Elektrifikacija je ključni korak prema dekarbonizaciji. Ovo su stvari koje trebate znati za što učinkovitiji i isplativiji prelazak na potpuno električne objekte.
Stručnjaci u građevinskoj industriji uglavnom se slažu oko potrebe za agresivnom dekarbonizacijom kako bi se smanjile emisije stakleničkih plinova, kako u novogradnji tako i u postojećim objektima. U tu svrhu, napravljena je preliminarna studija koja pokazuje što je sve potrebno za postizanje jednog od najvažnijih rješenja u prilog ovom cilju: prelazak na potpuno električne zgrade, povezane s mrežama koje se napajaju prvenstveno iz obnovljivih izvora energije.
Studija daje uvid u nove tipologije izgradnje i njihovu implementaciju na primjeru nekoliko američkih gradova, procjenjujući održivost inženjerskih rješenja, uključujući sustave poput povrata topline, omotača visokih performansi, otpornosti sustava i toplinskih pumpi. Uvedene i pravilno korištene, ove lako dostupne i isplative strategije mogu smanjiti ili eliminirati izlaz ugljika povezan s korištenjem energije bez dodatnog opterećenja električne mreže, prema pristupu studije proizvodnji potpuno električnih zgrada.
Za izradu holističke inženjerske procjene potpuno različitih električnih rješenja, bilo je važno proučiti učinak tehnologije i emisije stakleničkih plinova, kao i utjecaj ovih strategija na cijenu projekta i električnu mrežu. Osobito u regijama s hladnom klimom, većina zgrada trenutno se oslanja na energiju fosilnih goriva za toplinu i toplu vodu. Analiza utjecaja potpuno električnih zgrada temelji se na premještanju ovih opterećenja s goriva poput nafte i prirodnog plina na električnu energiju iz obnovljivih izvora. Dodatni čimbenici poput ovlaživanja ili dodatnog opterećenja utikača mogu se pojaviti u energetski intenzivnim objektima poput onih koji podržavaju istraživačke znanstvene laboratorije i bolnice.
Analize pronađene u studiji upućuju na četiri različite kategorije utjecaja:
- Emisije stakleničkih plinova
- Otpornost mreže
- Tehnologiju
- Trošak
Povezivanje potpuno električnih zgrada na električne mreže koje se napajaju iz obnovljivih izvora energije ključ je za značajno smanjenje emisije stakleničkih plinova što je cilj strategija dekarbonizacije. U mnogim državama, postizanje profila potpuno električne zgrade s nižim emisijama stakleničkih plinova u kratkoročnom razdoblju je potpuno moguće, na temelju nedavnog napretka u uvođenju obnovljive energije u mrežu. Na drugim mjestima vremenski okvir za smanjenje stakleničkih plinova prelaskom na potpuno električnu energiju može biti znatno duži. U tim regijama električna rješenja stoga mogu biti primjenjivija za postizanje trenutačnih i dugoročnih smanjenja ugljika.
Neki vlasnici i upravitelji objekata koji čekaju da se mreže spoje na više obnovljivih izvora energije također bi mogli razmotriti kupnju offseta, a postoji niz operativnih kompenzacija ugljika koji učinkovito promiču dekarbonizaciju. Ugovor o virtualnoj kupnji električne energije može biti dobar izbor, ali samo ako podržava stvaranje plana proizvodnje obnovljive energije koji inače ne bi bio ostvaren. Isto tako, oni dionici koji razmatraju kompenzacije trebaju potvrditi da će certifikati o obnovljivoj energiji koji su proizašli iz projekta obnovljive energije biti povučeni, tako da se neće dvostruko računati.
Otpornost mreže
Pouzdanost je ključna za određivanje izvedivosti i najboljih strategija za potpuno električnu zgradu. Mogućnost da se potražnja za električnom energijom može mijenjati s hlađenja na grijanje ključni je čimbenik rizika, pogotovo jer prekidi mogu utjecati na udobnost i sigurnost zimi. Nedavna poboljšanja povezane tehnologije – proizvodnja i skladištenje energije, sustavi upravljanja potražnjom, učinkovito električno grijanje i omoti zgrada visokih performansi – sve više obećavaju prelazak na potpuno električnu energiju bez preopterećenja mreže.
Rezervno napajanje u slučaju nužde i dalje se prvenstveno temelji na fosilnim gorivima, a tehnologija proizvodnje i skladištenja energije na licu mjesta koja bi zadovoljila mjerila smanjenja emisija stakleničkih plinova možda još nije dostupna u velikim količinama, ali će s vremenom vjerojatno postati bolje opcije. Robusne strategije za pouzdanost započinju projektiranjem omotača zgrade visokih performansi kako bi se smanjile potrebe za grijanjem i hlađenjem, podržane strategijama za izbjegavanje opterećenja potražnje u satima s najviše korištenja električne energije. Te strategije mogu uključivati primjenu zonskih kontrola i zastoja ili premještanje proizvodnje energije, koliko je to moguće, na sate izvan vršnog opterećenja.
