Các nhà nghiên cứu xác nhận rằng cách nhiệt và thay thế hệ thống sưởi phải là những yếu tố chính trong việc cải tạo tiết kiệm năng lượng.
Vật liệu xây dựng làm từ nguyên liệu thô có thể tái tạo giúp giảm lượng khí thải nhà kính thấp hơn nhiều. Bức ảnh này cho thấy dự án "Casa Steila Mar" ở Susch, bao gồm việc tân trang lại mặt tiền bên ngoài bằng cách sử dụng rơm. (Ảnh: Atelier Schmidt)
Họ đã phát triển một mô hình sử dụng AI để tính toán chi phí và lượng phát thải khí nhà kính, đồng thời tính đến những yếu tố không chắc chắn như diễn biến khí hậu và giá cả trong tương lai.
Với vật liệu xây dựng dựa trên sinh học như rơm rạ hoặc cây gai dầu, vật liệu cách nhiệt có thể tiết kiệm được nhiều khí thải nhà kính hơn đáng kể so với hiện nay.
Thụy Sĩ là nơi có dưới 1,8 triệu tòa nhà dân cư và hơn một triệu tòa nhà phi dân cư. Cùng với nhau, những nguồn này chiếm khoảng 40% nhu cầu năng lượng cuối cùng của đất nước.
Các tòa nhà là đòn bẩy quan trọng trong việc đưa Thụy Sĩ hướng tới trung lập về khí hậu: hơn một nửa số tòa nhà ở đây vẫn được sưởi ấm bằng nhiên liệu hóa thạch như dầu và khí đốt. Hơn nữa, đại đa số được xây dựng vào thời điểm chưa có tiêu chuẩn hiệu quả về hiệu quả và nhiều công trình đang rất cần được cải tạo để sử dụng năng lượng hiệu quả hơn.
Cải tạo truyền thống hướng tới tiêu thụ năng lượng và bao gồm hai biện pháp chính: cách nhiệt phần vỏ của tòa nhà để giảm mức tiêu thụ năng lượng và thay thế hệ thống sưởi ấm bằng nhiên liệu hóa thạch để thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tái tạo. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu, người ta đang chú ý nhiều hơn đến câu hỏi làm thế nào để cải tạo một tòa nhà để đảm bảo lượng phát thải khí nhà kính ở mức thấp nhất có thể trong suốt vòng đời của nó.
Một nghiên cứu gần đây của Guillaume Habert, giáo sư xây dựng bền vững tại ETH Zurich và Bruno Sudret, giáo sư về định lượng rủi ro, an toàn và không chắc chắn, đã đưa ra một số câu trả lời mới.
Nghiên cứu tập trung vào sáu tòa nhà phần lớn vẫn chưa được cải tạo kể từ khi chúng được xây dựng lần đầu tiên từ năm 1911 đến năm 1988. Những tòa nhà cụ thể này được chọn để cung cấp mẫu đại diện cho tất cả các tòa nhà ở Thụy Sĩ.
Đối với mỗi đặc tính này, các nhà nghiên cứu đã tính toán lượng phát thải khí nhà kính do nhiều biện pháp cải tạo khác nhau gây ra trong suốt vòng đời 60 năm của tòa nhà (kể từ thời điểm cải tạo). Một khía cạnh mà các nhà nghiên cứu đã kiểm tra là thay thế hệ thống sưởi ấm hiện có bằng hệ thống chạy bằng khí đốt, viên gỗ hoặc máy bơm nhiệt. Một cách khác là lắp đặt các lớp cách nhiệt có độ dày khác nhau - cả hai đều sử dụng vật liệu cách nhiệt thông thường (EPS, sợi thủy tinh, bông khoáng, sợi xenlulo) và vật liệu cách nhiệt làm từ các loại cây phát triển nhanh (rơm, cây gai dầu).
Việc tính toán vật liệu xây dựng rất quan trọng vì các quy trình sản xuất khác nhau khác nhau rất nhiều về nhu cầu năng lượng và do đó cũng khác nhau về lượng phát thải khí nhà kính mà chúng gây ra.
Habert cho biết: “Lượng khí thải CO2 từ việc sản xuất vật liệu cách nhiệt thông thường có thể rất cao, đôi khi đủ cao để loại bỏ những tác động tích cực của chúng đối với mức tiêu thụ năng lượng khi được sử dụng để cải tạo một tòa nhà”. Vật liệu xây dựng làm từ nguyên liệu thô có thể tái tạo giúp giảm lượng khí thải nhà kính thấp hơn nhiều. Hơn nữa, chúng còn mang lại lợi ích bổ sung là hấp thụ CO2 từ khí quyển trong khi chúng phát triển và lưu trữ lâu dài trong tòa nhà.
