Kiến trúc hiệu quả năng lượng (Kỳ 2): Cơ sở đánh giá

1087

Tiếp theo bài viết số 1 về Kiến trúc hiệu quả năng lượng, kỳ 2 của loạt bài viết đem đến cho bạn đọc cái nhìn tổng quan về cơ sở đánh giá công trình đạt hiệu quả năng lượng.

Những viên đá lót đường cho kiến trúc hiệu quả năng lượng

Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam (VGBC) bắt đầu hoạt động từ năm 2007 là một tổ chức chuyên môn có chức năng và nhiệm vụ quảng bá và phổ biến kiến thức về công trình xanh cũng như chuẩn bị về mặt chuyên môn để tạo điều kiện cho công trình xanh phát triển trong thực tế tại Việt Nam. Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam đã thiết lập và không ngừng hoàn thiện bộ chỉ tiêu đánh giá công trình Xanh cho Việt Nam có tên gọi LOTUS, trên cơ sở tham khảo các hệ thống chỉ tiêu LEED của Hoa Kỳ, Green Star của Australia và gần với Việt Nam nhất là Singapore với bộ tiêu chí Green Mark. LOTUS bao gồm ba công cụ đánh giá được thiết lập tương ứng với ba trường hợp khác nhau là công trình nhà ở, công trình phi nhà ở và công trình đang vận hành. Đối với mỗi trường hợp, thang điểm đánh giá sẽ khác nhau tùy theo tính chất của từng loại hình và yêu cầu cụ thể áp dụng. Tuy nhiên, về cơ bản, các tiêu chí về mặt định tính là giống nhau, bao gồm chín hạng mục (không kể hạng mục Sáng kiến với điểm thưởng thêm) bao gồm: 1. Năng lượng, 2. Nước, 3. Vật liệu, 4. Sinh thái, 5. Chất thải và Ô nhiễm, 6. Sức khỏe và Tiện nghi, 7. Thích ứng và Giảm nhẹ, 8. Cộng đồng và 9. Quản lý. Trong đó hạng mục Năng lượng được đánh giá trên các tiêu chí cụ thể như sau:

  • Tối ưu hóa hiệu suất nhiệt
  • Kết hợp với hệ thống thông gió tự nhiên
  • Áp dụng các công nghệ tiết kiệm năng lượng
  • Tận dụng các nguồn năng lượng tái tạo
  • Thực hiện việc quản lý năng lượng tiên tiến.

Đối với công trình phi nhà ở, điểm tối đa mà LOTUS dành cho hạng mục Năng lượng là 31 điểm, trong tổng số 110 điểm, chiếm tỷ lệ 28%, hơn hẳn so với hai hạng mục nhiều điểm tiếp theo là Sức khỏe và Tiện nghi (14/110 điểm, 13%) và Nước (13/110 điểm, 12%), thậm chí còn nhỉnh hơn cả hai hạng mục này gộp lại [1]. Đối với công trình nhà ở, tỷ lệ điểm của LOTUS dành cho Năng lượng là 30%, vượt đáng kể so với hai hạng mục quan trọng thứ hai và thứ ba lần lượt là Môi trường Khu vực (20%) và Vật liệu (17,5%) [2]. Điều đó đã thể hiện khá rõ tầm quan trọng của năng lượng trong một công trình Xanh. Nếu xem xét các hạng mục khác, một số tiêu chí nhỏ bên trong cũng ít nhiều có liên quan đến năng lượng, vì thế vai trò của năng lượng trong công trình Xanh trong thực tế sẽ còn lớn hơn. Chẳng hạn như:

