Vai trò của Mô phỏng Hiệu năng Công trình trong sự phát triển Công trình xanh tại Việt Nam

Sự phát triển kinh tế và đô thị hóa nhanh chóng của Việt Nam mang đến cả cơ hội lớn và thách thức đáng kể. Khi các thành phố mở rộng và cơ sở hạ tầng phát triển, nhu cầu năng lượng tăng cao, gây áp lực lên tài nguyên và môi trường. Để ứng phó, Việt Nam ngày càng chú trọng đến phát triển bền vững, với các tiêu chuẩn công trình xanh và quy định hiệu quả năng lượng giữ vai trò trung tâm. Điều hướng bối cảnh đang phát triển này, đặc biệt trong bối cảnh khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, đòi hỏi các công cụ tiên tiến. Đây chính là lúc Mô phỏng Hiệu năng Công trình (BPS) chứng tỏ giá trị không thể thiếu, đóng vai trò là yếu tố then chốt để thiết kế, xây dựng và vận hành các công trình hiệu năng cao tại Việt Nam.

Hiểu về Mô phỏng Hiệu năng Công trình

Về bản chất, Mô phỏng Hiệu năng Công trình liên quan đến việc sử dụng các mô hình máy tính để dự đoán công trình sẽ hoạt động như thế nào ngay cả trước khi được xây dựng. Các mô hình này có thể mô phỏng nhiều khía cạnh khác nhau, bao gồm tiêu thụ năng lượng (sưởi, làm mát, chiếu sáng, thiết bị), tiện nghi nhiệt cho người sử dụng, chiếu sáng tự nhiên, và thậm chí cả động lực dòng khí và độ ẩm. Bằng cách nhập dữ liệu về hình dạng, vật liệu, hệ thống HVAC, chiếu sáng, hành vi người sử dụng và điều kiện khí hậu địa phương của công trình, các công cụ BPS có thể dự báo hiệu năng dưới các kịch bản khác nhau ¹.

Trong khí hậu nhiệt đới như Việt Nam, nơi tải lạnh chiếm ưu thế và độ ẩm cao quanh năm, việc tối ưu hóa hiệu năng công trình trở nên phức tạp. Các quy tắc thiết kế đơn giản thường không đủ. BPS cho phép các nhà thiết kế kiểm tra tác động của các lựa chọn thiết kế cụ thể – như tỷ lệ cửa sổ trên diện tường, thiết bị che nắng, mức độ cách nhiệt, chiến lược thông gió và loại hệ thống HVAC – lên tổng mức sử dụng năng lượng và tiện nghi của người sử dụng trong công trình ². Quá trình lặp đi lặp lại của việc mô hình hóa và phân tích này giúp các nhà thiết kế đưa ra quyết định dựa trên thông tin, vượt ra ngoài trực giác, dẫn đến các giải pháp thực sự tối ưu.

BPS như một kim chỉ nam tuân thủ các tiêu chuẩn

Việt Nam đã và đang phát triển khung pháp lý cho công trình xanh và hiệu quả năng lượng. Các thành phần chính bao gồm quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về xây dựng công trình sử dụng năng lượng hiệu quả và các chương trình chứng nhận công trình xanh tự nguyện.

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về công trình sử dụng năng lượng hiệu quả của Việt Nam (QCVN 09:2013/BXD và các sửa đổi bổ sung sau đó) đặt ra các yêu cầu tối thiểu về hiệu năng năng lượng cho các công trình xây dựng mới và cải tạo. Việc chứng minh tuân thủ các quy chuẩn này thường đòi hỏi tính toán và phân tích, và các công cụ BPS hoàn toàn phù hợp cho nhiệm vụ này, cho phép mô hình hóa chi tiết cân bằng năng lượng của công trình.

Ngoài các quy chuẩn bắt buộc, các hệ thống đánh giá công trình xanh tự nguyện như LOTUS (Hội đồng Công trình xanh Việt Nam) và EDGE (Excellence in Design for Greater Efficiencies, IFC/Ngân hàng Thế giới) đang ngày càng được áp dụng rộng rãi. Các hệ thống này cung cấp một khung đánh giá hiệu năng môi trường của công trình trên nhiều khía cạnh, bao gồm hiệu quả năng lượng, hiệu quả sử dụng nước và sử dụng vật liệu. Quan trọng là cả LOTUS và EDGE đều phụ thuộc nhiều vào mô hình năng lượng để chứng minh mức tiết kiệm năng lượng so với công trình cơ sở [^3, ^4]. Các công cụ BPS là yếu tố thiết yếu để thực hiện các mô phỏng cần thiết nhằm đạt được điểm chứng nhận và kiểm chứng các mục tiêu hiệu năng.

