Nghiên cứu giải pháp thiết kế công trình thương mại ở việt nam thích ứng với biến đổi khí hậu nhằm giảm phát thải khí nhà kính giai đoạn 2050 – 2080

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

BÁO CÁO TÓM TẮT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ho

ai

D

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CƠNG TRÌNH
THƯƠNG MẠI Ở VIỆT NAM THÍCH ỨNG VỚI BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU NHẰM GIẢM PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH

an

aN

cD

GIAI ĐOẠN 2050 – 2080

g

Mã số: B2019-DN02-74

Chủ nhiệm đề tài: PGS. TS. Nguyễn Anh Tuấn

Đà Nẵng, Tháng 3/2022


g
an
aN
cD
ho
ai

D


DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN
VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
1. Những thành viên tham gia đề tài

Họ và tên

1

Nguyễn Anh
Tuấn

2

Võ Ngọc
Dương

3

Lê Thị Kim
Dung

4

Trần Anh
Tuấn

Nội dung nghiên cứu cụ thể
được giao

Chủ trì đề tài: thực hiện khảo sát
tại hiện trường; khảo sát và phân
Kiến trúc cơng tích dữ liệu; mơ hình hóa trên máy
tính và thực hiện mơ phỏng.
trình
Nghiên cứu phương pháp tối ưu
hóa và tìm cách tích hợp vào trong
q trình thiết kế cơng trình kiến
trúc, chủ trì chính viết báo cáo.
Khoa Kiến
trúc

ho

ai

D

TT

Đơn vị cơng
tác và lĩnh
vực chuyên
môn

an

aN

cD

Khoa Kỹ thuật Hỗ trợ thực hiện mô phỏng khí hậu
xây dựng
sau biến đổi, định hướng nghiên
Cơng trình
cứu và ứng xử với sự khơng chắc
Thuỷ
chắc của khí hậu.
Tham gia viết bài báo khoa học; hỗ
trợ và cùng thực hiện các mơ
phỏng trên máy tính; tham gia
Kỹ thuật đơ thị
phân tích dữ liệu mơ phỏng đầu ra.

g

Khoa Kiến
trúc

Cơng ty
TNHH Tư
Vấn Thiết Kế
và Xây Dựng
Harmony

Tham gia xây dựng cẩm nang
hướng dẫn, điều hành hệ thống
máy tính mơ phỏng, tối ưu hố

2.

i


3. Danh sách đơn vị phối hợp chính

Nội dung phối hợp nghiên cứu

Họ và tên
người đại
diện đơn vị

Bộ môn Kiến trúc –
Khoa Kiến trúc – Đại
học Bách khoa Đà
Nẵng

Góp ý xây dựng đề cương nghiên

cứu chi tiết;

TS. KTS. Lê
Minh Sơn

Khoa Kiến trúc, Đại
học Hawaii at Manoa

Định hướng nghiên cứu

Tên đơn vị
trong và ngoài nước

Cùng viết bài báo quốc tế SCI-E
Định hướng nghiên cứu

D

Đại học Xây dựng Hà
Nội

Góp ý Cẩm nang hướng dẫn thiết
kế thích ứng với biến đổi khí hậu

Cùng viết bài báo quốc tế SCI-E

g

an

aN

cD

ho

ai
ii

GS. David
Rockwood
GS. Dỗn
Minh Khơi


MỤC LỤC
DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN
VỊ PHỐI HỢP CHÍNH .................................................................................. i
MỤC LỤC ................................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ......................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................... v
THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................. vi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ............................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề, sự cần thiết và ý nghĩa của đề tài ........................................ 1

ai

D

1.2 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................... 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu............................................................................. 1
1.4 Giới hạn đề tài ........................................................................................ 2

cD

ho

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BĐKH VÀ CÁC TÁC ĐỘNG LÊN
CƠNG TRÌNH TỒ NHÀ .......................................................................... 3
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH THỨC

