giải pháp thiết kế tích hợp vỏ bao che nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng cho văn phòng cao tầng tại khu vực duyên hải nam trung bộ việt nam

Do vậy, công trình kiến trúc cần được thiết kế và áp dụng các giải pháp thụ động nhằm khai thác và tận dụng tối đa các yếu tố và năng lượng tự nhiên, đồng thời giảm thiểu tác động bất lợ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

VIỆN KIẾN TRÚC QUỐC GIA

GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TÍCH HỢP VỎ BAO CHE NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VĂN PHÒNG CAO TẦNG TẠI KHU VỰC DUYÊN HẢI

NAM TRUNG BỘ VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà Nội – 2024

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

VIỆN KIẾN TRÚC QUỐC GIA

GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TÍCH HỢP VỎ BAO CHE NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VĂN PHÒNG CAO TẦNG TẠI KHU VỰC DUYÊN HẢI

NAM TRUNG BỘ VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kiến trúc Mã số: 9.58.01.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

Hà Nội - 2024

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ Giải pháp thiết kế tích hợp vỏ bao che

nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng cho văn phòng cao tầng tại khu vực duyên hải Nam Trung Bộ Việt Nam là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng

tôi Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác

Hà Nội, ngày … tháng… năm 20…

Nghiên cứu sinh

LỜI CẢM ƠN

Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Kiến trúc Quốc gia Trong quá trình học tập và thực hiện luận án, tôi nhận được rất nhiều sự quan tâm, tạo điều kiện và hỗ trợ của quý thầy cô Lãnh đạo Viện, phòng Đào tạo và Hợp tác quốc tế Tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến những người Thầy đã định hướng khoa học và tận tình và hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, các nhà khoa học, các chuyên gia hàng đầu đã góp ý, hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện luận án và cho phép tôi được trích dẫn, sử dụng các kết quả nghiên cứu để từ đó tôi có cơ sở phát triển và hoàn thiện đề tài

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới đơn vị công tác, gia đình, người thân, đồng nghiệp, bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên, khích lệ cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án này

Tác giả luận án

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 6

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 8

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ LỚP VỎ BAO CHE HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VĂN PHÒNG CAO TẦNG 11

1.1 Ý nghĩa và tầm quan trọng của công trình hiệu quả năng lượng 11

1.1.1 Thực trạng tiêu thụ năng lượng trên thế giới và Việt Nam 11

1.1.2 Thực trạng thiết kế và xây dựng công trình hiệu quả về năng lượng 12

1.1.3 Đánh giá hiệu quả năng lượng của công trình xây dựng 13

1.2 Tình hình thiết kế và xây dựng công trình hiệu quả năng lượng trên thế giới và Việt Nam 15

1.2.1 Tình hình thế giới 15

1.2.2 Tình hình một số nước trong khu vực 18

1.2.3 Tình hình phát triển công trình hiệu quả năng lượng ở Việt Nam 23

1.3 Tình hình thiết kế và xây dựng văn phòng cao tầng hiệu quả năng lượng tại khu vực trung bộ (Lấy Đà Nẵng là nghiên cứu điển hình) 26

1.3.1 Tổng quan tình hình xây dựng văn phòng cao tầng 26

1.3.2 Đánh giá về công trình hiệu quả năng lượng tại Việt Nam và khu vực duyên hải Nam Trung Bộ 28

1.4 Tổng quan về giải pháp thiết kế vỏ bao che công trình phù hợp với điều kiện khí hậu và hiệu quả năng lượng trên thế giới và Việt Nam 31

1.4.1 Các dạng vỏ bao che hiệu quả năng lượng trên thế giới 31

1.4.2 Tổng quan về giải pháp thiết kế vỏ bao che công trình phù hợp với điều kiện khí hậu và hiệu quả năng lượng ở Việt Nam 33

1.5 Tình hình nghiên cứu các đề tài liên quan 38

1.5.1 Các đề tài nghiên cứu trong nước 39

1.5.2 Các đề tài hợp tác nghiên cứu 40

1.5.3 Các luận án tiến sỹ 41

1.6 Vấn đề nghiên cứu đặt ra đối với đề tài 43

Chương 2 CÁC CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ THIẾT KẾ LỚP VỎ BAO CHE

HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VĂN PHÒNG CAO TẦNG 44

2.1 Cơ sở lý thuyết 44

2.1.1 Lý thuyết về công trình văn phòng cao tầng 44

2.1.2 Lý thuyết về lớp vỏ bao che công trình kiến trúc 45

2.1.3 Cơ sở đánh giá hiệu quả năng lượng của văn phòng cao tầng 56

2.1.4 Nâng cao hiệu quả năng lượng trong thiết kế kiến trúc 57

2.2 Cơ sở thực tiễn 58

2.2.1 Thực trạng thiết kế vỏ bao che của các công trình cao tầng ở nước ta hiện nay 58 2.2.2 Những kết quả khảo sát, đánh giá ở những công trình thực tế 66

2.2.3 Tính chất, số liệu đặc trưng của các loại vật liệu 75

2.2.4 Tính chất, số liệu đặc trưng của các nguồn sáng 76

2.2.5 Tính chất, số liệu, công nghệ đặc trưng của các hệ thống ĐHKK 79

2.3 Cơ sở khí hậu vùng duyên hải Nam Trung Bộ 79

2.4 Cơ sở pháp lý 84

2.4.1 Các Công ước quốc tế về phát triển bền vững 84

2.4.2 Chương trình mục tiêu quốc gia về tiết kiệm năng lượng 85

2.4.3 Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia 09/2017 về các công trình sử dụng năng lượng hiệu quả 85

2.4.4 Tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng liên quan đến công trình cao tầng 86

2.4.5 Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả 87

3.1 Đề xuất các nguyên tắc và quy trình thiết kế tích hợp vỏ bao che nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng cho văn phòng cao tầng 92

3.1.1 Nguyên tắc chung 92

3.1.2 Nguyên tắc tích hợp các yếu tố nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng tòa nhà 103

3.1.3 Quy trình thiết kế tích hợp vỏ bao che nhằm nâng cao hiệu quả năng

lượng 104

3.2 Giải pháp thiết kế tích hợp lớp vỏ bao che công trình văn phòng cao tầng 105

3.2.1 Giải pháp tổ chức thông gió tự nhiên đảm bảo hiệu quả năng lượng 105

3.2.2 Giải pháp chiếu sáng tự nhiên đảm bảo hiệu quả năng lượng 107

3.2.3 Giải pháp về điều hòa không khí đảm bảo hiệu quả năng lượng 116

3.2.4 Tích hợp tác động đồng thời của 3 yếu tố thông gió tự nhiên – chiếu sáng tự nhiên – điều hòa không khí 121

3.3 Công cụ đánh giá hiệu quả năng lượng lớp vỏ bao che thông qua tích hợp 3 yếu tố 122

3.3.1 Cơ sở đề xuất công cụ đánh giá hiệu quả năng lượng lớp vỏ bao che thông qua tích hợp 3 yếu tố 122

3.3.2 Quy trình của công cụ đánh giá lớp vỏ bao che thông qua tích hợp 3 yếu tố 131

3.3.3 Điều kiện áp dụng 132

3.3.4 Công cụ đánh giá hiệu quả năng lượng trên cơ sở tích hợp ba yếu tố 135

3.4 Áp dụng thí điểm trên một số công trình 140

3.4.1 Cơ sở lựa chọn các công trình thí điểm 140

3.4.2 Tòa nhà văn phòng DTU (Kiểu nhà A) 140

3.4.3 Tòa nhà Trung tâm hành chính thành phố Đà Nẵng (Kiểu nhà B) 142

3.4.4 Tòa nhà Phi Long Technology (Kiểu nhà D) 143

3.5 Bàn luận kết quả nghiên cứu 145

3.5.1 Định hướng giải pháp thiết kế hiệu quả năng lượng cho công trình trên cơ sở tích hợp tác động của 3 yếu tố 145

3.5.2 Đưa ra công cụ đánh giá nhanh hiệu quả năng lượng công trình 145

3.5.3 Mở rộng đối với các vùng khí hậu khác tại Việt Nam 145

3.5.4 Một cách tiếp cận với kiến trúc xanh thông qua tiêu chí hiệu quả năng lượng 146

3.5.5 Hướng tới kiến trúc bền vững ở Việt Nam 146

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 146 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ASHARE American Society of Heating Refrigeration and Airconditioning Engineers (Hiệp hội về Phát triển Kỹ thuật các Hệ thống sưởi ấm, làm lạnh, thông gió, điều hòa không khí Hoa Kỳ)

ASEAN Association of South East Asian Nations (Hiệp hội các Quốc gia Đông Nam Á)

BĐSKHXDVN Biểu đồ sinh khí hậu xây dựng Việt Nam

OTTV Overall Thermal Transfer Value (Chỉ số truyền nhiệt tổng) PCCC Phòng cháy chữa cháy

PGS.TS Phó Giáo sư - Tiến sỹ

QCXDVN Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam SC Shading Coefficient (Hệ số che nắng)

SHGC Solar Heat Gain Coefficient (Hệ số hấp thu nhiệt mặt trời của kính)

TCCP Tiêu chuẩn cho phép

TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Sử dụng điện trong công trình xây dựng 11

Bảng 1.2 Một số giải pháp được ứng dụng trong công trình 20

Bảng 2.4 Thông tin một số công trình văn phòng cao tầng tiêu biểu tại 35

TP Đà Nẵng 35

Bảng 2.1 Định mức tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà 57

Bảng 2.2 Thực trạng vai trò của lớp vỏ bao che hiện nay 60

Bảng 2.3 Thống kê số lượng nhà cao tầng ở các đô thị Việt Nam (tính đến 2021) 61 Bảng 2.5 Các thông số VKH và thiết bị đo lường 67

