Luận văn Nghiên cứu ứng dụng và phát triển căn hộ thông minh ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ------------    ------------ NGUYỄN TRÍ HIẾU NGHIấN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CĂN HỘ THễNG MINH Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SỸ KIẾN TRÚC 2 HÀ NỘI- 2009 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC XÂY DỰNG ------------    ------------ NGUYỄN TRÍ HIẾU NGHIấN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN CĂN HỘ THễNG MINH Ở VIỆT NAM Chuyờn ngành: KIẾN TRÚC DÂN DỤNG Mó số: 06.58.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KIẾN TRÚC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS. DOÃN MINH KHễI 3 HÀ NỘI- 2009 ----------------------------------------------------------------------------------------------Trang2- Nghiên cứu ứng dụng và phát triển nhà thông minh ở việt nam Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành kiến trúc – Nguyễn Trí Hiếu – KTR06 MụC LụC A- Phần mở đầu 1. Lý do chọn đề tài.......................................................................................................6 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài...............................................................................6 3. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................................6 4. Phạm vi nghiên cứu, thời gian khảo sát..................................................................7 B- Nội dung nghiên cứu Chương I: Tổng quan nghiên cứu và ứng dụng nhà thông minh ở Việt Nam và trên thế giới 8 I.1. Khái niệm nhà thông minh....................................................................................8 I.1.1. Khái niệm tòa nhà thông minh( smart buiding).....................................................8 1.1.2. Khái niệm căn hộ thông minh ( smart house).....................................................13 I.2.Tổng quan về kiến trúc và công nghệ căn hộ thông minh trên thế giới……...18 I.2.1. Xây dựng căn hộ thông minh ở các nước phát triển............................................18 I.2.2. Xây dựng căn hộ thông minh ở Mỹ.....................................................................19 I.2.2. Xây dựng căn hộ thông minh ở Châu Âu............................................................20 I.2.2. Xây dựng căn hộ thông minh ở một số nước Châu á...........................................22 I.3. Tổng quan về kiến trúc và công nghệ căn hộ thông minh ở việt nam……….23 I.3.1. Tình hình nghiên cứu căn hộ thông minh ở Việt Nam........................................23 I.3.2. Tình hình ứng dụng căn hộ thông minh ở Việt Nam hiện nay............................29 I.4. Kết luận và những vấn đề cần rút ra để nghiên cứu.........................................31 Chương II: Các hệ thống thông minh trong căn hộ và áp dụng chúng ở việt nam 32 II.1. Hệ thống che nắng ngoại thất............................................................................32 II.1.1. Skylight 2 động cơ song song (FTS) ..................................................................32 II.1.2. Skylight cuộn lò xo (FSS) ..................................................................................33 II.1.3. Skylight cuốn dây (FCS) ....................................................................................33 II.1.4. Skylight có ray....................................................................................................34 II.1.5. Hệ thống cửa chớp lật tự động............................................................................35 -------------------------------------------------------------------------------------Trang3- Nghiên cứu ứng dụng và phát triển nhà thông minh ở việt nam Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành kiến trúc – Nguyễn Trí Hiếu – KTR06 II.1.6. Mái hiên di động................................................................................................37 II.2. Hệ thống che nắng nội thất................................................................................37 