Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell đã phát triển một mô hình năng lượng tòa nhà đô thị tiên tiến, giúp thành phố Ithaca, New York, đẩy nhanh mục tiêu đạt trung hòa carbon vào năm 2030. Công cụ này cho phép mô phỏng nhanh chóng mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà trong thành phố và phân tích chi phí-lợi ích của các chiến lược khử carbon khác nhau.
Mô hình, được tạo ra bởi Giáo sư Timur Dogan và nhóm của ông tại Phòng thí nghiệm Hệ thống Môi trường của Cornell, có thể xử lý dữ liệu năng lượng tòa nhà của một thành phố trên một máy tính xách tay tiêu chuẩn chỉ trong vài phút. Sau đó, nó đánh giá các chiến lược như cải thiện khả năng chống chịu thời tiết, áp dụng máy bơm nhiệt điện và lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mái nhà. Đối với Ithaca, mô hình đã phân tích hơn 5.000 tòa nhà dân cư và thương mại, tích hợp dữ liệu từ bản đồ địa lý, hồ sơ thuế và hồ sơ tiện ích. Kết quả đã đóng vai trò quan trọng trong việc định hình chiến lược khí hậu của Ithaca.
Nghiên cứu chỉ ra rằng việc thay thế lò gas bằng máy bơm nhiệt có thể làm tăng chi phí vận hành cho một số hộ gia đình. Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi này trở nên khả thi về mặt tài chính khi kết hợp với các giải pháp cải thiện khả năng chống chịu thời tiết và năng lượng mặt trời. Đáng chú ý, mô hình cho thấy các tòa nhà dân cư đa hộ gia đình là đối tượng hiệu quả nhất về chi phí để cải tạo, đặc biệt khi xem xét các ưu đãi tài chính, thay vì các công trình thương mại lớn hơn.
Nghiên cứu, được công bố trên Tạp chí Journal of Building Performance Simulation, nhấn mạnh khả năng mở rộng và khả năng tiếp cận của mô hình, làm cho nó trở thành một nguồn tài nguyên quý giá cho các đô thị có nguồn lực hạn chế. Các mô hình năng lượng tòa nhà đô thị (UBEM) như của Cornell đang ngày càng trở nên quan trọng trong việc lập kế hoạch hành động khí hậu. Một nghiên cứu khác về các mô hình năng lượng tòa nhà đô thị ở Amsterdam đã cho thấy việc hiệu chỉnh các mô hình này với dữ liệu tiêu thụ thực tế có thể cải thiện đáng kể độ chính xác của dự đoán, giảm lỗi trung bình từ 24,96% xuống 8,31% cho các chỉ số cường độ năng lượng (EUI). Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc sử dụng dữ liệu chi tiết để định hướng các chính sách hiệu quả.
Ngoài ra, các tấm pin mặt trời trên mái nhà không chỉ tạo ra điện mà còn có lợi ích làm mát cho các tòa nhà. Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng trần nhà dưới các tấm pin mặt trời mát hơn 5 độ Fahrenheit so với mái nhà lộ thiên, giúp giảm chi phí làm mát. Khi các tấm pin mặt trời ngày càng phổ biến, lợi ích làm mát này trở nên quan trọng hơn trong việc xem xét tổng chi phí năng lượng của tòa nhà. Nghiên cứu ước tính rằng việc tiết kiệm chi phí làm mát tương đương với việc giảm giá 5% cho các tấm pin mặt trời trong suốt vòng đời của chúng.
Việc chuyển đổi sang các giải pháp năng lượng sạch như máy bơm nhiệt cũng đang được thúc đẩy mạnh mẽ. Máy bơm nhiệt hiệu quả hơn đáng kể so với các hệ thống sưởi ấm truyền thống, sử dụng năng lượng tái tạo từ không khí hoặc mặt đất thay vì nhiên liệu hóa thạch. Chúng có thể cung cấp nhiều hơn gấp ba lần năng lượng nhiệt so với điện năng tiêu thụ, giúp giảm lượng khí thải carbon và hóa đơn năng lượng. Tuy nhiên, chi phí lắp đặt ban đầu có thể là một rào cản, mặc dù các ưu đãi như Đạo luật Giảm Lạm phát đang giúp giảm bớt gánh nặng tài chính cho nhiều hộ gia đình. Mô hình của Cornell cung cấp một lộ trình rõ ràng cho Ithaca, cho thấy sự kết hợp chiến lược giữa các biện pháp như cải thiện khả năng chống chịu thời tiết, lắp đặt máy bơm nhiệt và sử dụng năng lượng mặt trời là chìa khóa để đạt được mục tiêu trung hòa carbon một cách hiệu quả và bền vững về mặt kinh tế.