Giải pháp thiết kế tiết kiệm năng lượng trong các công trình xây dựng (Kỳ 3)

Trong các giải pháp tiết kiệm năng lượng, từ hệ thống điều hòa không khí thì nhiệm vụ của kiến trúc sư là làm sao giảm bớt tổng công suất của hệ thống bằng cách giảm tổng tải nhiệt của công trình. Đó là các giải pháp kiến trúc hợp lý cho hướng của công trình, cho vỏ bao che sao cho đạt được giá trị tổng lượng nhiệt hấp thụ trên m² qua vỏ bao che công trình (OTTV) nằm trong giới hạn cho phép theo quy chuẩn.

Giải pháp thiết kế tiết kiệm năng lượng trong hệ thống điều hòa không khí

Điều hòa không khí là hệ thống tiêu tốn năng lượng nhiều nhất trong các công trình xây dựng. Giống như hệ thống chiếu sáng, đối với hệ thống điều hòa không khí thì việc chọn lựa thiết bị là một bước quan trọng trong TKNL. Người ta thường chú ý đến hệ số COP (Coefficient Of Performance) là hệ số thể hiện hiệu quả năng lượng của thiết bị. Với thiết bị thế hệ cũ, COP thường <2.5, còn các thiết bị thế hệ mới tiết kiệm điện năng hơn thì COP sẽ khoảng >3.

Gần đây các thiết bị điều hòa không khí theo công nghệ biến tần inverter đã suất hiện nhiều trên thị trường Việt Nam, có COP >4, giúp tiết kiệm đến khoảng 40% điện năng tiêu thụ. Thiết bị theo công nghệ này còn giúp ổn định nhiệt độ trong phòng hơn, dao động trong khoảng 1-2⁰ C so với thiết bị cũ là 2-4⁰ C.

Nếu xét đến tính hiệu quả, giá các loại máy inverter cao hơn 3-4 triệu đồng cho máy 2 Hp so với máy bình thường cùng công suất và được sử dụng 8 giờ/ngày thì sau 1,5 năm sẽ có thể thu hồi vốn nhờ tiết kiệm điện năng tiêu thụ.

Tuy vậy, cần hiểu rằng hệ thống điều hòa không khí này chỉ hiệu quả khi vỏ bao che công trình được thiết kế đúng chuẩn mực - sử dụng vật liệu cách nhiệt tốt, chống thất thoát năng lượng qua khe cửa, hành lang…

Thiết bị điều hòa không khí bằng năng lượng mặt trời cũng đã bắt đầu xuất hiện tại Việt Nam. Thiết bị này sử dụng trực tiếp năng lượng ánh sáng để làm mát không khí giúp tiết kiệm đến 50% lượng điện tiêu thụ, với điều kiện trời có nắng nhưng không hoạt động khi trời mưa bão hay nhiều mây. Do vậy thiết bị này hiện chỉ phù hợp cho các văn phòng làm việc (hoạt động ban ngày) và phải kết hợp với sử dụng điện lưới khi trời mưa.

Trong các dự án lớn, hệ thống điều hòa không khí trung tâm đòi hỏi một giải pháp phức tạp hơn do các khu vực trong tòa nhà không sử dụng hệ thống điều hòa không khí đồng thời.

Hiện nay, hệ thống điều hòa không khí VRV (Variable Refrigerant Volume: máy điều hòa không khí có thể thay đổi công suất, còn được gọi là loại máy 1 mẹ nhiều con) được sử dụng khá phổ biến do dễ dàng thay đổi công suất tùy theo nhu cầu sử dụng, nhờ vậy tránh được lãng phí khi nhu cầu thấp mà hệ thống trung tâm vẫn phải hoạt động với công suất cao.

