Nguyên lý hoạt động công trình thụ động

1028

Tiêu chuẩn thực sự của mỗi công trình là cùng lúc đạt được hiệu quả năng lượng, tiện nghi và thân thiện môi trường.

Công trình thiết kế thụ động không phải là thuật ngữ mới, song bất cứ ai cũng có thể áp dụng ý tưởng xây dựng và kiểm chứng qua thực tiễn.
Công trình thiết kế thụ động mang nhiều ưu việt hơn công trình tiêu thụ ít năng lượng.

Heating energy: năng lượng nhiệt Heating energy savings over 75%: 75% năng lượng nhiệt tiết kiệm được  Low energy house:Công trình tiêu thụ ít năng lượng Passive House: công trình thiết kế thụ động
Heating energy: năng lượng nhiệt
Heating energy savings over 75%: 75% năng lượng nhiệt tiết kiệm được
Low energy house:Công trình tiêu thụ ít năng lượng
Passive House: công trình thiết kế thụ động 

Đối với sưởi ấm và làm mát, công trình thiết kế thụ động giúp tiết kiệm năng lượng đến 90% so với công trình điển hình và khoảng 75% so với công trình mới xây. Riêng dầu sưởi, công trình thiết kế thụ động sử dụng ít hơn 1.5 lít dầu/m2/năm – ít hơn công trình tiêu thụ ít năng lượng điển hình. Hiệu quả tiết kiệm năng lượng được chứng minh tương tự tại vùng khí hậu ấm áp nơi có nhu cầu làm mát nhiều hơn sưởi ấm.

Công trình thiết kế thụ động được đánh giá cao về mức độ tiện nghi. Do sử dụng nguồn nhiệt bên trong công trình như từ người sử dụng hay nhiệt mặt trời nên sưởi ấm trở nên dễ dàng hơn.

Cửa sổ có thiết kế đặc biệt và vỏ công trình được bọc cách nhiệt, mái và sàn có khả năng cách nhiệt cao hay tránh thất thoát nhiệt.

Hệ thống thông gió cung cấp liên tục không khí tươi chất lượng cao mà không gây bất cứ luồng gió không mong muốn. Hệ thống thu hồi nhiệt hiệu suất cao cho phép tái sử dụng nhiệt từ khí xả.

Specific annual heat consumption: tiêu thụ nhiệt hàng năm Specific annual heat requirement (calculated): yêu cầu nhiệt hàng năm (tính toán) Low energy houses: công trình tiêu thụ ít năng lượng Passive house: công trình thiết kế thụ động Heat consumption measured in 4 resident estates…: Tiêu thụ nhiệt tại bốn công trình: một công trình tiêu thụ ít năng lượng (trái) và 3 công trình thiết kế thụ động (phải).
Specific annual heat consumption: tiêu thụ nhiệt hàng năm
Specific annual heat requirement (calculated): yêu cầu nhiệt hàng năm (tính toán)
Low energy houses: công trình tiêu thụ ít năng lượng
Passive house: công trình thiết kế thụ động
Heat consumption measured in 4 resident estates…: Tiêu thụ nhiệt tại bốn công trình: một công trình tiêu thụ ít năng lượng (trái) và 3 công trình thiết kế thụ động (phải).

Phần lớn năng lượng tiết kiệm được của công trình thiết kế thụ động là nhờ sử dụng hệ thống/thiết bị hiệu suất cao và hệ thống thông gió chất lượng cao. Hoàn toàn không có sự giảm thiểu về tiện nghi, thay vào đó tiện nghị được tăng lên đáng kể.

Công trình thiết kế thụ động giúp tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính không phải một phần nhỏ mà vô cùng lớn.Hiệu quả này không chỉ tồn tại trên giấy mà đã được kiểm chứng qua thực tiễn. Biểu đồ minh họa mức tiêu thụ so sánh giữa công trình tiêu thụ ít năng lượng và thiết kế bị động.