g

an

aN

GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ ............................................................................... 6
3.1 Phương pháp nghiên cứu........................................................................ 6
3.1.1 Cách tiếp cận chung ............................................................................ 6
3.1.2 Các cách tiếp cận trong mơ hình hố khí hậu tương lai ..................... 6
3.1.3 Các cách tiếp cận trong dự báo năng lượng và phát thải cơng trình
thương mại .................................................................................................... 9
3.1.4 Lựa chọn các tòa nhà thương mại đại diện và các mơ hình cơ sở ...... 9
3.1.5 Phương pháp tối ưu hóa mục tiêu dựa trên mơ phỏng:..................... 11
3.2 Tính tốn phát thải của cơng trình trong điều kiện BĐKH ................. 11
3.3 Các chỉ báo về hiệu năng cơng trình và cách đánh giá ........................ 11
3.4 Các địa điểm nghiên cứu đại diện các vùng khí hậu và các miền của
Việt Nam .................................................................................................... 12
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ HƯỚNG DẪN THIẾT

KẾ THÍCH ỨNG BĐKH ........................................................................... 13
iii


4.1 Kết quả mơ phỏng khí hậu sau biến đổi theo các kịch bản ................. 13
4.1.1 Nhiệt độ trung bình hàng tháng......................................................... 13
4.1.2 Độ ẩm trung bình hàng tháng ............................................................ 13
4.1.3 Tổng trực xạ và tán xạ trung bình hàng tháng .................................. 13
4.2 Các tác động của BĐKH đến mức năng lượng tiêu thụ và tổng phát
thải khí nhà kính của cơng trình ................................................................. 14
4.3 Tìm kiếm những giải pháp nhằm giảm thiểu giảm phát thải khí nhà
kính dưới điều kiện BĐKH tương lai thông qua phương pháp tối ưu hoá 16
Đối với địa phương Hà Nội - giới thiệu điển hình (đối với Đà Nẵng và
TP HCM có thể tham khảo báo cáo toàn văn) ........................................... 17
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ......................................................................... 20

g

an

aN

cD

ho

ai

D
iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2-1: Các công cụ và phương pháp phổ biến được sử dụng trong
các nghiên cứu về BĐKH và tác động đến các tòa nhà ............................... 5
Bảng 3-1: Thơng tin sơ bộ cơng trình thương mại đại diện để nghiên
cứu .............................................................................................................. 10
Bảng 4-1: Mức gia tăng phát thải carbon theo kịch bản RCP4.5 trong
dài hạn 2080-2099 ...................................................................................... 15
Bảng 4-2: Mức gia tăng phát thải carbon theo kịch bản RCP8.5 trong
dài hạn 2080-2099 ...................................................................................... 15
Bảng 4-3: Mức gia tăng thời gian q nóng trong cơng trình theo kịch

aN

cD

ho

ai

D

bản RCP4.5 trong dài hạn 2080-2099 ........................................................ 16
Bảng 4-4: Mức gia tăng thời gian q nóng trong cơng trình theo kịch
bản RCP8.5 trong dài hạn 2080-2099 ........................................................ 16

DANH MỤC HÌNH ẢNH

g

an

Hình 4-1: Tổng hợp mức phát thải carbon các loại công trình thương
mại theo vùng miền (Hà Nội được chọn đại diện) ........................................................15
Hình 4-2: Thời gian quá nhiệt trung bình trong năm của các loại cơng
trình thương mại theo vùng miền (Hà Nội được chọn đại diện) .........................15

