CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ (ĐHKK) TRONG CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG GS.TS Trần Ngọc Chấn

CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU
CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG
CHO HỆ THỐNG
ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ (ĐHKK)
TRONG CÁC CƠNG TRÌNH
XÂY DỰNG
 
GS.TS. Trần Ngọc Chấn
Hội Lạnh-ĐHKK Việt Nam
Hà Nội, 7-2021


MỞ ĐẦU
Năng lượng sử dụng trong các cơng trình xây dựng trong điều kiện khí hậu nóng
ẩm của Việt Nam chủ yếu là dùng cho hệ thống điều hịa khơng khí (ĐHKK) về
mùa hè. Nguồn năng lượng này chiếm đến 30-50% năng lượng tiêu thụ cho tồn
cơng trình. Vì vậy việc tìm các giải pháp giảm thiểu tiêu hao năng lượng cho
ĐHKK luôn là nhiệm vụ rất quan trọng hiện nay.

Có 3 nhóm giải pháp chính sau đây:
1- Nhóm giải pháp về thiết kế kiến trúc và kết cấu bao che (KCBC) hoặc Lớp
vỏ cơng trình;
2- Nhóm giải pháp cơng nghệ về máy lạnh, máy ĐHKK và
3- Nhóm giải pháp hạn chế các nguồn tỏa nhiệt bên trong cơng trình.
Báo cáo KH này tập trung vào các giải pháp thuộc nhóm thứ 1, bao gồm:

a) Hình khối và hướng nhà;
b) Chỉ số truyền nhiệt tổng OTTV (Overall Thermal Transfer Value)
của tịa nhà –u cầu cách nhiệt của vỏ cơng trình theo QCVN 09:2017/BXD
“Các cơng trình xây dựng sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả” :
OTTVT ≤ 60 W/m2 và OTTVM ≤ 60 W/m2 .

1.2- Một số trường hợp riêng
a) Trường hợp 1: Khối nhà có trục hướng Đơng - Tây hoặc
Bắc – Nam (xem hình 1)

Hình 1. Khối nhà có trục hướng
Đơng – Tây hoặc Bắc - Nam
 

Hình 2. Kích thước tối ưu của khối nhà theo hướng
Bắc-Nam Đông-Tây tại Hà Nội
 


b) Trường hợp 2: Khối nhà có trục hướng Đơng Nam Tây Bắc hoặc Đơng Bắc - Tây Nam (Hình 3 và 4).

 

Hình 3. Hướng nhà Đơng Nam - Tây Bắc
hoặc Đơng Bắc -Tây Nam

1

3

Hình 4. hình dạng mặt bằng tối ưu của khối nhà theo hướng Đông
Nam - Tây Bắc hoặc Đông Bắc -Tây Nam

2
3

qM

H V 

q

q
ĐN 
 ĐB

1

3

2
3

qM

V 

q

q
TN 
 TB

PHẦN II
CHỈ SỐ OTTV CỦA TÒA NHÀ ĐẢM BẢO GIẢM THIỂU
CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CHO ĐIỀU HỊA KHƠNG KHÍ
(ĐHKK)
2.1- Cơng thức xác định chỉ số OTTV
 
Cơng thức tính OTTVT cho bức tường thứ i nào đó của cơng trình có dạng
như sau:
 
OTTVT(i) = (1-WWRi)×Uo,T×a×(TDeq - ΔT) + (1-WWRi) ×Uo,T×ΔT
+ WWRi×SHGC×Io×β + WWRi×Uo,K ×ΔT , W/m2
(9)
 
với
TDeq = Io/hN + ΔT = Io/hN + tN - tT , K
(10)

QCVN 09:2017/BXD “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng
hiệu quả” quy định:

OTTVT ≤ 60 W/m2 và OTTVM ≤ 25 W/m2.


