Tìm cách tối ưu lịch vận hành, điều khiển là một phương pháp phổ biến của các đơn vị vận hành khi muốn tiết kiệm chi phí năng lượng cho công trình. Tuy nhiên, gốc rễ của vấn đề tiết kiệm năng lượng phải được tiến hành ngay từ khâu thiết kế, tức là thực hiện kiểm soát năng lượng từ những nét vẽ khi chỉ mới có vài lựa chọn hình khối khác nhau.

Dưới đây là các phương pháp thiết kế tiết kiệm năng lượng “không làm tăng chi phí đầu tư” được gợi ý bởi chuyên gia hàng đầu Việt Nam.

Thiết kế công trình hiệu quả năng lượng không làm tăng chi phí công trình đang là một sự lựa chọn tất yếu và yêu thích của nhiều đơn vị

Lựa chọn hình khối, kiểu dáng công trình

Lựa chọn hình khối của công trình là công việc quan trọng, không chỉ ảnh hưởng tới kiến trúc mà còn ảnh hưởng lớn tới việc sử dụng năng lượng.

Ví dụ, việc thiết kế công trình có diện tích mặt Đông – Tây quá nhiều, tức diện tích nhận bức xạ và ánh sáng mặt trời lớn có thể làm tăng đáng kể công suất của hệ thống HVAC và năng lượng tiêu thụ cho làm mát, đặc biệt vào mùa hè. Ngược lại, việc lựa chọn che nắng hoặc tận dụng kết cấu các khối nhà để che nắng, tạo bóng râm lại có thể góp phần làm giảm tải hệ thống hiệu quả.

Thiết kế hình khối phân tán để che nắng và tạo bóng râm hiệu quả, giúp giảm năng lượng cho hệ thống HVAC (Ảnh 3D hình khối công trình The Villa Hội An (Hình ảnh: Edeec)

Tuy nhiên, quy trình thiết kế phổ thông hiện nay chưa thực sự coi trọng việc phân tích năng lượng từ giai đoạn lựa chọn hình khối, tức không dựa vào việc tính toán khoa học mà sẽ theo quyết định của KTS. Do đó cần có sự kết hợp giữa KTS và kỹ sư thiết kế năng lượng ngay từ giai đoạn thiết kế ban đầu khi lựa chọn hình khối để tạo nên những công trình tiết kiệm năng lượng và hiệu quả về mặt chi phí.

3 phương án lựa chọn hình khối sẽ có các kết quả công suất điều hoà, sử dụng năng lượng và lượng nhiệt hấp thụ lên mặt đứng khác nhau. Được xác định ngay từ concept với nguyên lý hệ thống HVAC giống nhau. (Hình ảnh: Edeec)

Thực hành tính toán so sánh các giải pháp hình khối công trình sẽ ảnh hưởng tới lượng nhiệt chiếu vào các mặt đứng, công suất điều hoà (ảnh hưởng tới chi phí các hệ thống kỹ thuật), năng lượng ngay từ sớm.

Ngoài ra quá trình thiết kế các nhóm nhà cao tầng cũng cần chú ý tới tốc độ gió dưới chân các toà nhà, việc tính toán cẩn thận từ quy hoạch sẽ tác động tích cực tới tiện nghi của người đi bộ, tập thể dục, hay bố trí vườn hoa, cây cảnh để sử dụng được hiệu quả hơn.

Việc kiểm tra gió cũng giúp cho phân tích hình khối, dự trù tải trọng kết cấu công trình ngay từ sớm.

Mô phỏng gió, dự báo tác động kết cấu 3 phương án, và kiểm tra tiện nghi người đi bộ. (Hình ảnh: Edeec)

Ví dụ lựa chọn hình dáng tác động tới cách thức vận hành và năng lượng công trình

Mô hình thực tế ban công 1 khách sạn trong mô phỏng nhiệt. Các yếu tố che nắng (trên, dưới, phải, trái) của ban công khi được tính đầy đủ. Nếu hình dáng ban công được thiết kế và tìm kiếm tối ưu hoá sâu, thì ngay cả ban công cũng góp phần cả giảm chi phí đầu tư lẫn chi phí vận hành công trình

Ngay cả việc tính đúng, tính đủ các yếu tố che nắng giữa các khối nhà, hay tính đầy đủ ảnh hưởng nhiệt của ban công cũng rất ít được quan tâm. Hầu hết các phép tính nhiệt, điều hoà phổ thông tại Việt Nam bỏ qua các yếu tố này, việc này sẽ dẫn tới lãng phí đầu tư hệ thống kỹ thuật, đặc biệt đối với các dự án khách sạn ven biển, nơi mà ban công có nhiều hình dạng khác nhau để phục vụ ngắm cảnh và trang trí mặt đứng.