Tiêu chuẩn công trình thiết kế bị động là tiêu chuẩn xây dựng bền vững, và nghị quyết của Nghị viện châu Âu ngày 31 tháng 1 năm 2008 kêu gọi toàn thể các quốc gia thành viên thực hiện đến năm 2011. Ngày 17 tháng 11 năm 2009 Nghị viện và Hội đồng châu Âu đưa ra thời hạn cho toàn bộ các công trình mới phải trở thành công trình cân bằng về năng lượng vào năm 2020.

Công trình thiết kế thụ động mang lại

Tiện nghi
Tiêu chuẩn công trình thiết kế thụ động mang lại mức độ chất lượng mới tối đa tiện nghi trong những tháng lạnh và nóng trong năm với chi phí xây dựng hợp lý – điều này được các chủ sở hữu công trình khẳng định nhiều lần.

Chất lượng 
Công trình thiết kế thụ động được đánh cao về hiệu suất do khả năng cách nhiệt tốt và thiết kế kín gió. Nguyên tắc thiết kế quan trọng khác là “Thiết kế không cầu nhiệt” . Sử dụng vật liệu cách nhiệt mà không có bất kỳ “điểm yếu” nào nhằm loại bỏ các góc lạnh cũng như thất thoát nhiệt quá mức. Phương pháp này là nguyên tắc quan trọng đảm bảo chất lượng và tiện nghi cao đồng thời ngăn ngừa độ ẩm hình thành và xâm hại.

Môi trường
Công trình thiết kế thụ động rất thân thiện với môi trường: Những công trình này sử dụng rất ít năng lượng sơ cấp, để lại tài nguyên năng lượng cho thế hệ tương lai mà không gây nên bất kỳ tác hại nào đến môi trường. Năng lượng tăng thêm do yêu cầu xây dựng (năng lượng tiêu tốn) không đáng kể so với năng lượng mà công trình tiết kiệm được sau này. Điều này tương đối rõ ràng mà không cần minh họa bổ sung. Mặc dù vậy, điều cần nhắc tới ở đây là các tiêu chuẩn công trình thiết kế thụ động đem lại mức độ bền vững cho bất cứ ai có nhu cầu xây dựng mới hoặc cải tạo với mức giá phải chăng – Một hành động góp phần bảo vệ môi trường có hiệu quả hơn nhiệu so với việc nói về bảo vệ môi trường.

Chi phí phải chăng
Công trình thiết kế thụ động có mang lại hiệu quả đầu tư? Công trình thiết kế thụ động không chỉ tiết kiệm chi phí trong dài hạn mà còn đáng ngạc nhiên ở chỗ chi phí đầu tư ban đầu khá phải chăng. Việc đầu tư các hạng mục chất lượng cao theo yêu cầu của tiêu chuẩn công trình thiết kế thụ động được giảm bớt nhờ loại bỏ các hệ thống sưởi ấm và làm mát đắt tiền. Tại nhiều quốc gia, các hỗ trợ tài chính đã giúp cho việc xây dựng công trình thụ động trở nên khả thi hơn rất nhiều.

Các kết quả đo lường
Kết quả đo lường từ 114 công trình thiết kế thụ động từ dự án CEPHEUS chỉ ra mức tiết kiệm bình quân khoảng 90%. Nói cách khác, công trình thiết kế bị động sử dụng 1/10 năng lượng được sử dụng của công trình thông thường.

Linh hoạt 
Bất kỳ kiến trúc sư có năng lực đều có thể thiết kế được công trình thụ động. Bằng cách kết hợp giữa các biện pháp đơn lẻ, bất kỳ công trình mới ở bất cứ nơi nào trên thế giới đều có thể đạt tiêu chuẩn công trình thụ động. Tiêu chuẩn công trình thiết kế thụ động linh hoạt ngày càng được áp dụng cho các tòa nhà không dùng để ở như các tòa nhà hành chính và trường học.

Cải tạo
Công trình cải tạo cũng có thể đạt được tiêu chuẩn công trình thụ động khi áp dụng các chiến lược thiết kế thụ động.

Kinh nghiệm thực tiễn – Bạn chỉ tin khi bạn nhìn thấy
Ngày quốc tế công trình thụ động – Passive House International diễn ra mỗi năm một lần. Tại sự kiện này, hàng trăm công trình thụ động mở cửa cho bất cứ ai có mong muốn trải nghiệm cuộc sống thực tế tại công trình thiết kế thụ động. Ngày quốc tế công trình thụ động được Hiệp hội quốc tế công trình thụ động House (iPHA) và chi nhánh tại Đức, IG Passivhaus lựa chọn.