  • Hạng mục Sức khỏe và Tiện nghi: Chất lượng không khí trong nhà có thể đạt được bằng các giải pháp tự nhiên (không cần tiêu thụ năng lượng) hoặc các giải pháp nhân tạo (có sử dụng năng lượng song cần được tính toán ở mức độ phù hợp) và tiện nghi chiếu sáng (nhất là chiếu sáng nhân tạo) cũng như tiện nghi nhiệt. Xét cho cùng, các yếu tố kể trên đều có liên quan đến sử dụng năng lượng.
  • Hạng mục Nước: Lắp đặt và sử dụng thiết bị tiết kiệm nước. Một số thiết bị tiết kiệm nước cũng đồng thời là thiết bị tiết kiệm điện, chẳng hạn như máy giặt hoặc bình đun nước nóng đấu nối với vòi hoa sen. Việc thu nước mưa và tái sử dụng cũng như tái chế nước đã qua sử dụng cho một số hoạt động như xả bồn cầu, tưới cây, rửa sân, … giúp tiết kiệm một lượng nước sạch không hề nhỏ và giảm một phần việc sử dụng máy bơm, đồng nghĩa với giảm bớt năng lượng tiêu thụ không thật sự cần thiết.
  • Hạng mục Vật liệu: Tái sử dụng vật liệu/kết cấu tại chỗ cũng như tiêu thụ vật liệu có các thành phần tái chế giúp giảm nhu cầu đối với vật liệu/kết cấu mới phải chế tạo tiêu tốn nhiều năng lượng. Tương tự như vậy là vật liệu không nung, bởi vì quá trình nung không chỉ tiêu tốn năng lượng mà còn phát thải carbon đồng thời gây ô nhiễm môi trường nếu công nghệ không thật sự hiện đại.

Đi kèm với các tiêu chí đánh giá là thang điểm chứng nhận. Theo đó một công trình sau khi được các chuyên gia của Hội đồng Công trình Xanh thẩm định đạt trên 83 điểm sẽ đạt chứng chỉ Bạch Kim, 72 – 82 điểm đạt chứng chỉ Vàng, 61 – 71 điểm đạt chứng chỉ Bạc, 44 – 60 điểm được cấp giấy chứng nhận và dưới 44 điểm là không đạt [3].

Tại Việt Nam hiện nay, bên cạnh Lotus còn có một hệ thống đánh giá khác đơn giản hơn, dễ áp dụng hơn là EDGE (viết tắt của cụm từ Excellence in Design for Greater Efficiency – tạm dịch Sự Xuất sắc trong Thiết kế hướng tới Hiệu quả Lớn hơn) được phát triển bởi Tổ chức Tài chính Quốc tế (IFC) trực thuộc Ngân hàng Thế giới (WB). Chỉ cần chứng minh thiết kế giúp công trình tiết kiệm ít nhất 20% năng lượng, ít nhất 20% nước và ít nhất 20% vật liệu so với công trình tương tự được thiết kế theo các giải pháp thông thường là đủ điều kiện được cấp chứng chỉ EDGE [4]. Bộ phận kỹ thuật của IFC đã xây dựng phần mềm trực tuyến hiện nay (tháng 7/2017) – phiên bản 2.1.1 – trợ giúp tính toán sơ bộ trên trang web https://app.edgebuildings.com/#/, trong đó từng hạng mục có các ô nhập số liệu đầu vào, chẳng hạn thể loại công trình (chức năng), vị trí công trình, hướng công trình, tổng diện tích sàn, số tầng, tổng diện tích cửa sổ, loại cửa sổ, cấu tạo tường bao che, chủng loại và số lượng thiết bị, số lượng người sử dụng, … Khi nhập đầy đủ các dữ liệu đầu vào theo quy định, chương trình sẽ tự động cho các kết quả đầu ra, hiển thị mức độ tiết kiệm Năng lượng, Nước và Vật liệu, cũng như lượng phát thải CO2 được giảm thiểu, năng lượng hàm chứa (hay năng lượng biểu hiện) được tiết kiệm và thời gian hoàn vốn đầu tư. Trong trường hợp chưa đáp ứng yêu cầu, có thể chọn thông số đầu vào khác theo hướng có lợi hơn để đạt mức độ tốt hơn, dẫn đến việc điều chỉnh thiết kế sao cho phù hợp.

