اهداف و راهکارهای کاهش مصرف انرژی در ساختمانها

به گزارش "برق نیوز" مطابق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی، مصرف جهانی انرژی در بخش ساختمان‌ها در سال ۲۰۰۷، معادل ۲۷۰۰ میلیون تن نفت خام (Mtoe) بوده است و در صورت ادامه روند کنونی، این رقم در سال ۲۰۳۰ و ۲۰۵۰ به ترتیب به اعداد خیره‌کننده ۳۵۰۰ و ۴۴۰۰ Mtoe خواهند رسید (شکل ۱). در صورت تحقق این رشد مصرف در بخش ساختمان‌ها (یعنی افزایش ۶۶% مصرف انرژی در ساختمان‌ها نسبت به سال پایه ۲۰۰۷)، پیش‌بینی می‌شود که انتشار ۸ میلیارد تنی کربن در این بخش در سال ۲۰۱۰ به عدد ۱۵/۲ میلیارد تن افزایش یابد. (شکل ۲).

شکل ۱٫ میزان مصرف انرژی ساختمان‌ها در سال‌های ۲۰۳۰ و ۲۰۵۰

شکل ۲٫ پیش‌بینی میزان انتشار کربن در بخش ساختمانی تا سال ۲۰۵۰

آژانس بین‌المللی انرژی در راستای برنامه‌های خود برای کاهش انتشار کربن و در راستای سلسله برنامه‌های آبی آژانس (Blue Map)،  اقدام به هدف‌گذاری میزان مصرف انرژی (شکل ۱)  و میزان انتشار کربن در بخش ساختمان‌ها (شکل ۲) نموده است. همان‌گونه که از شکل شماره ۱ برمی‌آید، مطابق برنامه آبی آژانس، میزان مصرف انرژی در بخش ساختمان‌ها با کاهش نسبت به پیش‌بینی Baseline، در سال‌های ۲۰۳۰ و ۲۰۵۰، در عددی حدود ۲۷۰۰ میلیون تن نفت خام تثبیت خواهد شد. این کاهش مصرف انرژی در حالی است که آژانس پیش‌بینی می‌کند تعداد خانه‌های مسکونی ۶۷ درصد و مساحت ساختمان‌های اداری و تجاری ۱۹۵ درصد رشد داشته باشند. به علاوه  تعداد وسایل برقی و میزان مصرف آن‌ها هم افزایش خواهد داشت. با وجود این میزان مصرف انرژی ساختمان‌ها در سال ۲۰۵۰، تنها ۵ درصد نسبت به مقدار فعلی افزایش می‌یابد. انتظار می‌رود در صورت تحقق برنامه آبی آژانس، میزان انتشار کربن نیز با حدود ۱۲/۵ میلیارد تن کاهش، به عدد ۲/۶ میلیارد تن در سال برسد. از این میزان کاهش ۶/۸ میلیارد تن  آن حاصل بدون کربن کردن برق مصرفی در خانه‌ها و ۵/۸ آن ناشی از بهبود بازدهی انرژی و استفاده از فناوری‌های کم یا بدون کربن در ساختمان‌هاست.

برنامه‌ها و اقدام‌های پیشنهادی آژانس برای تحقق این میزان کاهش انتشار آلاینده‌ها درشکل شماره ۲ مشخص شده است. اما شکل ۳ با جزئیات بیشتر و دسته‌بندی متفاوت، نشان می‌دهد این میزان کاهش کربن هدف‌گذاری شده از طریق کاهش مصرف در چه بخش‌هایی میسر می‌شود.  همان‌طور که مشاهده می‌شود از حدود ۱۵۰۰ میلیون تن نفت خام کاهش مصرف سوخت، بیش از دو‌سوم آن در بخش خانگی صرفه‌جویی خواهد شد و در این میان بخش قابل توجهی از صرفه‌جویی‌ها ناشی از اقدامات گرمایش و سرمایش آب و محیط و عایق‌بندی مناسب است. با این اقدامات ۶۳ درصد در مصرف سوخت صرفه‌جویی و حدود ۳ میلیارد تن کربن کمتر به محیط‌زیست تحمیل می‌شود.

