GIỚI THIỆU
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Than, dầu thô và các sản phẩm, khí, năng lượng tái tạo là những nguồn năng lượng chính được sử dụng tại Nước ta Hình 1 cho chúng ta thấy tổng nguồn cung năng lượng sơ cấp giai đoạn từ năm 2010 đến năm 2019, theo như thống kê năng lượng Việt Nam 2019
Hình 1.1: Tổng nguồn cung năng lượng sơ cấp từ năm 2010 đến 2019
Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy lượng sản xuất năng lượng ngày càng tăng, đặt biệt là sự gia tăng đáng kể của than từ năm 2010 đến năm 2019 Sự gia tăng về năng lượng không chỉ phản ánh sự tăng trưởng về kinh tế và dân số, mà còn gây ra ô nhiễm môi trưởng nghiêm trọng Để giảm thiểu những tác động tiêu cực đến môi trường và hiệu quả về mặt sử dụng năng lượng thì việc quan trong là quản lý năng lượng sử dụng hiệu quả
Bên cạnh đó, an ninh năng lượng quốc gia cũng là một vấn đề quan trọng cần được quan tâm Ngày 11 tháng 2 năm 2020, Bộ chính trị đã ban hành Nghị quyết số
55 – NQ/TW về định hướng Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia Việt Nam đến nắm 2030, tầm nhìn đến năm 2045 Đây là chủ trương lớn của Đảng nhằm định hướng dài hạn chiến lược an ninh năng lượng nói chung, sự phát triển bền vững, ổn định của ngành năng lượng Việt Nam nói riêng Như vậy có thể thấy rằng, Nghị quyết số 55- NQ/TW định hình một giai đoạn phát triển mới, toàn diện của ngành năng lượng Việt Nam, từ khâu cung ứng, truyền tải và phân phối, đến tiêu dùng năng lượng, trong đó, tiêu dùng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, hay nói cách khác việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là một trong những nhân tố then chốt trong chiến lược phát triển bền vững ngành năng lượng của đất nước (Bộ Công Thương Việt Nam, 2021)
Vì vậy, việc tiết kiệm năng lượng sử dụng trong các toà và hướng tới các nguồn năng lượng sạch là một yêu cầu cấp thiết hiện nay.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Là nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của tòa nhà văn phòng hiện hữu bằng phương pháp mô phỏng tích hợp kết hợp khảo sát hành vi sử dụng năng lượng của các cư dân trong tòa nhà Từ đó đưa ra các giải pháp và Phương án để tiết kiệm năng lượng sử dụng của tòa nhà.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Mô phỏng: sử dụng phần mềm IES VE để mô phỏng năng lượng tiêu thụ hằng năm của dự án dựa trên dữ liệu thực tế theo bộ bản vẽ thiết kỹ thuật của dự án toà nhà khách sạn Wink Nguyễn Bỉnh Khiêm, toạ lạc tại thành phố Hồ Chí Minh Đề xuất các giải pháp cải tạo, thay thế hoặc thay đổi lịch trình hoạt động của hệ thống sử dụng điện nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của tòa nhà Thực hiện mô phỏng mô hình đề xuất và so sánh với hiện trang sử dụng điện của tòa nhà để lựa chọn các giải pháp tiết kiệm và tối ưu về mặt chi phí
TRẦN THANH LONG - 1970690 3 Đối tượng nghiên cứu: ứng dụng mô phỏng năng lượng của phần mềm BIM trong thiết kế công trình xanh
Tính chất, đặc trung của đối tượng nghiên cứu: phân tích, đánh giá năng lượng tiêu thụ của toà nhà và các mặt thuận lợi và khó khăn của việc áp dụng BIM
Thời gian nghiên cứu: tháng 12/2021 đến tháng 12/2022
TỔNG QUAN
HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC TÒA NHÀ THƯƠNG MẠI
Tại Việt Nam năng lượng tiêu thụ cho khu vực các toà nhà, đặc biệt các công trình nhà ở và công cộng cao tầng chiếm khoảng 23 - 24% năm 1994 trên tổng số năng lượng tiêu dùng quốc gia Tỷ lệ này đã tăng lên trong thập niên vừa qua, khi các đô thị đặc biệt, loại 1 và 2 đã phát triển nhanh chóng và nguồn vốn đầu tư nước ngoài đã gia tăng một cách đáng kể (Bộ xây dựng, 2008)
Nhu cầu năng lương thì càng ngày càng tăng cao do tốc độ phát triển của dân số và kinh tế, đặt biệt là ở các thành phố lớn như Hà Nôi, Hồ Chí Minh Hiện nay 35-
