Với những lợi thế như trên, cùng với tốc độ phát triển nhanh của các công trình cao tầng tại Việt Nam, chúng ta hoàn toàn có thể nghiên cứu ứng dụng các giải pháp về kiến trúc và vỏ bao
PHẦN MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài
Trong quá trình phát triển của xã hội loài người hiện nay, các yếu tố năng lượng, môi trường luôn là những vấn đề được đặt lên hàng đầu trong các lĩnh vực đời sống Các công trình xây dựng được đặt ra yêu cầu về vấn đề phát triển bền vững, thân thiện môi trường sống cũng như tiết kiệm năng lượng Công trình xây dựng cao tầng là nhu cầu phát triển của nhân loại, phổ biến ở các đô thị trên thế giới, minh chứng cho sự tiến bộ của loài người Với xu thế hiện nay về phát triển các đô thị lớn và siêu lớn trên thế giới, cũng như tại Việt Nam, các cao ốc văn phòng được xây dựng với tốc độ chóng mặt Những cao ốc này phải đáp ứng được các yêu cầu khắt khe về quy chuẩn công trình xanh, tiết kiệm năng lượng Cao ốc văn phòng được thiết kế tốt từ giai đoạn ban đầu sẽ giúp quá trình vận hành và tiết kiệm năng lượng được hiệu quả Điều này không thể thiếu việc đề ra các giải pháp vỏ bao che Vỏ bao che công trình cao ốc văn phòng ảnh hưởng đến không gian sử dụng bên trong, là yếu tố quan trọng trong các vấn đề giảm thiểu năng lượng, cũng như hiệu quả thẩm mỹ trong không gian đô thị
Việc sử dụng nguồn năng lượng mặt trời trên thế giới là một xu hướng tất yếu khi con người hướng đến sự phát triển bền vững và các nguồn năng lượng sạch, bảo vệ môi trường Việt Nam năm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng nhiệt bức xạ hàng năm thuộc hàng cao nhất thế giới, số giờ nắng quanh năm rất cao (trung bình từ 2000 giờ trở lên, đặc biệt ở các vùng khí hậu phía Nam) Với những lợi thế như trên, cùng với tốc độ phát triển nhanh của các công trình cao tầng tại Việt Nam, chúng ta hoàn toàn có thể nghiên cứu ứng dụng các giải pháp về kiến trúc và vỏ bao che để sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời nhằm giải quyết vấn đề năng lượng cho chính công trình và giảm thiểu các tác động của bức xạ vào không gian bên trong Theo thống kê của cục năng lượng Hoa Kỳ, vấn đề chiếu sáng chiếm đến 35% tổng năng lượng vận hành của một công trình (2015) Việc nghiên cứu và sử dụng lớp vỏ bao che không đơn thuần là sử dụng vật liệu mang tính bền, đẹp, kinh tế; mà còn cần phải đáp ứng yêu cầu về tính thân thiện với môi trường hay tiết kiệm được năng lượng sử dụng, cũng như có khả năng tái chế Đối với các công trình cao ốc văn phòng, các loại vật liệu phổ biến hiện nay như gạch, bê tông, kính mang những biểu cảm thẩm mỹ khác nhau, tuy nhiên lại hạn chế về mặt lấy sáng hoặc tận dụng nguồn nhiệt từ ánh sáng mặt trời Học viên chọn BIPV là một giải pháp đưa tấm quang điện thành một bộ phận trong kiến trúc, không những có khả năng tạo năng lượng sạch mà còn đem lại giá trị thẩm mỹ cho công trình để nghiên cứu khả năng trong thiết kế vỏ bao che công trình
Do vậy, đề tài luận văn “Vỏ bao che cao ốc văn phòng sử dụng tấm quang điện tích hợp (BIPV)” mà học viên đưa ra nhằm mục đích đánh giá khả năng ứng dụng BIPV cho các công trình thương mại tại Việt Nam, thông qua việc thiết kế vỏ bao che cho cao ốc văn phòng tại thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) Đề tài chú trọng việc đánh giá khả năng về kỹ thuật, tính thẩm mỹ và tính kinh tế của một công trình cao ốc văn phòng Với các giải pháp khi thiết kế vỏ bao che công trình cao ốc văn phòng, tích hợp các tấm năng lượng mặt trời BIPV, luận văn cần nêu được những mặt hiệu quả và khả năng ứng dụng tại Việt Nam Đó là mục đích chung mà luận văn hướng đến.
Tổng quan về những nghiên cứu liên quan đến đề tài
Các luận văn thạc sĩ ở trường kiến trúc Tp HCM có nhiều đề tài về nhà cao tầng, vỏ bao che công trình, nghiên cứu các giả pháp vi khí hậu Tuy vậy, vẫn chưa có đề tài nghiên cứu sâu về lớp vỏ bao che và khả năng sử dụng năng lượng hiệu quả Tiêu biểu có đề tài “Vỏ bao che cao ốc văn phòng tại Tp Hồ Chí Minh” của tác giả Nguyễn Việt An, “Vỏ bao che của các nhà cao tầng tại thành phố Hồ Chí Minh trong xu thế phát triển của kiến trúc bền vững” của tác giả Nguyễn Hữu Thịnh Các đề tài này tập trung nghiên cứu vào khía cạnh hình thức lớp vỏ bao che và phát triển bên vững, chứ chưa đề cập vấn đề sử dụng năng lượng từ lớp vỏ bao che này Ngoài ra, còn có các luận văn liên quan đến đối tượng nghiên cứa là cao ốc văn phòng như “Giải pháp kiến trúc xanh cho cao ốc văn phòng tại thành phố Hồ Chí
Minh” của tác giả Phạm Hùng Cường hay “Kiến trúc cao ốc văn phòng tại thành phố Hồ Chí Minh” của Dương Hoàng Thu Thủy Các luận văn này đề cập tổng quan về các công trình cao ốc văn phòng chứ chưa đi chuyên sâu về vỏ bao che và năng lượng Ở tầm vĩ mô, những nghiên cứu liên quan đến công trình cao tầng nói chung và lớp vỏ bao che cao ốc văn phòng nói riêng khá rộng, cả trong và ngoài nước Có thể tổng hợp một số các nghiên cứu chuyên sâu như: “Thiết kế nhà cao tầng hiện đại” của Trần Xuân Đỉnh, “Kiến trúc nhà cao tầng” với hai cốn khác nhau của tác giả Hồ Thế Đức năm 1999 và nhóm tác giả Trịnh Hồng Đoàn, Nguyên Hồng Thục, Khuất Tân Hưng viết năm 2012 Các vấn đề về kĩ thuật xây dựng cũng như yếu tố thẩm mỹ công trình cao tầng và các vấn đề năng lượng, kiến trúc xanh luôn thay đổi theo từng năm Các nghiên cứu trên mang mức độ phổ quát, là tiền đề để học viên sử dụng các công thức, đánh giá các giải pháp xử lí lơp vỏ bao che cho công trình
Với các nghiên cứu nước ngoài về lĩnh vực nhà cao tầng, lượng tài liệu rất phong phú Sự phát triển khoa học kĩ thuật, về nghiên cứu sản xuất chế tạo vật liệu giúp phương Tây có nhiều lợi thế về nghiên cứu cao ốc văn phòng nói riêng, nhà cao tầng nói chung Có thể nói đến những cuốn sách cơ bản về nhà cao tầng như:
“The Skycraper bioclimatically considered” của Ken Yang, “Designing Tall
Buildings Structure as Architecture” của tác giả Mark Sarkisian, “Sustainable Facades Design methods for high-performance building envelopes” của Ajla
Aksamija Perkings, Will Ngoài ra, các công ty chuyên về xây dựng tòa nhà cao tầng cũng có những ấn phẩm kiến trúc hay xây dựng mang tính kĩ thuật cao
Song song với các tài liệu về nhà cao tầng, là các loại tài liệu nói về các tiêu chí kiến trúc xanh và sử dụng năng lượng hiệu quả Phải kể đến các nghiên cứu của PGS.TS Phạm Đức Nguyên về nhiệt khí hậu kiến trúc như “Kiến trúc sinh khí hậu
– Thiết kế Sinh khí hậu trong kiến trúc Việt Nam”, “Phát triển kiến trúc bền vững, kiến trúc xanh ở Việt Nam” Những nghiên cứu này là tiền đề cho học viên sử dụng đề xuất tính hiệu quả khi xử lí lớp vỏ bao che theo phương pháp mới
Thành phố Hồ Chí Minh đã được đặt nền móng phát triển lâu đời Hiện nay, đô thị ngày càng phình to và tiến tới siêu đô thị trên tầm thế giới Nhu cầu về cao ốc văn phòng, nhà cao tầng chắc chắn sẽ tăng lên cùng với mật độ dân số ngày càng tăng Do đó, các vấn đề tiết kiệm năng lượng, chuyển hóa năng lượng, sử dụng năng lượng mặt trời nhằm giảm thiểu tác động môi trường là một xu thế tất yếu
Từ các nghiên cứu liên quan kể trên, xét trên phương diện cả đối tượng nghiên cứu và địa bàn nghiên cứu, học viên nhận thấy có sự cần thiết trong đề tài luận văn tốt nghiệp thạc sĩ của bản thân Đề tài “Vỏ bao che cao ốc văn phòng sử dụng tấm quang điện tích hợp (BIPV)” đề cập đến một vấn đề cần được quan tâm trong công trình cao ốc văn phòng, đó là lớp vỏ bao che , xét trên mức độ thẩm mỹ và sử dụng năng lượng hiệu quả Thêm vào đó, việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới vào công trình cũng rất cần thiết Việc tạo ra một cơ sở lí luận dựa trên các thông số nghiên cứu cụ thể góp phần vào việc thay đổi bộ mặt công trình và khiến không gian đô thị hấp dẫn hơn Ngoài ra, đề tài còn là tiền đề cho những nghiên cứu về sau trong lĩnh vực sử dụng năng lượng hiệu quả cho các công trình cao tầng.
Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu
Với đề tài “Vỏ bao che cao ốc văn phòng sử dụng tấm quang điện tích hợp (BIPV)”, đối tượng nghiên cứu là vỏ bao che của các cao ốc văn phòng tại Tp
Hồ Chí Minh Các cao ốc hiện tại với lớp vỏ bao che bê tông và kính lấy sáng, tuy có tính đến khả năng giảm thiểu bức xạ, nhưng thực sự chưa hiệu quả về mặt tận dụng năng lượng mặt trời Không gian nghiên cứu chính tại các quận nội thành thành phố Hồ Chí Minh, với các văn phòng được xây dựng trong khoảng năm 2005 đến 2015 Các vỏ bao che của các cao ốc văn phòng tiêu biểu sẽ được đánh giá trong khoảng thời gian 6 tháng với điều kiện khí hậu tại thành phố Hồ Chí Minh
Mục đích nghiên cứu chung của luận văn là đánh giá khả năng áp dụng tấm năng lượng PV tích hợp cho vỏ bao che của công trình cao tầng tại TPHCM Do đó mục tiêu nghiên cứu có những nội dung cụ thể:
- Tìm hiểu về cơ sở khoa học liên quan đến quang khi hậu địa phương TPHCM có ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng pin năng lượng mặt trời
- Giới thiệu về công nghệ tấm quang điện và công nghệ quang điện tích hợp vào công trình Hệ thống hóa công nghệ và các ứng dụng BIPV trên thế giới
- Đánh giá khả năng ứng dựng BIPV vào công trình tại TPHCM, thông qua ví dụ 1 trường hợp của tòa nhà Bitexco.
Nội dung nghiên cứu
Từ những mục tiêu nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu như trên, học viên có những nội dung nghiên cứu cụ thể như sau:
- Giới thiệu tổng quan về vỏ bao che cao ốc văn phòng và công nghệ tấm quang điện
- Cơ sở khoa học cho việc tích hợp BIPV vào cỏ bao che cao ốc văn phòng
- Những đề xuất tích hợp công nghệ BIPV vào vỏ bao che thông qua một ví dụ cụ thể - công trình Bitexco.
