(Nguồn: VGBC).
Theo yêu cầu của QCVN 09:2017/BXD, Chỉ số truyền nhiệt tổng (OTTV) tối đa đối với tường là 60W/m2, đối với mái là 25W/m2.
75
6.2.1 Sử dụng vật liệu có hệ số truyền nhiệt thấp cho mái
Đối với các tịa nhà có diện tích mái rộng, nhiệt lượng được hấp thụ của lớp vỏ cơng trình thơng qua mái là rất lớn, một phương án cách nhiệt mái tốt có thể làm giảm mức TTNL điện cho tòa nhà.
Theo yêu cầu của QCVN 09:2017/BXD, kết cấu mái bằng hoặc độ dốc nhỏ hơn 150 bao phủ trực tiếp lên khơng gian có sử dụng ĐHKK phải có giá trị tổng nhiệt trở R0.min lớn tối thiểu 1,00 m2.K/W.
6.2.2 Sử dụng vật liệu có hệ số truyền nhiệt thấp cho tường
Thiết kế tường bao che với khả năng cách nhiệt tốt giúp giảm hấp thụ nhiệt độ cao từ bên ngoài cũng như thất thoát nhiệt độ làm mát từ bên trong ra. Tường bao bên ngồi tịa nhà (khơng kể đến phần tường xun sáng) cho khơng gian có sử dụng ĐHKK phải có trị số tổng nhiệt trở nhỏ nhất R0.min lớn tối thiểu 0,56 m2.K/W; Bảng 6.3 Một số cấu tạo tường phổ biến áp dụng cho các cơng trình sử dụng HQNL.
77
6.2.3 Sử dụng kính bao che có hệ số hấp thụ nhiệt thấp
Theo QCVN 09:2017/BXD, hệ số hấp thụ nhiệt SHGC quy định cho cửa kính trên mái bằng khơng được lớn hơn 0.3, đối với tầng mái sử dụng ánh sáng tự nhiên, hệ số SHGC cho phép đối với cửa trời là khơng lớn hơn 0.6.
Bên cạnh đó, kính Low E TKNL cũng mang lại rất nhiều ưu điểm như hấp thụ nhiệt ít và phát xạ nhiệt chậm, hệ số phát xạ của kính Low E chỉ nằm ở khoảng ≤ 0.04 so với kính thường ≤ 0.89.
78 Bảng 6.5 So sánh thơng số các dịng kính TKNL STT Chủng loại kính Độ truyền sáng (%) SHGC U-Value (W/m2.K) Hệ số phát xạ 1 Kính hộp thơng thường 24mm 82 0.83 2.7 0.89 2 Kính hộp Low E Neutral T70 24mm 65 0.42 1.3 0.04 3 Kính hộp Low E Neutral T40 24mm 42 0.28 1.4 0.65 4 Kính Hộp Solar control Neutral T45 24mm 42 0.37 2.2 0.45
6.2.4 Sử dụng vật liệu hồn thiện bề mặt cơng trình có hệ số SRI cao
Chỉ số SRI của vật liệu càng cao khả năng phản xạ BXMT của vật liệu càng tốt. SRI màu đen tiêu chuẩn là 0, SRI màu trắng tiêu chuẩn là 100.
79
80
6.2.5 Lắp đặt mái xanh, tường xanh cho cơng trình:
Việc lắp đặt mái xanh và tường xanh cho cơng trình đem lại rất nhiều lợi ích, như đóng vai trị là một hệ thống đệm thu nước mưa mái, lọc khơng khí, tăng khả năng chống cháy, cách nhiệt, thì khả năng góp phần giúp TKNL cho tịa nhà được xem là lợi ích to lớp nhất. Lớp thực vật và lớp chất trồng có thể xem như một lớp cách nhiệt rất tốt cho tịa nhà. Từ đó tránh truyền nhiệt từ mơi trường bên ngoài vào cũng như thất thốt nhiệt từ bên trong cơng trình, điều này làm giảm tải cho hệ thống ĐHKK tòa nhà, TKNL làm mát là tăng tuổi thọ thiết bị.