II.2.1. Rèm cuốn điều khiển từ xa.................................................................................37 II.2.2. Rèm roman điều khiển từ xa..............................................................................39 II.2.3. Rèm mở ngang điều khiển từ xa.........................................................................40 II.2.4. Mành sáo ngang điều khiển từ xa.......................................................................41 II.3. Hệ thống cửa, cổng tự động................................................................................43 II.3.1. Hệ thống cổng mở trượt tự động........................................................................43 II.3.2. Hệ thống cổng mở quay tự động........................................................................44 II.3.3. Hệ thống cổng mở quay tự động âm sàn............................................................47 II.3.4. Hệ thống cửa cuốn tự động.................................................................................48 II.3.5. Hệ thống cửa trượt tự động.................................................................................50 II.3.6. Hệ thống cửa trượt áp trần tự động....................................................................53 II.4. Các giải pháp thông minh cho ngôi nhà...........................................................54 II.4.1. Giải pháp mặt đứng hai lớp................................................................................54 II.4.2. áp dụng kiến trúc cây xanh và mặt nước..........................................................56 II.4.3. áp dụng hệ thống mái xanh...............................................................................58 II.4.4. Giải pháp bao che căn nhà với “Da thông minh” trong tương lai......................59 II.4.5. Giải pháp thiết kế ngôi nhà tiết kiệm năng lượng..............................................60 II.5. Vật liệu thông minh cho ngôi nhà.....................................................................62 II.5.1. áp dụng bê tông nhẹ khi xây dựng căn hộ thông minh giảm giá thành nền móng.............................................................................................................................64 II.5.2. Bê tông bọt dùng xây tường bao cho căn hộ......................................................64 II.5.3. Dùng tấm 3D-panel để xây tường......................................................................65 II.5.4. áp dụng vật liệu cách âm cách nhiệt cho ngôi nhà............................................66 II.5.5. Sử dụng tường bao che bằng vật liệu kính trong căn hộ thông minh..................68 II.5.6. áp dụng vật liệu ETFE thay thế kính trong nhà thông minh..............................73 II.5.7. áp dụng vật liệu thân thiện môi trường cho nhà thông minh..............................75 II.6. Các thiết bị thông minh trong ngôi nhà............................................................76 -------------------------------------------------------------------------------------Trang4- Nghiên cứu ứng dụng và phát triển nhà thông minh ở việt nam Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành kiến trúc – Nguyễn Trí Hiếu – KTR06 II.6.1. ứng dụng đèn phát sáng bằng tấm nhựa phát sáng sử dụng các đi-ốt phát sáng hữu cơ............................................................................................................................76 II.6.2. Chiếu sáng sân vườn ngoài nhà bằng "đèn hoa"................................................77 II.6.3. Chiếu sáng sân vườn ngoài nhà bằng Solar Tree...............................................78 II.6.4. Dùng bồn cầu thông minh cho nhà thông minh................................................79 II.6.5. áp dụng bể phốt kiểu mới của Việt Nam..........................................................80 II.6.6. Bình nước nóng năng lượng mặt trời.................................................................81 II.6.7. Van cảm ứng tự