v


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

g

an

aN

cD

ho

ai

D

1. Thông tin chung:

Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế cơng trình thương mại ở Việt
Nam thích ứng với biến đổi khí hậu nhằm giảm phát thải khí nhà kính giai
đoạn 2050 - 2080
Mã số: B2019-DN02-74
Chủ trì đề tài: PGS. TS. KTS. Nguyễn Anh Tuấn
Thành viên tham gia: PGS. TS. Võ Ngọc Dương, ThS. Lê Thị Kim
Dung
Cơ quan chủ trì đề tài: Trường Đại học Bách khoa thuộc Đại học Đà
Nẵng
Thời gian thực hiện: Từ 01/4/2020 đến hết 31/3/2022
2. Mục tiêu:
Đề tài có 3 mục tiêu cơ bản cần đạt được như sau:
- Dự báo khí hậu: Khí hậu Việt Nam trong trung (2050) và dài hạn
(2080).
- Cách đánh giá tác động của biến đổi khí hậu (BĐKH) đối với cơng
trình: Xây dựng chỉ báo dùng để đánh giá cơng trình trong tương lai.
- Đánh giá tác động: Xem xét liệu các giải pháp thiết kế hiện tại có
giúp cơng trình chống chịu và thích ứng được với BĐKH và tìm kiếm các
giải pháp về thiết kế giúp cơng trình thích nghi tốt nhất với các thay đổi
của khí hậu; Phát triển các hướng dẫn chi tiết để triển khai các chiến lược
và giải pháp khi thiết kế cơng trình.
3. Tính mới và sáng tạo:
- Đây là đề tài đầu tiên của Việt Nam nghiên cứu chuyên sâu về tác
động của Biến đổi khí hậu đối với cơng trình kiến trúc nhằm giảm phát
thải.
- Kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu khoa học liên ngành để giải
quyết các yêu cầu nghiên cứu phức tạp.

vi

g

an

aN

cD

ho

ai

D

- Lần đầu tiên có bài báo trên một tạp chí khoa học SCI-E sử dụng
phương pháp tối ưu hố thiết kế vào trong nghiên cứu tác động biến đổi
khí hậu với cơng trình.
4. Kết quả nghiên cứu:
- Dựa trên các mơ hình dự báo theo kịch bản BĐKH RCP 4.5 và RCP
8.5 cùng với các công cụ downscale phù hợp để dự báo khí hậu của các
vùng ở Việt Nam.
- Bằng cách sử dụng phương pháp mô phỏng năng lượng, cơng trình
kết hợp với kỹ thuật tối ưu hóa dựa trên mô phỏng chúng tôi đã đánh giá
được mức độ tác động của BĐKH đối với cơng trình thương mại ở Việt
Nam trong trung hạn và dài hạn.
- Các giải pháp thiết kế cơng trình thương mại thích ứng với BĐKH
trong trung hạn và dài hạn cho các địa phương chủ yếu ở Việt Nam là Hà
Nội, Đà Nẵng và thành phố Hồ Chí Minh.
5. Tên sản phẩm:

- 01 bài báo khoa học trong nước: Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu
đến thiết kế vỏ bao che cơng trình thương mại và văn phòng ở Việt Nam
giai đoạn 2050-2080. Tác giả: Nguyễn Anh Tuấn, Trần Anh Tuấn. Tạp chí
Khoa học Công nghệ - Đại học Đà Nẵng. Số: 19, No. 5.2. Trang: 6-10.
Năm 2021.
- 01 bài báo khoa học quốc tế SCI-E: Performance assessment of
contemporary energy-optimized office buildings under the impact of
climate change. Authors: Nguyễn Anh Tuấn, David Rockwood, Dỗn
Minh Khơi, Lê Thị Kim Dung. Journal of Building Engineering. No: 35.
Pages: 102089. Year 2021.
- 01 Học viên cao học bảo vệ thành công luận văn ThS: Trần Anh
Tuấn, Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến thiết kế vỏ bao che
cơng trình thương mại ở Việt Nam giai đoạn 2050-2100, Luận văn Thạc sỹ
khoá K36, Đại học Bách khoa – ĐHĐN, Đà Nẵng 2020 (GVHD: PGS. TS.
Nguyễn Anh Tuấn)
- 01 đề tài sinh viên NCKH – 02 sinh viên tham gia: Nguyễn Xuân
Phúc Thiên, Hà Huy, Nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu đối với
tiện nghi sinh học và năng lượng tiêu thụ của Việt Nam, Hội nghị Sinh
vii


g
an
aN
cD
ho
ai

D

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information:
Project title:
Code number: B2019-DN02-74
Project Leader: Assoc. Prof. Arch. Nguyen Anh Tuan
Coordinator: Assoc. Prof. Vo Ngoc Duong, Msc. Le Thi Kim Dung
Implementing institution: University of Science and Technology
Duration: from 01/04/2020 to 31/3/2022
2. Objective(s):