Bảng 2.6 Tóm tắt kết quả đo lường VKH mùa nóng bốn công trình văn phòng ở 67

Đà Nẵng 67

Bảng 2.7 Kết quả đo lường chiếu sáng ở Đà Nẵng 70

Bảng 2.8 Tóm tắt kết quả đo lường khảo sát môi trường chiếu sáng trong văn phòng làm việc ở Đà Nẵng 71

Bảng 2.9 Kết quả đánh giá định tính hệ thống ĐHKK 73

Bảng 2.10 Hiệu suất sáng của ánh sáng phụ thuộc bước sóng 78

Bảng 2.11 Kết quả phân tích SKH Đà Nẵng 81

Bảng 3.1 Ảnh hưởng của kết cấu che nắng và năng lượng tiêu thụ để làm mát 100

Bảng 3.2 Tiềm năng giảm phụ tải lạnh cùng giải pháp che nắng với hệ thống điều hòa không khí 100

Bảng 3.3 Tiềm năng giảm thiểu dùng năng lượng cho chiếu sáng nhân tạo 101

Bảng 3.4 Bảng thông tin mô hình mô phỏng cơ sở 124

Bảng 3.5 Bảng thông tin mô hình bổ sung các giải pháp nhằm nâng cao HQNL 126 Bảng 3.6 Bảng kết quả mô phỏng hiệu quả năng lượng đạt được 127

Bảng 3.7 Bảng đánh giá điều kiện cần thiết áp dụng bộ công cụ 133

Bảng 3.8 Bảng đánh giá điều kiện xem xét khi áp dụng bộ công cụ 134

Bảng 3.9 Bảng đánh giá điểm tích hợp 3 yếu tố tác động đồng thời lên lớp vỏ bao che 136 Bảng 3.10 Bảng đánh giá điểm tích hợp 3 yếu tố 137

Bảng 3.11 Bảng đánh giá mức hiệu quả năng lượng lớp vỏ công trình 138

Bảng 3.12 Định hướng giải pháp thiết kế/cải tạo lớp vỏ bao che nhằm nâng cao HQNL văn phòng cao tầng 138

Bảng 3.13 Đánh giá điều kiện cần thiết tòa nhà DTU 18

Bảng 3.14 Đánh giá điều kiện xem xét tòa nhà DTU 19

Bảng 3.15 Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà văn phòng DTU 20

Bảng 3.16 Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà văn phòng DTU (sau khi định hướng giải pháp cải tạo) 21

Bảng 3.17 Đánh giá điều kiện cần thiết tòa nhà Trung tâm hành chính TP Đà Nẵng 24 Bảng 3.18 Đánh giá điều kiện xem xét tòa nhà Trung tâm hành chính TP Đà Nẵng 25

Bảng 3.19 Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà Trung tâm hành chính TP Đà Nẵng 26

Bảng 3.20 Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà Trung tâm hành chính TP Đà Nẵng (sau khi định hướng giải pháp cải tạo) 28

Bảng 3.21 Đánh giá điều kiện cần thiết tòa nhà Phi Long Technology 30

Bảng 3.22 Đánh giá điều kiện xem xét tòa nhà Phi Long Technology 30

Bảng 3.23 Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà văn phòng Phi Long Technology 32

Bảng 3.24 Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà Phi Long Technology (sau khi định hướng giải pháp cải tạo) 33

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 Sự khác nhau về mức tiêu thụ năng lượng đối với thiết kế vỏ bao che

thông thường và thụ động 2

Hình 3 Tỷ lệ các dạng năng lượng và nhu cầu tiêu thụ tại Việt Nam 6

Hình 4 Tiêu thụ năng lượng trung bình của Seattle (Mỹ) 2013 theo loại công trình 9 Hình 1.1 Hệ thống tiêu chí đánh giá công trình xanh LEED (Mỹ) 17

Hình 1.2 Bullit Center – Tòa văn phòng “xanh” nhất thế giới 17

Hình 1.3 Thư viện quốc gia Singapore 18

Hình 1.4 Tòa tháp Taipei 101 – công trình xanh tiêu biểu của Đài Loan 20

Hình 1.5 Tòa tháp Mesiniaga – Malaysia 22

Hình 1.6 Tòa tháp Mesiniaga – Malaysia (mặt cắt) 23

Hình 1.7 Tòa nhà FPT Complex Đà Nẵng đạt chứng nhận EDGE của IFC 25

Hình 1.8 Phi Long Plaza – Văn phòng cao tầng hiếm hoi có quan tâm đến giải pháp vỏ bao che theo giải pháp xanh 30

Hình 1.9 Sơ đồ thể hiện tương quan giữa bên trong và bên ngoài công trình thông qua vỏ nhà 34

Hình 1.10 Vỏ nhà trong kiến trúc truyền thống Việt Nam 35

Hình 2.1 Lớp vỏ công trình tiết kiệm năng lượng hiệu quả nhờ thiết kế kết cấu che nắng 48

Hình 2.2 Mô hình thể hiện sự ảnh hưởng, tác động qua lại giữ các yếu tố trong công trình kiến trúc 58

Hình 2.3 Chức năng cần có của lớp vỏ bao che công trình 59

Hình 2.4 Thực tế chức năng kiểm soát của lớp vỏ bao che hiện nay 60

Hình 2.5 Mặt bằng tổ chức không gian tầng điển hình và ảnh chụp bên ngoài của Trung tâm hành chính Đà Nẵng 63

Hình 2.6 Những ví dụ tiêu biểu cho các công trình cao tầng hiện đại ở Việt Nam sử dụng kính với tỷ lệ rất lớn trên mặt đứng (Lotte Hà Nội, VP Bank Hà Nội, TTHC Đà Nẵng và SHB Đà Nẵng) 64

Hình 2.7 Phổ ánh sáng mặt trời ngoài khí quyển (1), trên mặt nước biển khi mặt trời ở thiên đỉnh (3) và bức xạ của vật đen ở 5900°K (2) 78

Hình 2.8 Phân tích sinh khí hậu Đà Nẵng trên BĐSKHXDVN của PGS.TS Phạm Đức Nguyên 81

Hình 2.9 Phân tích sinh khí hậu các địa phương theo mô hình của PGS.TS Nguyễn Anh Tuấn 82 Hình 2.10 Phân tích sinh khí hậu các địa phương theo phần mềm Climate Consultant 83 Hình 3.1 Tỷ số S/V là một tiêu chí đánh giá hiệu quả về nhiệt cũng như năng lượng của công trình 94 Hình 3.2 So sánh chỉ số tiêu hao năng lượng giữa các loại hình khối nhà cao tầng 95

Hình 3.3 Cấu tạo tường kiểu nhà của Pháp và cửa sổ “trong kính ngoài chớp” 97 Hình 3.4 Nguyên lý hoạt động của cửa sổ “trong kính ngoài chớp” 98 Hình 3.5 Ví dụ tiêu biểu về việc sử dụng năng lượng mặt trời áp mái cho văn phòng 99 (Bullitt Center – Mỹ) 99 Hình 3.6 Mô hình minh họa giải pháp nâng cao hiệu quả năng lượng thông qua tích hợp của đề tài 103 Hình 3.7 Sơ đồ minh họa giải pháp tích hợp 3 yếu tố tác động lên lớp vỏ bao che của đề tài 104 Hình 3.8 Sơ đồ quy trình kế tích hợp vỏ bao che nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng cho công trình 105 Hình 3.9 Hướng nắng, hướng gió, hướng lấy sáng tự nhiên và hướng năng lượng ở Đà Nẵng 109 Hình 3.10 Điều chỉnh hướng công trình để đạt hiệu quả năng lượng cao hơn 110 Hình 3.11 Phân khu chức năng hợp lý là giải pháp chủ động tiết kiệm năng lượng trong công trình 111 Hình 3.12 Một số dạng kết cấu che nắng cho tòa nhà văn phòng 112 Hình 3.13 Sử dụng chiếu sáng tự nhiên là giải pháp ưu tiên hàng đầu của văn phòng 113 Hình 3.14 Sử dụng vách ngăn bằng kính sẽ giúp ánh sáng tự nhiên đi sâu hơn vào bên trong công trình 114 Hình 3.15 Giải pháp tổ chức không gian chiếu sáng hiệu quả 115 Hình 3.16 Giải pháp thiết kế vỏ bao che hiệu quả năng lượng[49] 117 Hình 3.17 Giải pháp che nắng đề xuất cho các hướng khác nhau ở Đà Nẵng (a), Quy Nhơn (b) và Nha Trang (c) 118 Hình 3.18 Rèm che nắng trong văn phòng trung tâm hành chính Đà Nẵng 119

Hình 3.19 Sơ đồ tích hợp 3 yếu tố: TGTN-CSTN-ĐHKK 121

Hình 3.20 Sơ đồ mối quan hệ tác động qua lại giữa 2 yếu tố 122

Hình 3.21 Sơ đồ mối quan hệ tác động qua lại giữa 3 yếu tố 122

Hình 3.22 Sơ đồ các bước mô phỏng mức hiệu quả năng lượng 123

Hình 3.23 Mô hình các công trình sử dụng để mô phỏng 123

Hình 3.24 Sơ đồ quy trình công cụ đánh giá HQNL lớp vỏ bao che thông qua tích hợp 3 yếu tố 132

Hình 3.25 Tòa nhà văn phòng, trường ĐH Duy Tân 141

Hình 3.26 Tòa nhà Trung tâm hành chính thành phố Đà Nẵng 142

Hình 3.27 Tòa nhà Trung tâm hành chính thành phố Đà Nẵng 144

GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN

• Văn phòng là nơi làm việc hay khu vực làm việc của các doanh nghiệp, công ty

hoặc đơn vị tổ chức Thời gian vận hành chủ yếu là vào ban ngày, trong giờ hành

chính (từ 7h00-17h00 theo giờ Việt Nam)

• Văn phòng cao tầng là văn phòng có chiều cao từ 9 đến 40 tầng

• Hiệu quả năng lượng là việc dùng ít năng lượng hơn để thực hiện cùng một chức năng, trong khi vẫn thoả mãn các điều kiện về tiện nghi