Phương pháp nghiên cứu
Luận văn được nghiên cứu trên cơ sở tổng hợp các phương pháp:
Phương pháp điền dã: tiến hành tham quan, khảo sát, chụp ảnh và đo đạc về các thông số kĩ thuật liên quan đến chiếu sáng công trình cao ốc văn phòng; từ đó có những hình ảnh và số liệu cụ thể phục vụ đề tài luận văn
Phương pháp tổng hợp, phân tích: từ các tài liệu tham khảo, các dữ liệu khoa học sưu tập trên thực tế và trên internet, học viên tiến hành tổng hợp thành luận cứ, luận điểm khoa học, hoặc phân tích các tài liệu liên quan đề tài; để có các trích ý, trích dẫn, dẫn ý phù hợp với luận văn
Phương pháp chuyên gia: trên cơ sở phỏng vấn những người gắn liền với nghiên cứu kiến trúc xanh và kiến trúc bền vững, ứng dụng vào khả năng phân tích công trình trong luận văn
Phương pháp mô phỏng công trình thực tế: việc mô phỏng các công trình trên bản vẽ 3D, tạo ra công trình với lớp vỏ bao che giả lập, là cơ sở cho việc đánh giá các tác động môi trường lên công trình, từ đó có sự đánh giá về mặt hiệu quả năng lượng và hiệu quả kinh tế
Phương pháp so sánh: so sánh mức hiệu quả thẩm mỹ giữa công trình hiện hữu và công trình được mô hình hóa về mặt tích hợp tấm BIPV Đồng thời so sánh khả năng áp dụng tại các tỉnh thành khác ở Việt Nam
Phương pháp lập bảng biểu: trên cơ sở các thống kê dữ liệu, học viên tạo ra các bảng biểu hệ thống sử dụng tấm BIPV tại các góc khác nhau của lớp vỏ bao che và trong các thời điểm khác nhau trong ngày.
Cấu trúc luận văn
Luận văn được chia làm 3 phần:
Phần mở đầu: nêu lý do chọn đề tài, tổng quan về những nghiên cứu có liên quan đến đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận văn
Phần nội dung có bố cục ba chương
Chương 1: Tổng quan về vỏ bao che cao ốc văn phòng và công nghệ tấm pin năng lượng mặt trời
Chương 2: Cơ sở khoa học cho vận dụng công nghệ BIPV vào lớp vỏ bao che cao ốc văn phòng
Chương 3: Các đề xuất tích hợp tấm BIPV vào vỏ bao che công trình cao ốc văn phòng
Phần kết luận và kiến nghị: từ các kết quả nghiên cứu, có sự so sánh, kết luận với các mục tiêu đề ra ở phần 1, đưa ra một số kiến nghị để kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng thực tiễn trong thiết kế vỏ bao che công trình.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về vỏ bao che công trình cao ốc văn phòng tại Tp Hồ Chí Minh 1.1.1 Khái niệm cao ốc văn phòng và vỏ bao che công trình
Khái niệm Cao ốc văn phòng [27]
Năm 1885, kỹ sư và đông thời là kiến trúc sư William Le Baron Jenney (Hình 1.1a) người Mỹ đã trở thành người sáng tạo ra nhà chọc trời hiện đại khi ông nhận thấy nhà cao tầng có thể xây dựng bằng vật liệu hoàn toàn khác với vật liệu truyền thống Thay vì dùng các bức tường gạch nặng nề để chịu lực cho các phần phía trên, ông đã sử dụng khung và dầm thép làm kết cấu cho tòa nhà Home Insurance Building ở Chicago với chiều cao 55m (10 tầng) (Hình 1.1b) Công trình hiện không còn nữa (bị phá hủy năm 1941), tuy nhiên, từ đó đến nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, các công trình cao tầng đua nhau xây dựng, phá vỡ những thách thức về độ cao và kĩ thuật; trong đó, có loại hình cao ốc văn phòng Theo lời của nhà tư vấn và cũng là một tác giả về thiết kế văn phòng Francis Duffy (1940) thì “Cao ốc văn phòng là một trong những biểu tượng vĩ đại của thế kỷ hai mươi Những tòa tháp văn phòng chiếm lĩnh đường chân trời của các đô thị ở mỗi châu lục… là chỉ số hiển nhiên nhất của hoạt động kinh tế, của tiến bộ xã hội, công nghệ và tài chính, chúng đã trở thành biểu tượng của hầu hết những gì đại diện cho thế kỷ này”
Cao ốc văn phòng hay còn gọi là khối văn phòng hoặc trung tâm kinh doanh, được xây dựng cho mục đích thương mại, trong đó có không gian được thiết kế chủ yếu với mục đích sử dụng cho các văn phòng Một tòa nhà văn phòng sẽ được chia thành nhiều phần cho các công ty, doanh nghiệp khác nhau hoặc có thể được dành riêng cho một công ty hoặc một doanh nghiệp Nhiều cao ốc văn phòng cũng có các công năng kèm theo như nhà bếp và phòng thư giãn, nơi các nhân viên có thể ăn trưa hoặc nghỉ ngơi tại chỗ Cao ốc văn phòng là sự phản ánh cụ thể nhất của những biến đổi sâu sắc trong những hình thức sử dụng lao động, chuyển đổi từ việc sử
TỔNG QUAN VỀ VỎ BAO CHE CAO ỐC VĂN PHÒNG VÀ CÔNG NGHỆ TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.1 Tổng quan về vỏ bao che công trình cao ốc văn phòng tại Tp Hồ Chí Minh 1.1.1 Khái niệm cao ốc văn phòng và vỏ bao che công trình
Khái niệm Cao ốc văn phòng [27]
Năm 1885, kỹ sư và đông thời là kiến trúc sư William Le Baron Jenney (Hình 1.1a) người Mỹ đã trở thành người sáng tạo ra nhà chọc trời hiện đại khi ông nhận thấy nhà cao tầng có thể xây dựng bằng vật liệu hoàn toàn khác với vật liệu truyền thống Thay vì dùng các bức tường gạch nặng nề để chịu lực cho các phần phía trên, ông đã sử dụng khung và dầm thép làm kết cấu cho tòa nhà Home Insurance Building ở Chicago với chiều cao 55m (10 tầng) (Hình 1.1b) Công trình hiện không còn nữa (bị phá hủy năm 1941), tuy nhiên, từ đó đến nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật, các công trình cao tầng đua nhau xây dựng, phá vỡ những thách thức về độ cao và kĩ thuật; trong đó, có loại hình cao ốc văn phòng Theo lời của nhà tư vấn và cũng là một tác giả về thiết kế văn phòng Francis Duffy (1940) thì “Cao ốc văn phòng là một trong những biểu tượng vĩ đại của thế kỷ hai mươi Những tòa tháp văn phòng chiếm lĩnh đường chân trời của các đô thị ở mỗi châu lục… là chỉ số hiển nhiên nhất của hoạt động kinh tế, của tiến bộ xã hội, công nghệ và tài chính, chúng đã trở thành biểu tượng của hầu hết những gì đại diện cho thế kỷ này”
Cao ốc văn phòng hay còn gọi là khối văn phòng hoặc trung tâm kinh doanh, được xây dựng cho mục đích thương mại, trong đó có không gian được thiết kế chủ yếu với mục đích sử dụng cho các văn phòng Một tòa nhà văn phòng sẽ được chia thành nhiều phần cho các công ty, doanh nghiệp khác nhau hoặc có thể được dành riêng cho một công ty hoặc một doanh nghiệp Nhiều cao ốc văn phòng cũng có các công năng kèm theo như nhà bếp và phòng thư giãn, nơi các nhân viên có thể ăn trưa hoặc nghỉ ngơi tại chỗ Cao ốc văn phòng là sự phản ánh cụ thể nhất của những biến đổi sâu sắc trong những hình thức sử dụng lao động, chuyển đổi từ việc sử dụng lao động chân tay sang “bàn giấy” Ngày nay ở nước Mỹ, Bắc Âu, và ở Nhật bản, ít nhất 50% số người lao động được sử dụng trong môi trường văn phòng so với 5% vào đầu thế kỷ 20 Lương cho nhân viên lại chiếm 90% đến 91% trong phân bổ chi phí của vòng đời một doanh nghiệp, bên cạnh 3% đến 4% cho cơ sở vật chất, 4% cho hoạt động của doanh nghiệp, 1% cho trang thiết bị nội thất văn phòng Như vậy, nếu cấu trúc văn phòng có thể là đòn bẩy nâng chi phí cho cơ sở vật chất nhằm cải thiện hiệu quả làm việc của nhân viên, thì nó có thể có một tác động rất lớn đối với đóng góp của nhân viên cho một doanh nghiệp.[26] Để hoàn thành động tác này, các công trình văn phòng phải có một phương pháp thiết kế tổng hợp trong đó tập trung vào việc đáp ứng một loạt các mục tiêu Qua phương thức thiết kế tổng hợp, một thế hệ mới các cao ốc văn phòng chất lượng cao đang mọc lên đem lại cho các chủ đầu tư cũng như người sử dụng sự thoả mãn và hiệu suất làm việc của nhân viên, sức khỏe cải thiện, tính linh hoạt cao hơn và việc sử dụng năng lượng và các khía cạnh môi trường được tăng cường
Trong hai thập kỷ trở lại đây, tỷ lệ nhà cao tầng và các cao ốc văn phòng tại các thành phố khu vực Châu Á – Thái Bình Dương chiếm tới 1/3 trong số 100 nhà chọc trời cao nhất thế giới (Hình 1.1b) Các chương trình nhà cao tầng ở Nhật Bản, Malaysia, Singapore, Thái Lan, Indonesia, Đài Loan, Hàn Quốc, và đặc biệt là Hồng Kông được thúc đẩy mạnh mẽ do sự bùng nổ của công nghiệp xuất khẩu từ năm 1950 và sản lượng thép tăng ở Châu Á Những dự án phát triển nhà cao tầng được thực hiện ở Châu Á đã chứng tỏ tính ưu việt của nhà cao tầng, trong đó đáng chú ý là Tháp Buji Khalifa tại thành phố Dubai, thủ đô của các Tiểu vương quốc Ả rập thống nhất là tòa tháp cao nhất thế giới hiện nay với chiều cao 828m và có tổng cộng 162 tầng [28] (Hình 1.1c) Điều này đặt ra những thách thức và cơ hội trong việc thiết kế, thi công những cao ốc văn phòng có hiệu quả sử dụng và tiết kiệm năng lượng Trong đó, lớp vỏ bao che công trình chiếm một vai trò quan trọng
Khái niệm vỏ bao che công trình
Kết cấu vỏ bao che đầu tiên được cho là được thiết kế bởi KTS người Đức Walter Gropius (1883-1969), người sáng lập ra Trường phái Bauhaus và cùng với Ludwig Mies van der Rohe và Le Corbusier, được xem là những bậc thầy tiên phong khởi xướng trào lưu kiến trúc hiện đại Năm 1923 khi trường Bauhaus chuyển từ Weimar về Dessau, Gropius đã thiết kế một ngôi trường mới nổi tiếng gọi là trường Bauhaus ở Dessau (Hình 1.2) Đây là tác phẩm mang tính tuyên ngôn cho trường phái Bauhaus thể hiện nguyên tắc kiến trúc mà Gropius và các đồng nghiệp khởi xướng Ngoài ra, công trình này có một điểm đặc biệt là hệ thống tường bao che bên ngoài bằng kính trong suốt cho thấy phần nội thất của công trình [20] Định nghĩa về vỏ công trình của The Pew Research Center on Global Climate Change (Tổ chức nghiên cứu về biến đổi khí hậu toàn cầu): “Vỏ bao che tòa nhà là giao diện giữa bên trong của tòa nhà và môi trường bên ngoài, bao gồm các bức tường, mái nhà, và nền móng – có chức năng như một rào cản nhiệt, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định lượng năng lượng cần thiết để duy trì môi trường thoải mái trong nhà so với môi trường bên ngoài”
