KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG - ENERGY EFFICIENT ARCHITECTURE VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀO CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Mục tiêu nghiên cứu

Với những phương châm nêu trên, tác giả xác định mục tiêu chính của luận văn là:

- Giới thiệu tổng quan về KTHQNL;

- Đưa ra các giải pháp KTHQNL áp dụng cho công trình kiến trúc, từ quy hoạch đến thiết kế, từ kỹ thuật đến phi kỹ thuật, với các phạm vi ứng dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực, song hoàn toàn có thể được phối hợp, gắn kết với nhau mang tầm chiến lược có tính thực tiễn và khả năng ứng dụng đối với điều kiện tự nhiên của TP.HCM;

- Cập nhật và giới thiệu các giải pháp KTHQNL tiên tiến của thế giới và ứng dụng vào CTCC tại TP.HCM;

- Đưa ra các phương pháp phân tích bằng phần mềm một cách khoa học và trực quan để chứng minh cho tính hiệu quả

Tóm lại, tất cả là vì một mục tiêu chung là nâng cao hiệu quả năng lượng đạt mức tối ưu nhất, hiệu quả nhất trong các công trình kiến trúc nói chung và CTCC nói riêng Từ cơ sở đó để xem xét phạm vi và khả năng ứng dụng thực tiễn của KTHQNL ở TP.HCM nói riêng và cả nước nói chung.

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả sử dụng các phương pháp khác nhau để tiến hành nghiên cứu này đạt hiệu quả nhất:

- Phương pháp, thu thập và xử lý thông tin: có hai nguồn dữ liệu để thu thập, dữ liệu sơ cấp và dữ liệu thứ cấp

+ Dữ liệu sơ cấp xoay quanh các kiến thức về KTHQNL và biểu hiện của nó

+ Các dữ liệu thứ cấp được sử dụng dưới hình thức tìm hiểu những nghiên cứu tiền lệ Những nghiên cứu đã tiến hành trong sách và tạp chí cũng như trên mạng Internet, trong các giấy tờ, bài báo xuất bản Nghiên cứu tiền lệ rất quan trọng vì cho phép tác giả nắm bắt thông tin và kiến thức nhanh chóng, để có cái nhìn tổng quan và khách quan về vấn đề mình đang tìm hiểu như: lịch sử hình thành cũng như quá trình phát triển của KTHQNL ở trong nước và ngoài nước,…

- Phương pháp hệ thống hóa, phân tích tổng hợp để thu thập và xử lý thông tin, đồng thời sử dụng phương pháp so sánh để thấy được tính chất của của vấn đề nghiên cứu là KTHQNL cũng như sự khác nhau của nó đối với một vài xu hướng kiến trúc khác đã từng xuất hiện trên thế giới và Việt Nam

- Phương pháp điền giả: đi thực địa nghiên cứu các công trình

- Phần kết quả và đề xuất cho vấn đề nghiên cứu, chủ yếu sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp, phương pháp điều tra khảo sát để thấy được bối cảnh tự nhiên, văn hóa, xã hội cũng như công nghệ tại Việt Nam từ đó đưa ra kết luận và đề xuất thích hợp với thực trạng hiện nay tại TP.HCM.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀ CTCC TẠI TP.HCM

TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

1.1.1 Khái niệm KTHQNL xét một cách tổng quát và rộng hơn chính là một yếu tố không thể thiếu trong KTBV Cũng giống như các xu hướng hiện nay như kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái… KTHQNL được hình thành từ KTBV - là nền tảng chính với yêu cầu bền vững về mặt sinh thái và thân thiện với môi trường Bên cạnh đó, có thể hiểu một cách đầy đủ hơn, KTBV là kiến trúc sử dụng các phương pháp tiếp cận khôn khéo để bảo tồn năng lượng và hệ sinh thái trong việc thiết kế môi trường xây dựng, đem đến sự cân bằng giữa con người với môi trường tự nhiên Công trình bền vững phải hòa hợp với cảnh quan tự nhiên và ngược lại, thiên nhiên cũng sẽ làm đẹp thêm cho công trình

HQNL, hay còn gọi là sử dụng năng lượng có hiệu quả, tiết kiệm được đặt ra như một mục tiêu cần phấn đấu đạt được, là việc giảm lượng năng lượng cần thiết để sản xuất một sản phẩm hoặc cung ứng một dịch vụ nào đó mà sản phẩm cũng như dịch vụ này vẫn đạt tiêu chuẩn chất lượng sử dụng tương đương Việc cải thiện HQNL có thể đạt được bằng cách áp dụng một công nghệ mới, hoặc cải tiến một quy trình sản xuất, hoặc sử dụng các phương pháp được chấp nhận rộng rãi để giảm sự tổn thất năng lượng [32] Lĩnh vực áp dụng “HQNL” trong thực tế rất rộng, mà xây dựng là một trong số đó

Kiến trúc Hiệu quả năng lượng – Energy Efficient Architecture được hiểu một cách ngắn gọn mà đầy đủ ý nghĩa là “quá trình tạo lập các không gian chức năng và vận hành các không gian chức năng đó có áp dụng đồng bộ các giải pháp giảm tiêu thụ năng lượng, từ năng lượng biểu hiện (tức là năng lượng cần thiết cho các hoạt động khai thác và chế biến vật liệu xây dựng, sản xuất cấu kiện xây dựng, vận chuyển và lắp dựng các cấu kiện đó vào vị trí được chỉ định trên công trường) đến năng lượng vận hành (có nghĩa là năng lượng tiêu thụ cho các hoạt động của công

8 trình khi công trình đó được đưa vào sử dụng, chẳng hạn như chiếu sáng, sưởi ấm, làm mát, chạy các thiết bị và dụng cụ phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất) kéo dài suốt vòng đời của công trình” [37]

Ta có thể hiểu một cách đơn giản nhất, KTHQNL là kiến trúc nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường của các tòa nhà bằng hiệu quả (Chiếu sáng, thông gió tự nhiên, khả năng cách nhiệt và tái tạo năng lượng) và sự kiểm soát trong việc sử dụng vật liệu, năng lượng, không gian phát triển và VKH nói chung KTHQNL sử dụng một cách tiếp cận có ý thức đối với bảo tồn sinh thái và tiết kiệm, HQNL trong việc thiết kế môi trường xây dựng

1.1.2 Bối cảnh và sự hình thành Những năm gần đây, thế giới đang đối mặt với sự khủng hoảng năng lượng Các nguồn nhiên liệu truyền thống như than, dầu, khí đốt,… đang dần cạn kiệt Việc khai thác, sử dụng các nguồn năng lượng không hợp lý đã và đang gây ra những tác hại to lớn về môi trường sinh thái Bên cạnh đó, quá trình đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ, khoa học công nghệ phát triển kéo theo nhiều hệ lụy nghiêm trọng:

- Dân số thế giới gia tăng nhanh và các đô thị ngày càng trở nên đông đúc, khiến tổng năng lượng sử dụng cũng tăng theo;

- Con người ngày càng sử dụng nhiều thiết bị tiêu thụ năng lượng thay thế cho các cách thức bằng thủ công như trước kia, khiến tổng năng lượng tiêu thụ theo thời gian gia tăng nhanh hơn tốc độ phát triển dân số cùng kỳ;

- Biến đổi khí hậu ngày càng tác động sâu sắc, hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra thường xuyên hơn, kéo dài hơn và khắc nghiệt hơn (nắng nóng trên 40oC hoặc trời lạnh dưới -20oC), khiến nhu cầu làm mát và sưởi ấm tăng đột biến;

- Giá điện được sản xuất theo phương pháp nhiệt điện đang leo thang khi chi phí khai thác than đá và dầu mỏ tăng cao Các vỉa than và túi dầu ở tầng trên và tầng giữa lớp vỏ Trái Đất nhiều nơi đã cạn kiệt;

- Theo một thống kê ở châu Âu, hơn 50% chất thải sinh hoạt và 50% các chất gây ô nhiễm đến từ các hoạt động xây dựng, 40% năng lượng tiêu

9 thụ có liên quan đến ngành xây dựng ngành công nghiệp xây dựng sử dụng các vật liệu hoặc phương pháp gây hại đến môi trường xung quanh

- Khi cuộc sống trở nên hiện đại hơn, con người có xu hướng ỷ lại vào công nghệ, quá phụ thuộc vào thiết bị mà bỏ qua hoặc coi nhẹ yếu tố tự nhiên có lợi Hậu quả là biến đổi khí hậu càng mạnh mẽ, sự khắc nghiệt của thời tiết càng gia tăng và con người gần như bị kẹt trong một vòng luẩn quẩn xem chừng khó tháo gỡ Trước những khó khăn đó, đối với ngành kiến trúc nói riêng, thách thức lớn nhất là tìm lại sự cân bằng cho môi trường thiên nhiên, sử dụng một cách tối đa HQNL Từ đó, xu hướng KTHQNL được hình thành và phát triển với định hướng đem lại sự bền vững cho kiến trúc Và theo bài báo “Energy Efficient Architecture and Building Systems to Address Global Warming” (tháng 7/2018) của tạp chí

“Leadership and Management in Engineering” thì KTHQNL được hình thành vào tháng 2 năm 2007 [60]

1.1.3 Mục tiêu, ý nghĩa và vai trò của KTHQNL trong việc định hướng kiến trúc 1.1.3.1 Mục tiêu của KTHQNL Mọi xu hướng kiến trúc được hình thành đều để phục vụ con người Cũng như KTBV, KTHQNL mang trên mình mục tiêu là giảm thiểu tác động của kiến trúc và xây dựng đến môi trường xung quanh nhằm đạt tới một giá trị bền vững cho hệ sinh thái VKH và môi trường sống của con người trong hiện tại và tương lai, sử dụng một cách phù hợp và hiệu quả tối đa năng lượng bằng cách vận dụng các giải pháp về kiến trúc, quy hoạch tổng thể, hình khối, thông gió, chiếu sáng, bao che… bên cạnh áp dụng kỹ thuật xây dựng, vật liệu mới, khoa học công nghệ,

Mặt khác, việc sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả trong các công trình kiến trúc không chỉ giúp tránh lãng phí năng lượng mà còn tiết kiệm một khoản đầu tư vào sản xuất năng lượng, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng hóa thạch, giảm khí thải vào môi trường,… góp phần bảo vệ môi trường hướng tới việc phát triển một cách bền vững

Sự hình thành của xu hướng KTBV ở mức độ đơn giản hơn là KTHQNL có vai trò rất quan trọng và cần thiết đối với nền kiến trúc thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Để thấy được tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong kiến trúc, nước ta cũng đã thực hiện ban hành Quy chuẩn xây dựng Việt Nam số QCVN 09:2013/BXD về “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng có hiệu quả” [74] Đây là bước đầu trong việc bắt kịp xu hướng trên thế giới, cũng là nền tảng cho sự phát triển KTHQNL ở nước ta nói chung và TP.HCM nói riêng Ngoài ra, KTHQNL còn mang nhiều ý nghĩa như:

- Giúp công trình tiêu thụ ít năng lượng hơn so với công trình bình thường cùng loại Nhiều công trình có thể tiến đến mức zero năng lượng (tổng năng lượng tiêu thụ trong 1 năm cân bằng với tổng năng lượng năng lượng sản sinh trong cùng thời gian) hoặc thặng dư năng lượng Hiện nay, nhiều công trình zero năng lượng đã được xây dựng chứ không chỉ là những mô hình lý thuyết

- Công trình giảm tiêu thụ năng lượng thì mức độ phát ra khí thải carbon và các tác động môi trường bất lợi cũng được giảm thiểu Nguồn năng lượng được tái sinh tuần hoàn phục vụ cho chính nhu cầu của công trình Qua đó, công trình TKNL đóng góp tích cực vào xu hướng phát triển bền vững

TÌNH HÌNH THỰC TIỄN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TRÊN THẾ GIỚI TẠI VIỆT NAM VÀ TP.HCM

1.3.1 Trên thế giới Với lợi ích to lớn đã được chứng thực và khẳng định, KTHQNL đã trở thành một trào lưu thiết kế ngày càng phát huy tầm ảnh hưởng sâu rộng trên thế giới ngày nay Các quốc gia tiên tiến tập trung phát triển KTHQNL công nghệ cao trong khi KTHQNL công nghệ thấp là sự lựa chọn phù hợp hơn đối với những quốc gia còn gặp nhiều khó khăn về kinh tế, tài chính và khoa học kỹ thuật Các công trình tiêu biểu như: The Crystal (Anh) (Hình 1.19), The Edge (Hà Lan) (Hình 1.20), Trung tõm Bullitt (Mỹ) (Hỡnh 1.21), Power House Kjứrbo (Nauy) (Hỡnh 1.22)

Trung tâm Bullitt (Seattle, Mỹ), được thiết kế để không phát phải CO2, không sử dụng năng lượng từ bên ngoài và đặc biệt là tái sử dụng nước thải của tòa nhà Tạp chí HPB (High Performance Building - Tạm hiểu là Tạp chí của Những tòa nhà Tính năng cao) đã dùng những tư như “Mức tiêu thụ năng lượng bằng không”,

“Mức tiêu thụ nước bằng không”, “tự chiếu sáng ban ngày”, “Thông gió tự nhiên và Làm lạnh thụ động”, “vật liệu tiên tiến” để mô tả trung tâm này Với cách thiết kế độc đáo, toàn bộ năng lượng tiêu thụ của tòa nhà một năm cỡ 50kW/m2 được cấp bởi hệ thống phát điện sử dụng hệ thống 242kW pin mặt trời Lớp phủ bên ngoài có khả năng hấp thụ nhiệt tốt hơn 30% so với tiêu chuẩn của Bang Seatle; hệ thống bình phong phủ nhôm 3 lớp cho phép chiếu sáng ngay cả trong những điều kiện thiếu ánh sáng mặt trời Hệ thống cơ khí của tòa nhà vừa có khả năng làm mát vừa có khả năng cấp nước nóng cho tòa nhà Nước sinh hoạt của trung tâm được đảm bảo nhờ hệ thống bể chứa nước mưa 212 khối nằm dưới móng của tòa nhà Hệ thống cửa sổ điều khiển tự động thông qua bộ điều khiển số để làm mát cho tầng 1 của trung tâm [44]