Hội Kiến trúc sư Việt Nam (VAA) cũng là một tổ chức chuyên môn rất tích cực hoạt động để công trình xanh được phổ biến rộng rãi hơn tại Việt Nam, hòa nhập với xu thế chung của thế giới và bắt kịp với sự phát triển của công trình Xanh tại các quốc gia khác trong khu vực. Giải thưởng Kiến trúc Xanh Quốc gia thuộc hệ thống Giải thưởng Kiến trúc Quốc gia mới được trao từ năm 2016 nhằm tôn vinh các kiến trúc sư có những công trình kiến trúc được thiết kế và vận hành theo nguyên lý bền vững, thân thiện với môi trường sinh thái. Hội Kiến trúc sư Việt Nam đã ban hành và áp dụng năm tiêu chí đánh giá và chấm giải Kiến trúc Xanh như sau:

  • Địa điểm bền vững: 15/100 điểm
  • Sử dụng hiệu quả năng lượng và các nguồn tài nguyên thiên nhiên: 40/100 điểm
  • Chất lượng không khí trong nhà và chất lượng môi trường khu vực: 13/100 điểm
  • Kiến trúc tiên tiến và có bản sắc: 17/100 điểm
  • Bền vững về xã hội và nhân văn: 15/100 điểm [5].

Trong mỗi tiêu chí lớn có các tiêu chí nhỏ. Ở ba hạng mục đầu tiên, các tiêu chí nhỏ liên quan trực tiếp đến năng lượng có số điểm là 10 và gián tiếp đến năng lượng là 20. Như vậy, thực chất năng lượng trong hệ thống tiêu chí đánh giá và chấm giải Kiến trúc Xanh của Hội Kiến trúc sư Việt Nam cũng chiếm tỷ lệ đáng kể (30% quỹ điểm), nhiều hơn bất kỳ yếu tố nào khác.

Bộ Xây dựng (MoC) năm 2013 đã ban hành Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả (QCVN 09:2013/BXD) với sự hỗ trợ của Tổ chức Tài chính Quốc tế (IFC), Cơ quan Phát triển Quốc tế Hoa Kỳ (USAID) và Cơ quan Năng lượng Đan Mạch (DEA), gồm sáu nội dung: 1. Lớp vỏ Công trình, 2. Hệ thống Thông gió và Điều hòa Không khí, 3. Chiếu sáng, 4. Thang cuốn và Thang máy, 5. Sử dụng Điện năng và 6. Hệ thống Đun nước nóng, trong đó quy định rõ về mặt kỹ thuật, thông qua các yêu cầu cụ thể và những số liệu tương ứng (giá trị, chỉ số, hệ số, công suất, hiệu suất, …) có chia thành các trường hợp và phần phụ lục đi kèm với một số bảng biểu tra cứu và hình vẽ cấu tạo minh họa các lớp kết cấu [6]. Đó là những số liệu tham khảo cần thiết, hỗ trợ đắc lực cho công tác thiết kế.

Quốc Hội Việt Nam trước đó (năm 2010) đã ban hành Luật Sử dụng Năng lượng Tiết kiệm và Hiệu quả (số 50/2010/QH12). Phần đầu của văn bản Luật, ngoài một số định nghĩa và khái niệm, đã nêu ba nguyên tắc, năm chính sách và hai chiến lược sử dụng năng lượng hiệu quả nói chung áp dụng cho mọi lĩnh vực kinh tế – xã hội. Phần sau là các chương với những quy định riêng cho từng ngành, trong đó Chương 3 đề cập đến sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong xây dựng và chiếu sáng công cộng, gồm bốn điều: 1. Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong hoạt động xây dựng, 2. Quản lý nhà nước về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong hoạt động xây dựng, 3. Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong chiếu sáng công cộng và 4. Quản lý nhà nước về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong chiếu sáng công cộng. Riêng nội dung sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả được làm rõ qua bảy giải pháp: 1. Quy hoạch và thiết kế kiến trúc, 2. Sử dụng vật liệu cách nhiệt, 3. Lắp đặt các phương tiện và thiết bị có hiệu năng cao, 4. Sử dụng hệ thống quản lý và điều khiển tự động, 5. Lắp đặt dụng cụ đo lường và thiết bị giúp kiểm soát hệ thống, 6. Sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường, vật liệu không nung và khai thác năng lượng sạch và 7. Áp dụng các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật hiện hành về năng lượng trong công trình. Sử dụng năng lượng tiết kiệm – hiệu quả trong hộ gia đình và các hoạt động dịch vụ là nội dung của Chương 6. Tận dụng thông gió và chiếu sáng tự nhiên, sử dụng năng lượng tái tạo và xây dựng thói quen sử dụng tiết kiệm năng lượng trong cộng đồng là ba điểm nổi bật được nhấn mạnh và khuyến khích [7].

