Какви са ползите от първия енергиен атлас на София?

Климатека Последна промяна на 04 януари 2024 в 08:48 5351 0

Нискоенергиен сценарий в София

Кредит Vitanova et al. 2023

Нискоенергиен сценарий в София

Данните показват, че увеличеното потребление на енергия е в зоните, където са разположени търговски, промишлени и спортни сгради

Статията представя първия енергиен атлас в България. Изследването е проведено в института GATE с водещ изследовател д-р инж. Лидия Витанова. В него се съчетават подходи от географските информационни системи (ГИС) и статистически методи за оценка на потреблението на енергия в сгради с различно предназначение. Резултатите от атласа идентифицират значителен контраст в потреблението на енергия между сгради в силно урбанизирани райони в София и тези в предградията. Установено е, че увеличеното потребление на енергия принадлежи на зоните, които са застроени с търговски, промишлени и спортни сгради. Резултатите от това изследване могат да се използват за допълнителен анализ на енергийна консумация и изменението на климата, както и за изчисляване на градските топлинни острови. Подобни разработки са важни за обществото, тъй като предоставят изчерпателна и достъпна информация за заобикалящото ни енергийно състояние и възможностите за вземане на решения с цел подобряване на начина ни на живот. 

Фигура 1. Район на изследване: София. Източник: Vitanova et al. 2023

Какво е енергиен атлас и какви са ползите от него?

Енергийните атласи са изчерпателна справка от данни и интерактивни карти на енергийната инфраструктура и ресурси в даден район, като дават отговори на проблемите, свързани с увеличаване на енергията, промяна на климата и интензивността на острова на топлина. Енергийният атлас може да се разглежда като основен инструмент за изследователите, обществото и местните власти при координирането на действията в областта на климата и намаляването на потреблението на енергия, както и за определяне на цели за нулеви емисии и подпомагане на гражданите и общностите чрез предоставяне на полезна енергийна информация (Фиг. 2).

Фигура 2. Заинтересовани страни свързани с енергийния атлас. Източник: Vitanova et al. 2023

Какво можем да разберем за нарастващото потребление на енергия? 

През последните години много страни по света изпитват бърз икономически растеж и са изправени пред сериозен енергиен недостиг, особено по отношение на електроенергията. Основно безпокойство е повишаващото се потребление на енергия, причинено от нарастването на населението в световен мащаб и необходимостта от енергия в градските райони. Такива райони вече са усетили ефекта от изменението на климата и намаляването на зелените площи поради високото потребление на енергия и бързата урбанизация. 

До какво води увеличаването на енергийната консумация? 

Добре известно е, че изменението на климата и повишаването на градските температури оказват значително влияние върху енергийното потребление на сградите през лятото и насърчават обитателите да използват повече климатици, за да повишат своя температурен комфорт. Тази ситуация води до повишено търсене на енергия, допълнително нарастване на емисиите на въглероден диоксид (CO2), промяна в локалния климат, увеличаване на температурите в урбанизираните райони, поява на острови на топлина, влошаване на здравето и дисбаланс на градския начин на живот.

Какво трябва да се предприеме, за да се подобри енергийната ефективност? 

Необходимо е ефективно енергийно планиране, подпомогнато от енергийни атласи с висока пространствена разделителна способност, за да се разбере текущата енергийна ситуация на градско ниво и да се идентифицират мерки за подобряване на енергийната ефективност на различни нива – квартал, район, град.

Има ли енергийни атласи и къде? 

В Швеция вече съществува енергиен атлас за многофамилни жилищни сгради. В Торино, Италия, е представен модел за използване на енергия като са взети предвид не само характеристиките на сградите, но и характеристиките на градския контекст, които влияят върху енергийното потребление на сградите. В модела са въведени променливи като „коефициент на изглед към небето“ и съотношението „височина към разстояние“ на градския каньон. В Амстердам е създаден енергиен атлас, който подпомага града да ускори своя енергиен преход с цел намаляване емисиите на CO2 и справяне с проблемите, свързани с климата. В Дания е разработен топлинен атлас, който да служи като помощен инструмент за модели на енергийни системи. Инструментите за анализ на енергийни системи включват екологични, икономически, енергийни и инженерни анализи на бъдещи енергийни системи, като същевременно отчитат оценката на преходните сценарии към постигане на общество без изкопаеми горива след 2050 г.

Има ли разработени енергийни атласи в България? 

София не се различава от изброените по-горе градове. Столицата ни преживява бърза урбанизация и по този начин се наблюдава увеличение на потреблението на енергия. Липсват обаче проучвания и изчерпателни анализи, фокусирани върху оценката на потреблението на енергия на ниво сграда в София, което би могло да бъде от съществено значение за подпомагане на вземането на решения за намаляване, както на потреблението на енергия, така и на емисиите на CO2. Доколкото ни е известно, все още не е правен опит за разработване на подобен енергиен атлас за София, както и за който и да е град в България.