Power House Kjứrbo (Oslo, Nauy), tũa nhà tại thủ đụ của Na Uy được cải tạo lại có khả năng sinh ra năng lượng nhiều hơn mức tiêu thụ Powerhouse là hiệp hội những công ty hướng tới phát triển ngành xây dựng với năng lượng dương (năng lượng sinh ra nhiều hơn tiêu thụ) Trước khi cải tạo mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà là 650,000 kWh mỗi năm Sau khi cải tạo, con số này là khoảng100,000 kWh mỗi năm Năng lượng cho tòa nhà được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời với sản lượng khoảng 200,000 kWh/năm, nghĩa là cao hơn nhu cầu tiêu thụ Tổn hao nhiệt được giảm xuống mức tối thiểu nhờ sử dụng các bức tường kín, trần, cửa sổ và các phần cách nhiệt khác [45]

1.3.2 Tại Việt Nam Cùng với xu hướng kiến trúc xanh, kiến trúc cộng đồng, kiến trúc sinh thái thì KTHQNL ngày càng được quan tâm và phổ biến ở nước ta Từ đó, chúng ta có thể trau dồi và với những điều kiện thuận lợi sẵn có ở nước ta như nguồn vật tư, nhiên liệu, công nghệ - khoa học, nhân lực là cơ sở để nước ta phát triển xu hướng kiến

25 trúc này Ngoài ra, để đẩy mạnh việc xây dựng các công trình KTHQNL, mới đây

Bộ Xây dựng cũng đã ban hành Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 09:2013/BXD

“Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả” thay thế quy chuẩn QCXDVN09:2005 [3] Các công trình tiêu biểu như: Trường mần non Farming Kindergarten (Đồng Nai) (Hình 1.23), Nhà thờ Ka Đơn, xã Ka Đơn (Lâm Đồng) (Hình 1.24), Trường THCS & PTTH Phan Chu Trinh (Bình Dương) (Hình 1.25)

Trường mần non Farming Kindergarten, Đồng Nai, ngôi trường với mái nhà xanh được tạo hình từ ba đường cong này đã giành giải nhì trong cuộc thi thiết kế xanh FuturArc Prize năm 2013 và lọt top 30 công trình vào vòng chung kết cuộc thi

"Công trình đẹp nhất thế giới" của Viện Kiến trúc Hoàng gia Anh - RIBA (Royal Institute of British Architects) [46] Mái vòm không chỉ là nơi vui chơi và học tập cho trẻ em, thiết kế này còn giúp TKNL khi các căn phòng ở đây đều được thiết kế thoáng mát, tận dụng gió trời và cây xanh để không phải sử dụng điều hòa Các thiết bị như pin năng lượng mặt trời, máy lọc nước, cửa thông gió được tận dụng để mang lại tính bền vững cao nhất cho công trình Sau 10 tháng hoạt động, công trình đã tiết kiệm được 25% lượng năng lượng so với bình thường

Nhà thờ Ka Đơn, xã Ka Đơn, huyện Đơn Dương, Lâm Đồng, nằm ẩn mình giữa những rừng thông, gió cao nguyên lồng lộng, ít ai nghĩ rằng, với kiến trúc đơn sơ ấy, nhà thờ Ka Đơn đã giành giải Nhì trong Cuộc thi Kiến trúc Thánh quốc tế lần thứ sáu – (2016) được công bố tại thành phố Pavia (Italy) [47] Từ năm 2011, khi còn trên giấy, bản thiết kế của nhà thờ cũng đã nhận được giải thưởng Kiến trúc Thánh châu Âu Tường bao và trần nhà là hệ thống thanh gỗ thông xếp song song nhau tạo được không gian linh thiêng, thoáng rộng nhưng gần gũi Các thiết bị sử dụng pin năng lượng mặt trời, hệ thống chủ yếu ban ngày là ASTN, thông gió tốt nên năng lượng được giảm thiểu một cách đáng kể khi vận hành Công trình vận dụng hài hòa kiến trúc xanh và KTHQNL

1.3.3 Tại TP.HCM TP.HCM là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, xã hội lớn nhất cả nước nên nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng cao trong khi nguồn nguyên nhiên liệu

26 ngày càng cạn kiệt Nhằm khuyến khích hoạt động sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong tòa nhà thông qua các giải pháp thiết kế, xây dựng, sử dụng công nghệ và thiết bị HQNL, hằng năm Tổng cục Năng lượng - Bộ Công thương phối hợp với Trung tâm tiết kiệm năng lượng TP.HCM (ECC HCMC) tổ chức cuộc thi

“Tòa nhà hiệu quả năng lượng” Đây là cơ hội để các công trình KTHQNL tại Việt Nam nói chung và tại TP.HCM nói riêng nâng cao hình ảnh và uy tín đối với các quốc gia trong khu vực Qua cuộc thi có thể thấy được, các công trình kiến trúc xây dựng tại TP.HCM rất chú trọng xu hướng KTHQNL và luôn đi đầu cả nước nhất là các CTCC Công trình tiêu biểu: Trường đại học RMIT (Quận 7) (Hình 1.26, 1.27), Trung tâm thương mại Aeon (Quận Tân Phú) (Hình 1.28), Trung tâm thương mại Diamond Plaza (Quận 1) (Hình 1.29)

Trường đại học RMIT, Quận 7, giải pháp của trường tại cơ sở Nam Sài Gòn là

KTHQNL và bảo vệ môi trường được ứng dụng trong việc sử dụng vật liệu kết cấu và bề mặt tòa nhà giúp giảm thiểu tiếng ồn, ô nhiễm và hấp thụ nhiệt từ bên ngoài Nước sau khi sử dụng sẽ được xử lý bằng hệ thống xử lý nước thải tự động nhằm tái sử dụng vào việc tưới cây Các tòa nhà tận dụng ASTN và lượng gió từ khu vực hành lang để làm mát và hạn chế việc sử dụng điều hòa RMIT Việt Nam vinh dự nhận giải thưởng Saigon Times Top 40 năm 2010 với chủ đề "Tiết kiệm năng lượng" cảu Báo Saigon Times Ngoài ra, Tòa nhà giảng đường 1 của trường RMIT đã nhận được Giải thưởng tòa nhà HQNL - loại hình tòa nhà mới do Bộ Công thương trao tặng năm 2010 Tòa nhà giảng đường số 1 của trường đã nhận được Giải thưởng tòa nhà HQNL - loại hình tòa nhà mới do Bộ Công thương trao tặng năm 2010 [48]

Trung tâm thương mại Diamond Plaza, Quận 1, theo KTS Khương Văn Mười, tòa nhà Diamond Plaza và Metropolitan có điểm độc đáo là sự kết hợp rất hài hòa với 2 kiến trúc cổ nổi tiếng của TPHCM nằm ngay cạnh đấy là Nhà thờ Đức Bà và Bưu điện thành phố Công trình sử dụng các biện pháp đơn giản như lắp biến tần cho hệ thống bơm nước, vệ sinh định kỳ các chóa đèn, dàn nóng máy lạnh để nhiệt độ máy lạnh mặc định 250C giúp tiết kiệm được khoảng 29,29% điện năng tiêu

27 thụ Ngoài ra, công trình lắp đặt hệ thống QLNL BMS (Building Management System) giúp vận hành toàn bộ hệ thống thiết bị trong tòa nhà, lắp kính TKNL, dán phim cách nhiệt cho cửa sổ, trồng cây xanh để ngăn bức xạ nhiệt… Với những giải pháp đã áp dụng, TTTM Diamond Plaza đã đạt giải Nhì cho Loại hình cải tạo lại trong cuộc thi Tòa nhà sử dụng năng lượng hiệu quả 2013 Trước đó, TTTM Diamond Plaza đã đoạt giải Hệ thống QLNL trong cuộc thi "Tòa nhà HQNL" toàn khu vực Đông Nam Á năm 2007 [49]

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong các đô thị lớn, CTCC là một thành phần trong hệ thống không gian cần thiết cho cư dân Tuy nhiên CTCC hiện nay lại rất ít ỏi so với các loại hình khác Không gian giữa các công trình – một loại không gian tất yếu, có nhiều ý nghĩa, quan trọng trong tổ hợp kiến trúc và tổ chức không gian đô thị với cuộc sống hàng ngày của cư dân đô thị Trong các không gian CTCC, con người thực hiện được nhiều hơn những nhu cầu sống của mình: giao tiếp, kết bạn, học hỏi, vui chơi – giải trí,… Các không gian CTCC (trong nhà hay ngoài trời) mới thực sự đóng vai trò quan trọng hơn trong sinh hoạt cộng đồng, xã hội và hành vi ứng xử của nười dân Với nguồn tài nguyên như gió, mặt trời có thể tận dụng cho KTHQNL Vì thế, KTHQNL là hướng đi tất yếu của kiến trúc Việt Nam, TS.KTS Lê Thị Bích Thuận, Phó Viện trưởng Kiến trúc quy hoạch đô thị, nông thôn khẳng định: “Sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả cũng là một trong những nội dung quan trọng trong chiến lược phát triển năng lượng bền vững của Việt Nam gắn liền với việc bảo đảm phát triển kinh tế, bảo đảm an ninh năng lượng và góp phần bảo vệ môi trường, duy trì mục tiêu phát triển bền vững” [99] Theo thống kê mới nhất của Ngân hàng Thế giới, nâng cao HQNL trong ngành xây dựng sẽ giúp Việt Nam đạt mục tiêu giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính 8 - 10% trong giai đoạn 2011-2020

Cùng với kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái, kiến trúc cộng đồng, KTHQNL là xu hướng kiến trúc tương lai Để đạt được hiệu quả về mặt tinh thần lẫn vật chất, đưa các xu hướng kiến trúc vào cuộc sống thì người KTS có vai trò quan trọng Vì mỗi xu hướng mang đặc trưng riêng nên người KTS phải trau dồi, học hỏi kết hợp với vận dụng những kiến thức đã biết cũng như những kinh nghiệm đã trải qua Từ đó, sẽ là cầu nối cho các xu hướng kiến trúc để hướng đến lợi ích chung nhất là sự bền vững trong kiến trúc, tạo ra các công trình phục vụ nhu cầu cho người dân, cộng đồng, xã hội nhưng vẫn đảm bảo được việc tối ưu hóa HQNL, bảo vệ môi trường

Biểu đồ 1.1 Tiềm năng để tiết kiệm và hiệu quả năng lượng theo ngành

Biểu đồ 1.2 Hệ thống sử dụng năng lượng trong công trình

KIẾN TRÚC SINH KHÍ HẬU

KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Hình 1.1 Mô hình kiến trúc bền vững

Hình 1.2 Khu ở Vauban tại thành phố Freiburg, CHLB Đức

Hình 1.3 Hội trường Noail City, Tây Ban Nha

Hình 1.4 Tòa nhà Diamond, Trụ sở Ủy ban Năng lượng Malaysia

Hình 1.5 Cà phê gió và nước, Bình Dương, Việt Nam

Hình 1.6 Sơ đồ các loại hình kiến trúc

Hình 1.9 Sơ đồ bố trí mặt cắt của công trình Ga hành không

Hình 1.8 Sơ đồ dây chuyền công năng của công trình Ga hành không

Hình 1.10 Sơ đồ công năng của một số công trình thông dụng

Hình 1.11 Sân bay Stuttgart (Đức) do văn phòng KTS Von Gerkan, Marg và

Hình 1.12 Chung cư Interlace, Singapore mang xu hướng Tăng không gian xanh nhưng diện tích đất không thay đổi

Hình 1.13 Không gian xanh của công trình đạt 112% diện tích xanh so với ban đầu

Hình 1.14 Tòa nhà C.K Choi tại Đại học British Columbia

Hình 1.15 Công trình “Adriance and Kalkin House” tại Mỹ theo xu hướng “Vật liệu sáng tạo” bằng Container Nguồn: [102]

Hình 1.16 Công trình theo xu hướng “Mái xanh”

Hình 1.17 Công trình theo xu hướng “Tích hợp nông nghiệp – đô thị”

Hình 1.18 Hệ thống HVAC, xu hướng “Tự động hóa cho công trình”

Hình 1.20 Tòa nhà The Edge (trái) và hệ thống pin mặt trời trên nóc

Hình 1.19 Công trình The Crystal (London, Anh Quốc)

Hình 1.21 Trung tâm Bullitt (Seattle, USA)

Hỡnh 1.22 Tũa nhà Power House Kjứrbo (Oslo, Nauy) và thi cụng lắp đặt dàn pin mặt trời trên mái (Tom-Atle)

Hình 1.23 Trường mần non Farming Kindergarten, Đồng Nai

Hình 1.24 Nhà thờ Ka Đơn, xã Ka Đơn, huyện Đơn Dương, Lâm Đồng

Hình 1.25 Trường THCS & PTTH Phan Chu Trinh, Bình Dương

Hình 1.27 Tòa nhà Giảng đường số 1 (dưới) của đạt giải Hiệu quả năng lượng năm 2010 của Trường đại học RMIT, Quận 7

