Opvarmning og afkøling udgør omkring halvdelen af EU's endelige energiforbrug og er det største energiforbrugssegment foran transport og elektricitet.
Hvordan opvarmning og køling til byområder leveres, varierer meget fra land til land og fra by til by. Årsager til denne variation er klimatiske forhold, lokalt tilgængelige energiressourcer og tidligere strategiske energibeslutninger.
De teknologier, der primært anvendes til opvarmning, er olie- og naturgaskedler. Som det kan ses i figuren "European Final Energy Consumption by technology used to production" dækkes omkring 70 % af varmeforbruget (3500 TWh/år) af kedler: Små kedler til boliger og tertiære bygninger dækker 40 % af varmeforbruget, mens de resterende 30 % forsynes af store gaskedler i industri og fjernvarmenet. Elektriske rumvarmere og elektriske vandvarmere udgør en betydelig, om end mindre andel af markedet med omkring 13 % (ca. 650 TWh/år) af den producerede termiske energi. Store fossilt brændselsdrevne kraftvarmeværker producerer en tilsvarende mængde varme i fjernvarmesystemer.
Den direkte produktion af varme fra termiske vedvarende energikilder er omkring 10 % , hvor den største andel (8,1 %, 370 TWh/år) stammer fra faste biomasseafgrøder. Tager man også bidraget fra vedvarende energi i betragtning, er andelen af vedvarende energi til opvarmning og køling kun 15 %.
Dette giver ikke kun massive negative effekter på:
forbrug af naturressourcer, hvor tilgængeligheden er begrænset
stigning i den gennemsnitlige globale temperatur med deraf følgende klimaændringer
Europæisk energiafhængighed af import,
store dele af forbrugernes indkomst hænger fast og spildes i laveffektive varme- og kølesystemer
som er højt prioriteret på EU's dagsorden, men også resulterer i:
høj luftforurening i tætbefolkede by- og industriområder
byvarmeøer på lokalt plan, der både produceret skadelige effekter på borgernes sundhed og natur.
Hvis vi betragter gaskedler til enkeltbygninger, er forbruget af primær energi (inklusive gastransport) omkring 1,4 MWh pr. MWh energi, der leveres til bygningen (gennemsnitlig termisk virkningsgrad 80 % og gas primær energifaktor på 1,1, gennemsnitlig europæisk værdi fra EUROSTAT tages i betragtning i dette dokument), og den ækvivalente CO2 genereret udgør 320 kgCO2/MWh (ækv. CO2-emissionsfaktor for gas 257 kgCO2/MWh).
De fleste fjernvarmesystemer i Europa er drevet ved hjælp af fossilt fyrede kedler og kraftvarmeenheder. Forudsat at de bedste store kondenserende gaskedler installeres med en termisk virkningsgrad på 1 og en samlet netvirkningsgrad på 80-85 %, forbruges omkring 1,2 MWh PE for hver MWh energi, der leveres til nettet (svarende til 260 kgCO2/MWh) .
Store gasdrevne kraftvarmegeneratorer, der omdanner omkring 85 % af den endelige energi, der forbruges til nyttig termisk energi (plus ovenstående netværkseffektivitet), forbruger omkring 1,4 MWh PE pr. MWh energi, der stilles til rådighed for netværket (svarende til 310 kgCO2/MWh).
Man kan så groft antage et PE-forbrug på 1,3 MWh og 300 kg tilsvarende CO2-udledning pr. MWh nyttig energi.
For varmeproduktion fra el anvendes en energifaktor på 2,26 og en CO2-emissionsfaktor på 377 kg/MWh.
Ved at kombinere miljøparametrene med ovenstående energiforbrug kan vi beregne et enormt energiforbrug i størrelsesordenen 6000 TWh og 1,3 milliarder tons CO2 ækvivalenter om året.
Det meste luftforurening er menneskeskabt og stammer fra forbrænding af fossile brændstoffer eller biomassebrændstoffer (f.eks. udstødningsgasser fra biler og fossile eller trækedler). Derfor, selvom biomasse som er bæredygtigt dyrket og høstet e er en vedvarende energikilde, kan den ikke betragtes som en langsigtet, bæredygtig energikilde for byområder.
Med hensyn til lokale emissioner af forurenende stoffer kan følgende parametre (gennemsnitlig europæiske værdier) antages med reference til individuelle gaskedler:
Ox: 0,187 kg/MWh (brugernyttig energi)
SOx: 1,35 x 10-3 kg/MWh
PM10: 8,92 x 10-4 kg/MWh
PM2.5: 8.92 x 10-4 kg/MWh
Endnu en gang kan disse kombineres med forbruget af fossile brændstoffer, hvilket fører til en samlet årlig udledning af forurenende stoffer på ca.:
NOx: 655.000 tons
SOx: 4.700 tons
PM10: 3.100 tons
PM2.5: 3.100 tons
Beregningen er konservativ, da emissionerne fra oliefyr er langt større.
Luftforurening er den største miljøårsag til dødsfald i EU, ansvarlig for mere end 400.000 for tidlige dødsfald om året (EEA, 2016). Ifølge WHO-undersøgelser kan eksponering for partikler forårsage eller forværre hjerte-kar- og lungesygdomme, hjerteanfald og arytmier, påvirke centralnervesystemet og det reproduktive system og forårsage kræft.