Chính phủ Việt Nam cũng đề cập đến “tiết kiệm năng lượng” ở Điều 6 trong Định hướng Quy hoạch Tổng thể Phát triển Hệ thống Đô thị Việt Nam đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2050 – bản phê duyệt điều chỉnh và coi đó là một trong số những nội dung quan trọng và cấp bách cần triển khai thực hiện [8].

Như vậy, các văn bản pháp lý, tiêu chuẩn quy phạm và công cụ đánh giá này tạo điều kiện thuận lợi cho kiến trúc hiệu quả năng lượng phát triển tại Việt Nam.

Một số cơ sở khoa học của kiến trúc hiệu quả năng lượng

Cơ sở thực tiễn

Cơ cấu sử dụng năng lượng trong công trình thay đổi theo vị trí và thể loại công trình. Thực tiễn phát triển trên thế giới đã cho thấy tại cùng một địa điểm và trong cùng một thể loại công trình, cơ cấu sử dụng năng lượng của các công trình cũng có thể khác nhau tương đối nhiều tùy thuộc vào tính chất sử dụng và thời gian với những biến đổi về thời tiết cũng như dưới tác động của nhiều yếu tố khác.

Bảng 1: Sự thay đổi theo thời gian của năng lượng sử dụng cho bốn nhu cầu cơ bản là sưởi ấm, làm mát, chiếu sáng và đun nước trong lĩnh vực công trình nhà ở tại Hoa Kỳ [9]

Năng lượng sử dụng

Năm

2006 2007 2010 2011 2015
Sưởi ấm 31% 23% 9% 45% 27%
Làm mát 12% 14% 22% 9% 11%
Chiếu sáng 11% 11% 14% 6% 7%
Đun nóng nước 12% 13% 9% 18% 13%

Các số liệu thống kê trong bảng 1 cho phép đi đến kết luận là năm 2010 khí hậu khá ấm về mùa đông và tương đối nóng về mùa hè, khác với hai năm 2006 và 2007, khi nhu cầu sưởi ấm và đun nóng nước năm 2010 giảm đột ngột và nhu cầu làm mát tăng đáng kể. Tuy nhiên, so với năm 2010 thì năm 2011 tình hình lại hoàn toàn đảo ngược đó là một năm có mùa đông rất khắc nghiệt khiến nhu cầu sưởi ấm tăng mạnh: gấp gần 1,5 lần năm 2006 và 2 lần so với năm 2007.

Dưới đây là số liệu thống kê cơ cấu sử dụng năng lượng trong công trình tại Hoa Kỳ năm 2015 trong hai phạm vi là công trình nhà ở và công trình công cộng. Theo biểu đồ này có thể thấy rõ sự khác biệt giữa hai thể loại: cùng là nhu cầu chủ đạo song sưởi ấm chỉ chiếm 27% trong hộ gia đình, nhưng bên công trình thương mại, tỷ lệ này tăng lên đến 45%. Đối với nhà ở, chiếu sáng là nhu cầu thiết yếu số 2, với 14% năng lượng sử dụng, trong khi bên công trình thương mại nhu cầu đó lại là đun nóng nước với 18%. Bốn nhu cầu thiết yếu nhất (sưởi ấm – chiếu sáng – làm mát – đun nước) tiêu thụ 58% năng lượng trong hộ gia đình và 78% trong công trình thương mại [10]. Như vậy, muốn sử dụng năng lượng có hiệu quả trong công trình xây dựng, cần ưu tiên áp dụng các giải pháp tiết kiệm trong bốn lĩnh vực này trước.