• Lớp vỏ bao che hay còn gọi là kết cấu bao che, bao gồm cửa đi, cửa sổ, tường, mái,

cửa mái, trong suốt hoặc không trong suốt, tạo thành các không gian khép kín bên

trong công trình

• Thiết kế tích hợp lớp vỏ bao che là phương pháp thiết kế áp dụng đồng thời nhiều

giải pháp cùng lúc cho lớp vỏ bao che của công trình

• Tiện nghi nhiệt: là điều kiện của cảm giác thể hiện sự thỏa mãn với môi trường nhiệt và được quyết định bởi đánh giá chủ quan của con người

• Che nắng: chỉ che nắng, che trực xạ mặt trời, không che tán xạ bầu trời, vì tán xạ

cung cấp ánh sáng tự nhiên

• Sinh khí hậu: xem xét điều kiện khí hậu của địa điểm, trong mối quan hệ tác động

tới con người

• Công trình xanh: Công trình xanh là công trình xây dựng mà thực tế đã đạt được

hiệu quả lớn nhất trong lựa chọn địa điểm xây dựng công trình, sử dụng tài nguyên - năng lượng, nước, và vật liệu, trong khi tác động của công trình đến sức khỏe của con người và môi trường xung quanh là nhỏ nhất trong suốt toàn bộ vòng đời của công trình, từ chọn địa điểm, thiết kế, thi công xây dựng đến vận hành, sửa chữa và tái sử dụng công trình

• Khu vực duyên hải Nam Trung Bộ là vùng địa phương ven biển của phía nam

thuộc Trung Bộ Việt Nam, kéo dài từ Đà Nẵng tới Bình Thuận, với thành phố trọng điểm và lớn nhất là thành phố Đà Nẵng

• Kiến trúc thụ động (Passive architecture): Giải pháp thiết kế nhằm đạt tới sự tiện

nghi, tiết kiệm năng lượng một cách tự nhiên

• Kiến trúc chủ động (Active architecture): Thiết kế nhằm đạt tới sự tiện nghi bằng

các giải pháp nhân tạo, ít phụ thuộc vào môi trường bên ngoài

• Kiến trúc tích hợp (Integrated architecture): Là thiết kế kiến trúc tích hợp nhiều

giải pháp khác nhau (vốn dĩ được coi là độc lập) nhằm đem lại hiệu quả cao nhất

Hình 1 Sơ đồ cấu trúc chi tiết của luận án

Trong thời gian qua, Đảng, Nhà nước, Chính phủ Việt Nam đã có nhiều chủ trương, chính sách thúc đẩy sử dụng năng lượng, tài nguyên tiết kiệm, hiệu quả, bảo vệ môi trường, giảm phát thải khí nhà kính trong các hoạt động kinh tế xã hội, trong đó có lĩnh vực xây dựng; đáng chú ý là Nghị quyết số 06-NQ/TW ngày 24/1/2022 của Bộ Chính trị về “Quy hoạch, xây dựng, quản lý và phát triển bền vững đô thị Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045”; Chương trình hành động của Chính phủ thực hiện Nghị quyết 06-NQ/TW; Nghị quyết 29/NQ-TW ngày 17/11/2022 tại Hội nghị lần thứ 6 Ban Chấp hành TW khóa XIII về tiếp tục đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045, trong đó đưa ra định hướng chuyển đổi xanh nền kinh tế [57]

Việc khuyến khích phát triển công trình hiệu quả năng lượng, công trình xanh cũng đã được quy định trong Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Xây dựng năm 2020[58] và Nghị định số 15/2021/NĐ-CP của Chính phủ quy định chi tiết một số nội dung về quản lý dự án đầu tư xây dựng [59] Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Kế hoạch hành động quốc gia về tăng trưởng xanh giai đoạn 2021-2030; Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu giai đoạn đến năm 2050; Đề án về những nhiệm vụ, giải pháp triển khai kết quả COP26 Bộ trưởng Bộ Xây dựng cũng đã ban hành Kế hoạch hành động của ngành Xây dựng ứng phó với biến đổi khí hậu giai đoạn 2022-2030, tầm nhìn đến năm 2050 thực hiện cam kết của Việt Nam tại COP26

Mặt khác, Việt Nam là một quốc gia được thiên nhiên ưu đãi về điều kiện tự nhiên và khí hậu, Việt Nam có nhiều thế mạnh trong thiết kế kiến trúc thích ứng với

khí hậu địa phương nhằm tạo môi trường khí hậu tiện nghi, sử dụng tiết kiệm, hiệu quả năng lượng và đảm bảo cân bằng sinh thái Bên cạnh đó, việc hạn chế những tác động bất lợi của khí hậu đối với kiến trúc là một yêu cầu bắt buộc trong quá trình thiết kế nhằm tăng cường hiệu quả sử dụng năng lượng cho công trình kiến trúc, từ đó góp phần bảo vệ mội trường sinh thái bền vững

Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, trong khoảng từ năm 2050 - 2080 nhiệt độ ở các thành phố lớn tăng khoảng 2,18 – 3,88oC; cùng với đó nhu cầu tiêu thụ năng lượng làm mát của các tòa nhà sẽ tăng từ 4,8% - 100,6% Do vậy, công trình kiến trúc cần được thiết kế và áp dụng các giải pháp thụ động nhằm khai thác và tận dụng tối đa các yếu tố và năng lượng tự nhiên, đồng thời giảm thiểu tác động bất lợi từ khí hậu để đạt hiệu quả năng lượng cao nhất so với thiết kế chủ động (hình 1)

Trong các thành phần của công trình kiến trúc, lớp vỏ bao che là bộ phận quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp nhất đến hiệu quả năng cũng như môi trường tiện nghi bên trong, do đây là bộ phận chịu tác động trực tiếp từ các yếu tố bên ngoài, đồng thời đóng vai trò là bộ lọc khí hậu và tạo môi trường vi khí hậu bên trong Tuy nhiên, việc thiết kế vỏ bao che của công trình, đặc biệt là loại hình văn phòng cho đến nay ở nước ta chưa áp dụng nhiều giải pháp thụ động, vẫn phụ thuộc nhiều vào các giải pháp kỹ thuật trong quá trình vận hành, từ đó tạo gánh nặng rất lớn về năng lượng, đặc biệt là trong mùa nóng[16]

Hình 1 Sự khác nhau về mức tiêu thụ năng lượng đối với thiết kế vỏ bao che thông thường và thụ động

Trong các khu vực khí hậu trên lãnh thổ nước ta, khu vực duyên hải Nam Trung Bộ có điều kiện khí hậu đạt trạng thái tiện nghi trong năm cao nhất Bên cạnh đó, loại hình công trình văn phòng cao tầng ngày càng được xây dựng nhiều tỉ lệ thuận với tốc độ phát triển của nền kinh tế; trong bối cảnh thiết kế vỏ bao che cho dạng công

pháp thiết kế tích hợp cho lớp vỏ bao che nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng cho loại hình công trình văn phòng cao tầng tại khu vực duyên hải Nam Trung Bộ - khu vực vốn có nhiều ưu thế thuận lợi về điều kiện khí hậu tự nhiên để giảm mức tiêu thụ năng lượng cho loại hình công trình này, góp phần bảo vệ môi trường sinh thái và đảm bảo sự phát triển bền vững trong tương lai

1.2 Vấn đề môi trường toàn cầu và các phong trào phát triển bền vững

Hiện nay thế giới đang đối diện với hai vấn đề lớn: Sự cạn kiệt nguồn năng lượng hóa thạch (nguồn năng lượng chính vẫn đang sử dụng hiện nay) và sự nóng lên của trái đất Hai vấn đề này có cùng một nguyên nhân chung là việc sử dụng và tiêu thụ năng lượng hóa thạch vẫn còn phổ biến và chưa tìm được nguồn năng lượng thay thế, bên cạnh đó con người vẫn chưa có giải pháp hạn chế sản phẩm phát thải từ những nguồn nguyên liệu này [1]

Trong hành trình đi tìm giải pháp mới cho vấn đề này thì việc sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng hiện có là yêu cầu bắt buộc Để giảm tiêu thụ năng lượng, giảm phát thải CO2, thì việc sử dụng lại cấu kiện, tính linh hoạt của công trình, sự kéo dài tuổi thọ và đặc biệt, sự tận dụng tối đa năng lượng tự nhiên, giảm bớt sử dụng năng lượng nhân tạo trong vận hành, sự thích ứng của công trình với khí hậu có vai trò hết sức quan trọng

Từ đó đã ra đời một hướng nghiên cứu và thực hành kiến trúc mới, được gọi là “Kiến trúc bền vững” (Sustainnable Architecture) hay Kiến trúc xanh (Green

Architecture) (Hình 2)

Hình 2 Mô hình kiến trúc bền vững/Kiến trúc xanh [18]

Trong các tiêu chuẩn đánh giá tính bền vững của công trình kiến trúc, hiệu quả năng lượng luôn chiếm tỉ trọng cao nhất, cho thấy năng lượng là vấn đề cần được quan tâm hàng đầu hiện nay

1.3 Xu hướng kiến trúc hiệu quả năng lượng trên thế giới

Nhằm sử dụng năng lượng hiệu quả, ứng phó với biến đổi khí hậu, sử dụng hiệu quả các tài nguyên nước và vật liệu, giảm thiểu tác động đến môi trường sinh thái và đảm bảo điều kiện sống tốt nhất cho con người, trên thế giới đã xuất hiện xu hướng phát triển Công trình xanh

Kiến trúc xanh (hay kiến trúc bền vững) ra đời gắn liền với khái niệm phát triển bền vững mà Liên hiệp quốc đề xướng Kiến trúc xanh thường gắn liền với công trình xanh chủ yếu như sử dụng hiệu quả năng lượng, nguồn nước, bảo vệ sức khỏe con người, song có phạm trù rộng hơn liên quan tới giảm phát thải ô nhiễm và sự suy giảm môi trường, gần thiên nhiên, thân thiện với môi trường[28],…

