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.
232 trang |
Chia sẻ: Tuệ An 21 | Ngày: 08/11/2024 | Lượt xem: 19 | Lượt tải: 0
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.............