động........................................................................................86 II.6.8. Vòi nước tự động...............................................................................................88 Chương III: các hệ thống kỹ thuật liên hệ với kiến trúc thông minh trong căn hộ và áp dụng ở việt nam 89 III.1. Hệ thống điện và các thiết bị tự động hóa thông minh..................................89 III.1.1. Hệ thống điện thông minh dùng điện áp một chiều 24Volt..............................89 III.1.2. Hệ thống nhà thông minh dùng công nghệ X10...............................................90 III.1.3. Các thiết bị tự động hóa thông minh................................................................91 III.2. Hệ thống camera an ninh giám sát và âm thanh hình ảnh...........................97 III.2.1. Hệ thống camera giám sát................................................................................97 III.2.2. Hệ thống báo động không dây........................................................................106 III.2.3. Hệ thống khóa cửa thông minh.......................................................................107 III.2.4. Hệ thống âm thanh trong căn hộ.....................................................................109 III.3. Hệ thống báo cháy và chữa cháy....................................................................111 III.3.1. Hệ thống báo cháy, báo ga tự động.................................................................111 III.3.2. Hệ thống chữa cháy tự động...........................................................................114 III.4. Năng lượng với nhà thông minh.....................................................................120 III.4.1. Năng lượng mặt trời và gió............................................................................121 III.4.2. Năng lượng điện hạt nhân.............................................................................. 125 III.4.3. Địa nhiệt.........................................................................................................126 III.4.4. Điện thuỷ triều...............................................................................................128 III.4.5. Đảo Năng lượng kết hợp năng lượng mặt trời, gió và sóng ……...................129 III.5. Một số dạng nhà thông minh trong các tình huống.....................................130 III.5.1. Nhà di động của KTS Hồ Văn Thọ................................................................131 -------------------------------------------------------------------------------------Trang5- Nghiên cứu ứng dụng và phát triển nhà thông minh ở việt nam Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành kiến trúc – Nguyễn Trí Hiếu – KTR06 III.5.2. Ngôi nhà biết đi .............................................................................................132 III.5.3. Nhà bằng giấy tái chế cải thiện những khu ổ chuột trong thành phố...............................................................................................................................134 III.5.4. R-House: Nhà ở sinh thái thế hệ mới..............................................................135 III.6. Đề xuất áp dụng mô hình và cách biến đổi căn hộ thông thường thành căn hộ thông minh ở Viêt Nam.......................................................................................136 C- Kết luận và kiến nghị 1. Kết luận .................................................................................................................139 2. Kiến nghị ...............................................................................................................139 D- Tài liệu tham khảo...................................................................................142 -------------------------------------------------------------------------------------Trang6- Nghiên cứu ứng dụng và phát triển nhà thông minh ở việt nam Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành kiến trúc – Nguyễn Trí Hiếu – KTR06 