Ở các công trình sử dụng hệ thống Water Chiller (loại máy điều hòa không khí trung tâm dẫn lạnh bằng nước) nếu kết hợp thêm hệ thống VAV (Variable Air Volume) tự động điều khiển lưu lượng gió theo lập trình (có thể lập trình theo giờ trong ngày, theo mùa trong năm) sẽ giúp phân phối gió hợp lý đến từng khu vực nhỏ, tiết kiệm khá nhiều năng lượng điện. Hệ thống này còn có ưu điểm là có thể kết hợp chung 2 hệ thống làm lạnh và sưởi ấm, thích hợp với khu vực có khí hậu nóng vào mùa hè và lạnh vào mùa đông như các tỉnh phía Bắc.

Đối với các hệ thống lạnh lớn như ở các trung tâm mua sắm, siêu thị... hệ thống bình trữ lạnh được xem là giải pháp đem lại hiệu quả cao. Nguyên tắc của hệ thống này không phải là giảm lượng điện tiêu thụ mà là phân bố lại lượng điện tiêu thụ không tập trung vào giờ cao điểm, phân bớt lại vào giờ thấp điểm.

Hệ thống sẽ hoạt động vào ban đêm và tích trữ lạnh vào một bồn chứa. Sau đó vào ban ngày, bồn trữ lạnh này sẽ cung cấp nhiệt cho hệ thống điều hòa không khí làm giảm lượng điện tiêu thụ giờ cao điểm.

Với giá điện giờ cao điểm hiện nay đang gấp 3 lần so gới giờ thấp điểm thì hệ thống này giúp tiết kiệm đáng kể chi phí điện cho hệ thống điều hòa không khí.

Do các hệ thống thủy điện hoạt động 24/24 nhưng nhu cầu dùng điện thì lại tập trung vào giờ cao điểm nên thực tế đã có một lượng điện thừa khá nhiều vào giờ thấp điểm (ban đêm). Như vậy hệ thống trữ lạnh đã tận dụng được lượng điện thừa này và giảm bớt được nhu cầu dùng điện vào giờ cao điểm (ban ngày), có nghĩa tiết kiệm được một lượng dầu đáng kể cho các nhà máy nhiệt điện bổ sung.

Nhược điểm của hệ thống này là hệ thống vận hành phức tạp hơn và giá thành đầu tư cũng cao hơn. Ngoài ra, hệ thống còn chiếm một không gian khá lớn cho bồn trữ lạnh đòi hỏi người thiết kế phải tính toán vị trí lắp đặt sao cho không ảnh hưởng đến bố cục chung của công trình.

Trong các giải pháp TKNL, từ hệ thống điều hòa không khí thì nhiệm vụ của KTS là làm sao giảm bớt tổng công suất của hệ thống bằng cách giảm tổng tải nhiệt của công trình. Đó là các giải pháp kiến trúc hợp lý cho hướng của công trình, cho vỏ bao che sao cho đạt được giá trị tổng lượng nhiệt hấp thụ trên m² qua vỏ bao che công trình (OTTV) nằm trong giới hạn cho phép theo quy chuẩn.

OTTV (Overal Thermal Transfer Value) là một hệ số không mới nhưng rất ít được KTS quan tâm. Giá trị này liên quan rất nhiều đến giải pháp kiến trúc, giải pháp cách nhiệt và chọn lựa vật liệu cho vỏ bao che công trình, đồng thời cũng quyết định đến tổng tải nhiệt cho tòa nhà.

Ngoài ra, các thiết bị giải nhiệt của hệ thống điều hòa không khí thường được bố trí trên nóc tòa nhà và đó cũng là một trở ngại cho KTS trong việc hoàn chỉnh mặt đứng công trình.

Ở một góc độ khác, TKNL bằng cách sử dụng nguồn năng lượng tái tạo - như pin mặt trời, tuabin gió (và một số nguồn năng lượng sạch khác chưa phổ biến tại Việt Nam) cũng là những giải pháp thân thiện môi trường.

Hệ thống tua-bin gió thường có tiếng ồn lớn nên không phù hợp khi lắp đặt trong công trình mà chỉ thích hợp cho các dự án cấp điện quốc gia quy mô lớn.