Hình 1.26 Tòa nhà Giảng đường AB2 mới xây của Trường đại học RMIT, Quận 7

Hình 1.29 Trung tâm thương mại Diamond Plaza, Quận 1

Hình 1.28 Trung tâm thương mại Aeon - Tân Phú Celadon, Quận Tân Phú

CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀO CTCC TẠI TP.HCM

CÁC YẾU TỐ VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI, CƠ CHẾ CHÍNH SÁCH CHIẾN LƯỢC, KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT TẠI TP.HCM

CƠ CHẾ CHÍNH SÁCH CHIẾN LƯỢC, KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

KỸ THUẬT TẠI TP.HCM 2.1.1 Yếu tố điều kiện tự nhiên 2.1.1.1 Vị trí địa lý

TP.HCM là đô thị lớn nhất, một trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa và khoa học kĩ thuật quan trọng của cả nước Lãnh thổ trải dài theo hướng tây bắc – đông nam và nằm trong khoảng từ 10 0 22’13’’ đến 11 0 22’17’’ vĩ độ Bắc và từ 106 0 01’2’’ đến 107 0 1’10’’ kinh độ Đông Điểm cực bắc của thành phố là xã Phú Mỹ Hưng (huyện Củ Chi), điểm cực nam ở xã Long Hòa (huyện Cần Giờ), điểm cực tây tại xã Thái Mỹ (huyện Củ Chi) và điểm cực đông là xã Thanh An (huyện Cần Giờ) [50] TP.HCM nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Ðông Nam bộ và đồng bằng sông Cửu Long Ðịa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Ðông sang Tây

Nhìn chung, địa hình TP.HCM đa dạng khá bằng phẳng với độ dốc trung bình 4.4cm/km về hướng biển cách 50km về phía nam Bên cạnh đó, mạch nước ngầm hệ thống sông rạch nhiều với 93km kênh rạch chia làm 4 kênh chính và 29 kênh nhánh đổ ra sông Sài Gòn Vì vậy, nguồn nước đóng vai trò rất quan trọng và sẽ là tiềm năng to lớn để tận dụng nguồn năng lượng phát triển nhiều mặt nhất là trong lĩnh vực kiến trúc xây dựng

2.1.1.2 Khí hậu Nước ta có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa: Tính nhiệt đới: do nằm trong vùng nhiệt đới bán cầu Bắc nên nhận lượng nhiệt lớn; Tính ẩm: do giáp biển Đông - nguồn dự trữ nhiệt ẩm dồi dào, làm cho thiên nhiên mang tính hải dương, lượng mưa và độ ẩm lớn; Gió mùa: nằm trong vùng hoạt động gió Tín Phong và gió mùa châu Á điển hình nên khí hậu có hai mùa rõ rệt Do đó, khí hậu có đặc điểm chung là khí hậu nhiệt đới gió mùa mang tính chất cận xích đạo nên nhiệt độ cao và khá ổn định trong năm (Hình 2.1) Ngoài ra, khí hậu TP.HCM có những đặc trưng sau đây:

- Bức xạ: Lượng bức xạ dồi dào, trung bình khoảng 140 Kcal/cm2/năm Việt Nam là nước nhiệt đới, có chế độ bức xạ mặt trời nội chí tuyến, trong năm mặt trời có hai lần đi qua thiên đỉnh Tổng lượng bức xạ hàng năm đạt khoảng 120-350 Kcal/cm 2 ở phía Nam Số giờ nắng trung bình/tháng 160-270 giờ Nhiệt độ không khí trung bình 27oC Nhiệt độ cao tuyệt đối 400C, nhiệt độ thấp tuyệt đối 13,8oC Tháng nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 4 (28,8oC), tháng nhiệt độ trung bình thấp nhất là khoảng giữa tháng 12 và 1 (25,7oC) Hàng năm có tới trên 330 ngày có nhiệt độ trung bình 25 - 28oC Ðiều kiện nhiệt độ và ánh sáng ở TP.HCM tốt cho năng suất sinh học cao, giảm ô nhiễm môi trường đô thị (Hình 2.2) [51]

- Mưa: Lượng mưa cao, bình quân/năm 1.949 mm Năm cao nhất 2.718 mm (1908) và năm nhỏ nhất 1.392mm (1958) Số ngày mưa trung bình/năm là 159 ngày Khoảng 90% hàng năm tập trung từ tháng 5 đến tháng 11; trong đó hai tháng

6 và 9 có lượng mưa cao nhất Các tháng 1,2,3 mưa rất ít Trên phạm vi thành phố, lượng mưa phân bố không đều, có khuynh hướng tăng dần theo trục Tây Nam - Ðông Bắc Ðại bộ phận khu vực quận nội thành và các huyện phía Bắc thường có lượng mưa cao hơn các khu vực quận huyện phía Nam và Tây Nam (Hình 2.4) [51]

- Ðộ ẩm: tương đối của không khí bình quân/năm 79,5%; bình quân mùa mưa 80% và trị số cao tuyệt đối tới 100%; bình quân mùa khô 74,5% và mức thấp tuyệt đối xuống tới 20% [51]

- Gió: chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính là gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Ðông Bắc Gió Tây - Tây Nam từ Ấn Ðộ Dương thổi vào trong mùa mưa, từ tháng 6 đến tháng 10 tốc độ trung bình 3,6m/s, mạnh nhất vào tháng 8 tốc độ trung bình 4,5 m/s Gió Bắc - Ðông Bắc từ biển Đông thổi vào trong mùa khô, từ tháng 11 đến tháng 2 tốc độ trung bình 2,4 m/s Ngoài ra có gió tín phong, hướng Nam - Ðông Nam, từ tháng 3 đến tháng 5 tốc độ trung bình 3,7 m/s [51]

2.1.2 Yếu tố kinh tế - xã hội 2.1.2.1 Kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội hiện nay Giai đoạn 2011-2015, thành phố duy trì tốc độ tăng trưởng khá cao, bình quân 9,6%/năm Thu nhập bình quân đầu người năm ngoái đạt trên 5.100 USD/người,

31 phấn đấu đến năm 2020 đạt 9.800 USD/người, cao hơn chỉ tiêu Nghị quyết 16 đề ra mức 8.500 USD/người Thu ngân sách Thành phố luôn đạt và vượt kế hoạch, trong đó giai đoạn 2011 - 2015 đạt gần 1,2 triệu tỷ đồng, đóng góp gần 28% nguồn thu ngân sách quốc gia [52]

Năm nay, thành phố tập trung vào việc thực hiện thí điểm cơ chế, chính sách đặc thù vừa được Quốc hội thông qua Mục tiêu đặt ra là đạt tốc độ tăng trưởng tổng sản phẩm trên địa bàn từ 8,3 đến 8,5% Theo đó, ngành công nghiệp xây dựng tăng 7,9%; dịch vụ tăng 8%; tổng thu ngân sách nhà nước trên địa bàn đạt 376.780 tỷ đồng (thu nội địa là 256.210 tỷ đồng, thu từ dầu thô 12.570 tỷ đồng và từ hoạt động xuất nhập khẩu là 108.000 tỷ đồng) [53] Bên cạnh đó, thành phố tiếp tục cải thiện tập trung xây dựng đề án Xây dựng TP.HCM trở thành đô thị thông minh giai đoạn

2017 - 2020, tầm nhìn đến năm 2025 nhằm nâng cao chất lượng sống, phục vụ tốt hơn cho người dân và doanh nghiệp trên các lĩnh vực

Trong đó, lĩnh vực kiến trúc xây dựng đóng vai trò không nhỏ trong việc xây dựng đô thị thông minh Tuy nhiên đây cũng là cơ hội cũng như thách thức trong xây dựng Chính vì vậy, đây cũng là thời điểm tốt để chứng minh, phát huy vai trò và tính chất của KTHQNL bên cạnh tiềm lực sẵn có về con người, khoa học kỹ thuật Bên cạnh đó, TP.HCM tập trung thực hiện nhiều giải pháp chú trọng cải thiện môi trường đầu tư xây dựng, tăng cường xúc tiến, hợp tác, tạo điều kiện cho doanh nghiệp xây dựng có lợi thế cạnh tranh phát triển có cơ hội tiếp cận với các kỹ thuật, công nghệ tiên tiến nước ngoài Cùng với đó, phải thực hiện linh hoạt, hiệu quả các cơ chế huy động và sử dụng nguồn lực đầu tư phát triển; ưu tiên các công trình, dự án mang tính cộng đồng, động lực thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, hợp tác quốc tế

2.1.2.2 Vấn đề về dân số và nhà ở

Cứ mỗi năm, dân số ở TP.HCM mỗi tăng Sau năm 1975, dân số TP HCM chỉ khoảng 3 triệu người thì đến nay đã tăng hơn 13 triệu dân (tính đến tháng 12/2018) trên tổng diện tích 2095,5 km 2 , trong đó còn chưa kể đến lượng dân số từ tỉnh khác đến học tập, làm việc có thời hạn tạm trú từ 6 tháng trở lên Các con số thống kê

32 gần đây như: TPHCM chỉ chiếm 0,6% diện tích cả nước, dân số và lao động lần lượt chiếm 9% và 8% Đất không tăng nhưng dân số tăng khiến không gian càng bị nén Trên 1km2, dân số TPHCM gấp 14 lần, còn lao động gấp 12 lần cả nước [54]

Cơ cấu chủ yếu là dân cơ học, trong đó 85% tập trung tại khu vực đô thị, đất chật người đông, đặc biệt ở khu vực các quận trung tâm (Quận 1, 3, 4, 5, 10), mật độ dân số cao trung bình khoảng 220.000 người/km2 (theo số liệu thống kê dân số năm 2011) Việc dân số tăng cao là sức ép khủng khiếp với thành phố vì cơ số hạ tầng không đáp ứng kịp thời cũng như các nhu cầu cơ bản về chỗ ở, y tế, giáo dục, vui chơi, giải trí, đặt ra cho chính quyền thành phố cấp bách về hoàn thiện hạ tầng bên cạnh đó CTCC cũng đóng vai trò quan trọng Ngoài ra, dân số lớn đang mang lại nhiều tiềm năng, cơ hội về nguồn nhân lực, hay cả thị trường tiêu thụ tương ứng

CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

LƯỢNG CHO VIỆC ỨNG DỤNG TẠI TP.HCM 2.2.1 Vật lý kiến trúc

2.2.1.1 Âm học (Cách âm) Âm học là một nhánh của vật lý học, nghiên cứu về sự lan truyền của sóng âm thanh trong các loại môi trường và sự tác động qua lại của nó với vật chất Trong kiến trúc, chúng ta nghiên cứu sự tác động của âm thanh tới môi trường kiến trúc, để tìm ra các giải pháp kiến trúc hướng đến kết quả như chống ồn, đảm bảo nghe đều, rõ ở các vị trí khác nhau Âm học kiến trúc được áp dụng đầu tiên trong các công trình nhà hát hay phòng âm nhạc, và hiện nay được chú ý ở hầu hết các công trình khác, như công sở, trường học Để chống ồn, âm học kiến trúc đưa ra các phương án như che chắn, sử dụng tường ngắn, các vật liệu chống ồn Để đảm bảo sự nghe đều, nghe rõ trong các phòng họp, nhà hát, KTS lựa chọn hình dáng căn phòng sao cho nguồn âm phát ra được phản xạ, đem lại hiệu quả tốt nhất [58] Việc kiểm soát tiếng ồn hay cách âm thì các nhà nghiên cứu sản xuất và ứng dụng đã hoàn thành nhiều công trình nghiên cứu và đạt được những kết quả to lớn Trong đó, các giải pháp chống ồn đối với CTCC được chú trọng về mặt kỹ thuật, thẩm mỹ nhưng vẫn đảm bảo về HQNL và yêu cầu trong thi công xây dựng, chia theo mục đích xử lý nội ngoại thất Dựa trên sự phát triển của khoa học công nghệ, giải pháp cách âm đã trở nên dễ dàng, sự hiệu quả giúp công trình giảm đáng kể chi phí đầu tư, vận hành, quản lý

2.2.1.2 Nhiệt độ (Cách nhiệt) Với tình hình trái đất ngày càng nóng lên việc cách nhiệt cho công trình rất cần thiết cho sức khỏe và tiện nghi cho người sử dụng Cũng giống như cách âm thì cách nhiệt cho công trình cũng là một trong những yếu tố không thể thiếu trong công trình HQNL Nhiệt truyền đi theo ba cách tuỳ thuộc vào vật chất mà nó truyền qua: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ Dẫn nhiệt là cách truyền nhiệt qua sự tiếp xúc của các phân tử nằm cạnh nhau trong vật chất Đối lưu là cách truyền nhiệt bằng sự chuyển động của chất lỏng hay chất khí Bức xạ là cách truyền năng lượng qua sóng

36 điện từ, có thể truyền qua chân không Cách nhiệt là cản không cho nhiệt năng truyền vào nơi sinh hoạt, giúp giảm thiểu năng lượng tiêu hao cho HTĐHKK bằng cách giảm sự trao đổi nhiệt của công trình với môi trường bên ngoài Với việc cách nhiệt tốt cho công trình không chỉ giữ cho nhiệt độ bên trong tương đối ổn định, thoải mái mà còn vừa làm giảm năng lượng tiêu thụ của công trình

2.2.1.3 Chiếu sáng và thông gió tự nhiên

Chiếu sáng công trình gồm có 2 hình thức là CSTN và chiếu sáng nhân tạo 2 hình thức này tuy khác nhau nhưng nếu biết cách vận dụng tốt sẽ đảm bảo đủ ánh sáng cho công trình nhưng vẫn TKNL Trong KTHQNL thì CSTN được xem xét trước tiên vì đảm bảo được tính chất của loại kiến trúc cũng như những lợi ích to lớn mà nó mang lại Tuy nhiên, ở một số trường hợp cụ thể, có vị trí khu đất không tốt cũng như ảnh hưởng các công trình cao xung quanh thì sẽ xem xét yếu tố chiếu sáng nhân tạo nhưng vẫn phải đảm bảo HQNL cho công trình Chiếu sáng kiến trúc được xem là việc khai thác hiệu quả của ánh sáng nhằm tạo ra nét hấp dẫn, sống động rực rỡ hơn cho công trình HQNL của việc chiếu sáng kiến trúc đạt được thông qua các giải pháp về: Phương pháp bố trí chiếu sáng; Mức độ chiếu sáng; Màu sắc ánh sáng