A. phần mở đầu 1. Lý do chọn đề tài - Tầm quan trọng, tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay nhà thông minh áp dụng ở Việt Nam mới bắt đầu và chưa có nhiều, các công ty đều là đại diện của nước ngoài, việc hiểu biết về nhà thông minh cũng như áp dụng nó như thế nào ở Việt Nam cho hiệu quả, hướng nghiên cứu để phát triển và nội địa hóa, tận dụng lợi thế của Việt Nam là rất cần thiết. Cuộc sống của con người ngày càng có nhu cầu cao, mặt khác các nguồn năng lượng và vật liệu cạn kiệt dần do đó nhu cầu ở trong một ngôi nhà thông minh là rất cần thiết nhằm giảm thiểu tiêu hao năng lượng, tận dụng nguồn nguyên vật liệu lợi thế của địa phương. - Lý do chọn đề tài, ý nghĩa về mặt lý luận và thực tiễn: Hiện nay công nghệ nhà thông minh trên thế giới ứng dụng một thời gian và Việt Nam cũng đã áp dụng ở một số công trình lớn cũng như nhà ở gia đình. Việc áp dụng nhà ở thông minh là cần thiết và thực tế để đạt được các mục tiêu bao gồm chi phí thấp nhất, hiệu quả cao nhất và phát triển bền vững thông qua sự hợp lý, thông minh. Không nhất thiết cứ phải áp dụng toàn bộ công nghệ mới là nhà thông minh. Nhà thông minh ở đây có thể hiểu là áp dụng kiến trúc truyền thống phù hợp khí hậu Việt Nam như nào cho hiệu quả hoặc áp dụng một phần của công nghệ, hoặc dùng các giải pháp tiết kiệm và phát triển bền vững năng lượng tận dụng những lợi thế của Việt Nam (nước ta có ánh sáng và gió nhiều do ở vùng biển nhiệt đới...) - Những mong đợi từ kết quả nghiên cứu của đề tài: Đề tài sẽ góp một phần trong việc tiếp cận nhà ở thông minh của các ngành khoa học liên quan và là một trong những tài liệu hướng dẫn áp dụng nhà thông minh một cách hiệu quả ở Việt Nam, đóng góp một phần nhỏ vào quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nước. 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu này hướng đến những mục đích/mục tiêu sau: -Tìm hiểu về tòa nhà thông minh, nhà ở thông minh nhằm nâng cao hiểu biết và cung cấp thêm tư liệu cho ngành kiến trúc cũng như các ngành liên quan. -Nghiên cứu nhằm ứng dụng nhà thông minh một cách hợp lý trong điều kiện văn hóa, kinh tế, chính trị, xã hội của Việt Nam 3. Phương pháp nghiên cứu 3.1 Khách thể và đối tượng nghiên cứu -Khách thể nghiên cứu : sự ứng dụng và phát triển tính thông minh của nhà thông minh. -Đối tượng nghiên cứu : tính thông minh, các công nghệ áp dụng cho nhà thông minh ở Việt Nam và thế giới. 3.2 Phương pháp tiếp cận nghiên cứu -Nghiên cứu qua tài liệu bao gồm sách, tạp chí chuyên nghành, internet -------------------------------------------------------------------------------------Trang7- Nghiên cứu ứng dụng và phát triển nhà thông minh ở việt nam Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành kiến trúc – Nguyễn Trí Hiếu – KTR06 -Nghiên cứu qua những tòa nhà thông minh đã áp dụng ở Việt Nam -Nghiên cứu qua cảm giác mang lại của những người sống trong những tòa nhà thông minh, căn hộ thông minh. 4. Phạm vi nghiên cứu, thời gian khảo sát Phạm vi nghiên cứu : Việt Nam, đại diện là Hà Nội Thời gian triển khai nghiên cứu: dự kiến sẽ nghiên cứu trong 5 tháng từ tháng11/2008 đến 5/2009 -------------------------------------------------------------------------------------Trang8- Nghiên cứu ứng dụng và phát triển nhà thông minh ở việt nam Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành kiến trúc – Nguyễn Trí Hiếu – KTR06 B- Nội dung nghiên cứu Chương I: Tổng quan nghiên cứu và ứng dụng nhà thông minh ở Việt Nam và trên thế giới I.1. Khái niệm nhà thông minh I.1.1. Khái niệm tòa nhà thông minh (smart buiding) a. Các định nghĩa về tòa nhà thông minh Hiện nay chúng ta có thể bắt đầu nghe thấy người ta nói nhiều về "nhà thông minh", quá trình định nghĩa tùy theo từng khu vực với chức năng của tòa nhà mà người ta định nghĩa khác nhau. Theo định nghĩa của Châu Âu (EIBG - European Intelligent Building Group) nhóm phát triển cao ốc thông minh của Châu Âu, thì cao ốc/tòa nhà thông minh sẽ phải phối hợp được những tinh túy, hiện đại nhất của: - Các khái