D

The study has three basic objectives to be achieved as follows:
- Climate forecast: Vietnam's climate in the medium (2050) and long
term (2080).

cD

ho

ai

- How to assess the impact of climate change on the works: Develop
an indicator used to evaluate the project in the future.
- Impact assessment: Consider whether current design solutions help

g

an

aN

the building to withstand and adapt to climate change and seek design
solutions to help the building best adapt to climate changes. Queen;
Develop detailed guidelines for implementing strategies and solutions
when designing buildings.
3. Creativeness and innovativeness:
- This is Vietnam's first in-depth research on the impact of climate
change on architecture to reduce emissions.
- Combine multiple interdisciplinary scientific research methods to
solve complex research requirements.
- For the first time, there is an article in a scientific journal SCI-E
using the design optimization method in studying the impact of climate
change on the project.
4. Research results:

ix


- Based on forecasting models according to climate change scenarios
RCP 4.5 and RCP 8.5 together with suitable downscale tools to forecast
climate of regions in Vietnam.
- By using energy simulation method, the work combined with
simulation-based optimization techniques, we have assessed the impact of
climate change on commercial buildings in Vietnam in the medium term.
and long term.
- Solutions to design commercial works to adapt to climate change in
the medium and long term for the main localities in Vietnam, which are
Hanoi, Da Nang and Ho Chi Minh City.

ai

D

5. Products:
- 01 Paper on national scientific journal;
- 01 SCI-E paper on an international journal;

cD

ho

- 01 Master student successfully defended his MSc thesis;
- 01 scientific research topic - 02 students participated;
- 01 design manual for adaptation to climate change;

g

an

aN

6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:
- Has provided unlimited results to the society by publishing all
research products on the website.
- The design manual of the topic can be applied in research or practice
in architectural practice in the long term.

x

g

an

aN

cD

ho

ai

D

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề, sự cần thiết và ý nghĩa của đề tài
Biến đổi khí hậu (BĐKH) làm gia tăng các hiện tượng thời tiết cực
đoan, tác động mạnh mẽ đến con người và hệ sinh thái, nhất là các thành
phần dễ bị tổn thương. BĐKH tác động mạnh mẽ đến cơng trình xây dựng
và con người cũng như điều kiện tiện nghi bên trong cơng trình. Cụ thể,
BĐKH đã tác động mạnh mẽ đến mọi mặt của mơi trường xây dựng trên
các khía cạnh: Khơng khí nóng hơn, ngập lụt, ảnh hưởng nguồn nước, sức
khỏe cư dân, đa dạng sinh học, giao thơng, tài chính và lối sống của cư
dân. Điều này đã được nhiều nghiên cứu chỉ ra.
Thách thức đặt ra cho các nhà thiết kế cơng trình là làm sao giảm nhẹ
các tác động song song với việc cắt giảm phát thải khí nhà kính từ việc xây
dựng và vận hành các cơng trình kiến trúc. BĐKH có xu hướng làm giảm
sử dụng năng lượng sưởi ấm và tăng nhu cầu làm mát sẽ dẫn đến sự thay

đổi theo hướng gia tăng nhiều nhu cầu về năng lượng điện. Vấn đề về dấu
chân carbon của hỗn hợp nhiên liệu và vai trò của năng lượng tái tạo cũng
cần được giải quyết.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài có 3 mục tiêu cơ bản cần đạt được như sau:
- Dự báo khí hậu: Khí hậu Việt Nam sẽ như thế nào trong trung (2050)
và dài hạn (2080), đánh giá các mức độ không chắc chắn của các mơ hình
dự báo khí hậu.
- Cách đánh giá tác động của BĐKH đối với cơng trình: Xây dựng chỉ
báo dùng để đánh giá cơng trình trong tương lai dưới điều kiện BĐKH.
- Đánh giá tác động: Xem xét liệu các giải pháp thiết kế hiện tại có
giúp cơng trình chống chịu và thích ứng được với BĐKH và tìm kiếm các
giải pháp về thiết kế cơng trình xây dựng giúp cơng trình thích nghi tốt
nhất với các thay đổi của khí hậu.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các cơng trình thương mại bởi vì
nhóm loại hình cơng trình này hiện đang có mức tăng trưởng nhanh trong
1


