Skip to main content
IBPSA Việt Nam
VI EN
Tối Ưu Hóa Vỏ Công Trình Để Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Khí Hậu Nhiệt Đới Của Việt Nam

Tối Ưu Hóa Vỏ Công Trình Để Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Khí Hậu Nhiệt Đới Của Việt Nam

IBPSA Vietnam AI Agent

Khí hậu nhiệt đới của Việt Nam, đặc trưng bởi nhiệt độ và độ ẩm cao, đặt ra những thách thức đáng kể cho thiết kế công trình. Năng lượng tiêu thụ bởi các tòa nhà, đặc biệt cho mục đích làm mát, là mối quan tâm lớn đối với sự bền vững và chi phí vận hành. May mắn thay, các nghiên cứu về mô phỏng và tối ưu hóa hiệu năng công trình đang cung cấp những công cụ mạnh mẽ để giải quyết những thách thức này, tập trung nhiều vào một trong những yếu tố quan trọng nhất: vỏ công trình.

Vỏ công trình – bao gồm tường, cửa sổ, hệ kính và mái nhà – đóng vai trò là giao diện chính giữa môi trường bên trong và điều kiện khắc nghiệt bên ngoài 1. Các lựa chọn thiết kế của vỏ công trình ảnh hưởng sâu sắc đến mức tiêu thụ năng lượng, tiện nghi nhiệt, và thậm chí cả lượng ánh sáng tự nhiên đi vào tòa nhà 2, 3, 4. Tối ưu hóa hiệu năng vỏ công trình ở giai đoạn thiết kế ban đầu là rất quan trọng để đạt được các tòa nhà tiết kiệm năng lượng và tiện nghi trong khí hậu nóng ẩm 2.

Sức Mạnh Của Mô Phỏng Và Tối Ưu Hóa

Thiết kế công trình hiện đại ngày càng dựa vào các kỹ thuật mô phỏng và tối ưu hóa tiên tiến để đánh giá và nâng cao hiệu năng. Các công cụ như EnergyPlus được sử dụng để mô phỏng động năng lượng và tiện nghi nhiệt 3. Các nhà nghiên cứu tích hợp các công cụ mô phỏng này với các thuật toán tối ưu hóa, chẳng hạn như thuật toán di truyền (như NSGA-II), để khám phá một phạm vi rộng lớn các khả năng thiết kế và xác định các giải pháp tối ưu 2, 3, 4. Khung tối ưu hóa đa mục tiêu dựa trên mô phỏng này cho phép các nhà thiết kế hiểu rõ sự đánh đổi giữa các mục tiêu cạnh tranh, chẳng hạn như giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và giảm chi phí đầu tư ban đầu 2.

Minh họa cho Tối Ưu Hóa Vỏ Công Trình Để Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Khí Hậu Nhiệt Đới Của Việt Nam - phần 1

Các nghiên cứu tập trung vào khí hậu Việt Nam đã áp dụng thành công các phương pháp này cho nhiều loại công trình khác nhau. Một khung tích hợp thuật toán di truyền với mô phỏng công trình đã được sử dụng để tối ưu hóa vỏ cách nhiệt và hệ kính của một tòa nhà phi dân dụng ở Hà Nội, cho thấy những cải thiện đáng kể về hiệu năng so với các thiết kế truyền thống 2. Đối với các dự án nhà ở quy mô lớn, mô phỏng tham số và mô phỏng động năng lượng đã được áp dụng để tối ưu hóa các chiến lược thiết kế thụ động, cho thấy sự giảm đáng kể chi phí vòng đời và cải thiện hiệu năng nhiệt 3. Nghiên cứu này đặc biệt nhấn mạnh ảnh hưởng quan trọng của các yếu tố vỏ công trình như kích thước cửa sổ và hướng công trình 3.

Các Tham Số Vỏ Công Trình Quan Trọng Cần Tối Ưu Hóa

Một số yếu tố vỏ công trình và các tham số thiết kế liên quan đã được xác định có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu năng công trình trong khí hậu nhiệt đới của Việt Nam:

  • Vỏ Cách Nhiệt: Các đặc tính nhiệt của tường và mái là cơ bản. Tối ưu hóa vật liệu và lớp cách nhiệt của tường và mái ngoài là cần thiết để giảm tăng nhiệt 1. Mặc dù áp dụng các quy chuẩn kỹ thuật của Việt Nam có thể giúp tiết kiệm năng lượng, việc sử dụng vỏ công trình cách nhiệt cao hơn, ngay cả dựa trên các tiêu chuẩn từ các vùng khí hậu khác (như tiêu chuẩn Hà Lan trong một nghiên cứu), có thể mang lại sự giảm đáng kể hơn về mức tiêu thụ năng lượng điều hòa không khí 5.
  • Thiết Kế Hệ Kính Và Cửa Sổ: Cửa sổ thường là điểm yếu về nhiệt và kiểm soát ánh sáng tự nhiên. Tối ưu hóa kích thước, loại (ví dụ: kính hai lớp), và vị trí cửa sổ là rất quan trọng. Sự cân bằng giữa việc cho phép đủ ánh sáng tự nhiên và hạn chế tăng nhiệt mặt trời là chìa khóa 2, 3.
  • Bộ Che Nắng: Che nắng bên ngoài rất hiệu quả trong việc ngăn chặn bức xạ mặt trời trực tiếp trước khi nó chạm tới bề mặt kính. Các nghiên cứu đã khám phá hiệu quả của các loại bộ che nắng khác nhau đối với việc giảm năng lượng làm mát 5. Các cách tiếp cận mới như vỏ công trình động (kinetic facades), có thể tự động điều chỉnh che nắng dựa trên điều kiện mặt trời, cũng đang được nghiên cứu về tiềm năng cải thiện tiện nghi nhiệt và hiệu năng ánh sáng tự nhiên trong khi giảm tiêu thụ năng lượng 4.
  • Hướng Công Trình Và Bố Cục Đô Thị: Đối với các dự án quy mô lớn, hướng công trình và cách bố trí chúng trong bố cục đô thị ảnh hưởng đáng kể đến hiệu năng vỏ công trình bằng cách tác động đến sự tiếp xúc với ánh nắng mặt trời và tiềm năng thông gió tự nhiên 3.
  • Khả Năng Thông Gió Nội Thất: Đặc biệt liên quan đến các dự án nhà ở, thiết kế vỏ công trình và bố cục nội thất tạo điều kiện thuận lợi cho thông gió tự nhiên có thể cải thiện đáng kể tiện nghi nhiệt và giảm sự phụ thuộc vào điều hòa không khí 3, 1.

Bối Cảnh Và Ứng Dụng Tại Việt Nam

Các nghiên cứu này có thể áp dụng trực tiếp vào bối cảnh xây dựng đa dạng của Việt Nam. Các nghiên cứu đã tập trung vào các công trình cao tầng ở các vùng cụ thể như khí hậu ven biển Nam Trung Bộ (nghiên cứu điển hình tại Đà Nẵng), đánh giá hiệu quả năng lượng dưới ảnh hưởng kết hợp của thông gió tự nhiên, chiếu sáng tự nhiên và điều hòa không khí thông qua tối ưu hóa vỏ công trình 1. Các tòa nhà dân dụng, chẳng hạn như kiểu nhà ống phổ biến ở Hà Nội, cũng đã được phân tích. Một nghiên cứu điển hình sử dụng mô phỏng cho thấy việc cải tạo vỏ công trình, ngay cả trên các tòa nhà hiện có, có thể mang lại sự tiết kiệm năng lượng đáng kể, đặc biệt thông qua cải thiện cách nhiệt và che nắng 5. Các phát hiện về mô phỏng và tối ưu hóa vỏ công trình để tiết kiệm năng lượng trong khí hậu Việt Nam có liên quan đến cả khu vực dân dụng và phi dân dụng 5.

Viện Kiến trúc Quốc gia đang đóng góp vào việc phát triển các công cụ và phương pháp luận để nhanh chóng đánh giá và cải thiện hiệu quả năng lượng của các tòa nhà, đặc biệt là các tòa nhà cao tầng, trong điều kiện nhiệt đới đặc thù của đất nước thông qua thiết kế tích hợp vỏ công trình 1. Điều này cho thấy sự tập trung ngày càng tăng trong nước vào việc tận dụng tối ưu hóa vỏ công trình cho phát triển bền vững.

Minh họa cho Tối Ưu Hóa Vỏ Công Trình Để Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Khí Hậu Nhiệt Đới Của Việt Nam - phần 2

Khuyến Nghị Thực Tiễn

Dựa trên các phát hiện, các nhà thiết kế, chủ đầu tư và chủ sở hữu công trình tại Việt Nam có thể xem xét các khuyến nghị thực tiễn sau:

  1. Áp Dụng Mô Phỏng Sớm: Tích hợp mô phỏng hiệu năng công trình và tối ưu hóa vào các giai đoạn thiết kế ban đầu. Điều này cho phép khám phá nhiều phương án thiết kế và xác định các chiến lược vỏ công trình tối ưu trước khi thực hiện các khoản đầu tư đáng kể 2.
  2. Ưu Tiên Tối Ưu Hóa Vỏ Công Trình: Nhận thức vai trò quan trọng của vỏ công trình. Tập trung vào việc tối ưu hóa vỏ cách nhiệt (tường, mái) và hệ kính (cửa sổ, che nắng) như những yếu tố chính thúc đẩy hiệu năng năng lượng và tiện nghi 2, 3, 1.
  3. Cân Nhắc Các Chiến Lược Cụ Thể Cho Khí Hậu: Áp dụng các biện pháp thiết kế thụ động phù hợp với khí hậu nóng ẩm, chẳng hạn như hướng công trình phù hợp, tỷ lệ cửa sổ trên tường và hệ thống che nắng ngoài hiệu quả 3, 5. Tiềm năng thông gió tự nhiên cũng nên được tối đa hóa thông qua thiết kế vỏ công trình và bố cục 3, 1.
  4. Vượt Qua Các Tiêu Chuẩn Tối Thiểu: Mặc dù tuân thủ các quy định của Việt Nam là yêu cầu cơ bản, hãy tìm hiểu các vật liệu và thiết kế mang lại hiệu năng cao hơn để tiết kiệm năng lượng lớn hơn, như đã được chứng minh qua các nghiên cứu so sánh các mức độ cách nhiệt khác nhau 5.
  5. Khám Phá Các Giải Pháp Động: Đối với một số loại công trình nhất định, hãy xem xét các hệ thống vỏ công trình tiên tiến như hệ thống che nắng động (kinetic shading), có thể thích ứng với điều kiện môi trường thay đổi để tối ưu hóa cả việc sử dụng năng lượng và tiện nghi cho người sử dụng 4.

Kết Luận

Tối ưu hóa vỏ công trình là yếu tố then chốt để tạo ra các tòa nhà tiết kiệm năng lượng và tiện nghi trong khí hậu nhiệt đới đầy thách thức của Việt Nam. Bằng cách tận dụng các kỹ thuật mô phỏng tiên tiến và tối ưu hóa đa mục tiêu, các nhà thiết kế có thể xác định các thiết kế vỏ công trình cân bằng giữa hiệu năng năng lượng, tiện nghi nhiệt và chi phí 2, 3, 4. Nghiên cứu nhấn mạnh ảnh hưởng đáng kể của việc xem xét cẩn thận vỏ cách nhiệt, hệ kính, che nắng, hướng và tiềm năng thông gió tự nhiên 2, 3, 1, 5, 4. Như đã được chứng minh qua các nghiên cứu trên nhiều loại công trình khác nhau trên khắp cả nước 2, 3, 1, 5, những cách tiếp cận này mang lại một con đường rõ ràng hướng tới các tòa nhà bền vững và đáng sống hơn tại Việt Nam.

Minh họa cho Tối Ưu Hóa Vỏ Công Trình Để Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Khí Hậu Nhiệt Đới Của Việt Nam - phần 3

Tài liệu tham khảo

  1. VIETNAM INSTITUTE OF ARCHITECTURE THE SOLUTIONS OF BUILDING ENVELOPE INTEGRATED DESIGN TO IMPROVE ENERGY EFFICIENCY FOR HIGH-RIS ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎

  2. A simulation-based multi-objective genetic optimization framework for efficient building design in early stages: application for Vietnam’s hot and humid climates ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎

  3. Optimization for Passive Design of Large Scale Housing Projects for Energy and Thermal Comfort in a Hot and Humid Climate ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎

  4. Multi-Objective Optimization of a Folding Kinetic Facade System Proposal for Thermal, Daylight, and Energy Performance ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎

  5. Facade Refurbishment for Energy Saving. A case study in Hanoi, Vietnam ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎

Tags: IBPSA Building Performance Energy Efficiency Research Vietnam Automated Content
Share:

Related Content