Chiếu sáng có vai trò hết sức quan trọng đối với công trình kiến trúc:

- Chiếu sáng không những chiếu sáng nội thất bên trong mà còn làm nổi bật hình khối kiến trúc bên ngoài công trình;

- Chiếu sáng có thể làm thay đổi không gian kiến trúc, đồng nhất các không gian, làm bật lên ý đồ sáng tạo nghệ thuật công trình hay ý tưởng của người thiết kế;

- Chiếu sáng làm nổi bật hoặc che giấu hoặc kiểm soát bề mặt, làm cho công trình cao lên hoặc thấp đi, lồi ra hay lõm vào;

- Trong tổng thể kiến trúc, chiếu sáng làm nổi bật nét riêng biệt của từng chi tiết trong tổng thể hài hoà có sự đan xen phong phú;

- Chiếu sáng làm hài hoà công trình với môi trường xung quanh;

- Chiếu sáng nhân tạo với màu sắc không những thu hút, bắt mắt mà nó còn phản ánh được cái hồn của công trình Mức độ, màu sắc ánh sáng khác nhau sẽ đem lại những hiệu quả nghệ thuật khác nhau;

- CSTN hay nhân tạo cũng làm tăng giá trị nghệ thuật, hoành tráng cho công trình kiến trúc Ở những nước đang phát triển hiện nay thì việc chiếu sáng ở những công trình kiến trúc, đặc biệt các CTCC như công viên, bảo tàng, tượng đài,… được coi là một trong những yếu tố quan trọng góp phần tạo ra vẻ đẹp của công trình kiến trúc Chiếu sáng trong công trình là một yếu tố không thể thiết trong KTHQNL, góp phần bền vững trong kiến trúc

Thông gió tự nhiên (TGTN) (Hình 2.6)

TGTN còn gọi là HTTG thụ động, áp dụng sự chuyển động của luồng không khí bên ngoài nhà và chênh lệch áp suất giữa các luồng không khí nhằm làm mát cho công trình một cách thụ động Việc thông gió quan trọng vì nó giúp đảm bảo cung cấp không khí trong lành mà không dùng các thiết bị làm mát Với vùng khí hậu nóng, nó đáp ứng được nhu cầu làm mát của công trình mà không phải dùng đến các hệ thống điều hòa nhiệt độ cơ khí Năng lượng tiết kiệm được từ hệ thống này có thể đóng một phần rất lớn vào tổng năng lượng tiêu thụ [24]

TGTN thành hay bại được quyết định bởi mức độ tiện nghi nhiệt cao và đủ không khí trong lành cho các không gian công trình, trong khi tiêu thụ rất ít hoặc không tiêu thụ năng lượng cho HTTG và điều hòa nhiệt độ Khối nhiệt có thể có tác động vào hệ thống TGTN Nếu một không gian quá nóng thì TGTN sẽ khó tạo tiện nghi nhiệt hơn Tuy nhiên, các giải pháp về khối nhiệt có thể duy trì một nhiệt độ ổn định và tránh thay đổi lớn một cách đột ngột Bằng cách ổn định biên độ nhiệt, người thiết kế có cơ hội tốt hơn để sử dụng TGTN có hiệu quả [62]

Các biện pháp để TGTN bao gồm cửa sổ, cửa thông gió, các thiết bị thông gió trên mái và các tổ chức kết cấu hút đẩy gió Sử dụng cửa sổ là phương pháp thông dụng nhất Các hệ thống tiên tiến có thể kể đến là cửa sổ tự động hay cửa thông gió kích động bằng rơ le nhiệt Chiến lược thiết kế đúng đắn được lựa chọn dựa vào

38 nhiệt độ, độ ẩm khu đất Biểu đồ nhiệt ẩm (Hình 2.7) chỉ ra các chiến lược thiết kế thụ động khác nhau có thể mở rộng phạm vi tiện nghi VKH cho con người như thế nào Tận dụng tốt việc TGTN mang lại lợi ích rất lớn, giảm chi phí vận hành cũng như tiết kiệm, hiệu quả nguồn năng lượng hướng đến sự bền vững lâu dài

2.2.1.4 Vi khí hậu (VKH) Khí hậu mỗi vùng miền khác nhau, mỗi nơi lại có đặc trưng riêng biệt Sự khác biệt trong khí hậu ở mỗi địa phương, mỗi vùng khí quyển được gọi là VKH

[63] Mỗi vùng có những đặc điểm riêng về mặt địa hình, cảnh quan mà hình thành một VKH riêng dù nó có thể nằm trong một vùng khí hậu rộng lớn Chẳng hạn, các vùng nước ta cũng có VKH riêng được chia làm 2 hoặc 3 miền (Khí Hậu miền Bắc, miền Trung và miền Nam) [64] Theo PGS.TS Phạm Đức Nguyên, các đô thị ven biển là những nơi khá lý tưởng về điều kiện vi khí hậu do vị trí địa lý mang lại, chẳng hạn tần suất tiện nghi ở Đà Nẵng là hơn 85% thời gian trong năm còn tại Nha Trang chỉ số này lên đến 99%, trong khi đó Thủ đô Hà Nội chỉ đạt mức xấp xỉ 45% [14] (Hình 2.8) Có thể nói VKH quan trọng trong KTHQNL, quyết định sự HQNL cũng như các giải pháp tiết kiệm được áp dụng trong công trình VKH trong kiến trúc nhằm nghiên cứu mối quan hệ giữa môi trường thiên nhiên, cuộc sống con người và hình thức kiến trúc nhằm tạo ra tiện nghi về khí hậu cho điều kiện sống, tận dụng tối đa nguồn năng lượng từ thiên nhiên, bảo vệ môi trường Một trong những mục đích cuối là tạo ra môi trường VKH của công trình đạt tiện nghi hay còn gọi là điều kiện tiện nghi Có 4 dạng: tiện nghi nhiệt, tiện nghi về âm thanh, tiện nghi ánh sáng và chất lượng không khí Trong đó, tiện nghi nhiệt đóng vai trò hàng đầu, xác định bằng biểu đồ nhiệt ẩm Để đạt tiện nghi nhiệt phải tạo ra sự cân bằng thu và toả nhiệt Sự trao đổi nhiệt hợp nhằm tạo ra tiện nghi VKH (yếu tố tự nhiên như mặt trời, địa hình và hoàn lưu khí quyển) [10] Điều kiện tiện nghi là mục tiêu mà người sử dụng muốn đạt được trong không gian sống Vì vậy, KTS, nhà nghiên cứu muốn tạo ra môi trường VKH tiện nghi thì họ phải thay đổi các trạng thái trên theo hướng có lợi dựa vào 3 chiến lược chính, đó là phương pháp: Passive, Active và Hybrid methods Active methods nghĩa là

39 chủ động tạo ra điều kiện tiện nghi bằng cơ khí như điều hoà nhiệt độ, quạt máy, quạt thông gió, Passive methods thì sử dụng các nguồn năng lượng tự nhiên như TGTN, điều hoà tự nhiên, cây cối bóng mát, Vì thiên nhiên luôn thay đổi nên người sử dụng luôn bị động và phụ thuộc vào điều kiện tụ nhiên Cũng vì thế mà kết hợp 2 phương pháp trên để tạo điều kiện tự nhiên đó là Hybrid methods (Hình 2.9)

2.2.2 Các hệ thống đánh giá kiến trúc hiệu quả năng lượng tiểu biểu trên thế giới và Việt Nam Hiện nay các hệ thống đánh giá trên thế giới đều hướng tới KTBV Các hệ thống đánh giá không chỉ áp dụng cho một mà nhiều xu hướng khác nhau như kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái hay KTHQNL,… với mục đích chính là bảo tồn năng lượng và hệ sinh thái trong môi trường kiến trúc - xây dựng, đem đến sự cân bằng giữa con người với môi trường tự nhiên

2.2.2.1 Phương pháp “Lãnh đạo trong thiết kế môi trường và năng lượng” - LEED (LEED - Leadership in Energy & Environmental

Hiện nay, xu hướng KTHQNL đang rất phát triển trên thế giới và nó đang dần trở thành xu hướng phát triển của thời đại trong những thập kỷ tiếp theo Bản chất

57 của các công trình KTHQNL chính là sử dụng nguồn năng lượng một cách hiệu quả; không những vậy mà còn tái tạo nguồn năng lượng phục vụ cho chính công trình; tạo ra môi trưởng VKH tiện nghi bên trong công trình; từ đó không gây ảnh hưởng đến môi trường, bảo vệ, cân bằng sinh thái Trên thực tế, TP.HCM với khí hậu ôn hòa, điều kiện tự nhiên thuận lợi là lợi thế to lớn trong việc ứng dụng KTHQNL Bên cạnh đó các yếu tố và kinh tế xã hội, cơ sở hạ tầng, khoa học công nghệ và yếu tố con người sẽ là nguồn động lực không nhỏ trong việc thúc đẩy phát triển không ngừng Với rất nhiều mô hình KTHQNL được áp dụng những giải pháp hàng đầu trên thế giới, sẽ giúp TP.HCM tạo nên một bộ mặt công trình ấn tượng, đem lại nhiều lợi ích về mọi mặt

Có thể nói KTHQNL hay KTBV là việc thiết kế kiến trúc góp phần tạo ra công trình của tương lai Sự thành công của công trình KTHQNL được định lượng tin cậy cụ thể bằng điểm số từ các hệ thống đánh giá tiểu biểu thế giới và Việt Nam Bên cạnh đó, nội dung kiến trúc còn liên quan đến văn hóa, xã hội, cộng đồng, dân tộc, thẩm mỹ và cả việc đáp ứng tốt nhất công năng của một công trình đều được thể hiện rất tốt Từ đó, việc đánh giá công trình HQNL một cách đầy đủ, thỏa đáng về kiến trúc và các khía cạnh về văn hóa xã hội đã không còn khó khăn và phức tạp Các không gian CTCC quy hoạch từ xưa tại TP.HCM, qua nhiều năm sử dụng đã dần dần bị cư dân thành phố biến đổi và sử dụng lại theo lối sống, bản sắc riêng của mình Khác với đô thị trên thới giới như ở châu Mỹ, châu Âu thì ở các đô thị tại Đông Á và TPHCM mọi cư dân đều tham gia trong việc hình thành nên không gian cảnh quan đô thị Từ đó, ta thấy được tiềm năng phát triển không gian và CTCC rất lớn Với những cơ sở khoa học của KTHQNL trên thế giới cùng với các yếu tố về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, cơ chế chính sách chiến lược, khoa học công nghệ kỹ thuật tại TP.HCM thì việc ứng dụng vào CTCC thành phố thật sự đúng đắn và rất phù hợp trong giai đoạn hiện nay Với những lợi ích mà KTHQNL mang lại cũng như sự quan tâm của các cấp chính quyền thành phố, các chuyên gia trong khoảng thời gian mấy năm trờ lại đây thì KTHQNL sẽ là định hướng mới và phổ biến trong kiến trúc xây dựng của thành phố trong tương lai không xa

Dữ liệu khí hậu của Thành phố Hồ Chí Minh

Số giờ nắng trung bình hàng tháng

Hình 2.2 Bảng thống kê lượng mưa và số giờ nắng hàng tháng của TP.HCM

Nguồn: www.kttv.gov.vn Hình 2.1 Nhiệt độ trung bình của TP.HCM qua các năm

Nguồn: www.kttv.gov.vn

Hình 2.3 Bức xạ mặt trời khu vực phía Nam

Hình 2.4 Biểu đồ nhiệu độ và lượng mưa TP.HCM năm 2017

Nguồn: Sách Địa Lí lớp 8 trang 116

Hình 2.5 Chiếu sáng tự nhiên trong công trình Nguồn: www.agm2d.wordpress.com

Hình 2.6 Thông gió tự nhiên trong công trình

Hình 2.7 Biểu đồ nhiệt ẩm thể hiện tiện vùng tiện nghi nhiệt của con người, nhiệt độ, độ ẩm, thông gió tự nhiên

Hình 2.8 Biểu đồ sinh khí hậu tiêu biểu về khí hậu

Hình 2.9 Vi khí hậu trong công trình bằng phương pháp Hybrid methods

Hình 2.10 Giáo sư – Tiến sĩ Wolfgang Feist, người đồng thời cũng là vị cha đẻ của

Hình 2.11 Ngôi nhà thụ động đầu tiên được xây dựng ở Darmstadt năm 1991 do ông Wolfgang Feist thiết kế

Hình 2.12 KTS Jan Kaplicky và Công trình Zero năng lượng “Glass house” ở Canonbury, London Nguồn: [76]

Hình 2.13a Nhà cộng đồng, Đông Nam Anatolia – Thổ Nhĩ Kỳ, do KTS EG Mimarlık Planlama, Kentsel Tasarım và các đối tác tại Đức thiết kế

Hình 2.13b Không gian bên trong công trình Nhà cộng đồng

Hình 2.14 Ảnh trên: Toàn cảnh dự án Cornell Tech của trường Đại học Cornell, tại

New York, USA - Ảnh dưới: tòa nhà ký túc xá “The house”

Hình 2.15 Ảnh trên: Toàn cảnh công trình “Bruck” tại Chiết Giang, Trung Quốc - Ảnh dưới: Phối cảnh của công trình “Bruck”

