Luận án Giải pháp thiết kế tích hợp vỏ bao che nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng cho văn phòng cao tầng tại khu vực Duyên Hải Nam Trung Bộ Việt Nam

Theo thông tin khảo sát các công trình văn phòng cao tầng tại Đà Nẵng có thể rút ra các nhận xét như sau: - (1) Về số tầng: Các công trình văn phòng cao tầng ở Đà Nẵng có số tầng không quá cao, hầu hết đều dưới 20 tầng; - (2) Về hướng công trình: Toàn bộ công trình đều quay ra các trục đường chính, chưa quan tâm đến việc lựa chọn hướng tốt so với khí hậu; - (3) Về hình dạng khối: Tỉ lệ công trình có hình hộp chữ nhật chiếm đa số công trình khảo sát (83%), các công trình hình dạng khác chỉ chiếm một tỉ lệ rất nhỏ. Điều này chứng tỏ dạng hình khối chữ nhật được ưu tiên sử dụng cho văn phòng cao tầng. - (4) Về tổ chức thông gió tự nhiên: Hầu hết văn phòng cao tầng đều không tổ chức thông gió tự nhiên mà dùng ĐHKK toàn thời gian sử dụng, đây là sự lãng phí rất lớn về năng lượng, trong điều kiện khí hậu bên ngoài có mức độ tiện nghi rất cao (trên 60%). - (5) Về giải pháp che nắng: Trong số công trình khảo sát chỉ có 01/23 công trình (toà nhà Phi Long Plaza) là có giải pháp che nắng cụ thể cho lớp vỏ bao che, đây là thực trạng đáng buồn đối với các thiết kế công trình hiện nay. Đúng ra, với điều kiện khí hậu nhiệt đới với lượng bức xạ mặt trời rất lớn ở Việt Nam nói chung và duyên hải Nam Trung Bộ nói riêng sẽ truyền lượng nhiệt rất lớn vào lớp vỏ nếu không được che chắn. - (6) Về tỉ lệ kính/tường: Tỉ lệ này là rất lớn đối với các công trình khảo sát, thậm chí nhiều công trình còn sử dụng 100% kính cho lớp tường bao che. Cùng với diện tích kính rất lớn, không thể thông gió tự nhiên và không được che chắn BXMT; tất cả sẽ tạo nên gánh nặng rất lớn cho năng lượng điều hoà làm mát, đặc biệt là vào mùa nắng nóng.

pdf232 trang | Chia sẻ: Tuệ An 21 | Ngày: 08/11/2024 | Lượt xem: 19 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Giải pháp thiết kế tích hợp vỏ bao che nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng cho văn phòng cao tầng tại khu vực Duyên Hải Nam Trung Bộ Việt Nam, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KIẾN TRÚC QUỐC GIA GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TÍCH HỢP VỎ BAO CHE NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VĂN PHÒNG CAO TẦNG TẠI KHU VỰC DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG VIỆN KIẾN TRÚC QUỐC GIA GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TÍCH HỢP VỎ BAO CHE NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VĂN PHÒNG CAO TẦNG TẠI KHU VỰC DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ VIỆT NAM Chuyên ngành: Kiến trúc Mã số: 9.58.01.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ Giải pháp thiết kế tích hợp vỏ bao che nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng cho văn phòng cao tầng tại khu vực duyên hải Nam Trung Bộ Việt Nam là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi. Các số liệu sử dụng phân tích trong luận án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định. Các kết quả nghiên cứu trong luận án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam. Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác Hà Nội, ngày . tháng..năm 20 Nghiên cứu sinh LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Viện Kiến trúc Quốc gia. Trong quá trình học tập và thực hiện luận án, tôi nhận được rất nhiều sự quan tâm, tạo điều kiện và hỗ trợ của quý thầy cô Lãnh đạo Viện, phòng Đào tạo và Hợp tác quốc tế. Tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến những người Thầy đã định hướng khoa học và tận tình và hỗ trợ cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi trân trọng gửi lời cảm ơn tới các thầy cô, các nhà khoa học, các chuyên gia hàng đầu đã góp ý, hỗ trợ tôi trong quá trình thực hiện luận án và cho phép tôi được trích dẫn, sử dụng các kết quả nghiên cứu để từ đó tôi có cơ sở phát triển và hoàn thiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới đơn vị công tác, gia đình, người thân, đồng nghiệp, bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên, khích lệ cho tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án này. Tác giả luận án MỤC LỤC MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .............................................................................. 1 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU.................................................................................... 6 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................... 