Hình 1a: Cơ cấu sử dụng năng lượng trong công trình nhà ở tại Hoa Kỳ năm 2015 [10]
Hình 1b: Cơ cấu sử dụng năng lượng trong công trình thương mại tại Hoa Kỳ năm 2015 [10]

Tại Việt Nam, cụ thể là Hà Nội, số liệu mà Bộ Xây dựng công bố cho thấy cơ cấu sử dụng năng lượng của ba thể loại công trình khá phổ biến là Chung cư – Thương mại – Văn phòng trong năm 2013 cũng có những sự chênh lệch đáng kể như sau:

Bảng 2: Cơ cấu sử dụng năng lượng của ba thể loại công trình Chung cư – Thương mại – Văn phòng tại Hà Nội năm 2013 [11]

Lĩnh vực sử dụng năng lượng Chung cư Thương mại Văn phòng
Điều hòa không khí (làm mát) 25% 35% 34%
Sưởi ấm 6% 0% 7%
Đun nước nóng 34% 1% 3%
Chiếu sáng 11% 21% 18%
Thiết bị điện 13% 21% 17%
Thang máy 6% 15% 15%
Máy bơm 1% 2% 2%
Khác 4% 5% 4%
Tổng số 100% 100% 100%

Từ bảng thống kê trên, có thể nhận thấy ngoài ba hạng mục chung cho cả ba thể loại công trình là Làm mát – Chiếu sáng – Thiết bị điện, cần chú ý vấn đề Đun nước nóng trong chung cư và Thang máy trong công trình thương mại cũng như văn phòng, bởi vì đó là những nhu cầu tiêu thụ tương đối nhiều năng lượng (đều trên 10% giá trị tổng). Nếu tìm kiếm được các giải pháp hiệu quả hơn về năng lượng cho những hạng mục này thì sẽ dễ dàng hơn để đạt tới mục tiêu và ý nghĩa về mặt môi trường cũng vì thế trở nên lớn hơn.

Bên cạnh các số liệu do cơ quan – tổ chức nhà nước công bố, việc khảo sát của những người làm công tác nghiên cứu tiến hành một cách độc lập cũng cho những kết quả thú vị. Năm 2014, tác giả bài viết đã tiến hành điều tra việc sử dụng năng lượng của 280 hộ gia đình ở Hà Nội và chọn ra 4 trường hợp tương đồng về tổng diện tích sàn và một số điều kiện khác để so sánh:

Bảng 3: Mức tiêu thụ năng lượng trong nhà liền kề qua 4 trường hợp nghiên cứu [12]

Tháng trong

năm 2013

Mức độ sử dụng năng lượng năm 2013 (kWh)
Hộ A (165 m2)

3 tầng, 6 người ở

Hướng Tây Nam Không kinh doanh

Hộ B (170 m2)

3 tầng, 6 người ở

Hướng Đông Nam

Không kinh doanh

Hộ C (170 m2)

3 tầng, 6 người ở

Hướng Đông Nam

Có kinh doanh

Hộ D (160 m2)

3 tầng, 6 người ở

Hướng Đông Nam

Có kinh doanh

Tháng 1 527 306 424 612
Tháng 2 427 333 413 720
Tháng 3 663 311 427 650
Tháng 4 562 291 455 586
Tháng 5 561 271 423 698
Tháng 6 783 417 607 730
Tháng 7 624 397 479 815
Tháng 8 560 384 418 803
Tháng 9 611 342 464 708
Tháng 10 579 312 466 617
Tháng 11 585 284 423 634
Tháng 12 559 273 415 625
Tổng kWh 7.041 3.921 5.414 8.198
Mức tiêu thụ năng lượng ≈ 43 kWh/m2năm ≈ 23 kWh/m2năm ≈ 32 kWh/m2năm ≈ 51 kWh/m2năm

Kết luận:

  • Hướng nhà đóng vai trò quan trọng. Trong khi các điều kiện khác giống nhau, nhà hướng bất lợi luôn khiến chỉ số tiêu thụ năng lượng cao hơn nhà hướng có lợi. Cụ thể: Hộ A có chỉ số tiêu thụ năng lượng gần gấp đôi hộ B. Việc sử dụng điều hòa nhiệt độ mùa hè và/hoặc máy sưởi mùa đông góp một phần đáng kể trong sự chênh lệch năng lượng sử dụng này. Do vậy, trong điều kiện có thể cho phép chọn hướng nhà, hướng nam hoặc đông nam sẽ giúp ngôi nhà tránh được nắng nóng và/hoặc gió lạnh, giảm đáng kể năng lượng sử dụng.
  • Hoạt động kinh doanh góp phần đáng kể làm gia tăng mức độ tiêu thụ năng lượng. Với các điều kiện cơ bản khác giống nhau, hộ gia đình kết hợp kinh doanh luôn tiêu thụ nhiều điện năng hơn hộ gia đình chỉ đơn thuần để ở. Những loại hình kinh doanh tại gia có nhiều thiết bị máy móc phục vụ như ảnh viện, in ấn và photocopy, … sẽ tiêu tốn lượng điện năng lớn song lại ở nhiều mức độ khác nhau, phụ thuộc vào số lượng và chủng loại thiết bị. Vì vậy chỉ có thể căn cứ vào từng trường hợp cụ thể để đánh giá. Với cùng hướng nhà (Đông Nam), hộ C (quán cà phê) có mức độ tiêu thụ năng lượng gấp 1,4 lần hộ B (không kinh doanh), và hộ D (ảnh viện) cao gấp 1,6 lần hộ C và 2,2 lần hộ B, thậm chí nhỉnh hơn hộ A hướng Tây Nam (không kinh doanh nhưng sử dụng điều hòa không khí thường xuyên) đến gần 1,2 lần.
Cơ sở tự nhiên (khí hậu)

Khí hậu là yếu tố có tác động rất mạnh lên công trình kiến trúc, ảnh hưởng trực tiếp đến sự tiện nghi bên trong cho người ở hoặc làm việc qua lớp vỏ và các khoảng không gian mở bên trong công trình (nếu có). Những yếu tố thời tiết sau cần được thu thập đầy đủ và phân tích kỹ lưỡng bởi kiến trúc sư nhằm cho ra giải pháp thiết kế hiệu quả, khai thác được các yếu tố có lợi cũng như hạn chế các tác động bất lợi của khí hậu – thời tiết trong khu vực:

  • Nhiệt độ: Nhiệt độ cao nhất, nhiệt độ thấp nhất và nhiệt độ trung bình ngày (đơn vị oC)
  • Độ ẩm tương đối (đơn vị %)
  • Lượng mưa (đơn vị mm)
  • Vận tốc gió (đơn vị m/s)
  • Hướng gió chủ đạo
  • Số giờ nắng trong năm (đơn vị giờ/ngày cho tháng và tổng số giờ/năm)
  • Cường độ bức xạ mặt trời (đơn vị kWh/m2ngày).

Những thông tin thu thập được trình bày dạng bảng (theo cột các tháng), là số liệu tổng kết qua nhiều năm và ở dạng trị số trung bình để người thiết kế có cái nhìn tổng quan về điều kiện khí hậu điển hình của khu vực trong cả một thời kỳ dài. Số liệu của một vài năm riêng rẽ chưa thể là căn cứ vì có thể trong năm đó điều kiện khí hậu khác thường, không đại diện cho một quá trình. Để tăng thêm tính trực quan, các số liệu có thể được biểu diễn trên đồ thị hình cột (column chart) kết hợp biểu đồ dạng đường nối các điểm (line graph).

