7 phương pháp thiết kế tiết kiệm năng lượng công trình "không làm tăng chi phí"

Gốc rễ của công trình hiệu quả năng lượng là phải được thiết kế đúng chuẩn ngay từ đầu thay vì chỉ lựa chọn sử dụng các thiết bị tiết kiệm điện. 7 phương pháp thiết kế tiết kiệm năng lượng công trình “không làm tăng chi phí đầu tư” sau đây là lời giải!

Lựa chọn hình khối, kiểu dáng công trình

Lựa chọn hình khối công trình là khâu quan trọng, không chỉ ảnh hưởng tới kiến trúc mà còn ảnh hưởng lớn tới hiệu quả sử dụng năng lượng trong suốt vòng đời công trình.

Hiện nay, quy trình thiết kế phổ thông chưa thực sự coi trọng việc phân tích năng lượng từ giai đoạn lựa chọn hình khối, thiếu các tính toán khoa học khi ra quyết định thiết kế hình khối và kiểu dáng công trình.

Theo các Chuyên gia thiết kế công trình hiệu quả năng lượng, không nên thiết kế công trình nếu có diện tích mặt nhận bức xạ và ánh sáng mặt trời quá lớn (Đông - Tây) vì sẽ làm tăng đáng kể công suất hệ thống để làm mát, gây lãng phí năng lượng. Trong khi đó, việc tận dụng kết cấu các khối nhà để che nắng, tạo bóng râm là công việc nên được thực hiện vì có thể góp phần làm giảm tải hệ thống HVAC hiệu quả.

Vì thế, ngay từ giai đoạn thiết kế ban đầu cần có sự kết hợp xuyên suốt giữa kiến trúc sư và kỹ sư, cùng tiến hành tính toán và lựa chọn giải pháp hình khối công trình giúp tiết kiệm năng lượng tối đa nhất và đạt hiệu quả về mặt chi phí.

tm-img-alt — *3 phương án lựa chọn hình khối sẽ cho kết quả công suất điều hoà, sử dụng năng lượng và lượng nhiệt hấp thụ lên mặt đứng khác nhau.*

Tận dụng chiếu sáng tự nhiên

Tận dụng chiếu sáng tự nhiên là phương pháp giúp giảm tải sử dụng chiếu sáng nhân tạo nhân tạo, kéo theo giảm chi phí sử dụng điện cho hệ thống chiếu sáng.

Thiết kế tận dụng chiếu sáng tự nhiên cần được thực hiện ngay từ giai đoạn đầu của quá trình thiết kế. Quan trọng nhất là cần xác định hướng của tòa nhà và cách lắp kính, che nắng phù hợp với quỹ đạo mặt trời. Sau đó là thiết kế mái và mặt đứng, lựa chọn hệ thống kính và điều khiển ánh sáng ban ngày như rèm và cửa kính.

Hệ số xuyên ánh sáng của kính (VLT) càng cao thì ánh sáng tự nhiên lấy được càng nhiều. Tuy nhiên, không nên lạm dụng chiếu sáng tự nhiên mà cần tận dụng và kết hợp với các yếu tố về kính, che nắng để đảm bảo tốt nhất tiện nghi chiếu sáng mà vẫn tiết kiệm năng lượng. Việc này cũng cần được tính toán chi tiết để dự báo trước các khả năng có thể xảy ra trong thực tế.

Tận dụng thông gió tự nhiên

Không khí bên trong công trình có vai trò quan trọng đối với sức khỏe con người. Do đó, thông gió tự nhiên giúp người sử dụng luôn thoải mái, khỏe mạnh, giúp tăng năng suất học tập và làm việc.

Mục đích chính của thông gió tự nhiên là tận dụng các luồng gió trời có nhiệt độ và độ ẩm đủ thấp, giúp làm mát và lưu thông không khí tự nhiên cho công trình. Thiết kế tận dụng tối đa thông gió tự nhiên có thể thay thế toàn bộ hoặc một phần của hệ thống cơ khí, giảm chi phí đầu tư hệ thống HVAC, giảm chi phí năng lượng – phần tốn kém nhất trong vận hành cho chủ đầu tư và các đơn vị vận hành công trình.

Tối ưu hệ thống & thiết bị chiếu sáng

Hệ thống chiếu sáng chiếm khoảng 10 – 20% năng lượng của một công trình theo tỷ lệ thông thường. Ngoài việc tận dụng tối đa chiếu sáng ban ngày, các chuyên gia thiết kế cũng cần cân nhắc áp dụng các giải pháp tối ưu năng lượng cho hệ thống & thiết bị chiếu sáng như sử dụng đèn LED, phối hợp với giảm cường độ sáng đèn khi có chiếu sáng tự nhiên.

Ví dụ: các khu vực được thiết kế chống chói tốt hoàn toàn có thể tắt bớt đèn hoặc giảm cường độ chiếu sáng khi có đủ ánh sáng tự nhiên. Việc này đòi hỏi tính dự báo chiếu sáng tự nhiên sau đó phân tách các lộ đèn có điều khiển riêng biệt cho các vùng nhận được chiếu sáng tự nhiên (daylight area). Mô phỏng chiếu sáng trong mô hình mô phỏng năng lượng công trình sẽ giúp bạn thực hiện điều này một cách tốt nhất!