Một thuật ngữ mới là "Building Enclosure" Vỏ bao che là phân cách vật lý giữa nội thất và các môi trường bên ngoài của một công trình Chức năng của nó như là lớp vỏ bên ngoài để giúp duy trì môi trường trong nhà (cùng với hệ thống điều cơ khí) và tạo điều kiện kiểm soát vi khí hậu công trình Xây dựng thiết kế vỏ bao che là một lĩnh vực chuyên ngành kiến trúc và kỹ thuật thực hành rút ra từ tất cả các lĩnh vực khoa học xây dựng và kiểm soát vi khí hậu trong nhà [20]
Theo Richard Rush, “Vỏ bao che công trình phải tương tác với cả những lực tác động của thiên nhiên lẫn những giá trị của con người Lực tác động của thiên nhiên bao gồm nắng, mưa, gió và tuyết Những vấn đề của con người bao gồm an toàn, an ninh, và các công năng của công trình Hệ thống vỏ bảo vệ công trình bằng cách bao che và bằng cách cân bằng các lực tác động môi trường từ bên trong lẫn bên ngoài công trình Để có được sự bảo vệ này nó phải kiểm soát chặt chẽ các hiện tượng xâm nhập vào công trình Có thể tưởng tượng vỏ bao che công trình như một cái bong bóng lớn có khả năng ngăn các tác động bất lợi của môi trường bên ngoài vào và giữ cho điều kiện vi khí hậu của môi trường bên trong không thoát ra ngoài.” [20] Cũng theo ông, một công trình xây dựng chỉ thông qua bốn hệ thống bao gồm: Hệ thống kết cấu công trình (Structure), Hệ thống vỏ bao che công trình (Envelope), Hệ thống cơ khí (Mechanical), Hệ thống nội thất (Interior) (Sổ tay kết nối các hệ thống công trình)
TS Eric Burnett và TS John Straube, trong một số bài viết của mình, còn mô tả hệ vỏ bao che công trình theo công năng và hoạt động của chúng Theo các vị này, vỏ bao che công trình “chịu tác động của một loạt các tải trọng, trong đó có các tải trọng kết cấu, tĩnh và động, và các tải không khí, nhiệt, và độ ẩm.” Hệ vỏ bao che thường được dùng để vận chuyển và phân phối các hệ thống kỹ thuật trong công trình Hệ thống vỏ bao che chịu tác động của tỉ trọng bản thân và các tác động môi trường trực tiếp theo thời gian Ngoài ra, hệ vỏ bao che (chủ yếu là hệ tường) còn có nhiều thuộc tính thẩm mỹ có thể phân loại thành phần hoàn thiện của công trình Tóm lại, các hệ thống và thành phần của hệ vỏ bao che công trình chính là một trong bốn hệ thống chủ yếu cấu thành một công trình xây dựng xét về cả sự tồn tại vật chất lẫn vai trò của nó trong sự vận hành của toàn thể công trình [20]
Các thành phần của vỏ bao che
KTS Chris Arnold, thành viên Hội kiến trúc sư hoàng gia Anh quốc (RIBA) và Hội viên Viện Kiến trúc sư Hoa kỳ (AIA), cho rằng vỏ bao che công trình còn bao gồm cả tường, móng và sàn tầng hầm (mặc dù những thành phần này thường được gắn với hệ khung kết cấu) Chúng ta có thể hiểu vỏ bao che bao gồm tất cả những gì phân chia phần nội thất của công trình với môi trường bên ngoài [12]
[20] Với cách tiếp cận này, có thể xếp những hệ thống sau đây làm những thành phần của hệ thống vỏ bao che công trình (Hình 1.3)
- Tầng hầm (Below Grade construction): bao gồm móng, sàn, và tường tầng hầm
Vật liệu sử dụng thường là bê tông cốt thép để đảm bảo sự chắn chắn về tải trọng của toàn bộ công trình cũng như ngăn chặn sự xâm nhập có hại từ bên ngoài
- Tường bao che bên ngoài công trình (Exterior Walls): bao gồm cả tường chịu lực và tường không chịu lực Vật liệu sử dụng cho thành phần này rất phong phú và đa dạng như : Bê tông cốt thép, gạch, đá, kính, hợp kim nhôm, gỗ, tấm xi măng sợi xenlulô, composite
- Cửa (Fenestration): bao gồm cửa sổ, cửa đi, các mảng kính lấy sáng từ phía ngoài công trình, các mảng kính nghiêng dốc, tường treo; hệ thống lam che nắng
- Mái (Roofs): bao gồm từ mái bằng đến các loại mái với các độ dốc khác nhau;
Công việc thiết kế vỏ bao che công trình là rất phức tạp và có nhiều yếu tố cần phải được đánh giá cân nhắc để đảm bảo những yêu cầu tiện nghi về nhiệt, âm thanh và thị giác cũng như vấn đề an toàn, khả năng tiếp cận và chất lượng thẩm mỹ công trình Vỏ bao che đóng một vai trò nhất định trong hầu như tất cả các chức năng của công trình, trong mối quan hệ trực tiếp và gián tiếp của nó với các hệ thống khác trong công trình xây dựng.[20] Trong khuôn khổ luận văn, học viên chú trọng nghiên cứu thành phần tường bao che bên ngoài, chịu tác động trực tiếp của ánh sáng mặt trời và ngăn cách không gian bên trong với môi trường bên ngoài
1.1.2 Tình hình phát triển của các cao ốc văn phòng tại Tp Hồ Chí Minh
Trước năm 1975, Sài Gòn đã có công trình cao 15 tầng được xây dựng Với nhu cầu phát triển của một đô thị lớn hiện nay, loại hình cao ốc văn phòng chiếm một tỉ lệ lớn trong việc xây dựng các công trình cao tầng tại Tp HCM Các công trình cao tầng, đặc biệt là cao ốc văn phòng không ngừng được xây dựng, bùng nổ trong giai đoạn 2005-2015 Số lượng văn phòng mới hoàn thành trong thời gian qua khá nhiều đang tạo sức ép ngày càng tăng lên phân khúc thị trường văn phòng cho thuê tại khu TPHCM (Bảng 1.1) Đỉnh điểm năm 2010 lượng cung mới tham gia thị trường lên tới 230,000 m2, tăng gần 50% so với năm 2009 (Hình 1.4) Tuy nhiên, tiêu chí chung nào để đánh giá và xếp hạng và phân loại cho các cao ốc tại Việt Nam hay ở Tp.HCM đến nay vẫn chưa được đưa ra cụ thể Theo nhận xét của nhiều chuyên gia, đến nay ở Việt Nam chưa có chuẩn chung về xếp hạng cao ốc văn phòng Thực tế, hầu hết sự đánh giá và xếp hạng cao ốc đang dựa vào tiêu chí của từng công ty trong lĩnh vực dịch vụ bất động sản quốc tế hoạt động tại Việt Nam Thông thường, các yếu tố có thể quyết định trong việc xếp hạng của các tòa nhà cao tầng gồm: địa điểm, ngày hoàn tất, dịch vụ, tuổi thọ tòa nhà, khả năng tiếp cận và tiêu chuẩn quản lý Như vậy, phần tiêu chí năng lượng hay tiêu chí môi trường vẫn chưa được quan tâm một cách đúng nghĩa
Bảng 1.1 Phân hạng và nguồn cung sàn văn phòng cho thuê 2010
Nguồn: Tư vấn nghiên cứu Savills 2010
Hạng Ước lượng nguồn cung (m2)
Giá thuê trung bình (USD/m2 /tháng)
Hiện nay cao ốc văn phòng được chia thành 3 hạng mức cơ bản: hạng A (hoặc A+), B và C Tính đến năm 2013, toàn thành phố có 405 tòa nhà văn phòng, trong đó có 13 tòa hạng A, 61 tòa hạng B, còn lại là hạng C Ở Tp.HCM, các cao ốc văn phòng hạng A được đánh giá dựa trên các tiêu chuẩn về vị trí tọa lạc trong khu trung tâm quận 1, quy mô và diện tích cho thuê Thống kê từ 1996-2006, Tp.HCM có 5 công trình nhà cao tầng văn phòng được đánh giá hạng A là Diamond plaza, Saigon Centre, Saigon Tower, The Metropolitan, Sunwah Tower Đến cuối năm
2013 có thêm các tòa nhà được hoàn thành và được liệt vào nhóm cao ốc hạng A gồm có: Bitexco Fianncial Tower, Kumho Asiana Plaza, Vincom Center, Time square, A&B Tower, President Place, Lim Tower, Center point (Nguồn: Tư vấn nghiên cứu Savills)
CƠ SỞ KHOA HỌC VIỆC TÍCH HỢP CÔNG NGHỆ BIPV VÀO LỚP VỎ BAO CHE CÔNG TRÌNH CAO ỐC VĂN PHÒNG
Bức xạ mặt trời và các vấn đề năng lượng hiện nay
2.1.1 Bức xạ mặt trời tại Việt Nam
Bức xạ mặt trời là dòng vật chất và năng lượng do Mặt Trời phát ra tới trái đất của chúng ta Đây chính là nguồn năng lượng chính cho các quá trình phong hóa, bóc mòn, vận chuyển, bồi tụ trên Trái Đất, cũng như chiếu sáng và sưởi ấm cho các hành tinh trong hệ Mặt Trời
Bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng tại Việt Nam
Từ dưới vĩ tuyến 17, bức xạ mặt trời không chỉ nhiều mà còn rất ổn định trong suốt thời gian của năm, giảm khoảng 20% từ mùa khô sang mùa mưa Số giờ nắng trong năm ở miền Bắc vào khoảng 1500-1700 giờ trong khi ở miền Trung và miền Nam Việt Nam, con số này vào khoảng 2000-2600 giờ mỗi năm.[33] Theo tài liệu khảo sát lượng bức xạ mặt trời cả nước:
– Các tỉnh ở phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra) bình quân trong năm có chừng
1800 – 2100 giờ nắng Trong đó, các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) được xem là những vùng có nắng nhiều
– Các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào), bình quân có khoảng 2000 – 2600 giờ nắng, lượng bức xạ mặt trời tăng 20% so với các tỉnh phía Bắc Ở vùng này, mặt trời chiếu gần như quanh năm, kể cả vào mùa mưa Do đó, đối với các địa phương ở Nam Trung bộ và Nam bộ, nguồn bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên to lớn để khai thác sử dụng
Việt Nam có nguồn năng lượng mặt trời dồi dào cường độ BXMT trung bình ngày trong năm ở phía bắc là 3,69 kWh/m2 và phía nam là 5,9 kWh/m2 Lượng bức xạ mặt trời tùy thuộc vào lượng mây và tầng khí quyển của từng địa phương, giữa các địa phương ở nước ta có sự chêng lệch đáng kể về bức xạ mặt trời Cường độ bức xạ ở phía Nam thường cao hơn phía Bắc (Hình 2.1)
Với đặc thù vị trí địa lí của Việt Nam, nằm hoàn toàn trong vùng khí hậu nhiệt đới, nguồn nhiệt bức xạ lớn sẽ là một bài toán nan giải cho việc thiết kế các công trình kiến trúc Tuy nhiên, nếu chúng ta biết cách sử dụng nguồn năng lượng này, chuyển hóa thành điện năng sử dụng, thì đó là một lợi thế lớn của Việt Nam
2.1.2 Sự thay đổi khí hậu và các vấn đề năng lượng hiện nay
Mức độ sử dụng năng lượng và tác động đến môi trường:
Sự biến đổi khí hậu là một vấn đề được quan tâm ở hầu hết các quốc gia trên thế giới Quá trình xây dựng và công trình đi vào hoạt động có tác động sâu rộng trực tiếp và gián tiếp đến môi trường, đặc biệt là các công trình cao tầng vì có thời gian thi công kéo dài Công trình sử dụng nguồn tài nguyên như năng lượng, nước và nguyên liệu, tạo ra chất thải (người ở, xây dựng và sự phá hủy) và phát ra khí thải có hại trong khí quyển Thiết kế những công trình mới cần có các sáng kiến bền vững để giảm chi phí hoạt động và tác động môi trường
Nghiên cứu của World Business Council for Sustainable Development (WBCSD) về năng lượng trong công trình