Trong tiến trình phát triển kiến trúc xanh, các quốc gia đã đưa ra các hệ thống tiêu chí của riêng mình nhằm định hướng và đánh giá chất lượng của các công trình kiến trúc Có thể kể đến một số hệ thống đánh giá công trình xanh phổ biến như sau:

- BREEAM - BRE Environmental Assessment Method (Anh)

BREEAM là bộ tiêu chuẩn đánh giá công trình xanh xuất hiện đầu tiên trên thế giới, được ban hành bởi Building Research Establishment (BRE) của nước Anh Bộ tiêu chuẩn này khá linh hoạt và nếu được điều chỉnh sẽ phù hợp cho nhiều vùng khí hậu khác nhau, do vậy đã được nhiều quốc gia khác tham khảo để xây dựng bộ tiêu chí cho riêng mình

- LEED - Leadership in Energy & Environmental Design (Mỹ)

LEED là bộ chuẩn công trình xanh của Mỹ, được ban hành bởi US Green Building Council (USGBC) Đây không phải là bộ tiêu chuẩn đầu tiên, tuy nhiên là bộ tiêu chuẩn phổ biến nhất hiện nay trên thế giới Và việc cho phép đánh giá và chứng nhận các công trình bên ngoài nước Mỹ, bộ LEED ngày càng được thừa nhận và áp dụng rộng rãi

- BCA Green Mark (Singapore)

Là một quốc gia phát triển trong khu vực và thế giới, Singapore cũng rất nhanh chóng trong việc đưa ra bộ tiêu chuẩn đánh giá công trình xanh của riêng mình, với tên gọi là Green Mark, được ban hành bởi Building and Construction Authority (BCA) Với bộ tiêu chuẩn này, Singapore mong muốn là quốc gia tiên phong trong việc phát triển các công trình xanh và chuẩn hóa bộ tiêu chí đánh giá dành riêng cho

khu vực khí hậu nhiệt đới đặc thù

- Lotus (Việt Nam)

Hệ thống đánh giá công trình xanh Lotus được xây dựng trên cơ sở tham khảo các hệ thống tiêu chí công trình xanh khác nhau trên thế giới của Hội đồng Công trình xanh Việt Nam (Vietnam Green Building Council - VGBC) Hệ thống Chứng nhận Lotus có khả năng áp dụng cho toàn bộ các loại hình dự án xây dựng và có các chứng nhận khác nhau tương ứng với từng loại hình công trình

Ngoài ra có thể kể tên một số tiêu chuẩn đánh giá Kiến trúc xanh của một số nước khác như:

- CASBEE – Bộ tiêu chuẩn đánh giá công trình xanh của Nhật Bản

- Malaysia Green Building Index – Bộ tiêu chuẩn đánh giá công trình xanh của

Malaysia

- LEED India – Bộ tiêu chuẩn đánh giá công trình xanh phiên bản LEED của

Ấn Độ

- BREEAM Gulf, BREEAM Europe – Bộ tiêu chuẩn đánh giá công trình xanh

phiên bản BREEAM của các nước vùng Vịnh và Châu Âu

- HQE – Bộ tiêu chuẩn đánh giá công trình xanh của Pháp

- EEWWH – Bộ tiêu chuẩn đánh giá công trình xanh của Đài Loan[18]

1.4 Các vấn đề về năng lượng tại Việt Nam

Cho đến nay, ở Việt Nam các nguồn năng lượng chiếm tỷ trọng lớn nhất theo thứ tự là: Than đá - Thủy điện - Khí đốt (Hình 3) So với nhiều quốc gia trong khu vực và trên thế giới thì tỷ trọng sử dụng NL hóa thạch ít hơn, tuy nhiên khi xây dựng và vận hành thủy điện lại gây ra nhiều hệ lụy khác cho môi trường cũng như an ninh, an toàn cho dân cư Tuy nhiên nhìn chung chúng ta vẫn phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch Trong bối cảnh nhu cầu tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong lĩnh vực xây dựng và vận hành công trình, trong đó việc sử dụng hiệu quả năng lượng chưa được chú trọng dẫn đến sự lãng phí tài nguyên cũng như ảnh hưởng đến môi trường sinh thái Việc khai thác và sử dụng năng lượng sạch thay thế đã được khuyến khích và đưa vào chương trình hành động Tuy nhiên việc thực hành một cách phổ biến vẫn chưa đều trên cả nước

Hình 3 Tỷ lệ các dạng năng lượng và nhu cầu tiêu thụ tại Việt Nam[41]

1.5 Câu hỏi nghiên cứu

Hiệu quả năng lượng là vấn đề đã, đang và sẽ được quan tâm hàng đầu trong thiết kế kiến trúc của thế giới nói chung và các quốc gia nói riêng Ở nước ta, việc nâng cao hiệu quả năng lượng cũng ngày càng được quan tâm nhiều hơn, tuy nhiên mức độ phổ biến của các kết quả nghiên cứu, thiết kế và đặc biệt công tác định hướng giải pháp là chưa cao Trong khuôn khổ đề tài này, tác giả tập trung nghiên cứu một số vấn đề liên quan đến lớp vỏ bao che thông qua làm sáng tỏ các câu hỏi sau:

Câu hỏi 1: Lớp vỏ bao che có vai trò gì trong việc nâng cao hiệu quả tiêu thụ năng lượng cho công trình?

Câu hỏi 2: Hiệu quả năng lượng có thể đạt được như thế nào khi đặt trong mối quan hệ tác động tương hỗ giữa nhiều yếu tố khác nhau?

Câu hỏi 3: Liệu có thể đánh giá mức hiệu quả năng lượng mà công trình đạt được một cách nhanh chóng và đơn giản để tạo thuận lợi cho các nhà thiết kế hay không?

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Từ trước tới nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về lớp vỏ bao che liên quan đến thông gió tự nhiên, chiếu sáng tự nhiên và điều hòa không khí Những công trình này thường nghiên cứu độc lập các vấn đề và đề xuất giải pháp tương ứng Tuy nhiên, các giải pháp đưa ra chỉ tập trung vào một yếu tố cụ thể mà chưa đánh giá trong mối quan hệ tác động đồng thời của nhiều yếu tố liên quan Kết quả là trong một số trường hợp cụ thể, các giải pháp thiếu sự đồng bộ, thậm chí nhiều khi còn mâu thuẫn với nhau dẫn đến giảm hiệu quả năng lượng trong quá trình vận hành công trình

Do vậy, đề tài sẽ nghiên cứu và đưa ra giải pháp thiết kế lớp vỏ bao che cho văn phòng cao tầng trên cơ sở tích hợp đồng thời nhiều giải pháp cùng lúc nhằm đạt mức hiệu quả năng lượng tối đa, với các mục cụ thể như sau:

Mục tiêu 1: Đánh giá hiệu quả năng lượng cho thể loại công trình văn phòng

cao tầng dưới tác động đồng thời của ba yếu tố: Thông gió tự nhiên – Chiếu sáng tự nhiên – Điều hoà không khí, thay vì chỉ đánh giá riêng rẽ từng yếu tố, không đặt trong mối quan hệ tương hỗ với nhau;

Mục tiêu 2: Trên cơ sở phân tích hiệu quả năng lượng tích hợp, đề tài đưa ra

các định hướng giải pháp thiết kế nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng thông qua tác động của lớp vỏ bao che;

Mục tiêu 3: Xây dựng bộ công cụ đánh giá nhanh hiện trạng công trình có sẵn

hoặc đang thiết kế, để từ đó đánh giá mức độ hiệu quả năng lượng mà công trình đạt được, sau đó đưa ra các giải pháp để nâng cao hiệu quả năng lượng cho công trình

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Phương pháp sưu tầm – tổng hợp – đánh giá

Trên cơ sở những số liệu khảo sát và thu thập từ những công trình thực tế về hiện trạng công trình, các số liệu điều tra, khảo sát, các kinh nghiệm thiết kế lớp vỏ bao che hiệu quả năng lượng,… tác giả sử dụng để đánh giá tổng quan hiện trạng và kế thừa các giải pháp, chủ yếu là các khu vực khí hậu tương tự như nước ta

Bên cạnh đó, luận án còn quan tâm đến các nghiên cứu, các quy chuẩn, tiêu chuẩn của các nước tiên tiến và có điều kiện khí hậu tương tự Việt Nam

3.2 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết được sử dụng để đánh giá hiện trạng của các công trình và phân tích điều kiện, đặc điểm khí hậu của khu vực nghiên cứu

Đồng thời, áp dụng các cơ sở khoa học về nhiệt và khí hậu kiến trúc, cụ thể là về trao đổi nhiệt qua kết cấu, về che nắng và chiếu nắng để đề xuất giải pháp che nắng và cấu tạo lớp vỏ bao che của công trình

3.3 Phương pháp mô phỏng, đánh giá và so sánh kết quả

Để có cơ sở đưa ra những giải pháp kiến trúc cho lớp vỏ bao che, đề tài sẽ sử dụng phần mềm Ecotect để dựng mô hình công trình, sau đó sử dụng phần mềm Energy Plus để mô phỏng và đánh giá hiệu quả năng lượng cho từng yếu tố tác động cũng như ảnh hưởng của các yếu tố tác động đồng thời tại các địa phương khác nhau trong khu vực khí hậu duyên hải miền trung Kết quả mô phỏng sẽ thay thế một phần

cho số liệu chứng thực thực tế từ các công trình, vốn đang khá ít ỏi và gặp nhiều khó khăn trong công tác triển khai hiện nay ở nước ta

3.4 Phương pháp nghiên cứu trường hợp

Lựa chọn các trường hợp điển hình về khu vực khí hậu và công trình văn phòng tại các địa điểm cụ thể để áp dụng các giải pháp thiết kế cũng như đánh giá hiệu quả năng lượng đạt được, từ đó làm rõ thêm nội dung nghiên cứu

