Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Các Công Trình Xây Dựng Và Công Trình Xanh

HỘI KHKT LẠNH VÀ ĐHKK VIỆT NAM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG VÀ CÔNG TRÌNH XANH GS.TS Trần Ngọc Chấn Tháng 6-2016 PHẦN I SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ TRONG CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG • Trong công trình xây dựng dân dụng, công trình cao tầng, lượng dùng cho hệ thống ĐHKK chiếm tỷ lệ cao, thường đạt tới 60-70% chi phí lượng cho toàn công trình Vì tiết kiệm lượng cho ĐHKK đóng vai trò quan trọng tiết kiệm lượng cho toàn công trình Sau giải pháp cụ thể CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN (1) Giải pháp tiết kiệm lượng cho ĐHKK phải khâu chọn TSTT thiết kế Tâm lý người thiết kế muốn cho công trình sau khí xây dựng xong phải làm việc đảm bảo yêu cầu đặt môi trường vi khí hậu bên công trình Từ người thiết kế thường chọn thông số tính toán (TSTT) bên với độ an toàn cao, công suất thiết kế lắp đặt thường vượt xa so với nhu cầu thực tế Hậu tiền đầu tư cao mà hệ thống quanh năm làm việc không hết công suất, tổn hao nhiều lượng CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN (2) Ví dụ điển hình cho trường hợp công trình Trung tâm Hội nghị Quốc gia Mỹ Đình GMP Cộng hòa Liên bang Đức thiết kế Trong công trình hệ thống ĐHKK thiết kế với TSTT không khí trời sau: Mùa hè: tN = 38 oC; ϕN = 85 %; suy I = 31,6 kcal/kg (132,3 kJ/kg) Mùa đông: tN = oC; ϕN = 80 %; suy I = 4,65 kcal/kg (19,5 kJ/kg) Với TSTT nêu trên, công suất lạnh thiết kế 18,1 MW CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN (3) Đối chiếu với số liệu khí tượng Hà Nội theo thống kê xử lý số liệu 24 lần đo/ngày 20 năm liên tục từ 1971 đến 1990, thông số không xảy -xem hình Nếu chọn TSTT điểm X hình giảm suất lạnh xuống 16 MW (khi kể đến yếu tố đồng thời có khả giảm nhiều hơn) Thực tế vận hành hệ thống nhiều năm qua, chưa sử dụng 40-50% công suất lắp đặt CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN (3) Hình 1- Bản đồ phân bố cặp thông số t- ϕ (nhiệt độ- độ ẩm) Hà Nội CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN (5) Tình trạng lại tiếp diễn Nhà Quốc hội xây dựng Ba Đình năm 2014, Cộng hòa Liên bang Đức thiết kế Mùa hè: tN = 38 oC; ϕN = 70 %; suy I = 114,85 kJ/kg Mùa đông: tN = oC; ϕN = 80 %; suy I = 23,36 kJ/kg Liên quan đến vấn đề này, Đài Loan vào năm 2003 người ta đưa "chương trình cải tiến xanh ĐHKK" (Green Air Conditioning Improvement Program) Một nội dung chương trình thay đổi hệ thống lạnh công suất lớn dư thừa hệ thống lạnh công suất thấp hơn, vừa đủ để đảm bảo điều kiện vi khí hậu bên công trình lớn, người ta gọi "Air Conditioning Chiller down-sizing scheme: Improving AC over designing" [1] TCVN 5687:2010 Thông gió - Điều hòa không khí Tiêu chuẩn thiết kế CHỌN CÔNG SUẤT MÁY LẠNH Cụ thể, tòa nhà hành Trường Đại học tổng hợp Quốc gia Pingtung, 14 tầng, tổng diện tích sàn 44.129 m2 theo thiết kế người ta lắp đặt hệ thống lạnh dùng cho ĐHKK với công suất 1100 RT (3873 kW) Sau nhiều năm sử dụng người ta thấy chi phí điện lớn, không hiệu Họ thay hệ thống lạnh: hệ thống 300 RT hệ thống 400 RT Về mùa đông chạy hệ thống 300 RT, mùa xuân thu chạy hệ thống 400 RT, mùa hè chạy hệ thống 300+400 RT Kết chi phí điện cho ĐHKK hàng năm giảm khoảng 80% so với trước mà điều kiện vi khí hậu bên công trình bảo đảm NÂNG CAO HIỆU QUẢ CỦA THIẾT BỊ LẠNH-ĐHKK Cải tiến thiết bị máy lạnh-chiller, máy bơm nước lạnh tháp giải nhiệt giải pháp quan trọng để tiết kiệm lượng ĐHKK Các thiết bị thường điều chỉnh lưu lượng chất tải lạnh van giảm áp, điều gây lãng phí lượng, tương tự cần giảm tốc độ ô-tô, xe máy mà dùng phanh, không chịu giảm ga vậy! Để khắc phục tình trạng này, cần lắp đặt thiết bị biến tần để thay đổi số vòng quay động bơm, quạt máy nén cần thay đổi lưu lượng chất tải lạnh Theo kinh nghiệm Đài Loan, số công trình thực tế Việt Nam, giải pháp tiết kiệm từ 30-35 % điện tiêu thụ hàng năm HƯỚNG NHÀ VÀ HÌNH KHỐI KIẾN TRÚC CỦA NGÔI NHÀ (8) b) Trường hợp 2: Nhà có mặt hình vuông quay hướng Bắc-Nam Đông-Tây chiều cao H tối ưu nhà xác định theo công thức (7); quay hướng Đông Bắc-Tây Nam Đông Nam-Tây Bắc - theo công thức (8)  2q E + q S + q N H =  2q m   qm H = V   q NE + q SE    −23    V (7) (8) VẤN ĐỀ CHỐNG NỒM CHO SÀN VÀ NỀN NHÀ (1) Trong điều kiện thời tiết miền bắc Việt Nam vào cuối đông đầu xuân thường xuất tình trạng đọng sương mặt sàn nhà - gọi tượng nồm gây ẩm ướt khó chịu tác hại nhiều đến sức khoẻ thiết bị kết cấu công trình Nếu không ý phòng tránh từ thiết kế xây dựng công trình mà đối phó cách chạy máy hút ẩm máy ĐHKK tốn lượng, đối phó cách đóng cửa gây bất lợi cho sinh hoạt, gây ngột ngạt tiện nghi mà không ngăn ngừa triệt để Giải pháp tốt thiết kế xây dựng nhà cách nhiệt để chống nồm Dưới biểu đồ diễn biến thời tiết vào thời kỳ có tượng nồm nhà không cách nhiệt có cách nhiệt VẤN ĐỀ CHỐNG NỒM CHO SÀN VÀ NỀN NHÀ (2) Hình 6- Diễn biến thời tiết khả xảy nồm Hà Nội vào tháng 3-2014 nhà không cách nhiệt với hệ số θ = 0,4 VẤN ĐỀ CHỐNG NỒM CHO SÀN VÀ NỀN NHÀ (3) Nếu tăng độ cách nhiệt nhà để hệ số θ tăng lên 0,8 biểu đồ diễn biến nhiệt độ tháng 3/2014 Hà Nội là: Hình 7- Diễn biến thời tiết khả xảy nồm Hà Nội vào tháng 3-2014 nhà có cách nhiệt với hệ số θ = 0,8 VẤN ĐỀ CHỐNG NỒM CHO SÀN VÀ NỀN NHÀ (5) Về cấu tạo nhà cách nhiệt để chống nồm có nhiều tài liệu kỹ thuật đề cập đến Sau xin trích giới thiệu vài mẫu nhà cách nhiệt phổ biến để tham khảo Hình 8- Nền nhà chống nồm sử dụng granitô có lớp không khí kín [5] THIẾT KẾ LỚP VỎ CÔNG TRÌNH (KẾT CẤU BAO CHE) ĐẢM BẢO ĐỘ CÁCH NHIỆT (1) Năm 2005 nước ta ban hành Quy chuẩn QCXDVN 09:2005 "Các công trình xây dựng sử dụng lượng có hiệu quả" quy định điều bắt buộc phải tuân thủ thiết kế xây dựng cải tạo công trình có để tiết kiệm sử dụng lượng có hiệu khai thác công trình Hiện Quy chuẩn Hội MTXD VN soát xét sửa đổi cho phù hợp với điều kiện thực tế VN Nội dung chủ yếu QC vấn đề tiêu hao lượng cho ĐHKK, chiếu sáng, thiết bị điện thiết bị đun nước nóng Riêng ĐHKK, QC có quy định "Hiệu suất tổng hợp cho tường mái công trình", đặc trưng số truyền nhiệt tổng OTTV (Overall Thermal Transfer Value) Chỉ số OTTV tính riêng cho tường cho mái nhà THIẾT KẾ LỚP VỎ CÔNG TRÌNH (KẾT CẤU BAO CHE) ĐẢM BẢO ĐỘ CÁCH NHIỆT (2) Công