2.2- Những yếu tố chính ảnh hưởng đến trị số OTTV
 
1- U-value – hệ số truyền nhiệt tổng của KCBC. Hệ số này QC09 quy định đối với tường là
Uo,T ≤ 1,78 W/(m2.K) tức tổng nhiệt trở Ro,T ≥ 0,56 m2.K/W. Đối với mái: Uo,M ≤ 1 W/(m2.K)
tức tổng nhiệt trở Ro,M ≥ 1 m2.K/W.
2- WWR – Tỷ lệ cửa sổ và tường ngồi. Thơng thường tỷ lệ này cần đủ lớn để đạt yêu cầu về

chiếu sáng và thông gió tự nhiên cũng như thẩm mỹ của cơng trình. Tuy nhiên nếu vượt quá
mức cũng có thể gây chói lóa mất tiện nghi, đồng thời tích nhiệt truyền vào nhà qua cửa kính
vào mùa nóng, đặc biệt các hướng nhận lượng BXMT lớn gây lãng phí năng lượng. Thơng
thường WWR có giá trị trong khoảng 0,4÷0,6 là hợp lý.
3- Hệ số hấp thu bức xạ a của bề mặt ngoài của KCBC - phụ thuộc màu sơn, màu quét vơi
bề mặt ngồi của cơng trình. Màu sơn càng sáng, hệ số hấp thu a càng nhỏ, càng có lợi do có
tác dụng phản xạ nhiệt BXMT tốt hơn. Trong Phụ lục 5 của QC 09 có cho trị số a của bề mặt
vật liệu. Ví dụ: mặt ngồi trát vữa, sơn màu trắng a = 0,4; mặt ngoài trát vữa, sơn màu thẫm a
= 0,73; Đá cẩm thạch mài nhẵn, màu trắng a = 0,3; Đá cẩm thạch mài nhẵn, màu thẫm a =
0,65 v..v…
4- Hệ số SHGC của cửa kính. Hệ số này có tác động rất lớn đến lượng nhiệt BXMT
truyền vào nhà qua lớp kính. SHGC càng nhỏ càng có lợi, tuy nhiên chi phí phải bỏ ra cao hơn
kính có SHGC lớn. Đối với loại kính trắng thơng thường SHGC = 0,8-0,85.
Hệ số SHGC của kính có thể xác định bằng tính tốn lý thuyết khi biết các hệ số quang
học của kính [7; 8] và cũng có thể xác định bằng cách đo trong phịng thí nghiệm. Sau đây là
các bảng tra hệ số SHGC đã được tính sẵn (có kiểm chứng bằng thí nghiệm) cho 2 loại cửa sổ:
1 lớp và 2 lớp kính với các loại kính thơng dụng.


Bảng 1- Hệ số SHGC1 của cửa kính 1 lớp
 
TT
 

 
Tên loại kính
 

1

2
Kính trong suốt
(ASHRAE chọn làm kính
chuẩn)
Kính thường
Kính thường
Kính phẳng 1
Kính phẳng 2
Kính phẳng 3
Kính hấp thu nhiệt 1
Kính hấp thu nhiệt 2
Kính hấp thu nhiệt 3
Kính phản xạ màu đồng 1
Kính phản xạ màu đồng 2
Kính phản xạ màu vàng
Kính phản xạ màu bạc

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Hệ số quang của kính
 

 
Bề dày,
mm
 

Hệ số
xuyên BX


Hệ số
hấp thu
α

Hệ số
phản xạ
ρ

 
Hệ số
SHGC1
 

3

4

5

6

7

3

0,860

0,045

0,095

0,870

3
4
6
6
6
3
6
6
6
6
6
6

0,83

0,84
0,78
0,80
0,80
0,65
0,49
0,54
0,56
0,08
0,09
0,14

0,09
0,08
0,16
0,12
0,14
0,29
0,46
0,40
0,34
0,47
0,43
0,45

0,08
0,08
0,06
0,08
0,06

0,06
0,05
0,06
0,10
0,45
0,48
0,41

0,851
0,858
0,816
0,827
0,832
0,717
0,594
0,630
0,637
0,186
0,187
0,241


Bảng 2 - Hệ số SHGC2 của cửa kính 2 lớp
Lớp kính ngồi
 
 
 
TT
 

Lớp kính trong

loại kính

bề dày,
mm

loại
kính

1

2

3

1

Kính thường

4

2

Kính thường

4

3

Kính thường

3

4

Kính thường

6

5

Kính phẳng

6

4
Kính
thường
Kính
thường
Kính
thường
Kính
thường
Kính
phẳng
Kính
thường
Kính

phẳng

6
7

Kính hấp thu
nhiệt màu đồng 1
Kính hấp thu
nhiệt màu đồng 1

Hệ số quang
Lớp kính ngồi
 

6
6

Hệ số quang
Lớp kính trong

Hệ số Hệ số
Hệ số
Hệ
số
xuyên
bề dày, xuyên hấp
phản xạ
BX
BX
thu

mm
ρI
αI
I
II

Hệ số Hệ số
hấp phản
thu
xạ
αII
ρII

 
 
