building enve

1

1.9 Lớp vỏ công trình – Các chiến lược thiết kế và tối ưu hóa Công trình Xây dựng

sử dụng Năng lượng Hiệu quả

2

Nội dung• Định nghĩa lớp vỏ công trình & các thách thức

về thiết kế• Các biện pháp TKNN điển hình cho lớp vỏ công

trình trong các tòa nhà• Giới thiệu trường hợp nghiên cứu• Tường bao ngoài• Mái• Kính - các đặc tính/tận dụng ánh sáng tự

nhiên/che nắng• Các cửa thông gió tự nhiên và kiểm soát xâm

nhập

Định nghĩa lớp vỏ công trình – đường phân giới giữa không gian bên trong và bên ngoài công trình

KEY POINT: all elements of the building envelope affect energy use

Nguồn: IEA

ĐIỂM QUAN TRỌNG: tất cả các cấu phần của vỏ công trình đều ảnh hưởng đến việc sử dụng năng lượng

Mái/Gác mái

Thông khí/thông gió

Tường

Cửa sổ/Cửa ra vào

Sàn/móng

Các thách thức về thiết kế công trình

Thiết kế và thi công ảnh hưởng đồng thời đến sự tiện nghi và hiệu quả sử dụng công trình

Các khe hở giữa các cửa sổ và các bề mặt làm mát bên trong nhà là nguyên nhân gây ra gió lùa

Xác định hướng công trình để tránh Ánh sáng chói không đúng hoặc các cửa sổ không có kết cấu che nắng

Hấp thụ nhiệt quá mức từ các cửa sổ ở hướng đông hoặc tây

Khe hở giữa các bức tường và mái nhà không có khả năng cách nhiệt

Khó khăn trong việc duy trì nhiệt độ tối ưu trong nhà

và nhiều thách thức khác..

5

Lớp vỏ công trình ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả năng lượng

+ -

Sự xâm nhập của ánh

sáng ban ngày

Tải nhiệt/làm mát mong muốn

Thông gió mong muốn

Dự trữ nhiệt/làm mát

(trì hoãn quá trình tải)

Thông gió không mong muốn.

Ánh sáng chói không

mong muốn

Tải nhiệt/làm mát

không mong muốn

Source: IEA

Các biện pháp TKNL cho lớp vỏ công trìnhC

ác

nề

n k

inh

tế

đa

ng

ph

át

triể

n N

ền

kin

h

tế p

há

t tr

iển

Thảo luận về các khuyến nghị sử dụng kính hai lớp so với kính một lớp!

Công nghệ

Khí hậu

Nền kinh tế Công trình mới Công trình cải tạo

Cách nhiệt, sử dụng lớp đệm kín không khí và các cửa sổ lắp kính kép low-e cho tất cả công trình

Khí hậu nóng

Khí hậu nóng

Kiến trúc kết cấu che nắngCác cửa sổ có Hệ số hấp thụ nhiệt SHGC rất thấp (hoặc các kết cấu che nắng/cửa sổ năng động)Tường bao/mái phản xạTấm lợp cao cấp (thiết kế tích hợp/tấm pin mặt trời tích hợp cho tòa nhà (BIPV))Tối ưu hóa thông gió tự nhiên/cơ học

Che nắng cửa sổ bên ngoài và tấm kính/chắn nắng năng động Vật liệu lợp mái và lớp phủ mái có tính phản xạCác lớp phủ tường có tính phản xạ Film dán cửa sổ với hệ số SHGC thấp hơnCác cửa sổ mới có hệ số SHCG thấp.

Kết cấu che nắng bên ngoài và các đặc tính Kiến trúc Các cửa sổ có Hệ số hấp thụ nhiệt SHGCCác lớp phủ tường va mái có tính phản xạTối ưu hóa thông gió tự nhiên/cơ học

Kết cấu che nắng bên ngoài Các lớp phủ có tính phản xạ (mái và tường)Các tấm film dán cửa sổ có chi phí thấp Thông gió tự nhiên.

7

Giới thiệu trường hợp nghiên cứuTrung tâm Năng lượng+ Sinh viên tại Khuôn viên thân thiện với môi trường của trường ĐH

Bakrie, Bogor, Indonesia

Ví dụ minh họa:

• Lựa chọn độ dày lớp cách nhiệt cho các tường bao bên ngoài• Lựa chọn kính 1 lớp hoặc 2 lớp• Tối ưu hóa các cửa ở mặt tiền để thông gió tự nhiên• Tận dụng ánh sáng tự nhiên

IKE (kWh/m2) Năng lượng tiêu

thụ trên Tổng diện tích công trình

TỔNG NĂNG LƯỢNG TIÊU THỤ (kWh)

KỊCH BẢN

Thiết kế cuối cùng

45 giờ/tuần (5 ngày/tuần)

Tiện ích sử dụng trên tổng diện tích sàn

Tổng

Chiếu sáng

Khác

Hệ thống sưởi, thông gió và ĐHKK

Nam Tây

8

Cách nhiệt cho các tường bao ngoài

Thách thức

Đối với điều kiện khí hậu nóng ẩm như Việt Nam – nhiệt có thể được dẫn từ bên ngoài vào trong tòa nhà cũng như từ bên trong tòa nhà ra bên ngoài.