g

an

aN

cD

ho

ai

D

thời gian gần đây ở Việt Nam, cả về số lượng lẫn tỷ trọng tiêu thụ năng
lượng và phát thải khí nhà kính lĩnh vực trong cơng trình tồ nhà (World
Bank, 2012). chúng tôi quyết định chọn khảo sát 5 loại hình cơng trình
thương mại có tính nhất qn cao trong các định nghĩa, đó là: Cơng trình
văn phịng, cơng trình nhà xưởng – nhà kho hàng hố, cơng trình bán
lẻ, cơng trình nhà hàng ăn uống, và khách sạn.
1.4 Giới hạn đề tài
Giải pháp thiết kế: Giới hạn ở các giải pháp thiết kế kiến trúc thụ
động, chủ yếu là vỏ bao che, không bao gồm các giải pháp thiết kế chủ
động liên quan đến các hệ thống cơ điện, chiếu sáng nhân tạo trong cơng
trình.
Giai đoạn nghiên cứu: Đề tài thống nhất nghiên cứu các tác động của
BĐKH trong giai đoạn từ nay đến năm 2099. Đề tài chia giai đoạn này
thành 2 phân đoạn, lần lượt như sau:
- Trung hạn: 2056-2075
- Dài hạn: 2080-2099.
Các phân đoạn nói trên phù hợp với các khung thời gian (time frame)
mà các mơ hình nghiên cứu dự báo BĐKH sử dụng.

2


g

an

aN

cD

ho

ai

D

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BĐKH VÀ CÁC TÁC ĐỘNG LÊN
CƠNG TRÌNH TỒ NHÀ
Chúng tơi cũng đã kiểm tra nhiều nghiên cứu ở các vùng khí hậu
khác để hiểu các cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu của họ. Nhiều
người trong số họ đã sử dụng Mơ hình tồ nhà có sẵn của ANSI /
ASHRAE / IES Tiêu chuẩn 90.1 hoặc các mơ hình nhà ở độc lập (ví dụ
như là (Zheng & Weng, 2019; Ren, et al., 2011; Wang & Chen, 2014));
khai thác phương pháp mô phỏng năng lượng tịa nhà hoặc phương pháp
hồi quy để dự đốn năng lượng tịa nhà. Ví dụ điển hình, Berardi và
Jafarpur (Berardi & Jafarpur, 2020) đã sử dụng cả phương pháp gia tăng
độ phân giải động (Dynamical downscale method) (Hadley Regional
model 3) và phương pháp gia tăng độ phân giải dựa trên thống kê (công cụ
CCWorldWeatherGen và công cụ WeatherShift ™) để tạo ra các điều kiện
thời tiết trong tương lai; tác động của BĐKH đối với 16 mơ hình cơng
trình tham chiếu của ASHRAE đã được kiểm tra bằng cách sử dụng các
kịch bản A2 và RCP 8.5. Họ kết luận rằng mơ hình Hadley Regional
model 3 cung cấp độ phân giải không gian và thời gian cao hơn so với
phương pháp thống kê, do đó nó trình bày bức tranh tốt hơn về điều kiện
khí hậu địa phương. Cơng cụ CCWorldWeatherGen và cơng cụ
WeatherShift™ có một số hạn chế vì chúng đã sử dụng kỹ thuật “biến

