Elektrifitseerimine ja energiakasutuse optimeerimine

Ehitussektor on üks suuremaid energiatarbijaid maailmas, sest hoonete käituskulud moodustavad 30% energia lõpptarbimisest. Umbes 40% sellest energiast kasutatakse kütte, ventilatsiooni ja õhu jahutamise jaoks, ülejäänu kulub valgustusele, seadmetele, liftidele ja eskalaatoritele ning muule. 2022. aastal moodustas hoonete käitamine 27% üleilmsest_CO2-heitest ehk 9,8 Gt_CO2 ⁽⁸⁾. Sama suure hulga CO₂-heite neelamiseks oleks vaja umbes Hiina territooriumi suurust metsa.

Hea uudis on see, et hooned lähevad üle taastuv- ja elektrienergiale, mis võimaldab süsiniku elimineerida pikas perspektiivis, kui energiatootmine dekarboniseeritakse täielikult. Halb uudis on see, et absoluutarvudes on fossiilkütuste kasutus hoonetes alates 2010. aastast kasvanud umbes 0,5% aastas. ⁽⁸⁾. Selle peamine põhjus on, et hoonete pindala on maailmas kiiremini suurenenud kui energiamahukus (pindala kohta tarbitav energia) vähenenud. Teine põhjus on ruumide jahutuse kasv. Energia tarbimine ruumide jahutuseks on alates 1990. aastast enam kui kolmekordistunud. Kordades suurenemine leiab aset ka seetõttu, et üle poole uutest ruumipindadest lisandub kuni 2030. aastani piirkondades, kus on suur ruumide jahutamise vajadus. See suundumus jätkub. 2030. aastaks suureneb põrandapind maailmas umbes 15% võrra, mis on sama suur kui Põhja-Ameerika kõigi hoonete praegune põrandapind kokku ⁽⁹⁾. Rahvusvahelise Energiaagentuuri (IEA) nullneto stsenaariumi elluviimiseks tuleb hoonetes kasutatavaid kütuseid edasi dekarboniseerida ning energiamahukust vähendada.

Hoonekütuste dekarboniseerimine ja energiamahukuse vähendamine nõuab hoonete soojusenergia genereerimise optimeerimist: regenereerimist, salvestamist ja tarbimist.

Soojusenergia genereerimise optimeerimine tähendab üleminekut fossiilkütustel põhinevatelt süsteemidelt taastuvenergiat kasutavatele soojuspumpadele. IEA andmetel võib soojuspumpade arvu kolmekordistamine maailmas 2030. aastaks vähendada CO₂-heidet igal aastal 500 Mt ⁽¹⁰⁾. Siiski kasutab enamik soojuspumpasid tänapäeval hüdrofluorosüsinikupõhiseid külmutusagenseid, millel on suur globaalset soojenemist põhjustav potentsiaal (GWP). Kui seda ei muudeta, võivad küttepumbad emiteerida 2030. aastal 740 Mt CO₂ ekvivalenti ⁽¹⁰⁾. Lahendused hõlmavad üleminekut madalama globaalse soojendamise potentsiaaliga fluorosüsivesinikele, süsivesinikele või muudele looduslikele külmutusainetele. Fluorosüsivesinikud vajavad aga täiendavaid uuringuid mürgisuse ja atmosfääris lagunemise osas ning süsivesinikud vajavad täiendavaid ohutusabinõusid süttivuse tõttu. Jahutuse valdkonnas ennustatakse kliimamuutustega kohanemise tõttu nõudluse kolmekordistumist 2050. aastaks ⁽⁷⁾. Sellega seotud energiamahukuse leevendamine nõuab jahutussüsteemide efektiivsuse parandamist ja passiivsete lahenduste laialdasemat kasutuselevõttu. Lisaks võib lokaalne fotogalvaaniline elektrienergia ja salvestamine aidata dekarboniseerida jahutusega seotud suuremat energiamahukust.

Teine viis hoonete kütusesegu dekarboneerimiseks on heitsoojuse taaskasutamine ja ümberjaotamine. Üha enam munitsipaaljäätmetehaste, andmekeskuste, metrootunnelite, tööstusobjektide, elektrolüüserite ja tuumaelektrijaamade jääkenergiat kogutakse kokku ja suunatakse kaugküttevõrku. Soojuspumpade tehnoloogia kasutuselevõtu tõttu on oodata ka anergy-võrkude hoogustumist. Anergy-võrgud jaotavad soojusenergiat hoonete vahel keskkonnatemperatuuril (10–25 °C [50–77 °F]), vähendades nii soojakadusid.

Soojuspumbad ja heitsoojuse kasutamine soodustavad ka soojussalvestite (või termopatareide) tugevamat kasutuselevõttu, mis on tõhus viis energiavarustuse ja -nõudluse tasakaalustamiseks. Soojuspumbad võivad muundada taastuvatest energiaallikatest, näiteks tuulest või päikeseenergiast saadava elektrienergia ülejäägi soojusenergiaks, kui elektrienergiat on palju ja elektri hind on madal ⁽¹⁰⁾. Tööstusprotsesside või andmekeskuste heitsoojust saab salvestada hilisemaks tarbimiseks, vältides kasutamata energia hajumist keskkonda. Soojusenergia salvestamine on ka ülitõhus ning saavutab 90–98%-lise tõhususe mitmepäevase salvestamise ning 70–80% hooajalise salvestamise korral.

Üks efektiivsemaid ja kulutõhusamaid viise hoonete energiamahukuse vähendamiseks on hooneautomaatika ja -juhtimissüsteemide (BACS) laialdasem kasutamine. See kehtib eelkõige hoonete puhul, millest enamik vajab ajakohastamist. Näiteks ELis peetakse 97% hoonetest energiatõhususe seisukohast ebatõhusateks ⁽¹²⁾. ISO 52120-1 toob esile, et tavalise BACS-i (C-klass) asemel tõhusa BACS-i (A-klass) kasutuselevõtt võimaldab säästa kuni 40%. Selliseks moderniseerimiseks tuleb tihtipeale teha minimaalselt muudatusi, näiteks lisada dünaamilised hüdroonilised tasakaalustusventiilid, muudetavad veevoolusüsteemid, nõudluspõhine õhuvool ning moduleerivad hõivatustuvastusega ruumijuhtseadmed. Võttes arvesse täiustatud BACS-i suurt mõju ja väikest kulu, hakkab nende kasutuselevõtt eeldatavasti kiirenema, eriti kuna praegune moderniseerimismäär 1,0% aastas on liiga väike, kuna nullneto saavutamiseks 2050. aastaks peaks moderniseerimismäär olema 2,5% ⁽¹³⁾.