TÀI NGUYÊN

Tòa nhà quốc hội Jamica hướng tới giảm 23% năng lượng so với Ashrae 90.1 bằng công nghệ mô phỏng năng lượng

Vào năm 2018, chính phủ Jamaica đã tổ chức một cuộc thi thiết kế quốc tế cho một tòa nhà mới để làm Tòa nhà Quốc hội của đất nước trong Công viên Anh hùng Quốc gia của Kingston. Việc lựa chọn chiến thắng được xác định bằng số phiếu phổ thông giữa người dân Jamaica, thông qua một cuộc thảo luận kéo dài 18 tháng. Thiết kế chiến thắng, mang tên “Out of Many, One People” được tạo ra bởi sự hợp tác của một công ty thiết kế có trụ sở tại Houston và kiến trúc sư người Jamaica. Chu vi của tòa nhà là một loạt các cột hình chữ X, từ đây cũng là rất nhiều lối vào tòa nhà tới các phòng dành cho Hạ viện và Thượng viện, các không gian công cộng dưới các giếng trời và các phòng trưng bày.

Dự án có các mục tiêu bền vững, cụ thể giảm 23% năng lượng tiêu thụ so với mô hình cơ sở đạt tiêu chuẩn ASHRAE 90.1-2010. Các chiến lược và giải pháp xanh mà công trình theo đuổi bao gồm:

Sử dụng công nghệ mô phỏng năng lượng, tao ra một mô hình năng lượng chi tiết dự đoán việc sử dụng năng lượng theo các phương án thiết kế khác nhau.

Video mô hình mô phỏng năng lượng chi tiết công trình

Với công trình này, năng lượng để làm mát các không gian được chứng minh là lớn nhất so với các mục đích khác. Nguyên nhân là bởi điều kiện khí hậu thời tiết địa phương có mùa hè nóng và kéo dài, đòi hỏi liên tục làm mát tại các không gian có người làm việc.
Tư vấn năng lượng sử dụng phần mềm mô phỏng năng lượng để kiểm tra ảnh hưởng của các loại kính khác nhau lên đỉnh tải của hệ thống điều hòa và năng lượng tiêu thụ hàng năm.
Các phân tích cũng cho thấy hệ thống che nắng bên ngoài cho các giếng lấy sáng thẳng đứng cùng góc nghiêng lớn của mặt trời không tạo ra nhiều ảnh hưởng lên đỉnh tải (công suất thiết kế) của hệ thống điều hòa và năng lượng tiêu thụ hàng năm.
Từ phân tích này kính với chỉ số SHGC, U-value cả cửa sổ (kính + khung cửa) được lựa chọn sao cho đỉnh tải /công suất của hệ thống điều hòa và năng lượng tiêu thụ hàng năm của công trình tối ưu nhất.

Phân tích so sánh ảnh hưởng chỉ số kính SHGC và U-value của cửa sổ lên đỉnh tải/công suất hệ thống điều hòa và tiêu thụ năng lượng hàng năm của công trình (nguồn: iesve.com)

Các phân tích năng lượng tiếp theo đi sâu nghiên cứu hoạt động của hệ thống DOAS (Dedicated outdoor air system – Cấp khí tươi theo nhu cầu) và liệu việc cung cấp không khí lạnh (52oF- 11oC) cho các dàn lạnh VRF có sử dụng ít năng lượng hơn so với cung cấp ở nhiệt độ trung hòa (65oF – 18oC) hay không, và mức độ giảm tải và tiêu thụ năng lượng mà chúng có thể đạt được khi thu hồi năng lượng từ luồng khí thải. Họ phát hiện ra rằng điều này dẫn đến chi phí năng lượng thấp hơn và giảm đỉnh tải trong khi loại bỏ nhu cầu thu hồi nhiệt trên các thiết bị lạnh làm mát bằng không khí (air-cooled chiller). Lượng tải lạnh được cung cấp với không khí thông gió tối thiểu (đặc điểm của DOAS) thường khá gần với tải tối thiểu trong một không gian, có nghĩa là các dàn lạnh VRF sẽ không cần phải bật thường xuyên như thiết kế thông thường

Phân tích so sánh chi phí năng lượng và đỉnh tải hệ thống điều hòa thông gió giữa 4 phương án: (1) theo tiêu chuẩn Ashrae 90.1-2010, (2) phương án đề xuất, (3)phương án hệ thống DOAS cung cấp không khí lạnh tại 52oF, (4) phương án sử dụng thiết bị thu hồi năng lượng ERV (nguồn: iesve.com)

Hệ thống che nắng cho tường và mái

Một hệ thống che nắng hình chữ X được tạo ra bao quanh lớp vỏ mặt đứng công trình. Nhờ đó, gần như lớp vỏ kính không phải chịu nhiệt bức xạ mặt trời chiếu vào.

