Elektrifikacija ir energijos vartojimo optimizavimas

Statybos pramonė yra viena iš didžiausių energijos vartotojų pasaulyje, nes pastatų eksploatacija sudaro 30 % galutinio energijos sąnaudų. Maždaug 40 % energijos suvartojama šildymui, vėsinimui ir oro kondicionavimui, o likusi dalis panaudojama apšvietimui, įrangai, liftams, eskalatoriams ir kt. 2022 m. pastatų eksploatacija sudarė 27 % viso pasaulyje išmetamo CO₂ kiekio, t. y. 9,8 Gt CO₂ ⁽⁸⁾. Norint sukaupti tiek CO₂, mums reikėtų maždaug Kinijos dydžio miško.

Gera naujiena ta, kad pastatams pradedami naudoti atsinaujinantys ištekliai ir energijos šaltiniu pasirenkama elektra, todėl bus galima su laiku išvengti anglies dioksido visiškai dekarbonizavus energijos generavimą. Bloga žinia ta, kad absoliučiais skaičiais nuo 2010 m. iškastinio kuro naudojimas pastatuose vidutiniškai didėjo 0,5 % per metus ⁽⁸⁾. Pagrindinis šio augimo veiksnys – didėjantis pasaulio patalpų plotas, kuris augo sparčiau nei mažėjo energijos intensyvumas (vienam patalpų plotui tenkantis suvartojamos energijos kiekis). Kita priežastis yra padidėjęs erdvių vėsinimas. Nuo 1990 m. energijos sąnaudos erdvių vėsinimui padidėjo daugiau negu trigubai. Taip pat prisideda daugiklio efektas, nes daugiau nei pusė naujai atsirandančių pastatų ploto iki 2030 m. bus tose vietose, kur erdvių vėsinimo poreikis yra didesnis. Ši tendencija tęsis ir toliau. Iki 2030 m. viso pasaulio pastatų plotas turėtų padidėti maždaug 15 %. Tai prilygsta visam šiuo metu Šiaurės Amerikoje užstatytam plotui ⁽⁹⁾. Siekiant susilygiuoti su Tarptautinės energijos agentūros (TEA) nulinės emisijos scenarijumi, turi būti dar labiau sumažinta pastatų priklausomybė nuo iškastinio kuro ir energijos vartojimo intensyvumas.

Norint sumažinti pastatų priklausomybę nuo iškastinio kuro ir energijos vartojimo intensyvumą, reikės optimizuoti šiluminės energijos generavimą pastatuose: atgavimą, saugojimą ir vartojimą.

Šiluminės energijos generavimo šildymui optimizavimas reiškia perėjimą nuo iškastinio kuro sistemų prie šilumos siurblių, maitinamų atsinaujinančiais elektros šaltiniais. Remiantis TEA duomenimis, iki 2030 m. trigubai padidinus šilumos siurblių atsargas, kas metus CO₂ emisiją būtų galima sumažinti 500 Mt ⁽¹⁰⁾. Tačiau šiomis dienomis dauguma šilumos siurblių naudoja hidrofluorangliavandenilių šaltnešius, turinčius didelį visuotinio atšilimo potencialią (VAP). Neatliekant jokių veiksmų, 2030 m. šilumos siurblių atsargos galėtų išskirti 740 Mt CO₂ ekvivalento ⁽¹⁰⁾. Sprendimai apima perėjimą prie mažesnio GWP hidrofluorangliavandenilių, angliavandenilių ar kitų natūralių šaldymo medžiagų. Tačiau hidrofluorangliavandenilių toksiškumo ir skilimo atmosferoje srityje reikia atlikti tolesnius tyrimus, o angliavandeniliams reikia papildomų saugos priemonių dėl degumo. Planuojama, kad dėl prisitaikymo prie klimato kaitos, iki 2050 m. vėsinimo poreikis padidės daugiau negu trigubai ⁽⁷⁾. Siekiant sušvelninti susijusį energijos vartojimo intensyvumo padidėjimą, reikės pagerinti vėsinimo sistemų efektyvumą ir labiau pritaikyti pasyvius vėsinimo sprendimus. Be to, vietoje generuojama fotovoltinė elektros energija ir saugykla gali padėti panaikinti dėl vėsinimo padidėjusio energijos vartojimo intensyvumo priklausomybę nuo iškastinio kuro.

Dar vienas būdas sumažinti anglies dioksido kiekį pastatų kuro rūšių derinyje – panaudoti ir perskirstyti atliekinę šilumą. Komunalinių atliekų tvarkymo gamyklų, duomenų centrų, metro tunelių, pramoninių vietovių, elektrolizatorių arba branduolinių elektrinių perteklinė šiluma vis labiau bus surenkama ir perskirstoma per rajono šildymo tinklus. Tikimasi, kad dėl šilumos siurblių technologijos diegimo energijos tinklai taip pat įgaus pagreitį. Energijos tinklai perduoda šiluminę energiją tarp pastatų, kai aplinkos temperatūra yra 10–25 °C [50–77 °F] ir taip sumažina šilumos nuostolius.

Šilumos siurbliai ir atliekinės šilumos naudojimas taip pat paskatins aktyvesnį šilumos kaupiklių (arba šiluminių baterijų) naudojimą, nes tai bus veiksmingas būdas suderinti energijos pasiūlą ir paklausą. Šilumos siurbliai gali perteklinę elektros energiją, gaunamą iš atsinaujinančių šaltinių, pavyzdžiui, vėjo ar saulės fotovoltinių elementų, paversti šilumine energija, kai elektros energijos yra daug, o jos kaina maža ⁽¹⁰⁾. Be to, pramoninių procesų ar duomenų centrų atliekinę šilumą galima kaupti vėlesniam vartojimui, kad energija neišsisklaidytų nepanaudota į aplinką. Šiluminę energiją galima išsaugoti labai efektyviai, pasiekiant 90–98 % efektyvumą laikant kelias dienas ir 70–80 % laikant visą sezoną.

Tačiau vienas iš efektyviausių ir ekonomiškiausių būdų pastatų energijos vartojimo intensyvumui mažinti yra platesnis pastatų automatizavimo ir valdymo sistemų (BACS) naudojimas. Tai labiausiai taikoma pastatų fondui, kurio didžiąją dalį reikia atnaujinti. Pavyzdžiui, ES 97 % pastatų laikomi energetiškai neefektyviais ⁽¹²⁾. ISO 52120-1 pabrėžiama, kad standartinę BACS (C klasės) atnaujinus į didelio energijos vartojimo efektyvumo BACS (A klasės), galima sutaupyti iki 40 % energijos. Tokiems modernizavimams dažnai reikia tik minimalių pakeitimų, tokių kaip hidroninių balansavimo vožtuvų, kintamo vandens srauto sistemų, pagal poreikį valdomo oro srauto arba moduliuojančių patalpų reguliatorių su užimtumo aptikimu pridėjimas. Tikimasi, kad, atsižvelgiant į didelį poveikį ir nedideles sąnaudas, pažangiosios BACS diegimas paspartės, ypač atsižvelgiant į tai, kad dabartinis 1,0 % metinis modernizavimo rodiklis nesiekia 2,5 %, kurių reikia, kad iki 2050 m. būtų pasiektas grynasis nulinis tarifas ⁽¹³⁾.