7 4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ...................................................................................... 8 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP THIẾT KẾ LỚP VỎ BAO CHE HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VĂN PHÒNG CAO TẦNG ........................ 11 1.1. Ý nghĩa và tầm quan trọng của công trình hiệu quả năng lượng ....................... 11 1.1.1. Thực trạng tiêu thụ năng lượng trên thế giới và Việt Nam ........................ 11 1.1.2. Thực trạng thiết kế và xây dựng công trình hiệu quả về năng lượng ......... 12 1.1.3. Đánh giá hiệu quả năng lượng của công trình xây dựng ............................ 13 1.2. Tình hình thiết kế và xây dựng công trình hiệu quả năng lượng trên thế giới và Việt Nam .............................................................................................................. 15 1.2.1. Tình hình thế giới........................................................................................ 15 1.2.2. Tình hình một số nước trong khu vực ........................................................ 18 1.2.3. Tình hình phát triển công trình hiệu quả năng lượng ở Việt Nam ............. 23 1.3. Tình hình thiết kế và xây dựng văn phòng cao tầng hiệu quả năng lượng tại khu vực trung bộ (Lấy Đà Nẵng là nghiên cứu điển hình) ....................................... 26 1.3.1. Tổng quan tình hình xây dựng văn phòng cao tầng.................................... 26 1.3.2. Đánh giá về công trình hiệu quả năng lượng tại Việt Nam và khu vực duyên hải Nam Trung Bộ .......................................................................................... 28 1.4. Tổng quan về giải pháp thiết kế vỏ bao che công trình phù hợp với điều kiện khí hậu và hiệu quả năng lượng trên thế giới và Việt Nam ...................................... 31 1.4.1. Các dạng vỏ bao che hiệu quả năng lượng trên thế giới ............................. 31 1.4.2. Tổng quan về giải pháp thiết kế vỏ bao che công trình phù hợp với điều kiện khí hậu và hiệu quả năng lượng ở Việt Nam .................................................... 33 1.5. Tình hình nghiên cứu các đề tài liên quan ......................................................... 38 1.5.1. Các đề tài nghiên cứu trong nước ............................................................... 39 1.5.2. Các đề tài hợp tác nghiên cứu ..................................................................... 40 1.5.3. Các luận án tiến sỹ ...................................................................................... 41 1.6. Vấn đề nghiên cứu đặt ra đối với đề tài ............................................................. 43 Chương 2. CÁC CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ THIẾT KẾ LỚP VỎ BAO CHE HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VĂN PHÒNG CAO TẦNG ........................ 44 2.1. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................... 44 2.1.1. Lý thuyết về công trình văn phòng cao tầng............................................... 44 2.1.2. Lý thuyết về lớp vỏ bao che công trình kiến trúc ....................................... 45 2.1.3. Cơ sở đánh giá hiệu quả năng lượng của văn phòng cao tầng ................... 56 2.1.4. Nâng cao hiệu quả năng lượng trong thiết kế kiến trúc .............................. 57 2.2. Cơ sở thực tiễn ................................................................................................... 58 2.2.1. Thực trạng thiết kế vỏ bao che của các công trình cao tầng ở nước ta hiện nay 58 2.2.2. Những kết quả khảo sát, đánh giá ở những công trình thực tế ................... 66 2.2.3. Tính chất, số liệu đặc trưng của các loại vật liệu ........................................ 75 2.2.4. Tính chất, số liệu đặc trưng của các nguồn sáng ........................................ 76 2.2.5. Tính chất, số liệu, công nghệ đặc trưng của các hệ thống ĐHKK ............. 79 2.3. Cơ sở khí hậu vùng duyên hải Nam Trung Bộ .................................................. 79 2.4. Cơ sở pháp lý ..................................................................................................... 84 2.4.1. Các Công ước quốc tế về phát triển bền vững ............................................ 84 2.4.2. Chương trình mục tiêu quốc gia về tiết kiệm năng lượng .......................... 85 2.4.3. Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia 09/2017 về các công trình sử dụng năng lượng hiệu quả ........................................................................................................... 85 2.4.4. Tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng liên quan đến công trình cao tầng ......... 86 2.4.5. Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả ......................................... 87 2.4.6. Một số văn bản pháp lý khác ...................................................................... 88 2.5. Các yếu tố kinh tế – xã hội ................................................................................. 88 2.5.1. Các yếu tố kinh tế ....................................................................................... 88 2.5.2. Các yếu tố xã hội ........................................................................................ 90 Chương 3. GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TÍCH HỢP VỎ BAO CHE NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VĂN PHÒNG CAO TẦNG TẠI KHU VỰC DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ VIỆT NAM ......................... 92 3.1. Đề xuất các nguyên tắc và quy trình thiết kế tích hợp vỏ bao che nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng cho văn phòng cao tầng .................................................... 92 3.1.1. Nguyên tắc chung ....................................................................................... 92 3.1.2. Nguyên tắc tích hợp các yếu tố nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng tòa nhà ........................................................................................................................ 103 3.1.3. Quy trình thiết kế tích hợp vỏ bao che nhằm nâng cao hiệu quả năng lượng ....................................................................................................................... 104 3.2. Giải pháp thiết kế tích hợp lớp vỏ bao che công trình văn phòng cao tầng ..... 105 3.2.1. Giải pháp tổ chức thông gió tự nhiên đảm bảo hiệu quả năng lượng ....... 105 3.2.2. Giải pháp chiếu sáng tự nhiên đảm bảo hiệu quả năng lượng .................. 107 3.2.3. Giải pháp về điều hòa không khí đảm bảo hiệu quả năng lượng ............. 116 3.2.4. Tích hợp tác động đồng thời của 3 yếu tố thông gió tự nhiên – chiếu sáng tự nhiên – điều hòa không khí ................................................................................. 121 3.3. Công cụ đánh giá hiệu quả năng lượng lớp vỏ bao che thông qua tích hợp 3 yếu tố ....................................................................................................................... 122 3.3.1. Cơ sở đề xuất công cụ đánh giá hiệu quả năng lượng lớp vỏ bao che thông qua tích hợp 3 yếu tố ............................................................................................... 122 3.3.2. Quy trình của công cụ đánh giá lớp vỏ bao che thông qua tích hợp 3 yếu tố ........................................................................................................................ 131 3.3.3. Điều kiện áp dụng ..................................................................................... 132 3.3.4. Công cụ đánh giá hiệu quả năng lượng trên cơ sở tích hợp ba yếu tố ...... 135 3.4. Áp dụng thí điểm trên một số công trình ......................................................... 140 3.4.1. Cơ sở lựa chọn các công trình thí điểm .................................................... 140 3.4.2. Tòa nhà văn phòng DTU (Kiểu nhà A) .................................................... 140 3.4.3. Tòa nhà Trung tâm hành chính thành phố Đà Nẵng (Kiểu nhà B) ........... 142 3.4.4. Tòa nhà Phi Long Technology (Kiểu nhà D) ........................................... 143 3.5. Bàn luận kết quả nghiên cứu ............................................................................ 145 3.5.1. Định hướng giải pháp thiết kế hiệu quả năng lượng cho công trình trên cơ sở tích hợp tác động của 3 yếu tố ....................................................................... 145 3.5.2. Đưa ra công cụ đánh giá nhanh hiệu quả năng lượng công trình ............. 145 3.5.3. Mở rộng đối với các vùng khí hậu khác tại Việt Nam ............................. 145 3.5.4. Một cách tiếp cận với kiến trúc xanh thông qua tiêu chí hiệu quả năng lượng ....................................................................................................................... 146 3.5.5. Hướng tới kiến trúc bền vững ở Việt Nam ............................................... 