6.3. Làm mát cơng trình 6.3.1 Thơng gió tự nhiên 6.3.1 Thơng gió tự nhiên
Việc thiết kế thơng có tự nhiên hiệu quả sẽ giúp giảm tải cho hệ thống HVAC, TKNL và chi phí vận hành theo suốt vịng đời cơng trình nhưng vẫn đảm bảo tiện nghi nhiệt và sự thoải mái bên trong. Các giải pháp thơng gió tự nhiên thường được áp dụng như:
- Tận dụng chính dịng khơng khí tự nhiên để lưu thơng khơng khí và tiện nghi nhiệt, điều này địi hỏi cơng trình phải định hướng được các luồng
gió chính tại địa phương. Ở Việt Nam, vào mùa hè hướng gió chính là hướng Nam và Đơng Nam, đối với mùa đơng hướng gió chủ đạo là hướng Bắc đến Đơng Bắc, do đó, cơng trình cần được thiết kế sao cho hướng cửa sổ hoặc các lỗ mở trên tường, trên mái có thể đón gió tốt cho tịa nhà. Cửa đón và thốt gió được bố trí nằm ở hai mặt nhà khác nhau, lý tưởng nhất là ở hai mặt đối diện, cách bố trí này cho phép luồng gió có thể đi xun qua không gian bên trong tịa nhà thơng qua các khoảng lưu thơng khơng khí ở dạng lối đi, sân vườn, hành lang giúp khơng khí nóng được thốt ra ngồi qua cửa mở. Thiết kế có thể tham khảo số liệu về tần suất hướng gió theo vị trí địa lý tại Bảng 2.16 của QCVN 02:2009/BXD - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia: Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng hoặc dữ liệu khí tượng của địa phương.
81
- Thơng gió nhờ vào sự chênh lệch mật độ khơng khí do các vùng nhiệt độ khác nhau: Khối khơng khí nóng có tính chất khơ và nhẹ hơn thường sẽ
có xu hướng bốc lên trên, các khối khơng khí lạnh thường ẩm và nặng hơn thường sẽ chìm xuống dưới. Từ đó, bố trí các lỗ mở hợp lý sẽ khiến khơng khí mát mẻ đi vào, khối khơng khí nóng bên trong cơng trình sẽ bị đẩy lên vị trí cao nhất rồi thốt ra ngồi.
Hình 6.9 Minh họa 2 giải pháp thơng gió tự nhiên tận dụng hướng gió và thơng gió từ áp lực nhiệt (Nguồn: VGBC).
6.3.2 Điều hịa khơng khí
Đặc điểm của những tòa nhà văn phịng là khơng gian làm việc rộng, u cầu diện tích mặt sàn lớn, nhiều phịng với các cơng năng đa dạng, tần suất người mở cửa ra vào rất nhiều. Do đó việc tiêu tốn điện năng khi hệ thống làm mát hoạt động sẽ cao hơn so với các cơng trình khác, dẫn tới nếu có các phương án lựa chọn và lắp đặt các thiết thị ĐHKK hiệu quả sẽ giảm đáng kể lượng điện năng phải cấp cho nhu cầu làm mát.
Cải thiện hiệu năng của hệ thống ĐHKK
Lựa chọn và lắp đặt hệ thống ĐHKK có hệ số hiệu quả làm lạnh CSPF hoặc chỉ số hiệu quả COP cao, khuyến cáo theo QCVN 09:2017/BXD, giá trị của các hệ
82
số này tối thiểu như trong bảng bên dưới
Bảng 6.7 Giá trị hệ số CSPF tối thiểu đối với máy ĐHKK khơng ống gió có năng suất lạnh <12W
Bảng 6.8 Giá trị hệ số COP tối thiểu đối với các loại máy ĐHKK làm lạnh trực tiếp vận hành bằng điện năng khác.