Bằng cách sử dụng BPS, các nhóm dự án có thể:

• Đánh giá các phương án thiết kế: So sánh các hình dạng công trình khác nhau, vật liệu vỏ công trình và lựa chọn hệ thống so với yêu cầu của quy chuẩn hoặc mục tiêu chứng nhận.
• Định lượng mức tiết kiệm: Dự đoán chính xác mức tiết kiệm năng lượng đạt được khi áp dụng các chiến lược xanh, điều này thường được yêu cầu để chứng nhận.
• Xác định các khoảng trống hiệu năng: Chỉ ra các khu vực mà thiết kế chưa đạt mục tiêu và tìm kiếm giải pháp.
• Lưu trữ hồ sơ tuân thủ: Tạo ra các báo cáo và dữ liệu đầu ra cần thiết theo yêu cầu của các tổ chức chứng nhận hoặc cơ quan quản lý.

Tối ưu hóa thiết kế cho khí hậu nhiệt đới

Khí hậu Việt Nam đặt ra những thách thức đặc thù. Nhiệt độ cao và độ ẩm cao có nghĩa là làm mát là yếu tố tiêu thụ năng lượng chính. Thiết kế công trình xanh hiệu quả trong bối cảnh này phải ưu tiên các chiến lược giảm thiểu tải lạnh và quản lý độ ẩm. BPS rất quan trọng để đánh giá các chiến lược này:

• Thiết kế thụ động: Trước khi dựa vào các hệ thống tiêu tốn năng lượng, các chiến lược thụ động nên được tối đa hóa. BPS có thể mô phỏng tác động của:
  • Hướng công trình và hình khối: Vị trí công trình trên khu đất và hình dạng của nó ảnh hưởng đến mức thu nhiệt mặt trời ².
  • Che nắng: Hiệu quả của mái đua, lam chắn nắng, vây chắn nắng và cây xanh trong việc chặn ánh nắng trực tiếp chiếu vào cửa sổ và tường ¹.
  • Thông gió tự nhiên: Phân tích các kiểu dòng khí để thúc đẩy luồng gió làm mát đồng thời quản lý sự xâm nhập của độ ẩm.
  • Vỏ công trình hiệu năng cao: Mô hình hóa tác động của các cấu tạo tường khác nhau, loại vật liệu cách nhiệt và công nghệ cửa sổ (như lớp phủ Low-E) lên mức tăng nhiệt.
• Hệ thống chủ động: Sau khi các biện pháp thụ động được tối ưu hóa, BPS giúp lựa chọn và chọn kích cỡ (sizing) các hệ thống chủ động hiệu quả như HVAC. Nó có thể so sánh các loại hệ thống khác nhau (ví dụ: VRV, chiller), đánh giá các chiến lược điều khiển và đảm bảo hệ thống có kích cỡ phù hợp để đáp ứng tải lạnh đã giảm nhờ thiết kế thụ động – tránh việc chọn kích cỡ quá lớn gây tốn kém và kém hiệu quả.
• Chiếu sáng tự nhiên và tải chiếu sáng: BPS có thể phân tích sự xâm nhập của ánh sáng tự nhiên, giúp tối ưu hóa vị trí và kích thước cửa sổ để giảm nhu cầu chiếu sáng nhân tạo, một yếu tố tiêu thụ năng lượng đáng kể khác.

Mô hình hóa các tương tác phức tạp này – giữa công trình, khí hậu và hành vi người sử dụng – cho phép các nhà thiết kế tìm ra sự cân bằng tối ưu, tạo ra các công trình không chỉ tuân thủ quy định mà còn thực sự có hiệu năng cao, tiện nghi và hiệu quả về chi phí vận hành lâu dài.

Bối cảnh Việt Nam: Thách thức và Cơ hội

Mặc dù lợi ích của BPS là rõ ràng, việc áp dụng rộng rãi nó ở Việt Nam đối mặt với những trở ngại cụ thể:

• Nhận thức và Chuyên môn: Đội ngũ chuyên gia có kỹ năng BPS nâng cao đang tăng lên nhưng vẫn còn hạn chế. Việc tích hợp BPS vào chương trình giảng dạy kiến trúc và kỹ thuật vẫn đang trong quá trình phát triển.
• Chi phí: Chi phí phần mềm BPS và đào tạo chuyên ngành có thể là một khoản đầu tư đáng kể, đặc biệt đối với các công ty nhỏ hơn.
• Tính sẵn có của dữ liệu: Dữ liệu khí hậu địa phương chính xác (tệp dữ liệu thời tiết) là rất quan trọng cho các mô phỏng đáng tin cậy. Mặc dù đang được cải thiện, việc tiếp cận dữ liệu thời tiết chi tiết và tiêu chuẩn hóa cho nhiều địa điểm khác nhau trên khắp Việt Nam có thể là một thách thức. Tương tự, việc thu thập dữ liệu hiệu năng đáng tin cậy cho vật liệu xây dựng và thiết bị HVAC có sẵn tại địa phương có thể khó khăn.
• Tích hợp vào thực hành: Việc kết hợp BPS sớm và hiệu quả vào quy trình thiết kế và xây dựng truyền thống đòi hỏi sự phối hợp và hợp tác giữa kiến trúc sư, kỹ sư và nhà thầu.

Bất chấp những thách thức này, cơ hội là rất lớn. Cam kết của Chính phủ Việt Nam đối với tăng trưởng xanh và mục tiêu giảm thiểu carbon tạo động lực mạnh mẽ. Nhận thức ngày càng tăng của các chủ đầu tư và khách hàng về lợi ích lâu dài của các công trình sử dụng năng lượng hiệu quả (giảm chi phí vận hành, tăng giá trị tài sản, cải thiện sức khỏe và tiện nghi người sử dụng) đang thúc đẩy nhu cầu về hiệu năng tốt hơn. IBPSA Việt Nam đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết những thách thức này thông qua chia sẻ kiến thức, đào tạo và thúc đẩy các thực hành tốt nhất.

Khuyến nghị thực tế

Đối với các bên liên quan trong ngành xây dựng Việt Nam muốn tận dụng BPS:

• Đối với các Nhóm thiết kế (Kiến trúc sư, Kỹ sư):
  • Đầu tư vào đào tạo và nâng cao năng lực về các công cụ BPS.
  • Tích hợp mô phỏng sớm trong quá trình thiết kế, bắt đầu từ giai đoạn ý tưởng.
  • Hợp tác chặt chẽ – BPS hiệu quả nhất khi được sử dụng trong phương pháp thiết kế tích hợp.
  • Tìm kiếm dữ liệu địa phương đáng tin cậy và liên tục cập nhật kiến thức về vật liệu và công nghệ địa phương.
• Đối với các Chủ đầu tư và Chủ sở hữu công trình:
  • Nhận thức BPS không chỉ là công cụ tuân thủ mà là một khoản đầu tư mang lại lợi ích lâu dài thông qua tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng công trình.
  • Yêu cầu sử dụng BPS trong các hồ sơ dự án.
  • Yêu cầu các báo cáo BPS rõ ràng và dễ hiểu để hỗ trợ ra quyết định.
• Đối với các Nhà hoạch định chính sách và Nhà giáo dục:
  • Hỗ trợ phát triển và cung cấp dễ dàng dữ liệu khí hậu địa phương và cơ sở dữ liệu vật liệu xây dựng.
  • Cung cấp các ưu đãi cho việc sử dụng BPS trong việc chứng minh tuân thủ quy chuẩn hoặc đạt chứng nhận.
  • Tích hợp đào tạo BPS vào chương trình đại học và các chương trình đào tạo nghề.
• Đối với các Tổ chức ngành (như IBPSA Việt Nam):
  • Tổ chức các buổi hội thảo và tập huấn đào tạo.
  • Thúc đẩy nghiên cứu và các nghiên cứu điển hình đặc thù cho khí hậu và thực hành xây dựng tại Việt Nam.
  • Tạo điều kiện trao đổi kiến thức giữa các chuyên gia trong nước và quốc tế.

Kết luận

Khi Việt Nam tiếp tục hành trình hướng tới một tương lai bền vững hơn, các công trình hiệu năng cao được thiết kế cho khí hậu nhiệt đới là điều thiết yếu. Mô phỏng Hiệu năng Công trình không chỉ là một công cụ kỹ thuật; nó là một tài sản chiến lược để điều hướng sự phức tạp của các tiêu chuẩn công trình xanh và quy định hiệu quả năng lượng đang phát triển. Mặc dù vẫn còn những thách thức, tiềm năng của BPS trong việc thúc đẩy tiết kiệm năng lượng đáng kể, nâng cao tiện nghi cho người sử dụng và đóng góp vào các mục tiêu phát triển bền vững quốc gia là rất lớn. Bằng cách đón nhận BPS, ngành xây dựng Việt Nam có thể khai phá những cấp độ hiệu năng mới, tạo ra các công trình kiên cường, hiệu quả và thực sự phù hợp với môi trường của chúng.

Tài liệu tham khảo