Hình 2.16 “Legion house” là công trình điển hình của thiết kế chủ động, trong hình là mặt đứng trước và sau Nguồn: [80]

Hình 2.17 Ảnh trên: Tổ hợp Zero năng lượng Beddington/BedZED tại miền Nam London - Ảnh dưới: Hệ thống chiếu sáng và thông gió tự nhiên của công trình

Hình 2.18 Tòa nhà CSI-IDEA ở Malaga, Tây Ban Nha do Công ty kiến trúc Tây

Ban Nha EZAR và KTS Juan Blázquez thiết kế

Hình 2.19 Học viện BCA của Singapore là công trình Zero năng lượng đầu tiên của Đông Nam Á với các giải pháp HQNL

Hình 2.20 Nhà dân gian điển hình ở các tỉnh miền Bắc

1: CỔNG 2: LỐI ĐI 3: BÌNH PHONG

4: BỂ CẠN 5: SÂN TRƯỚC 6: NHÀ CHÍNH

7: NHÀ PHỤ 8: SÂN VƯỜN 9: HÀNG RÀO

Hình 2.21 Bố cục, tổ chức không gian điển hình của nhà dân gian

Bảng 2.1 : Bộ tiêu chí đánh giá công trình xanh của LEED

Hình 2.22 Bố cục, tổ chức sân vườn theo chức năng mỗi khu vực

Hình 2.23 Bố cục, tổ chức không gian điển hình của nhà dân gian các tỉnh miền Nam

Bảng 2.1 : Bộ tiêu chí đánh giá công trình xanh của LEED

(Nguồn: www.usgbc.org/LEED)

Tiêu chí 1 : Địa điểm bền vững (Sustainable sites )

- Chọn địa điểm : tránh phát triển không phù hợp và giảm tác động môi trường do đặt công trình lên địa điểm ,giảm áp lực môi trường lên đất chưa phát triển;

- Bảo vệ lớp đất màu;

- Mật độ phát triển hợp lý (tỷ lệ giữa đất xây dựng và đất tự nhiên) và kết nối cộng đồng;

- Giao thông : tiếp cận giao thông công cộng, có chỗ cho xe đạp, xe ít chất thải

- Bảo vệ và khôi phục môi trường sống;

- Không gian mở tối đa

- Hạn chế phá vỡ nước ngầm do giảm bề mặt thấm nước, quản lý nước mưa

- Chống hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, để giảm thiểu tác động VKH đối với đời sống cong người và thú hoang dã

Tiêu chí 2: Hiệu quả nguồn nước (Water

- Hạn chế dùng nước sạch tưới cây trong sân vườn, dùng nước mưa, nước xám

- Giảm tiêu thụ nước sạch

- Có hố giữ nước mưa, kiểm soát nước mưa gây úng ngập

- Sử dụng công nghệ xử lý nước thải để tái sử dụng

Tiêu chí 3: Năng lượng và khí quyển

- Tòa nhà và các hệ thông sử dụng năng lượng ở mức tối thiểu, tối ưu hóa các thiết bị năng lượng

- Không sử dụng máy điều hòa không khí có chất làm mát gốc CFC (Carbon-Flo-Clo)

- Sử dụng năng lượng xanh, năng lượng tái tạo tại chỗ

- Giảm tiêu hao năng lượng của HTĐHKK và các thiết bị trong nhà

Tiêu chí 4 : Vật liệu và - Lưu giữ, thu gim, quản lý chất thải xây dựng tài nguyên (Materia &

- Tái sử dụng cấu kiện, vật liệu

- Sử dụng vật liệu địa phương

- Sử dụng vật liệu và sản phẩm có nguồn gốc từ gỗ

Tiêu chí 5 : Chất lượng môi trường trong nhà (Indoor

- Thông gió tự nhiên và thông gió cơ khí

- Sử dụng vật liệu ít phát thải chất độc hại

- Ánh sáng đủ, kiểm soát hệ thống chiếu sáng nhân tạo

- Môi trường VKH tiện nghi, môi trường âm thanh tiện nghi

- CSTN 75% không gian, tầm nhìn 90% không gian

- Có sáng tạo trong thiết kế

Bảng 2.2 : Hệ thống tiêu chí đánh giá của BREEAM

- Ảnh hưởng trong quá trình xây dựng

2 Sức khỏe và tiện nghi

- Tiện nghi cho người đi bộ và người đi xe đạp

- Thông tin giao thông công cộng

- Hệ thống phân loại rác thải

- Ô nhiễm ánh sáng và tiếng ồn

8 Sử dụng đất và sinh thái

- Chọn địa điểm xây dựng

- Bảo tồn và nâng cao các giá trị sinh thái

- Tác động môi trường của vật liệu

Bảng 2.3 : Hệ thống tiêu chí đánh giá của GREEN STAR

(Nguồn: www.gbca.org.au)

1 Chất lượng vi khí hậu công trình

Vận tốc thông gió Hiệu quả thông gió Kiểm soát và theo dõi nồng độ CO2 Ánh sáng ban ngày và chống lóa Đèn hiệu suất cao Độ sáng Tầm nhìn Nhiệt độ Kiểm soát nhiệt độ theo phân khu Vật liệu độc hại

Tiếng ồn Các chất hữu cơ dễ bay hơi Hạn chế sử dụng Formaldehyde Ngăn chặn mốc

2 Ô nhiễm Chất làm lạnh có chứa ODP

Chất làm lạnh có chứa GWP

Rò rỉ chất làm lạnh Vật liệu các nhiệt, cách âm có chứa ODP Ô nhiễm nguồn nước Ô nhiễm ánh sáng Ngăn chặn vi khuẩn gây viêm phổi cấp

3 Vật liệu Khu chứa vật liệu tái chế

Tái sử dụng công trình

Vỏ và lõi công trình

Bê tông Thép Hạn chế PVC

Sử dụng gỗ từ nguồn bền vững

Quan tâm đến tính vật chất (Dematerialisation)

4 Sử dụng đất và sinh thái Điều kiện tự nhiên khu vực Điều kiện lớp đất mặt Tái sử dụng đất

Xử lý đất ô nhiễm Thay đổi giá trị sinh thái

5 Năng lượng Điều kiện bắt buộc

Khí nhà kính Kiểm soát mức sử dụng năng lượng Mật độ chiếu sáng

Giảm thiểu nhu cầu sử dụng giờ cao điểm

6 Quản lý Sự tham gia của chuyên gia Green Star

Quá trình mời thầu Quản lý nhà thầu Hướng dẫn sử dụng Quản lý các vấn đề về môi trường

7 Nước Nước cho các tiện nghi trong công trình

Theo dõi nguồn nước sử dụng Tưới tiêu

Nước cho hệ thống làm mát Nước cho hệ thống cứu hỏa

8 Giao thông Bố trí bãi đậu xe

Giao thông tiết kiệm nhiên liệu Tiện nghi cho người đi xe đạp

Sử dụng phương tiện công cộng

Bảng 2.4 Bộ công cụ đánh giá LOTUS

Công trình phi nhà ở Công trình nhà ở Công trình đang vận hành

Thiết kế và thi công xây dựng

Công trình phi nhà ở gồm : công trình văn phòng, văn hóa, giáo dục, chăm sóc sức khỏe, trung tâm thương mại, khách

Các dự án công trình nhà ở xây mới hoặc cải tạo có tổng diện tích sàn tối thiểu (không bao

Bất cứ loại công trình nào thuộc phạm vi áp dụng của công cụ LOTUS NR và sạn, sân vận động, trung tâm thể thao, các nhà máy, v v gồm diện tích bãi đỗ xe) là 70% được sử dụng riêng làm nhà ở

LOTUS R và đã vận hành trên 18 tháng với tỷ lệ sử dụng trên 50%

Hạng mục được đánh giá

9 hạng mục : Năng lượng, Nước, Vật liệu,

Sinh thái, Chất thải & ô nhiễm, Sức khỏe &Tiện nghi, Thích ứng & giảm nhẹ, Cộng đồng, Quản lý,

9 hạng mục : Năng lượng, Nước, Vật liệu, Sinh thái, Chất thải & ô nhiễm, Sức khỏe

&Tiện nghi, Thích ứng & giảm nhẹ, Cộng đồng, Quản lý, +Hạng mục

9 hạng mục : Năng lượng, Nước, Vật liệu, Sinh thái, Chất thải & ô nhiễm, Sức khỏe &Tiện nghi, Thích ứng & giảm nhẹ, Cộng đồng, Quản lý, +Hạng mục “Sáng kiến” Điểm chứng nhận

150 (+8 điểm thưởng cho Hạng mục “Sáng kiến”)

Bảng 2.5 : Hệ thống tiêu chí đánh giá của GREEN MARK

Các thiết bị tiết kiệm nước

Hệ thống tưới tiêu Tháp làm mát

Vi khí hậu công trình

Nhiệt độ Độ ồn Ô nhiễm không khí trong công trình Đèn hiệu suất cao để xe

Thông gió tại các khu vực công cộng

Thang máy và thang cuốn

Các phương pháp xây dựng xanh

Quản lý tác động đến môi trường

Giao thông công cộng Chất làm lạnh

Các giải pháp sáng tạo

Bảng 2.6 : Bộ tiêu chí đánh giá công trình xanh do Hội đồng xây dựng Xanh Việt

1 Địa điểm xây dựng bền vững :

Bảo vệ môi trường, bảo tồn sinh thái

1 Bảo tồn hệ sinh thái tự nhiên

3 Tiếp cận giao thông công cộng

5 Thảm xanh và giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị

6 Thu gom, quản lý chất thải xây dựng

7 Quản lý chất làm lạnh cơ bản

2 Hiệu quả năng lượng 1.a Thiết kế vỏ công trình có

HQNL (đối với nhà thông gió tự nhiên) b Thiết kế vỏ công trình và thiết bị có HQNL (đối với nhà sử dụng HTĐHKK)

2 Giảm điện năng tiêu thụ của công trình

4 Chiếu sáng nhân tạo có hiệu quả

5 Thu hồi nhiệt để sử dụng tại chỗ

6 Năng lượng xanh, năng lượng tái tạo

7 Thiết bị kiểm soát năng lượng

3 Hiệu quả sử dụng nước 1 Giảm lượng nước sử dụng

2 Xử lý nước thải tái sử dụng

3 Thu gom nước mưa để tưới cây và xử lý để sử dụng\

4 Giám sát sử dụng nước

4 Vật liệu 1 Tái sử dụng vật liệu, cấu kiện xây dựng

2 Tái chế vật liệu để sử dụng lại

3 Sử dụng vật liệu tái sinh

4 Sử dụng gỗ xây dựng từ nguồn bền vững

5 Sử dụng vật liệu không nung

5 Chât lượng môi trường trong nhà

2 Không gian chuyển tiếp trong và ngoài nhà

4 Tiện nghi âm thanh tiếng ồn

5 Vật liệu nội thất không phát thải chất độc hại

6 Tầm nhìn ra không gian bên ngoài

6 Quản lý 1 Quản lý; bảo hành công trình: có chương trình, giải pháp giữ được chất lượng xanh của công trình theo chứng chỉ đã được nhận trong thời gian vận hành

2 Có chương trình, kế hoạch quản lý sáng tạo để cải tạo nâng cao chất lượng xanh của công trình trong thời gian vận hành

7 Sáng tạo 1 Sáng tạo các giải pháp không gian, cấu tạo kiến trúc thích ứng với khí hậu Việt Nam và khí hậu địa phương

2 Áp dụng sáng tạo các thiết bị công nghệ mới, tiến bộ về năng lượng và xử lý chất thải, cải tạo môi trường

Bảng 2.7 : Bộ tiêu chí đánh giá công trình KTHQNL do tác giả đề xuất (chỉ mang tính chất tham khảo)

Tiêu chí 1 : Vị trí khu đất bền vững

- Vị trí: giảm tác động môi trường do đặt công trình lên địa điểm;

- Mật độ xây dựng và kết nối cộng đồng;

- Bảo vệ và khôi phục môi trường sống;

- Không gian mở tối đa;

Tiêu chí 2: Hiệu quả nguồn nước

- Giám sát sử dụng nước sạch;

- Hệ thống nước nóng, làm mát công trình;

- Có hố giữ nước mưa, kiểm soát nước mưa gây úng ngập;

- Sử dụng thiết bị công nghệ tiết kiệm nước;

- Sử dụng công nghệ quản lý nguồn nước và xử lý nước thải để tái sử dụng vào tưới cây, PCCC;

Tiêu chí 3: Hiệu quả năng lượng

- Kiểm soát sử dụng năng lượng ở mức tối thiểu, tối ưu hóa các thiết bị năng lượng;

- Sử dụng năng lượng xanh, hệ thống năng lượng tái tạo sử dụng tại chỗ;

- Giảm tiêu hao năng lượng của HTĐHKK;

- Giảm tác động bức xạ nhiệt, thu hồi nhiệt;

- Sử dụng hệ thống công nghệ kiểm soát, TKNL;

- Chiếu sáng nhân tạo hiệu quả, thiết bị điện mới tiết kiệm;

- Sử dụng thống quản lý, vận hành tòa nhà hiệu quả;

Tiêu chí 4 : Tiện nghi vi khí hậu

- CSTN, đủ sáng, hệ thống chiếu sáng nhân tạo không chồng chéo;

- Thông gió tự nhiên và thông gió cơ khí;

- Sử dụng vật liệu ít phát thải chất độc hại;

- Kiểm soát tiếng ồn, cách âm, môi trường âm thanh tiện nghi;

- CSTN 75% không gian, tầm nhìn 90% không gian;

- Tạo các không gian mở với thảm thực vật tăng không gian xanh;

Tiêu chí 5 : Vật liệu công trình

- Lớp vỏ bao che cách nhiệt, giảm bức xạ;