40% lượng năng lượng tiêu thụ tại đô thị là từ các tòa nhà cao tầng như khách sạn, tòa nhà văn phòng, trung tâm thương mại, khu công nghiệp Tốc độ phát triển các công trình thuộc dạng này ngày càng tăng dự báo nhu cầu tiêu thụ năng lượng ngày càng lớn Nhưng hầu hết các công trình xây dựng tại Việt Nam khi tiến hành thiết kế chưa tính đến việc tích hợp các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả Các giải pháp này bao gồm hệ thống chiếu sáng tiết kiệm điện, tận dụng thông gió - làm mát - sưởi ấm tự nhiên, sử dụng vật liệu cách nhiệt… Điều này gây ra tình trạng thất thoát nhiệt và tiêu thụ điện năng lớn trong quá trình vận hành, sử dụng các công trình (Vụ Tiết kiệm năng lượng và Phát triển bền vững, 2020)
Xu hướng đô thị hóa ở Việt Nam những năm gần đây đang tăng rất nhanh thúc đẩy nhu cầu nhà ở, công trình thương mại, công cộng, nhà ở và hạ tầng đô thị Tới nay, mới chỉ trên 1/3 dân số Việt Nam sống ở các khu vực đô thị, khá thấp so với các nước khác trong khu vực Điều này chỉ ra dư địa phát triển lớn của các đô thị Việt Nam Trong 10 năm tới, dân số đô thị Việt Nam dự phóng tăng trưởng trung bình 2,6%/năm (theo WB), đứng thứ ba trong các quốc gia ASEAN Tới năm 2039, sẽ có trên 50% dân số Việt Nam sống tại các đô thị và lên tới 57,3% trong năm 2050 (Nguyễn Ngọc Đức, 2019)
Hình 1.1 Tốc độ đô thị hóa tại Việt Nam
Nguồn: báo cáo ngành xây dựng, 2019
Chỉ tính riêng ở Hà Nội và TP Hồ Chí Minh đã có hàng trăm dự án các khu đô thị mới, cùng với các công trình nhà ở căn hộ cao tầng được xây dựng hoàn thiện, trong đó phần lớn đã đi vào sử dụng Nhiều công trình khách sạn cao tầng, cao ốc văn phòng và trung tâm thương mại có diện tích sàn sử dụng trên 10.000m2 và tiêu thụ điện năng lớn hơn 1 – 2 triệu KWh/năm Đây là những hộ tiêu thụ điện năng lớn cần được quản lý và có biện pháp nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng (Nguyễn Ngọc Đức, 2019)
Với số lượng công trình xây dựng đã đi vào hoạt động, Việt Nam có tiềm năng rất lớn trong việc thúc đẩy thực hiện các giải pháp cải tạo để tiết kiệm năng lượng Đặt biệt là trong tình hình lượng phát thải khí CO2 ngày càng tăng trên toàn cầu
Việt Nam bị ảnh hưởng mạnh bởi tác động của biến đổi khí hậu, thực tế này đe dọa những nỗ lực tăng trưởng kinh tế bền vững trong dài hạn Ở Việt Nam, 38.08% (6.2/16.28 Mtoe, số liệu IEA 2018) sản lượng điện dùng cho tiện nghi nhà ở và thương mại, nhu cầu tiêu thụ năng lượng của Việt Nam dự báo sẽ tăng 12% mỗi năm trong
TRẦN THANH LONG - 1970690 6 tương lai và Việt Nam được dự báo sẽ trở thành nước nhập khẩu mạnh về năng lượng
Vì thế sử dụng hiệu quả năng lượng là rất quan trọng (Trần Anh Tuấn và công sự, 2020)
Như vậy, các tòa nhà cần những công cụ đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng trước sự thay đôi của khí hậu, sự cải tiến hiệu suất thiết bị sử dụng điện và cả hành vi của người lao động trong quá trình sử dụng năng lượng.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH XANH
2.2.1 Khái niệm về công trình xanh
Công trình xanh (CTX) đã khá phổ biến tại Việt Nam trong nhiều năm qua Khái niệm này lần đầu tiên được đưa ra bởi Hội đồng Công trình Xanh Hoa Kỳ vào năm 2007 Theo đó, CTX là công trình được thiết kế, xây dựng, vận hành trong cả vòng đời theo hướng:
• Sử dụng tài nguyên hiệu quả
• Đảm bảo tiện nghi và sức khỏe cho người sử dụng
• Giảm các tác động xấu đến môi trường
• Mang lại lợi ích kinh tế bền vững
Khái niệm này hiện nay được Hội đồng Công trình Xanh thế giới định nghĩa như sau: Công trình xanh là công trình trong thiết kế, xây dựng hoặc vận hành giảm thiểu các tác động xấu và có thể tạo ra những tác động tích cực đối với khí hậu và môi trường của chúng ta Công trình Xanh bảo tồn tài nguyên thiên nhiên quý giá và nâng cao chất lượng cuộc sống [1] Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam đưa ra khái niệm công trình xanh nhằm nói đến những công trình đạt được hiệu quả cao trong sử dụng năng lượng và vật liệu, giảm thiểu các tác động xấu tới môi trường, đồng thời được thiết kế để có thể hạn chế tối đa những tác động không tốt của môi trường xây dựng tới sức khỏe con người và môi trường tự nhiên thông qua:
• Sử dụng hiệu quả năng lượng, nước và các nguồn tài nguyên khác
• Bảo vệ sức khỏe người lao động và nâng cao năng suất làm việc
• Giảm thiểu ô nhiễm, rác thải và các hoạt động tàn phá môi trường