Nguyên lý công trình thiết kế thụ động

Hiệu suất cải thiện tiện nghi
Công trình thiết kế thụ động dẫn đầu trên thế giới trong lĩnh vực xây dựng hiệu quả năng lượng: Một công trình thụ động sử dụng năng lượng chỉ bằng 10% năng lượng của các công trình điển hình tại châu Âu – nghĩa là tiết kiệm đến 90% so với các công trình thông thường. Các chủ sở hữu công trình thụ động hầu như không tỏ ra quan ngại trước tình hình giá năng lượng ngày càng tăng.

Solar thermal coll (optional):pin năng lượng mặt trời Super insulation: vật liệu siêu cách nhiệt Supply air: không khí cấp Extract air: không khí thải Triple pane double low-e glazing: kính low-e hai lớp Ventilation system with heat recovery: hệ thống thông gió kết hợp thu hồi nhiệt Ground heat exchanger: thiết bị trao đổi nhiệt
Solar thermal coll (optional):pin năng lượng mặt trời
Super insulation: vật liệu siêu cách nhiệt
Supply air: không khí cấp
Extract air: không khí thải
Triple pane double low-e glazing: kính low-e hai lớp
Ventilation system with heat recovery: hệ thống thông gió kết hợp thu hồi nhiệt
Ground heat exchanger: thiết bị trao đổi nhiệt
  • Đối với sưởi ấm và làm mát, công trình thiết kế thụ động tiêu thụ chưa đến 15 kWh/(m²năm)
  • Phụ tải sưởi ấm/làm mát giới hạn ở mức tối đa 10 W/m2
  • Sử dụng năng lượng sơ cấp không vượt quá 120 kWh/(m²a).
  • Kín gió với tỷ lệ trao đổi không khí giới hạn ở mức n50 = 0.6/h.
  • Chưa đến 10% thời gian nhiệt độ vượt quá cao trong suốt thời điểm khí hậu ấm hơn và/hoặc mùa hè.

Công trình thiết kế bị động hay công trình bền vững, đem lại chất lượng cao, giá cả phải chăng, cũng như điều kiện sống tiện nghi và khỏe mạnh. Và nguyên tắc hoạt động của công trình này tương đối dễ hiểu:

  • Các công trình càng mới thường kín gió nên thông gió qua các khớp nối và các vết nứt không thôi là chưa đủ so với nhu cầu không khí tươi đưa vào công trình. Khuyến cáo rằng việc mở cửa sổ cũng không hiệu quả. Không khí tươi không chỉ là vấn đề tiện nghi mà còn cần thiết cho sức khỏe. Do đó, hệ thống thông gió là công nghệ quan trọng đối với tất cả các công trình nhà ở và công trình cải tạo trong tương lai.
  • Mặc dù hệ thống thông gió đòi hỏi đầu tư tăng thêm ngay từ ban đầu, song mang lại chi phí năng lượng tiết kiệm đáng kể với điều kiện là hệ thống có hiệu suất cao. Hệ thống thông gió công trình thụ động sẽ làm giảm chi phí vận hành của công trình.
  • Khái niệm công trình thụ động được bắt đầu từ những nghi vấn sau: Một lượng lớn không khí tươi ngoài trời được cấp vào công trình bằng bất cứ cách nào, vậy tại sao không sử dụng không khí này để sưởi ấm? – Bỏ qua lượng không khí tăng thêm, bỏ qua tuần hoàn không khí và tiếng ồn? Bằng cách này, hệ thống thông gió phải trả gấp đôi.
  • Khái niệm “gia nhiệt không khí cấp” chỉ hiệu quả trong các công trình cực kỳ cách nhiệt tốt – đó chính là công trình thụ động. Theo thuật ngữ chuyên môn: Phụ tải truyền nhiệt phải thấp hơn 10 W / m² để chắc chắn rằng nhiệt sưởi yêu cầu có thể được cung cấp bởi không khí cấp.

(Theo e4g)