Thêm vào đó là việc lựa chọn các mức độ khác nhau cho từng giải pháp, từng điều kiện cụ thể để có cơ sở so sánh, đối chiếu mức độ hiệu quả đạt được trong quá trình mô phỏng để chứng minh cho tính hợp lý của giải pháp đưa ra

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

4.1 Phạm vi về phân vùng khí hậu nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài về khí hậu là vùng khí hậu duyên hải Nam Trung Bộ Việt Nam, đây là khu vực thuộc miền khí hậu phía Nam Trong đó các công trình điển hình được chọn nằm tại thành phố Đà Nẵng

- Điều hòa không khí: Đề xuất giải pháp giảm tải điều hòa xuống mức thấp nhất, do hầu hết các công trình hiện nay sử dụng điều hòa không khí trong suốt thời gian sử dụng, đây là một sự lãng phí rất lớn trong điều kiện khí hậu bên ngoài đạt tỉ lệ thời gian tiện nghi rất cao, có thể khai thác trực tiếp để đưa vào công trình

Về công trình điển hình nghiên cứu, đề tài chọn một trong những loại công trình tiêu thụ nhiều năng lượng và đang được xây dựng nhiều nhất hiện nay là văn phòng cao tầng (Hình 4)

Hình 4 Tiêu thụ năng lượng trung bình của Seattle (Mỹ) 2013 theo loại công trình [37]

4.3 Phạm vi về các yếu tố tác động, ảnh hưởng

Các yếu tố tác động, ảnh hưởng được đưa vào nghiên cứu là các yếu tố vật lý tự nhiên, hạn chế đến mức thấp nhất các yếu tố nhân tạo bởi đây sẽ là những yếu tố ảnh hưởng nhiều đến việc tăng mức tiêu thụ năng lượng

Một số yếu tố cụ thể: - Ánh sáng, nhiệt mặt trời; - Gió và thông gió tự nhiên; - Nhiệt bức xạ các bề mặt; - Nhiệt độ không khí; - Độ ẩm không khí;

- Truyền nhiệt và cách nhiệt của vật liệu;

4.4 Phạm vi về khảo sát, đánh giá

Đề tài sẽ khảo sát đánh giá công trình văn phòng cao tầng theo dạng điển hình tại một số thành phố lớn tại khu vực nghiên cứu gồm: Thành phố Đà Nẵng, thành phố Nha Trang (tỉnh Khánh Hòa), thành phố Quy Nhơn (tỉnh Bình Định) Đồng thời đề tài cũng sử dụng kết quả khảo sát, đánh giá của các tác giả đã nghiên cứu trước đây để dẫn luận và so sánh nhằm tăng tính khách quan

4.5 Phạm vi về quy chuẩn, quy chế

Đề tài nghiên cứu sẽ dựa vào hệ thống những tiêu chuẩn, tiêu chí cũng như các hệ thống đánh giá hiệu quả năng lượng đã được ban hành trong và ngoài nước để làm

cơ sở cũng như định hướng cho nghiên cứu Cụ thể: - Các tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng;

- Các hệ thống đánh giá công trình xanh trong nước và quốc tế;

- Các chiến lược, định hướng quốc gia về năng lượng trong nước và quốc tế; - Tham khảo thêm kinh nghiệm thiết kế của một số nước tiên tiến trên thế giới

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ LỚP VỎ BAO CHE HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VĂN PHÒNG CAO TẦNG

1.1 Ý nghĩa và tầm quan trọng của công trình hiệu quả năng lượng

1.1.1 Thực trạng tiêu thụ năng lượng trên thế giới và Việt Nam

Cùng với quá trình phát triển của văn minh nhân loại, năng lượng đóng vai trò ngày quan trọng đối với mọi hoạt động phát triển kinh tế, xã hội và đời sống Đây là nguồn động lực của tất cả các ngành sản xuất, cũng như của mọi hoạt động xã hội và là nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày

Tuy nhiên, việc phát triển kinh tế - xã hội rất mạnh mẽ trên thế giới trong nửa cuối của thế kỷ 20 đã không song hành các giải pháp bảo vệ môi trường và phát triển bền vững tương ứng đã dẫn đến hậu quả là nguồn năng lượng ngày càng cạn kiệt, môi trường sinh thái bị suy thoái và cạn kiệt, nguy cơ khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu theo hướng ngày càng tiêu cực, đe dọa sự sinh tồn và phát triển của xã hội loài người

Trong rất nhiều những yếu tố tham gia vào quá trình đó, ngành kiến trúc và xây dựng “đóng góp” tỉ lệ rất lớn Theo số liệu thống kê của World Bank và các điều tra liên quan, xây dựng - kiến trúc tiêu thụ tới khoảng 70% tổng sử dụng vật liệu tự nhiên, khoảng 37% tổng tiêu thụ năng lượng điện, và sản sinh ra khoảng 30% tổng lượng "khí nhà kính" trên toàn thế giới [33]

Ở Việt Nam, theo báo cáo của Bộ Xây dựng, tổng mức tiêu thụ năng lượng của các công trình dân dụng của nước ta ngày càng tăng, cụ thể: năm 2003 chiếm 22,4%, đến năm 2014 tăng lên khoảng 37 - 38% tổng mức tiêu thụ năng lượng cả nước Theo thông tin của Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN), tỉ lệ sử dụng điện trong công trình nhà ở và hành chính chiếm hơn 88% tỷ lệ sử dụng điện trong các công trình xây dựng (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Sử dụng điện trong công trình xây dựng

Loại công trình Tổng cộng trong năm (Đơn vị: GWh)

1.1.2 Thực trạng thiết kế và xây dựng công trình hiệu quả về năng lượng

Đứng trước những nguy cơ trước mắt và lâu dài về vấn đề năng lượng, Đảng và Chính phủ nước ta đã kịp thời nghiên cứu và ban hành một số cơ sở pháp lý về quản lý và hướng dẫn thực thi các vấn đề về năng lượng Cụ thể:

Luật “Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả” được Quốc hội thông qua và ban hành, số 50/2010/QH12 ngày 17 tháng 06 năm 2010, đã đưa ra khái niệm cơ bản

về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả như sau: “Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là việc áp dụng các biện pháp quản lý và kỹ thuật nhằm giảm tổn thất, giảm mức tiêu thụ năng lượng của phương tiện, thiết bị mà vẫn đảm bảo nhu cầu, mục tiêu đặt ra đối với quá trình sản xuất và đời sống” [44]

Nghị định số 102/2003/NĐ-CP ngày 03/09/2003 của Chính phủ về sử dụng

năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã định nghĩa: “Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là sử dụng năng lượng một cách hợp lý, nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí năng lượng cho hoạt động của các phương tiện, thiết bị sử dụng năng lượng mà vẫn đảm bảo nhu cầu năng lượng cần thiết cho các quá trình sản xuất, dịch vụ và sinh hoạt” [50]

Vậy, thế nào là thiết kế và xây dựng công trình HQNL? Theo tiêu chuẩn ISO 23045:2008: "Thiết kế và xây dựng một công trình xây dựng có HQNL được xác định trước hết bằng các phương pháp tiếp cận toàn diện và tiến tới sử dụng các giải pháp thiết kế thụ động nhằm tiết kiệm sử dụng năng lượng trong sự đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng môi trường trong nhà cao nhất đối với các hệ thống thiết bị có liên quan, như là các hệ thống sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí (HVAC), hệ thống chiếu sáng, hệ thống cấp nước nóng và các hệ thống điều khiển liên quan và trong đó, hệ thống HVAC là cần đáp ứng được những yêu cầu cao nhất” [8]

Việc sử dụng năng lượng hiệu quả đối với công trình xây dựng phụ thuộc vào 3 yếu tố chính sau:

(1) Các giải pháp kiến trúc thụ động giúp công trình có đủ khả năng ngăn ngừa lượng nhiệt truyền từ ngoài vào trong nhà và tận dụng thông gió tự nhiên, ánh sáng tự nhiên để đảm bảo điều kiện tiện nghi môi trường vi khí hậu trong công trình;

(2) Thiết kế hệ thống kỹ thuật như hệ thống thiết bị thông gió, ĐHKK, chiếu sáng điện và các hệ thống thiết bị khác để đảm bảo điều kiện tiện nghi môi trường vi khí hậu và đáp ứng chỉ tiêu sử dụng năng lượng hiệu quả và tiết kiệm;

(3) Hành vi quản lý của người sử dụng công trình như là mở cửa sổ thông gió tự nhiên, khi điều kiện khí hậu ngoài nhà tiện nghi và đặt nhiệt độ không khí trong

nhà không quá thấp (không < 260C) khi đóng cửa bật máy ĐHKK

Trong 3 yếu tố này thì yếu tố (1) và (2) liên quan trực tiếp đến giải pháp thiết kế công trình, yếu tố (3) liên quan đến giải pháp quản lý và hành vi người sử dụng (không liên quan nhiều đến giải pháp thiết kế đề xuất)

Các nghiên cứu của các tác giả đi trước cho thấy khi thay đổi các thông số thiết kế kiến trúc công trình, như thay đổi hướng và hình dạng công trình, tổ chức mặt bằng, thiết kế không gian đứng trong phạm vi hợp lý thì tiêu thụ năng lượng có thể biến đổi trong phạm vi từ 1 đến 2,5 lần Nếu thay đổi các thông số hệ thống kỹ thuật như chiếu sáng hiệu quả, hiệu suất làm mát, thì phạm vi tiêu thụ năng lượng được mở rộng đến khoảng 5 lần Cuối cùng là hành vi trong quá trình sử dụng của con người có thể làm cho tổng cộng tác động làm tăng HQNL của hai biến trên lên tới 10 lần Tuy nhiên, các quyết định chiến lược trong giai đoạn đầu triển khai thiết kế công trình của kiến trúc sư là vô cùng quan trọng đối với tiêu thụ năng lượng lâu dài và hiệu quả môi trường của công trình Có thể giải thích điều này theo hai lý do sau:

