Forskare från Concordia Universitys avdelning för byggnad, Anläggnings- och miljöteknik har hittat ett sätt att avsevärt minska koldioxidutsläppen från bostadshus och andra byggnader, samtidigt som man sänker kostnaderna.

Uppvärmning, kyl, och driver sjukhus, hotell, stadshus, lägenhetskomplex och andra stora byggnader som delar byggda energisystem skapar ett komplext och potentiellt kostsamt klimatförändringsproblem.

Lägg till detta utmaningarna från Kanadas klimat och storlek – särskilt i Fjärran Norden där avlägsna samhällen är belägna på avsevärda avstånd från elnätet.

Under 2014, Kanadensiska hem och byggnader bidrog med nästan en femtedel av Kanadas totala utsläpp av växthusgaser.

"Det känns ofta som att vi måste välja mellan våra ekonomiska begränsningar och att använda mer energieffektiva åtgärder, " säger Mohammad Sameti, en doktorand i byggteknik vid Concordia.

"Men vad vår metod visar är att vi effektivt kan integrera ett givet system för att positivt påverka båda."

För att minska den totala energiförbrukningen, Sameti och Fariborz Haghighat, professor vid institutionen för byggnad, Civil, and Environmental Engineering och Tier 1 Concordia Research Chair in Energy and Environment, utvecklat ett sätt att optimera integrationen av flera system över flera byggnader.

De tittade på ett rutnät med åtta bostadshus med en mängd olika egenskaper, driftskostnader och tekniska begränsningar för att komma fram till ett energieffektivt och kostnadseffektivt användningsmönster. Forskarna använde vattendrivna värmepumpar och sjökylning – som använder stora kroppar av naturligt kallt vatten som kylflänsar – som förnybara energikällor i sina simuleringar.

Efter att ha kört alla möjliga varianter, teamet fann att genom att prioritera minskningen av koldioxidutsläpp, de skulle kunna sänka kostnaderna med 75 procent samtidigt som de minskade utsläppen med 59 procent.

Dock, när de istället prioriterade totala kostnader, det resulterade i besparingar på bara 38 procent, men koldioxidutsläppen var mycket högre. "För att optimera kostnaden, vi var tvungna att prioritera system som förbränner fossila bränslen. Dessa tekniker är billigare att installera och driva än modellerna för förnybar energi, men ger ingen minskning av utsläppen, " förklarar Sameti.

"Förnybara energikällor som används i den optimala simuleringen skapar en energianvändning på noll i nätverket, att ta bort behovet av att förlita sig på traditionell uppvärmnings- och kylteknik med högre utsläpp, och dra mindre ström från nätet."

För Kanadas nordliga samhällen, Att optimera energianvändningen på detta sätt ger möjlighet att integrera teknologier som är bättre lämpade för deras avlägsna platser långt från elnätet och fossila bränslen.

Forskarnas resultat publicerades i december av tidskriften Tillämpad energi .

Den virtuella modellen som testades av Haghighat och Sameti tog hänsyn till flera förnybara och icke-förnybara energikällor.

De var också tvungna att överväga frågor inom nätet – t.ex. byggnaders ålder eller hur deras energianvändning kan förändras vid olika tidpunkter eller under olika årstider.

"På grund av problemets komplexitet och det stora antalet beslutsvariabler som är involverade, vi behövde köra alla möjliga variabler, sa Haghighat.

De visade att en betydande minskning av koldioxidutsläppen är möjlig utan att ändra alla system i alla byggnader i ett nät – en process som måste ske långsamt med periodiska investeringar i ny utrustning.

Som ett resultat, deras metodik kan tillämpas när förändringar görs i ett system över tid.

Denna forskning syftar till att ytterligare sänka både koldioxidutsläpp och totala kostnader genom optimal integration och dimensionering av energilagringssystem (både termiska och elektriska) i samhället. Det slutliga målet kommer att vara en framgångsrik optimering av ett netto-nollenergidistrikt (nZED).

För att göra en utbredd användning av deras metoder verklighet, Sameti och Haghighat arbetar hårt med att utöka sin applikation till allt mer komplexa nätverk.