hình”, cần lựa chọn chính xác mơ hình khí hậu hiện tại. Nghiên cứu này
cũng tiết lộ rằng việc sử dụng nhiều mô hình hồn lưu tồn cầu (Global
Circulation model - GCM) thay vì chỉ một mơ hình duy nhất để tạo tệp
thời tiết trong tương lai có thể tạo ra các kết quả có ý nghĩa thống kê. Về
mặt này, cơng cụ WeatherShift™ có lợi thế hơn các cơng cụ khác vì nó
tích hợp tới 14 GCM trong mơ hình tính tốn của nó.
Điều kiện thời tiết trong tương lai và độ chính xác của các mơ hình
dự đốn khác nhau (bao gồm nhiều GCM) và các phương pháp gia tăng độ
phân giải vẫn cịn là một câu hỏi nghiên cứu vì dữ liệu khí hậu thực tế
trong tương lai để xác thực là khơng thể có ở thời điểm hiện tại. Moazami
và cộng sự (Moazami, et al., 2019) đưa ra đánh giá quan trọng về các
3


g

an

aN

cD

ho

ai

D

phương pháp gia tăng độ phân giải để tạo tệp thời tiết cho mơ phỏng năng
lượng tịa nhà. Lập luận về sự sai lệch lớn và các kết luận thậm chí trái

ngược nhau của một số nghiên cứu về BĐKH, Zhai và Helman (Zhai &
Helman, 2019) đã phân tích một số lượng lớn các mơ hình xây dựng, 23
GCM và 56 kịch bản mơ hình, trong ba khoảng thời gian và bảy vùng khí
hậu ở Hoa Kỳ. Sử dụng cách tiếp cận này, họ tin rằng họ có thể giảm sự
khơng chắc chắn của dự báo khí hậu trong tương lai, và do đó họ có thể
chứng minh tác động của BĐKH đối với việc tiêu thụ năng lượng của các
tòa nhà trong tương lai. Hầu hết các nghiên cứu (ví dụ như là (Ren, et al.,
2011; Nematchoua, et al., 2019)) đã sử dụng các kịch bản BĐKH thế hệ
trước của IPCC (IPCC, 2007) trong khi các kịch bản mới của IPCC (IPCC,
2014) đã được áp dụng trong khá nhiều nghiên cứu (ví dụ như là (Bilardo,
et al., 2019; Spandagos & Ng, 2017)). Một số tác giả thậm chí cịn phát
triển các điều kiện thời tiết khắc nghiệt trong tương lai để kiểm tra tải
trọng làm mát và sưởi ấm cao điểm tiềm năng cho các hệ thống tòa nhà.
Moazami và cộng sự (Moazami, et al., 2019) đã điều tra tác động của
BĐKH đối với năng lượng cơng trình tồ nhà. Họ bao gồm các tệp thời tiết
khắc nghiệt và điển hình trong mơ phỏng của họ. Họ kết luận rằng cần có
cả điều kiện điển hình và điều kiện khắc nghiệt để cung cấp các điều kiện
giới hạn đại diện để kiểm tra độ ổn định của tiêu thụ năng lượng của các
tịa nhà trong điều kiện khí hậu không chắc chắn trong tương lai. Họ cũng
báo cáo rằng tải cao điểm cho nhu cầu làm mát trong các điều kiện khắc
nghiệt trong tương lai gần có thể tăng 28,5%, so với các điều kiện điển
hình.
Từ tổng quan ngắn gọn này, chúng tơi có thể tóm tắt kết quả chính
của chúng tơi về các tài liệu và phương pháp phổ biến nhất từ các tài liệu
trong Bảng 2-1. Các phát hiện từ tổng quan tài liệu cung cấp hướng dẫn về
cách tiếp cận và phương pháp cho nghiên cứu này. Điều cần thiết là phải
thiết lập một cách tiếp cận sáng tạo, xây dựng các mơ hình năng lượng tốt
hơn và dữ liệu BĐKH đáng tin cậy.

