Sự thích nghi: Công trình xanh của Học viện dự bị Hawaii

193

Học viện dự bị Hawaii là công trình đạt danh hiệu công trình xanh, một trường học đủ 12 lớp trên đảo chính của quần đảo Hawaii. Đây mới là công trình thứ ba trên thế giới được xem là chuẩn mực nhất về đáp ứng tiêu chí công trình xanh. 

Một động lực mới cho việc thiết kế

Cùng với các mục tiêu tiết kiệm năng lượng đang ngày càng được chú trọng, nhất thiết cần phải có những sự thay đổi trong phương pháp thiết kế và tiêu chuẩn hóa các hệ thống. Thay vì được lắp đặt trong giai đoạn thiết kế sau cùng, các hệ thống năng lượng phải được xác định ngay từ đầu dự án xây dựng, dự tính cho quá trình xây dựng và tồn tại. Phòng thí nghiệm năng lượng đã tuân theo nguyên tắc này.

Ông David Croteau, chủ tịch Flansburg Architects cho biết: “Chúng tôi kết hợp với hãng kỹ thuật Buro Happold vào giai đoạn đầu của dự án HPA. Đó là một quá trình được tính toán kỹ lưỡng.”

Thí nghiệm Thông hơi

Giới hạn yêu cầu làm mát cho khoảng 548 m2 cấu trúc là một trong những mục tiêu chính. Giám đốc của Phòng thí nghiệm năng lượng, Tiến sĩ Bill Wiecking dựa vào kiến thức vật lý của mình phác thảo ra một chương trình thiết kế sơ bộ mà tối ưu hóa quá trình làm mát thụ động bằng cách để không khí ấm tăng lên và thông hơi qua mái nhà. Phòng thí nghiệm nằm trên nền địa hình núi, với gió từ phía bắc. Địa hình này thường xuyên có gió. Ông Croteau nói: “Biểu tượng của HPA là cái cây bị gió uốn cong”. Với gió từ mọi hướng, đến 89% cùng một tốc độ, chỉ có một kiểu sắp xếp trên địa hình. Lượng khí mát vào ít và thoát ra nhiều.”

Thiết kế của Wiecking cũng được dựa trên các công trình mang tình địa phương tại đây. Ông giải thích: “Ở mọi nơi khắp Thái Bình Dương, bạn sẽ thấy các công trình có mái ba tầng, giống như mái nhà dốc. Một hàng hiên hoặc sân trong, sẽ luôn luôn phải quay ra  đường xích đạo để không khí di chuyển trên mặt đất mát mẻ trước khi được đưa vào công trình”

Làm việc với các thông số ban đầu , Buro Happold sử dụng tính toán động lực học lưu chất (CFD) để tối ưu hóa hình thức công trình nhằm thông gió tự nhiên. Theo Ana Serra, một nhà hỗ trợ tư vấn phát triển bền vững tại Buro Happold, các tùy chọn thiết kế được đánh giá bao gồm chiều cao của không gian, vị trí của quạt thoát khí / cửa thông hơi, số lượng và kích thước của các khe hở. Ana Serra cho biết thêm: “Thông qua quá trình này, thiết kế đã được tối ưu hóa để đem lại sự tiện lợi tối đa bằng các phương pháp thụ động bằng cách đạt được một lượng thay đổi không khí cần thiết (ACH). Các lực chính quyết định mức độ thay đổi không khí là vi sai áp lực, và phân tích CFD rất hữu ích trong đánh giá tính hiệu quả của các tùy chọn khác nhau.”

Lập kế hoạch tính toán động lực học lưu chất

Theo Serra, việc thích ứng kiến ​​trúc ban đầu nhằm tạo ra một loại cấu trúc chắn gió đóng vai trò là một khối chịu mưa gió cho các lỗ thông hơi mái nhà phía bắc:

  • Cấu hình này tạo ra một vùng áp suất âm dọc theo đường đỉnh mái và gây ra một số dòng khí do áp suất định hướng qua các lỗ dọc theo thanh đầu tiên và cao nhất.
  • Các cấu trúc giống như kính chắn gió phía bắc đã tạo ra một bóng gió đáng kể trong phần đầu, làm giảm tốc độ gió và thông hơi.
  • Kết quả của bóng gió là hai cấu trúc kính chắn gió và lỗ thông hơi tiếp theo giống nhau đã không tạo ra một vùng áp lực âm mạnh ở các khe hở, làm giảm các luồng không khí từ các thanh ở giữa và ở phía nam, cũng có thể chịu tải năng lượng mặt trời cao hơn do sự tiếp xúc với phía Nam.

Để đạt được hình thức kiến ​​trúc hoàn chỉnh, các kết quả của nghiên cứu kỹ thuật đã được gắn liền với hoàn cảnh xây dựng và các yêu cầu đã được lập chương trình của nó. Nhiều công trình trong khuôn viên trường được thiết kế bởi nhà tân thời Vladimir Ossipoff, người đã đưa các mái dốc và nằm song song với đường bao của địa hình vào các thiết kế. Do đó, nó là một sự lựa chọn tự nhiên để thích ứng với công trình có mái nhà đổ dốc và có cửa trời để thông gió. Croteau cho biết: “Ba dầm của Phòng thí nghiệm năng lượng thích ứng với địa hình”. Wiecking chỉ ra rằng việc thiết kế ba bên phù hợp với chức năng giáo dục của công trình: các cộng tác viên là sinh viên, nghiên cứu, và sau đó xây dựng từng phần dự án. Trên thực tế, ba dầm của công trình có ba chức năng riêng biệt. Phòng dự án được bố trí thanh cực bắc, không gian làm việc chính giữ phần trung tâm, và một phòng hội thảo lớn hơn /phòng thí nghiệm được bố trí thanh phía Nam.