Hệ số
SHGC2
 

5

6

7

8

9

10

11

12

4

0,54

0,40

0,06

0,54

0,40

0,06

0,471

4

0,71

0,16

0,13

0,71

0,16

0,13

0,603

6

0,80

0,12

0,08

0,16

0,16

0,68

0,239

6

0,80

0,13

0,07

0,12

0,18

0,70

0,215

6

0,64

0,23

0,13

0,64

0,23

0,13

0,534

4

0,45

0,42

0,13

0,71

0,16

0,13

0,418

4

0,45

0,42

0,13

0,64

0,23

0,13

0,406


2.2- Những yếu tố chính ảnh hưởng đến trị số OTTV (tiếp)
5- Hệ số giảm bức xạ β của KCCN

Kết cấu che nắng đóng vai trị rất quan trọng trong việc hạn chế nhiệt BXMT xuyên
qua cửa kính vào nhà và nhờ đó KCCN có tác dụng rất mạnh đến việc giảm thiểu tiêu hao
năng lượng cho hệ thống ĐHKK bên trong cơng trình.
Tính tốn KCCN là nhiệm vụ khơng thể thiếu để xác định chỉ số OTTV của công trình
và là cơng cụ rất cần thiết để hỗ trợ cho việc áp dụng QC09 vào thực tiễn.
Chúng tôi đã đưa ra phương pháp tính tốn 5 loại KCCN tiêu biểu nhất – KCCN loại
hộp làm ví dụ.
Phương pháp tính toán KCCN loại hộp 3 bên – viết tắt là Hop3B
 

Hình 5. Hình dạng KCCN loại Hộp 3 bên


Kết quả tính tốn tồn ngày đối với KCCN loại Hộp 3 bên có kích thước đã cho
vào tháng 7 trên CS hướng Đơng-Nam tại Hà Nội
CS kích thước: B= 2,8 m; H= 3,7 m; b=1,25 m ; d=0,35 m; e=0,4 m; Góc α = 25 độ.
Địa điểm xây dựng: Hà Nội. Hướng Cửa sổ: Đơng-Nam. Thời gian tính tốn Tháng 7.

a)

b)

Hình 7. Bóng và phần bị chiếu nắng do KCCN loại Hộp 3 Bên tạo ra trên CS hướng
Đông-Nam vào tháng 7 tại Hà Nội: a) lúc 7 h; b) lúc 9 h


Bảng 4. Kết quả tính tốn tồn ngày đối với KCCN loại Hộp 3 bên có kích thước đã
cho vào tháng 7 trên CS hướng Đông-Nam tại Hà Nội

 