Năm 2007, báo cáo của dự án hiệu quả năng lượng trong các công trình (EEB - the Energy Efficiency in Buildings) của WBCSD đã nghiên cứu trên 6 thị trường gồm: Mỹ, Nhật Bản, Brazil, Trung Quốc, Châu Âu và Ấn Độ, những khu vực có GDP chiếm hơn 1/2 trên toàn thế giới nhưng chiếm 2/3 năng lượng tiêu thụ trên toàn cầu Dự án EEB chỉ đặt tiêu chí về sử dụng năng lượng Năng lượng trong vận chuyển, sử dụng nước cũng quan trọng như là hướng tiết kiệm năng lượng trong các công trình, nhưng không nằm trong phạm vi nghiên cứu của dự án Trong dự án tập trung vào năng lượng đã sử dụng trong công trình suốt quá trình hoạt động của chúng Tùy thuộc vào mức của các dịch vụ năng lượng có thể chiếm 80% tổng năng lượng.(Hình 2.2a) Những công trình mới sẽ sử dụng nhiều năng lượng hơn sự cần thiết đang được xây dựng mỗi ngày, và hàng triệu công trình kém hiệu quả ngày nay sẽ còn lại như cũ vào năm 2050 [27]
- Phần tiêu thụ năng lượng cuối cùng của công trình: 30-40%
- Phát thải CO2 toàn cầu từ năng lượng trong các tòa nhà (2005): 9Gt
- Tăng trưởng dân số toàn cầu vào năm 2050: 2.7 tỉ hoặc 42%
Ngoài ra, báo cáo của WBCSD cũng chỉ ra xu hướng sử dụng năng lượng trong các công trình theo tiêu chuẩn xanh trên thế giới (Hình 2.2b) Tổng năng lượng sử dụng trong công trình được xác định bởi 3 nhân tố: quy mô dân số, mét vuông trên người trong công trình và năng lượng trên mét vuông Có thể được thề hiện qua công thức sau:
Tổng năng lượng sử dụng = (dân số) x (diện tích/người) x (năng lượng/m2)
Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) đã kêu gọi giảm tổng thể 77% hoặc
48 tỷ tấn khí thải carbon dưới sự phát thải như bình thường (business-as-usual BAU) cho tất cả ngành vào năm 2050 [12]
Đặc điểm quang khí hậu tại Tp.HCM
2.2.1 Đặc điểm quang khí hậu
Nhiệt độ trung bình tại Tp.HCM
Năm 1984, nhiệt độ trung bình ở Tp.HCM là 27,1 0 C, năm 2003 tăng lên 28,10C và năm 2004 là 28 0 C Trong khoảng thời gian 20 năm này có năm nhiệt độ trung bình cao, có năm thấp chứ không phải là nhiệt độ năm sau luôn cao hơn năm trước Nhưng xu thế nhiệt độ đang tăng dần lên Trong khi đó, theo các nhà khoa học trên thế giới, việc thay đổi nhiệt độ ở mức 0,2 0 C đã có thể gây ra những tác hại lớn Theo nghiên cứu của tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (OECD), Tp.HCM nằm trong danh sách 10 thành phố bị đe dọa nhiều nhất bởi biến đổi khí hậu Từ năm 1960 đến 2005, nhiệt độ tăng lên khoảng 0,02 0 C
Nắng nóng trên 35 0 C: Nhiều càng ngày hơn
Càng ngày Tp.HCM càng nắng nóng hơn Số ngày có nhiệt độ trên 350C đang tăng mạnh Những cơn mưa trái mùa xuất hiện trong thời gian này thường kèm theo dông bão rất nguy hiểm [32] (Hình 2.3)
Lượng mưa: Tăng 20% so với những năm trước:
Theo những số liệu đo đạc của thạc sĩ Lê Thị Xuân Lan, Phó phòng Dự báo của Đài Khí tượng Thủy văn Nam bộ, bắt đầu từ năm 2007 đến nay, lượng mưa tại Tp.HCM đã tăng đến khoảng 20% so với những năm trước, với những trận mưa kỷ lục lên tới 140mm Tháng 11-2009, tại quận 11 đã có những cơn mưa với lượng mưa gần 135mm [34]
Biến đổi khí hậu sẽ nhấn chìm 23% diện tích Tp.HCM:
Biến đổi khí hậu gây ra 3 tác động chính đó là: Nước biển dâng, nhiệt độ tăng và ô nhiễm không khí Cuối thế kỷ 21, nhiệt độ tại Việt Nam có thể tăng từ 2 -
3 độ C so với trung bình thời kỳ 1980 - 1999 Một điểm đáng chú là khi đó nước biển dâng có thể gây ngập 10 - 23% diện tích Tp.HCM và 19 - 38% diện tích ĐBSCL Vào giữa thế kỷ 21 mực nước biển có thể dâng thêm khoảng 30cm và đến cuối thế kỷ 21 mực nước biển dâng thêm khoảng 75cm Với mức nước biển dâng này, Tp.HCM sẽ có 10% diện tích bị ngập, còn ĐBSCL thì có đến 19% Còn nếu theo kịch bản cao nhất, nước biển dâng 100cm thì 23% diện tích Tp.HCM và gần 38% diện tích ĐBSCL sẽ ngập trong nước Trung tâm Quản lý môi trường quốc tế ICEM vừa công bố nghiên cứu về biến đổi khí hậu ở Tp.HCM Theo một số nhà khoa học, những dự báo của ICEM có phần “đáng sợ” nhưng cũng không phải là không có cơ sở Khoảng 40 năm nữa, hơn một nửa diện tích Tp.HCM sẽ thường xuyên ngập lụt Theo tổ chức ICEM, ngập úng thông thường xảy ra hàng ngày do thủy triều lên xuống và theo mùa do mưa lớn, bão và triều cường mạnh trong suốt đợt gió mùa [4]
2.2.2 Khả năng sử dụng nhiệt với lượng bức xạ mặt trời
Tp.HCM có lượng bức xạ dồi dào, trung bình khoảng 140 Kcal/cm2/năm
Số giờ nắng trung bình/tháng 160-270 giờ Nhiệt độ không khí trung bình 27 0 C Nhiệt độ cao tuyệt đối 40 0 C, nhiệt độ thấp tuyệt đối 13,8 0 C Tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 4 (28,8 0 C), tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất là khoảng giữa tháng 12 và tháng 1 (25,7 0 C) Hàng năm có tới trên 330 ngày có nhiệt độ trung bình 25-28 0 C 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% [11][33] Với lượng bức xạ rất dồi dào, Tp.HCM có thể phát triển hệ thống công nghệ PV để tạo ra điện năng vận hành cho chính công trình, tạo ra điện năng cung cấp các thiết bị, thậm chí còn có thể hòa vào lưới điện quốc gia [22]
Theo hình 2.4, có thể nhận thấy mức trực xạ mặt trời ngang tại Tp.HCM cao hơn hai địa điểm Hà Nội và Đà Nẵng Điều này được lí giải do Tp HCM có vĩ độ thấp, bầu trời quang mây Với lượng bức xạ và trực xạ hằng năm ở dạng cao, Tp.HCM hoàn toàn có cơ sở để nghiên cứu, ứng dụng các giải pháp thu nhiệt năng sạch từ mặt trời, chuyển hóa thành điện năng, vận hành cho công trình.
Các giải pháp chung về BIPV
Khoa học Vật liệu quang điện Khoa quang điện (PV) là quá trình tạo ra dòng điện trực tiếp (DC) bằng cách chuyển đổi bức xạ mặt trời thông qua vật liệu bán dẫn, điển hình là silic (Si), để tạo ra "hiệu ứng quang điện" Tác động này là một quá trình gồm hai bước: sự hấp thụ ánh sáng, trong tầm nhìn và một phần của dải hồng ngoại của phổ điện từ, và sự phân bố năng lượng của nó qua một bề mặt bán dẫn, hay còn gọi là pin mặt trời "Trong hầu hết các tế bào năng lượng mặt trời, giao diện chọn lọc (đường giao nhau) được hình thành bằng cách xếp chồng lên hai lớp bán dẫn khác Mối nối này có thể được hình thành bằng cách thêm các loại tạp chất khác nhau vào các lớp trên cả hai mặt của chất bán dẫn Đặc điểm chính của mối nối bán dẫn là nó có một điện trường, đẩy / kéo các điện tử ở một bên và các lỗ ở phía bên kia Khi hai bên của đường nối được kết nối và một mạch điện được hình thành thì dòng chảy hiện tại có thể chảy (ví dụ các điện tử có thể chảy từ một phía của thiết bị sang điện khác) [28] Khi các tế bào năng lượng mặt trời đang sạc bằng ánh sáng mặt trời, năng lượng truyền tải điện sau đó đi qua dây nối với nhau tạo thành một mô-đun PV, hay còn gọi là tấm panel năng lượng mặt trời.(Hình 2.5) Sau đó nó được trang bị các điểm nối điện và được bao bọc trong nhựa hoặc thủy tinh dẻo Các tấm pin mặt trời sau đó được liên kết với nhau thông qua các kết nối điện và dây điện được gọi chung là "PV Array" (Hình 2.6) Hơn nữa, thước đo được sử dụng để đo chuyển vị năng lượng của bức xạ mặt trời được gọi là "sự bàng quang mặt trời" Nó được định nghĩa là "đo lường năng lượng bức xạ mặt trời thu được trên một diện tích nhất định trong một khoảng thời gian nhất định Điện đi qua biến tần, chuyển điện một chiều sang điện xoay chiều, sau đó được hiệu chuẩn cho điện áp và tần số chính xác và phân phối điện đáng tin cậy trong suốt toàn bộ tòa nhà và đưa ra lưới điện tiện ích Hệ thống cân bằng hệ thống (BOS) bao gồm toàn bộ hệ thống, các ô, các mô-đun và mảng, ngoài các thành phần: dây, kệ lắp, máy biến thế, theo dõi công suất lớn nhất (MPPT), kết nối với lưới điện và bộ lưu trữ pin để tắt các hệ thống lưới điện Tiêu chuẩn công nghiệp được sử dụng để đánh giá hiệu suất của một hệ thống quang điện và sản lượng là hiệu suất chuyển đổi năng lượng hoặc "đánh +*giá hiệu quả", đó là lượng điện năng photon tới, có thể chuyển đổi thành điện năng Ưu điểm chính của việc sử dụng PV là nó có nguồn năng lượng dồi dào - mặt trời, trong một ngày nóng, giảm đi 1.000 watt mỗi m2 [27] Hệ thống PV là các thiết bị trạng thái rắn không có bộ phận chuyển động, được cố định tại chỗ, hoạt động như một hàng rào thời tiết bảo vệ và không phát ra âm thanh PV là một nguồn năng lượng lý tưởng ở các vị trí ở xa và ngoài lưới bởi vì nó tạo ra năng lượng tại chỗ; mà không mất hiệu suất đầu ra bởi vì nó không phải được phân phối qua các đường dây truyền tải tầm xa Theo Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ, mức tổn thất truyền tải và phân phối điện trung bình của quốc gia là 6%, tương đương với 672.237.233 MWh tổn thất về điện hoặc
80 tỉ USD [27] Điều này cũng có nghĩa là những con số này thậm chí có thể thậm chí còn cao hơn xem chúng dựa trên dữ liệu trước và mức "trung bình" của Hoa Kỳ là 6% về tổn thất bán trên toàn cầu Họ có mức đánh giá hiệu quả cao nhất của bất kỳ bảng PV nào trên thị trường trung bình 15-18%, nhưng một số được cho là cao 22% [27]
2.3.2 So sánh công nghệ BIPV và công nghệ PV trước đây
BIPV làm giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng do tính chất của PV như là một nguyên tố cố định, trái ngược với công nghệ PV theo dõi mặt đất, rất tốn kém và tốn nhiều chi phí vận hành và bảo dưỡng Kiến trúc sư Jesse Henson đã giải thích ngắn gọn khái niệm tương thích này dựa trên BIPV bằng cách nêu rõ: "Nếu bạn so sánh chi phí và thời gian lắp đặt cho một cửa sổ trần BIPV với cùng một lượng kính cửa sổ trần và một cửa sổ riêng hệ thống PV thông thường, cửa sổ trần