(1) Các thông số thiết kế kiến trúc ít có khả năng thay đổi Chỉ có cải tạo lớn mới có thể làm được điều này, trong khi hệ thống kỹ thuật có thể được cải thiện và thay thế tương đối thường xuyên Và ý thức của người sử dụng có thể thay đổi làm cho mức độ hiệu quả của công trình cao hơn

(2) Ba yếu tố (thiết kế kiến trúc - hệ thống kỹ thuật - hành vi của người sử dụng) không hoạt động độc lập mà các chiến lược thiết kế kiến trúc sẽ giúp cho hiệu suất tiêu thụ năng lượng của hệ thống kỹ thuật tốt hơn và người sử dụng thuận lợi hơn

1.1.3 Đánh giá hiệu quả năng lượng của công trình xây dựng

1.1.3.1 Thế giới

Trên thế giới hiện nay có nhiều phương pháp và các chỉ số đã được đề xuất để giám sát và đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng trong các công trình xây dựng Điển hình là các chỉ số sau:

- Chỉ số hiệu quả sử dụng năng lượng - EEI (Energy Efficency Index) hay Chỉ

số năng lượng sử dụng của công trình - BEI (Building Energy Index) - so sánh mức

độ tiêu thụ năng lượng giữa các tòa nhà khác nhau

Cách tính chi tiết chỉ số EEI và BEI ở mỗi nước qui định khác nhau Điều quan trọng là giả thiết về số giờ hoạt động và diện tích sàn dùng để tính toán BEI, từ đó sẽ ảnh hưởng đến giá trị BEI tính toán Hiện nay ở nước ta chưa có công trình nghiên cứu nào xác định được các chỉ số năng lượng sử dụng cơ sở (baseline) của công trình bằng bao nhiêu là công trình có HQNL Theo tiêu chuẩn ở Malaysia đã đưa ra trị số

BEI đối với công trình có mức HQNL trung bình là 136kWh/m2/năm, đối với công trình đạt mức HQNL tốt là 98kWh/m2/năm

- Quy chuẩn của Cộng hòa Liên Bang Đức phân mức hiệu quả sử dụng năng

lượng của công trình xây dựng như sau:

+ Công trình năng lượng thấp (low-energy building): mức tiêu hao năng lượng

sử dụng để sưởi ấm và làm mát E-Index EEI là 55 - 70kWh/m2/năm;

+ Công trình có HQNL (energy-efficient building): mức tiêu hao năng lượng sử

dụng để sưởi ấm và làm mát E-Index EEI là 15- 55kWh/m2/năm;

+ Công trình năng lượng thụ động (passive building): mức tiêu hao năng lượng sử dụng để sưởi ấm và làm mát E-Index EEI là 0 - 15kWh/m2/năm;

+ Công trình trung hòa năng lượng (zero-energy building): mức tiêu hao năng lượng sử dụng để sưởi ấm và làm mát E-Index EEI là 0 kWh/m2/năm;

+ Công trình phụ trội về năng lượng (plus energy building)

- Nhãn Ngôi sao năng lượng (Energy Star) của Mỹ: Nhãn Ngôi sao năng lượng

là một chương trình do cơ quan Bảo vệ môi trường của Mỹ (EPA) triển khai từ năm 1992 đến nay, với mục tiêu là giúp các doanh nghiệp và cá nhân tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trường sinh thái thông qua việc sử dụng các thiết bị có hiệu quả năng lượng cao

Từ đó đến nay, gần 90% người dân Mỹ đã biết đến nhãn này Trong đó, nhãn Ngôi sao năng lượng đã được dán cho hơn 65 chủng loại sản phẩm khác nhau, 18 ngàn đối tác và 4,5 tỷ sản phẩm dán nhãn được bán ra

1.1.3.2 Việt Nam

Tại Việt Nam, quy chuẩn QCVN 09:2017/BXD “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả” do Viện Kỹ thuật Xây dựng (Hội Kết cấu và Công nghệ Xây dựng Việt Nam) [10] cập nhật những quy định về phạm vi và mức độ áp dụng là công cụ pháp lý mới nhất liên quan đến vấn đề hiệu quả năng lượng công trình xây dựng

Quy chuẩn này quy định những yêu cầu kỹ thuật bắt buộc phải tuân theo khi thiết kế, xây dựng mới hoặc cải tạo các công trình với tổng diện tích sàn từ 2500 m2 trở lên thuộc các loại hoặc hỗn hợp các loại công trình dưới như:

1) Văn phòng; 2) Khách sạn; 3) Bệnh viện; 4) Trường học;

5) Thương mại, dịch vụ; 6) Chung cư

Những quy định trong quy chuẩn này được áp dụng cho các bộ phận cụ thể: 1) Lớp vỏ bao che công trình;

2) Hệ thống thông gió và điều hòa không khí; 3) Hệ thống chiếu sáng;

4) Các thiết bị điện khác (động cơ điện; hệ thống cấp nước nóng)

Như vậy trong quy chuẩn, hai nội dung liên quan đến nghiên cứu của đề tài là loại hình công trình Văn phòng và yếu tố Vỏ bao che được đặt lên đầu tiên trong mỗi danh sách, chứng tỏ được vai trò và tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu

1.2 Tình hình thiết kế và xây dựng công trình hiệu quả năng lượng trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Tình hình thế giới

Trong những năm thập niên cuối cùng của thế kỷ 20, thế giới đã nhận thấy nguy cơ ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu, suy thoái tài nguyên thiên nhiên, đe dọa cả sự sinh tồn của cả loài người, Liên Hiệp Quốc đã phải tổ chức các Hội nghị Thượng đỉnh Thế giới để bàn về bảo vệ môi trường, phát triển bền vững, Các Quốc gia trên thế giới phải ký tên vào các “Công ước Quốc tế” Đó là:

- Công ước khung về biến đổi khí hậu (The United Nations Framework Convention on Climate Change) Mục tiêu của Công ước là đảm bảo nồng độ của các

loại khí nhà kính trong khí quyển ở mức không nguy hiểm tới khí khí hậu và bầu khí quyển[60]

- Công ước Viên về bảo vệ tầng ozone (The Vienna Convention on the ozone layer protection) Đây là thoả thuận đa phương về việc giảm thiểu sản xuất các loại

khí ảnh hưởng tới tầng ôz ôn (ví dụ như khí chlorofluorocarbon (CFC))[61]

- Gần đây nhất, Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu của Liên hiệp quốc lần thứ 26 tại Glasgow năm 2021 (gọi tắt là COP 26), 197 quốc gia tham gia đã đồng

ý một thỏa thuận mới được gọi là Hiệp ước Khí hậu Glasgow nhằm ngăn chặn mối

nguy biến đổi khí hậu[54]

Rất nhiều nước đã tích cực đẩy mạnh phát triển kiến trúc hiệu quả năng lượng, kiến trúc không tiêu hao năng lượng và phát triển kỹ thuật tiết kiệm năng lượng, xây dựng nhiều dự án công trình mẫu về sử dụng năng lượng hiệu quả và công trình xanh Có thể nói rằng xu hướng phát triển công trình tiết kiệm năng lượng luôn luôn đồng hành và là lĩnh vực quan trọng đối với xu hướng phát triển công trình xanh

Tiếp theo là đó là sự phát triển của các trào lưu kiến trúc khác nhau, trong đó mỗi trào lưu ưu tiên nghiên cứu một vấn đề riêng Chúng ta có thể kể ra những trào lưu điển hình dưới đây:

- Kiến trúc môi trường (Environmental Architecture): Kiến trúc không được làm

thay đổi môi trường sống tự nhiên theo hướng xấu, hướng bất lợi đối với con người và sinh vật

- Kiến trúc sinh thái (ecologic architecture): Kiến trúc từ khi còn trên dự án,

phải xem xét mọi khía cạnh để không làm biến đổi sinh thái tự nhiên của xung quan và xa hơn là cả một vùng lãnh thổ

- Kiến trúc hiệu quả năng lượng (Energy – Efficient Building): Thiết kế kiến trúc

phải được cân nhắc, tính toán để giảm bớt sự tiêu thụ năng lượng nhân tạo, tăng cường tận dụng các nguồn năng lượng tại chỗ

- Kiến trúc (sinh) khí hậu (climatic/bioclimatic architecture) hoặc Kiến trúc

thích ứng khí hậu (climate - adaptive architecture): Người thiết kế phải hiểu biết sâu sắc về khí hậu địa phương, để tận dụng nó tối đa các yếu tố thuận lợi, khắc phục hiệu quả nhất những bất lợi trong khi tiêu thụ tối thiểu năng lượng nhân tạo [48]

Sau đó, các xu hướng nghiên cứu kiến trúc theo nhiều hướng khác nhau này được gọi chung là KIẾN TRÚC XANH hay Kiến trúc bền vững Và các vấn đề về xanh và bền vững trong kiến trúc trở thành kim chỉ nam cho giải pháp thiết kế của các kiến trúc sư trên thế giới Rất rất nhiều các quốc gia đã đưa ra rất nhiều các bộ tiêu chuẩn, tiêu chí đánh giá để từ đó xếp hạng mức độ hiệu quả của các công trình Ví dụ: cơ quan uy tín về kiến trúc Hoa Kỳ - American Institute of Architects - hàng năm khi bình chọn trao giải công trình xanh với các tiêu chí như: Sử dụng năng lượng hiệu quả, tận dụng ánh sáng tự nhiên và tiết kiệm nước, công trình hoà nhập với cộng đồng chung quanh,… (Hình 1.1&1.2).Tóm lại, công trình mà ta xây sẽ tác động thế nào đến môi trường tự nhiên và xã hội chung quanh ta như thế nào? Hay như ở Nhật Bản người ta nghiên cứu và tìm cách tái sinh không gian nửa kín, nửa hở truyền thống (không gian chuyển tiếp, như hiên, logia - khái niệm “ireko”) như “vùng năng lượng zero (O)”, yếu tố mà trong những tòa nhà hiện đại ngày nay, nó bị giảm đến tối thiểu, thậm chí không còn