- Tái sử dụng cấu kiện, vật liệu sáng tạo;

- Sử dụng vật liệu địa phương;

- Sử dụng vật liệu và sản phẩm có nguồn gốc từ gỗ;

- Sử dụng vật liệu không nung;

- Có độ bền cao, không ảnh hưởng môi trường trong sản xuất, sử dụng;

Tiêu chí 6 : Quản lý và vận hành

- Chính sách định kỳ bảo hành công trình;

- Hệ thống quản lý thông minh (IBMS, BMS);

- Theo dõi mức tiêu thụ năng lượng ổn định, cải tiến công nghệ;

- Kiểm soát khí thải CO2;

- Hệ thống phân loại chất thải tại nguồn;

Tiêu chí 8 : Sáng tạo - Có hình khối sáng tạo trong thiết kế;

- Sáng tạo các giải pháp không gian, cấu tạo kiến trúc thích ứng với khí hậu địa phương

Bảng 2.8 : Hệ thống nội dung chương 2 “Cơ sở khoa học cho việc ứng dụng KTHQNL vào CTCC tại TP.HCM”

GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TẠI TP.HCM

CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

3.1.1 Về quy hoạch, kiến trúc 3.1.1.1 Nguyên tắc trong quy hoạch Giáo sư Davit Banister - Trường Ðại học Oxford (Anh) cho thấy được mối liên quan giữa quy hoạch với HQNL: “Vai trò của cấu trúc đô thị ở tầm chiến lược có ảnh hưởng rất lớn trong việc TKNL sử dụng; Các yếu tố sử dụng đất và hệ thống giao thông, khoảng cách bố trí các khu làm việc gần khu ở sẽ giảm đáng kể năng lượng phải tiêu thụ; Mật độ dân cư cũng đóng vai trò trọng yếu trong việc TKNL Mật độ dân cư cao thì việc tiêu thụ năng lượng sẽ giảm; Giải quyết tốt vấn đề chiếu sáng công cộng trong đô thị cũng nằm trong một nguyên tắc khi quy hoạch nhằm tiết kiệm năng lượng sử dụng” [88] Ông J.Lopez, chuyên gia ICE nói: “Lựa chọn xây dựng một mô hình thành phố là cho nhiều thế kỷ, chứ không phải cho 100 năm nữa” Các chuyên gia Pháp cũng cho rằng quy hoạch TKNL tại Việt Nam cần quan tâm hơn nữa đến vấn đề chiếu sáng công cộng và tính đến những yếu tố địa lý Ông Michel Rateau, Giám đốc phát triển Citelum nói rằng “chiếu sáng đô thị chiếm 52% lượng tiêu thụ của một thành phố Vì vậy cần phải có quy hoạch chiếu sáng hiệu quả và hợp lý để hiệu quả, TKNL” [89]

Tóm lại, quy hoạch nói một cách đơn giản là việc bố trí, phân khu hợp lý các công trình kiến trúc (CTCC, dân dụng, công nghiệp,…) cũng như hệ thống hạ tầng kỹ thuật (hệ thống giao thông, hệ thống cấp và thoát nước, hệ thống cây xanh mặt nước, hệ thống chiếu sáng công cộng, ) kết hợp với yếu tố dân số, mật độ, kinh tế, văn hóa xã hội Đây là những thành phần không thể thiết trong quy hoạch

Từ đó, ta rút ra được nguyên tắc quy hoạch chung nhất trong KTHQNL:

- Xác định hướng công trình điều này sẽ giúp cho công trình tránh được sự ảnh hưởng không tốt từ điều kiện tự khí hậu Chẳng hạn như để lấy gió mát mùa

59 hè, ánh nắng mặt trời vào mùa đông thường chọn hướng Nam và Ðông Nam, tránh nắng nóng từ hướng Tây và gió mùa Ðông Bắc Trong trường hợp không thể chọn được hướng tốt để hạn chế các bất lợi khí hậu thì tìm các giải pháp quy hoạch thiết kế xây dựng, ứng dụng công nghệ kỹ thuật vật liệu,

- Phân tích các yếu tố điều kiện tự nhiên (hướng gió chủ đạo, lượng mưa, bức xạ,…) của khu vực nhằm đưa ra các giải pháp kiến trúc phù hợp

- Bố trí các khu chức năng, tổ chức không gian (trong nhà hay ngoài trời) từ hướng tiếp cận công trình dựa trên hệ thống giao thông khu vực nhằm đảm bảo việc đi lại thuận tiện (Hình 3.1)

- Tổ chức hệ thống cây xanh mặt nước trên cơ sở nghiên cứu địa hình khu vực hay các giải pháp kiến trúc của công trình (như cách âm, cách nhiệt,…)

- Đánh giá thiết kế HTTG tự nhiên, chiếu sáng công cộng đô thị từ hiện trạng toàn khu xung quanh công trình để các CTCC trong một khu hay quần thể không bị chiếu sáng chồng chéo nhau

3.1.1.2 Nguyên tắc trong kiến trúc KTHQNL kế thừa những nguyên tắc của KTBV (trong đó 5 nguyên tắc chung mang tính định hướng cho KTBV thích ứng với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm gió mùa ở nước ta gồm: 1 Nguyên tắc nhận thức rõ kiến trúc là hệ thống mở với các mối quan hệ nội tại, ngoại vi và sự phụ thuộc lẫn nhau trong toàn bộ các quá trình ra quyết định; 2 Nguyên tắc đảm bảo sự tồn tại tích cực của môi trường tự nhiên và hệ sinh thái tại chỗ cũng như các khu vực khác; 3 Nguyên tắc tôn trọng, duy trì và làm mới các giá trị tích cực về mặt thẩm mỹ, lối sống và phương thức ứng xử truyền thống cũng như đương đại; 4 Nguyên tắc duy trì nhất quán tư duy hệ thống, chú trọng con người và cộng đồng mà công trình đó thuộc về; 5 Nguyên tắc đảm bảo hiệu quả kinh tế - kỹ thuật tối đa về mặt dài hạn) [90]

Qua nghiên cứu, tác giả rút ra được nguyên tắc kiến trúc trong KTHQNL như:

- Đầu tiên, ta cần xác định hướng chính của công trình trong đó tối ưu hướng tốt về nắng, gió dựa trên các yếu tố tự nhiên của khu vực để chọn hướng giao thông tiếp cận công trình (trong trường hợp có nhiều hướng tiếp cận) Cần ưu tiên

60 chọn hướng nào có nhiều lợi ích nhất cho công trình, tuy nhiên còn tùy vào ý kiến chủ đầu tư và giao thông tiếp cận công trình

- Tiếp theo tổ chức mặt bằng, phân khu chức năng, dây truyền công năng, tổ chức không gian; lựa chọn kiểu dáng, hình khối, lớp vỏ che chắn phù hợp; giải pháp cách âm, cách nhiệt khi đã chọn được hướng công trình (Hình 3.2)

- Với mục tiêu đảm bảo hiệu quả, TKNL, ta cần tạo môi trường tiện nghi VKH bằng giải pháp thông thoáng tự nhiên (thông gió, chiếu sáng) lẫn nhân tạo Ngoài ra, ta áp dụng các giải pháp về kiến trúc truyền thống kết hợp hiện đại, chọn các công nghệ kết cấu tiên tiến, tái tạo năng lượng (điện, nước)

- Để đảm bảo và tăng sự hiệu quả tối đa các nguồn năng lượng tự nhiên như ánh sáng, không khí, nước, điều kiện khí hậu, ta cần chạy mô phỏng công trình (Simulation thermodynamique) để hoàn thiện thiết kế KTHQNL như giải pháp, hình dáng, hướng, vật liệu bao che, lam, cây xanh… dưới sự kiểm tra của kĩ sư tư vấn năng lượng cùng với KTS Từ đó kiểm tra khâu thiết kế ban đầu cũng như đánh giá giải pháp phương án đã chọn để xem hiệu quả có tối ưu hay không

- Ngoài ra, cây xanh mặt nước cũng là các yếu tố làm tăng tính HQNL Việc bố cục khu vườn và trồng cây cao có thể cải thiện cách nhiệt, cách âm công trình Trồng cây có tán lá lớn tạo ra bóng đổ cho không gian công trình (Hình 3.3)

3.1.2 Về vật liệu xây dựng, vận hành và quản lý thiết bị kỹ thuật Việc áp dụng các vật liệu không nung, vật liệu kính phản nhiệt, cách nhiệt giúp cho công trình giữ nhiệt; hệ thống máy điều hòa nhiệt độ công nghệ mới, hệ thống đèn chiếu sáng LED, bình nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời, pin mặt trời tiết kiệm điện đã trở nên thông dụng Giải pháp quy hoạch và kiến trúc quyết định việc áp dụng kỹ thuật và công nghệ năng lượng Đây là bước tiếp theo, góp phần nâng cao thêm tính hiệu quả về năng lượng cho công trình nhất là ưu tiên các loại vật liệu bản địa (để giảm chi phí chuyên chở, hao hụt năng lượng)

CÁC GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TẠI TPHCM

3.2.1 Giải pháp Quy hoạch tổng thể Dựa theo nguyên tắc quy hoạch trong kiến trúc, ta thấy được vị trí và hướng công trình đóng vai trò quan trọng trong bước đầu xây dựng công trình KTHQNL Không những vậy 2 yếu tố nêu trên sẽ góp phần tăng HQNL trong vòng đời vận hành Về hướng ta dựa trên sự phân tích tổng hợp ban đầu về khí hậu, thời tiết ở khu vực đó để xác định được hướng nắng và gió Sẽ là một điều kiện lý tưởng nếu công trình nằm trên hướng gió chính thổi vào và hướng nắng phù hợp, trong đó công trình được xây dựng tại các vị trí gần sông, hồ, nguồn nước sạch, không ô nhiễm (Hình 3.4) Ngoài ra, công trình còn tiếp giáp với vườn hoa – công viên sẽ làm tăng diện tích phủ xanh giảm bức xạ nhiệt, tiện nghi VKH tốt Tất cả những yếu tố này sẽ tạo nên một điều kiện không thể nào tốt hơn về vị trí và hướng công trình Tuy nhiên thực tế không phải công trình nào cũng có được vị trí hay hướng tốt Dựa trên phân tích hướng ở TP.HCM thì nắng tốt từ chính Nam đến Đông Đông Nam; gió thì có hai hướng chính và chủ yếu là gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Ðông Bắc Dưới đây là một số trường hợp mà chúng ta thường gặp phải khi bắt đầu quy hoạch, thiết kế, xây dụng công trình:

- Trường hợp công trình có vị trí thuận lợi về giao thông và địa hình nhưng hướng nhà lại không tốt (ta chỉ xét trên khía cạnh hướng tốt, hướng ở đây là hướng nắng và hướng gió có lợi của địa phương): Nếu hai hướng này cùng một

62 hướng, hiệu quả tự nhiên sẽ được cộng hưởng rất có lợi cho công trình; Nếu hai hướng xa nhau: ta so sánh độ lệch giữa 2 hướng, nếu độ lệch nhỏ thì chọn hướng ở giữa là phù hợp vì tận dụng được cả hai yếu tố có lợi (đối với hướng nắng tốt chính Đông - Đông Nam, hướng gió chính Nam - Tây Nam thì hướng ở giữa là chính Nam – Đông Nam), còn nếu độ lệch lớn (đối với hướng nắng tốt chính Nam đến Tây Nam, hướng gió chính Bắc - Ðông Bắc) thì sẽ phải chọn yếu tố có lợi hơn hoặc nắng ấm hoặc gió mát và áp dụng giải pháp hạn chế sự bất lợi do yếu tố kia gây ra; Tuy nhiên thì ta có thể khắc phục hướng không tốt bằng cách xoay công trình về hướng có lợi hoặc sao cho tận dụng được các yếu tố tự nhiên có lợi nếu diện tích khu đất đủ lớn; (Hình 3.5, 3.6)

- Trường hợp khu đất có hướng, vị trí lại không tốt nhưng diện tích khu đất không đủ rộng để xoay hay bố trí công trình về hướng tốt nhưng các yếu tố xung quang có lợi: Cần tận dụng tối đa vật thể tự nhiên (như cây xanh, thực vật, mặt nước) có sẵn hay công trình hiện trạng xung quanh (chiều cao các công trình lân cận) để giúp công trình khắc phục các yếu tố bất lợi về hướng Ví dụ: tận dụng công trình cao hơn hay cây có bóng mát lớn kết hợp yếu tố mặt nước (nếu có) sẽ tăng hiệu quả tiện nghi VKH, giảm bức xạ mặt trời và tác động nhiệt lên công trình;

- Trường hợp công trình không đảm bảo vị trí thuận lợi, hướng tốt và yếu tố có lợi xung quanh: đây là trường hợp rất bất lợi về khí hậu Lúc này, ta xét đến các giải pháp kiến trúc vỏ bao che (như lam che nắng, vỏ bao che, công trình phụ trợ) và các giải pháp kỹ thuật – công nghệ năng lượng về vật liệu, quản lý và vận hành sẽ được áp dụng để cải thiện điều kiện tiện nghi VKH và tối ưu hóa năng lượng trong công trình, điển hình công trình thiết kế chủ động The Legion nêu ở chương 2 của luận văn;

- Trường hợp công trình có vị trí và hướng tốt nhưng bị ảnh hưởng không tốt từ các công trình lân cận: Như trường hợp nhiều tiếng ồn và bụi thì xem xét các vật thể tự nhiên có sẵn hoặc tạo ra các mảng cây xanh, thực vật, mặt nước kết hợp với các giải pháp kỹ thuật – công nghệ về vật liệu cách âm cho công trình; trường hợp ảnh hưởng nhiệt hay mùi từ các công trình xung quanh thì ngoài việc