Енергиен атлас на град София

Това изследване комбинира подходите на географските информационни системи (ГИС) и статистическите методи за оценка на потреблението на енергия в сградите за целите на разработване на енергиен атлас в София. Консумацията на енергия е представена чрез нормализирани стойности със специфичен допустим интервал за различните класове сгради (Таблица 1). Статистическият анализ е подготвен от д-р Петър Христов от институт GATE. 

Изчисляването на потреблението на енергия използва набор от данни „Сертификати за енергийни характеристики на сгради“ от повече от 2500 представителни сгради в София. Данните, използвани в енергийния атлас, включват обща площ на сградата и консумация на енергия на единица площ (енергиен поток).

ГрупиДолна граница (TI)Горна граница (TI)
Административни 48.11 586.94
Културни 75.15 822.01
Здравни 53.78 354.08
Хотели 74.29 944.14
Детски градини 62.71 309.00
Жилищни 46.27 156.68
Търговия на дребно, храни, услуги 63.00 943.62
Училища 56.88 266.90
Спорт 75.38 1171.61
Университети 53.15 171.51
Таблица 1. Допустими интервали за потреблението на енергия (kWh/m2/година) на 10-те класа сгради. Всеки интервал отчита долна и горна граници на допустимия интервал (TI и TI), което е представено в статията като ниско- и високо енергиен сценарий. По-високите стойности означават по-голямо консумиране на енергия. Източник: Vitanova et al. 2023

Фигура 3 показва 2D разпределението на енергията, като използва нискоенергиен сценарий. Наблюдават се няколко области с повишено потребление на енергия (централна, южна и югоизточна част на София) за различните класове сгради. 

Фигура 3. Нискоенергиен сценарий в София. Червените и жълтите цветове показват районите с повишена консумация на енергия. Източник: Vitanova et al. 2023

По подобен начин Фигура 4 показва 2D разпределение на потреблението, което съответства на високоенергиен сценарий. 

Фигура 4. Високоенергиен сценарий в София. Червените и жълтите цветове показват районите с висока консумация на енергия. Източник: Vitanova et al. 2023

Тук се наблюдава ясен контраст в потреблението на енергия между сгради в силно урбанизирани райони, особено търговски, промишлени и спортни сгради, спрямо тези в предградията. Този ефект се дължи на две характерни обстоятелства, както следва:

  • Наличие на струпвания от класове сгради с по-висока консумация на енергия. 
  • Наличие на много сгради с голяма разгъната застроена площ, високи сгради, или складови магазини с голяма площ.

Ако трябва да се сравнят резултатите от енергийния атлас на София, показващи увеличена консумация на енергия, разпределена най-вече в централната част и няколко други райони на града поради струпвания от класове сгради с по-висока консумация на енергия, с други градове по света, в Дъблин например ситуацията е много по-различна. В централните градски части на Дъблин има ниска енергийна интензивност на сградите, в сравнение с останалата част от града. Това се дължи на факта, че жилищата в близост до центъра са сравнително нови или наскоро са преоборудвани (около 52% от сградите са построени след 1990 г.), което предполага увеличена енергийна ефективност. 

Каква е връзката на това изследване с „Цифровия двойник на града“, разработван в институт GATE?

Данните, визуализирани в енергийния атлас, са използвани, за да обогатят 3D модела на район “Лозенец”, който е част от пилотния проект за създаване на „цифров двойник на града“ (Фиг. 5). Освен енергийна консумация по функция на сграда, предстои да се интегрират и резултати от други анализи и симулации в градска среда, разработвани от изследователите в института. 

Фигура 5. Триизмерен модел на град София. Цветните сгради принадлежат към район “Лозенец”. Източник: Vitanova et al. 2023 / 3D City Model of GATE

Създаването на “цифров двойник на града”, в рамките на който се извършват изследванията, подпомага анализите и симулациите, свързани с анализ на качеството на въздуха, градско планиране, енергийна ефективност, градска мобилност и др. Разработването му е под ръководството на проф. д-р Десислава Петрова-Антонова от институт GATE. Подобни цифрови двойници имат градове като Хелзинки, Виена, Берлин, Сингапур и Ню Йорк.

3D моделът е визуализиран в уеб приложение, което има следната функционалност:

  • Показване на силует на сграда и нейния клас като допълнително съдържание.
  • Показване на силует на сграда и показване на нейните атрибути, включително границите на потреблението на енергия. 
  • Визуализиране на сгради в различни цветове в зависимост от техните атрибути, включително гранични стойности за консумация на енергия.
  • Показване на сгради в прозрачен режим.
  • Показване на засенчването от сградите в зависимост от текущото време на деня.