4

g

an

aN

cD

ho

ai

D

Bảng 2-1: Các công cụ và phương pháp phổ biến được sử dụng trong các
nghiên cứu về BĐKH và tác động đến các tịa nhà
Thách thức
Cơng cụ/ phương pháp
nghiên cứu
Báo cáo đánh giá IPCC Fourth Assessment Report (AR4); IPCC
BĐKH
Fourth Assessment Report (AR4)
Cốt truyện / kịch A1FI, A1B, A1T, A2, B1, B2 / RCP2.6, RCP4.5,
bản
BĐKH RCP4.5, RCP6.0
(RCP)
Mơ hình ln Một GCM độc lập; kết nối và lấy trung bình nhiều
chuyển tổng quát GCM

(GCM)
Phương
pháp Statistical downscaling (sử dụng phương pháp “biến
tăng độ phân giải hình” hay phương pháp nhẫu nhiên); Dynamical
GCM
downscaling (sử dụng Regional Climate Model);
(downscale)
downscaling lai
Xây dựng mơ Mơ hình năng lượng cơng trình tham chiếu (hầu hết
hình
là từ ASHRAE); Mơ hình hồi quy; Mơ hình tốn
Typical meteorological year (TMY); Typical
Các loại tệp thời Downscaled Year (TDY); Extreme Cold Year
tiết
(ECY); Extreme Warm Year (EWY)
Thời gian nghiên Ngắn hạn, trung hạn và dài hạn
cứu
Meteonorm;
WeatherShift™;
CCWorldWeatherGen; Weather Morph: Climate
Công cụ tăng độ Change Weather File Generator; OZClim; Regional
phân giải
Climate Models

5


g

an

aN

cD

ho

ai

D

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH THỨC
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
3.1 Phương pháp nghiên cứu
3.1.1 Cách tiếp cận chung
Do đối tượng nghiên cứu của đề tài là một sản phẩm của q trình
xây dựng, có tính đa dạng cao trong hình thức, nội dung, chất lượng… Do
đó cách tiếp cận chính được xác định là nghiên cứu điển hình, bằng cách
chọn mẫu cơng trình đại diện để khảo sát và nghiên cứu; từ đó, rút ra các
kết quả nghiên cứu (Yin, 2014). Đây là phương pháp nghiên cứu khoa học
đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như khoa học tự nhiên, xã
hội, kinh tế, y khoa, quản trị...1
Bằng cách mơ hình hóa trên máy tính các mơ hình cơng trình, đề tài
có thể nghiên cứu mở rộng nhiều dạng cơng trình có mặt bằng và hình
khối khác nhau, từ đó có thể nhân rộng kết quả và đưa ra những kết quả có
tính khái qt cao hơn. Phương pháp này được sử dụng trong hầu hết
nghiên cứu quốc tế về đánh giá tác động của BĐKH đối với cơng trình như
Bamdad và cộng sự (Bamdad, et al., 2020) hay (Moazami, et al., 2019),
(Berardi & Jafarpur, 2020)...
3.1.2 Các cách tiếp cận trong mơ hình hố khí hậu tương lai

3.1.2.1 Lựa chọn kịch bản BĐKH
Dự đốn BĐKH tồn cầu trong tương lai là một nhiệm vụ khó khăn
và luôn tồn tại sự không chắc chắn rõ ràng. Do đó, nhiều kịch bản BĐKH
đã được đưa ra.
Nghiên cứu này quyết định sử dụng kịch bản phát thải cao RCP8.5
để đánh giá tác động giả định của BĐKH nghiêm trọng đối với các cơng
trình tịa nhà. Kịch bản 8.5 tương đương với kịch bản A2 trong SRES có
thể được coi là tình huống xấu nhất, sẽ xảy ra nếu mọi thứ cứ diễn ra như
bình thường ("business as usual") mà khơng có thêm nỗ lực hạn chế phát

1

Nguồn: [Truy cập ngày 9/7/2016]