83
84
Sử dụng điều khiển biến tần
Lắp đặt điều khiển biến tần cho hệ thống ĐHKK giúp điều khiển cấp tốc độ các động cơ bơm, máy nén và quạt. Vì vậy có thể kiểm sốt một cách linh hoạt cách thức vận hành của hệ thống ĐHKK, tùy thuộc vào tình hình thực tế và suất phụ tải thực, hệ thống có thể được đưa vào chế độ hoạt động tối ưu nhất. Điều này có nghĩa là các bộ điều khiển biến tần cho phép điều khiển hệ thống và thiết bị ĐHKK luôn làm việc ở chế độ có lợi nhất với hiệu suất cao đồng nghĩa với việc hệ thống sẽ tiêu thụ ít điện năng nhất.
Một số hệ thống điều khiển biến tần như:
- Hệ thống VRV/VRFs(Variable Refrigerant Volume / Variable Refrigerant Flow).
- Lắp đặt biến tần (VSD) cho các thiết bị của hệ chiller như máy bơm nước lạnh và/hoặc quạt chuyên dụng của tháp giải nhiệt.
- Lắp đặt máy nén biến tần (inverter) cho các chiller, máy điều hoà lắp đặt trên mái và ĐHKK 2 cụm.
- Lắp đặt hệ thống biến đổi lưu lượng gió VAV (Variable Air Volume) có hiệu năng cao.
85
6.4. Chiếu sáng
Điện năng cấp cho chiếu sáng nhân tạo cũng chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng mức TTNL của cơng trình. Thiết kế tối ưu hệ thống chiếu sáng sẽ góp phần giảm thiểu mức năng lượng phục vụ chiếu sáng, từ đó có thể tăng hiệu quả TKNL cho cơng trình.
6.4.1 Giảm mật độ công suất chiếu sáng
Giảm mật độ công suất chiếu sáng là phương pháp giúp giảm trực tiếp mức TTNL điện cho chiếu sáng nhân tạo, thường được áp dụng bằng những cách như:
- Sử dụng các loại đèn TKNL (như đèn huỳnh quang T5, đèn LED…) và các loại chấn lưu có hiệu năng cao.
- Tối ưu hệ thống chiếu sáng, thực hiện mơ phỏng để có mức độ chiếu sáng phù hợp với công năng.
- Lựa chọn loại tường và trần nhà có hệ số phản xạ ánh sáng cao.
- Sử dụng đèn có thiết kế có bộ phận phản xạ, hoặc lắp đặt các chao đèn, gương phản xạ, bộ khuếch tán ánh sáng cho các bộ đèn.
Bảng 6.10: LPD tối đa đối với các loại cơng trình và khơng gian sử dụng (Tham khảo từ Bảng 2.5 - QCVN 09:2017/BXD) khảo từ Bảng 2.5 - QCVN 09:2017/BXD)
86
6.4.2 Sử dụng hệ thống điều khiển chiếu sáng
Bằng cách lắp đặt một hệ thống thơng minh, việc chiếu sáng cho tịa nhà sẽ trở nên an toàn, năng suất và hiệu quả hơn. Các loại thiết bị điều khiển có thể kể đến như:
- Cảm biến tắt đèn khi khơng có hoạt động của con người; - Bộ hẹn giờ cài đặt thời gian tắt mở đèn;
- Cảm biến ánh sáng tự nhiên giúp giảm công suất và/hoặc tự động tắt thiết bị chiếu sáng nhân tạo;
- Hệ thống điều khiển cho phép có thể tự điều chỉnh mức độ chiếu sáng để phù hợp với hoạt động hoặc không gian cụ thể;
6.5. Năng lượng tái tạo
Sử dụng các nguồn NLTT góp phần giảm mức TTNL chung, bằng cách sử dụng điện năng sinh ra từ các nguồn như năng lượng gió, mặt trời, địa nhiệt, thủy năng và một số dạng năng lượng sinh học khác. Giải pháp NLTT được lựa chọn để sử dụng phổ biến nhất tại Việt Nam là điện mặt trời áp mái, giải pháp này đã và đang được đẩy mạnh phát triển và mang lại nhiều lợi ích thiết thực.