Các tường cách nhiệt trong công trình là nơi truyền tải nhiệt nội bộ nên nếu không được kiểm soát tốt trong thời gian không sử dụng thì sẽ không làm giảm điện năng tiêu thụ của tòa nhà nhiều bằng một tòa nhà có tải nhiệt nội bộ trong thời gian không sử dụng nhỏ.

Tấm cách nhiệt ROCKWOOL V.01-

0.1 m

Tấm cách nhiệt ROCKWOOL V.02-

0.05 m

LỰA CHỌN ĐỘ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT

9

Ảnh hưởng về nhiệt khi tăng độ dày lớp cách nhiệt cho các tường bao ngoài

Trường hợp nghiên cứu: Trung tâm Năng lượng+ Sinh viên

Hai kịch bản:

10

Nghiên cứu sự truyền nhiệtẢnh hưởng về sự truyền nhiệt khi độ dày lớp cách nhiệt của tường là: O mm ?

50 mm ?100 mm ?

Phụ thuộc vào các nhiệt độ bên trong và bên ngoài, nếu:

• Nhiệt độbên ngoài gần bằng Nhiệt độ bên trong (nghĩa là Tout = 26oC và Tin = 24oC)

• Nhiệt độbên ngoài cao hơn Nhiệt độ bên trong (nghĩa là Tout = 28oC and Tin = 24oC)

• Nhiệt độbên ngoài thấp hơn Nhiệt độ bên trong (nghĩa là Tout =20oC and Tin = 24oC)

(sáng/chiều)

Điều kiện giả định công trình

Nhiệt độ bên ngoài Ban ngày: 19-30 oC; Ban đêm: 20-22 oC

Hướng công trình (trục hướng Bắc) 45o

Độ cao giữa hai tầng (tầng hầm) 5,00 m

Độ cao giữa hai tầng (tầng 1) 6,00 m

Số khu vực có trang bị ĐHKK 21

Phần mềm Open Studio 0.10 (mô hình hóa)Energy Plus 7.0 (mô phỏng)

Tổng diện tích công trình/Diện tích công trình thực có trang bị điều hòa không khí

2016,86 m² / 1621,38 m²

Mô hình giả định – khí hậu/hình học

12

Kết cấu mặt tiền

Kính fiber composite

1. Mặt cắt đường điện mặt chính 2. Mặt cắt khung lắp đặt đường điện 3. Khe thông gió/thoát khí (đề xuất)4. Rào cản gió/tấm canxi5. Cách nhiệt/len đá6. Tường chịu lực/Bê tông7. Mặt cắt nhôm8. Tấm nhôm che khe nối (viền nhôm)9. Panen tường10. Kim loại rỗng mạ điện

Sơ đồ chi tiết đường điện

Mô hình giả định (lớp vỏ)

TƯỜNG BAO BÊN NGOÀI

Lớp ngoài cùng ACP (0,004 m)

Lớp thứ 2 Lớp đệm không khí (0,050 m)

Lớp thứ 3 GRC (0,012 m)

Lớp thứ 4 Cách nhiệt – fiber (0,10 m)

Lớp thứ 5 Khối bê tông siêu nhẹ hebel (0,100 m)

Lớp trong cùng Tấm vữa thạch cao (0,010 m)

TƯỜNG BAO BÊN NGOÀI

Lớp ngoài cùng ACP (0,004 m)

Lớp thứ 2 Lớp đệm không khí (0.050 m)

Lớp thứ 3 GRC (0.012 m)

Lớp thứ 4 Cách nhiệt – fiber (0.05 m)

Lớp thứ 5 Khối bê tông siêu nhẹ hebel (0,100 m)

Lớp trong cùng Tấm vữa thạch cao (0,010 m)

V.01 V.02

Các quy định của QCVN 09:2013/BXD :Giá trị U < 1.8 W/m2.oK

14

Mô hình truyền nhiệt

Chú ý:Truyền nhiệt từ bên trong ra bên ngoài vào buổi sáng.