63 xét các yếu tố cây xanh, thực vật, mặt nước thì áp dụng các giải pháp về vỏ bao che, giải pháp kỹ thuật – công nghệ về vật liệu cách nhiệt

Ngoài ra, khi quy hoạch phải xem xét công trình trong cùng khu vực: để hướng nắng rọi tới vẫn đảm bảo ánh sáng cho tất cả các công trình mà không sợ vướng vật cản thì bố trí các công trình từ trước ra phía sau theo thứ tự quy mô nhỏ đến vừa đến to hay theo chiều cao từ thấp tầng đến cao tầng [71] (Hình 3.7)

3.2.2 Giải pháp Kiến trúc Bên cạnh kế thừa những yếu tố về vị trí và hướng từ quy hoạch thì những yếu tố về kiến trúc như: Lớp vỏ bao che; Hình khối công trình; Tổ chức không gian; Các hệ thống điện, nước, điều hòa sẽ là các giải pháp để tăng tính HQNL của công trình Để góp phần chung tay phát triển KTHQNL tại đất nước ta nói chung, TP.HCM nói riêng, tác giả đề xuất một số giải pháp HQNL ứng dụng trong CTCC tại TP.HCM

3.2.2.1 Thiết kế lớp vỏ bao che cho công trình Một trong những chức năng chính lớp vỏ bao che của công trình là bảo vệ con người ở trước những điều kiện khắc nghiệt của khí hậu, điều hòa môi trường giữa bên trong và bên ngoài “Lớp vỏ công trình cần đảm bảo cách nhiệt tốt, đây là yếu tố quyết định trong việc giảm tác động bức xạ, ảnh hưởng nhiệt độ bên ngoài, từ đó góp phần tạo tiện nghi VKH phù hợp cho môi trường bên trong công trình, đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng một cách hiệu quả nhất” [1] Vì vậy, việc nghiên cứu, làm chủ và đưa vào triển khai các công nghệ hiện đại, công nghệ xanh, sạch trên thế giới là hết sức cần thiết Dưới đây là một số công nghệ mới về lớp vỏ bao che sẽ góp phần giải quyết tiện nghi VKH cho công trình và HQNL:

- Lớp vỏ bằng bê tông cốt sợi thủy tinh hay GFRC: Bê tông cốt sợi thủy tinh là một hỗn hợp gồm xi măng Portland, cốt liệu mịn, nước, acrylic polymer, sợi thủy tinh gia cường và chất phụ gia Các sợi thủy tinh gia cố bê tông, giống như cốt thép trong bê tông thông thường GFRC là một vật liệu bền nhẹ mà có thể được đúc thành các hình dạng gần như không giới hạn, màu sắc và kết cấu Có hai quá trình cơ bản được sử dụng để chế tạo GFRC - quá trình phun và quá trình trộn Quá trình trộn tiếp tục được chia thành các kỹ thuật sản xuất khác nhau như phun trộn,

64 đúc trộn, kéo thanh và tạo bề mặt Với tính năng ưu việt như: Độ bền cao và an toàn; Thiết kế hình thái tự do từ GFRC do có thể được đúc vào hầu như bất kỳ hình dạng và màu sắc nào; Yêu cầu bảo dưỡng rất thấp; Lắp đặt nhanh chóng và hiệu quả; Chống chịu thời tiết và chống cháy; Kinh tế; TKNL Ví dụ: công trình nổi tiếng khắp thế giới về hình dáng đặc trưng của nó được thiết kế bởi KTS lừng danh Zaha Hadid là trung tâm văn hóa Aliyev Heydar ở Baku, Azerbaijan được xây dựng năm 2013 (Hình 3.8) [122]

- Lớp vỏ bao che động: Lớp vỏ công trình có khả năng phản ứng với điều kiện ánh sáng mặt trời này giảm được đáng kể nhiệt hấp thụ Theo Aedes, lớp kính sáng màu giúp giảm mức hấp thụ nhiệt trong mọi thời điểm chứ không chỉ vào những lúc có mức nhiệt độ lên quá cao Hệ thống đồng thời còn có cả 2000 module hình ô điều khiển bởi các tấm pin quang điện Hoạt động của lớp vỏ thông minh loại này được thực hiện nhờ các cảm biến được bố trí tại các vị trí cần thiết trên mặt đứng Dữ liệu từ các cảm biến này sẽ được truyền đến trung tâm điều khiển để xử lý, từ đó sẽ kích hoạt các hệ thống điều khiển cơ học trên mặt đứng để nó thích ứng với môi trường thay đổi Ví dụ các lá chớp sẽ quay và được điều chỉnh về vị trí phù hợp, màn chắn nắng hay nắp thông gió được mở ra hay đóng lại phụ thuộc vào các thông số khác nhau như cường độ, hướng và góc chiếu của mặt trời… Ví dụ: lớp vỏ bao che động thông minh theo kết cấu mashrabiya của công trình Al Bahar ở Arab Saudi được thiết kế bởi công ty Aedas Architects (Hình 3.9) [123]

- Lớp vỏ tích hợp công nghệ môi trường: Lớp vỏ công trình đơn thuần kết hợp một, hoặc vài công nghệ, nhưng không có sự kết nối với các hệ thống khác của tòa nhà Lớp vỏ công trình có thể tạo ra năng lượng, thu nước mưa, hấp thụ khí CO2 Ví dụ: Công trình nhà ở tại Albstadt (Đức) sử dụng những tấm pin năng lượng mặt trời gắn vào những tấm chắn nắng ở lớp vỏ công trình (Hình 3.10) [112]

3.2.2.2 Thiết kế hình khối công trình

Hình khối công trình: Ông bà ta nói cái gì càng đơn giản thì càng tốt và đối với hình khối công trình cũng vậy Hình khối công trình có nhiều hình dạng khác nhau nhưng hình dạng mang hình học cơ bản sẽ càng hiệu quả về năng lượng Vì

GIẢI PHÁP BẰNG PHẦN MỀM ĐỂ MINH CHỨNG SỰ HIỆU QUẢ CỦA KTHQNL (Phần mềm ECOTECT)

3.3.1 Sự cần thiết của việc sử dụng phần mềm để chứng minh sự hiệu quả và giới thiệu phần mềm ECOTECT Khí hậu, VKH và tiện nghi nhiệt là những nội dung trọng tâm KTBV Mà mục tiêu của phát triển KTBV là hướng đến những công trình xây dựng sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên, TKNL, khuyến khích tái sử dụng các nguồn vật liệu, năng lượng và hạn chế tối đa các ảnh hưởng đến môi trường Để các dự án KTBV đi vào thực tiễn, quá trình thiết kế xây dựng cần có sự tham gia phối hợp của KTS, các chuyên gia, người sử dụng và cả cộng đồng dân cư; trong đó, chuyên gia thiết kế quy hoạch – kiến trúc có vai trò quan trọng và là nhân tố then chốt để có được hiệu quả “năng lượng” của một công trình kiến trúc

Hiện nay, có rất nhiều phần mềm để phân tích năng lượng của tòa nhà, thể nào là công trình kiến trúc TKNL cũng đuợc hiểu theo nhiều nghĩa và có nhiều cách đánh giá khác nhau (Hình 3.32) Để thực sự làm được một công trình như vậy phải có sự kết hợp của nhiều người, KTS, nhà vật lý kiến trúc, nhà thiết kế cơ khí, các kỹ sư xây dựng Để đánh giá sơ lược về hiệu quả trong thiết kế có thể sử dụng phần mềm ECOTECT nhưng bất cứ một phần mềm nào về tính toán năng lưọng, các phần mềm tính toán dòng chảy (CFD simulation- cho thông gió) cũng vẫn có sai số, trong đó sai số của ECOTECT là tương đối lớn Mặc dù vậy, có thể dùng phần mềm này để so sánh hiệu quả của các thiết kế khác nhau rất hiệu quả Bên cạnh đó, đã có nhiều bài báo quốc tế dùng ECOTECT trong nghiên cứu của mình, nhưng còn nhiều hạn chế về kết quả so với thực nghiệm ECOTECT được coi là một trong những phần mềm hiệu quả nhất trong phân tích năng lượng của công trình hiện nay (bên cạnh Energy Plus, HEEDS, EQUEST, Odeon, EASE, Catt, Simulation CFD ) vì kết hợp được nhiều tính năng trong một phần mềm và giao diện sử dụng dễ dàng

3.3.2 Tính năng và sự hiệu quả trong phần mềm ECOTECT Với sự tiện ích và tính năng, ECOTECT (Hình 3.33) cung cấp cho người dùng một vài số liệu phân tích năng lượng về khí hậu, VKH và tiện nghi nhiệt như:

- Nhiệt độ và độ ẩm: Hiểu về nhiệt độ và độ ẩm có thể giúp ta quyết định sẽ sử dụng phương pháp làm mát thụ động hoặc sưởi thụ động nào

- Biểu đồ phân tích tổng quát: công cụ phổ biến để phân tích các khía cạnh của thời tiết Công cụ này được tích hợp trong phần mềm ECOTECT Weather Tool Ta có thể nhập dữ liệu về các vùng tiện nghi của con người vào trong công cụ này để xem các biện pháp thụ động này có thể mở rộng vùng tiện nghi như thế nào, đồng thời phân tích xem có thể tiết kiệm được bao nhiêu năng lượng khi không sử dụng các biện pháp làm mát và sưởi chủ động (Hình 3.34)

- Độ bù nhiệt là một phương pháp phổ biến để phân tích con người cần tiêu tốn bao nhiêu năng lượng để làm mát hoặc sưởi ấm (cả chủ động và thụ động) Khi sử dụng phần mềm ECOTECT, ta có thể tính độ bù nhiệt trong thẻ Phân tích nhiệt dựa vào mô hình tính toán và vùng khí hậu của chúng ta (Hình 3.35)

- Dữ liệu nhiệt trong ngày thể hiện chu kỳ nhiệt, bức xạ tại hiện trường Mỗi cột trong biểu đồ cho thấy dữ liệu cụ thể của một ngày trong tháng (Hình 3.36)

- Gió: Hoa gió cho chúng ta biết tốc độ và hướng gió Ngoài ra, dữ liệu gió trong biểu đồ tần suất cũng cho thấy nhiệt độ gió, lượng mưa và độ ẩm tương ứng (Hình 3.37) Phần mềm Autodesk thể hiện dữ liệu này cả ở khía cạnh tốc độ, tần suất phân bố, hướng gió và bảng phân tích chi tiết (Hình 3.38)

- Mặt trời: Vị trí của mặt trời có thể được hiển thị trong ECOTECT Công cụ biểu đồ mặt trời đặt một hình cầu mô phỏng mặt trời vào trong mô hình tính toán với lượng gió thiết kế để ta hình dung vị trí của mặt trời tại những thời điểm nhất định trong ngày, tháng và năm Nếu ta cho hiển thị ở chế độ đổ bóng, ta sẽ thấy bóng đổ của công trình chuyển động khi mặt trời di chuyển trên bầu trời Công cụ biểu đồ mặt trời này thể hiện các thông tin trực quan hơn so với ECOTECT Weather Tool (thẻ Vị trí mặt trời) Tuy nhiên công cụ của ECOTECT lại cung cấp nhiều cách phân tích chi tiết vị trí mặt trời hơn Hiểu được quỹ đạo mặt

77 trời và bóng đổ sẽ giúp ta có biện pháp sưởi và chiếu sáng thụ động tối ưu cho công trình (Hình 3.39)

- Bức xạ mặt trời tại khu vực nghiên cứu sẽ cung cấp một bức tranh đầy đủ hơn về tác động của mặt trời đến thiết kế Nắm được lượng bức xạ trực tiếp và gián tiếp sẽ giúp ta quyết định liệu có thể dùng biện pháp thiết kế tận dụng năng lượng mặt trời thụ động được không và liệu khu đất thiết kế có thích hợp với việc dử dụng năng lượng mặt trời hay không Thẻ Dữ liệu theo giờ của ECOTECT Weather Tool cung cấp dữ liệu về độ che phủ mây, bức xạ mặt trời trực tiếp, gián tiếp Qua đó ta có cái nhìn tổng thể tốt hơn về khu đất xây dựng trong ngày và trong cả năm (Hình 3.40) [87]

Ngoài ra, phần mềm ECOTECT còn mang lại cho người dùng hiệu quả như:

- Hiệu quả trong việc kiểm tra hiệu quả sử dụng các loại vật liệu khác nhau, kính khác nhau để giảm thiểu hấp thụ năng lượng từ mặt trời của công trình, để có thể tìm ra vật liệu hợp lý cho các công trình ở các vùng thời tiết khác nhau

- Hiệu quả trong việc tính toán năng lượng hấp thụ và năng lượng tỏa ra môi trường xung quanh của công trình trong mùa hè và mùa đông để tìm biện pháp khắc phục

- Hiệu quả trong việc tính toán trang âm, được dùng trong thiết kế âm thanh cho công trình

Tóm lại, việc ứng dụng các công cụ, phần mềm mô phỏng vào đào tạo KTS đang có nhu cầu thực sự Tuy nhiên, đưa cái gì vào và đưa vào như thế nào thì còn phải cân nhắc do chúng ta chưa có mô hình tốt hay kinh nghiệm Trong điều kiện cơ sở đào tạo KTS còn thiếu cơ sở vật chất và người có chuyên môn thì việc ứng dụng còn gặp nhiều khó khăn Quả thật không dễ cho các KTS Việt Nam, vì để thiết kế một công trình TKNL và xanh thì không phải chỉ có thể sử dụng phần mềm là xong mà cần phải trau dồi cho mình một lượng kiến thức không lồ các kiến thức về vật lý kiến trúc, VLXD, các thiết bị làm mát, sưởi ấm TKNL; Các công nghệ xây dựng mới xanh và sạch trong khi Việt Nam hoàn toàn thiếu các nhà cung cấp và tìm ra cách quản lý công trình sao cho hiệu quả