146 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 146 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ASHARE American Society of Heating Refrigeration and Airconditioning Engineers (Hiệp hội về Phát triển Kỹ thuật các Hệ thống sưởi ấm, làm lạnh, thông gió, điều hòa không khí Hoa Kỳ) ASEAN Association of South East Asian Nations (Hiệp hội các Quốc gia Đông Nam Á) BĐSKHXDVN Biểu đồ sinh khí hậu xây dựng Việt Nam B Bắc BEI Building Energy Index (Suất tiêu hao năng lượng của toàn công trình) BXD Bộ Xây dựng BXMT Bức xạ mặt trời CSNT Chiếu sáng nhân tạo CSTN Chiếu sáng tự nhiên CT Công trình Đ Đông ĐB Đông Bắc ĐHBK Đại học Bách Khoa ĐHKK Điều hòa không khí ĐN Đông Nam EDGE Excellence in Design for Greater Efficiencies (hệ thống đánh giá công trình sử dụng tài nguyên hiệu quả) EUI Energy Use Intensity (Cường độ sử dụng năng lượng) HQNL Hiệu quả năng lượng HVAC Heating, Ventilating and Air Conditioning (Hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí) KK Không khí KTS Kiến trúc sư LEED Leadership in Energy & Environmental Design (Tiêu chuẩn đánh giá công trình xanh của Hội đồng Công trình xanh Hoa Kỳ) N Nam NL Năng lượng NCS Nghiên cứu sinh OTTV Overall Thermal Transfer Value (Chỉ số truyền nhiệt tổng) PCCC Phòng cháy chữa cháy PGS.TS Phó Giáo sư - Tiến sỹ QCVN Quy chuẩn Việt Nam QCXDVN Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam SC Shading Coefficient (Hệ số che nắng) SHGC Solar Heat Gain Coefficient (Hệ số hấp thu nhiệt mặt trời của kính) SKH Sinh khí hậu T Tây TB Tây Bắc TC Tiêu chuẩn TCCP Tiêu chuẩn cho phép TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TG Tam giác TGTN Thông gió tự nhiên TKNL Tiết kiệm năng lượng TN Tây Nam TP Thành phố TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh TS Tiến sỹ TT Thứ tự UNDP United Nations Development Programme - Chương trình Phát triển của Liên hợp quốc USGBC United States Green Building Council (Hội đồng Công trình xanh Hoa Kỳ) VCEP Vietnam Clean Energy Program (Chương trình năng lượng sạch Việt Nam) VKH Vi khí hậu VPCT Văn phòng cao tầng VL Vật liệu VLR Visible Light Reflectance (Hệ số phản xạ ánh sáng) VLT Visible Light Transmission (Hệ số xuyên sáng của kính) WWR Window to Wall Ratio (tỷ lệ mảng kính trên tường) YTTH Yếu tố tích hợp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Sử dụng điện trong công trình xây dựng .................................................. 11 Bảng 1.2. Một số giải pháp được ứng dụng trong công trình ................................... 20 Bảng 2.4. Thông tin một số công trình văn phòng cao tầng tiêu biểu tại ................. 35 TP. Đà Nẵng. ............................................................................................................. 35 Bảng 2.1. Định mức tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà ........................................... 57 Bảng 2.2. Thực trạng vai trò của lớp vỏ bao che hiện nay ....................................... 60 Bảng 2.3. Thống kê số lượng nhà cao tầng ở các đô thị Việt Nam (tính đến 2021). 61 Bảng 2.5. Các thông số VKH và thiết bị đo lường ................................................... 67 Bảng 2.6. Tóm tắt kết quả đo lường VKH mùa nóng bốn công trình văn phòng ở .. 67 Đà Nẵng..................................................................................................................... 67 Bảng 2.7. Kết quả đo lường chiếu sáng ở Đà Nẵng .................................................. 70 Bảng 2.8. Tóm tắt kết quả đo lường khảo sát môi trường chiếu sáng trong văn phòng làm việc ở Đà Nẵng ........................................................................................ 71 Bảng 2.9. Kết quả đánh giá định tính hệ thống ĐHKK ............................................ 73 Bảng 2.10. Hiệu suất sáng của ánh sáng phụ thuộc bước sóng ................................ 78 Bảng 2.11. Kết quả phân tích SKH Đà Nẵng ........................................................... 81 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của kết cấu che nắng và năng lượng tiêu thụ để làm mát ... 100 Bảng 3.2. Tiềm năng giảm phụ tải lạnh cùng giải pháp che nắng với hệ thống điều hòa không khí ......................................................................................................... 100 Bảng 3.3. Tiềm năng giảm thiểu dùng năng lượng cho chiếu sáng nhân tạo . ....... 