Trên mái nhà, hệ thống pin mặt trời PV phủ kín tòa nhà hình tròn, giúp giảm hoàn toàn tải nhiệt bức xạ lên mái

Phân tích mô phỏng năng lượng bức xạ nhiệt mặt trời lên lớp vỏ công trình. Hệ thống che nắng chữ X bao quanh mặt đứng của tòa nhà chính hình tròn giúp giảm đáng kể tải nhiệt lên lớp vỏ đứng (nguồn: tlc-engineers.com)

Mặt đứng hướng đông và tây công trình (nguồn: Báo cáo tác động môi trường dự án Tòa nhà quốc hội Jamaica)

Tận dụng ánh sáng ban ngày tối đa bởi hai giếng trời khổng lồ

Với mục tiêu tất cả các phòng đều được tận dụng ánh sáng tự nhiên, các phòng làm việc nhỏ được đẩy ra chu vi bao quanh của tòa nhà. Các không gian lớn đưa vào tâm bên trong tòa nhà hình trong và được lấy sáng tự nhiên bởi hai giếng trời khổng lồ.

Hai giếng trời khổng lồ cung cấp ánh sáng tự nhiên cho toàn bộ các tầng (nguồn: Báo cáo tác động môi trường lên công trình tòa nhà Quốc hội Jamaica)

Hình ảnh nội thất bên trong công trình (nguồn: Báo cáo tác động môi trường lên công trình tòa nhà Quốc hội Jamaica)

Các phòng làm việc nhỏ đẩy ra chu vi tòa nhà các không gian công cộng lớn đưa vào trong được lấy sáng bởi hai giếng trời khổng lồ

Các giải pháp hiệu quả năng lượng khác

Các đơn vị thiết kế đã tham khảo và áp dụng các giải pháp và yêu cầu về hiệu quả năng lượng theo tiêu chuẩn đề ra của ASHRAE 90.1-2013, Luật Tiết kiệm Năng lượng quốc tế IECC 2015 và chứng chỉ công trình xanh LEED. Công trình sử dụng các thiết bị biến tần, hệ thống đèn LED, thiết kế để có nhu cầu phụ tải điện áp thấp cả ở thiết bị và ổ cắm, các thiết bị hiệu quả năng lượng trong toàn bộ tòa nhà, pin quang điện phủ kín mái cho khu tòa nhà hình tròn và mái cỏ cho các khu vực khác.

Công trình được khởi công vào năm 2021 và dự kiến sẽ hoàn thành vào năm 2023.

Việt Nam: áp dụng công nghệ mô phỏng năng lượng để tối ưu lớp vỏ cùng hệ thống điều hòa không khí

Việc áp dụng công nghệ mô phỏng năng lượng để xem lại ảnh hưởng của các phương án lớp vỏ công trình (chỉ số kính SHGC và U-value cho toàn bộ lớp vỏ) lên công suất hệ thống điều hòa và chi phí tiêu thụ hàng năm cho các công trình lớn trên thế giới từ lâu đã không còn xa lạ. Đây là điểm quan trọng không thể bỏ qua với các công trình lớn. Ưu điểm của phương pháp này rất rõ ràng: có thể so sánh định lượng giữa các phương án giúp đảm bảo tổng chi phí đầu tư cho hệ thống điều hòa thông gió và lớp vỏ công trình là thấp nhất, trong khi vẫn giảm chi phí tiêu thụ điện hàng năm trong giai đoạn vận hành. Đồng thời công nghệ mô phỏng năng lượng giúp chỉ ra con số cụ thể (đỉnh tải/công suất hệ thống điều hòa thông gió và năng lượng tiêu thụ hàng năm) cho các phương án tối ưu kỹ thuật sâu hơn, mang lại lợi ích tối đa cho nhà đầu tư.

Tại Việt Nam EDEEC đã có hơn 10 năm tiên phong áp dụng công nghệ mô phỏng năng lượng tối ưu sâu hệ thống kỹ thuật công trình. Các phân tích bằng con số cụ thể so sánh các phương án lớp vỏ và hệ thống điều hòa thông gió là chuyên môn và thế mạnh của EDEEC trong nhiều năm qua. Trong các bài sắp tới EDEEC sẽ tiếp tục chia sẻ công trình tương tự tại Việt Nam: tối ưu thiết kế lớp vỏ và hệ thống điều hòa thông gió giúp cắt giảm chi phí đầu tư ban đầu.