Текущата функционалност на уеб приложението е разширена, за да поддържа визуализацията на данните за границите на потребление (Фиг. 6 и 7), принос за което има Евгений Ширинян, изследовател от екипа на GATE.

Така обогатен, 3D моделът дава представа за енергийната консумация в контекста на други атрибути на сградите, които вече са налични в модела.

Фигура 6. Визуализация на долната граница на енергийна консумация в 3D модел на града. С червени цветове са показани сградите с високо потребление на енергия в район „Лозенец“. Източник: Vitanova et al. 2023 / 3D City Model of GATE

Фигура 7. Визуализация на горната граница на енергийна консумация в 3D модел на града. С червени цветове са показани сградите с високо потребление на енергия в район „Лозенец“. Източник: Vitanova et al. 2023 / 3D City Model of GATE

В заключение, основните изводи от проучването са следните:

  1. Налични са няколко области, показващи ясен контраст в потреблението на енергия между сгради в силно урбанизирани райони, сравнени с тези в предградията.
  2. Сградите с високо енергийно потребление принадлежат на зоните, където са разположени и вече са застроени търговски, промишлени и спортни сгради.
  3. Предназначението/функцията на сградите е ефективен показател за предсказване на диапазона на енергийна консумация. Повишаването на точността на предсказанието изисква отчитане на други характеристики на сградите, свързани с тип конструкция, материали и година на построяване и др., което е предмет на следващи изследвания. 

Подобни разработки могат да са полезни за бъдещето ни развитие в посока енергийна ефективност и въглеродна неутралност. Също така да се използват за оценка на потреблението на енергия и за идентифициране на стратегии за преоборудване и възобновяеми енергийни източници с цел постигане на енергийни и климатични цели. Това от своя страна допринася за подобряването на енергийната сигурност, конкурентоспособността и устойчивостта на дадена територия. 

В публикацията са използвани материали от:

  1. Агенция за устойчиво енергийно развитие, Сертификати за енергийни характеристики на сгради, 2023
  2. Ali, U., Shamsi, M. H., Hoare, C., & O’Donnell, J. (2018). GIS-based residential building energy modeling at district scale. In 4th Building Simulation and Optimization Conference, Cambridge, UK.
  3. 3D City model, GATE, URL: https://city.gate-ai.eu/Cesiumjs/Apps/Lozenets.html, [last accessed 23.08.2023]
  4. Dimitrov, H. and Petrova-Antonova, D., 2021: 3D City model as a first step towards digital twin of Sofia city, Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., XLIII-B4-2021, 23–30.
  5. Johansson, T., Olofsson, T., Mangold, M., 2017: Development of an energy atlas for renovation of the multifamily building stock in Sweden. Applied Energy, 203, 723-736.
  6. Vitanova, L. L., Petrova-Antonova, D., Hristov, P. O., & Shirinyan, E. (2023). Towards Energy Atlas of Sofia City in Bulgaria. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 48, 123-129.
  7. Vitanova, L. L., Kusaka, H., Doan, Q. V., & Subasinghe, S. (2021). How urban growth changes the heat island effect and human thermal sensations over the last 100 years and towards the future in a European city?. Meteorological Applications, 28(4), e2019. https://doi.org/10.1002/met.2019
  8. Mutani, G., Todeschi, V., 2019: An urban energy atlas and engineering model for resilient cities. International Journal of Heat and Technology, 37(4), 936-947.
  9. Petrovic, S. N., & Karlsson, K. B., 2014: Danish heat atlas as a support tool for energy system models. Energy conversion and management, 87, 1063-1076.
  10. Putra, Z. D. W., & Van Der Knaap, W., 2019: A smart city needs more than just technology: Amsterdam’s Energy Atlas project. In Smart city emergence (pp. 129-147). 
  11. Sheng, P., He, Y., Guo, X., 2017: The impact of urbanization on energy consumption and efficiency. Energy & Environment, 28(7), 673-686.

Източник: Какви са ползите от първия енергиен атлас на София?, Климатека

Авторът д-р инж. Лидия Витанова е изследовател в институт GATE и част от авторския екип на Климатека. Тя е доктор по климатология и инженер-еколог, активно занимаваща се в сферите на градския климат и топлинните острови, с екология и опазване на околната среда, възобновяема енергия и интелигентни технологии. Завършила е магистратура в МГУ Св. Иван Рилски, София, специалност “Екология и опазване на околната среда”. Защитила е докторантура в Цукубски Университет в Япония, специалност “Климатология”. Автор е на многобройни международни научни публикации, свързани с градски климат, моделиране и градско планиране. Участвала е като лектор в различни конференции в Европа, Азия и Америка. 

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !