αντιστοιχούν στο 30% της τελικής κατανάλωσης ενέργειας. Περίπου το 40% αυτής της ενέργειας χρησιμοποιείται για τη θέρμανση, τον εξαερισμό και τον κλιματισμό, ενώ η υπόλοιπη χρησιμοποιείται για τον φωτισμό, τον εξοπλισμό, τους ανελκυστήρες, τις κυλιόμενες σκάλες, κ.α.. Το 2022, οι λειτουργίες των κτιρίων αποτελούσαν το 27% των παγκόσμιων εκπομπών CO₂, δηλαδή 9,8 Gt CO₂ ⁽⁸⁾. Για να δεσμεύσουμε αυτήν την ποσότητα εκπομπών CO₂, θα χρειαζόμασταν ένα δάσος περίπου στο μέγεθος της Κίνας.

Τα καλά νέα είναι ότι τα κτίρια στρέφονται σε ανανεώσιμες μορφές και στον ηλεκτρισμό ως πηγές ενέργειας, καθιστώντας δυνατή την μακροπρόθεσμη εξάλειψη του άνθρακα, εφόσον η παραγωγή ενέργειας απανθρακοποιηθεί πλήρως. Τα κακά νέα είναι ότι, σε απόλυτες τιμές, η χρήση ορυκτών καυσίμων στα κτίρια έχει αυξηθεί με μέσο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 0,5% από το 2010 ⁽⁸⁾. Η κύρια κινητήρια δύναμη πίσω από αυτή την αύξηση είναι η αύξηση της παγκόσμιας επιφάνειας, η οποία αυξήθηκε ταχύτερα από ό,τι μειώθηκε η ενεργειακή ένταση (η ενέργεια που καταναλώνεται ανά επιφάνεια). Άλλος ένας παράγοντας είναι η αύξηση στη χρήση της ψύξης χώρων. Η κατανάλωση ενέργειας για την ψύξη χώρων έχει υπερτριπλασιαστεί από το 1990. Υπάρχει επίσης ένα πολλαπλασιαστικό αποτέλεσμα, καθώς πάνω από τις μισές προσθήκες επιφάνειας δαπέδου έως το 2030 θα προκύψουν σε περιοχές με υψηλή ανάγκη για ψύξη χώρων. Αυτή η τάση πρόκειται να συνεχιστεί. Έως το 2030, η παγκόσμια επιφάνεια δαπέδου αναμένεται να αυξηθεί κατά 15% περίπου, ποσοστό που ισοδυναμεί με το σύνολο της δομημένης επιφάνειας δαπέδου στη Βόρεια Αμερική σήμερα ⁽⁹⁾. Προκειμένου να υπάρξει ευθυγράμμιση με το σενάριο μηδενικών εκπομπών του Διεθνή Οργανισμού Ενέργειας (IEA), απαιτείται περαιτέρω απανθρακοποίηση των καυσίμων που χρησιμοποιούνται από τα κτίρια και μείωση της ενεργειακής έντασης.

Η απανθρακοποίηση των καυσίμων στα κτίρια και η μείωση της ενεργειακής έντασης απαιτεί τη βελτιστοποίηση της παραγωγής θερμικής ενέργειας στα κτίρια: ανάκτηση, αποθήκευση και κατανάλωση.

Η βελτιστοποίηση της παραγωγής θερμικής ενέργειας για τη θέρμανση σημαίνει μετάβαση από συστήματα ορυκτών καυσίμων σε αντλίες θερμότητας που λειτουργούν με ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Σύμφωνα με τον IEA, ο τριπλασιασμός του παγκόσμιου αποθέματος αντλιών θερμότητας έως το 2030 θα μπορούσε να μειώσει τις εκπομπές CO₂ κατά 500 Mt ετησίως ⁽¹⁰⁾. Ωστόσο, οι περισσότερες αντλίες θερμότητας σήμερα χρησιμοποιούν ψυκτικά μέσα υδροφθορανθράκων με υψηλό δυναμικό πλανητικής υπερθέρμανσης (GWP). Χωρίς παρέμβαση, το απόθεμα αντλιών θερμότητας το 2030 θα μπορούσε να εκπέμπει 740 Mt ισοδύναμου CO₂ ⁽¹⁰⁾. Οι λύσεις περιλαμβάνουν τη μετάβαση σε υδροφθοράνθρακες με χαμηλότερο GWP, υδρογονάνθρακες ή άλλα φυσικά ψυκτικά μέσα. Οι υδροφθοράνθρακες, ωστόσο, απαιτούν περαιτέρω έρευνα στον τομέα της τοξικότητας και της ατμοσφαιρικής αποσύνθεσης, και οι υδρογονάνθρακες χρειάζονται πρόσθετες προφυλάξεις ασφαλείας για την αναφλεξιμότητα. Για την ψύξη, η ζήτηση αναμένεται να υπερτριπλασιαστεί έως το 2050 λόγω της κλιματικής προσαρμογής ⁽⁷⁾. Για τον μετριασμό της συνδεόμενης αύξησης στην ενεργειακή ένταση θα απαιτηθεί βελτίωση της αποτελεσματικότητας των συστημάτων ψύξης και μεγαλύτερη εφαρμογή λύσεων παθητικής ψύξης. Επιπλέον, η επιτόπια φωτοβολταϊκή ηλεκτρική ενέργεια και η αποθήκευση μπορούν να συμβάλουν στην απανθρακοποίηση της αυξημένης ενεργειακής έντασης λόγω ψύξης.