HQNL đã và đang trở thành yếu tố chính trong xây dựng, trở thành một xu hướng chung trên thế giới Không chỉ vậy, ở một số quốc gia, HQNL không chỉ là xu hướng mà còn là yếu tố bắt buộc trong công trình Một công trình HQNL phụ thuộc nhiều yếu tố Chính vì vậy, để chủ động trong việc sử dụng tiết kiệm, HQNL thì trong KTHQNL các giải pháp về quy hoạch, kiến trúc và kỹ thuật – công nghệ về vật liệu, quản lý và vận hành sẽ là 3 yếu tố hàng đầu để tạo ra một công trình KTHQNL Để nâng cao sự hiệu quả, bên cạnh việc lựa chọn các giải pháp thì ta cần sự hỗ trợ của phần mềm để đánh giá sự hiệu quả Phần mềm sẽ cho ta cơ sở đánh giá một cách chính xác những thông tin trước khi bắt đầu thiết kế cũng như minh chứng cho ta thấy sự hiệu quả các giải pháp khác, khoa học công nghệ mang lại Để phát huy được hết các tính năng công nghệ hiện đại thì bên cạnh KTS sẽ cần có đội ngũ kỹ sư kỹ thuật trình độ chuyên môn cao Kết hợp các giải pháp lại thì công trình mới tối ưu hóa được sự HQNL, hướng tới bền vững trong kiến trúc (Bảng 3.1) Công trình KTHQNL đòi hỏi chi phí để thiết kế, đầu tư, trang bị công nghệ, trang thiết bị hiện đại cao hơn các công trình thường 15 – 30% Tuy nhiên, chi phí vận hành và quản lý công trình trong vòng đời sử dụng của nó lại cao hơn nhiều lần

Mà khi đầu tư công trình KTHQNL sẽ mang lại lợi ích rất lớn không chỉ tiết kiệm, tối ưu hóa nguồn năng lượng sử dụng mà còn giảm chi phí quản lý, vận hành từ 10 - 20% mỗi năm trong suốt cả vòng đời của một công trình Nguồn năng lượng trong một công trình gồm có điện, nước và điều hòa không khí Ngoài ra, hình dạng và cấu trúc lớp vỏ công trình khác thường hiện nay của một số công trình trên thế giới không hẳn hoàn toàn là ý tưởng táo bạo của KTS mà là sản phẩm kết hợp giữa sự sáng tạo của KTS và công nghệ thiết kế môi trường cho lĩnh vực kiến trúc Lựa chọn giải pháp lớp vỏ công trình phù hợp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Tài chính, nhu cầu, văn hóa… Khi đó, KTS sẽ là người đưa ra ý tưởng đầu tiên và cũng là người quyết định cuối cùng Đến bây giờ, ta có thể khẳng định rằng việc ứng dụng KTHQNL vào CTCC tại TP.HCM hoàn toàn phù hợp Với những thành công trong việc ứng dụng tại TP.HCM sẽ là bước đệm tốt để phát triển khắp cả nước.

Hình 3.1 Phân khu chức năng hợp lý là giải pháp chủ động tiết kiệm năng lượng trong công trình Nguồn: [12]

Hình 3.2 Hình khối công trình ảnh hưởng đến chiếu sáng tự nhiên và HQNL

Hình 3.3 Công trình tận dụng cây to để giảm bức xạ tăng HQNL

Hình 3.4 Phân khu chức năng hợp lý là giải pháp chủ động tiết kiệm năng lượng trong công trình Nguồn: [71]

Hình 3.5 Công trình có vị trí thuận lợi nhưng hướng không tốt nên ảnh hưởng đến việc HQNL

Hình 3.6 Công trình đã được điều chỉnh hướng để tận dụng các yếu tố tốt mang lại HQNL Nguồn: [71]

Hình 3.7 Trong cùng một công trình các khối nhỏ phía trước khối lớn hơn phía sau để đảm bảo ánh sáng, gió cho các công trình

Bê tông truyền thống GFRC – bê tông cốt sợi thủy tinh

Về môi trường Các dự án xây dựng tổng thể từ bê tông truyển thống có tác động lớn đến môi trường

GRC giúp giảm tác động từ môi trường cho các dự án xây dựng tổng thể Đồng thời, do GRC bền nên hạn chế quá trình tu bổ hoặc thay mới công trình, giúp giảm ô nhiễm môi trường đáng kể

Tối giản trong màu sắc và đơn điệu trong hình dáng thiết kế GRC có khả năng được thiết kế tự do

(có thể được sản xuất giống hệt đất nung, đá san hô…), cung cấp các lớp hoàn thiện bề mặt đa sắc màu, màu sắc đẹp tự nhiên

Về thiết kế Chỉ phù hợp với các công trình có thiết kế đơn giản, không yêu cầu những nét chạm khắc tinh xảo Đáp ứng được các công trình có thiết kế hình dạng đa dạng, phức tạp và yêu cầu trang trí kiến trúc sắc nét

Về tải trọng Trọng lượng rất nặng tạo khó khăn trong quá trình vận chuyển và thi công xây dựng công trình Do đó, thời gian vận chuyển lâu hơn, tốn tiền bạc và công sức hơn

Tạo ra những sản phẩm có độ mỏng và nhẹ hơn rất nhiều Giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển, dễ dàng thi công lắp dựng

Về độ bền Dễ bị xuống cấp, mục nát, phải màu khi ở lâu trong môi trường nước, mưa to bão táp…

Chịu được sự ăn mòn do thời tiết, không bị ảnh hưởng bởi băng giá, sương mù, gió xoáy, hỏa hoạn, động đất, lũ lụt…

Hình 3.8 Ảnh trên: Bảng so sánh giữa bê tông truyển thống và GFRC; Ảnh dưới: Lớp vỏ GFRC ứng dụng trong công trình Aliyev Heydar

Hình 3.9 Lớp vỏ bao che động ứng dụng trong Tòa nhà Al Bahar, Arab Saudi có chức năng màn chắn nắng động lực

Hình 3.10 Ảnh trên: dùng lăng kính để phản xạ ánh sáng mặt trời và vật liệu PCM để lưu trữ năng lượng; Ảnh dưới: lớp vỏ tích hợp công nghệ môi trường ứng dụng trong công trình nhà ở tại Albstadt (Đức) với những tấm pin mặt trời gắn trên lớp vỏ Nguồn: [112]

Hình 3.11 Tỷ số A/V là một tiêu chí đánh giá hiệu quả về nhiệt cũng như năng lượng của công trình Nguồn: www.ecobine.de

Hình 3.12 Thiết kế theo hướng ghép khối, giảm thiểu diện tích tường ngoài để tiết kiệm năng lượng Nguồn: www.cipra.org/de/

Hình 3.14 Đài phát thanh Slovakia - Hình kim tự tháp ngược thu nhỏ dần về bên dưới tạo bóng đổ chắn nắng Nguồn: KTS Nguyễn Trường Lưu

Hình 3.13 Bảo tang Hà Nội - Hình khối giật cấp tầng thu nhỏ dần về bên dưới tạo bóng đổ chắn nắngNguồn: www.baotanghanoi.com.vn

Hình 3.15 Quy hoạch hướng nhà, chiều cao và khoảng cách đảm bảo sự tối ưu về năng lượng Nguồn: [71]

Hình 3.16 Thư viện, các phòng học lấy sáng gián tiếp qua hành lang, sảnh tại công trình “School of Engineering”, trường đại học Lancaster (lầu 2)

Hình 3.17 Giải pháp sử dụng lô-gia sâu đưa ánh sáng tự nhiên vào bên trong công trình “Liberty”, trường đại học Birmingham (lầu 2)

Hình 3.18 Giải pháp sử dụng giếng mở và lô-gia sâu đưa ánh sáng tự nhiên vào bên trong công trình “General Hospital of Niger” (Tầng 2, khu ngoại trú)

Hình 3.19 Giải pháp giếng mở tăng thêm bề mặt được chiếu sáng tự nhiên cho công trình trường Farming Kindergarten, Đồng Nai

Hình 3.20 Giải pháp tăng tối đa diện tích mặt thoáng, giảm chiều sâutrường

THCS & THPT Phan Chu Trinh, Bình Dương

Hình 3.21 Giải pháp bố trí mái phủ cây xanh và vườn xanh trong công trình

Acros Building (Fukuoka, Nhật Bản) Nguồn: www.greenroofs.com

Hình 3.22Đèn chiếu sáng tiết kiệm điện năng Nguồn: www.bongdenphilips.net

Hình 3.23Hệ thống QLNL tòa nhà thông minh Hệ thống giúp quản lý tiết kiệm điện năng, giám sát rò điện, cảnh báo và bảo vệ cháy nổ khi có sự cố

Hình 3.25Hệ thống bơm nhiệt (heat pump) điển hình

Hình 3.24Hệ thống thu giữ nước mưa điển hình

Hình 3.27 Mô hình hệ thống giải pháp nâng cao chất lượng không khí trong nhà Nguồn: [118]

Hình 3.26 Sơ đồ điển hình hệ thống tuần hoàn nước nóng tự động

Hình 3.29 Tấm pin năng lượng mặt trời trong suốt

Hình 3.28 Lớp vỏ bao che loại có cấu trúc vỏ 2 lớp với 2 lớp chân không ở giữa để tăng hiệu quả cách nhiệt, cách âm cho công trình

Hình 3.29 Mô hình hệ thống quản lý công trình iBMS và IBM

Hình 3.31 Tác động của hệ thống IoT đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác

Hình 3.30 Giải pháp hệ thống IoT đáp ứng các yêu cầu kết hợp hệ thống thông minh quản lý tòa nhà, tài sản và bảo trì

Hình 3.33 Phần mềm tính toán năng lượng ECOTECT của AUTODESK

Hình 3.32 Các phần mềm HQNL phân tích các yếu tố thời tiết cho công trình

Hình 3.34 Biểu đồ phân tích tổng quát trong ECOTECT

Hình 3.35 Biểu đồ Độ bù nhiệt trong ECOTECT

Hình 3.36 Công cụ phân tích nhiệt trong ECOTECT của AUTODESK

Hình 3.37 Biểu đồ tần suất trong ECOTECT của AUTODESK

Hình 3.38 Công cụ phân tích gió trong ECOTECT của AUTODESK

Hình 3.39 Biểu đồ và bản phân tích mặt trời trong ECOTECT của AUTODESK

TN hiển thị thời điểm giữa trưa của ngày Đông chí, ngày ngắn nhất trong năm (21/12).Thời gian mặt trời mọc và lặn thể hiện bằng màu đỏ và cam

Hình 3.40 Biểu đồ Ecotect Weather Tool về bức xạ mặt trời bất thường trong năm Bức xạ mặt trời trực tiếp và gián tiếp được mô tả bằng các đường màu tím và xanh da trời nhạt (màu xanh thể hiện tháng lạnh nhất, màu đỏ thể hiện tháng nóng nhất)

Bảng 3.1 : Hệ thống các giải pháp KTHQNL ứng dụng vào CTCC tại TP.HCM do tác giả đề xuất sau khi đã phân tích điều kiện tự nhiên của khu đất trong đó có hướng nắng và gió (chỉ là một số giải pháp điển hình và mang tính chất tham khảo)

Trường hợp công trình có vị trí thuận lợi về giao thông và địa hình nhưng hướng nhà lại không tốt

Hướng gió và nắng cùng một hướng, hiệu quả tự nhiên sẽ được cộng hưởng rất có lợi cho công trình

Hướng gió và nắng khác nhau thì so sánh độ lệch giữa

2 hướng Độ lệch nhỏ thì chọn hướng ở giữa là phù hợp vì tận dụng được cả hai yếu tố có lợi Độ lệch lớn chọn yếu tố có lợi hoặc nắng ấm hoặc gió mát và áp dụng giải pháp hạn chế sự bất lợi do yếu tố kia gây ra

Trường hợp khu đất có hướng, vị trí lại không tốt nhưng diện tích khu đất không đủ rộng để xoay hay bố trí công trình về hướng tốt nhưng các yếu tố xung quang có lợi

Tận dụng tối đa vật thể tự nhiên (như cây xanh, thực vật, mặt nước) có sẵn hay công trình hiện trạng xung quanh (chiều cao các công trình lân cận) để giúp công trình khắc phục các yếu tố bất lợi về hướng

Trường hợp công trình không đảm bảo vị trí thuận lợi, hướng tốt và yếu tố có lợi xung quanh

Xét đến các giải pháp kiến trúc vỏ bao che (như lam che nắng, vỏ bao che, công trình phụ trợ) và các giải pháp kỹ thuật – công nghệ năng lượng về vật liệu, quản lý và vận hành sẽ được áp dụng

Trường hợp công trình có vị trí và hướng tốt nhưng bị ảnh hưởng không tốt từ các công trình lân cận

Trường hợp nhiều tiếng ồn và bụi

Xét các vật thể tự nhiên có sẵn hoặc tạo ra các mảng cây xanh, thực vật, mặt nước kết hợp với các giải pháp kỹ thuật – công nghệ về vật liệu cách âm

Trường hợp ảnh hưởng nhiệt hay mùi

Tiêu đề	Kiến trúc hiệu quả năng lượng - Energy Efficient Architecture và khả năng ứng dụng vào các công trình công cộng tại Thành phố Hồ Chí Minh
Tác giả	Nguyễn Lê Minh Quân
Người hướng dẫn	TS.KTS. Trương Thanh Hải
Trường học	Trường Đại học Kiến trúc TP. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kiến trúc
Thể loại	Luận văn Thạc sĩ Kiến trúc
Năm xuất bản	2019
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	184
Dung lượng	7,94 MB