Hình 1.1 Hệ thống tiêu chí đánh giá công trình xanh LEED (Mỹ)

[Nguồn: https://www.masonrymagazine.com/]

Ở khu vực châu Á, một số nước như là Malaysia, Singapore, Đài Loan,… đã phát triển xu hướng kết hợp thiết kế công trình xanh với thiết kế công trình HQNL thành một thể thống nhất

Hoặc ở Đông Nam Á, từ năm 2005 ASEAN đã tổ chức các cuộc thi hàng năm về “Công trình sử dụng năng lượng có hiệu quả” Những tòa nhà đoạt giải sẽ được tham gia dự thi và quảng bá hình ảnh trong Hiệp hội ASEAN qua thương hiệu “Green Building” (Công trình xanh) Ví dụ: năm 2006, khách sạn Continental, TP HCM và năm 2007 là tòa nhà Diamond Plaza, TP HCM đã đạt giải “Công trình sử dụng năng lượng có hiệu quả” của tổ chức này

Hình 1.2 Bullit Center – Tòa văn phòng “xanh” nhất thế giới [30]

Đối với công trình văn phòng, vỏ bao che phần lớn gồm hai phần, là phần tường gạch đặc và phần tường kính, trong đó tỷ lệ kính trên mặt đứng nhà văn phòng thường cao hơn các loại hình công trình khác (nhiều công trình thậm chí có tỉ lệ kính 100%), do yêu cầu cần tạo nên ngôn ngữ kiến trúc đặc trưng, cũng như nhu cầu mở rộng tầm nhìn ra bên ngoài của người làm việc

Trên thế giới, những Quy chuẩn, Tiêu chuẩn về sử dụng kính cho vỏ bao che công trình đảm bảo yêu cầu chiếu sáng, cách nhiệt, cách âm… đã được ban hành từ khá lâu làm cơ sở cho các nhà thiết kế và quản lý (ví dụ như ở Mỹ, quy định về sử dụng kính để đảm bảo hiệu quả năng lượng cho công trình đã được Hiệp hội kỹ sư điều hòa, thông gió và cấp nhiệt Hoa Kỳ ASHARE ban hành từ những năm 1990,…)

1.2.2 Tình hình một số nước trong khu vực a) Singapore

Quản lý sử dụng năng lượng hiệu quả trong công trình xây dựng ở Singapore đã được quan tâm ngay sau khủng hoảng năng lượng thế giới vào những năm 1970 Tháng 8/1979 nước này đã ban hành Hướng dẫn bảo tồn năng lượng trong các công trình kiến trúc, bao gồm các quy định về HQNL của thiết kế không gian kiến trúc, OTTV, chiếu sáng, thông gió, ĐHKK, đun nước nóng, Kết quả là tất cả các công trình thương mại của Singapore đều đã phù hợp với tiêu chuẩn OTTV từ năm 1986

Hiện nay Singapore là nước đang dẫn đầu châu Á về phát triển công trình xanh và công trình hiệu quả năng lượng Từ năm 2005 Singapore ban hành Bộ tiêu chí đánh giá và công nhận công trình xanh (Green Mark), đến năm 2006 họ đã xây dựng xong Kế hoạch Quốc gia về phát triển công trình xanh đến năm 2030 Theo kế hoạch này, bắt đầu từ năm 2008 tất cả các công trình kiến trúc xây dựng mới hoặc cải tạo, nâng cấp có diện tích từ 2000 m2 trở lên phải được thiết kế và xây dựng theo tiêu chí công trình xanh Mục tiêu là đến năm 2030 tối thiểu 80% tất cả các công trình xây dựng phải đạt tiêu chí công trình xanh, tiết kiệm khoảng 35% năng lượng tiêu thụ so với năm 2005[56]

Hình 1.3 Thư viện quốc gia Singapore

[Nguồn: https://www.e-architect.com/]

Một trong những công trình tiêu biểu nhất của Singapore về công trình xanh là Thư viện Quốc gia Singapore (Hình 1.3) Công trình này được hoàn thành năm 2005, gồm 15 tầng có diện tích sàn là 58.783 m2 với diện tích xây dựng là 11.304 m2 Dự án đã đạt được chứng nhận tiêu chuẩn "Green Mark" của Singapore với chứng nhận Bạch kim (Platinum) – mức cao nhất đối với hệ thống đánh giá này

Dự án này được áp dụng một loạt các giải pháp tận dụng và cung cấp năng lượng và môi trường tự nhiên, sử dụng hệ thống điều tiết nhiệt độ tự nhiên, khác xa với phương pháp sử dụng hệ thống điều hòa không khí bằng điện như các công trình thông thường

b) Đài Loan

Đài Loan là quốc gia có định hướng phát triển nền kiến trúc xanh mang tính bền vững lâu dài ở khu vực châu Á nói chung và vùng Đông Nam Á nói riêng Chính phủ Đài Loan đã sớm nhận ra tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường sinh thái khỏi tác động, ảnh hưởng của quy hoạch, kiến trúc và xây dựng trong quá trình phát triển Hệ thống tiêu chuẩn đánh giá kiến trúc xanh đã được thiết lập từ năm 1995 và không ngừng bổ sung, chỉnh sửa nhằm hoàn thiện dần và chính thức ban hành vào năm

1998 Hiện nay hệ thống này đánh giá trên cơ sở 9 yếu tố cơ bản gồm: (1) đa dạng sinh học, (2) cây xanh, (3) yếu tố đất và nước, (4) tiết kiệm năng lượng, (5) giảm thải khí CO2 , (6) giảm lãng phí vật liệu xây dựng, (7) tiện nghi nhiệt, (8) tiết kiệm nước, (9) nâng cao hệ thống xử lý rác thải và nước thải Những yếu tố này được đánh giá

theo chỉ số điểm và được xếp vào 4 mục cơ bản Đó là: (1) sinh thái, (2) tiết kiệm năng lượng, (3) giảm chất thải, (4) bảo vệ sức khoẻ cộng đồng Kết quá đánh giá sẽ xếp hạng công trình theo 5 cấp: kim cương, vàng, bạc, đồng, chứng chỉ

Từ năm 2004 đến nay, với hệ thống đánh giá kiến trúc xanh EEWWH, Đài Loan đã đạt được những thành tựu rất đáng kể:

- Thứ nhất: bộ tiêu chuẩn đã được áp dụng trước tiên cho hầu hết các công trình thuộc đầu tư của nhà nước và tư nhân Đã có gần 1000 công trình được nhận chứng chỉ công trình xanh và hơn 2000 dự án được xem xét đánh giá Các công trình này đã tiết kiệm được khoảng 738 triệu kWh điện và khoảng 33 triệu tấn nước mỗi năm

- Thứ hai: Song song với xây dựng mới, số công trình có sẵn cũng được nâng cấp ngày càng nhiều thông qua tài trợ của chính phủ, đặc biệt là các công trình công cộng Một loạt các giải pháp được thực hiện một cách đồng bộ với các tiêu chí: công trình thân thiện với môi trường, tiết kiệm và hiệu quả năng lượng, công nghệ giảm nước thải, thu và tận dụng nước mưa,…đã thúc đẩy kiến trúc xanh ngày càng lan toả

trong toàn ngành xây dựng

- Thứ ba: Ưu tiên sử dụng những loại vật liệu thân thiện với môi trường: vật liệu không có hại cho sức khoẻ con người, vật liệu tái chế, vật liệu sinh thái, vật liệu hiệu suất cao, Cho đến nay, khoảng 30% vật liệu sử dụng cho các công trình ở quốc gia này đạt tiêu chuẩn của Bộ Xây dựng đưa ra trong các hạng mục trên

- Thứ tư: Những quy chuẩn về Kiến trúc xanh được phổ biến rộng rãi, từ đó số lượng người có hiểu biết và đóng góp xây dựng tiêu chuẩn kiến trúc xanh ngày càng nhiều Tiêu biểu nhất là các trường Đại học luôn có các Viện nghiên cứu, các khoa, chuyên ngành liên quan đến kiến trúc xanh, kiến trúc thân thiện với môi trường

- Thứ năm: không chỉ các công trình dân dụng, kiến trúc xanh còn được áp dụng cho các nhà máy công nghiệp Ngày càng nhiều những công viên công nghệ xanh, những khu công nghiệp xanh được xây dựng Các kiến trúc sư, chủ dự án đều sẵn sàng áp dụng các giải pháp xanh cho công trình của mình[55]

Hình 1.4 Tòa tháp Taipei 101 – công trình xanh tiêu biểu của Đài Loan [Nguồn: https://thienphuoctravel.net/]

Công trình 101 Đài Bắc (Taipei 101) là một trong những kiến trúc tiêu biểu của Đài Loan trong việc tận dụng các nguồn tài nguyên tại chỗ với mục tiêu đảm bảo sự bền vững về môi trường thông qua các giải pháp xanh cũng như tạo được sự đồng thuận và chung tay của cộng đồng (Hình 1.4) Chủ đầu tư nhận thức rõ rằng trong quá trình vận hành công trình sẽ gây ra tác động tới môi trường nên đã áp dụng triệt để các giải pháp liên quan đến Đổi mới (innovation), Môi trường (environment), Hiệu quả năng lượng (energy) nhằm giảm thiểu tác động tới môi trường và biến đổi khí hậu (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Một số giải pháp được ứng dụng trong công trình

Thiết kế xanh Chức năng

Rèm thủy tinh 2 lớp có cách nhiệt Giảm hấp thụ nhiệt vào mùa hè để điều hòa giảm bớt năng lượng tiêu thụ

