Hiệu quả carbon của các biện pháp làm mát thụ động trong các kịch bản khí hậu tương lai: Cải tạo các tòa nhà chung cư nhiều hộ ở Thụy Điển
Carbon efficiency of passive cooling measures in future climate scenarios: Renovating multi-family residential buildings in a Swedish context
| Tác giả | Hedda Egerlid
Xinyue Wang Liane Thuvander Daniela Maiullari |
| Ngày đăng tải | 21/02/2025 |
| DOI | https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2025.115502 |
| Nguồn bài nghiên cứu | Science Direct |
| Từ khóa | Hiệu suất nhiệt của tòa nhà
Thích ứng biến đổi khí hậu Biện pháp làm mát thụ động Dấu chân carbon Tác động môi trường Cải tạo Hiệu quả năng lượng. |
1 – GIỚI THIỆU
Biến đổi khí hậu toàn cầu đang đặt ra thách thức nghiêm trọng cho hiệu suất nhiệt của các công trình, đặc biệt là sự gia tăng nhiệt độ trung bình và tần suất các đợt nắng nóng. Nhu cầu làm mát bằng điều hòa không khí ngày càng tăng sẽ khiến tiêu thụ điện và phát thải CO₂ tăng mạnh. Trong bối cảnh đó, Liên minh châu Âu đặt mục tiêu khử carbon hoàn toàn lĩnh vực xây dựng vào năm 2050, nhấn mạnh vào cải thiện hiệu quả năng lượng.
Các biện pháp thích ứng được chia thành hai nhóm: chủ động (ví dụ: hệ thống HVAC) và thụ động (ví dụ: thông gió tự nhiên, cách nhiệt, chắn nắng,…). Các biện pháp làm mát thụ động đặc biệt quan trọng trong bối cảnh khan hiếm năng lượng, bởi không chỉ cải thiện sự thoải mái nhiệt mà còn giảm áp lực lên hệ thống điện trong những giai đoạn cao điểm nắng nóng. Mặc dù hiệu quả của làm mát thụ động đã được chứng minh, nhưng vẫn thiếu nghiên cứu toàn diện về tác động môi trường của chúng trong bối cảnh khí hậu tương lai. Nghiên cứu này nhằm phát triển phương pháp tích hợp để đánh giá hiệu quả carbon của các giải pháp làm mát thụ động trong quá trình cải tạo nhà ở tại Thụy Điển.
2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG
Tòa nhà nghiên cứu là một chung cư 4 tầng tại Uddevalla, xây dựng năm 1970, gồm 18 căn hộ, kết cấu bê tông đúc sẵn, không có hệ thống làm mát chủ động. Tòa nhà sẽ được cải tạo với các biện pháp như thêm lớp cách nhiệt, thay cửa và cửa sổ, và hệ thống thông gió thu hồi nhiệt.
Sáu kịch bản được mô phỏng:
– RENO (Cải tạo cơ bản): thêm cách nhiệt 50mm, thay cửa, tăng độ kín khí, thay kính hai lớp.
– INS (Cách nhiệt tăng cường): thêm 175mm lớp cách nhiệt.
– GLZ (Kính ba lớp): thay kính 3 lớp có lớp phủ low-e.
– REF (Tăng phản xạ mặt tiền): sơn tường phản xạ cao.
– SHAD (Chắn nắng): lắp mái che nhôm phía trên cửa sổ.
– NV (Thông gió tự nhiên): mở cửa sổ khi nhiệt độ trong nhà >24°C và ngoài trời >22°C.
– COMB (Kết hợp các giải pháp trên).
3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp đánh giá tích hợp bao gồm:
– Mô phỏng hiệu suất năng lượng: sử dụng phần mềm EnergyPlus tích hợp trong môi trường Rhinoceros/Grasshopper với plugin Honeybee/Ladybug.
– Kịch bản khí hậu: dựa trên dữ liệu khí tượng điển hình TMY cho các năm 2018, 2030 và 2050 theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5.
– Đánh giá dấu chân carbon: tính toán lượng CO₂ phát thải từ vật liệu sử dụng trong mỗi giải pháp dựa trên cơ sở dữ liệu quốc gia Thụy Điển (Boverket).
– Chỉ số hiệu quả carbon (Carbon Efficiency): là tỉ lệ giữa lượng CO₂ phát thải và mức giảm nhu cầu làm mát hằng năm, công suất đỉnh hoặc nhiệt độ tối đa trong nhà.
4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
– Giảm nhu cầu làm mát hằng năm: Thông gió tự nhiên và kính ba lớp là hai giải pháp hiệu quả nhất, giúp giảm từ 13–56% nhu cầu làm mát.
– Công suất làm mát đỉnh: Kính ba lớp giảm công suất đỉnh lên đến 37% vào năm 2050. Chắn nắng giảm khoảng 13%.
– Giờ quá nhiệt: Trong điều kiện năm 2050, chỉ có giải pháp kết hợp (COMB) giữ số giờ quá nhiệt dưới ngưỡng 10%.
– Nhiệt độ trong nhà cao nhất: Thông gió tự nhiên và kính ba lớp giảm nhiệt độ trong nhà lần lượt 2.2°C và 1.9°C so với phương án cải tạo cơ bản.
– Hiệu quả carbon: Thông gió tự nhiên có hiệu quả cao nhất (không phát thải vật liệu), tiếp theo là kính ba lớp. COMB có hiệu quả giảm nhiệt tốt nhất nhưng phát thải CO₂ cao nhất.
– Tác động đến nhu cầu sưởi: Hầu hết các giải pháp làm mát thụ động không ảnh hưởng đáng kể tới nhu cầu sưởi vào mùa đông, ngoại trừ chắn nắng và lớp phản xạ tăng có thể làm tăng nhẹ nhu cầu sưởi.
5 – KẾT LUẬN
Nghiên cứu chứng minh rằng không phải tất cả các giải pháp làm mát thụ động đều có hiệu quả về carbon. Thông gió tự nhiên là giải pháp tiết kiệm carbon nhất, nhưng hiệu quả phụ thuộc nhiều vào cách triển khai. Kính ba lớp là giải pháp tiếp theo về hiệu quả, trong khi kết hợp nhiều biện pháp giúp giảm nhiệt hiệu quả nhất nhưng lại phát thải carbon lớn. Việc sử dụng phương pháp đánh giá tích hợp giữa mô hình năng lượng và dấu chân carbon giúp lựa chọn giải pháp phù hợp, cân bằng giữa hiệu suất nhiệt và phát thải môi trường trong bối cảnh khí hậu tương lai.