Ένας άλλος τρόπος για να αφαιρεθεί ο άνθρακας από το μείγμα καυσίμων των κτιρίων είναι η ανάκτηση και αναδιανομή της απορριπτόμενης θερμότητας. Ολοένα και περισσότερο, το πλεόνασμα θερμότητας από αστικές εγκαταστάσεις αποβλήτων, κέντρα δεδομένων, σήραγγες μετρό, βιομηχανικούς χώρους, συσκευές ηλεκτρόλυσης ή πυρηνικούς σταθμούς θα αιχμαλωτίζεται και θα διανέμεται μέσω δικτύων τηλεθέρμανσης. Με την υιοθέτηση της τεχνολογίας των αντλιών θερμότητας, τα δίκτυα ενέργειας αναμένεται επίσης να αποκτήσουν δυναμική. Τα δίκτυα ενέργειας μεταφέρουν θερμική ενέργεια μεταξύ των κτιρίων σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος (10-25°C [50-77°F]), μειώνοντας τις απώλειες θερμότητας.

Οι αντλίες θερμότητας και η χρήση της απορριπτόμενης θερμότητας θα οδηγήσουν επίσης σε μεγαλύτερη υιοθέτηση μονάδων θερμικής αποθήκευσης (ή θερμικών μπαταριών), που θα χρησιμεύσουν ως αποτελεσματικός τρόπος εξισορρόπησης της προσφοράς και της ζήτησης ενέργειας. Οι αντλίες θερμότητας μπορούν να μετατρέψουν την πλεονάζουσα ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές, όπως η αιολική ή η ηλιακή φωτοβολταϊκή ενέργεια, σε θερμική ενέργεια όταν η ηλεκτρική ενέργεια είναι άφθονη και οι τιμές της ηλεκτρικής ενέργειας είναι χαμηλές ⁽¹⁰⁾. Και η απορριπτόμενη θερμότητα από βιομηχανικές διεργασίες ή κέντρα δεδομένων μπορεί να αποθηκευτεί για μετέπειτα κατανάλωση, εμποδίζοντας τη διάχυση της αχρησιμοποίητης ενέργειας στο περιβάλλον. Η αποθήκευση θερμικής ενέργειας μπορεί επίσης να γίνει εξαιρετικά αποδοτική, καθώς επιτυγχάνει αποδοτικότητα 90-98% για πολυήμερη αποθήκευση και 70-80% για εποχιακή αποθήκευση.

Ωστόσο, ένας από τους πιο αποδοτικούς και οικονομικούς τρόπους μείωσης της ενεργειακής έντασης των κτιρίων είναι μέσω της ευρύτερης εφαρμογής συστημάτων αυτοματισμού και ελέγχου κτιρίου (BAC). Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για το κτιριακό απόθεμα, η πλειονότητα του οποίου χρειάζεται αναβάθμιση. Για παράδειγμα, στην ΕΕ, το 97% των κτιρίων θεωρείται ενεργειακά αναποτελεσματικό ⁽¹²⁾. Το ISO 52120-1 υπογραμμίζει ότι η αναβάθμιση από τυπικά συστήματα BAC (κατηγορία C) σε BAC υψηλής ενεργειακής απόδοσης (κατηγορία Α) μπορεί να επιτύχει εξοικονόμηση ενέργειας έως και 40%. Αυτές οι μετασκευές συχνά απαιτούν ελάχιστες αλλαγές, όπως την προσθήκη βαλβίδων υδρονικής εξισορρόπησης, συστημάτων μεταβλητής ροής νερού, ροής αέρα ελεγχόμενης ζήτησης, ή τη διαμόρφωση ελέγχων δωματίου με ανίχνευση παρουσίας. Δεδομένου του υψηλού αντίκτυπου και του χαμηλού κόστους, η υιοθέτηση προηγμένων συστημάτων κτιριακού αυτοματισμού αναμένεται να επιταχυνθεί, ιδίως διότι το τρέχον ποσοστό μετασκευών του 1,0% ανά έτος υπολείπεται του 2,5% που απαιτείται για την επίτευξη καθαρών μηδενικών εκπομπών έως το 2050 ⁽¹³⁾.