Hệ thống này bao gồm các tấm pin NLMT được lắp đặt trên mái, mục đích để chuyển đổi BXMT thành dịng điện một chiều, sau đó dịng điện này sẽ được bộ nghịch lưu inverter chuyển hóa thành dịng điện xoay chiều và kết nối tới tủ điện chính của tòa nhà, cung cấp điện cho các thiết bị hoạt động song song với nguồn điện lưới. Điều này giúp tịa nhà có thể cung cấp điện năng cho chính nhu cầu sử
87
dụng của nó, từ đó chi phí tiền điện cần thanh tốn chỉ là phần điện cịn thiếu trong tổng nhu cầu điện tiêu thụ, trên thế giới hiện nay đã có nhiều tịa nhà hồn tồn sử dụng NLMT để cung cấp điện.
Ngồi lợi ích trực tiếp là tiết kiệm chi phí cho tiêu thụ điện trong q trình vận hành, sử dụng điện mặt trời bằng bằng cách lắp đặt các tấm pin năng lượng cịn đóng vai trị như một giải pháp cách nhiệt cho mái tịa nhà. Bên cạnh đó, giải pháp này còn giúp tòa nhà đáp ứng tiêu chuẩn của các hệ thống chứng chỉ đánh giá CTX về tiêu chí sử dụng năng lượng tái tạo. Ngồi ra, giảm nhu cầu lượng điện năng cung cấp bởi lưới điện đồng nghĩa với việc giảm tải cho ngành điện, góp phần giảm lượng than được dùng tại các nhà máy nhiệt điện, từ đó giảm phát thải khí CO2 ra mơi trường.
6.6. Tóm tắt chương 6
Dựa vào các nghiên cứu trước, các tài liệu kỹ thuật về CTX, cơng trình HQNL, tác giả đã tổng hợp các giải pháp TKNL cho tòa nhà. Bên cạnh đó, phần mềm Autodesk Ecotect Analysis 2011 cũng được sử dụng để minh họa tính hiệu quả của một số giải pháp.
Chương này tập trung liệt kê các giải pháp có thể nghiên cứu áp dụng ngay trong giai đoạn thiết kế dự án, trong đó, lựa chọn hướng cơng trình, tối ưu lớp vỏ cơng trình, tối ưu hệ thống làm mát, chiếu sáng cũng như sử dụng năng lượng tái tạo được xem là các giải pháp hiệu quả nhất giúp tăng khả năng TKNL cho cơng trình. Nghiên cứu cũng đã diễn giải chi tiết các giải pháp, tổng hợp để đưa ra những thông số thiết kế cụ thể dựa trên các quy chuẩn kỹ thuật áp dụng cho cơng trình sử dụng HQNL, nhằm giúp đơn vị tư vấn thiết kế, chủ đầu tư và các bên liên quan có thể dễ dàng tham khảo và áp dụng.
88
CHƯƠNG 7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1. Kết luận 7.1. Kết luận
Bối cảnh thiếu hụt năng lượng đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng, bên cạnh quá trình đơ thị hóa diễn ra nhanh chóng và vấn đề biến đổi khí hậu trở thành mối quan tâm lớn, TTNL trong xây dựng trở thành một tiềm năng quan trọng trong chiến lượng tiết kiệm và bảo tồn năng lượng. Các dự án cơng trình xanh, cơng trình sử dụng HQNL với các giải pháp TKNL được phát triển như một giải pháp cho vấn đề này.
Luận văn đã hoàn thành 3 mục tiêu đề ra ban đầu là xác định các giải pháp giúp TKNL hiệu quả cho tịa văn phịng, xây dựng mơ hình dự đốn mức TTNL và đề xuất các giải pháp TKNL cho tòa nhà trong giai đoạn thiết kế.