Eksponering for nitrogendioxid øger symptomerne på bronkitis hos astmatiske børn og reducerer lungefunktionsvæksten.
Sundhedsrelaterede eksterne omkostninger varierer fra 330 milliarder til 940 milliarder euro om året afhængigt af beregningsmetoden (Europa, 2013). Et fokuspunkti EU's miljøplaner for luftkvalitet er luftkvalitetsdirektivet (2008). Dette direktiv fastsætter en række luftkvalitetsstandarder, der ikke må overskrides inden for et bestemt år. Meddelelsen om "Clean Air Programme for Europe" (2013) opstiller det kortsigtede mål om at opnå fuld overensstemmelse med eksisterende lovgivning senest i 2020, samt det langsigtede mål om ikke at se nogen overskridelser af WHO's retningslinjer for sundhed.
En byvarmeø er et byområde, der er væsentligt varmere end dets omkringliggende landdistrikter på grund af menneskelige aktiviteter. Byvarmeøer skyldes hovedsagelig substitution af skovbrug og landbrug med byggematerialer, der absorberer og reflekterer den indfaldende solenergi. Den øgede temperatur i forhold til landskabet har negative effekter på dyr og planter og påvirker kvaliteten af floder og underjordisk vand, da ekstra varme opsamles af regnvand gennem regnkloakker og højvande.
Bortset fra effekten på temperaturen, kan varmeøer producere sekundære effekter på lokal meteorologi, herunder ændring af lokale vindmønstre og nedbørshastigheder. Den ekstra varme, der leveres, fører til større opadgående bevægelse, som kan fremkalde yderligere tordenvejrsaktivitet om sommeren, hvilket er ansvarligt for lokale pludselige oversvømmelser.
Under sommerens hedebølger, hvis intensitet og varighed stiger med årene i de sydlige lande, har forskning også vist, hvordan høje temperaturer er årsag til hedeslag ogvarmeudmattelse.
Som en konsekvens er varmeøer også indirekte ansvarlige for unødvendig brug af klimaanlæg, og derfor en årsag til unødvendigt elforbrug (US Environmental Protection Agency. 2008. Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies).
Dette viser, at opvarmnings- og afkølingssektoren spiller en nøglerolle i at sikre en succes med EU's overgang til en energieffektiv og dekarboniseret økonomi, hvilket igen vil gøre det muligt at afbøde klimaændringerne, at energikilder udnyttes, hvilket fremmer robuste energisystemer i Europa , nationalt og hovedsageligt på lokalt plan, for at opnå langsigtet energisikkerhed, tilgængelighed og sundhed.
I denne sammenhæng er omstilling af opvarmning og afkøling til vedvarende og andre lokale bæredygtige ressourcer (f.eks. lav temperatur varmekilder og spildvarme kernen i den europæiske energiomstilling, som understøttes af energiunionens meddelelse COM(2015) 80 (A Framework Strategy for a Resilient Energy Union with a Forward-Looking Climate Change Policy) og af de direktiver, der blev lanceret i november 2016 (under revisioner nu) i pakken " Clean Energy for All Europeans ".
Ifølge denne rapport er det vigtigt at udvikle værktøjer, der gør det muligt planlægge opvarmning og køling som en del af en almindelig praksis for offentlige myndigheder og økonomiske aktører. På trods af eksistensen af teknisk dokumenterede omkostningseffektive løsninger, er der behov for at udvikle troværdige kommercielle modeller for energilevering, som vil understøtte en bredere markedsudrulning i energiudbydernes og slutforbrugernes interesse (se fokus i Energy Efficiency Directive, udkast 2016).
Life4HeatRecovery fokuserer på genindvinding og genbrug af spildvarme fra byanlæg, tilgængelig ved lav temperatur (lavere end 40 °C) i fjernvarmenetværk.
Den største mængde spildvarme, der er tilgængelig i bymiljøet, kan opsamles fra klimaanlæg, kølesystemer i industrielle processer og tertiære bygninger (dvs. tørre og våde køletårne), kølere til kølesystemer og servicefaciliteter, f.eks. kloakrør. Datacentres køleprocesscorkølere og supermarkeders køleskabe frigiver en enorm mængde termisk energi: i et supermarked af gennemsnitsstørrelse udgør køling 50 % af energiforbruget og kan dække varmebehovet i 200 lejligheder.
Genindvinding af varme fra tørre kølere i industrielle processer, dvs. i slutningen af kølekæden, kræver kun billige rørarbejder, der ikke forstyrrer den industrielle produktion, hvilket letter accepten af løsningen.
Det er klart, at genindvinding af lavtemperaturvarme , som ikke kan bruges på anden måde, og genbruge den til at erstatte kedler, der er drevet af fossile brændstoffer, installeret i boliger og tertiære bygninger, har en tredobbelt positiv effekt:
forbruget af primær energi og drivhusgasemissioner (GHG) kan stort set undgås
forurenende stofferfra (gas- eller oliedrevne) kedler undgås
varmeø-effekten reduceres, da varme, der afvises i miljøet fra menneskelige aktiviteter, genbruges og forbliver i bygninger.
European Final Energy Consumption af teknologi brugt til produktion, 2014-data, Eurac Research fra forskellige kilder, signaturforklaringen henviser til den ydre ring