Hình 2: Biểu đồ hóa số liệu khí hậu của Hà Nội [13]

Từ biểu đồ này, có thể thấy rõ những khoảng thời gian nào trong năm cần chống nóng, chống lạnh, chống ẩm và chống mưa hắt cho công trình kiến trúc khi căn cứ vào số liệu nền được cung cấp bởi các chuyên gia về thiết kế sinh khí hậu công trình để từ đó đề xuất và áp dụng các giải pháp cụ thể cho từng trường hợp một. Chẳng hạn như tại Hà Nội, cần chống nóng cho công trình vào các tháng 5 – 6 – 7 – 8, chống mưa hắt các tháng 6 – 7 – 8 – 9, chống lạnh các tháng 12 – 1 – 2, chống nồm các tháng 2 – 3. Điều kiện thời tiết ở mỗi địa phương (tỉnh, thành phố) trong cùng một vùng cũng không giống nhau hoàn toàn, vì vậy xây dựng cơ sở dữ liệu khí hậu riêng cho từng địa phương là công việc có tầm quan trọng rất lớn và là dữ liệu đầu vào bắt buộc của quá trình quy hoạch – thiết kế sinh khí hậu hướng tới hiệu quả năng lượng.

Hình 3a: Biểu đồ Mặt trời ở Hà Nội [14]
Hình 3b: Biểu đồ hướng và tốc độ gió ở Hà Nội [15]

Từ biểu đồ 3a, có thể thấy ngày Hạ chí (22/06) là thời điểm mặt trời ở vị trí cao nhất trong năm và là đỉnh điểm của mùa nóng, thời gian che chắn bức xạ mặt trời từ 15h đến 18h, tương ứng với góc phương vị mặt trời từ 50o đến 10o, nếu như mặt trước nhà với chiều cao 3,5 m/tầng và bệ cửa sổ cao hơn sàn 0,9 m có một lô-gia chạy dài hết mặt tiền với độ lùi sâu 2 m là đủ che nắng hiệu quả theo phương ngang từ 12h đến 15h (góc phương vị tương ứng từ 90o đến 50o), còn từ 15h đến 18h (lúc mặt trời lặn) ngoài khoảng chắn của lô-gia cần che nắng theo phương đứng bằng mành hoặc rèm. Từ biểu đồ 3b, có thể thấy nếu quay cửa chính về hướng Đông Nam thì ngôi nhà sẽ đón được gió mát mùa hè, sẽ giúp giảm thời gian sử dụng cũng như cường độ làm mát của máy điều hòa không khí, còn mặt bên nhà, nếu lộ diện nhưng được xây kín hoặc có trổ cửa sổ cánh kính và được đóng chặt sẽ chống được gió lạnh mùa đông, thành ra việc bật máy sưởi là không cần thiết trong những ngày đông lạnh nhưng chưa đến mức rét đậm, rét hại.

Một cơ sở quan trọng nữa cần được sử dụng khi phân tích điều kiện khí hậu để chọn giải pháp thiết kế phù hợp là biểu đồ sinh khí hậu (bio-climatic diagram) được xây dựng cho từng địa phương, với hai thông số quan trọng nhất là nhiệt độ và độ ẩm, được phân vùng theo cảm giác nhiệt của con người, cụ thể như sau:

  • Vùng 1: Rất lạnh
  • Vùng 2: Lạnh
  • Vùng 3: Tương đối lạnh
  • Vùng 4: Tiện nghi
  • Vùng 5: Mát khô
  • Vùng 6: Mát ẩm
  • Vùng 7: Khá nóng
  • Vùng 8: Nóng ẩm
  • Vùng 9: Nóng khô.

Vùng quan trọng nhất là “vùng tiện nghi” – tức vùng 4 – nằm ở khoảng giữa, nếu phạm vi này càng mở rộng thì lại càng có lợi. Ở Việt Nam có PGS. TS Phạm Đức Nguyên và cộng sự đã thiết lập được biểu đồ sinh khí hậu cho toàn quốc và một số địa phương như Sài Gòn, Đà Nẵng và Hà Nội.