Truyền nhiệt từ bên ngoài vào bên trong vào ban ngày

TRUYỀN NHIỆT GẦN NHƯ GIỐNG NHAU ĐỐI VỚI ĐỘ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT 5 VÀ 10 CM

Cách nhiệt 10cmCách nhiệt 5 cmKhông cách nhiệt

Dữ liệu từng giờ (07:00 đến 17:00)

Tru

yề

n n

hiệ

t q

ua

tư

ờn

g (

Wa

tt/m

2)

03/22 0

7

03/22 0

9

03/22 1

1

03/22 1

3

03/22 1

5

03/22 1

7

06/22 0

8

06/22 1

0

06/22 1

2

06/22 1

4

06/22 1

6

09/22 0

7

09/22 0

9

09/22 1

1

09/22 1

3

09/22 1

5

09/22 1

7

12/22 0

8

12/22 1

0

12/22 1

2

12/22 1

4

12/22 1

6-15

-10

-5

0

5

10

Wall Heat Transmission (Watt/m2)

Insulation 10cm

Insulation 5 cm

no-insulation

Hourly Data (07:00 to 17:00)

Wall

Heat

Tra

nsm

issi

on

(W

att

/m2

)

So sánh mức truyền nhiệt qua tường (4 ngày)

Hourly data is averaged from 4 different days

03/22 0

7

03/22 0

9

03/22 1

1

03/22 1

3

03/22 1

5

03/22 1

7

06/22 0

8

06/22 1

0

06/22 1

2

06/22 1

4

06/22 1

6

09/22 0

7

09/22 0

9

09/22 1

1

09/22 1

3

09/22 1

5

09/22 1

7

12/22 0

8

12/22 1

0

12/22 1

2

12/22 1

4

12/22 1

6-15

-10

-5

0

5

10

Wall Heat Transmission (Watt/m2)

Insulation 10cm

Insulation 5 cm

no-insulation

Hourly Data (07:00 to 17:00)

Wall

Heat

Tra

nsm

issi

on

(W

att

/m2

)

15

Kết luận: Chênh lệch nhiệt độ bên ngoài và bên trong phải cao hơn ví dụ trong trường hợp nghiên cứu là 3oC trước khi nó có tính khả thi để tăng thêm độ dày các lớp cách nhiệt

Sự tr

uyền

nhi

ệt q

ua tư

ờng

(Watt

/m2)

Cách nhiệt 10cmCách nhiệt 5 cmKhông cách nhiệt

Dữ liệu theo giờ tính trung bình trong 4 ngày khác nhau

Dữ liệu từng giờ (07:00 đến 17:00)

Sự truyền nhiệt qua tường (Watt/m2)

Vùng 25_MPRTường hướng Tây BắcThời gian mô phỏng: 22

tháng 5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2423

24

25

26

27

28

29

30

NHIỆT ĐỘ BÊN TRONG BỀ MẶT TƯỜNGNHIỆT ĐỘ TƯỜNG HƯỚNG TÂY BẮC từ 1:00 giờ

sáng đến 24:00 giờ đêm

Insulation 5 cm Insulation 10 cm No Insulation

NH

IỆT

ĐỘ

Cách nhiệt 10cmCách nhiệt 5cm Không cách nhiệt

Hiệu quả của các bức tường không cách nhiệt tốt hơn có thể là do các ảnh hưởng kết hợp của :- Nhiệt độ bên ngoài tăng tương đối thấp vào ban đêm ( khí hậu ở

Bogor)- Nhiệt độ bên trong tương đối cao vào ban đêm, - Và một phần thời gian vận hành tòa nhà không sử dụng hệ thống

HVAC.

Nhiệt độ bên trong bề mặt tườngSo sánh lớp cách nhiệt 10 cm và lớp cách nhiệt 5 cm

17

Cách nhiệt cho các tường bao ngoài

Khuyến nghị

Nhiệt bên trong tỏa ra cao hơn thì các tường cách nhiệt sẽ tiết kiệm năng lượng ít hơn.

Cần quản lý nhiệt tỏa ra bên trong công trình vào ban đêm để hưởng lợi từ tường cách nhiệt.

Các tường cách nhiệt làm giảm cung cấp phụ tải đỉnh đáng kể để làm mát từ đó làm giảm công suất đỉnh của thiết bị làm mát và giúp làm giảm chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống ĐHKK.

Nghiên cứu các phương án tiết kiệm từ việc sử dụng tường cách nhiệt – thực hiện mô phỏng hiệu suất năng lượng trong công trình.

18

Mái

Thách thức

Mái nhà điển hình là nơi tiếp xúc hoàn toàn với toàn bộ không gian bầu trời và chịu sự ảnh hưởng mạnh từ bức xạ nhiệt mặt trời.

Nhiệt truyền qua mái quan trọng hơn so với truyền qua tường vì mái chịu sự tác động lớn hơn từ bức xạ nhiệt của mặt trời.

Sự truyền nhiệt bức xạ từ mặt trời lên trên mái và làm nóng bề mặt bên ngoài mái sẽ truyền nhiệt vào bên trong công trình.

19

MáiHệ số phản xạ – Hệ số phát xạ - Hệ số hấp thụ

Ngu

ồn:

Hư

ớng

dẫn

thự

c hi

ện Q

uy

chuẩ

n T

òa n

hà t

iết

kiệm

năn

g lư

ợng

, Ấ

n Đ

ộ

Hệ số phản xạ của mái ngói truyền thống( đất sét, bê tông) trong khoảng từ 10 đến 30 %, có nghĩa là chúng hấp thụ tương ứng từ 90 xuống 70 % bức xạ.