Tính đầy đủ ảnh hưởng che nắng của các khối nhà lân cận giúp giảm chi phí đầu tư, xác định đúng điều kiện vận hành thực tế, tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.

Chênh lệch năng lượng bức xạ nhiệt mặt trời đi vào phòng khách sạn giữa và không có che nắng (cửa kính ban công hướng về biển Đông). Tính toán đầy đủ ảnh hưởng che nắng của ban công sẽ giúp giảm đáng kể chi phí đầu tư hệ thống điều hoà trung tâm.

Chênh lệch năng lượng mặt trời đi vào phòng trong các tháng cần dùng điều hoà lên tới 45% khi có và không tính ảnh hưởng của ban công che nắng. Xác định đúng biến động nhiệt và năng lượng sẽ giúp tối ưu hoá chính xác cách thức vận hành khách sạn và phòng máy chiller.

Tận dụng chiếu sáng tự nhiên

Tận dụng chiếu sáng tự nhiên giúp giảm thiểu lượng ánh sáng nhân tạo và giảm chi phí sử dụng điện cho hệ thống chiếu sáng.

Công trình tận dụng chiếu sáng tự nhiên để giảm sử dụng đèn điện

Thiết kế tận dụng chiếu sáng tự nhiên rất cần được xem xét ở giai đoạn ban đầu của quá trình thiết kế. Xác định hướng của tòa nhà và cách lắp kính, che nắng phù hợp với quỹ đạo mặt trời là quyết định quan trọng hàng đầu. Tiếp theo 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 có thể lấy ánh sáng tự nhiên nhiều hơn, nhưng hầu hết các toà nhà văn phòng nhiều kính ở VN có hiện tượng kéo rèm và bật toàn bộ đèn. Nguyên nhân do quá nhiều ánh sáng từ bầu trời đi xuyên qua kính dẫn tới chói, bất tiện về tiện nghi thị giác.

Tính chiếu sáng và dự báo chói

Do đó, không nên lạm dụng chiếu sáng tự nhiên mà cần tận dụng nó 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 vì giảm được số lượng đèn cần bật. Việc này cũng cần tính toán chi tiết để dự báo các khả năng có thể xảy ra trong thực tế.

Ảnh mô phỏng chiếu sáng tự nhiên của một công trình (Hình ảnh: Edeec)

Tận dụng thông gió tự nhiên

Khí hậu trong nhà rất quan trọng đối với sức khỏe con người. Tương tự như ánh sáng tự nhiên vào ban ngày, thông gió tự nhiên giúp người ở luôn thoải mái, khỏe mạnh và tăng năng suất làm việc cũng như học tập.

Mục đích chính của thông gió tự nhiên là tận dụng các luồng gió trời khi từ thời tiết bên ngoài có nhiệt độ và độ ẩm đủ thấp, làm nguồn làm mát thay thế cho tòa nhà và lưu thông không khí. Bằng cách sử dụng phương pháp này, chủ đầu tư có thể tiết kiệm chi phí năng lượng đáng kể bằng cách tắt hệ thống HVAC khi có điều kiện thích hợp.

Hình ảnh mô phỏng thông gió tự nhiên cho công trình (Hình ảnh: Edeec cung cấp)

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.

Ví dụ, công trình The Villa Hội An tận dụng tối đa thông gió tự nhiên từ việc thiết kế đường hành lang uốn lượn, tạo luồng thông gió cho khu vực lân cận phía sau, các phòng đều được thiết kế có 2 cửa sổ ở 2 phía khác nhau, trong phòng có chỉ thị nhiệt độ bên ngoài để khách biết khi nào có thể mở cửa sổ. Các ý đồ thiết kế này giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể cho công trình và chi phí cho chủ đầu tư, khoảng 45% (Dự án do Edeec tư vấn chứng chỉ xanh HQE – Pháp).

Ảnh công trình The Villa Hội An tận dụng thông gió tự nhiên để tiết kiệm năng lượng

Lời kết

Thiết kế công trình hiệu quả năng lượng hoàn toàn có thể không tăng chi phí đầu tư ban đầu, đặc biệt giảm chi phí vận hành tới 35% nếu công trình được thiết kế đúng chuẩn, ứng dụng mô phỏng năng lượng và tính toán tối ưu chi tiết năng lượng để tối ưu chi phí cho chủ đầu tư.

Theo KTS Trần Thành Vũ

Kiến Việt