Các tính toán về lượng khí thải nhà kính từ một tòa nhà trong vòng đời 60 năm cho thấy cách rẻ nhất và hiệu quả nhất để cắt giảm lượng khí thải này là thay thế hệ thống sưởi ấm bằng dầu và khí đốt. Hơn nữa, sử dụng vật liệu cách nhiệt sinh học cũng được ưu tiên hàng đầu.
“Kết quả của chúng tôi cho thấy—dựa trên các giả định của chúng tôi—rằng các tòa nhà ở Thụy Sĩ có thể cắt giảm tới 87% lượng khí thải nhà kính chủ yếu bằng cách chuyển sang sử dụng máy bơm nhiệt hoặc viên gỗ, nhưng cũng bằng cách sử dụng vật liệu xây dựng dựa trên sinh học như kiện rơm, thảm gai dầu.” và hempcrete,” Alina Galimshina cho biết, mô tả một trong những phát hiện chính của nghiên cứu, phần lớn dựa trên luận án tiến sĩ mà cô viết tại ETH Zurich.
Galimshina đã nghĩ ra một cách sáng tạo để tính toán lượng phát thải khí nhà kính và chi phí (đầu tư, vận hành và bảo trì) trong suốt vòng đời. Xét cho cùng, việc lựa chọn chiến lược cải tạo phù hợp phần lớn phụ thuộc vào sự phát triển trong tương lai, chẳng hạn như sự gia tăng nhiệt độ môi trường do biến đổi khí hậu, cũng như giá năng lượng, lượng khí thải carbon của điện lưới, hành vi của người dùng và các yếu tố khác. Nghiên cứu tính đến những yếu tố không chắc chắn này bằng cách sử dụng các công cụ toán học phù hợp.
Các mô hình tính toán để đánh giá tiêu chí vòng đời chiếm rất nhiều thời gian tính toán. Để giảm bớt nỗ lực tính toán cần thiết, nhóm đã sử dụng máy học để phát triển mô hình thay thế.
Sudret cho biết: “Nhờ mô hình thay thế này, chúng tôi đã tối ưu hóa được các thông số khác nhau liên quan đến các phương án cải tạo tiềm năng đồng thời tính đến những yếu tố không chắc chắn về giá năng lượng, lượng khí thải carbon của điện lưới và nhiệt độ môi trường xung quanh”. Việc tối ưu hóa này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng công cụ phần mềm pageUQLab bên ngoài do nhóm của anh ấy phát triển và sử dụng để định lượng độ không đảm bảo trong các mô hình dự đoán từ nhiều ngành khác nhau kể từ năm 2015 và được mở rộng hơn nữa cho chính dự án này.
Ngày nay, mọi người đang nói về sự cần thiết phải thay thế hệ thống sưởi ấm bằng nhiên liệu hóa thạch, nhưng việc sử dụng vật liệu xây dựng dựa trên sinh học như rơm rạ và cây gai dầu vẫn còn ở giai đoạn sơ khai. Những vật liệu này vấp phải sự hoài nghi trong ngành xây dựng vì đôi khi chúng cần lớp cách nhiệt dày hơn và đặt ra câu hỏi về độ ẩm và an toàn cháy nổ. Một chủ đề nóng khác là chi phí cải tạo cao sử dụng vật liệu cách nhiệt dựa trên sinh học, mặc dù các nhà phê bình đã bỏ qua việc giảm chi phí vận hành tương ứng.
Lưu ý đến những khía cạnh này, nhóm nghiên cứu đã đặt mục tiêu chia sẻ kết quả công việc của họ với các nhà quy hoạch, kiến trúc sư và các chuyên gia xây dựng khác. Những nỗ lực này là một phần của dự án đang diễn ra được hỗ trợ bởi Chương trình Agora của Quỹ Khoa học Quốc gia Thụy Sĩ, bao gồm các diễn đàn thảo luận và khảo sát các chuyên gia trong ngành xây dựng.
Nghiên cứu xuất hiện trên tạp chí Nature Communications.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Khoa học Ứng dụng và Nghệ thuật Tây Thụy Sĩ (Yverdon) và Đại học Công nghệ Chalmers (Gothenburg) đã đóng góp cho công trình này.
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLtd
