Ứng dụng Mô phỏng Hiệu suất Công trình để đáp ứng các quy định cập nhật về hiệu quả năng lượng của Việt Nam

Ngành xây dựng tại Việt Nam đang trải qua thời kỳ tăng trưởng nhanh chóng, được thúc đẩy bởi đô thị hóa và phát triển kinh tế. Mặc dù sự tăng trưởng này rất quan trọng, nhưng nó cũng đặt ra những thách thức đáng kể về tiêu thụ năng lượng và tác động môi trường. Các công trình xây dựng là nguồn tiêu thụ năng lượng lớn, và việc đảm bảo hiệu quả năng lượng của chúng là rất quan trọng cho sự phát triển bền vững và đạt được các mục tiêu khí hậu quốc gia, bao gồm cả cam kết của Việt Nam về phát thải carbon ròng bằng không (Net-Zero) vào năm 2050 ¹. Để đáp ứng điều này, Việt Nam đã ban hành và cập nhật các quy định về hiệu quả năng lượng, đáng chú ý là Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả (QCVN 09:2017/BXD) ². Việc đáp ứng các tiêu chuẩn này, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, đòi hỏi các công cụ thiết kế và phân tích tiên tiến. Đây là lúc Mô phỏng Hiệu suất Công trình (Building Performance Simulation - BPS) đóng vai trò chuyển đổi.

Hiểu về Mô phỏng Hiệu suất Công trình

Mô phỏng Hiệu suất Công trình bao gồm việc sử dụng các mô hình máy tính để dự đoán hiệu suất của một công trình về sử dụng năng lượng, tiện nghi nhiệt, chiếu sáng tự nhiên và các yếu tố khác trong các điều kiện môi trường và lịch trình vận hành cụ thể ³. Không giống như các tiêu chuẩn quy định chi tiết truyền thống yêu cầu các phương pháp xây dựng hoặc vật liệu cụ thể, các quy định dựa trên hiệu suất như QCVN 09:2017/BXD thường cho phép sự linh hoạt miễn là mục tiêu hiệu suất năng lượng tổng thể được đáp ứng. BPS là công cụ chính được sử dụng để chứng minh sự tuân thủ theo các phương án dựa trên hiệu suất này.

Mô hình BPS tích hợp nhiều khía cạnh khác nhau của thiết kế công trình, bao gồm hình dạng hình học, hướng công trình, vật liệu xây dựng, loại và kích thước cửa sổ, các bộ phận che nắng, hệ thống HVAC, hệ thống chiếu sáng và các mô hình sử dụng của người sử dụng. Các thông tin đầu vào này được kết hợp với dữ liệu khí hậu địa phương – điều này đặc biệt quan trọng để mô phỏng chính xác ở các vùng khí hậu nhiệt đới đa dạng của Việt Nam ⁴ – để dự đoán mức tiêu thụ năng lượng và điều kiện bên trong công trình trong suốt một năm.

Bức tranh Hiệu quả Năng lượng và Quy định của Việt Nam

Ngành xây dựng của Việt Nam chiếm một phần đáng kể và đang tăng lên trong tổng mức tiêu thụ năng lượng của quốc gia ⁵. Nhận thức được điều này, chính phủ đã tăng cường tập trung vào hiệu quả năng lượng. QCVN 09:2017/BXD là quy chuẩn kỹ thuật quan trọng của Việt Nam đặt ra các yêu cầu tối thiểu về hiệu suất năng lượng cho các công trình xây dựng mới và được cải tạo. Nó bao gồm nhiều khía cạnh, bao gồm:

• Hiệu suất nhiệt của vỏ công trình (tường, mái, cửa sổ)
• Hiệu suất năng lượng của hệ thống HVAC
• Giới hạn mật độ công suất chiếu sáng
• Yêu cầu tích hợp năng lượng tái tạo (ví dụ: máy nước nóng năng lượng mặt trời)

Mặc dù QCVN 09:2017/BXD cung cấp một khung pháp lý, quỹ đạo tương lai cho thấy các yêu cầu ngày càng khắt khe hơn và có khả năng bắt buộc các phương án tuân thủ dựa trên hiệu suất để hỗ trợ mục tiêu Net-Zero ¹. Sự chuyển đổi này đòi hỏi một sự dịch chuyển từ các phương pháp tính toán đơn giản sang các công cụ mô phỏng năng động và toàn diện hơn. BPS cho phép các nhà thiết kế không chỉ tuân thủ mức tối thiểu mà còn tối ưu hóa công trình để giảm đáng kể mức sử dụng năng lượng và cải thiện tiện nghi cho người sử dụng, điều này rất quan trọng trong khí hậu nóng ẩm của Việt Nam.

BPS Hỗ trợ Tuân thủ Quy định và Hơn thế nữa như thế nào

BPS mang đến khả năng mạnh mẽ để đáp ứng và vượt qua các quy định về hiệu quả năng lượng của Việt Nam:

Dự đoán Mức tiêu thụ Năng lượng Chính xác

Các công cụ BPS có thể mô phỏng các tương tác phức tạp giữa công trình, hệ thống của nó và khí hậu theo thời gian. Điều này cung cấp dự đoán chính xác hơn nhiều về mức sử dụng năng lượng hàng năm so với các phép tính tĩnh đơn giản. Bằng cách mô hình hóa các tùy chọn thiết kế khác nhau – như thay đổi mức độ cách nhiệt, tỷ lệ cửa sổ trên tường, hoặc loại hệ thống HVAC – các nhà thiết kế có thể hiểu tác động của chúng đến hóa đơn năng lượng và lượng khí thải carbon ³. Khả năng dự đoán này là cần thiết để chứng minh sự tuân thủ các mục tiêu năng lượng được quy định.

Tối ưu hóa Lựa chọn Thiết kế

Trước khi bắt đầu xây dựng, BPS cho phép kiến trúc sư và kỹ sư kiểm tra và so sánh nhiều chiến lược thiết kế. Muốn xem liệu che nắng bên ngoài có hiệu quả hơn kính hiệu suất cao trong việc giảm tải làm mát không? Hay việc thêm lớp cách nhiệt mái mang lại lợi tức đầu tư tốt hơn so với nâng cấp hệ thống HVAC không? BPS có thể định lượng lợi ích năng lượng của từng lựa chọn, cho phép đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu. Quá trình tối ưu hóa lặp đi lặp lại này là chìa khóa để đạt được các công trình hiệu suất cao hiệu quả về chi phí trong điều kiện khí hậu đầy thách thức của Việt Nam.

Xác nhận Hiệu suất

Đối với tuân thủ dựa trên hiệu suất, BPS thường được yêu cầu để chứng minh rằng một thiết kế được đề xuất đáp ứng điểm chuẩn hiệu suất năng lượng do quy định đặt ra. Kết quả mô phỏng cung cấp tài liệu cần thiết cho các cơ quan chức năng, cho thấy cường độ sử dụng năng lượng (EUI) dự kiến của công trình. Hơn nữa, BPS có thể được sử dụng sau khi đưa vào vận hành để so sánh hiệu suất năng lượng thực tế với dự đoán, giúp xác định các khoảng trống về hiệu suất và cung cấp thông tin cho các thiết kế trong tương lai.

Giải quyết các Yêu cầu Quy định Cụ thể

BPS trực tiếp giải quyết các lĩnh vực chính được quy định trong QCVN 09:2017/BXD:

• Vỏ công trình: Mô phỏng các thông số kỹ thuật khác nhau của tường, mái và cửa sổ, bao gồm hệ số truyền nhiệt (U-value), hệ số hấp thụ nhiệt mặt trời (SHGC) và rò rỉ không khí, để tối ưu hóa rào cản chống lại sự gia tăng nhiệt trong khí hậu nhiệt đới.
• Hệ thống HVAC: Mô hình hóa hiệu suất của các hệ thống làm mát và thông gió khác nhau trong điều kiện tải đỉnh và tải một phần, tối ưu hóa kích thước hệ thống, chiến lược kiểm soát và thông gió thu hồi năng lượng.
• Chiếu sáng: Phân tích tiềm năng chiếu sáng tự nhiên để giảm nhu cầu chiếu sáng nhân tạo và tính toán mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống chiếu sáng dựa trên hồ sơ sử dụng và mật độ công suất.
• Năng lượng tái tạo: Tích hợp các mô hình tấm pin quang điện (PV) hoặc hệ thống năng lượng mặt trời nhiệt để đánh giá sự đóng góp của chúng vào cân bằng năng lượng tổng thể của công trình.

Bối cảnh Việt Nam: Thách thức và Cơ hội

Áp dụng BPS tại Việt Nam đi kèm với những cân nhắc đặc thù:

• Đặc điểm Khí hậu Nhiệt đới: Độ ẩm cao và mùa làm mát dài có nghĩa là tải nhiệt ẩn (loại bỏ độ ẩm) và tối ưu hóa cho việc khử ẩm là đặc biệt quan trọng, đòi hỏi khả năng mô phỏng chi tiết. Dữ liệu thời tiết nhiệt đới chính xác là nền tảng cho kết quả đáng tin cậy ⁴.
• Tốc độ Xây dựng Nhanh: Tốc độ phát triển ở Việt Nam đôi khi tạo áp lực lên tiến độ thiết kế, có khả năng hạn chế thời gian dành cho mô phỏng và phân tích chi tiết.
• Nhạy cảm về Chi phí: Mặc dù BPS có thể dẫn đến tiết kiệm năng lượng lâu dài, chi phí ban đầu cho phần mềm, đào tạo và dịch vụ tư vấn có thể được coi là rào cản, đặc biệt đối với các dự án nhỏ hơn hoặc các nhà phát triển.
• Vật liệu và Thực hành Địa phương: Việc tích hợp vật liệu xây dựng địa phương và các thực hành xây dựng truyền thống vào quy trình mô phỏng hiện đại đòi hỏi nỗ lực thiết lập dữ liệu hiệu suất liên quan.
• Nhận thức và Năng lực: Tăng cường nhận thức giữa các kiến trúc sư, kỹ sư, nhà phát triển và nhà hoạch định chính sách về giá trị và yêu cầu của BPS là rất quan trọng. Xây dựng năng lực địa phương thông qua đào tạo và giáo dục là điều cần thiết để áp dụng rộng rãi hơn ⁵.

Bất chấp những thách thức này, cơ hội là rất đáng kể. Khi Việt Nam hướng tới các tiêu chuẩn bền vững cao hơn và mục tiêu phát thải Net-Zero ¹, BPS sẽ trở thành một công cụ không thể thiếu. Nó cho phép thiết kế các công trình không chỉ tuân thủ quy định mà còn thực sự có hiệu suất cao, giảm chi phí vận hành, cải thiện tiện nghi cho người sử dụng và đóng góp vào các mục tiêu khí hậu quốc gia. Sự sẵn có ngày càng tăng của chuyên môn địa phương và dữ liệu thời tiết liên quan ⁴ càng hỗ trợ việc áp dụng.

Khuyến nghị Thực tiễn cho việc Áp dụng tại Việt Nam

Để tận dụng hiệu quả BPS nhằm đáp ứng các quy định về hiệu quả năng lượng và mục tiêu bền vững của Việt Nam, các bên liên quan nên cân nhắc:

• Đối với Nhà thiết kế và Kỹ sư:
  • Đầu tư vào phần mềm và đào tạo BPS. Bắt đầu với các công cụ phù hợp với quy mô và độ phức tạp của dự án thông thường.
  • Tích hợp BPS sớm trong quá trình thiết kế, không chỉ để kiểm tra tuân thủ cuối cùng.
  • Hợp tác chặt chẽ giữa các lĩnh vực kiến trúc và kỹ thuật, vì BPS đòi hỏi tư duy thiết kế tích hợp.
  • Sử dụng bộ dữ liệu thời tiết địa phương chính xác ⁴.
• Đối với Nhà phát triển và Chủ sở hữu Công trình:
  • Nhận thức được giá trị lâu dài của thiết kế được thông báo bởi BPS: hóa đơn năng lượng thấp hơn, tiện nghi được cải thiện, giá trị tài sản có khả năng cao hơn và thủ tục phê duyệt quy định dễ dàng hơn.
  • Nêu rõ phân tích BPS như một yêu cầu trong hồ sơ dự án.
• Đối với Nhà hoạch định Chính sách và Cơ quan Quản lý:
  • Tiếp tục cập nhật và làm rõ các quy định, có khả năng giới thiệu các phương án BPS bắt buộc đối với một số loại hoặc quy mô công trình nhất định phù hợp với mục tiêu Net-Zero ¹.
  • Hỗ trợ phát triển và phổ biến dữ liệu hiệu suất năng lượng được bản địa hóa cho vật liệu và hệ thống.
  • Thúc đẩy các chương trình giáo dục và đào tạo về BPS ⁵.

Kết luận

Khi ngành xây dựng của Việt Nam tiếp tục tăng trưởng năng động, việc áp dụng Mô phỏng Hiệu suất Công trình không còn chỉ là một lựa chọn tiên tiến; nó đang trở thành một điều cần thiết để đáp ứng các quy định hiện hành về hiệu quả năng lượng (QCVN 09:2017/BXD) và chuẩn bị cho các tiêu chuẩn hiệu suất chặt chẽ hơn trong tương lai phù hợp với mục tiêu Net-Zero quốc gia. BPS cung cấp sức mạnh phân tích cần thiết để thiết kế các công trình hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng, tiện nghi và bền vững trong điều kiện khí hậu nhiệt đới của Việt Nam. Bằng cách nắm bắt BPS, ngành xây dựng Việt Nam có thể đóng vai trò hàng đầu trong việc tạo ra một môi trường xây dựng bền vững hỗ trợ cả sự thịnh vượng kinh tế và trách nhiệm môi trường.

Tài liệu tham khảo