Kính tiết kiệm năng lượng

Kính tiết kiệm năng lượng được thiết kế với một lớp phủ đặc biệt trên bề mặt kính giúp cản lượng bức xạ nhiệt từ mặt trời, nhờ đó giảm năng lượng tiêu thụ, tăng tiện nghi nhiệt do giảm cảm giác bị luồng nhiệt phả vào người khi ngồi gần kính, đặc biệt là luồng nhiệt nóng vào mùa hè.

Ngoài ra, chủ đầu tư còn có thể tiết kiệmchi phí đầu tư hệ thống điều hoà, đồng thời giảm sử dụng năng lượng cho hệ thống điều hòa không khí mà vẫn đảm bảo hiệu quả làm mát hoặc giữ ấm bên trong công trình tùy theo điều kiện khí hậu từng vùng.

Trên thị trường có rất nhiều loại kính tiết kiệm năng lượng, nhưng việc lựa chọn kính như thế nào là vấn đề kỹ thuật đòi hỏi phân tích chuyên sâu về năng lượng, tiện nghi nhiệt, chiếu sáng, chi phí hệ thống điều hoà, chi phí vận hành công trình…. Tại Việt Nam, quá trình thiết kế chưa thực sự coi trọng vấn đề này, quy trình thực hiện và kiểm soát thiết kế còn khá đơn giả so với tiêu chuẩn chung trên thế giới.

Nguyên vật liệu xây dựng giúp tiết kiệm năng lượng

Nguyên vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm năng lượng công trình, đặc biệt là đối với lớp vỏ bao che công trình như tường và mái. Tường, sàn và mái là nơi truyền tải nhiệt, đồng thời có tác dụng tích toả nhiệt, tạo ra độ trễ về thay đổi nhiệt độ so với biến động thời tiết bên ngoài.

Nếu không lựa chọn vật liệu phù hợp và kiểm soát tốt thì sẽ làm lãng phí một nguồn năng lượng khổng lồ phục vụ cho sưởi ấm và làm mát công trình.

Thiết kế hệ thống HVAC đúng chuẩn

HVAC được đánh giá là phần quan trọng nhất khi thiết kế công trình tiết kiệm năng lượng. Hệ thống HVAC (sưởi ấm – thông gió – điều hòa không khí) là hệ thống vô cùng phức tạp và chiếm tới 50% – 70% tổng mức sử dụng năng lượng của một công trình. Do đó, việc tối ưu năng lượng sử dụng cho hệ thống HVAC là hết sức cần thiết, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí đầu tư và vận hành cho Chủ đầu tư.

Tại Việt Nam, việc thiết kế hệ thống HVAC chỉ mới dừng lại ở việc tính toán nhanh công suất cần thiết của hệ thống sau đó triển khai bản vẽ. Chủ yếu tập trung lắp đặt điều hoà đảm bảo mát, không tồn tại việc kiểm tra thừa tải, thiếu tải khi vận hành giả lập như trong điều kiện thực tế, áp dụng mô phỏng năng lượng.

Việc thiếu những nghiên cứu sâu về hệ thống HVAC hoặc chỉ đơn giản là tính nhanh hệ thống sẽ dễ gây dư thừa công suất, lãng phí năng lượng và bất tiện về nhiệt khiến không gian trở nên quá nóng hoặc quá lạnh. Hơn nữa, người sử dụng sẽ không thoải mái, người muốn hạ người muốn tăng nhiệt độ mà vẫn phải trả một khoản chi phí năng lượng lớn không đáng.

Việc thiết kế hệ thống HVAC đúng chuẩn, thậm chí phải tìm cách giảm thiểu công suất điều hoà là điều kiện hàng đầu của quá trình thiết kế tiết kiệm năng lượng công trình (đây là điều kiện bắt buộc trong quy trình thiết kế tích hợp ASHRAE 209).

Việc này đòi hỏi đội ngũ kỹ sư phải xem xét đồng thời với các yếu tố khác như hình khối công trình, chiếu sáng, thông gió, vật liệu kính, vật liệu vỏ bao che, thu hồi nhiệt, lựa chọn máy, phương thức vận hành… vì đó là những yếu tố ảnh hưởng tới việc ra quyết định thiết kế kích thước của hệ thống HVAC và tác động trực tiếp tới hoạt động vận hành của toàn bộ toà nhà.

Ngoài ra, cần áp dụng kỹ thuật mô phỏng năng lượng trong thiết kế hệ thống HVAC để tính toán công suất, dự báo trước chi phí vận hành, hiệu quả sử dụng vốn và chất lượng sống bên trong công trình. Nhờ đó, giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ và chi phí vận hành, thậm chí giảm chi phí đầu tư vào những thành phần không đáng có.

Một số công trình tiết kiệm năng lượng tiêu biểu tại Việt Nam

Coninco Tower Hà Nội (26,313 m2): Giảm 2,4 tỷ đồng chi phí vận hành và 32% năng lượng tiêu thụ, đạt giải nhất “Giải thưởng Chất lượng Thiết kế Công trình VECAS AWARD 2020”.