niệm (Concepts) - Các vật liệu (Materials) - Các hệ thống (Systems) - Các kỹ thuật (Technologies) Tích hợp những yếu tố trên để xây dựng được một tòa nhà đạt hoặc vượt qua những tiêu chuẩn về tính năng được yêu cầu bởi người sử dụng. Điều mà cho phép tăng tối đa hiệu suất của người sử dụng và hiệu quả quản lý nguồn lực với chi phí tối thiểu. (H.I.1) Tỷ lệ thông minh áp dụng trong tòa nhà (nguồn Saga.vn) -------------------------------------------------------------------------------------Trang9- Nghiên cứu ứng dụng và phát triển nhà thông minh ở việt nam Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành kiến trúc – Nguyễn Trí Hiếu – KTR06 Theo định nghĩa của Mỹ - IBI (The Intelligent Building Institute - Học viện Cao ốc thông minh), thì đó là cao ốc mà cung cấp một môi trường hữu ích và hiệu quả cho hoạt động của con người thông qua sự tối ưu của 4 thành phần cơ bản sau: - Cấu trúc (structure) - Hệ thống (Systems) - Dịch vụ (Services) - Quản lý (Management) Và sự kết hợp giữa các yếu tố đó. Định nghĩa của một cao ốc thông minh có thể được tổng quát như sau: là một cao ốc có thể cung cấp được: - Một môi trường làm việc hữu ích (Productive environment) - Một môi trường với chi phí hiệu quả (Cost effective environment) Thông qua sự tối ưu hóa của 4 thành phần cơ bản sau: - Cấu trúc (structure) - Hệ thống (systems) - Dịch vụ (services) - Quản lý (Management) Và sự kết hợp giữa các thành phần đó, tập trung vào lợi ích của người sử dụng. Tối đa hiệu suất của người sử dụng, và cho phép tối đa hóa hiệu quả quản lý nguồn lực với chi phí tối thiểu, thân thiện với môi trường và phát triển bền vững b. Các hệ thống trong tòa nhà Về cơ bản các cao ốc cao tầng có các hệ thống sau: -Điều hòa thông gió (HVAC ) -Chiếu sáng (Lighting) -Quản lý điện năng/năng lượng (Electrical/Energy Management) (Hệ thống năng lượng dùng năng lượng sạch, thông minh: Năng lượng mặt trời, năng lượng gió là xu hướng áp dụng ở tòa nhà thông minh) -Hệ nan che nắng tự động quay theo hướng nắng nhờ các bộ phận cảm ứng (áp dụng ở những tòa nhà thông minh) -Hệ thống Báo/Chữa cháy (Fire-Fighting System) -Thang máy (Lift) -Hệ thống Gara ngầm di chuyển cất và lấy ô tô tự động từ lúc đỗ tại cửa vào đến chỗ cất giữ -Hê thống bơm nước sinh hoạt (Pumbling) -Hệ thống tổng đài nội bộ, thông báo (PABX/PA) -Hệ thống an ninh (Security/CCTV) -Hệ thống công nghệ thông tin, VOD, VoIP,... Và nhiều hệ thống khác cho các yêu cầu đặc biệt -------------------------------------------------------------------------------------Trang10- Nghiên cứu ứng dụng và phát triển nhà thông minh ở việt nam Luận văn thạc sĩ – Chuyên ngành kiến trúc – Nguyễn Trí Hiếu – KTR06 (H.I.2) Liên kết các hệ thống trong tòa nhà Các tòa nhà hiện đại thì các hệ thống này sẽ kết nối với nhau để có thể giám sát điều khiển, tích hợp hoạt động của các hệ thống khác nhau trên cùng một nền tảng đảm bảo tiện lợi, tối ưu hóa vận hành, tiết kiệm năng lượng, an ninh, an toàn,... (H.I.3) Tháp HyperGreen ý tưởng thiết kế bởi Jacques trong một cuộc thi ở Paris, cao 250 mét / 60 tầng (nguồn internet) (H.I.4) Những đặc tính thông minh: những bơm nhiệt địa nhiệt, những bảng quang điện, những tua- bin gió tổng hợp, trái đất làm mát những cái ống, một vườn trên mái, hệ thống khôi phục nước mưa, và những tấm sàn linh hoạt và có thể thích nghi (nguồn internet) Ví dụ một bài toán đơn giản: Một cao ốc có tín hiệu cháy ở tầng 40. Nếu là tòa nhà thông minh các hệ thống được kết nối với nhau thì tại phòng điều khiển trung tâm sẽ có tín hiệu, chúng ta có thể kiểm tra bằng Camera xem tình hình, đồng thời một số chương trình cài đặt tự động sẽ phản ứng ngay như chữa cháy tự động, cắt điện tầng 40 (thậm chí có thể cắt đến khu vực cháy nếu cháy cục bộ) hệ thống an ninh sẽ xác định có bao nhiêu người ở tầng 40, để xác định phương án giải cứu. Cắt cục bộ thang máy, hệ thống PA chỉ thông báo theo khu vực để tránh lộn xộn khi tổ chức cứu hộ,... Nhiều đơn vị cấp cứu như Công an PCCC có thể trực tiếp kết nối vào hệ thống từ xa để c