BIPV có tổng chi phí thấp hơn Hơn nữa, cửa sổ trần của BIPV nên có tác động ít môi trường hơn vì ít vật liệu được sử dụng để đạt được kết quả tương tự như: phát điện, xây dựng vỏ bao che và ánh sáng tự nhiên ban ngày " Thực hiện các kỹ thuật xây dựng thông minh này trong giai đoạn xây dựng ban đầu tạo ra lợi ích của việc tạo ra năng lượng và tiết kiệm tài chính Hệ thống BIPV trả tiền cho chính nó, cho đến khi chi phí đầu tư ban đầu được bù đắp, sau đó tạo ra các khoản tiết kiệm kinh tế tích cực cho vòng đời của một hệ thống Do sự thay đổi khí hậu và những ý nghĩa về năng lượng của nó, xã hội đòi hỏi nhiều hơn từ các tòa nhà của họ về sử dụng năng lượng, biểu diễn thẩm mỹ, hiệu suất công nghệ và tiện nghi sử dụng BIPV cung cấp tất cả các yếu tố này cộng với nó làm giảm chi phí tiện ích thông qua việc tạo ra năng lượng tái tạo tại chỗ với mục tiêu duy trì một mức tiêu thụ năng lượng nhất định Khái niệm về khả năng tương tác đòi hỏi sự chấp nhận của ngành theo thời gian [28] [29]
Bảo toàn năng lượng BIPV về nhu cầu làm lạnh hoặc sưởi ấm tương đương với tiết kiệm tài chính thông qua việc giảm tiêu thụ năng lượng tại chỗ nếu không thu được từ các nguồn lưới điện tiện ích Điều này cho phép tổng tải điện được sử dụng thông qua việc kết nối lại hệ thống phân phối điện, hiện giờ nó tập trung vào việc thu hồi điện năng độc lập xảy ra trong môi trường xung quanh nó Năng lượng tạo ra trở nên hiệu quả hơn khi BIPV độc lập với lưới điện quốc gia thông qua các phương pháp nhấn mạnh về sử dụng năng lượng tại chỗ
Tuy nhiên, có những rào cản lớn đối với sự xâm nhập của BIPV gây cản trở việc áp dụng và sử dụng cơ sở rộng rãi của nó:
• Mối quan hệ giữa các ngành công nghiệp năng lượng mặt trời, kiến trúc, xây dựng
• Không có chỉ số năng lượng hợp nhất
• Chi phí cao: tiền đầu tư cho 1 watt và việc lắp đặt so với chi phí trên hiệu suất liên quan
• Sự tuân thủ các sản phẩm của BIPV với các yêu cầu về xây dựng pháp luật ở Việt Nam là chưa có
• Chi phí ban đầu cao: các dự án BIPV thường có mức phí bảo hiểm 10% hoặc cao hơn, bổ sung thêm 0.15-0.22 USD / watt cài đặt (Nguồn: Dữ liệu thị trường của Hoa Kỳ) [27] [28]
• Các công ty điện nước độc quyền tạo ra quy mô lớn cho phân phối năng lượng
• Công nghệ pin không được ứng dụng công nghệ tiên tiến để sử dụng năng lượng mặt trời vào lưu trữ và phân phối năng lượng từ trung và dài và chi phí của nó vẫn ở mức tương đối cao
• Các mô-đun, thư viện thành phần và các chương trình phần mềm thiết kế cho các sản phẩm và vật liệu quang điện tích hợp (BIPV) không tồn tại, hoặc làm như vậy trong giai đoạn thử nghiệm đắt tiền
• Thiếu kiến thức từ người tiêu dùng hoặc vận hành về BIPV
BIPV là một ngành công nghiệp non trẻ, có nghĩa là nó thường là một công việc tùy chỉnh Điều này làm nổi bật việc kinh doanh cần phát triển các mô hình mô-đun thực hiện, lắp đặt và sản xuất chìa khóa trao tay Các vấn đề nêu trên là những yếu tố cần xem xét để đạt được một khái niệm mới về khả năng tương tác giữa BIPV Để có thể đi đến một giải pháp như vậy, kiến trúc sư, với tư cách là người xây dựng chủ, phải thiết kế vỏ bao che theo cách mà chúng ta khái niệm hóa các tòa nhà, chức năng của con người và sử dụng năng lượng Một cách tiếp cận khái niệm đó là giới thiệu cho kiến trúc sư, kỹ sư dân dụng và nhà xây dựng hiểu được khả năng tương tác của BIPV Một trọng tâm cần thiết để được kiểm tra bởi tất cả phải bao gồm tiết kiệm trong quản lý thời gian và lợi ích kinh tế mà có thể thu được với BIPV Một phương pháp mới làm việc này là kết hợp các chỉ số của suất đầu tư trên m2 và kính phí để có 1 watt điện
Nếu chúng ta khuyến khích chi phí xây dựng với chi phí tiết kiệm năng lượng, cả về năng lượng và tiết kiệm điện, thành một số liệu, có thể tạo ra vốn lớn, thời gian có thể được sử dụng hiệu quả và có thể tạo ra các lợi ích về sinh thái và xã hội Một mục tiêu chính trong BIPV là tinh giản sự phức tạp này thông qua việc thiết lập một khuôn mẫu xây dựng dựa trên tính tương hợp của điện vật liệu xây dựng tái tạo và bề mặt Về mặt khái niệm và nội tại, những gì đang làm là tận dụng lợi ích kép của việc thu thập và tiết kiệm năng lượng tích cực và thụ động, đem lại lợi ích đầu tư bền vững, hiệu suất năng lượng, tự chủ về năng lượng kiến trúc và các thực tiễn tốt về môi trường Để điều này xảy ra, cần phải có một khoản khuyến khích về vật liệu xây dựng và vật liệu xây dựng nơi BIPV được tính toán quá trình tạo ra kinh phí cho 1m2/ Watt hay kWh Phương trình này truyền đạt cách chúng ta xây dựng dựa trên bức tranh lớn hơn về cách chúng ta tiêu thụ, lãng phí và sử dụng năng lượng điện Phương trình này đã là một trở ngại khái niệm trong việc áp dụng rộng rãi của BIPV ngành công nghiệp Tuy nhiên, nếu cơ sở hạ tầng của một ngành công nghiệp BIPV có thể vừa phải thì có thể chấp nhận một phong trào BIPV và chuẩn hoá BIPV và khả năng tương tác của nó với ngành xây dựng
2.3.3 Các loại vật liệu PV và các giải pháp sử dụng
Loại 1: Các tấm đơn tinh thể: c-Si
Hầu hết các tấm PV hiện nay được sử dụng là tấm pin mặt trời silic đơn tinh thể (c-Si) Đây là phần lớn các tấm pin mặt trời mà chúng ta nhìn thấy trên mái.Ngoài ra còn có nhiều tinh thể, aka poly-crystalline (poly-Si), năng lượng mặt trời các tế bào phổ biến trong các ứng dụng BIPV vì tinh thể màu xanh của nó giống như lấp lánh dạng hạt, được gọi là hiệu ứng mảnh kim loại Đây là hiện tượng xảy ra bởi vì, không giống như một mặt phẳng silicon rắn, poly-Si có cấu trúc silicone phân tử của tinh thể nhiều và phân mảnh Poly-tinh thể có lợi thế là có tính thẩm mỹ cao hơn và làm tăng màu sắc của một nhà thiết kế Đó là rẻ hơn so với c-Si, tuy nhiên điều này là do đánh giá hiệu quả thấp hơn của nó mà đứng ở mức cao khoảng 15%
Loại 2: PV dạng Thin-Film:
Các nguyên tố mỏng: a-Si, CdTe hoặc CIGS Công nghệ quang điện thế hệ thứ hai đạt được thông qua phim PV mỏng Các yếu tố lâu đời nhất và mới nhất là: Amorphous Silicon (a-Si), Cadmium telluride (CdTe), Đồng Galium Selenide Đồng (CIGS) Với tư cách là tấm PV, CIGS dường như là triển vọng nhất và thực sự gia tăng tính hiệu quả trong 6 tháng đầu sau khi lắp đặt Lợi ích của màng mỏng là chi phí sản xuất tương đối thấp và một yếu tố khối lượng giảm xuống -90%.[ 29] Nó có thể được lăn ra trên tấm và sự linh hoạt của nó cho phép tạo hình dạng tuyến tính và phi tuyến tính kiến trúc Điều này cho phép các kiến trúc sư thử nghiệm với màng mỏng như là một vật liệu xây dựng năng lượng tái tạo Các lợi ích khác phát sinh từ khả năng thích ứng nhiệt độ của CIGS và sử dụng ánh sáng xung quanh hoặc gián tiếp Về mặt ánh sáng xung quanh màng mỏng chuyển ánh sáng thành năng lượng sử dụng được, ngược với khả năng của c-Si chỉ chuyển đổi ánh sáng trực tiếp Khi nhiệt độ tăng lên trên tấm, màng mỏng thực sự làm tăng sản lượng điện và không phân hủy như c-Si Nhược điểm của CIGS so với Mono-Crystalline là nó không có khả năng cạnh tranh tỉ lệ chi phí và hiệu quả Các c-Si PV là một sản phẩm được chấp nhận từ năm 1953 Nhiều công ty pin mặt trời chuyển từ bán màng mỏng và thích c-Si, chỉ định bảo đảm lâu hơn, nhận diện nhà thầu và áp dụng vào các tòa nhà Tuy nhiên, điều này bắt đầu thay đổi khi phim mỏng, và CIGS cụ thể, khả thi hơn và ít tốn kém hơn Ưu điểm PV loại 2: công nghệ phát triển, xuất sắc, sản xuất chi phí thấp, hiệu quả Nhược điểm PV loại 2: hiệu quả thấp, thiết bị có chi phí cao Hiệu quả trung bình, chất nền thủy tinh cứng, cadmium rất độc Thị phần dự kiến của loại này trên thế giới sẽ tăng Các nhà sản xuất chính: Sharp, First Frontier Solar
Loại 3: PV thế hệ thứ 3: DSC hoặc OPV
Thế hệ thứ 3 của công nghệ PV nằm trong Dây Nhiệt học Nhạy Cảm (DSC) và quang điện hữu cơ (OPV) Chúng là một công nghệ màng mỏng bán dẫn hợp nhất hiệu quả nhất của thế hệ thứ 1 (hiệu quả và độ bền) và thứ 2 (chi phí sản xuất thấp, khối lượng thấp và độ linh hoạt) nhưng được tạo ra từ các vật liệu bền vững và hiệu quả hơn Hiện tại, các vật liệu PV thế hệ thứ 3 đều trong suốt và linh hoạt, có thể dễ dàng tích hợp vào kính Chúng có nhiều màu sắc khác nhau, có thể lăn ra trên tấm vật liệu, tạo ra điện tích trong điều kiện bầu trời nhiều mây, làm việc trong không gian bên trong và về mặt lý thuyết sẽ nhận được một khoản phí bổ sung từ phần tia cực tím của phổ điện từ.[29] Thường được gọi là DSC, các tế bào năng lượng rất nhạy cảm, nó bao gồm Titanium Dioxide (TiO2) bao phủ trong các phân tử hiệu quả để hấp thụ ánh sáng mặt trời Nó chuyển hóa năng lượng qua chất bán dẫn bạch kim, tạo ra điện tích, tương tự như quá trình quang hợp qua điện tích nạp trong vật liệu bán dẫn của nó Hiệu quả điện năng của PV thế hệ 3 đạt được thông qua việc xây dựng phân tử của nó, khác với cả kết tinh của PV loại 1 và liên kết của màng mỏng của PV loại 2, tiềm năng hiệu quả tối đa là 33,7% [29]
Các ranh giới quang điện và đồng vị Đại học New South Wales – Hoa Kỳ đã có thể phát triển và thử nghiệm, trong điều kiện ngoài trời, một pin mặt trời đạt được mức đánh giá hiệu quả trên 40% Việc sản xuất pin mặt trời và mảng quang điện đã mở rộng đáng kể trong những năm gần đây để tạo ra ngành công nghiệp quang điện trên thế giới, có sức thu hút cao nhờ sản xuất điện từ ánh sáng mặt trời, âm thầm, không cần bảo dưỡng, không ô nhiễm và không làm mất chất liệu Không có thành tựu nào trong số này đã tạo ra một ngành công nghiệp, phương pháp hoặc sản phẩm được dự đoán trước và xây dựng việc thay thế vật liệu bề mặt với các tính năng năng lượng mặt trời có thể thực sự được coi là một làn da BIPV Điều này phần nào được tiên đoán về việc thiếu kiến thức và sự chấp nhận của BIPV như một tiêu chuẩn ngành Tất cả các công nghệ này (Hình 2.7), được tạo ra từ nhu cầu ngày càng tăng về các nguồn năng lượng sạch, do nhận thức về sự thay đổi khí hậu và một động lực để phát triển một nguồn năng lượng cạnh tranh hiệu quả hơn để thách thức bản chất hữu hạn và gây ô nhiễm như nhiên liệu hóa thạch.
