1.1 .2Phân loại nhà ở thấp tầng
2.6Một số công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo
2.6.1 Công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời
2.2.1.1 Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời:
Về nguồn năng lượng mặt trời, do có vị trí địa lý thuận lợi, Việt Nam nằm trong khoảng 80-230 vĩ độ Bắc thuộc khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa. Số giờ nắng trung bình khoảng 2000 ÷ 2500 giờ/năm, tổng năng lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150kCal/cm2.năm, tiềm năng lý thuyết được đán/852dh giá khoảng 43,9 tỷ TOE/năm. Có thể sử dụng năng lượng mặt trời theo các dạng như: Pin mặt trời để phát điện, hệ thống đun nước nóng mặt trời, lị sấy bằng năng lượng mặt trời... Điều đó làm giảm tải cho điện lưới quốc gia, và tiết kiệm chi phí cho người tiêu dùng và nhà nước cho việc sản xuất điện vào giờ cao điểm.
2.2.1.2 Pin năng lượng mặt trời
Ngày nay nguồn năng lượng sạch là năng lượng mặt trời được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các thể loại cơng trình xây dựng. Vì cơng nghệ sản xuất pin năng lượng mặt trời khơng cịn khó và chi phí khơng cịn đắt như trước nữa, Trong một tương lai gần. Pin năng lượng mặt trời sẽ được ứng dụng để tiết kiệm năng lượng trong các cơng trình xây dựng. Trong số các hệ thống sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời hiện có thì cơng nghệ sử
dụng pin quang điện là tiên tiến nhất. Pin quang điện là các thiết bị phi cơ học chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng có thể sử dụng trực tiếp.
Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hồ tự động các quá trình nạp điện vào ắc- quy và phóng điện từ ắc-quy ra các
thiết bị điện một chiều (DC). Trường hợp công suất giàn pin đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện để chuyển dòng một chiều thành dòng xoay chiều (AC), chạy được thêm nhiều thiết bị điện gia dụng (đèn, quạt, radio, TV…).
Phần lớn pin quang điện làm bằng silicon, va co 3 loại pin quang điện chính dùng trong thương mại hiện có trên thị trường hiện nay: đơn tinh thể, đa tinh thể, màng phim mỏng.
2.2.1.3 Bình thái dương năng:
Nguyên lý hoạt động:
Bình hoạt động theo ngun lý tuần hồn tự nhiên. Bình bảo ơn được đặt cao hơn dàn ống hấp thụ năng lượng mặt trời. Khi bức xạ mặt trời chiếu vào ống hấp thụ, nhiệt độ nước nằm bên trong ống tăng lên nhanh chóng, mật độ các phân tử nước dãn ra làm cho trọng lượng riêng của phần nước nóng này giảm xuống. Nước nóng nhẹ hơn này sẽ tự chuyển động lên phía đầu trên
Hình 2-3. Ứng dụng của pin năng lượng mặt trời
của ống hấp thụ và đi sang bình bảo ơn. Đồng thời lúc này phần nước lạnh, có tỷ trọng lớn hơn nằm ở phía đáy bình bảo ơn sẽ chyển động sang ống và di chuyển về phía đáy của ống để lấp chỗ trống. Phần nước lạnh này đến lượt mình lại được làm nóng nhờ bức xạ mặt trời do ống hấp thụ thu được và chuyển động lên trên đầu ống và về trở lại bình bảo ơn.
Lưu chuyển nước nóng-lạnh như trên diễn ra một cách tự nhiên, liên tục làm nước lạnh chứa trong bình bảo ơn được đun nóng.
Ngun lý tuần hồn tự nhiên được mơ phỏng trong mơ hình sau:
2. 6.2 Cơng nghệ sử dụng năng lượng gió
Năng lượng gió là động năng của khơng khí di chuyển trong bầu khí
quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa
nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kỳ Cổ đại.
Năng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay. Con người đã dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngồi ra năng lượng gió cịn được sử dụng để tạo cơng cơ học nhờ vào các cối xay gió.
Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi bộ mơn cơ học dịng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn. Ngày nay người ta gọi đó tuốc bin gió, khái niệm cối xay gió khơng cịn phù hợp nữa vì chúng khơng cịn có thiết bị nghiền. Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuốc bin gió hiện đại.
Vì gió khơng thổi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các tuốc bin gió chỉ có thể được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để cung cấp năng lượng liên tục. Chúng ta cần kết hợp với dự trữ bằng cách tích trữ năng lượng gió tạo ra bằng các thiết bị lưu trữ như: dùng gió để bơm nước lên các hồ chứa nước, hoặc nén khí vào bình sử dụng khi cần lại xả khí để tạo ra nguồn năng lượng
cần thiết, hoặc lưu vào ắc quy......
Cấu tạo tuabin gió:
Bao gồm các phần chính sau đây:
- Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu khiển.
- Blades: Cánh quạt. Gió thổi qua
các cánh quạt và là nguyên nhân
làm cho các cánh quạt chuyển động và quay.
- Brake: Bộ hãm (phanh). Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
bằng điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ.