thức chung để tính OTTV cho tường mái có dạng sau đây: OTTV = (1-WWR)×Uo×α×(TDeq - ΔT) + (1-WWR) WWR×Kcs×Io×β + WWR×Uo,K ×ΔT , W/m2 với đó: ×Uo×ΔT + TDeq = Io/hN + ΔT = Io/hN + tN - tT , K - WWR: tỷ lệ diện tích cửa kính diện tích chung tường diện tích cửa mái kính diện tích chung mái, không thứ nguyên; - Uo : hệ số tổng truyền nhiệt phần tường không suốt mái, W/m 2.K; - Uo,K : hệ số tổng truyền nhiệt cửa kính tường cửa mái , W/m 2.K; - α : hệ số hấp thu xạ bề mặt vật liệu phần tường đặc bề mặt mái; - Kcs : hệ số nhận nhiệt BXMT cửa kính cửa mái - nước phương Tây nhiều nước khu vực ký hiệu hệ số SHGC , không thứ nguyên; - Io : cường độ tổng xạ BXMT chiếu lên bề mặt kết cấu, W/m2; -ΔT= tN - tT : chênh lệch nhiệt độ không khí bên (tN) bên nhà (tT), K; - TDeq - chênh lệch nhiệt độ tương đương, có kể đến tác dụng cường độ xạ mặt trời (BXMT) chiếu lên bề mặt tường bề mặt mái, K; - β - hệ số giảm xạ qua cửa kính tác dụng kết cấu che nắng - sau gọi tắt "hệ số giảm xạ", không thứ nguyên; -hN , hT - hệ số trao đổi nhiệt bề mặt bề mặt kết cấu bao che, W/m 2.K -Giá trị truyền nhiệt tổng OTTV qua tường mái công trình không lớn giá trị liệt kê bảng THIẾT KẾ LỚP VỎ CÔNG TRÌNH (KẾT CẤU BAO CHE) ĐẢM BẢO ĐỘ CÁCH NHIỆT (3) Bảng - Giới hạn cho phép số OTTV công trình cao tầng: Văn phòng, Khách sạn, Trung tâm thương mại Thứ tự Địa phương Hà Nội (dùng chung cho nước) Vĩ độ địa lý 21,02 độ Bắc Giới hạn cho phép OTTV Đối với tường OTTVT , W/m2 Đối với mái OTTVM , W/m2 60 25 GHI CHÚ: 1) Giới hạn cho phép OTTV bảng rút từ ví dụ tính toán OTTV cho công trình tiêu biểu trình bày Hướng dẫn sử dụng QC; 2) Chỉ số OTTV tính toán theo phương pháp trung bình tích lũy thời gian tháng đại diện mùa nóng, tháng có nhiệt độ trung bình tháng cao năm Tại Hà Nội Đà Nẵng, tháng 6; Tại Buôn Ma Thuột là: tháng 4; Tại TP Hồ Chí Minh là: tháng 3; (Theo Quy chuẩn xây dựng Việt Nam QCXDVN 02:2008 "Số liệu điều kiện tự nhiên dùng xây dựng" - Phần 1, Hà Nội, 2008); 3) Chương trình phần mềm VN-OTTV xây dựng theo công thức (9) (10) Phần II: Công trình xanh • 1- Sự xuất “Công trình xanh” • Từ nửa sau Thế kỷ 20 đến nay, trình đô thị hóa diễn mạnh mẽ toàn giới Nếu cuối TK 18 có 4% dân số giới sống đô thị, cuối TK 20 có 47%, nghĩa gần nửa tỷ dân toàn cầu Dự báo LHQ Ngân hàng giới (WB), tới năm 2025 có 2/3 tỷ dân giới sống đô thị Đô thị hóa gây sức ép mạnh mẽ lên môi trường, thu hẹp đất đai nông nghiệp, phá vỡ hệ sinh thái tự nhiên, làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên, sử dụng nhiều lượng hóa thạch thải lượng chất thải khổng lồ vào môi trường • Trước tình hình đó, năm 1995 “Làn sóng Công trình Xanh” (the Green Building Wave) bắt đầu xuất hiện, từ tự phát, năm 2000 trở thành Cơn bão (the storm) trở thành Cuộc Cách mạng (the Revolution) lĩnh vực xây dựng gần 100 quốc gia giới 2- Hoạt động CTX Việt Nam • • • • Danh từ CTX biết đến Việt Nam khoảng – năm Năm 2007 Hội đồng CTX Việt Nam (VGBC) Bộ Nội vụ cho phép hoạt động Năm 2009 VGBC thức giới thiệu Hệ thống đánh giá CTX, gọi Lotus VGBC tổ chức nước hoạt động Việt Nam, cố gắng tìm hiểu sâu lĩnh vực xây dựng VN, bộc lộ nhiều vấn đề chưa phù