شکل ۳ سهم اقدام‌های مختلف در کاهش مصرف انرژی ساختمان‌ها تا سال ۲۰۵۰

مهم‌ترین مواردی که نقشه‌راه آژانس از آن‌ها به عنوان راهکارهای مدیریت مصرف انرژی در ساختمان‌ها یاد می‌کند، عبارتند از:

• طراحی هوشمند ساختمان‌ها با هدف بیشترین استفاده از انرژی خورشیدی برای گرمایش محیط
• پوشش با بازدهی بالا برای ساختمان‌ها مانند سطوح بازتابنده، عایق‌کاری و پنجره‌های دوجداره
• گرمایش و تهویه هوای پربازده مانند استفاده از پمپ‌های حرارتی در ساختمان‌ها
• سیستم گرمایش آب پربازده به کمک راهکارهایی  مانند  پمپ‌های حرارتی، گرمایش خورشیدی، تولید همزمان برق و حرارت، بویلرهای هوای فشرده و …
• استفاده از سیستم روشنایی و تجهیزات برقی پربازده
• به کارگیری اجاق‌های برقی با بازدهی بالا
• استفاده از فناوری‌های بدون کربن در تولید برق

همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، کاهش ۱۲/۵ میلیارد تنی کربن در نقشه‌راه آبی ساختمان‌ها،  تنها از طریق فعالیت‌های بهره‌وری انرژی میسر نمی‌شود و منبع تولید برق مصرفی در ساختمان‌ها نیز باید به سمت منابع تجدیدپذیر و کم‌کربن تغییر یابد. این مهم در مناطقی که بخش زیادی از مصرف انرژی خانگی را برق تشکیل می‌دهد، به مراتب مهم‌تر است.

به دلیل اهمیت موضوع مصرف انرژی در بخش سرمایش و گرمایش ساختمان‌ها و به دلیل مقرون به صرفه بودن و بلوغ فناوری‌ها در این زمینه، آژانس فناوری‌های این حوزه را با جزییات بیشتری بررسی کرده و  هدف‌گذاری درباره مواردی که هنوز نیارمند تحقیق و توسعه است، را  به آینده موکول نموده است. بنابراین آن‌چه در ادامه آمده چهار روش برای گرمایش و سرمایش آب و محیط، با توجه به هدف‌گذاری‌های آژانس در این زمینه است..

سیستم گرمایش خورشیدی اکتیو. در این روش یک سیال که عموما مایع و در برخی موارد هوا است، به کمک انرژی خورشیدی گرم می‌شود. از این سیال گرم یا به طور مستقیم استفاده می‌شود (مانند گرمایش آب استخر یا حمام) و یا به طور غیر مستقیم استفاده می‌شود (مثلا برای گرم کردن هوای منزل). یک نوع خاص از این سیستم همان آبگرمکن خورشیدی است. میزان انرژی که دستگاه می‌تواند تولید کند بسته به شدت تابش هر منطقه متفاوت است، اما به طور عمومی  از ۳۰۰  تا ۹۰۰ کیلووات‌ساعت در سال به ازای هر متر مربع متغیر است.. به طور معمول یک سیستم  ۴ تا ۶ متر مربعی می‌تواند ۲۰ تا ۷۰ درصد آب گرم مورد نیاز یک خانوار را تامین کند. در صورت نیاز به تامین گرمای محیط با همین روش (سیستم ترکیبی )، مساحت مورد نیاز جمع‌کننده باید  ۱۲ تا ۱۵ متر مربع باشد. تا زمانی که سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی گرمایی در ساختمان‌ها چندان مورد استفاده قرار نگیرند، باید یک سیستم گرمایش کمکی در کنار سیستم  خورشیدی وجود داشته باشد. میزان ظرفیت نصب شده سیستم‌های گرمایش خورشیدی تا سال ۲۰۰۸،  ۱۵۲ گیگاوات بوده و آژانس پیش‌بینی می‌کند این ظرفیت تا سال ۲۰۵۰ دست‌کم به ۳۷۰۰ گیگاوات برسد (سالانه ۸۰ گیگاوات افزایش ظرفیت).