- Controller: Bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ
gió khoảng 8 đến 14 dặm/giờ tương ứng với 12 km/h đến 22 km/h và tắc động cơ khoảng 65 dặm/giờ tương đương với 104 km/h bởi vì các máy phát này có thể phát nóng.
- Gear box: Hộp số. Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục có
tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/ phút, tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện. Bộ bánh răng này rất đắt tiền nó là một phần của bộ động cơ và tuabin gió.
- Generator: Máy phát. Phát ra điện
- High - speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao . - Low - speed shaft: Trục quay tốc độ thấp .
- Nacelle: Vỏ. Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được dặt trên đỉnh trụ
và bao gồm các phần: gear box, low and high - speed shafts, generator,
controller, and brake. Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ. Một số vỏ phải đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc.
- Pitch: Bước răng. Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay trong gió khơng q cao hay q thấp để tạo ra điện.
- Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục.
- Tower: Trụ đỡ Nacelle. Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép. Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn.
- Wind vane: Để xử lý hướng gió và liên lạc với "yaw drive" để định hướng
- Yaw drive: Dùng để giữ cho rotor ln ln hướng về hướng gió chính khi
có sự thay đổi hướng gió.
- Yaw motor: Động cơ cung cấp cho "yaw drive" định được hướng gió.
Các tuabin gió hiện nay được chia thành hai loại:
- Một loại theo trục đứng giống như máy bay trực thăng. - Một loại theo trục ngang .
Các loại tuabin gió trục ngang là loại phổ biến có 2 hay 3 cánh quạt. Tuabin gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi. Ngày nay tuabin gió 3 cánh quạt được sử dụng rộng rãi.
Nguyên lý hoạt động của các tuabin gió:
Các tuabin gió tạo ra điện như thế nào?
Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản. Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor. Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện.
Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió. Ở tốc độ 30 mét trên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi: Tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường.
2.6.3 Hầm biogas
Biogas hay khí sinh học là sản phẩm của q trình lên men phân động vật và các phế thải hữa cơ khác. Thành phần chủ yếu của biogas gồm khoảng 50-70% Metan và 30 - 45% CO2 và một phần nhỏ chất lưu huỳnh.
Tỷ lệ giữa các chất trong hỗn hợp phụ thuộc vào loại nguyên liệu và diễn biến của quá trình sinh học.
Nguồn Biogass: gỗ, thân cây, cành
cây, rơm rạ, phân gia súc, Các quá trình chế biến: nhiệt phân, lên men, yếm khí, …
Nhiên liệu trung gian: than củi, khí (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tổng hợp, khí metan, nhiên liệu
lỏng, etanol, … Nhiên liệu Biomass Nhiệt năng Điện năng Cơ năng Động cơ nhiệt Máy phát điện
Hình 2-7. Cấu tạo hầm biogas
2. 6.4 Cơng nghệ sử dụng năng lượng địa nhiệt
Địa nhiệt được coi là nguồn năng lượng tái tạo và sạch đã được sử dụng phổ biến trên thế giới, song tại Việt Nam, nguồn năng lượng này đang bị bỏ quên, chưa được tận dụng và khai thác một cách có hệ thống.
Ở Việt Nam, theo ước tính của Viện Địa Chất, tiêu thụ cho điều hịa khơng khí đạt 2,5 tỷ kWh. Nếu khai thác địa nhiệt bằng công nghệ bơm nhiệt đất, ít nhất sẽ tiết kiệm được 1/3 lượng điện trên. Nếu giá điện là 2.000 đồng một kWh, mỗi năm sẽ tiết kiệm được 1.600 tỷ đồng. Tuy nhiên, chỉ duy nhất tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia Mỹ Đình đang sử dụng một phần rất nhỏ nguồn địa nhiệt để làm lạnh. Việc sử dụng địa nhiệt cịn giảm phát thải ít nhất 250.000 tấn CO2 mỗi năm. Hơn nữa, địa nhiệt khơng chỉ được sử dụng vào mục đích trung hịa nhiệt, đáp ứng nhu cầu nghỉ dưỡng mà cịn có thể dùng cho mục đích phát điện.
Phương pháp khai thác nguồn năng lượng quý giá này cũng không hề phức tạp. Chỉ cần khoan vào lòng đất tới tầng trung hòa, đưa các thiết bị để cộng hưởng khơng khí làm lạnh xuống đối với quy mô làm lạnh lớn. Sau đó, bơm ép khơng khí từ phía trên xuống tầng này và đưa trở lại phòng sử dụng.
Tại Hà Nội, tầng sâu từ 15 – 80 m dưới mặt đất có nhiệt độ ổn định quanh năm từ 25 – 27 độ C và không bị ảnh hưởng bởi thời tiết và nhiệt độ đang có bên ngồi. Ví dụ mùa hè nhiệt độ trung bình là 32oC, việc điều tiết nhiệt độ phòng ở tới 26oC chỉ đơn giản là bơm nhiệt đất bình thường. Khi u cầu nhiệt độ phịng ở hoặc phịng thí nghiệm cần thấp hơn 26 độ C, sẽ phải có chế độ điều biến tương tự như hệ thống điều hòa truyền thống, song sẽ đơn giản và tiêu hao nhiên liệu ít hơn hệ điều hịa khơng khí đang được sử dụng phổ biến ở các tòa nhà hiện nay.