Hệ số Phản xạ (R) và hệ số hấp thụ (A) được giới hạn trong phạm vi từ 0 đến 1, giá trị 0 = 100% hấp thụ.

Mối quan hệ: R + A = 1

Lớp phủ bề mặt mái lý tưởng: Hệ số phản xạ gần bằng 1; hệ số hấp thụ gần bằng 0 và hệ số phát xạ gần bằng 1 để tỏa nhiệt hấp thu được ra ngoài trời.

Bức xạ nhiệt mặt trời bức xạ lên bề mặt mái

Phản xạ nhiệt mặt trời: phần năng lượng mặt trời được phản xạ ngược trở lại bởi mái

Phát xạ nhiệt mặt trời: công năng tương đối của bề mặt mái để tỏa nhiệt đã được hấp thụ

Phần nhiệt năng được hấp thụ qua mái và được truyền vào trong nhà

20

Mái nhà mátCác vật liệu phản xạ và phát xạ cao

Mái nhà mát là mái nhà được xây bằng các vật liệu có hệ số phản xạ mặt trời và hệ số phát xạ cao.Mái nhà mát sẽ phản xạ và phát xạ phần lớn năng lượng mặt trời.

Mái nhựa bitum đen thông thường có hệ số phản xạ 5% và có thể đạt nhiệt độ lên tới 80 oC vào ngày nắng nóng

Nguồn: ASU National Centre of Excellence

80 oC

36 oC

Các bề mặt như kim loại mạ điện có hệ số phản xạ cao nhưng lại có hệ số phát xạ thấp. Kết luận: Chúng phản xạ nhiệt nhưng không thể tránh hấp thu nhiệt!

Các quy định của QCVN 09:2013/BXD :Khi vật liệu phản xạ: Giá trị R * 0,8 < 1,0 m2.oK/W (các mái bằng)

21

Các loại mái nhà mátMái ít dốc

Mái nhiều lớp hoặc mái mỏng.

Lớp phủ: phủ xi măng dầy hoặc polymer và các chất phụ gia. Hệ số phản xạ > 65 % và hệ số phát xạ trong khoảng 80 – 90%.

Mái dốc đứng

Lớp cuội atphan, tấm lợp kim loại, gạch ngói màu, hệ số phản xạ từ 20 – 90 %.

Chương trình mái nhà mát

Nguồn: CRRC/Custom-Bilt Metalswww.coolroofs.org

22

Mái được phủ sơn phản quang– ví dụTrung tâm Chăm sóc Khách hàng Edenvale, Nam Phi

Mái được phủ sơn bitum, đồng màu với tấm lợp nhôm

23

Mái dốc 100 mm sử dụng tấm bê tông nhẹ Các tấm kim loại bị gỉÁp dụng: 800 m2 không gian văn phòng bên dưới (Tầng 2)

Mức tiết kiệm năng lượng (cho ĐHKK) –13.125 kWh/năm (mức tiết kiệm được tách riêng, không bao gồm các mức tiết kiệm nhờ hệ thống thông gió mới)

Trước khi sơnSau khi sơn

Mái được phủ sơn phản quang– ví dụTrung tâm Chăm sóc Khách hàng Edenvale, Nam Phi

24

Cải thiện nhiệt độ bên trong tầng 2Trước khi sơn

Sau khi sơn

Mô

phỏ

ng

trìn

h tạ

o th

iết k

ế

25

Cách nhiệt cho máiTiềm năng giảm tiêu thụ năng lượng nhờ sử dụng các hệ thống cách nhiệt

cho mái – hai trường hợp

1/ Mái bằng

2/ Mái dốc trọng lượng nhẹ có trần bê tông

Nguồn: Hướng dẫn kỹ thuật sử dụng năng lượng hiệu quả trong công trình cho Thiết kế thụ động , Malaysia

Bề mặt bên ngoài

Lớp láng nền bê tông (25mm)Màng chống thấm (12mm)

Xốp polystiron cách nhiệt (0mm-500mm)

Bê tông đúc (100 mm)

Bề mặt bên trong (ĐHKK)

Mái kim loại (6mm)

Lớp cách nhiệt Bông khoáng (0mm-500mm)

Không gian không khí lưu thông của mái

Bê tông đúc (100mm) Bề mặt bên trong (ĐHKK)

26

Mô hình hóa các giả định

Thời gian hoạt động của ĐHKK

Ngày thường Cuối tuần Dạng công trình

8.00 – 17.30 Bật Tất Không gian văn phòng

Chỉ số hiệu quả của hệ thống cố định (SCOP) of 3.0.

