At reducere en bygnings CO2-output kan også sænke omkostningerne

Forskere fra Concordia University's Department of Building, Anlægs- og miljøteknik har fundet en måde at reducere CO2-emissioner fra boliger og andre bygninger markant, samtidig med at omkostningerne reduceres.

Opvarmning, afkøling, og strømforsyning til hospitaler, hoteller, rådhuse, lejlighedskomplekser og andre store bygninger, der deler byggede energisystemer, udgør et komplekst og potentielt omkostningsfuldt klimaproblem.

Læg hertil de udfordringer, som Canadas klima og størrelse udgør – især i det fjerne nord, hvor fjerntliggende samfund er placeret betydelige afstande fra elnettet.

I 2014 Canadiske boliger og bygninger bidrog med næsten en femtedel af Canadas samlede drivhusgasemissioner.

"Det føles ofte som om, vi skal vælge mellem vores økonomiske begrænsninger og bruge mere energieffektive foranstaltninger, " siger Mohammad Sameti, en ph.d.-kandidat i bygningsteknik ved Concordia.

"Men hvad vores metode viser, er, at vi effektivt kan integrere et givet system for at påvirke begge dele positivt."

For at reducere det samlede energiforbrug, Sameti og Fariborz Haghighat, professor ved Institut for Bygning, Civil, and Environmental Engineering og Tier 1 Concordia Research Chair in Energy and Environment, udviklet en måde at optimere integrationen af ​​flere systemer på tværs af flere bygninger.

De så på et gitter af otte boligbygninger med en række karakteristika, driftsomkostninger og tekniske begrænsninger for at nå frem til et energieffektivt og omkostningseffektivt brugsmønster. Forskerne brugte vanddrevne varmepumper og søkøling - som bruger store mængder af naturligt koldt vand som køleplader - som vedvarende energikilder i deres simuleringer.

Efter at have kørt alle mulige variationer, holdet fandt, at ved at prioritere reduktion af kulstofemissioner, de kunne reducere omkostningerne med 75 procent og samtidig reducere emissionerne med 59 procent.

Imidlertid, når de i stedet prioriterede de samlede omkostninger, det resulterede i besparelser på kun 38 pct. men kulstofemissionerne var meget højere. "For at optimere omkostningerne, vi var nødt til at prioritere systemer, der brænder fossile brændstoffer. Disse teknologier er billigere at installere og drive end de vedvarende energimodeller, men tilbyder ingen reduktion i emissioner, " forklarer Sameti.

"Vedvarende energikilder, der bruges i den optimale simulering, skaber et netto-nul energiforbrug af netværket, fjerner behovet for at stole på traditionelle varme- og køleteknologier med højere emissioner, og trække mindre strøm fra nettet."

For Canadas nordlige samfund, optimering af energiforbruget på denne måde giver mulighed for at integrere teknologier, der er bedre egnet til deres fjerntliggende steder langt fra elnettet og fossile brændstoffer.

Forskernes resultater blev offentliggjort i december af tidsskriftet Anvendt energi .

Den virtuelle model testet af Haghighat og Sameti overvejede flere vedvarende og ikke-vedvarende energikilder.

De skulle også overveje problemer inden for nettet – f.eks. bygningers alder eller hvordan deres energiforbrug kan ændre sig på forskellige tidspunkter eller på forskellige årstider.

"På grund af problemets kompleksitet og det store antal involverede beslutningsvariabler, vi skulle køre alle mulige variabler, " sagde Haghighat.

De viste, at en betydelig reduktion i kulstofemissioner er mulig uden at ændre alle systemer i alle bygninger i et net - en proces, der skal ske langsomt med periodiske investeringer i nyt udstyr.

Som resultat, deres metodik kan anvendes, efterhånden som der foretages ændringer i et system over tid.

Denne forskning sigter mod yderligere at sænke både kulstofemissioner og de samlede omkostninger ved optimal integration og dimensionering af energilagringssystemer (både termisk og elektrisk) i samfundet. Det endelige mål vil være en vellykket optimering af et net-nulenergidistrikt (nZED).

For at gøre en udbredt anvendelse af deres metoder til virkelighed, Sameti og Haghighat arbejder hårdt på at udvide sin applikation til stadigt mere komplekse netværk.