Hệ thống pin mặt trời được xem là dễ áp dụng cho các công trình kiến trúc, vừa giúp giảm bức xạ nhiệt trên mái vừa cung cấp nguồn năng lượng sạch cho công trình. Tuy nhiên, hệ thống này cũng đòi hỏi việc bảo trì thường xuyên nếu không sẽ rất dễ hư hỏng.

Việc trữ điện thu được để sử dụng vào ban đêm cũng khó khăn vì hệ thống lưu điện có tuổi thọ không cao. Theo tính toán thì thời gian thu hồi vốn cho hệ thống pin mặt trời thường kéo dài trên 10 năm đến 20 năm, vì vậy rất khó thuyết phục khách hàng đầu tư hệ thống này nếu như không có sự hỗ trợ kinh phí từ phía Chính phủ (như một số nước trên thế giới đang áp dụng).

Nếu hệ thống pin mặt trời được áp dụng cho dự án thì có lẽ đây là hệ thống có thể ảnh hưởng nhiều nhất đến hình khối công trình. Các tấm pin mặt trời cần được lắp đặt sao cho nhận được nhiều nắng nhất trong năm, đòi hỏi KTS phải tính toán chính xác hướng, góc nghiêng của mái, vách. Một số tấm pin mặt trời thế hệ mới cho phép chỉ thu 50% ánh nắng, phần còn lại cho ánh sáng xuyên qua nên có thể áp dụng cho các vách kính mặt đứng hướng nắng.

Nhìn chung, qua khảo sát một số công trình thực tế thì giải pháp TKNL cho hệ thống chiếu sáng và điều hòa không khí là được ứng dụng nhiều nhất tại Việt Nam có lẽ do chủ đầu tư nhìn thấy hiệu quả rõ rệt nhờ thời gian thu hồi vốn nhanh. Tuy nhiên các giải pháp này tập trung vào việc chọn lựa thiết bị TKNL nhiều hơn là chú ý đến các giải pháp hiệu quả năng lượng từ vỏ bao che công trình. Nguyên nhân có thể do các KTS tập trung vào tính thẩm mỹ của công trình nhiều hơn là hiệu quả năng lượng và nhà đầu tư cũng chưa nhận thức rõ vấn đề này.

Nếu nhìn ở góc độ thiết kế thì có thể thấy các giải pháp TKNL hiện nay thực ra không làm đổi mới thiết kế kiến trúc, nhưng nó làm thay đổi suy nghĩ của người thiết kế. Các KTS sẽ phải cân nhắc giữa một giải pháp hình khối tự do, mặt đứng toàn kính theo thị hiếu hiện nay hay một giải pháp kiến trúc thích ứng với khí hậu địa phương, phù hợp với việc hạn chế hấp thu nhiệt từ bầu trời để TKNL.

Nói cách khác các giải pháp TKNL cho công trình có vẻ như khiến các KTS phải quay lại với phong cách kiến trúc truyền thống thích ứng với khí hậu nhiệt đới mà các thế hệ KTS tiền bối đã áp dụng ở Việt Nam từ vài mươi năm trước. Tuy nhiên với sự phát triển liên tục của xu hướng kiến trúc đương đại, các KTS trẻ Việt Nam chắc chắn sẽ tìm ra những giải pháp kiến trúc vừa hiện đại, mới mẻ nhưng cũng vừa đáp ứng các yêu cầu về hiệu quả năng lượng.

Một điều cần lưu ý là các giải pháp TKNL nêu trên cho các công trình xây dựng tuy không mới, nhưng để vận dụng một cách hợp lý giữa thiết kế và kỹ thuật, đòi hỏi người KTS phải có kiến thức nhất định về hệ thống kỹ thuật và áp dụng vào công việc thiết kế của mình sao cho đem lại hiệu quả tốt nhất.

Theo: Kientrucvietnam