Dựa trên các nghiên cứu trước đây, tài liệu kỹ thuật và tham khảo ý kiến chuyên gia có kinh nghiệm trong lĩnh vực CTX và cơng trình sử dụng HQNL, tác giả đã xác định được 32 giải pháp, chia thành 3 nhóm chính. Tiến hành phân tích dữ liệu khảo sát, nghiên cứu đã xác định được các giải pháp gồm “Thiết kế hệ thống HVAC tiết kiệm năng lượng”, “Sử dụng thiết bị chiếu sáng TKNL”, “Thiết kế tối ưu mật độ cơng suất chiếu sáng (LDP)”, “Sử dụng kính có hệ số truyền nhiệt thấp”, “Sử dụng tường có hệ số truyền nhiệt thấp”, “Giảm tỷ lệ cửa sổ trên tường”, “Bố trí tấm pin quang điện hoặc tấm thu nhiệt mặt trời trên mái hoặc xung quanh cơng trình”, “Lựa chọn hướng cơng trình tối ưu nhằm hạn chế diện tích mặt đứng hướng Tây”, “Sử dụng vật liệu hồn thiện có chỉ số hấp thụ BXMT thấp”, “Sử dụng kính có hệ số SHGC thấp”, “Lựa chọn loại tường và trần có tính phản xạ ánh sáng cao”, “Sử dụng kết cấu che nắng nhằm giảm thiểu sự hấp thụ nhiệt không mong muốn do BXMT”… là các giải pháp có mức độ ảnh hưởng lớn đến khả năng TKNL cho tịa nhà văn phịng, bên cạnh đó, các giải pháp này sẽ được lựa chọn như những tham số xây dựng mơ hình dự đốn mức TTNL.
Một mơ hình dự đốn mức TTNL được xây dựng bằng cách kết hợp mơ hình vật lý và mơ hình AI. Cụ thể, mơ hình mơ phỏng được dựng lên bằng phần mềm
89
DesignBuilder với đặc điểm của một văn phịng điển hình, giá trị của các tham số sử dụng trong q trình mơ phỏng được tham khảo từ các tài liệu kỹ thuật cho cơng trình HQNL. Sau đó, kết quả mơ phỏng được sử dụng để đào tạo và kiểm tra cho mơ hình dự đốn bằng thuật toán RF. Tác giả cũng phát triển giao diện người dùng cho mơ hình, kết quả dự đốn được thể hiện dưới dạng mức TTNL điện cho tòa nhà trên một mét vng trong chu kì một năm. Từ đó, có thể biết được mức TTNL điện dự kiến cho tòa nhà, điều này giúp đơn vị tư vấn thiết kế, chủ đầu tư và các bên liên quan có phương án lựa chọn các giải pháp nhằm TKNL cho tòa nhà.
Cuối cùng, nghiên cứu đã liệt kê một cách chi tiết các giải pháp nhằm tối ưu thiết kế để đạt được mục tiêu TKNL cho tòa nhà, giúp đơn vị tư vấn thiết kế, chủ đầu tư và các bên liên quan có thể dễ dàng tham khảo và áp dụng vào thực tế trong giai đoạn thiết kế.
Hạn chế của luận văn:
- Nghiên cứu chỉ đánh giá tính hiệu quả của các giải pháp trên quan điểm TKNL điện, chưa kể đến chi phí đầu tư, tính khả thi trong quá trình thi cơng và sự tiện lợi trong giai đoạn vận hành dự án…
- Các tham số trong mơ hình mơ phỏng giới hạn ở các nhân tố có thể định lượng được, trong khi các nhân tố khác cũng ảnh hưởng đáng kể đến mức TTNL điện của tịa nhà.
- Mơ hình dự báo khó tiếp cận với đa số người dùng do cần phải chạy