(Xốp polystiron, trị số dẫn nhiện: 0.030 W/m-K

Quy định của QCVN 09:2013/BXD :Giá trị U < 1,0 W/m2.oK (mái bằng)


Loại mái bằng Giá trị U theo ASHRAE (W/m2K)

Mái bằng cơ bản 4,0604

Mái bằng có lớp cách nhiệt 25mm 0,8898








27

Biểu đồ mô phỏng– Mái dốc

Trong cả 2 trường hợp được đưa ra đều có lớp cách nhiệt lớn hơn 100mm, các lớp cách nhiệt này không làm gia tăng hiệu quả năng lượng. Lớp cách nhiệt có độ dayd 25mm sẽ tạo ra tác động về hiệu quả năng lượng cao nhất.

Giá trị U của mái dốc có lớp cách nhiệt 25 mm : 0,91 W/m2K (bao gồm không gian thông gió của mái)

Giá trị U của mái bằng có lớp cách nhiệt 25 mm: 0,9 W/m2K

Mái bằng (8:00-17:30) Mái dốc có tấm bê tông (8:00-17:30)

Lớp cách nhiệt (mm)Lớp cách nhiệt (mm)

Nă

ng

lư

ợn

g (

MW

h)

Nă

ng

lư

ợn

g (

MW

h)


28

Mái nhàKhuyến nghị

Đối với khí hậu ở Việt Nam không cần thiết phải sử dụng các lớp cách nhiệt quá dày cho mái để ngăn sự truyền nhiệt.

Mái dốc phải được thông gió để ngăn nhiệt độ trong các phòng quá nhiệt so với nhiệt độ của tòa nhà.

Sử dụng lớp phủ /vật liệu mái màu sáng có hệ số phản xạ cao để tăng hệ số phát xạ bức xạ nhiệt mặt trời qua mái.

Kính Cân bằng thiết kế và hiệu quả

CÁC THÔNG SỐ THIẾT KẾ HIỆU QUẢ ĐẠT

ĐƯỢC

Hướng

Diện tích cửa sổ

Kiểm soát ánh sáng ban ngày

Kết cấu che nắng bên trong và bên ngoài

Loại Khung và Kính

Năng lượng sử dụng

Phụ tải đỉnh

Chiếu sáng ban ngày

Độ chói Tiện nghi

Tầm nhìn Chi phí

30

KínhThách thứcXu hướng tăng cường sử dụng kính cho bề mặt tòa nhà “trong suốt” làm tăng tải làm mát đáng kể trong các tòa nhà.

Chọn kính phù hợp mà không làm ảnh hưởng đến hiệu quả năng lượng, tầm nhìn và tiện nghi nhiệt của các tòa nhà.

Hiểu rõ các mối quan hệ giữa hấp thu nhiệt mặt trời và lấy ánh sáng tự nhiên

Các đặc tính của kính

Source: http://www.thermosash.co.nz/

Hệ số truyền ánh sáng nhìn thấy (VLT)

Hệ số hấp thu nhiệt mặt trời (SHGC)

Hệ số che nắng (SC)

Giá trị U (U)

Hệ số phản xạ ánh sáng nhìn thấy (VLR)

Năng lượng mặt trời

Nguồn: (Eurowindow) – Kính phủ cứng; Ghi chú: LT = VLT; SF = SHGC

Kính trung tính có hệ số LVT cao và hệ số SHGC caoKính phủ có hệ số SHGC thấp và hệ số VLT thấp

Quy định của QCVN 09:2013/BXD – ví dụ:

VLT > 0,30 – 0,70 (ví dụ WWR: 40%: VLT > 0,6 )SHGC< 0,2 – 0,9 ( ví dụ WWR: 40% và hướng Đông: SHGC < 0,46 )

(phủ argon #2-90%)Màu Giá trị

U

Trung tính

Trung tính

Trung tính

Xanh lá

Ghi

Xanh da trời

Sự cân bằng giữa hệ số LT và SF

KÍNH 2 LỚPKHUNG NHÔM

KHÔNG CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA NHIỆT

KÍNH 1 LỚPSTOPSOL GREEN

KHUNG UPVC

LỰA CHỌN KÍNH

Kính một lớp hay hai lớp ?Trường hợp nghiên cứu Trung tâm Năng lượng + Sinh viên

Hai phương án:

KÍNH

TỔNG NĂNG LƯỢNG HẤP THỤ TRONG 1 NĂM (kWh)

EPI (kWh/m²) GHI CHÚ

Kính 2 lớp (Sunergy Green//Indoflot Clear)Khung nhôm không chịu tác động của nhiệt

158.836,62 97,96

Kính 1 lớp (Stopsol SS-Green)Khung UPVC 156.296,26 96,40

SHGC 0,35U 2,8 W/m2oC

*

* Vùng điều kiện

SHGC 0,43U 5,6 W/m2oC

Kết quả mô phỏng

Làm thế nào để kính 1 lớp có chỉ số EPI (Chỉ số hiệu quả năng lượng) thấp hơn?

03/

22 0

1

03/

22 0

5

03/

22 0

9

03/

22 1

3

03/

22 1

7

03/

22 2

1

06/

22 0

1

06/

22 0

5

06/

22 0

9

06/

22 1

3

06/

22 1

7

06/

22 2

1

09/

22 0

1

09/

22 0

5

09/

22 0

9

09/

22 1

3

09/

22 1

7

09/

22 2

1

12/

22 0

1

12/

22 0

5

12/

22 0

9

12/

22 1

3

12/

22 1

7

12/

22 2

10.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

Truyền nhiệt qua cửa sổ (W/m2)

Single Glass

Double Glass

Dữ liệu theo giờ (22 tháng 3, 22 tháng 6, 22 tháng 9, và 22 tháng 12)

Tru

yền n

hiệ

t qua c

ửa s

ổ (

Watt

/m2)

kWh/m2 I Thông số

Kính 1 lớp

Kính 2 lớp

Giải thích

Ban ngày: Nhiệt hấp thụ qua kính 1 lớp cao hơn so với kính 2 lớp, do hệ số SHGC (thấp) cao hơn .

Ban đêm: Không có bức xạ nhiệt mặt trời, và do nhiệt độ bên ngoài thấp hơn nhiệt tỏa ra khỏi công trình qua các khu vực lắp kính vì giá trị U (thấp) cao. NHƯNG trong trường hợp nhiệt độ bên ngoài cao hơn vào ban đêm thì hệ số SHGC là nhân tố quyết định!

Thiết kế tốt hệ thống chiếu sáng tận dụng ánh sáng tự nhiên ở các vùng có khí hậu nhiệt đới sẽ giải quyết được các vấn đề: Giảm thiểu hấp thu nhiệt mặt trời Ngăn ánh sáng chói Lấy ánh sáng tự nhiên thâm nhập sâu vào công trình Phân bố ánh sáng tự nhiên đồng đều

Tận dụng ánh sáng tự nhiên

36

Lợi ích từ các nghiên cứu về mặt trời– Trường hợp nghiên cứu Trung tâm Năng lượng + Sinh viên

Sun study - January 2012

37

Sử dụng phần mềm trình diễn 3D

38

Mô hình cung cấp các thông tin chi tiết về mức độ xâm nhập của ánh sáng tự nhiên và mức độ ánh sáng của mỗi phòng

Kịch bản bên ngoài 1/ Kịch bản chiếu sáng 1/Trình diễn 3D

39

Chiến lược chiếu sáng

Yêu cầu – mức chiếu sáng: Văn phòng – 300 lux (VN 300 lux)

Tây

Kịch bản bên ngoài 1/ Kịch bản chiếu sáng 1/ Tính toán bề mặt 1/Thang đo màu xám (E, thẳng đứng)

Đông

Nam

Bắc

Các phương án phân bố ánh sáng tự nhiên

Các cửa sổ lấy ánh sáng

Cửa sổ mái

Cửa sổ mái dốc một bên

Nguồn: Greenaisiaforce

40

41

Phân bố ánh sáng tự nhiên kết hợp với che nắng bên ngoài

Nguồn: Greenaisiaforce

THIẾT BỊ CHE NẮNG BÊN NGOÀI LÀM GIẢM ĐỘ CHÓI

KỆ ĐiỀU CHỈNH ÁNH SÁNG

LẤY ÁNH SÁNG SÂU HƠN

SỬ DỤNG KỆ ĐiỀU CHỈNH ÁNH SÁNG KHÔNG SỬ DỤNG KỆ ĐiỀU CHỈNH ÁNH SÁNG

42

So sánh kết cấu che nắng bên trong và

bên ngoài công trìnhPhản xạ và hấp thụ bức xạ mặt trời

Hấp thụ nhiệt từ bức xạ mặt trời và đối lưu bên ngoài

Hệ số hấp thụ ánh sáng điển hình cho cửa chớp trắng bên

ngoài: 12%

Bức xạ và đối lưu nhiệt trong phòng Hệ số hấp thụ năng lượng

mặt trời điển hình cho cửa chớp trắng bên trong: 46%

Phản xạ bức xạ xuyên qua kính

15%Hệ số che nắng = 0.15**(Hệ số che nắng qua cửa sổ mở không có kính = 1,0)

So sánh kết cấu che nắng bên trong và bên ngoài công trình

Hệ số hấp thu nhiệt (SHGC)

0,1

43

0,4-0,8 0,3 Kết cấu che nắng bên ngoài mang lại hiệu quả nhất

Kết cấu che nắng bên ngoài

Kết cấu che nắng bên trong (màn/rèm cửa)

Rèm che nắng bên trong cửa kính 2 lớp

Không gian không đón ánh nắng mặt

trời trực tiếp

Không khí nóng được thải

ra bên ngoài qua lỗ thông gió bên ngoài

ở trên đỉnh

Kết cấu che nắng bên ngoài là một yếu tố kiến trúc tích hợp

44

Thư viện Khoa học Tổng hợp Hồ Chí Minh

Tầm nhìn từ bên trong và bên ngoài

Tầm nhìn trong suốt từ bên trong

45

Tầm nhìn mờ nhìn từ bên ngoài vào

Hauptschule, Klaus, Áo

Kết hợp sản xuất năng lượng và kết cấu che nắng - BIPV

46

47Nguồn: Draper.inc

So sánh các hệ số che nắng của các loại thiết bị che nắng khác nhau.