 
Giờ

qBX-LT,
W/m2

qBX-Th.tế,
W/m2
 
G

β
TThời theo
qBX-LT

β
TThời theo
qBX-Th.tế

qua
qBX-Thtế qua qBX-Th.tế
2
2
Có nắng? 1m
1m
CS,W/m
2
CS,W/m2
c/k
có

khi có KCCN khi khơng
KCCN

qTgXa

qTrXa

qTgXa

qTrXa

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

6

136.70

107.56

80.00

34.10

0.259

0.339

0.473

Có

30.86

65.28

7

383.29

302.11

213.50

93.30

0.320

0.386

0.495

Có

86.27

174.22

8

463.48

361.13

309.30

133.60

0.311

0.381

0.493

Có

124.36

252.39

9

453.76

343.65

352.00

144.20

0.236

0.332

0.469

Có

134.82

287.23

10

379.05

269.45

339.50

122.50

0.042

0.213

0.419

Có

116.02

277.03

11

255.71

151.94

280.40

72.20

0.000

0.256

0.469

Có

107.25

228.81

12

99.66

4.67

190.30

2.20

0.000

0.602

0.624

Có

96.90

155.28

13

85.20

0.00

163.30

0.00

0.000

0.631

0.631

Khơng

84.12

133.25

14

77.59

0.00

143.10

0.00

0.000

0.631

0.631

Khơng

73.72

116.77

15

71.64

0.00

125.70

0.00

0.000

0.631

0.631

Khơng

64.75

102.57

16

62.56

0.00

100.90

0.00

0.000

0.631

0.631

Khơng

51.98

82.33

17

47.95

0.00

68.10

0.00

0.000

0.631

0.631

Khơng

35.08

55.57

18

17.20

0.00

26.70

0.00

0.000

0.631

0.631

Khơng

13.75

21.79

TB
ngày

194.91

118.5

184.06

46.32

-

0.484

0.556

-

78.45

150.19


III- SỰ PHỤ THUỘC CỦA CHỈ SỐ NĂNG LƯỢNG ĐHKK AEI (AIR CONDITIONING
ENERGY INDEX) VÀO HỆ SỐ SHGC VÀ CHỈ SỐ OTTV CỦA TÒA NHÀ
3.1- Quan hệ giữa hệ số SHGC và chỉ số OTTV -

TT

Tòa nhà, các đặc điểm
và tỷ số WWR
 

Bảng 5

Các phương án SHGC của kính cửa sổ

PA 1:
PA 2:
PA 3:

PA 4:
PA 5:
SHGC=0,85 SHGC=0,65 SHGC=0,45 SHGC=0,3 SHGC=0,17

1

Trung tâm thương mại- dịch vụ 5
tầng, Handico7, ∑Fsàn.=18.436 m2,
hướng Bắc, WWR=0,705

 
144,66

 
113,65

 
82,54

 
59,21

 
39,0

2

Nhà Văn phịng 14 tầng, số10,Hoa
Lư, ∑Fsàn =10.182 m2,
hướng Đơng, WWR=0,355

 
96,02

 
78,35

 
60,68

 
47,42

 
35,94

3

Nhà Văn phịng 23 tầng, Nhà TB
∑Fsàn .=14.735 m2,
hướng Đơng, WWR=0,392

 
87,65

 
70,15

 
52,64

 
39,51

 
28,14


Hình 8. Biểu đồ thể hiện sự biến thiên của chỉ số OTTVT phụ thuộc
vào hệ số SHGC của các tịa nhà có tỷ số WWR khác nhau
Đường thẳng (1), (2), (3) được đánh theo số thứ tự của các tòa nhà ghi trong bảng 5


3.2- Xác định mối quan hệ giữa chỉ số truyền nhiệt tổng OTTV
và chi phí năng lượng cho ĐHKK AEI (Air conditioning Energy
Index) - Bảng 6
 

TT

Trị số SHGC
Tòa nhà

1

Chỉ số

SHGC SHGC SHGC
=
=

=
0,85
0,65
0,45

Trung tâm thương mại- dịch OTTVT, W/m2 144,66
vụ 5 tầng, Handico7, Hà Nội
 
 
2
AEI,
∑Fsàn.=18.436 m , hướng
56,6
2
kWh/(m
.năm)
Bắc, WWR=0,705
 

 
2
 

Nhà Văn phòng 14 tầng,
số10, Hoa Lư, Hà Nội
∑Fsàn =10.182 m2,
hướng Đông, WWR=0,355

3

Nhà Văn phịng 23 tầng,
(Nhà TB) Hà Nội
∑Fsàn .=14.735 m2,
hướng Đơng, WWR=0,392

SHGC
=
0,30

SHGC
=
0,17

113,65

82,54

59,21

39,0

 
49,4

 
42,2

 
36,9

 
32,41

OTTVT, W/m2

96,02

78,35

60,68

47,42

35,94

AEI,
kWh/(m2.năm)

 
56,7

 
50,5

 
44,34

 
39,73

 
35,8

OTTVT, W/m2

87,65

70,15

52,64

39,51

28,14

AEI,
kWh/(m2.năm)

57,6

51,53

45,5

41,0

37,26


Hình 9- Quan hệ phụ thuộc của AEI vào chỉ số OTTVT của một số tòa nhà

ở Hà Nội.
Đường thẳng (1), (2), (3) được đánh theo số thứ tự của các tòa nhà
ghi trong bảng 6.