Những mái nhà góc cạnh của phòng thí nghiệm cũng là một lá chắn cho các không gian nội thất. Khái niệm thiết kế của Wiecking là tạo ra một “bộ cánh” để tạo điều kiện thuận lợi cho không khí chuyển động. Theo Croteau, cửa thông gió, ngược với cửa sổ, được đặt dọc theo độ cao này. Cửa thông gió tạo điều kiện thông gió mà không hướng gió mạnh vào không gian. Các lối vào công trình và không gian sân cũng nằm phía sau chắn gió. 

Năng lượng mặt trời

Một điều cũng rất quan trọng nữa là tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng mặt trời. Tòa nhà có một trục Đông / Tây với các phần nhô ra và cửa chớp trượt bằng gỗ nhằm chống nắng. Việc thu năng lượng mặt trời được tối đa hóa bằng cách sử dụng hai tấm quang điện (PV) và các tấm hai mặt nhỏ hơn ở phía nam của mái nhà. Những tấm này có thể thu bức xạ mặt trời từ cả mặt trên và mặt dưới, do đó việcthu năng lượng không chỉ từ một hướng mà còn cả từ bề mặt sàn. Croteau cho biết: “Điều này đem lại hiệu quả cao hơn đến 60% so với một tấm một mặt và nó cũng đóng vai trò như một tấm chắn.”

Croteau nói: “ Để tăng cường hiệu quả của ánh sáng ban ngày, mỗi phòng nhận ánh sáng từ hai hướng. Chúng tôi sử dụng tôn trong suốt, đem lại chất lượng tuyệt vời trong hấp thụ ánh sáng, và nó sẽ giúp đưa ánh sáng tự nhiên vào các khu vực ở xa cửa sổ”. Vật liệu polycarbonate đã được Wieckin đưa vào trong bản phác thảo ý tưởng ban đầu của mình. Ông nói: “Với vật liệu này, nó có thể thu thập ánh sáng thụ động được phản ánh của những ngọn núi, không thu nhiệt.” 

Tiến ra khỏi lý thuyết

Tiêu chuẩn công trình xanh chỉ cấp giấy chứng nhận giải thưởng cho các công trình có đáp ứng được các mục tiêu sử dụng năng lượng hiệu quả, được xác định thông qua 20 tiêu chí, trong thời gian một năm. Vì vậy, các hệ thống phải được đặt ở vị trí phòng thí nghiệm năng lượng của HPA có thể theo dõi hiệu quả.

Theo Serra, một hệ thống tự động của công trình đã được lắp đặt tại hiện trường. “Nó có thể thu thập dữ liệu từ hơn 250 hệ thống cảm biến khí tượng và ngắt các mạch cụ thể ở thời điểm đã được lên chương trình sẵn để tránh tải thụ động. Một hệ thống điều hành khí tượng sẽ thu lại bức xạ mặt trời (trong các bức xạ hỗn hợp) và ngăn các lỗi của hệ thống tấm quang điện hoặc tiêu hao năng lượng”.

Việc triển khai liên tục hệ thống giám sát là một trong những dự án đang thực hiện của Wiecking. Ông vừa đưa thêm vào các mạng lưới cảm biến. “Hiện chúng tôi đang nâng số lượng cảm biến lên 500, trong thực tế, chúng tôi thậm chí không gọi nó là một BAS nữa. Đó là một hệ điều khiển từ xa và hệ thống giám sát “.

Hệ thống giám sát của Wiecking sử dụng một nền tảng mã nguồn mở, để các dữ liệu có thể ngăn chặn việc truy cập của sinh viên. Ông giải thích: “Nó sử dụng một giao diện kỹ thuật số, giống như một màn hình cảm ứng, cho phép truy cập đến rất nhiều dữ liệu. Ngoài ra còn có một màn hình phân tích dữ liệu giống như Rosetta Stone – người sử dụng có thể dịch dữ liệu khi họ truy cập “.

Cuối cùng, Wiecking hy vọng rằng phòng thí nghiệm năng lượng của HPA là một hình mẫu. Ông nói: “Chúng tôi đang hướng đến tương lai. Tôi hy vọng sinh viên sẽ không chỉ thu thập và phân tích dữ liệu hoạt động xây dựng mà còn “xuất khẩu tri thức” cho các tổ chức khác”.

Một công trình “Sống” thực sự

Trên thực tế, phòng thí nghiệm năng lượng HPA đã vượt xa so với mô hình lý thuyết của nó. Các thiết bị điều hòa không khí và quạt hút hai chiều không bao giờ được sử dụng. Thiết bị xử lý không khí kiểm soát CO2 cũng không bao giờ được sử dụng.Trong năm đầu tiên hoạt động, công trình tiêu thụ chỉ 114 kWh / tháng (trung bình) cho chiếu sáng.

Nhìn chung, theo Croteau, công trình chỉ sử dụng có 30% năng lượng dự kiến. Trong thực tế, nó tạo ra năng lượng gấp hai lần trong quá trình sử dụng và năng lượng dư thừa được chuyển đến các công trình khác trong khuôn viên trường. Khuôn viên trường được kết nối với lưới điện và lưu trữ điện trên lưới điện.

Giống như một tổ chức sinh học, phòng thí nghiệm năng lượng tại Học viện dự bị Hawaii phát triển thích ứng với môi trường, và nó kết hợp các hệ thống để liên tục thích ứng với môi trường xung quanh. Do đó, việc thiết kế “Công trình xanh” có vẻ có sự thích ứng tốt hơn.

Xem thêm ảnh trong bài tại đây:

Thái Linh – Kienviet.net (Dịch từ buildipedia)