Một số công trình ứng dụng BIPV trên thế giới
2.4.1 Công trình tại vùng khí hậu ôn đới
Nghiên cứu điển hình BIPV các trường hợp nghiên cứu dưới đây là đại diện của vùng khí hậu ôn đới ( Từ 23,27° B đến 66,33° B và 23,27 °N, 66,33 °N)
Tháp CIS: Hệ thống Cassette Tháp CIS được xây dựng năm 1963 ở
Manchester, Anh Quốc, từng là toà nhà cao nhất ở châu Âu Trong năm 2006, công trình đã được trang bị thêm một hệ thống phủ tường thông gió để tích hợp công nghệ PV Trước đây, mặt tiền công trình gồm 14.000.000 viên gạch mosaic (Hình
2.8), do đó vỏ bọc của tòa nhà CIS Tower rất cần một sự đổi mới sau khi gạch ốp lát trên mặt tiền của tòa nhà đã xuống cấp và đặt ra các mối nguy hiểm về sức khoẻ và an toàn từ việc gạch rơi khỏi cấu trúc Điều này là do thiếu các mối nối mở rộng trong vữa xi măng và xi măng Một giải pháp cho vấn đề này là tạo ra một lớp vỏ xây dựng hiện đại hóa vỏ bọc tòa nhà của nó bằng cách bổ sung các biện pháp hiệu quả và trong việc tạo ra tại chỗ sản xuất và giảm sử dụng năng lượng thông qua công nghệ PV Động thái này cũng phản ánh hình ảnh công ty về trách nhiệm xã hội, sự tham gia của cộng đồng và tầm nhìn của họ đối với các hoạt động kinh doanh thân thiện môi trường [28]
Trong cuốn Building Integrated Photovoltaics: A Handbook [29] liệt kê ba lựa chọn được thực hiện bởi đội ngũ thiết kế để đánh giá mặt tiền khảm mosaic của CIS Tower và thực hiện một giải pháp thiết kế:
- Trường hợp 1: Thay thế bằng bản mosaic mới trong suốt, lắp đặt với các mối nối căng thẳng / căng Vật liệu thay thế sẽ giống với bản gốc, do đó sự xuất hiện chỉ có thể bị ảnh hưởng bởi sự giới thiệu của các khớp mới Tuy nhiên, loại bỏ tất cả các gạch cũ sẽ tốn thời gian và chi phí
- Trường hợp 2 Hủy bỏ tất cả các mosaic và sơn hoặc làm cho bề mặt trần Mặc dù lựa chọn chi phí thấp nhất, điều này có thể gặp vấn đề nghiêm trọng với lớp tường bên trong, về bảo quản lịch sử, ảnh hưởng đến sự xuất hiện của tòa nhà
- Trường hợp 3 Dùng tấm lợp để giữ lại các bức tranh ghép trong khi chờ đợi sự phát triển của công nghệ để gắn các bức tranh khảm với bê tông Cách tiếp cận này mang lại một mức độ chắc chắn cao như là một giải pháp kể từ khi kết cấu khảm hiện tại có thể được bảo tồn dưới lớp vỏ bọc Sự xuất hiện sẽ khác biệt nhưng có một cơ hội để đạt được chất lượng cao và kết quả thẩm mỹ lâu dài Cũng sẽ có cơ hội để thiết kế để cung cấp cho việc bảo trì trong tương lai
Người ta đã quyết định thực hiện lựa chọn phương án thông qua việc che phủ BIPV, là cách hiệu quả nhất về chi phí mà không vi phạm các luật xây dựng liên quan đến các luật bảo tồn lịch sử quốc gia; chi phí đã được đưa ra với tổng giá 5.5 triệu USD Các khía cạnh đột phá về dự án này là phương pháp tích hợp BIPV Bằng cách áp dụng một bề mặt hoạt động công nghệ, dự án đã thành công khi nó tái thiết lại đặc tính kiến trúc của cấu trúc, đồng thời tối ưu hóa năng lượng và tiềm năng không gian thông qua tích hợp PV vào trong vỏ bọc tòa nhà (Hình 2.8, 2.9) Một hệ thống che phủ là thiết kế phù hợp dựa trên việc tạo ra một lớp vỏ bao che mới cho tòa nhà hiện có Bảy mô-đun quang điện đã được ghép với nhau bằng các thành phần nhôm để tạo thành các tổ hợp (Hình 2.11) Các kiểu dáng cũng được kết hợp, thuận tiện cho công nhân thi công có thể lắp đặt mô-đun vào mặt tiền để thay thế, làm sạch hoặc sửa chữa các mô-đun PV trong tương lai
Ngoài ra, công trình còn tính đến khía cạnh hướng tới việc lắp đặt, bảo trì và hiệu quả quy mô hiệu quả hơn nữa Bằng cách sử dụng 7,244 mô-đun PV, ở 80 watt cho mỗi bảng, các kiến trúc sư đã tối ưu hóa tổng năng lượng bằng cách định hướng chiến lược với 6.265 mô-đun PV chức năng để tiết kiệm năng lượng tối ưu, trong khi đặt 979 "mô-đun giả" - các tấm PV không chức năng với giá thành thấp chỉ dành cho mục đích thẩm mỹ - ở những khu vực có bóng râm để bù đắp chi phí PV ở các mặt khác Kết quả là bây giờ là một tòa nhà mang tính thẩm mỹ và hiện đại nhưng bảo tồn được tính lịch sử, với những lợi ích về hiệu suất của việc sản xuất
183 MWh năng lượng tái tạo mỗi năm; có khả năng cung cấp năng lượng tới 75 ngôi nhà và giảm lượng khí thải phát thải 78 tấn CO2 mỗi năm Dự án tạo ra một thẩm mỹ mới cho việc phủ một mặt tiền bằng cách sử dụng các mô-đun PV đa tinh thể cũng như như giải quyết những hạn chế về thiết kế như tạo không gian giữa 3 lớp vật liệu xây dựng: bức tường khảm, hệ thống nhôm và các mô đun PV (Hình
2.10) Các mô đun PV ổn định và tối ưu hóa hiệu quả của bảng điều khiển và thêm một rào cản chống lại sự gia tăng nhiệt năng lượng mặt trời
Những đổi mới thẩm mỹ và chức năng cũng có mặt trong tháp CIS mới Việc cai tạo tháp tạo nên một mặt tiền có vẻ tốt hơn so với trước đây, cập nhật hình ảnh của nó bằng hình ảnh thẩm mỹ được cảm nhận bằng mắt , đồng thời đạt được các chứng nhận sinh thái và năng lượng; đó chính là BIPV Lớp vỏ bao che toàn bộ cấu trúc thông qua việc sử dụng của nó ngụ ý rằng đó là một tháp văn phòng khi thực sự Đây có thể được coi là điểm nhìn ấn tượng, khẳng định tính thẩm mỹ trong thiết kế của kiến trúc sư Bằng cách tích hợp năng lực thu hoạch năng lượng tái tạo của
PV vào một cấu trúc hiện tại, nó đơn giản hoá hơn nữa các nỗ lực bảo tồn như là một sự lựa chọn thay thế cho việc phải đầu tư vào các quy trình về vật liệu, lao động và tài chính để xây dựng một tòa nhà hoàn toàn mới Thông qua quá trình hội nhập BIPV, việc trang bị lại đã thống nhất hai tòa nhà dường như không liên quan và đã tạo ra một mối liên hệ bổ sung về sự cộng sinh toàn diện được minh họa bằng một thế hệ năng lượng tái sinh quy mô Tháp CIS phục vụ như là một mô hình không chỉ có thể áp dụng được trên toàn thế giới mà còn có thể mang lại đặc trưng cho địa hình đô thị dày đặc của Honolulu – Mỹ, và nhu cầu đối với việc xây dựng năng lượng tiết kiệm năng lượng và thẩm mỹ Đại học Northumbria:
Phong cách trang trí Xây dựng thể thao và tâm lý Tòa nhà Đại học Northumbria ở Newcastle, Anh, là một nghiên cứu điển hình hỗ trợ ứng dụng thiết kế với tích hợp mặt tiền BIPV Hơn 20 năm, tòa nhà Northumbria bắt đầu được nâng cấp, trang bị thêm hệ thống che phủ màn hình chống nước mưa năm 1960 và áp dụng PV như là một sự thay thế thiết kế vỏ bọc Chấp nhận việc sử dụng PV như một loại vật liệu xây dựng đã được chính phủ Anh đề xuất với báo cáo năm 1991 về lợi ích của BIPV như một giải pháp thay thế cho các ứng dụng thương mại trên diện rộng Khuyến khích các nhà tài trợ địa phương, tư nhân và chính phủ cung cấp hỗ trợ tài chính và các khoản tiền từ quỹ cộng đồng nhằm bảo đảm mục tiêu thiết kế này.Bề mặt bê tông thời gian ban đầu của tòa nhà (Hình 2.12) bao gồm một "kết cấu khảm" đang bị carbon hóa, ăn mòn cốt thép và lớp mosaic [28] Vì thế, toàn bộ mặt ngoài và khung cửa sổ của nó bị hư hỏng không thể sửa chữa và phải được tháo dỡ
Thông tin về công trình:
- Vĩ độ và kinh độ: 54.9 ° N, 1.6 ° W
- Chiếu sáng ngang trung bình tại vị trí này: 2.6 kWh / (m2 × ngày)
- Diện tích bề mặt PV: 430m2
- Hệ thống PV: 25.000 kWh/năm
- Công nghệ PV: Silicon đơn tinh thể (c-Si) (thế hệ PV loại 1),
Bước đầu dự án là xác định tối ưu hóa của trang thiết bị để ứng dụng loại PV thích hợp Với năm tầng cao và dạng chữ nhật, tòa nhà được kéo dài theo trục Bắc đến Nam, với chiều rộng về phía Đông và Tây Điều này cung cấp khả năng tiếp xúc mặt trời PV tối ưu đối với hướng Nam, trước đây tòa nhà được thiết kế để thu hút ánh sáng mặt trời và gia nhiệt thụ động Được tích hợp trên mặt tiền phía Nam, Pan Panels được định hướng ở vị trí chiếu thẳng và nghiêng ở góc 25° (Hình 2.13) Các kết quả định lượng từ điều này là nó tạo ra góc vuông vuông phải để tăng thu năng lượng mặt trời thông qua hiệu quả tế bào PV Chiến lược này cho phép mặt tiền tạo ra hơn 25.000 kWh / năm và bao gồm 30% tải trọng của các tòa nhà
Các lợi ích của sự tích hợp thụ động xảy ra thông qua lớp vỏ bọc tăng gấp đôi như là một thiết bị che nắng bề mặt ở phía trên cửa sổ (Hình 2.14) Điều này giúp điều chỉnh tăng hoặc giảm nhiệt độ bên trong bằng cách che nắng vào mùa hè nóng nực - dựa trên góc trời cao - và cho phép mặt trời vào trong nội thất, thông qua các góc cao độ mặt trời trời nhỏ Vật liệu xây dựng gồm có tổng cộng 430 m2 của
Cơ sở pháp lí cho việc sử dụng công nghệ năng lượng mặt trời vào công trình kiến trúc
Hiện nay, xu hướng tiết kiệm năng lượng là điều tất yếu của kiến trúc và xây dựng thế giới Trong quá trình hội nhập, Việt Nam cũng có những văn bản pháp lí ủng hộ việc phát triển theo hướng tiết kiệm năng lượng và năng lượng sạch Các công trình được xây dựng theo tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng luôn được chính phủ ưu tiên về thuế, phí Trong đó, nổi bật một số văn bản sau
Nghị định 102/2003/NĐ-CP ngày 3/9/2003 của Chính phủ ban hành về “Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả” Trong nội dung của Nghị định có đề cập đến vấn đề sử dụng năng lượng Tiết Kiệm và Hiệu Quả trong các công trình xây dựng
Quyết định số 40/QĐ-BXD ngày 17/11/2005, Bộ trưởng Bộ Xây dựng ký ban hành Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng có hiệu quả” Quy chuẩn này là văn bản pháp quy kỹ thuật, quy định yêu cầu kỹ thuật tối thiểu bắt buộc phải tuân thủ để sử dụng năng lượng có hiệu quả khi thiết kế xây dựng mới hay cải tạo các công trình thương mại, trụ sở cơ quan hành chính nhà nước, nhà ở cao tầng, văn phòng, khách sạn lớn có sử dụng ĐHKK, thiết bị sử dụng nhiều năng lượng
Quyết định số 79/2006/QĐ-TTg ngày 14/4/2006, Thủ tướng Chính phủ đã ký về việc phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng Tiết kiệm & hiệu quả
Nghị quyết số 60/2007/NQ-CP ngày 03/10/2007 của Chính phủ về Chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu
Quyết định 377/QĐ-BXD năm 2008 phê duyệt “Chương trình sử dụng năng lượng, tài nguyên tiết kiệm và hiệu quả trong hoạt động xây dựng” do Bộ trưởng
Bộ Xây dựng ban hành
Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả số 50/2010/QH12 ngày 28/06/2010
Quyết định số 1393/QĐ-TTg ngày 25/09/2012 của Thủ tướng chính phủ về việc phê duyệt Chiến lược Quốc gia về “Tăng trưởng xanh”