Dù theo định nghĩa nào thì một công trình xanh đều đảm bảo hạn chế và ngăn chặn các tác hại đến môi trường tự nhiên, hướng đến việc cải thiện hiệu suất, tiết kiệm năng lượng, sử dụng năng lượng hiệu quả và giảm lượng khí thải nhà kính Điều này đúng với ý nghĩa của từ xanh trong khái niệm đó là ý nghĩa của sự sống, tính sinh thái và sự thân thiện với môi trường
2.2.2 Quá trình phát triển công trình xanh
Từ cuối thế kỉ 20 đến đầu thế kỉ 21, thế giới ở trong giai đoạn khủng hoảng trầm trọng về hệ sinh thái và môi trường do hậu quả của cuộc đại cách mạng công nghiệp Con người phải đối mặt với những nguy cơ lớn đe dọa trực tiếp đến sức khỏe và cuộc sống như ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu, tài nguyên thiên nhiên ngày càng cạn kiệt Trước thực trạng đó, tháng 6 năm 1972, Hội nghị Liên hợp quốc về Môi trường con người diễn ra tại Stockholm (Thụy Điển) thừa nhận sự xuống cấp của môi trường toàn cầu và nhận thấy phải có ngay biện pháp để cải thiện Năm 1980, Tổ chức quốc tế Bảo tồn thiên nhiên của Liên hợp quốc (UCN) lên tiếng báo động về sự phát triển không bền vững của Trái đất trong bản Tuyên bố Chiến lược bảo tồn Thế giới (World Conservation Strategy) tại Thụy Sỹ Năm 1987, Hội đồng thế giới về Môi trường và Phát triển (World Commission on Environment and Development) của Liên hợp quốc (LHQ) được thành lập và công bố bản báo cáo Tương lai chung của chúng ta (Our Common Future), lần đầu tiên đưa ra định nghĩa về phát triển bền vững Năm 1992, Hội nghị Thượng đỉnh Trái đất về “Môi trường và Phát triển” diễn ra tại Rio de Janeiro (Brazin) với sự tham gia của lãnh đạo từ 162 quốc gia đã cùng ký kết
“Công ước chung Liên hợp quốc về Biến đổi khí hậu”
Các sự kiện trên là những bước đệm để vào năm 1993, các chuyên gia xây dựng và môi trường ở Mỹ đã phối hợp cùng nhau để thành lập Hội đồng công trình xanh Hoa Kỳ (USGBC) và phát động phong trào xây dựng công trình xanh tại Mỹ, là cột mốc chính thức đánh dấu bước đi đầu tiên của quá trình phát triển CTX, mở đầu cho sự phát triển CTX trên toàn thế giới Năm 2000, USGBC đã nghiên cứu và
TRẦN THANH LONG - 1970690 8 đưa ra bộ tiêu chí đánh giá gọi là LEED - Leadership in Energy and Environmental Design (Định hướng thiết kế về môi trường và năng lượng) Đây được xem là hoạt động tích cực và hiệu quả nhất trong các nỗ lực ứng phó với biến đổi khí hậu trên toàn cầu Trải qua gần 20 năm áp dụng với bốn lần được chỉnh sửa, bổ sung phù hợp với tình hình thực tế, tuy ngày càng nghiêm ngặt và khắt khe hơn nhưng với hàng ngàn công trình xanh đạt chứng nhận tiêu chuẩn LEED mỗi năm trên toàn thế giới đã chứng minh đây là xu hướng xây dựng tất yếu trên toàn cầu trong tương lai
Trong khi cách mạng xây dựng xanh đang diễn ra trên toàn thế giới thì Việt Nam vẫn còn ở giai đoạn khởi đầu, chậm hơn các nước trên thế giới khoảng 15-20 năm [2] Ra mắt thị trường Việt Nam vào năm 2007, sau hơn 10 năm triển khai với CTX đầu tiên là nhà máy Colgate Pamolive Bình Dương được xây dựng vào năm
2008, số CTX hiện nay ở Việt Nam đã vượt 150 công trình ở nhiều loại chứng chỉ nhưng còn là con số rất khiêm tốn nếu xét cùng thời gian phát triển ở các nước khác, như số CTX ở Mỹ vào năm 2000 đã là 1500, Singapore là 2300 và Trung Quốc năm
2017 với hơn 2000 công trình [3] Tuy nhiên, số lượng xây dựng CTX đã gia tăng đáng kể qua từng năm cho thấy nổ lực của ngành xây dựng trong việc bắt kịp xu hướng của khu vực và thế giới
Bảng 2.1 Tốp 10 quốc gia xây dựng CTX theo tiêu chuẩn LEED
Xếp hạng Tên quốc gia Diện tích sàn (triệu m 2 ) Số dự án
Xếp hạng Tên quốc gia Diện tích sàn (triệu m 2 ) Số dự án
Bảng 2.2 Số lượng dự án đăng ký qua các năm ở các nước trong khu vực Đông Nam Á
Quốc Gia Việt Nam Thái Lan Phi-lip-pin Ma-lay-si-a
(Nguồn: Báo cáo xu hướng CTX tại Việt Nam của Bluescope, 2017)
Số lượng dự án qua áp dụng tiêu chuẩn CTX đang tăng trong những năm gần đây Nhưng so với các nước trong khu vực như Thái Lan hay Phi-lip-pin thì số lượng dự án tại Việt Nam còn khiêm tốn
2.2.3 Các chứng chỉ công trình xanh tại Việt Nam
