Electrificarea și optimizarea energiei

Domeniul construcțiilor este unul dintre cei mai mari consumatori globali de energie, deoarece funcționarea clădirilor reprezintă 30 % din consumul final de energie. Aproximativ 40 % din această energie este folosită pentru încălzire, ventilație și aer condiționat, iar restul pentru iluminat, echipamente, lifturi, scări rulante și altele. În 2022, exploatarea clădirilor a reprezentat 27 % din emisiile globale de_CO2, respectiv 9,8 Gt_CO2 ⁽⁸⁾. Pentru a reținea atât de multe emisii de CO₂, am avea nevoie de o pădure de mărimea Chinei.

Vestea bună este că clădirile trec la surse regenerabile, iar electricitatea, ca sursă de energie, permite eliminarea pe termen lung a carbonului, dacă producția de energie este complet decarbonizată. Vestea proastă este că, în termeni absoluți, utilizarea combustibililor fosili în clădiri a crescut cu o rată medie anuală de creștere de 0,5 % începând din 2010 ⁽⁸⁾. Principalul factor din spatele acestei creșteri este creșterea suprafeței globale, care a crescut mai rapid decât a scăzut intensitatea energetică (energia consumată pe suprafață). Un alt factor este utilizarea sporită a instalațiilor de răcire spațiului. Consumul de energie pentru răcirea spațiilor este mai mult decât triplu față de 1990. Există de asemenea un efect de multiplicare, deoarece mai mult de jumătate din spațiile ce vor fi adăugate până în 2030 își vor face apariția în zone cu nevoi ridicate de răcire a spațiilor. Această tendință va continua. Până în 2030, se estimează că suprafața globală construită va crește cu aproximativ 15 %, aceasta fiind echivalentă cu întreaga suprafață construită din America de Nord de astăzi ⁽⁹⁾. Pentru a se conforma scenariului de zero net al Agenției Internaționale pentru Energie (IEA), combustibilii utilizați în clădiri trebuie să fie decarbonizați suplimentar, iar intensitatea energiei redusă.

Decarbonizarea combustibililor pentru clădiri și reducerea intensității energetice vor necesita optimizarea generării de energie termică în clădiri: recuperare, depozitare și consum.

Optimizarea generării de energie termică pentru încălzire înseamnă tranziția de la sistemele pe bază de combustibili fosili la pompe de căldură alimentate cu electricitate regenerabilă. Conform IEA, prin triplarea stocului global de pompe de căldură până în 2030, s-ar putea reduce emisiile de CO₂ cu 500 Mt anual ⁽¹⁰⁾. Cu toate acestea, cele mai multe pompe de căldură actuale utilizează agenți frigorifici hidrofluorocarbonați cu un potențial global de încălzire (GWP) ridicat. Fără intervenție, stocul de pompe de căldură din 2030 ar putea emite echivalentul a 740 Mt de CO₂ ⁽¹⁰⁾. Soluțiile includ trecerea la hidrofluorocarburi cu GWP mai mic, la hidrocarburi sau la alți refrigeranți naturali. Cu toate acestea, hidrofluorocarburile necesită cercetări suplimentare în domeniul toxicității și al descompunerii atmosferice, iar hidrocarburile necesită măsuri de siguranță suplimentare pentru inflamabilitate. Pentru răcire, se preconizează că cererea se va tripla până în 2050 datorită adaptării la schimbările climatice ⁽⁷⁾. Pentru reducerea creșterii asociate a intensității energetice va fi necesară îmbunătățirea eficienței sistemelor de răcire și adoptarea în mai mare măsură a aplicațiilor de răcire pasivă. În plus, electricitatea fotovoltaică de la fața locului și cea stocată poate ajuta la decarbonizarea intensității energetice crescute datorate răcirii.

O altă modalitate de a decarboniza amestecul de combustibili al clădirilor este recuperarea și redistribuirea căldurii reziduale. Din ce în ce mai mult, căldura excesivă de la instalațiile de deșeuri municipale, centrele de date, tunelurile de metrou, unitățile industriale, electrolizoare sau centrale nucleare va fi captată și redistribuită prin rețelele de termoficare. Datorită adoptării tehnologiei pompelor de căldură, se preconizează, de asemenea, că rețelele anergice vor lua amploare. Rețelele anergice transferă energia termică între clădiri la temperaturi ambientale (10-25°C [50-77°F]), reducând pierderile de căldură.

Pompele de căldură și utilizarea căldurii reziduale vor conduce, de asemenea, la o mai mare adoptare a unităților de stocare termică (sau a bateriilor termice), ca modalitate eficientă de echilibrare a cererii și ofertei de energie. Pompele de căldură pot transforma surplusul de energie electrică din surse regenerabile, cum ar fi energia eoliană sau solară fotovoltaică, în energie termică atunci când energia electrică este abundentă, iar prețurile energiei electrice sunt scăzute ⁽¹⁰⁾. Iar căldura reziduală din procesele industriale sau centrele de date poate fi stocată pentru consum ulterior, împiedicând disiparea neutilizată a energiei în mediu. Și depozitarea energiei termice este foarte eficientă, atingând un procent de 90-98 % pentru depozitarea pe mai multe zile și 70-80 % pentru depozitarea sezonieră.

Cu toate acestea, una dintre cele mai eficiente și mai rentabile modalități de a reduce intensitatea energetică a clădirilor este aplicarea pe scară mai largă a sistemelor de automatizare și control al clădirilor (BACS). Acest lucru este valabil în special pentru fondul de clădiri, a cărui majoritate trebuie modernizată. De exemplu, în UE, 97 % din clădiri sunt considerate ineficiente din punct de vedere energetic ⁽¹²⁾. ISO 52120-1 subliniază că trecerea de la sistemele BACS standard (clasa C) la sistemele BACS cu performanță energetică ridicată (clasa A) poate conduce la realizarea de economii de energie de până la 40 %. Aceste înlocuiri necesită adesea modificări minime, cum ar fi adăugarea de vane de echilibrare hidraulică dinamică, sisteme de cu debit de apă variabil, debit de aer controlat la cerere sau controale modulate ale camerelor, cu detectarea ocupării. Având în vedere impactul său ridicat și costul scăzut, se estimează că adoptarea sistemelor BACS avansate se va accelera, în special deoarece rata actuală de înlocuire de 1,0 % pe an este insuficientă față de cea de 2,5 % necesară pentru a atinge zero net până în 2050 ⁽¹³⁾.