Đánh giá vòng đời của các tòa nhà năng lượng bằng không với các hệ thống HVAC khác nhau tại các khu vực khí hậu Canada: Tiếp cận mờ dựa trên BIM

Đánh giá vòng đời của các tòa nhà năng lượng bằng không với các hệ thống HVAC khác nhau tại các khu vực khí hậu Canada: Tiếp cận mờ dựa trên BIM

LCA of net-zero energy residential buildings with different HVAC systems across Canadian climates: A BIM-based fuzzy approach

SHARE COMMENTS

1 – GIỚI THIỆU

Tác động của tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà đến biến đổi khí hậu, đặc biệt là từ nhiên liệu hóa thạch, đang trở nên quan trọng. Nghiên cứu này khám phá các khía cạnh môi trường và kinh tế của các điều kiện khí hậu khác nhau tại các khu vực Canada trong suốt vòng đời của tòa nhà. Tập trung vào các hệ thống HVAC, lựa chọn giữa điện, khí tự nhiên và nguồn năng lượng mặt trời, nghiên cứu sử dụng đánh giá vòng đời toàn bộ tòa nhà và mô phỏng năng lượng để phân tích 36 kịch bản với ba hệ thống HVAC phổ biến và sáu điều kiện thời tiết. Để giảm bớt sự không chắc chắn, nghiên cứu sử dụng các phương pháp dựa trên BIM và mờ. Kết quả cho thấy các tác động môi trường nhất quán trên các kịch bản, với trung bình 1,4 tấn CO2eq/m² khí nhà kính, 1,74 kg/m² bụi mịn PM2.5 và 3,61 kg/m² khí SO2 đối với một tòa nhà năng lượng bằng không tiêu biểu tại Canada. Các biến động chủ yếu đến từ các giai đoạn vận hành, xây dựng và vận chuyển. Các khu vực khí hậu lạnh như miền trung Canada yêu cầu nhiều năng lượng hơn và có tiềm năng gây ấm toàn cầu cao hơn. Hệ thống bơm nhiệt địa nhiệt (GSHP) có lượng phát thải thấp hơn mặc dù chi phí ban đầu cao, và là lựa chọn ưu tiên khi xem xét cả yếu tố môi trường và kinh tế. Tuy nhiên, trong các khu vực khí hậu ôn hòa như Vancouver, hệ thống bơm nhiệt không khí (ASHP) là lựa chọn tối ưu. Các tấm pin mặt trời cũng cải thiện khả năng khả thi của các hệ thống HVAC trong nhiều lựa chọn khác nhau.

2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG

Nghiên cứu so sánh các hệ thống HVAC khác nhau cho các tòa nhà năng lượng bằng không (NZEB) bao gồm ba hệ thống phổ biến: Bơm nhiệt không khí (ASHP), bơm nhiệt địa nhiệt (GSHP), và lò khí tự nhiên (NGF). Những hệ thống này được xem xét qua các điều kiện khí hậu khác nhau tại Canada để xác định hệ thống nào hiệu quả nhất về môi trường và kinh tế. Các tấm pin mặt trời được tích hợp vào các kịch bản để giảm tiêu thụ năng lượng từ lưới điện và hỗ trợ các hệ thống HVAC.

3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu sử dụng mô hình BIM để mô phỏng và thu thập dữ liệu chính xác về vật liệu xây dựng và hệ thống HVAC. Phương pháp tiếp cận mờ và đánh giá vòng đời toàn bộ tòa nhà (WBLCA) được áp dụng để đánh giá tác động môi trường trong suốt vòng đời của các tòa nhà, từ giai đoạn sản xuất, xây dựng, vận hành cho đến khi xử lý vật liệu. Đánh giá chi phí vòng đời (LCC) cũng được thực hiện để tính toán các chi phí liên quan đến việc xây dựng, vận hành và thay thế hệ thống HVAC trong suốt vòng đời 60 năm của tòa nhà.

4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả cho thấy rằng trong các khu vực có khí hậu lạnh như miền trung và miền bắc Canada, bơm nhiệt địa nhiệt (GSHP) là hệ thống có lượng phát thải thấp nhất nhưng chi phí ban đầu cao. Bơm nhiệt không khí (ASHP) phù hợp nhất với khí hậu ôn hòa như Vancouver, nhờ vào chi phí thấp hơn và hiệu suất tốt. Lò khí tự nhiên (NGF) có chi phí thấp nhưng lượng phát thải cao hơn đáng kể. Các tấm pin mặt trời làm giảm đáng kể lượng khí nhà kính và chi phí vận hành trong dài hạn.

5 – KẾT LUẬN