101 Bảng 3.4. Bảng thông tin mô hình mô phỏng cơ sở................................................ 124 Bảng 3.5. Bảng thông tin mô hình bổ sung các giải pháp nhằm nâng cao HQNL. 126 Bảng 3.6. Bảng kết quả mô phỏng hiệu quả năng lượng đạt được. ........................ 127 Bảng 3.7. Bảng đánh giá điều kiện cần thiết áp dụng bộ công cụ. ......................... 133 Bảng 3.8. Bảng đánh giá điều kiện xem xét khi áp dụng bộ công cụ ..................... 134 Bảng 3.9. Bảng đánh giá điểm tích hợp 3 yếu tố tác động đồng thời lên lớp vỏ bao che 136 Bảng 3.10. Bảng đánh giá điểm tích hợp 3 yếu tố .................................................. 137 Bảng 3.11. Bảng đánh giá mức hiệu quả năng lượng lớp vỏ công trình. ................ 138 Bảng 3.12. Định hướng giải pháp thiết kế/cải tạo lớp vỏ bao che nhằm nâng cao HQNL văn phòng cao tầng. .................................................................................... 138 Bảng 3.13. Đánh giá điều kiện cần thiết tòa nhà DTU ............................................. 18 Bảng 3.14. Đánh giá điều kiện xem xét tòa nhà DTU .............................................. 19 Bảng 3.15. Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà văn phòng DTU ................................... 20 Bảng 3.16. Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà văn phòng DTU (sau khi định hướng giải pháp cải tạo). ...................................................................................................... 21 Bảng 3.17. Đánh giá điều kiện cần thiết tòa nhà Trung tâm hành chính TP. Đà Nẵng 24 Bảng 3.18. Đánh giá điều kiện xem xét tòa nhà Trung tâm hành chính TP. Đà Nẵng. ......................................................................................................................... 25 Bảng 3.19. Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà Trung tâm hành chính TP. Đà Nẵng. .. 26 Bảng 3.20. Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà Trung tâm hành chính TP. Đà Nẵng (sau khi định hướng giải pháp cải tạo). ..................................................................... 28 Bảng 3.21. Đánh giá điều kiện cần thiết tòa nhà Phi Long Technology. .................. 30 Bảng 3.22. Đánh giá điều kiện xem xét tòa nhà Phi Long Technology ................... 30 Bảng 3.23. Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà văn phòng Phi Long Technology ........ 32 Bảng 3.24. Đánh giá điểm tích hợp tòa nhà Phi Long Technology (sau khi định hướng giải pháp cải tạo). ........................................................................................... 33 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Sự khác nhau về mức tiêu thụ năng lượng đối với thiết kế vỏ bao che thông thường và thụ động ........................................................................................... 2 Hình 3. Tỷ lệ các dạng năng lượng và nhu cầu tiêu thụ tại Việt Nam ........................ 6 Hình 4. Tiêu thụ năng lượng trung bình của Seattle (Mỹ) 2013 theo loại công trình . 9 Hình 1.1. Hệ thống tiêu chí đánh giá công trình xanh LEED (Mỹ). ......................... 17 Hình 1.2. Bullit Center – Tòa văn phòng “xanh” nhất thế giới ............................... 17 Hình 1.3. Thư viện quốc gia Singapore .................................................................... 18 Hình 1.4. Tòa tháp Taipei 101 – công trình xanh tiêu biểu của Đài Loan. ............... 20 Hình 1.5. Tòa tháp Mesiniaga – Malaysia ................................................................ 22 Hình 1.6. Tòa tháp Mesiniaga – Malaysia (mặt cắt) ................................................. 23 Hình 1.7. Tòa nhà FPT Complex Đà Nẵng đạt chứng nhận EDGE của IFC ............ 25 Hình 1.8. Phi Long Plaza – Văn phòng cao tầng hiếm hoi có quan tâm đến giải pháp vỏ bao che theo giải pháp xanh ........................................................................ 30 Hình 1.9. Sơ đồ thể hiện tương quan giữa bên trong và bên ngoài công trình thông qua vỏ nhà ................................................................................................................. 34 Hình 1.10. Vỏ nhà trong kiến trúc truyền thống Việt Nam ...................................... 35 Hình 2.1. Lớp vỏ công trình tiết kiệm năng lượng hiệu quả nhờ thiết kế kết cấu che nắng.............

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_giai_phap_thiet_ke_tich_hop_vo_bao_che_nham_nang_cao.pdf
  • pdf2. Summary.pdf
  • pdf2. Tom tat LA.pdf
  • docx3. New contribution.docx
  • docx3. Thong tin dong gop moi cua LA.docx
  • pdfQĐ thanh lap HD danh gia cap Vien.pdf
Luận văn liên quan