QCVN 09:2013/BXD về “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả” do Bộ Xây dựng ban hành theo Thông tư số 15/2013/TT-BXD ngày 26/9/2013, thay thế Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam QCVN 09:2005
Ngoài ra, hiện nay tập đoàn điện lực Việt Nam EVN dự định nhà máy điện năng lượng mặt trời công suất 350MV EVN thông báo trên trang web của mình rằng công ty con Power Generation Corp 3 (Genco 3) đang đề xuất phát triển hai nhà máy năng lượng mặt trời tại xã Phước Minh, huyện Thuận Nam (Ninh Thuận), với tổng công suất 350MW trên 554 ha đất Dự án này sẽ đòi hỏi khoản đầu tư 9,576 nghìn tỷ đồng (421 triệu USD) và sẽ được triển khai từ quý 2 năm 2018 đến quý 1 năm 2021 Theo Sở Công thương Ninh Thuận, toàn tỉnh có 8 dự án đã được chấp thuận đầu tư Trong đó, 2 dự án đã tiến hành xong nghiên cứu khảo sát và đã lập dự án đang trình UBND tỉnh xem xét trước khi trình Bộ Công thương phê duyệt Ngoài ra, hiện có khoảng 40 nhà đầu tư khác đang nộp hồ sơ làm điện mặt trời tại tỉnh Ông Đặng Đình Thống, một chuyên gia thuộc Hiệp hội Năng lượng sạch cho hay, những năm gần đây, tốc độ phát triển điện mặt trời rất nhanh, mà nguyên nhân chính là do suất đầu tư giảm nhanh Nếu như suất đầu tư và giá điện gió gần như không thay đổi, thì giá điện mặt trời đã giảm xuống xấp xỉ bằng điện gió và có thể cạnh tranh được sòng phẳng với điện từ các nhiên liệu hóa thạch Theo ông Thống, “Giá module pin điện mặt trời hiện nay chỉ còn khoảng 0,6
USD/Wp, so với năm 2005 và 2010 thì giá module năm 2015 đã giảm xuống lần lượt là 5 và 2,5 lần Do module chiếm từ 45-50% chi phí để xây dựng hệ nguồn điện mặt trời, nên giá modul giảm là yếu tố cơ bản dẫn tới suất đầu tư và giá bán điện mặt trời cũng giảm mạnh những năm qua”
Khu vực nam Trung bộ có tiềm năng rất lớn về điện mặt trời (ĐMT) Theo
Sở Công Thương tỉnh Bình Thuận, đến cuối năm 2015 mới có một dự án của nhà đầu tư Hàn Quốc nhưng chỉ trong tháng 3.2017 vừa qua, UBND tỉnh tiếp tục chấp thuận 2 dự án đầu tư khác Hiện dự án điện năng lượng mặt trời lớn nhất tại Bình Thuận nằm ở xã Sông Bình (huyện Bắc Bình) có công suất 200 MW, chiếm diện tích đất tới 282 ha, do EVN làm chủ đầu tư đã được lập quy hoạch bổ sung vào mạng lưới phát triển điện của tỉnh Toàn bộ vùng tiềm năng ĐMT của Bình Thuận là trên 8.400 ha Tổng công suất được quy hoạch 5.035 MW Trong đó, quy hoạch đến năm 2030 là 4.500 MW Ngoài 37 nhà đầu tư đã được tỉnh cho phép nghiên cứu, khảo sát và chấp thuận đầu tư, hiện vẫn có khá nhiều nhà đầu tư đang đề nghị được tỉnh cho nghiên cứu, đo nắng và lập dự án Ông Dương Tấn Long, Trưởng phòng Quản lý điện và năng lượng (Sở Công Thương Bình Thuận), cho biết tỉnh đang rà soát lần cuối quy hoạch tổng thể về ĐMT tầm nhìn đến năm 2030 Ngay cả các mặt hồ thủy điện, hồ thủy lợi cũng được quy hoạch ĐMT vì các hồ nước này hoàn toàn có thể đặt phao nổi để lắp đặt các tấm pin mặt trời Cạnh đó, tỉnh Ninh Thuận cũng thu hút được nhiều dự án ĐMT Theo Sở Công Thương Ninh Thuận, toàn tỉnh có 8 dự án đã được chấp thuận đầu tư, trong đó có 2 dự án đã tiến hành xong nghiên cứu khảo sát và đã lập dự án đang trình UBND tỉnh xem xét trước khi trình Bộ Công Thương phê duyệt; khoảng 40 nhà đầu tư khác đang nộp hồ sơ làm ĐMT tại tỉnh Các chuyên gia lĩnh vực ĐMT cho biết có nhiều nhà đầu tư trong và ngoài nước muốn đầu tư vào lĩnh vực này như: Hàn Quốc, Thái Lan, Đức với quy mô mỗi dự án 30 - 100 MW Vừa là nhà sản xuất tấm pin và nhà đầu tư ĐMT, ông Cánh nói: “Dù mức giá mới được phê duyệt 9,35 cent/kWh còn thấp hơn so với nhiều nước trong khu vực và mức giá kỳ vọng (trên 10 cent/kWh) của các nhà đầu tư, nhưng với việc có cơ chế mua bán và mức giá cụ thể như vậy cũng đã là thành công của lĩnh vực ĐMT ở Việt Nam Tôi cho rằng với mức giá này, nếu nhà đầu tư khéo léo và đặt mức lợi nhuận vừa phải cũng có thể hoạt động được Trong xu hướng chi phí đầu tư ngày càng giảm hiện nay thì lợi nhuận sẽ ổn định hơn”
Những văn bản, chính sách trên là tiền đề và động lực cho các chủ đầu tư áp dụng hệ thống sử dụng năng lượng sạch, đặc biệt là nguồn năng lượng mặt trời Với các chính sách khuyến khích phát triển các công trình xây dựng tiết kiệm năng lượng và phát triển bền vững, BIPV là một cơ hội mới và đầy triển vọng cho các nhà đầu tư
Từ những cơ sở pháp lí như trên, và các công trình đã được thiết kế mới hoặc cải tạo thành các công trình sử dụng BIPV, học viên cho rằng, việc tích hợp tấm pin quang điện vào công trình là điều khả thi Với điều kiện quang khí hậu của Tp,HCM, đặc biệt là lượng bức xạ mặt trời và số giờ nắng rất cao (mục 2.2), các cao ốc văn phòng tại thành phố là những dạng công trình cao dễ dàng đón nhận lượng nhiệt này Từ đó,, ta có thể tìm ra được các giải pháp tích hợp BIPV sao cho đạt hiệu quả sử dụng năng lượng và vẫn đảm bảo được tính thẩm mỹ.
CÁC ĐỀ XUẤT TÍCH HỢP TẤM BIPV VÀO LỚP VỎ BAO CHE CÔNG TRÌNH CAO ỐC VĂN PHÒNG
Giải pháp thiết kế vỏ bao che cho công trình cao ốc văn phòng tại Tp HCM ứng dụng công nghệ BIPV
3.1.1 Đảm bảo hiệu quả thị giác
Khi tích hợp công nghệ BIPV vào lớp vỏ bao che, ta có nhiều giải pháp (mục 2.4) Tuy nhiên, việc lựa chọn giải pháp nào cũng cần cân nhắc tính thẩm mỹ của công trình và đảm bảo hiệu quả thị giác cho người sử dụng, cũng như người quan sát bên ngoài Đồng thời, các giải pháp bao che phải đảm bảo hiệu quả lấy sáng của ánh sáng tự nhiên bên trong công trình (Hình 3.1, 3.2) Những đặc điểm then chốt của vỏ bao che là bề mặt phía bên ngoài của tấm pin quang điện tích hợp, góc nghiêng của tấm PV và tuyến nhìn khi lắp đặt module Tuyến nhìn trong trường hợp này được định nghĩa là mặt hông của các thanh đố ngang và đứng của khung che nắng là thông số chiều rộng và chiều sâu của cả hệ khung Các yêu cầu chống tải trọng ngang (tải trọng gió hay khẩu độ) cũng là yếu tố quyết định chiều sâu của khung Do đó, việc lắp đạt các tấm quang điện tích hợp cần chú ý thông số của nhà sản xuất, cấu tạo khung bao, chiều sâu của đố để tang hiệu quả thẩm mỹ cho mặt đứng công trình
3.1.2 Giải pháp cụ thể về mặt kĩ thuật
Hiện nay, các công trình cao ốc văn phòng tại Tp.HCM phần lớn có giải pháp bao che công trình bằng các vật liệu cách nhiệt hoặc xuyên sáng Với các vật liệu xuyên sáng, công trình cố gắng giảm thiểu bức xạ mặt trời bằng các giải pháp như kính hai lớp, kính phản quang, dán phim cách nhiệt Tuy vậy, việc tích hợp công nghệ BIPV vào công trình không cần đến giải pháp giảm thiểu nhiệt Ngược lại, quang năng là một lợi thế đối với các tòa nhà cao ốc văn phòng vốn có tỉ lệ mảng rỗng lớn trên mặt đứng (Hình 3.4)
Mục tiêu định lượng năng lượng khi sử dụng tấm quang điện tích hợp:
1 Hoàn vốn kinh tế của tổng số hệ thống PV dưới 10 năm
2 Giảm tổng năng lượng xây dựng từ 20-40%
3 Chiếu sáng thụ động từ ánh sáng tự nhiên làm giảm việc sử dụng đèn điện và không khí điều hòa và tạo điều kiện thuận tiện cho con người
3.1.3 Các giải pháp cụ thể về mặt kiến trúc
Việc tích hợp công nghệ hay thay thế các lớp kính của vỏ bao che cao ốc bằng vật liệu mới sẽ mang lại lợi ích về mặt sử dụng năng lượng mặt trời tạo nguồn điện năng Đây là giải pháp tốt trong vấn đề môi trường Tuy nhiên, chúng ta cũng cần xét tới yếu tố thẩm mỹ và tính sinh động của một công trình khi tích hợp công nghệ này làm lớp vỏ bao che Chính sự đa dạng của loại vật liệu mới hay các góc nghiêng của các tấm BIPV sẽ giúp công trình cao ốc trở nên sinh động và có tác dụng hình thành hiệu ứng thẩm mỹ, tạo hình ảnh đô thị
Phân tích định tính cho lớp vỏ bao che công trình Đánh giá định tính sẽ được đo lường dựa trên sự sáng tạo, thiết kế và biểu hiện kiến trúc Khi các kiến trúc sư có kinh nghiệm riêng, có những thiết kế chủ quan và sự giải thích hợp lí trong suốt quá trình thiết kế, họ sẽ đề ra được các giải pháp tối ưu cho lớp vỏ bao che công trình
Công nghệ BIPV có thể được thiết kế và lắp đặt trong các tòa nhà mới, cũng như thay thế lớp vỏ bao che có sẵn Hiện nay, trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời và xây dựng, BIPV được coi là một sản phẩm kiến trúc và được thiết kế dành cho các dự án xây dựng mới Điều này là do sản phẩm của BIPV chỉ có khả năng áp dụng ở những công trình cao cấp và có chi phí cao Ngành công nghiệp kiến trúc thực chất đã thừa nhận và chấp nhận giải pháp công nghệ BIPV, nhưng việc tiến hành thực hiện một cách có hệ thống hoặc phương thức chìa khóa trao tay tại Việt Nam là chưa có Tuy nhiên, điều kiện hiện nay và những nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tiềm năng phát triển của BIPV nằm trong việc nhà sản xuất hoặc người thiết kế có thể đưa ra các tính năng về “khả năng thích ứng” kiến trúc hoặc “khả năng tương tác giữa các bộ phận hoặc thiết bị của các hệ thống khác nhau” Sự tích hợp giữa công nghệ BIPV và công trình cao tầng làm tăng tính hiệu quả và khả năng thích ứng Tính năng hoán chuyển này trong BIPV tạo ra một quan niệm thẩm mỹ xây dựng mới và khả năng sử dụng năng lượng thông qua công nghệ năng lượng tái tạo Thẩm mỹ của lớp vỏ bao che kiến trúc được tạo nên một phần nhờ công nghệ và hiệu quả sử dụng năng lượng tái tạo Hệ thống công nghệ bền vững được kết hợp với các thành phần xây dựng truyền thống: mái, tường, các thiết bị che bóng, cửa sổ trần, kính Từ đó, cho phép BIPV phát điện và vận hành một cách liền mạch trong cấu trúc vỏ bao che
Tăng hiệu suất nhiệt nội thất và ánh sáng ban ngày, mang lại hiệu quả tích cực, sự tiện nghi cho người sử dụng, từ đó tăng năng suất làm việc, có thể là mục tiêu phụ của BIPV Phương pháp thiết kế của BIPV cung cấp ít vật liệu xây dựng hơn so với phương pháp truyền thống, đồng thời sử dụng với các lợi ích kèm theo như sử dụng năng lượng tái tạo, kiểm soát năng lượng mặt trời, giảm thiểu độ chói, bảo vệ người sử dụng bên trong khỏi các yếu tố thời tiết và bóng mờ thụ động BIPV thay thế cho các vật liệu xây dựng thông thường, làm giảm chi phí vật liệu xây dựng, giảm thiểu thời gian xây dựng, và giảm lãng phí năng lượng BIPV phục vụ nhiều vai trò (bao gồm các vật liệu che nắng, thiết bị che bóng) và do đó không phải là phần tử riêng biệt, mà là bộ phận cấu thành công trình (Hình 3.4a, hình