Các hệ số hấp thu nhiệt mặt trời

Kính 1 lớpKính 2 lớp

Không ánh sáng chóiKhông che nắng

KínhKhông che nắng

Rèm cuốn bên trong

Cửa chớp bên trong

Rèm cuốn bên ngoài

Mái hắt bên ngoài

Cửa chớp bên ngoài

48Các thiết bị che nắng màu sáng hấp thu ít nhiệt mặt trời

MÔ TẢ

Kính điều chỉnh ánh nắng

Kính 2 lớp tiêu chuẩn

Rèm sáo nhôm bên trong – Kéo hoàn toàn

Màn cửa bên trong – Kéo hoàn toàn

Rèm cuốn bên trong – Kéo hoàn toàn

Kính hấp thụ nhiệt

Thảm thực vật và cây xanh tạo bóng râm

Rèm bên trong được hỗ trợ với lá kim loại phản xạ

Kính nổi 3mm

Rèm bên ngoài – Kéo hoàn toàn

Mái hiên 1m hướng về phía đường Xích đạo

Giàn che 2m hướng về phía đường Xích đạo

Cửa chớp bên ngoài – Kéo hoàn toàn

Hệ số che nắng SC

So sánh các hệ số che nắng của các loại thiết bị che nắng khác nhau.

49

KínhKhuyến nghị

Cung cấp ánh sáng tự nhiên sẽ làm giảm điện năng tiêu thụ của tòa nhà vì các đèn điện có thể được tắt trong các không gian được chiếu sáng tự nhiên.

Ngăn sự hấp thu nhiệt mặt trời cao hơn sẽ làm giảm điện năng tiêu thụ của tòa nhà cho hệ thống ĐHKK.

Nhân tố quan trọng nhất cần cân nhắc khi lựa chọn kính lắp cho các tòa nhà ở Việt Nam, để mang lại hiệu quả năng lượng, thì hệ số SHGC của kính – càng thấp, càng tốt.

Hệ số VLT của kính càng cao, thì có thể lấy ánh sáng tự nhiên nhiều hơn, nhưng cần đảm bảo rằng sẽ không gây ra sự thiếu tiện nghi do ánh sáng chói.

Sử dụng kết cấu che nắng ngang bên ngoài sẽ mang lại hiệu quả hơn gấp 2 lần so với kết cấu che nắng đứng ở các khu vực có khí hậu như ở Việt Nam

50

Các cửa thông gió tự nhiên

Thách thức

Trong điều kiện khí hậu ở Việt Nam, sự xâm nhập nhiệt đưa đồng thời cả nhiệt vật lý và nhiệt ẩn (độ ẩm) vào tòa nhà. Nhiệt ẩn hiện là một vấn đề lớn đối với các tòa nhà: Để loại bỏ độ ẩm bằng hệ thống ĐHKK cần một lượng lớn năng lượng , nếu không độ ẩm quá mức sẽ dẫn đến nguy cơ cao về sự phát triển của nấm mốc.

Mặt khác tòa nhà có thể tận dụng được lợi thế về thông gió tự nhiên và từ đó giảm chi phí năng lượng cho hệ thống ĐHKK

Các nguyên lý thông gió tự nhiên

1. Thông gió một phía(∆ t )

2. Thông gió chéo (∆ t & áp suất gió)

3. Thông gió dịch chuyển

(gradient nhiệt độ– hiệu ứng ống khói)

Quy hoạch lâu dài cho các cửa ở mặt tiềnTrường hợp nghiên cứu Trung tâm Năng lượng+ Sinh viên

Ví trí các cửa sổ mở phụ thuộc vào việc phòng có thông gió tự nhiên hay không.

Hình vẽ kiến trúc minh họa vị trí của các cửa.

Sơn phủ dây điện

Mặt cắt B cửa sổ kính

Tầng trên

Mặt cắt A cửa sổ kính

Chiến lược thông gió

Điều hòa không khí trong:• Các phòng có mật độ người/tải nội bộ cao (phòng họp, văn phòng, phòng cầu

nguyện, phòng khách) - (kiểm soát nhiệt độ và CO2, Khối không khí thay đổi (VAV) 50/100%)

Thông gió cơ khí (không dung ĐHKK) trong:• Các phòng có mật độ người và /hoặc không gian sử dụng tạm thời (hành lang, nhà

kho, nhà vệ sinh) - (Kiểm soát nhiệt độ và Khối lượng không khí không đổi (CAV) 100%)

Thông gió tự nhiên được sử dụng vào ban ngày và cũng được dùng vào ban đêm để làm mát thụ động cho các phòng và công trình.