Tại mỗi địa phương, ứng với mỗi vùng nhiệt có các số liệu thống kê tần suất (tinh theo % thời gian trong năm trạng thái đó xuất hiện). Theo PGS.TS Phạm Đức Nguyên, các đô thị ven biển miền Trung là những nơi khá lý tưởng về điều kiện vi khí hậu do vị trí địa lý mang lại, chẳng hạn tần suất tiện nghi ở Đà Nẵng là hơn 85% thời gian trong năm còn tại Nha Trang chỉ số này lên đến 99%, trong khi đó Thủ đô Hà Nội chỉ đạt mức xấp xỉ 45% [16]. Các công trình xây dựng tại Nha Trang, Đà Nẵng và Quy Nhơn, nếu tận dụng hướng đông thì rất có lợi, không chỉ đảm bảo điểm nhìn đẹp mà quan trọng hơn là đón được gió biển – một yếu tố rất có lợi cho sức khỏe – qua các ô cửa và không gian mở thoáng.

Hình 4: Biểu đồ sinh khí hậu của thành phố Đà Nẵng [17]

(Còn tiếp)

Tài liệu tham khảo
[1] Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam (2016), Tài liệu Hướng dẫn Kỹ thuật Sử dụng Công cụ Đánh giá LOTUS phiên bản 2.0 cho Công trình Phi nhà ở
[2] Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam (2016), Tài liệu Hướng dẫn Kỹ thuật Sử dụng Công cụ Đánh giá LOTUS cho Công trình Nhà ở
[3] Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam (2016), Tài liệu hướng dẫn LOTUS
[4] International Finance Corporation (2015), Tài liệu hướng dẫn EDGE
[5] Hội Kiến trúc sư Việt Nam (2015), Quyết định số No. 85 /QĐ-HKTSVN và Phụ lục đi kèm về Ban hành đánh giá định lượng tiêu chí kiến trúc Xanh tại Việt Nam ngày 10/10/2015
[6] Bộ Xây dựng (2013), QCVN 09/2013/BXD về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả
[7] Quốc hội Việt Nam, Luật số 50/2010/QH12về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
[8] Thủ tướng Chính phủ (2009), Quyết đinh số 445/QĐ-TTg ngày 07/04/2009 Định hướng Quy hoạch Tổng thể Phát triển Hệ thống Đô thị Việt Nam đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2050
[9] US National Academy of Sciences,
Website: http://needtoknow.nas.edu/energy/energy-efficiency/heating-cooling/
US Center for Climate and Energy Solutions,
Website https://www.c2es.org/technology/factsheet/ResidentialBuildingEnd-Use
[10] US National Academy of Sciences
Website: http://needtoknow.nas.edu/energy/energy-efficiency/heating-cooling/
V. Harish và A. Kumar (2016), A Review on Modelling of Building Energy Systems, Renewable and Sustainable Energy Review Journal, Elsevier Press, Vol. 56, trang 1272 – 1290
Website: https://www.researchgate.net/publication/288857567_A_review_on_modeling_and_simulation_of_building_energy_systems
[11] Bộ Xây dựng (2014), Hướng dẫn Áp dụng Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 09:2013/BXD về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả
[12] Nguyễn Quang Minh (2014), Thiết kế nhà mặt phố kết hợp kinh doanh tại Hà Nội theo hướng tiết kiệm năng lượng, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, Đại học Xây dựng số 19, trang 53 – 61
[13] http://www.hanoi.climatemps.com
[14] http://www.gaisma.com/en/location/ha-noi.html
[15]http://mesonet.agron.iastate.edu/sites/windrose.phtml?network=VN__ASOS&station=VVNB
[16] Phạm Đức Nguyên (2014), Thiết kế công trình có hiệu quả về năng lượng – Hai cách tiếp cận kiến trúc vào khí hậu Việt Nam, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, Đại học Xây dựng số 19, trang 40 – 46
[17] Phạm Đức Nguyên (2016), Thiết kế nâng cao chất lượng môi trường và hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà văn phòng ven biển Việt Nam
Trang web: https://www.tapchikientruc.com.vn/chuyen-muc/vat-lieu-cong-nghe/thiet-ke-nang-cao-chat-luong-moi-truong-va-hieu-qua-nang-luong-trong-cac-toa-nha-van-phong-ven-bien-viet-nam.html

KTS Nguyễn Quang Minh

Khoa Kiến trúc và Quy hoạch, Đại học Xây dựng