3.1.4 Các đánh giá hiệu quả về mặt kinh tế
Cùng bản chất với nhiều sản phẩm năng lượng mặt trời khác, giá thành thị trường của hệ thống BIPV là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nhu cầu về hệ thống và mức độ triển khai áp dụng Ví dụ ở thị trường nước ngoài như Hoa Kỳ, hệ thống BIPV trên mái nhà đã được bán ở mức giá thị trường cao hơn so với hệ thống
PV chung BIPV trên các ngôi nhà mới được bán với giá cao hơn khoảng 8% so với
PV tương đồng, thống kê từ năm 2007 đến 2010, [29] và chênh lệch giá tăng lên theo thời gian Thống kê này phù hợp với các sản phẩm đủ điều kiện cho ưu đãi
“tích hợp đầy đủ” BIPV cao nhất của Pháp, cũng như một mô tả về BIPV của Ủy Ban Tiện Ích Công Cộng California – Hoa Kỳ Các loại hệ thống (PV và BIPV) được xác định bằng danh sách Mô-đun đủ điều kiện, có thể liệt kê một số sản phẩm
PV bán tích hợp dưới dạng BIPV (Hình 3.4a)
- Ít tích hợp (PV tách rời gắn trên giá)
- Tích hợp hơn (Đóng PV gắn trên giá đỡ mái nhà)
- Tích hợp đầy đủ (BIPV gắn trực tiếp, đa chức năng)
Giá hệ thống BIPV cao hơn PV có thể do vấn đề nguyên liệu cung ứng cho việc sản xuất sản phẩm và dịch vụ thương mại, hoặc sức mua của người tiêu dùng Ưu đãi của chính sách nhà nước về tiết kiệm năng lượng cũng có thể ảnh hưởng đến giá sự chênh lệch giữa PV và BIPV
BIPV có tiềm năng tăng lắp đặt phù hợp trên các tòa nhà hơn các tấm PV truyền thống, đó là diện đứng và diện cong Một nghiên cứu về cung cấp tấm PV cong cho thấy rằng các mái nhà ở Hoa Kỳ có thể lưu trữ khoảng 660 GW công suất, giả sử việc lắp đặt PV có hiệu suất chuyển đổi 13,5% [28] Việc đánh giá các khu vực trên mái nhà phù hợp với PV mới này bao gồm đánh giá sự che chắn, vật cản và thiết kế kiến trúc không thể chứa mô-đun truyền thống Có thể cho rằng, công nghệ BIPV có thể làm gia tăng các khu vực lắp phù hợp với PV trên các tòa nhà nếu sản phẩm nhẹ hoặc được thiết kế cho các tính năng xây dựng cụ thể Cơ quan
Năng lượng Quốc tế (IEA) ước tính rằng việc kết hợp BIPV lên mặt tiền tòa nhà có thể làm tăng các bề mặt phù hợp với PV lên khoảng 35% (IEA 2002)
Tuy nhiên, việc ước tính này là không chắc chắn, bao gồm cách thức xác định khoảng cách phù hợp với PV và khả năng phát ra điện năng thấp hơn của các thiết bị PV trên bề mặt xây dựng thẳng đứng làm giảm khả năng kinh tế của các dự án Những ước tính này được tạo ra từ cơ sở dữ liệu của việc phân tích khoảng 3.000 hệ thống PV và BIPV trên mái nhà ở Trong số 660 GW, nghiên cứu này ước tính khoảng 350 GW có thể được lắp đặt trên các mái nhà ở và 310 GW trên mái nhà xây dựng thương mại
3.1.5 Các giải pháp chung cho việc sử dụng công nghệ BIPV trong các cao ốc văn phòng tại tp.HCM
Lợi thế thẩm mỹ của BIPV so với PV truyền thống có thể làm tăng sự hấp dẫn đối với chủ đầu tư và cung cấp cơ hội tăng trưởng cho công nghệ BIPV, đồng thời, người thiết kế cần xem xét thêm về các yếu tố thị trường BIPV, chẳng hạn như sự quan tâm và hỗ trợ của chính sách nhà nước
Giảm chi phí lắp đặt
• Chi phí phi mô-đun thấp hơn - loại bỏ phần cứng và việc sử dụng nhiều lao động lợp mái truyền thống và thay đổi phương pháp lắp đặt
• Chi phí bù đắp cho việc thay thế vật liệu xây dựng truyền thống
• Giảm chi phí chuỗi cung ứng - tận dụng nhiều kênh được thiết lập hơn tới thị trường sử dụng
• Người tiêu dùng sẵn sàng trả chi phí cho việc thiết kế thẩm mĩ của lớp vỏ bao che công trình
• Tạo nên sự hấp dẫn cho thiết kế sản phẩm năng lượng mặt trời trong khu dân cư
Tiềm năng kỹ thuật cao hơn
• Tăng không gian phù hợp với PV trên các tòa nhà
Ngành công nghiệp năng lượng mặt trời
• Tiềm năng tăng trưởng cao
• Sự khác biệt về công nghệ có thể giúp các nhà cung cấp phân biệt bản thân họ
• Giảm chi phí có thể và các kênh mới ra thị trường
Hỗ trợ của chính phủ
• Duy trì các thiết kế lịch sử và văn hóa
• Cần có ưu đãi cụ thể BIPV tại một số thể loại công trình.
Nghiên cứu điển hình công trình cao ốc văn phòng ở TPHCM
3.2.1 Giới thiệu công trình Tháp tài chính Bitexco
Công trình Tháp tài chính Bitexco (68 tầng) đang được xây dựng mới trên lô đất trung tâm Quận 1, TPHCM ở đường Ngô Đức Kế, được bao che hoàn toàn bằng hệ thống tường treo kính nhằm tạo ra hình khối búp sen nổi bật trên nền trời khu trung tâm đô thị TPHCM (Xem minh họa từ hình 3.5.a đến hình 3.5.d)
3.2.2 Phát triển thiết kế BIPV tích hợp trên vỏ bao che công trình Bitexco
Trong việc thiết kế hệ thống BIPV tích hợp với công trình, sản phẩm thiết kế cuối cùng phải được kiểm tra chiếu sáng tự nhiên, kết hợp nghiên cứu hướng chiếu sáng mặt trời của các vùng mặt đứng bằng kính hấp thụ bức xạ mặt trời Mục đích việc này là để xác định ngưỡng hiệu quả nhất và khả năng sử dụng năng lượng mặt trời, song song với mục đích tạo ra một công trình thẩm mỹ
Trong việc xử lí số liệu để xác định điều kiện ánh sáng thụ động của BIPV tích hợp trên mặt đứng với góc nghiêng mặc định 20 độ, yếu tố ánh sáng ban ngày (DF) được sử dụng để tính toán ảnh hưởng của ánh sáng nội thất so với các trường hợp sử dụng BIPV vào công trình và giảm ánh sáng của nó đến không gian nội thất
Sử dụng những mô phỏng này liên quan đến mô hình phân tích, nhưng trên một mức độ chiếu sáng không phải là mức độ bảo tồn năng lượng Điều này được đề cập trong tài liệu “ Cơ khí và Thiết bị điện ở Tòa nhà”
[25] Có nghĩa là DF được áp dụng cho bất kỳ mặt tiền tòa nhà nào và khẩu độ của nó, bất kể hình dạng như tỷ lệ của nó tương ứng với những thay đổi tương đối trong cả chiếu sáng nội thất và ngoại thất Để tính toán DF một cách sơ bộ, chúng ta sử dụng công thức sau:
DF = (Độ chiếu sáng trong nhà từ ánh sáng ban ngày ÷ Độ sáng ngoài trời) x 100%
Yếu tố ánh sáng ban ngày, trong giai đoạn sơ đồ, cung cấp dữ liệu hữu ích, trực quan mô phỏng và thông tin về ánh sáng trực tiếp, môi trường xung quanh và khuếch tán bước vào bên trong bị ảnh hưởng bởi dạng mặt đúng và mái che bằng hệ thống BIPV Chúng ta có thể thấy việc bổ sung các thiết bị đổ bóng BIPV giảm chiếu sáng nội thất hiệu quả nhưng với đủ ánh sáng xung quanh để thực hiện các hoạt động hằng ngày Khi tính toán việc lắp đặt BIPV cho toàn công trình, nó giảm tổng DF 35% Đây là một tỉ lệ tương đối của một vật liệu xây dựng che nắng cho công trình
3.2.3 Lựa chọn module PV và tính thẩm mỹ kiến trúc Để thiết kế một hệ thống BIPV được vận hành tốt, các bộ phận cấu thành phải kết hợp hiệu quả vào hệ thống mái che BIPV Trước hết là các mô-đun PV và lựa chọn PV (mục 2.4) Việc chọn lựa thích hợp sẽ mang lại hiệu quả về mặt thẩm mỹ và hiệu quả năng lượng cao nhất
Trong quá trình so sánh ba mô-đun PV (hình 3.6), học viên đề ra một số yếu tố cốt lõi xác định phù hợp nhất cho việc ứng dụng công nghệ vào cao ốc Đầu tiên, mô-đun PV tốt nhất phải đảm bảo khái niệm thay thế lớp vỏ bao che và khả năng tương tác với công trình Thứ hai, tiềm năng công suất kW và chi phí của loại PV; Thứ ba, là khả năng ứng dụng hữu hình
Về mặt thẩm mỹ, Sunfilm 490 là hấp dẫn nhất vì nó có công suất cao nhất, vật liệu màng mỏng, cấu tạo không khung và công nghệ cao, có khả năng tốt nhất để thay thế vật liệu bên ngoài công trình Tuy nhiên, dữ liệu hiệu suất và chi phí cần thiết để so sánh thông tin cho triển khai thiết kế không có sẵn trên thị trường
Với STION STL-150, vật liệu của nó dựa trên công nghệ CIGS, được sản xuất tại Hoa Kỳ, là mô-đun ít tốn kém nhất với hệ số trọng số thấp nhất trong số ba mô-đun và không có khung Tuy nhiên, nó có đầu ra công suất thấp nhất và n giống như màn hình TV hơn là loại kính mỏng phim PV mô-đun, đó không phải là một loại thiết bị mang tính thẩm mỹ cao
Lumos LSX 260 đại diện cho công nghệ được điều chỉnh tốt nhất cho sử dụng tương thích, cả về phần cứng (thiết bị che) và phần mềm (truyền tải điện) Nó có các đầu nối nguồn DC đơn giản cho phép dễ dàng kết nối, giống như USB, với tùy chọn gắn một bộ biến tần nhỏ ở mặt sau của bảng điều khiển Vì có khoảng trống giữa các tấm pin quang điện, ánh sáng sẽ được truyền vào bên trong công trình với hệ số truyền ánh sáng 10%
Mặt khác, giá thành của tấm PV Lumos LSX 260 là tương đối phù hợp trong ba loại trên Với mỗi module, tương đương diện tích 1,6 m2, suất đầu tư là
381 USD Vì vậy, Lumos LSX 260 là sự lựa chọn tối ưu cho thiết bị BIPV vì nó là module cung cấp nhiều thông số kỹ thuật nhất, được đánh giá cao và có tính thương mại trên thế giới Ngoài ra, module PV này không có khung và vẻ ngoài thẩm mỹ tương tự kính hai lớp là yếu tố góp phần làm lựa chọn hàng đầu về thay thế vật liệu xây dựng bằng PV tích hợp vật liệu (Hình 3.7)
3.2.4 Hệ thống BIPV đề xuất cho Bitexco
Các thành phần sẽ được sử dụng để tạo điều kiện cho công nghệ chính, mô- đun PV, sẽ bao gồm toàn bộ cấu trúc của hệ thống BIPV Khi cố gắng giảm số lượng thành phần liên quan đến cấu trúc, có sáu thành phần cơ bản được chọn (Hình 3.8) Điều này đã được thực hiện một cách dễ dàng và tăng hiệu quả lắp đặt, giảm chi phí nhân công và chi phí của các bộ phận Cùng tất cả những các thành phần được sử dụng cho toàn bộ đơn vị lắp ráp để hoàn thành một mái che BIPV hệ thống Các bộ phận phần cứng của hệ thống cấu trúc BIPV: Đường ống nhôm, nút chờ, bu - lông, vòng đệm, vùng đệm tổng hợp, neo mở rộng Mặt tường và đầu nối ren đều là nhôm và một phần của đường ống nhôm, tính như một bộ phận, hỗ trợ các mô-đun PV và được hàn với nhau tại nhà máy chế tạo trước khi lắp đặt Các thành phần phần cứng của hệ thống mái hiên BIPV được lắp đặt theo ba trình tự:
1 Lựa chon các thành phần cho toàn bộ tổ hợp
2 Lắp ráp toàn bộ 5 chi tiết: đường ống nhôm, nút chờ, bu long, vòng đệm, vùng đệm tổng hợp, sau đó gắn chặt vào tường với neo mở rộng và các kết nối điện tử sẵn sàng từ bên trong đến bên ngoài của vỏ bao che xây dựng
3 Lắp đặt các mô-đun PV vào phần cứng khung nhôm (Hình 3.9), sau đó kết nối đường dây điện 1 chiều từ bên ngoài đến hệ thống điện bên trong; hoặc trực tiếp đến các ổ cắm hoặc đường điện trung tâm của công trình [29]