Phân tích mô phỏng khả năng chống chịu của các tòa nhà dân cư Phần Lan với mùa hè nóng dưới điều kiện khí hậu thay đổi
Simulation analysis of Finnish residential buildings’ resilience to hot summers under a changing climate
| Tác giả | Azin Velashjerdi Farahani
Juha Jokisalo Natalia Korhonen Kirsti Jylhä Risto Kosonen |
| Ngày đăng tải | 17/12/2023 |
| DOI | https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.108348 |
| Nguồn bài nghiên cứu | Science Direct |
| Từ khóa |
Quá nhiệt Biến đổi khí hậu Sóng nhiệt Nhà ở dân cư Nhà dưỡng lão Khí hậu lạnh |
1 – GIỚI THIỆU
Biến đổi khí hậu đang dẫn đến nhiệt độ toàn cầu tăng cao, và tại Phần Lan, tốc độ tăng nhiệt độ này gấp đôi mức trung bình toàn cầu. Các đợt sóng nhiệt, ngày càng kéo dài và thường xuyên hơn, đe dọa đến sức khỏe con người và làm tăng tỷ lệ tử vong sớm. Đặc biệt, các quốc gia Bắc Âu như Phần Lan thường không sử dụng hệ thống làm mát cơ học trong nhà ở, khiến các tòa nhà dễ bị quá nhiệt trong mùa hè nóng bức.
Mặc dù phần lớn các nghiên cứu trước đây đã đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến tiêu thụ năng lượng của nhà ở, vẫn còn thiếu các nghiên cứu định lượng đánh giá khả năng chống chịu của tòa nhà – đặc biệt là các nhà dành cho người cao tuổi – đối với sóng nhiệt. Nghiên cứu này lấp đầy khoảng trống đó bằng cách phân tích mô phỏng các loại hình nhà ở khác nhau ở Helsinki, gồm nhà chung cư, nhà biệt lập và nhà dưỡng lão, từ cũ đến mới, để đánh giá sự phản ứng của chúng với các mùa hè hiện tại và tương lai (2050 và 2080 theo kịch bản RCP8.5).
2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG
Ba loại hình nhà ở được phân tích: nhà dưỡng lão, chung cư, và nhà biệt lập. Với mỗi loại, một tòa nhà cũ (xây dựng từ 1960–1980) và một tòa nhà mới (tuân thủ bộ quy chuẩn xây dựng Phần Lan sau năm 2012) được mô phỏng. Đặc biệt, các nhà dưỡng lão được đánh giá chi tiết do đối tượng cư trú dễ bị tổn thương bởi nhiệt độ cao.
Thông số được mô phỏng gồm đặc tính kết cấu (U-value, hệ số truyền nhiệt), hệ thống sưởi và thông gió, tỷ lệ diện tích cửa sổ, hệ thống làm mát nếu có, và lượng tiêu thụ nước nóng và điện năng theo tiêu chuẩn Phần Lan. Nhiệt độ không khí trong nhà, năng lượng sưởi, làm mát và tổng điện tiêu thụ đều được đưa vào phân tích.
3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp chính là mô phỏng theo giờ (hourly simulation) toàn bộ các tòa nhà bằng phần mềm IDA ICE, sử dụng dữ liệu khí hậu thực tế mùa hè năm 2018 (từ trạm khí tượng Helsinki-Vantaa) và kịch bản biến đổi khí hậu RCP8.5 cho các năm 2050 và 2080. Phân tích động (theo thời gian) và tĩnh (trung bình năm) được thực hiện để đánh giá mức độ quá nhiệt, phản ứng nhiệt và nhu cầu năng lượng.
Các kịch bản mô phỏng bao gồm:
– Trường hợp cơ bản (base case)
– Giải pháp thụ động (ví dụ: phim cách nhiệt, mở cửa sổ, thay kính chống nắng)
– Giải pháp chủ động (tăng thông gió, sử dụng hệ thống làm mát cục bộ hoặc trung tâm)
Tiêu chí đánh giá là số giờ vượt ngưỡng nhiệt độ (25°C, 27°C, 30°C và 32°C) theo quy định của Bộ Môi trường và Bộ Y tế Phần Lan.
4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Phân tích động cho thấy nhà biệt lập có kết cấu nhẹ phản ứng nhanh nhất với sự thay đổi nhiệt độ ngoài trời, trong khi nhà dưỡng lão và chung cư mới có phản ứng chậm nhất. Quá trình giảm nhiệt trong nhà luôn chậm hơn so với quá trình tăng nhiệt, do ảnh hưởng của khối lượng nhiệt và tải nhiệt bên trong.
Phân tích tĩnh cho thấy:
– Các tòa nhà mới có mức quá nhiệt thấp hơn đáng kể so với các tòa nhà cũ, nhưng vẫn vượt ngưỡng yêu cầu thiết kế.
– Giải pháp thụ động (đặc biệt là cửa sổ chống nắng và phim cách nhiệt) có thể giảm nhiệt nhưng chưa đủ để duy trì nhiệt độ dưới ngưỡng nguy hiểm trong sóng nhiệt.
– Hệ thống làm mát không gian (space cooling) là cần thiết, đặc biệt trong kịch bản khí hậu năm 2050 và 2080, nơi nhiệt độ trong nhà có thể vượt 37–39°C nếu không có hệ thống làm mát.
– Nhu cầu điện cho làm mát tăng 30–160% vào năm 2080 tùy loại nhà, nhưng vẫn thấp hơn nhiều so với nhu cầu sưởi.
5 – KẾT LUẬN
Nghiên cứu xác nhận rằng các tòa nhà dân cư ở Phần Lan, đặc biệt là tòa nhà cũ, dễ bị quá nhiệt nghiêm trọng trong mùa hè nóng hiện tại và tương lai. Các giải pháp thụ động có hiệu quả hạn chế; hệ thống làm mát chủ động là cần thiết để đảm bảo sức khỏe và sự thoải mái. Đặc biệt, cần xem xét điều chỉnh quy chuẩn xây dựng hiện hành để tích hợp dữ liệu khí hậu tương lai vào giai đoạn thiết kế, cùng với các biện pháp thích nghi hành vi và công nghệ để đảm bảo khả năng chống chịu lâu dài cho các công trình dân cư.