KẾT LUẬN
1- Hình khối và hướng nhà có ý nghĩa quan trọng trong
việc hạn chế lượng nhiệt BXMT truyền vào nhà qua
KCBC. Đã xây dựng biểu đồ xác định kích thước của nhà
phụ thuộc vào thể tích nhà cho khu vực Hà Nội để dễ
dàng tra cứu trong tính tốn thiết kế thực tế;
2- Chỉ số OTTV của lớp vỏ cơng trình là thước đo hiệu
quả năng lượng của hệ thống KCBC, phụ thuộc vào:
i) màu sơn mặt ngồi cơng trình; ii) hệ số U-value của
tường-mái, iii) tỷ số WWR, iv) hệ số SHGC của kính và
v) hệ số β của KCCN;
3- Đã thiết lập Hướng dẫn và Phần mềm WEB “Tính
tốn 5 loại KCCN khác nhau để hỗ trợ cho việc áp dụng
QCVN 09:2017/BXD vào thực tế;


KẾT LUẬN (tiếp)
4- Đã trình bày chi tiết phương pháp tính tốn KCCN loại Hộp 3
Bên và tính lượng nhiệt BXMT truyền qua CS vào phòng khi CS
được lắp đặt KCCN đã cho. Kết quả tính tốn cho thấy khi có
KCCN loại Hộp 3 bên với kích thước đã cho trên CS hướng ĐN về
mùa hè (tháng 7) tại Hà Nội, lượng nhiệt BXMT xuyên qua 1 m2 CS
vào nhà giảm xuống cịn 52% so với khi khơng có KCCN;
5- Mối quan hệ giữa AEI và OTTVT là hàm số bậc nhất. Điều đó rất
thuận lợi cho việc xây dựng biểu đồ này ngay trong giai đoạn thiết

kế cơng trình để chọn lựa trị số OTTVT tối ưu nhằm tiết kiệm
năng lương cho ĐHKK;
6- Một số phần mềm vi tính đã được soạn thảo để tính tốn OTTV
và 5 loại KCCN. Một số ví dụ tính tốn KCCN cụ thể đã được thực
hiện bằng các phần mềm vi tính đã nêu. Kết quả tính thể hiện bằng
hình ảnh trực quan mơ phỏng bóng đổ của KCCN lên bề mặt CS và
các bảng số ghi chi tiết các đại lượng cần thiết liên quan.
 


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1-ASHRAE-Hand book 2005 “Fundamentals”.
2- Богослоский В.Н. и Коллектив авторов Cẩm nang tra cứu thiết kế hệ thống kỹ thuật vệ
sinh trong tòa nhà. Phần 3- Quyển 1 NXB: Москва-Стройиздат, 1992. Trang .44. Hình .26.
(tiếng Nga).
3-J. K. Page, Optimization of building shape to conserve energy - Journal of Architectural
Research. Vol. 3, No. 3, 1974.
4- Trần Ngọc Chấn, Đỗ Trần Hải Hình khối và hướng nhà hợp lý hạn chế nhiệt bức xạ
mặt trời chiếu lên bề mặt công trình. Tạp chí Kiến trúc, số 12 (116), Hà Nội, 2005.
5- Trần Ngọc Chấn và Cộng sự Xử lý số liệu khí tượng về nhiệt độ, độ ẩm khơng khí bên
ngoài
và BXMT bổ sung vào QCVN 02:2009 “Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng”.
Đề tài
NCKH, Bộ XD. Hà Nội, 2004.
6- Trần Ngọc Chấn Giảm thiểu lượng nhiệt truyền qua KCBC vào nhà với mục đích tiết kiệm
năng lượng cho hệ thống Điều hịa khơng khí. Tạp chí Hội thảo Quốc tế “Chất lượng khơng
khí bên trong nhà và môi trường xung quanh” do LB Nga tổ chức. Haifa, 2014 (tiếng Nga).
7-Trần Ngọc Chấn và Cộng sự. Tài liệu hướng dẫn tính tốn chỉ số OTTV của tịa nhà
để bổ sung vào QCVN 09:2017/BXD . Đề tài NCKH Bộ XD. Hà Nội, 2018.
8-Trần Ngọc Chấn và Cộng sự. Tài liệu hướng dẫn tính tốn kết cấu che nắng của tòa nhà

để bổ sung vào QCVN 09:2017/BXD . Đề tài NCKH Bộ XD. Hà Nội, 2019.
9- Trần Ngọc Chấn Mối quan hệ giữa chỉ số OTTV và chi phí năng lượng cho Điều hịa
khơng khí của tịa nhà trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Báo cáo Hội thảo KH do Hội MTXD
VN và Hội Lạnh-ĐHKK VN phối họp tổ chức. Hà Nội, 12-2019.


CÁM ƠN SỰ CHÚ Ý
THEO DÕI
CỦA QUÝ VỊ ĐẠI BIỂU!