Thông gió tự nhiên trong:• Các phòng có chiều cao gấp đôi với thể tích lớn (hành lang và

cầu thang thường) – ống thông gió (kiểm soát nhiệt độ và CO2); các cửa được cơ giới hóa

• Phòng có các cửa lớn ở các mặt tiền và khối lượng lớn (café) – thông gió chéo (kiểm soát nhiệt độ và CO2); các cửa được cơ giới hóa

8. Quán café ngoài trời9. Quán café10. Cửa hàng bách hóa11. Nhà vệ sinh12. Phòng họp nhỏ13. Phòng máy/AHU14. Phòng Y tế

Chiến lược thông gió, phân vùng và kiểm soát

N

N

N

N

Nhiệt độ A/C VAV /CO2Mech

Mech

Design Conditions• 24 oC• 1000 ppm

3 Nguyên tắc• Thông gió tự nhiên [N]• Thông gió cơ học [Mech]• ĐHKK – Nhiệt độ & CO2 [A/C VAV]

Điều kiện thiết kế• 24 oC• 1000 ppm

TT SINH VIÊNTầng trệt

21/09/2012

GHI CHÚ

1. Cổng vào TT2. Thang máy3. Đại sảnh4. Bàn lễ tân/thông tin5. TT Năng lượng6. Cầu thang7. Quán Café trong nhà

15. Phòng chờ văn phòng sinh viên16. Phòng họp17. Phòng chứa thiết bị và kiểm soát18. Phòng hội trường19. Quán café ở sân20. Hồ phản chiếu21. Phòng ngăn

A/C VAV Temp/CO2N

N

Nhiệt độ A/C VAV / CO2Mech

Nhiệt độ A/C VAV / CO2

Mech

Chiến lược thông gió, phân vùng và kiểm soát

3 Nguyên tắc• Thông gió tự nhiên [N]• Thông gió cơ học [Mech]• ĐHKK – Nhiệt độ & CO2 [A/C VAV]

Điều kiện thiết kế• 24 oC• 1000 ppm

TT SINH VIÊNTầng trên

21/09/2012

Kiểm soát xâm nhập

• Các tòa nhà kín khí tiêu thụ năng lượng ít lãng phí hơn và sản sinh ra ít phát thải CO2 hơn

• Cho phép xác định quy mô hợp lý của hệ thống sưởi, thông gió và ĐHKK

• Giảm các chi phí năng lượng• Cần thiết để đạt được các công

trình xây dựng ‘thụ động’ • Giảm sự ngưng tụ tại khe hở

trong lớp vỏ công trình • Tiện nghi hơn cho người sử dụng

công trình

• Sự rò rỉ không khí không chỉ làm tăng phụ tải làm lạnh cảm biến trong các tòa nhà; bằng cách đưa không khí ẩm bên ngoài vào, nó cũng làm tăng phụ tải làm lạnh tàng ẩn trong các tòa nhà, làm cho máy điều hòa không khí phải hoạt động nhiều hơn để làm giảm độ ẩm trong không khí.

• Các ngôi nhà kín khí sẽ dễ dàng duy trì được độ mát và khô thoáng hơn so với các ngôi nhà rò rỉ không khí

• Kiểm tra các vật liệu và các bộ phận công trình sẽ tạo ra “rào cản không khí” mà về bản chất là tạo sự kín khí, cũng như các mối nối giữa chúng

• Các tấm lợp treo trên trần, chống cháy bằng sợi thủy tinh, các tấm lợp mái có đục lỗ, vật liệu sợi nhẹ cách điện, khối xây lớn theo hàng v.v… đều không kín khí.

• Thách thức các nhà cung cấp về ‘‘các bộ phận của lớp vỏ công trình”, chẳng hạn như các cửa ra vào, cửa sổ, tường màn. Yêu cầu dữ liệu kiểm tra.

• Lập kế hoạch và hoàn tất công trình bao ngoài làm rào cản không khí trước tiên (trước khi các kết cấu bên trong chặn đường tiếp cận).

• Có một hệ thống phù hợp để tiếp nhận dịch vụ làm kín khí.

• Phân công cán bộ chịu trách nhiệm giám sát liên tục

• Đa số các vấn đề được phát hiện ở lưới ống dẫn trên trần và các mái hiên.

• Yêu cầu nhà thầu phụ chịu trách nhiệm về mức độ kín khí của các gói thầu… trong hợp đồng

• Chú ý đến các mối liên kết chung giữa các gói dịch vụ

Tránh rò rỉ không khíGiai đoạn thiết kế - lưu ý Quản lý công trình – lưu ý

58

CÁM ƠN QUÝ VỊ ĐÃ CHÚ Ý LẮNG NGHE !

building enve

Documents