تولید همزمان برق و حرارت (CHP). این روش می‌تواند برای گرمایش آب و محیط و همین‌طور سرمایش (از طریق چیلرهای حرارتی) مورد استفاده قرار بگیرد. به کارگیری CHPها می‌تواند بسته به نوع سوخت  مصرفی‌شان تاثیر بسزایی در کاهش انتشار کربن داشته باشد. به علاوه به دلیل تولید برق در محل مصرف، تلفات انتقال و توزیع انرژی الکتریکی حذف خواهد شد. ظرفیت یک واحد CHP  خانگی عموما بین ۱ تا ۱۰ کیلووات و بازدهی آن بین ۷۵ تا ۸۵ درصد است. پیش‌بینی می‌شود ظرفیت نصب CHPها تا  سال ۲۰۵۰ به  بیش از ۷۴۰ گیگاوات (۴۵ برابر ظرفیت فعلی) برسد.

پمپ حرارتی. پمپ‌های حرارتی انرژی تجدیدپذیر موجود در محیط (هوا، آب و زمین) و انرژی برق یا گاز را دریافت کرده  تا دما را برای گرمایش آب و محیط، افزایش یا برای سرمایش، کاهش دهند.. بازدهی این تجهیزات بیشتر از ۱۰۰ درصد  است و این بدان معنا است که میزان گرما یا سرمای تولیدی آن‌ها از میزان برق (یا گاز) دریافت شده بیشتر است.. پیش‌بینی می‌شود به کارگیری این تجهیزات تا سال ۲۰۵۰ رشد چشمگیری داشته باشد و ظرفیت منصوبه آن‌ها به حدود  ۵۰۰۰ گیگاوات در سال ۲۰۵۰ برسد. شکل ۴ هدف‌گذاری آژانس را برای توسعه استفاده از این فناوری‌ها  نشان می‌دهد.

شکل ۴٫ پیش‌بینی ظرفیت روش‌های مختلف گرمایش تا سال ۲۰۵۰

 ذخیره‌ساز‌ گرمایی. به کارگیری ذخیره‌ساز گرمایی در کنار سه روش بالا می‌تواند به بهبود عملکرد این سیستم‌ها کمک کند. استفاده از ذخیره‌سازهای گرمایی عموما با سه هدف صورت می‌گیرد.

• افزایش بازدهی  تجهیزات از طریق جذب و ذخیره‌سازی گرمای هدررفت
• جابه‌جایی تابع تقاضا و کاهش میزان پیک مصرف ساختمان
• تسهیل در به کارگیری هر چه بیشتر منابع تجدیدپذیر و ذخیره انرژی  تجدیدپذیر مازاد بر مصرف  خانه

آن‌چه آژانس بین‌المللی انرژی به عنوان راهکارهای کاهش مصرف پیشنهاد داده است، عمومی بوده و  می‌تواند در مناطق مختلف بسته به ویژگی‌های خاص شبکه و مشترکان، یک یا چند اقدام الویت بیشتری برای انجام داشته باشد. به عنوان مثال انجام اقداماتی که مصرف برق را در مناطق دارای نیروگاه‌های فسیلی کم‌بازده کم می‌کنند، ممکن است تاثیر بیشتری در کاهش مصرف انرژی و تولید کربن داشته باشد تا این که مصرف سوخت فسیلی را در خانه‌ها کاهش دهیم.. تصمیم‌گیری درباره  نوع اقدامات نیازمند مطالعه دقیق شبکه و الگوی مصرف مشترکان است. اما آن‌چه در اینجا اهمیت دارد این است که با مطالعه چنین مستنداتی مسیری که باید پیموده شود شفاف شده و این اطمینان حاصل می‌شود که در سطح جهانی نیز تنها همین اقدامات در ظاهر پیش پا افتاده است که تغییراتی بزرگی را در کیفیت زندگی نسل‌های بعد ایجاد خواهد کرد.