Naime, postojeće zgrade predstavljaju značajan izazov, zahtijevaju duboku energetsku rekonstrukciju koja može podržati prijelaz na električnu energiju bez preopterećenja mreže. Mnoga komunalna poduzeća i općine trenutno proučavaju kapacitet mreže zajedno s politikama i poticajima za poticanje razvoja otpornih rješenja.
Tehnologija
Možda najvažniji stup koji podržava potencijalni prelazak na potpuno električne zgrade je tehnologija toplinskih pumpi, koja je lako dostupna i vrlo učinkovita. Isto tako, najnoviji materijali i sustavi koji podržavaju inovativne, energetski učinkovite i visokoučinkovite dizajne ovojnica zgrada također su lako dostupni, što doprinosi smanjenju potrošnje energije i povezanih emisija. Za sve odabire materijala, ugljični otisak cijele zgrade važan je pokazatelj za razumijevanje ugrađenog ulaganja ugljika uz operativne uštede ugljika. Tamo gdje tehnologija još uvijek treba sustići težnje industrije je područje rezervne energije, gdje još uvijek dominiraju izvori energije iz fosilnih goriva, kao što je gore navedeno.
Budući da se ovi sustavi mogu kombinirati na više načina ovisno o strategiji ili pristupu, studija je uspoređivala rezultate različitih performansi omotača i konfiguracija sustava između komercijalnih ureda, laboratorija, stambenih zgrada i zgrada visokog obrazovanja u pet velikih američkih gradova s različitom klimom. Sve tipologije pokazale su smanjenje potrošnje energije kada je omotnica visokih performansi korištena za umjerenu potražnju za grijanjem i hlađenjem, te poboljšana smanjenja s odvojenim HVAC sustavom, u kojem je ventilacija s maksimalnim povratom topline odvojena od grijanja i hlađenja. Rad s nultim emisijama do 2050. godine ostvariv je za sve tipologije, uz pretpostavku pristupa mreži koja se uglavnom opskrbljuje iz obnovljivih izvora.
Utjecaj na trošak
Postoji niz načina za razmatranje i izračunavanje financijskog učinka potpuno električne strategije. Vlasnici određenih vrsta nekretnina možda će primjerice, htjeti razmotriti utjecaj na planiranje prostora. Nalazi studije upućuju na to da mehanički zahtjevi za potpuno električne konfiguracije mogu smanjiti raspoloživi prostor za krovne pogodnosti stanara za 10 do 15 posto. Toplinske pumpe s izvorom zraka zauzimaju značajno područje, iako se to može nadoknaditi smanjenom potrebom za prostorom za rashladni toranj, ovisno o dizajnu sustava i potrebama zgrade. Naravno, kapitalni troškovi i operativni troškovi komunalnih usluga ključni su za procjenu i usporedbu troškova koja se može koristiti.
U nekim će regijama razlika u kapitalnim troškovima biti granična jer, kao u Massachusettsu, postojeći energetski kodovi zahtijevaju određenu razinu toplinski visokoučinkovite ograde. Čini se da je utjecaj na kapitalne troškove za potpuno električne projekte u područjima u kojima nedostaju ovi osnovni zahtjevi veći. Ali razmatranja za pojedine sustave razlikuju se među tipologijama. Za novogradnju poslovnih zgrada utjecaj na kapitalne troškove obično je ispod 1%, a ispod 2% za komercijalne laboratorijske objekte. Sljedeća verzija studije istraživat će utjecaje na troškove za postojeće rekonstrukcije zgrada, uključujući nadogradnju ovojnica s visokim toplinskim učinkom za koje već znamo da su potrebne za smanjenje opterećenja grijanja u hladnijim klimatskim uvjetima.
Što se tiče komunalnih troškova, postoji vjerojatnost malog povećanja u mnogim konfiguracijama: za poslovne zgrade raspon povećanja je vjerojatno između 3% i 5%, a potencijalno čak 105 za laboratorije, u usporedbi s analozima na prirodni plin.
Studija izvedivosti koja se spominje u ovom članku priznaje različite prepreke dok dijeli put do holističke procjene održivosti potpuno električne budućnosti. Uz sve veći broj područja koje uvode kodove i standarde koji naglašavaju učinkovitost i smanjenje emisija stakleničkih plinova, sve je više poticaja za dionike da istraže potpuno električne pristupe. Budući daljnji rad u ovom području bavit će se utjelovljenim ugljikom, društvenom pravednošću i drugim elementarnim razmatranjima, uključujući strategije za procjenu postojećih zgrada za potpuno električnu rekonstrukciju.