Đối với công nghệ phát điện nhiệt độ thấp, công suất nhỏ, chỉ cần nhiệt độ khoảng 100 độ C. Trong khi ở nhiều vùng, có địa nhiệt nhiệt độ đạt tới 160 độ C, hồn tồn có thể xây dựng các nhà máy phát điện. Thêm vào đó nhà máy địa nhiệt chiếm diện tích xây dựng ít hơn gần ba lần so với nhà máy nhiệt điện chạy bằng than có cùng cơng suất.
Hình 2-9. Ngun tắc hoạt động của máy phát điện địa nhiệt
CHƯƠNG 3: KIẾN NGHỊ CÁC GIẢI PHÁP QUY HOẠCH, KIẾN TRÚC NHÀ Ở THẤP TẦNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TỰ NHIÊN
VÀ TÁI TẠO TẠI HÀ NỘI.
3.1 Quan điểm cần phát triển nhà ở sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo tạo
Các chương 1 và 2 luận văn đã lần lượt phân tích các khái niệm và thực tiễn về nhà ở sử dụng năng lượng tái tạo, nhà ở năng lượng bằng không, các biện pháp thiết kế thụ động, nhà ở sử dụng năng lượng hiệu quả và cuối cùng là các tiêu chí thiết kế nhà ở sử dụng năng lượng tái tạo.
Qua những phân tích trên có thể thấy rằng nhà ở sử dụng năng lượng tái tạo nếu xét ở nhiều khía cạnh khác nhau sẽ có những góc độ nhìn nhận rất đa dạng. Tuy nhiên, tựu chung lại nhà ở sử dụng năng lượng tái tạo là căn nhà tiêu thụ mức năng lượng thấp, tác động đến môi trường thấp nhất, giảm chi phí dành cho năng lượng, giảm tải nhu cầu năng lượng cho đất nước nhưng lại tạo cho con người ở một mức tiện nghi, vi khí hậu tốt nhất. sẽ dễ dàng hơn nếu như đưa ra một "mơ hình" lý thuyết kiến trúc cho nhà ở hiệu quả năng lượng, điều này như một tham khảo khi áp dụng vào thiết kế cũng như thi công, bao gồm toàn bộ các vấn đề đã nêu ở trên.
Mặt khác khi ta quan tâm nhiều hơn và sử dụng năng lượng tự nhiên năng lượng tái tạo thì có nghĩa chúng ta đã góp phần vào vấn đề sử dụng tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành tạo ra năng lượng điện, bảo vệ môi trường, giảm phát thải khí CO2, dẫn đến giảm tác động đến vấn đề biến đổi khí hậu.
Theo quan niệm của đề tài mơ hình kiến trúc nhà ở sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo tại Hà Nội chính là mơ hình kiến trúc phải đáp ứng 3 yếu tố sau:
- Tận dụng năng lượng tự nhiên thông qua các giải pháp thiết kế thụ động, tổ chức thơng gió tự nhiên, tận dụng nước mưa.
- Áp dụng các công nghệ năng lượng tái tạo trong nhà ở để hạn chế tiêu thụ điện năng trong sinh hoạt.
- Kết hợp các giải pháp quy hoạch, kiến trúc và sử dụng các trang thiết bị có hiệu suất năng lượng.
3.2 Đề xuất các giải pháp quy hoạch, kiến trúc nhà ở thấp tầng sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo năng lượng tự nhiên và tái tạo
Trên cơ sở kinh nghiệm trong nước và trên thế giới, đối chiếu 8 chỉ tiêu đã nêu ở chương 2, đối chiếu các vấn đề nhà ở, sử dụng năng lượng và đối tượng sử dụng năng lượng hiệu quả tại Hà Nội
Những nguyên tắc chung được chia làm hai mức độ:
+ Những nguyên tắc thiết kế được phát triển dựa trên những nguyên tắc thiết kế truyền thống. Những nguyên tắc thiết kế này nhằm đáp ứng các tiêu chí về thiết kế bị động(passive design)
+ Sử dụng công nghệ sử dụng được nguồn năng lượng tái tạo , năng lượng sạch cho hoạt động của căn nhà(trang thiết bị). Những nguyên tắc thiết kế nhằm đáp ứng các tiêu chí thiết kế chủ động (active design).
3.2.1 Giải pháp quy hoạch, cây xanh và khoảng trống3.1.1.1. Nguyên tắc thiết kế: 3.1.1.1. Nguyên tắc thiết kế:
+ Giải quyết tốt thơng gió tự nhiên trong quy hoạch nhóm nhà ở thấp tầng bao gồm các nguyên tắc sau:
- Cần nghiên cứu quỹ đạo mặt trời để định hướng cơng trình để giảm thiểu bức xạ mặt trời lên cơng trình vào mùa hè.
- Xác định khoảng cách giữa các cơng trình hợp lý để vừa thỏa mãn u cầu kinh tế, vừa thỏa mãn u cầu sử dụng, đảm bảo về mặt thơng gió.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});