Cùng với sự ra đời của CTX, tại mỗi quốc gia với những bối cảnh khác nhau đã cho ra đời những bộ tiêu chí riêng cho mình hoặc áp dụng linh hoạt hệ thống đánh giá sẵn có của các quốc gia khác Một số hệ thống đánh giá nổi bật có thể kể đến như LEED (Hoa Kỳ), Green Star (Úc), Green Mark (Singapore), GOBAS (Trung Quốc), GRIHA
TRẦN THANH LONG - 1970690 10 (Ấn Độ), v.v Với mỗi hệ thống đánh giá của từng quốc gia sẽ có các tiêu chí đánh giá khác nhau phù hợp với đặc điểm khí hậu và điều kiện xây dựng thực tế nhưng nhìn chung đều đảm bảo được các tiêu chí:
• Địa điểm xây dựng bền vững: khai thác và tận dụng tối đa điều kiện thuận lợi của địa điểm phục vụ xây dựng công trình, không hủy hoại và làm biến đổi đặc điểm môi trường hiện hữu Bảo tồn và khôi phục đa dạng sinh thái, đảm bảo tỷ lệ cây xanh cao trong khu vực xây dựng Đảm bảo tối ưu việc sử dụng đất đai xây dựng có hiệu quả Đảm bảo giao thông cơ giới, xe đạp và đi bộ di chuyển
• Không gian xanh: Đô thị xanh là có nhiều không gian xanh, có chất lượng môi trường xanh, sạch (môi trường không khí, nước, đất) Giảm thiểu chất thải, ô nhiễm và những nguyên nhân làm suy thoái môi trường Chất lượng môi trường trong và ngoài tòa nhà, tăng cường thông gió tự nhiên, kiểm soát ô nhiễm hóa học, tăng cường sử dụng ánh sáng tự nhiên
• Dự án tận dụng nguồn nước hiệu quả: Tiết kiệm nước trong sinh hoạt, sản xuất, trồng trọt Tăng cường việc kiểm soát, lưu giữ và sử dụng nước mưa, giảm dùng nước sạch tưới cây, áp dụng công nghệ xử lý nước thải để tái sử dụng
TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG NĂNG LƯỢNG
Mô phỏng năng lượng là một công cụ hiệu quả để tính toán được lượng điện năng tiêu thụ của tòa nhà trong tương lại, từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế, cải tạo hiệu quả về mặt kinh tế đối với các tòa nhà mới hoặc các tòa nhà hiện hữu Đối với các tòa nhà hiện hữu, việc mô phỏng phải dựa trên kết các thông số đo đạt thực tế và thực hiện hiệu chỉnh mô hình để cho ra kết quả chuẩn xác nhất
Theo thông tin từ Hội Mô phỏng hiệu năng công trình xây dựng Việt Nam
(IBPSA-VIETNAM), mô phỏng năng lượng công trình là cách tốt nhất để đưa ra quyết định thiết kế liên quan tới năng lượng, tiện nghi sử dụng và chi phí [5].
GIỚI THIỆU CÁC CÔNG CỤ MÔ PHỎNG NĂNG LƯỢNG
Các phần mềm mô phỏng năng lượng có thể được áp dụng để dự báo năng lượng tiêu thụ của tòa nhà đang được sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay:
• Giới thiệu phần mềm EnergyPlus:
Là một chương trình mô phỏng tình hình tiêu thụ năng lượng và nước trong công trình Chương trình được tài trợ bởi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ Đây là một chương
TRẦN THANH LONG - 1970690 13 trình mô phỏng năng lượng toàn bộ tòa nhà mà các kỹ sư, kiến trúc sư (KTS)và nhà nghiên cứu sử dụng để lập mô hình cho cả mức tiêu thụ năng lượng — để sưởi ấm, làm mát, thông gió, chiếu sáng và tải cắm và xử lý — và sử dụng nước trong các tòa nhà
• Giới thiệu phần mềm eQuest: là một trong những công cụ mô phỏng năng lượng phổ biến nhất cho giai đoạn thiết kế cơ sở hoặc sớm hơn Tên đầy đủ là: QUick Energy Simulation Tool, và đúng như tên gọi, eQuest là một công cụ hữu ích giúp các kiến trúc s(KTS) nhanh chóng chạy các mô phỏng năng lượng đơn giản để đánh giá giữa các giải pháp thiết kế khác nhau Phần mềm hữu ích này được phát triển bởi Jame J Hirsch & Associates, với vốn tài trợ từ Bộ Năng lượng Hoa Kỳ
• Giới thiệu phần mềm IES-VE: Được phát triển bởi hãng Integrated Enviromental Solutions phát triển Đây là phần mềm hỗ trợ dự án xây dựng giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng của công trình thông qua việc tối ưu các yếu tố như hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống làm mát, sưởi và lớp vỏ bao che của công trình
Vì vậy sử dụng năng lượng hiệu quả, tiết kiệm là một trong những nhiệm vụ thiết yếu của Quốc Gia nhằm nâng cao tính cạnh tranh, giảm tải cho hệ thống cung cấp và đảm bảo an ninh năng lượng Mà trong đó, hành vi của con người là điều quan trong nhất nhưng thường ít được quan tâm trong cơ hội tiết kiệm năng lượng [6].
MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ BIM VÀ CTX TRƯỚC ĐÂY
Các nghiên cứu trước đây liên quan đến ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) trong công trình xanh (CTX)
Bảng 2.4 Các nghiên cứu về ứng dụng BIM trong công trình xanh trên thế giới
Tác giả Nội dung nghiên cứu
Annette L.Stumpf, Hyunjoo Kim, and
Elisabeth M.Jenicek (2011) Ứng Dụng mô hình thông tin xây dựng vào Phân tích Sử dụng Năng Lượng trong giai đoạn thiết kế
Farzad Jalaei, Ahmad Jrade (2014) Tích hợp mô hình thông tin xây dựng và các công cụ phân tích năng lượng với hệ thống chứng nhận xây dựng xanh để thiết kế ý tưởng các tòa nhà bền vững
Farzad Jalaei, Ahmad Jrade (2015) Tích hợp hệ thống hỗ trợ quyết định
(DSS) và mô hình thông công trình (BIM) để tối ưu hóa lựa chọn thành phần xây dựng bền vững.
Wei Wu, Raja (2015) Kế Hoạch Thực Hiện BIM trong dự án công trình xanh, theo tiêu chuẩn LEED
Xi (Stacy) Sun (2016) Khảo Sát Mô hình thông tin công trình
(BIM) đến tích hợp dữ liệu mô phỏng năng lượng và kết quả mô phỏng Mohmed Solla, Lokman Hakim Ismail and Riduan Yunus (2016)
Khảo Sát tiềm năng của Tích hợp BIM vào công cụ đánh giá công trình xanh
BIM Xanh, Phương Pháp tiếp cận Phát
Yufang Shi, PingpingSong (2017) Vòng đời chi phí của Công Trình Xanh dựa vào kỹ thuật mô hình thông tin công trình (BIM)
Huỳnh, Đắc Trung (2015) Đánh giá các nhân tố đến chất lượng dự án xây dựng dân dụng và công nghiệp khía cạnh bảo vệ môi trường xanh bền vững giai đoạn tiền thi công
Tác giả Nội dung nghiên cứu
Nguyễn, Duy Hưng (2016) So sánh các hệ thống đánh giá công trình xanh và nghiêncứu mức độ áp dụng các tiêu chí ở Việt Nam
Lê, Duy Bình (2016) Ứng dụng quy trình Lean trong quá trình thiết kế xây dựng (áp dụng tại các công ty Tư vấn Thiết kế tại Việt Nam)
Hùng, Nguyễn Minh (2017) Nghiên Cứu Các rào cản trong việc phát triển công trình xanh tại Việt Nam
Lê, Thanh Tuyến (2014) Mô hình 4D-Bim cho dự án có các công tác lặp lại
Châu Trần Minh Nhựt (2015) Ứng dụng mô hình động học hệ thống
(Sd) đánh giá hiệu quả của chiến lược quản lý rác thải xây dựng
Từ, Kim Hải (2015) Ứng dụng BIM trong quản lý xây dựng dự án cầu Trường hợp áp dụng: Cầu vượt hương lộ 2 tại Tp HCM
Trương, Hữu Hà Ninh (2016 ) Ứng dụng mô hình BIM vào hỗ trợ các công tác quản lý và vận hành nhà cao tầng
Anh, Tạ Tuấn (2017) Khảo sát khả năng ứng dụng hệ thống thông tin công trình (BIM) vào công tác thẩm định của sở xây dựng TP Hồ Chí Minh đối với dự án đầu tư xây dựng công trình.
Tác giả Nội dung nghiên cứu
Phong, Cao Xuân (2018) Xây dựng Lộ Trình BIM Roadmap cho doanh nghiệp X: A case study
2.5.1 So sánh các nghiên cứu
Qua các nghiên cứu trước đây về ứng dụng BIM trong thiết kế công trình xanh, đã có nhiều nghiên cứu tích hợp mô hình thông tin công trình vào mô phỏng tính toán năng lượng Dựa vào kết quả mô phỏng để đánh giá mức độ đáp ứng theo tiêu chuẩn Công trình xanh Bên canh đó, ứng dụng BIM trong thiết kế CTX cung là Phương pháp hỗ trợ tiếp cận mục tiêu phát triển bền vững
Các nghiên cứu trong nước chưa có nhiều nghiên cứu về ứng dụng BIM trong thiết kế công trình xanh mà chỉ có nghiên cứu về ứng dụng BIM hoặc về Công trình xanh Vì vậy, cần có quy trình tích hợp từ thiết kế đến thi công và vận hành công trình về các công trình theo khuynh hướng phát triển bên vững như CTX
Nghiên cứu này, dựa theo các nghiên cứu trên thế giới đã ứng dụng BIM trong thiết kế công trình xanh Đặc điểm của nghiên cứu là sử dụng điều kiện khí hậu, thời tiết cũng như môi trường ở Việt Nam và nghiên cứu áp dụng tiêu chuẩn ASHRAE 90.1 theo như yêu cầu của tiêu chuẩn CTX LEED để đánh giá công trình sử dụng năng lượng hiệu quả
PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
MÔ PHỎNG NĂNG LƯỢNG
3.1.1 Thu thập dữ liệu Đầu tiên, cần thu thập các dữ liệu sử dụng điện thực tế của tòa nhà thông qua hóa đơn tiền điện trong vòng 12 tháng gần nhất Sau đó cần thu thập các dữ liệu liên quan đến hiện trang kiến trúc, hệ thống cơ điện, số người làm việc và lịch trình hoạt động thực tế của tòa nhà Ngoài ra các thiết bị sử dụng điện khác tivi, tủ lạnh, màng hình, lap-top cũng cần được thống kế [7]
Các thông tin sau khi thu thập cần được phân loại xử lý để đưa ra kết quả tốt nhất Quá trình xử lý thông tin được thực hiện như hình 3.1:
Hình 3.1: Các dạng trình bày để xử lý thông tin
Quy trình thực hiện phân tích nhân tố thuận lợi và khó khăn khi áp dụng BIM vào mô phỏng phân tích năng lượng
Các giai đoạn của quá trình thiết lập bảng câu hỏi và thực hiện khảo sát được thể hiện theo biểu đồ dưới đây:
Hình 3.2 Biểu đồ các giai đoạn thiết lập câu hỏi
Xác định các nhân tố áp dụng BIM trong mô phỏng phân tích năng lượng Tham khảo sách, báo
Tham khảo khảo ý kiến chuyên gia
Thiết kế bảng câu hỏi sơ bộ
Hoàn thiện bảng câu hỏi
Phân tích dữ liệu, thảo luận kết quả
Xác định, phân tích các nhân tố Xác định, phân tích các nhân tố
1 Phân tích thống kê mô tả
PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG MÔ HÌNH
Phần mềm giải quyết riêng từng phương pháp truyền nhiệt và điều khiển quá trình ảnh hưởng đến hiệu suất toà nhà
Theo Fourrier, một lượng nhiệt dQ truyền qua một bề mặt dF trong thời gian d sẽ tỷ lệ thuận với gradient nhiệt độ, thời gian và diện tích bề mặt: dQ t dFd
- là hệ số dẫn nhiệt, W/mK
- dF là diện tích phân bố bề mặt đẳng nhiệt, m2
- dkhoảng thời gian truyền, giây
Xem xét lượng nhiệt của không khí bên trong toà nhà theo Phương trình nhiệt động như sau: a p a
- Q là nhiệt lượng của không khí, W
- c p là nhiệt dung riêng của không khí, J/kgK
- a là khối lượng riêng của không khí, kg/m 3
- V là thể tích của không khí, m 3
- T a là nhiệt độ của không khí
Việc mô phỏng được thực hiện cho mỗi thành phần của toà nhà như tường, mái, trần, … là một giả định đơn chiều Hơn nữa, các đặt tính vật lý nhiệt của các thành phần được giả định là đồng nhất
Theo Newton, nhiệt lượng truyền trong quá trình toá nhiệt dối lưu được tính toán:
- Q là nhiệt lượng truyền qua bề mặt trong một đơn vị thời gian, W
- là cường độ toả nhiệt trên bề mặt, W/m 2 K
- F là diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m 2
- t w là nhiệt độ của không khí, o C
- t f là nhiệt độ trung bình bề mặt, o C
• Đối lưu cưỡng bức bên ngoài được mô hình hoá với hệ số truyền nhiệt đối lưu phụ thuộc vào tốc độ gió theo công thức thực nghiệm của McAdams’:
• Hệ số đối lưu bên trong được thể hiện như sau:
C là hệ số phụ thuộc vào hướng của bề mặt f là hệ số phụ thuộc vào tốc độ không khí trung bình n là số mũ, được chọn theo hướng dẫn CIBSE
3.2.3 Truyền nhiệt bằng chuyển động không khí
Tốc độ truyền nhiệt liên quan đến dòng không khí đi vào bên trong không gian là:
Trong đó: m là lưu lượng khối lượng của không khí, kg/s c p là nhiệt dung riêng của không khí, J/kg.K
T i là nhiệt độ của không khí cấp vào, o C
T a là nhiệt độ trung bình của không khí bên trong phòng, o C
Tổng bức xạ nhiệt của một bề mặt
C o = W m K là hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối
Theo một cách gần đúng, mặt trời là một vật tản nhiệt màu đen có nhiệt độ bề mặt là 5800K Năng lượng mà nó tỏa ra tạo ra một thông lượng bức xạ ở đỉnh bầu khí quyển của trái đất mà trung bình trong suốt một năm là 1353 W / m2 Các yếu tố khác
TRẦN THANH LONG - 1970690 22 ảnh hưởng đến bức xạ mặt trời ở mặt đất là góc mặt trời thay đổi và sự khuếch tán bức xạ của bầu khí quyển
Sau khi các thông tin đã được phân loại và xử lý, việc xây dựng mô hình mô phỏng được tiến hành trên phần mềm IES VE [8] Qui trình mô phỏng năng lượng được thực hiện bởi chính tác giả như sau:
Hình 3.2: Quy trình mô phỏng năng lượng
Dựa trên kết quả thu thập được từ thực tế, mô hình kiến trúc của tòa nhà sẽ được xây dựng Thông số kỹ thuật của vật liệu, hướng và diện tích kính trên các mặt dựng là những yếu tố ảnh hưởng lớn đến năng lượng tiêu thụ của tòa nhà nên cần được kiểm tra và chỉnh sửa
Hình 3.3: Mô hình kiến trúc
Các thông tin vật liệu lớp vỏ bao che của tòa nhà bao gồm tường gạch, kính, mái sẽ được nhập vào trong phần mềm Những thông số cần được thu thập:
• Hệ số che nắng (chỉ dành cho kính)
Tiếp theo là xây dựng lịch trình làm việc của con người, hệ thống đèn, hệ thống máy lạnh, thông gió, hệ thống máy lạnh và các hệ thống tiêu thụ điện khác của tòa nhà Lịch trình hoạt động của dự án sẽ được mô phỏng theo gian làm việc trong một ngày và số ngày làm việc trong tuần [9]
Hình 3.4: Thông số kỹ thuật của kính ngoại thất
Hình 3.5: Lịch trình hoạt động của thiết bị theo ngày
Hình 3.6: Lịch trình hoạt động của thiết bị theo ngày
Cuối cùng, hệ thống cơ điện sẽ được xây dựng theo đúng các thông số kỹ thuật đã được thu thập Lịch trình làm việc sẽ được gán vào từng thiết bị để đảm bảo việc mô phỏng chính xác như thực tế [11]
Hệ thống đèn sẽ được thống kê theo từng không gian và tính toán mật độ công suất (LPD) theo công thức (3.9):
• P là tổng công suất điện của đèn trong không gian
• A là diện tích không gian
Hệ thống điều hòa không khí (ĐHKK) chiếm khoảng 40 – 60% năng lượng tiêu thụ trong một tòa nhà văn phòng [10] Vì vậy việc thu thập dữ liệu cần đầy đủ và chính xác Các thông số cần được quan tâm như sau:
• Hiệu suất của máy lạnh
Hình 3.7: Hệ thống máy lạnh
Thực hiện chạy mô phỏng năng lượng tiêu thụ của tòa nhà trong vòng một năm So sánh kết quả mô phỏng điện năng tiêu thụ với giá trị thực tế Điều chỉnh mô hình và thực hiện mô phỏng lại để đảm bảo kết quả mô phỏng chuẩn xác
Tính toán thời gian hoàn vốn của các giải pháp để thấy rõ lợi ích về mặt kinh tế theo công thức (3.10):
Thời gian hoàn vốn = Tổng chi phí cải tạo/chi phí tiết kiệm hằng năm (3.10)
Giá trị hiện tại thuần (NPV) là một công cụ hữu ích để đưa ra các quyết định về tài chính Giá trị tiết kiệm hằng năm sẽ thu được trong suốt thời gian hoạt động của dự án Phương án có NPV dương được chấp nhận vi doanh thu đủ để trả lãi vay và thu hồi chi phí vốn ban đầu khi kết thúc vòng đầu tư Và các phương án có NPV dương lớn nhất thì nên được chon NPV được tính theo công thức (3.11):
• P là dòng tiền vô hằng năm
• C là chi phí đầu tư ban đầu
• t là số năm tính toán
• r là tỉ lệ chiết khấu
3.2.8 Đề xuất giải pháp thay thế, cải tạo và xây dựng mô hình Áp dụng các giải pháp cải tạo, thay thế thiết bị mới và thay đổi lịch trình làm việc vào mô hình đề xuất Thực hiện mô phỏng để xác định lượng điện năng tiêu thụ
So sánh năng lượng tiêu thụ với mô hình thực tế để lựa chọn các giải pháp tối ưu về mặt tiết kiệm năng lượng và chi phí
CÔNG CỤ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT
3.3.1 Phương pháp lập bảng câu hỏi khảo sát
Thu thập dữ liệu thông qua việc sử dụng bảng câu hỏi khảo sát Thuận lợi của việc sử dụng bảng khảo sát là có được thông tin từ một số lượng lớn người tham gia và thực hiện dễ dàng cho mọi đối tượng Qua đó, giúp làm rõ vấn đề nhanh chóng và có thể thu thập dữ liệu cần thiết từ nhiều cơ quan hay đơn vị khác nhau trong thời gian ngắn
Bảng câu hỏi là một trong những phương pháp thường được dùng để khải sát, thu thập dữ liệu cho việc nghiên cứu Chính vì vậy, việc thiết kế bảng câu hỏi sẽ ảnh hưởng rất lớn đến kết quả nghiên cứu Kết quả nghiên cứu có thể bị sai lệch so với điều kiện thực thế hoặc gây ra một hậu quả nghiêm trọng nếu việc thiết kế bảng câu hỏi không tốt
Khảo sát bằng bảng câu hỏi là thu thập ý kiến của một số lượng lớn người về một số vấn đề cần quan tâm trong một khoảng thời gian nhất định Tuy nhiên, các đối tượng trả lời câu hỏi phải được chọn lọc kỹ càng để đảm bảo độ tin cậy của thông tin phản hồi và tránh trường hợp bị hiểu nhầm theo nhiều nghĩa dẫn đến kết quả bị sai lệch, không đúng thực tế
Người nghiên cứu không nên áp đặt bất kỳ một ý kiến của riêng mình để người khác trả lời mà phải khuyến khích người trả lời nêu lên suy nghĩ của họ và bảng câu hỏi phải được thiết kế sao cho những người trả lời cũng quan tâm và sẳn sàng chia sẻ thông tin và khuyến khích họ trả lời một cách đầy đủ và tận tình hơn
3.3.2 Các bước tiến hành xây dựng bảng câu hỏi