hợp với điều kiện thực tế VN Sau 2, năm công bố, có 3,4 công trình đăng ký (phần lớn có vốn nước ngoài) để đánh giá nhận chứng Lotus giai đoạn thiết kế, CTX cần phong trào rộng khắp toàn lĩnh vực xây dựng Năm 2011, Hội Môi trường xây dựng Việt Nam thành lập Hội đồng xây dựng xanh Việt Nam (GBC of Vietnam) với mục đích tuyên truyền góp phần xây dựng phong trào CTX Việt Nam Bộ Xây dựng giao nhiệm vụ cho Hội MTXD VN soạn thảo Chiến lược CTX VN đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2030 3- Các loại hệ thống Tiêu chí CTX Thế giới Hệ thống LEED (2005 2009) USGBC; Hệ thống Green Star Australia; Hệ thống CASBEE Nhật Bản; Hệ thống EEWH Đài Loan; Hệ thống BCA Green Mark Singapore; Hệ thống GI (Green Index) Malaysia; Hệ thống Lotus VGBC 4- Hệ thống tiêu chí CTX Việt Nam (đề xuất) Lĩnh vực MT ST NL HQ N VL MT TN QL ST Điểm số 22 45 10 10 Tổng số 100 + Giải thích: 1-MTST - Bảo vệ môi trường, bảo tồn sinh thái – Tiêu chí , 22 điểm 2-HQNL - Hiệu Năng lượng - Tiêu chí , 45 điểm ĐKTQ: yêu cầu vận hành thử tốt hệ thống lượng tòa nhà 3-HQN - Hiệu sử dụng nước (Water Efficiency) - Tiêu chí , 10 điểm Nội dung bản: Giảm tiêu thụ nước, Sử dụng thiết bị tiết kiệm, Thu nước mưa, Tái chế, tái sử dụng nước thải 4-VL - Vật liệu - Tiêu chí , điểm Nội dung bản: Tái sử dụng cấu kiện, Tái chế vật liệu để sử dụng, Sử dụng vật liệu phục hồi nhanh, Sử dụng gỗ bền vững, Sử dụng vật liệu không nung 5-MTTN - Môi trường nhà – Tiêu chí , 10 điểm Nội dung bản: Bảo đảm tiện nghi vi khí hậu, ánh sáng, âm thanh, môi trường không độc hại 6-QL - Quản lý (Management) - Tiêu chí , điểm 7-ST - Sáng tạo (Innovation) - Tiêu chí , điểm Nội dung bản: Sáng tạo giải pháp kiến trúc quy hoạch thích ứng khí hậu Áp dụng công nghệ lượng & môi trường KẾT LUẬN 1- Tiết kiệm sử dụng lượng có hiệu nói chung hệ thống ĐHKK công trình xây dựng nói riêng góp phần quan trọng vào việc giảm phát thải khí nhà kính làm giảm nguy biến đổi khí hậu; 2- Các giải pháp tiết kiệm lượng ĐHKK phân chia thành nhóm: a) Nhóm thứ giải pháp tác động trực tiếp đến hệ thống thiết bị ĐHKK ; b) Nhóm thứ giải pháp liên quan đến kiến trúc kết cấu bao che công trình Nhóm giải pháp thứ điều chỉnh QCXDVN 09:2005 (đang soát xét, sửa đổi bổ sung) số truyền nhiệt tổng OTTV 3- Công trình xanh vấn đề thời xúc lĩnh vực xây dựng toàn giới nhằm mục đích phát triển bền vững ứng phó với biến đổi khí hậu TÀI LIỆU THAM KHẢO 1- Green Building Promotion Policy in Taiwan- Architecture & Building Research Institute Ministry of the Interior, Taiwan, 2006 2- QCXDVN 09:2005 "Các công trình xây dựng sử dụng lượng có hiệu quả" NXB Xây dựng, Hà Nội, 2005 3- Trần Ngọc Chấn - Điều hòa không khí NXB Xây dựng, Hà Nội, 2002 4- Trần Ngọc Chấn Cộng - Xử lý số liệu khí tượng nhiệt độ, độ ẩm xạ mặt trời theo tần suất xuất để bổ sung vào Tiêu chuẩn số liệu khí hậu xây dựng phục vụ cho thiết kế quản lý xây dựng Đề tài NCKH cấp Liên hiệp Hội KH&KT Việt Nam GS.TS Trần Ngọc Chấn làm Chủ nhiệm Đề tài, Hà Nội, 2004 5- Phạm Ngọc Đăng, Phạm Hải Hà - Nhiệt khí hậu kiến trúc NXB Xây dựng, Hà Nội, 2002 6- Phạm đức Nguyên – Tiêu chí CTX VN- ĐT KH Bộ Xây dựng, 2012 XIN CẢM ƠN