Hệ thống điều khiển quản lý năng lượng

Tự động tắt và mở và cảnh báo khi có mưa lớn

Hệ thống xử lý nước sinh hoạt Thu gom và xử lý chất lượng nước sinh hoạt

Kiểm soát chất lượng môi trường bên trong công trình

Thường xuyên đo lường và giám sát các chỉ số môi trường

Hệ thống giảm chấn Damper Cho phép toà nhà chống động đất hiệu quả, đồng thời tiết kiệm khoảng 5% lượng thép

c) Malaysia

Các hoạt động nhằm nâng cao hiệu suất năng lượng trong xây dựng nhà ở của Malaysia được bắt đầu từ thập kỷ 80 thông qua các hoạt động kiểm toán năng lượng Tháng 8/1986, Ban năng lượng Malaysia phối hợp với Ban tư vấn và nghiên cứu của một trường đại học địa phương soạn thảo những yêu cầu về hiệu suất năng lượng là một phần của “Luật nhà ở đồng bộ” Nội dung chính nói về hệ thống ĐHKK, chiếu sáng và lớp vỏ công trình Công việc này đã được trợ giúp của dự án ASEAN và Mỹ về chống tổn thất, lãng phí năng lượng trong các tòa nhà do Cơ quan phát triển quốc tế của Mỹ phối hợp với phòng thí nghiệm LARENCE ở California hỗ trợ Tháng 12/1989, Chính phủ Malaysia ban hành “Hướng dẫn về HQNL trong các công trình xây dựng”

Trên lĩnh vực thiết kế “kiến trúc xanh, kiến trúc tiết kiệm năng lượng’ ở Malaysia,

kiến trúc sư tiên phong và đã đạt được nhiều thành tựu ấn tượng là Ken Yang Ông ưu tiên thiết kế nhà cao tầng do giải pháp áp dụng vào dạng công trình này này tiết kiệm được nhiều năng lượng tiêu thụ, đồng thời con người có thể dễ dàng tiếp xúc với thiên nhiên ngay cả ở những tầng cao nhất Quan điểm thiết kế của ông là lấy con người làm trung tâm, đồng thời nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng và vật liệu, giảm ô nhiễm môi trường trong quá trình xây dựng, khai thác và vận hành công trình Những vấn đề ông đặc biệt quan tâm khi thiết kế công trình cao tầng:

+ Chọn hướng nhà tối ưu và bố trí mặt bằng thích hợp: tự bản thân đã là giải

pháp tiết kiệm năng lượng Nếu công trình quay về hướng đón gió mát mùa hè, đón được nắng ấm buổi sáng, tránh gió lạnh mùa đông và nắng gắt về chiều thì không cần phải sử dụng nhiều đến các thiết bị hỗ trợ chất lượng không khí và điều kiện tiện nghi nhiệt bên trong công trình được đảm bảo

+ Tổ chức thông gió tự nhiên: đây là giải pháp quan trọng vì gió là nguồn tài

nguyên quan trọng sẵn có, thông gió tự nhiên sẽ giảm năng lượng sử dụng cho thông gió cơ khí và ĐHKK Thông qua biểu đồ hoa gió để xác định hình dạng mặt bằng cũng như giải pháp lớp vỏ bao che nhằm tận dụng gió tối đa Tuy nhiên không khí cần được lọc sạch trước khi đưa vào phòng nhằm đảm bảo chất lượng không khí, giảm trừ ô nhiễm

+ Khai thác và sử dụng ánh sáng tự nhiên: với giải pháp giảm chiều sâu mặt

bằng tầng nhà để tận dụng ánh sáng tự nhiên, từ đó tiết kiệm chiếu sáng nhân tạo Sử dụng các giải pháp để phản xạ và khuếch tán anh sáng để nâng cao đồng đều độ rọi trong phòng Bên cạnh đó là kết hợp đồng bộ với hệ thống điều khiển và tự động hoá theo khu vực và cảnh quan môi trường nhằm nâng cao hiệu quả tiêu thụ năng lượng

+ Các giải pháp làm giảm nhiệt độ môi trường: giải pháp thiết kế cảnh quan

theo phương thẳng đứng luôn được chú trọng Đó là nguyên tắc quan trọng của thiết kế sinh khí hậu trong thiết kế kiến trúc, đưa nhiều cây xanh vào công trình Cây xanh có tác dụng che chắn nắng cho không gian bên trong phòng và mặt ngoài, đồng thời giảm hấp thụ, phản xạ ánh sáng gây chói lóa từ bên ngoài vào phòng Ngoài ra, tác dụng bốc hơi nước giảm nhiệt của cây xanh được sử dụng như hệ thống làm mát tự nhiên rất hiệu quả ở ngoài mặt nhà và cải thiện vi khí hậu bên trong công trình

Hình 1.5 Tòa tháp Mesiniaga – Malaysia

[Nguồn: www.ce.jhu.edu]

Một trong những công trình tiêu biểu của Ken Yeang là toà tháp Mesiniaga với lớp vỏ bao che mang dáng vẻ kỹ thuật cao nhưng lại được áp dụng nhiều giải pháp thụ động Hình dạng công trình được tổ chức thông gió và chiếu sáng tự nhiên một

không gian nội thất bên trong, thang máy và thang bộ được bố trí ở hướng bất lợi về nắng sẽ giảm thiểu tác động của bức xạ lên công trình (Hình 1.5)

Hình 1.6 Tòa tháp Mesiniaga – Malaysia (mặt cắt)

[Nguồn: https://www.archdaily.com/]

Toà tháp toạ lạc trên nền dốc được bao phủ bởi cây xanh và cây xanh cũng được bố trí trong các không gian giật lùi theo hình xoáy ốc theo phương thẳng đứng Các không gian này ngoài việc tăng cường thông gió tự nhiên còn tạo môi trường tương tác giữa thiên nhiên và người sử dụng, loại bỏ sự nhàm chán thường thấy của những cao ốc thông thường Khoảng lùi giật sâu còn tạo bóng đổ che nắng cho các không gian nội thất gần kề, vốn được sử dụng diện tích kính rất lớn đặc trưng của các văn phòng (Hình 1.6)

1.2.3 Tình hình phát triển công trình hiệu quả năng lượng ở Việt Nam a) Xu hướng thiết kế theo tiêu chí xanh/hiệu quả năng lượng

Công trình xanh đã, đang và sẽ tiếp tục phát triển, trở thành xu hướng tất yếu của kiến trúc thế giới với những ưu việt về sử dụng hiệu quả năng lượng và tài nguyên, giảm chi phí vận hành công trình, giảm thiểu tác động tới môi trường sinh thái trong khi vẫn đảm bảo điều kiện tiện nghi cho người sử dụng,…

Hoà chung với xu hướng chung của nhân loại, bắt đầu từ năm 2007 Việt Nam đã được giới thiệu và tiếp cận kiến trúc xanh với sự ủng hộ từ chính phủ và sự phối hợp, hỗ trợ từ các tổ chức quốc tế Mặc dù với thời gian gần hai thập kỷ, cùng với đó là số lượng rất nhiều các công trình mới được xây dựng, tuy nhiên số lượng công trình được chứng nhận là công trình xanh/bền vững là rất khiêm tốn với chỉ gần 100 Ngoài lý do về chính sách khuyến khích và quan ngại của chủ đầu tư về tăng thêm

chi phí đầu tư, thì việc thiếu các quy chuẩn, tiêu chuẩn xây dựng làm nền tảng, chính sách ràng buộc khi cấp phép là những nguyên nhân cản trở sự phát triển công trình xanh ở Việt Nam

Bên cạnh đó, cũng cần thiết có những nghiên cứu chuyên sâu đóng vai trò định hướng và đề ra các giải pháp tham khảo cho đội ngũ kiến trúc sư; những công trình điển hình cũng thực sự cần thiết trong bối cảnh phát triển mạnh trên tất cả các lĩnh vực, đặc biệt là cơ sở hạ tầng.

b) Các cuộc thi công trình hiệu quả năng lượng

Đầu tiên, Bộ Công thương đã chỉ đạo Trung tâm Tiết kiệm năng lượng TP Hồ Chí Minh tổ chức cuộc thi “Tòa nhà HQNL” vào năm 2006 và chỉ có các tòa nhà tại khu vực TP Hồ Chí Minh tham gia dự thi Từ năm 2008, cuộc thi đã được tổ chức thường niên và phạm vi ngày càng mở rộng ra nhiều địa phương trên cả nước

Bên cạnh đó, để khuyến khích và thúc đẩy phát triển phong trào “Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong toà nhà”, năm 2012 Bộ Xây dựng đã tổ chức cuộc thi “Công trình kiến trúc tiết kiệm năng lượng” Cuộc thi này được áp dụng đối với các công trình kiến trúc có diện tích sàn từ 2.500 m2 trở lên Năm tiêu chí được đánh giá chất lượng công trình gồm:

(1) Giải pháp thiết kế liên quan đến bảo vệ môi trường,

(2) Giải pháp thiết kế kiến trúc có hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, (3) Giải pháp thiết kế kỹ thuật có hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, (4) Điều kiện tiện nghi vi khí hậu và mức độ hài lòng của người sử dụng, (5) Sự thích ứng và khả năng phát triển

Kết quả: 10 công trình kiến trúc đã được Ban Tổ chức cuộc thi trao giải thưởng tại Bộ Xây dựng ngày 28/3/2013

Đến nay, cuộc thi đã thu hút hơn 400 tòa nhà dự thi tại 25 tỉnh thành, trong đó có 221 công trình được chọn chấm tại các vòng chung kết và có 106 tòa nhà đã đạt

giải, tuy nhiên trong đó có khá ít công trình văn phòng đạt giải Điều này chứng tỏ

loại hình công trình văn phòng chưa được chú trọng nghiên cứu và đầu tư các giải pháp xanh và hiệu quả năng lượng so với các dạng công trình khác

c) Phát triển công trình hiệu quả năng lượng dưới sự hỗ trợ của các dự án hợp tác quốc tế

cho 2 tòa nhà trình diễn: Royal Tower tại TP Hồ Chí Minh và toà nhà Thái Dương tại Hà Nội