• Nhận dạng các vấn đề cần khảo sát từ các nguồn thông tin như: phỏng vấn các chuyên gia trong ngành, kết quả của các nghiên cứu trước, và tra cứu thông tin qua sách, báo hoặc các phương tiện truyền thông, internet,…
• Lựa chọn hình thức trả lời câu hỏi và thang đo: sử dụng thang đo Linkert để đo 5 mức độ phổ biến do Rennis Likert giới thiệu [12] Thang đo 5 mức độ đồng ý hay không đồng ý Và cũng có thể có thể đổi thành ảnh hưởng hoặc không ảnh hưởng Trong đề tài nghiên cứu này, tác giải chọn loại thang đo năm (05) mức độ:
Xây dựng cấu trúc, nội dung bảng câu hỏi cần bám chặt các vấn đề đã được nhận dạng ở trên
Tiến hành khảo sát thử nghiệm: bước này được thực hiện để hoàn thiện bảng câu hỏi, chỉnh sửa các sai sót, đồng thời thăm dò ý kiến phản hồi từ người trả lời
Thu thập thông tin, hoàn thiện bảng câu hỏi và tiến hành phát bảng câu hỏi để thu thập câu trả lời và thống kê số liệu cần nghiên cứu
Ngoài ra, khi thiết kế bảng câu hỏi cần lưu ý những vẫn đề sau:
• Cách tổ chức bảng câu hỏi: điều này ảnh hưởng rất lớn đến tỉ lệ trả lời và tác động trực tiếp đến chất lượng thu thập dữ liệu
• Cách sử dụng từ ngữ trong câu, cách đặt câu hỏi cũng có tác động rất lớn đến chất lượng câu trả lời
• Thang đo lượng được sử dụng trong câu hỏi: điều này quyết định đến dạng thông tin mà chúng ta thu thập
3.3.3 Xác định kích thước mẫu
Kích thước mẫu lớn sẽ giúp nghiên cứu xác định được tính chất của vấn đề rõ ràng hơn, những lại tốn nhiều thời gian và chi phí để thực hiện Do đó, việc lựa chọn kích thước mẫu phù hợp là điều hết sức quan trọng
Các nghiên cứu ước tính kích thước mẫu cần thiết phổ biến như: kích thước mẫu cho phân tích EFA, kích thước mẫu cho hồi quy, …
Kích thuốc mẫu tối thiểu để sử dụng EFA là 50, tốt hơn là 100 và tỷ lệ số quan sát/biến đo lường là 5:1, 1 biến đo lượng cần tối thiểu 5 quan sát Số quan sát ta có thể hiểu một cách đơn giản là số phiếu khảo sát hợp lệ cần thiết; biến đo lường đơn giản là một câu hỏi đo lường trong bảng khảo sát Ví dụ, nếu bảng khảo sát của chúng ta có 14 câu hỏi đo lường, áp dụng tỷ lệ 5:1, cỡ mẫu tối thiểu để EFA sẽ là 14*5 70 Kích thước mẫu này nằm trong khoảng kích thước mẫu cho phép, vì vậy chúng ra cần chọn cỡ mẫu từ 70 trở lên để thực hiện phân tích nhân tố khám phá EFA [13]
Việc xây dựng và kiểm định thang đo có ý nghĩa rất quan trọng đến độ tin cậy của các câu hỏi cũng như các kết quả phân tích sau này Kiểm định thang đo là chúng ta kiểm tra xem các mục nào đã đóng góp vào việc đo lường một khái niệm lý thuyết mà ta đang nghiên cứu và những mục hỏi nào không [15] Điều này liên quan đến 2 phép tính toán: tương quan giữa bản than các mục hỏi và tương quan giữa các điểm số của từng mục hỏi với điểm số toàn bộ các mục hỏi cho mỗi bảng câu hỏi
Hệ số Crobach’s Alpha là một phép kiểm định thống kê về mức độ chặt chẽ mà các mục hỏi trong thang đo tương quan với nhau, một trong những phương pháp kiểm tra tính đơn khía cạnh của thang đo được gọi là kiểm định độ tin cậy chia đôi
Mức giá trị hệ số cronbach’s Alpha theo Hoàng Trong, Chu Nguyễn Mộng Ngọc (2008) và phân tích dữ liệu nghiên cứu với SPSS Tập, NXB Hồng Đức, trang 24:
- Từ 0.8 đến gần bằng 1: thang đo lường rất tốt
- Từ 0.7 đến gần bằng 0.8: thang đo lường sử dụng tốt
- Từ 0.6 trở lên: thang đo lượng đủ điều kiện
Chúng ta cần chú ý đến giá trị của cột “Cronbach’s Alpha If Iteam Deleted”, cột này biểu diễn hệ số Cronbach’s Alpha nếu loại biến đang xem xét [16] Thông thường chúng ta sẽ đánh giá cùng với hệ số tương quan biến tổng Corrected Item – Total Correlation, nếu giá trị Cronbach’s Alpha If Item Deleted lớn hơn hệ số Cronbach Alpha và Corrected Item – Total Correlation nhỏ hơn 0.3 thì sẽ loại biến quan sát đang xem xét để tang độ tin cậy của thang đo [14]
3.3.5 Phân tích nhân tố khám phá EFA
Phương pháp phân tích nhân tố EFA thuộc nhóm phân tích đa biến phụ thuộc lẫn nhau (interdependence techniques), nghĩa là không có biến phụ thuộc và biến độc lập mà nó dựa vào mối tương quan giữa các biến với nhâu (interrelationships) EFA dùng để rú gọn một tập A biến quan sát thành một tập B (A