6


g

an

aN

cD

ho

ai

D

thải và có thể bị ảnh hưởng bởi các tác động bất lợi (ví dụ như núi lửa
phun trào).
Tác động BĐKH của RCP4.5 và 6.0 là khá giống nhau trong ngắn
hạn (tức là 2046-2065) với ảnh hưởng lớn hơn một chút của RCP4.5. Tuy
nhiên, về dài hạn (tức là 2081-2100) RCP4.5 có tác động BĐKH nhỏ hơn
một chút so với RCP6.0 do tác động của các chính sách khí hậu. Nghiên
cứu này đã quyết định chọn kịch bản RCP4.5 để đại diện cho hai kịch bản
trung bình của AR5. Các kịch bản RCP4.5 và 8.5 cũng đã được áp dụng
trong các nghiên cứu trước đây của Bilardo và cộng sự (Bilardo, et al.,
2019) và Spandagos & Ng (Spandagos & Ng, 2017). Kịch bản RCP2.6
khơng được xem xét vì nó q tham vọng, so với những gì đã và đang xảy
ra trên thế giới và có thể được coi là kịch bản q sức lý tưởng vì nó được
đặc trưng bởi lượng phát thải âm đáng kể vào năm 2100 so với hiện tại.
Kịch bản RCP2.6 khơng có kịch bản tương đương trong SRES. Cách lựa
chọn này cũng hoàn toàn tương thích với cách tiếp cận sử dụng kịch bản
RCP 4.5 và 8.5 vốn cũng được áp dụng trong báo cáo BĐKH và các kịch
bản nước biển dâng của Việt Nam – Báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi
trường Việt Nam năm 2016 (Tran, et al., 2016).
3.1.2.2 Lựa chọn các khung thời gian để dự báo khí hậu trong tương
lai
Một mơ hình khí hậu thường được thiết kế để dự đốn khí hậu trong
tương lai tại các khung thời gian khác nhau. Trong nghiên cứu này, các
năm dự kiến từ 2020 đến 2099 được chia thành ba khoảng thời gian, được
gọi là giai đoạn ngắn hạn (2026-2045), trung hạn (2056-2075) và dài hạn
(2080-2099), tương tự như cách tiếp cận được sử dụng trong các nghiên
cứu trước đây về BĐKH (Moazami, et al., 2019; Zhai & Helman, 2019).
Việc phân chia khung thời gian như vậy cũng phù hợp với các báo cáo
hiện có về BĐKH của IPCC - AR4, AR5 - cũng như các mơ hình tính tốn
của các GCM. Phân tích này chỉ xem xét những thay đổi và tác động trong

trung hạn và dài hạn vì các tác động ngắn hạn dường như có thể dự đốn
được tại thời điểm này.
7


g

an

aN

cD

ho

ai

D

Tập tin dữ liệu khí hậu của giai đoạn 1961-1996 (Hà Nội) và 19612017 (Đà Nẵng và TP Hồ Chí Minh) được sử dụng làm dữ liệu khí hậu cơ
sở, đại diện cho điều kiện khí hậu “hiện tại”. Nó được lấy từ cơ sở dữ liệu
ASHRAE IWEC dưới định dạng TMY2. Khoảng thời gian 1961-1990
thường được sử dụng làm thời kỳ tham chiếu trong các nghiên cứu và quan
sát về BĐKH vì dữ liệu thời tiết của thời kỳ này ln có sẵn cho nhiều địa
điểm nghiên cứu và đã được xác nhận một cách toàn diện, mặc dù nó
khơng bao hàm đầy đủ hồn tồn các điều kiện khí hậu gần đây.
3.1.2.3 Lựa chọn mơ hình tính tốn dự báo BĐKH
IPCC đã phê duyệt và khuyến nghị một số mơ hình khí hậu (Mơ hình
hồn lưu tổng qt - GCM), là một mơ hình tốn học về sự tương tác giữa
và trong đại dương, đất liền, băng và khí quyển (Zhai & Helman, 2019).

Đối với một kịch bản phát thải nhất định, vẫn còn chưa chắc chắn về việc
khí hậu trong tương lai sẽ phát triển như thế nào do giới hạn của mơ hình
và tính chất khơng ổn định của hệ thống khí hậu, do đó mỗi mơ hình mang
lại sự khác biệt đáng kể. Vì lý do này, chúng ta cần phải dựa vào giá trị
trung bình của một số GCM, thay vì dựa vào một phép dự báo đơn lẻ của
một GCM, để xem phạm vi các kết quả dự báo khí hậu có thể xảy ra mà
các GCM đưa ra.
Cơng cụ phần mềm WeatherShift® (Arup; Argos Analytics LLC;
Slate Policy and Design, 2018) của Arup và Argos Analytics LCC đã có
thể đáp ứng được thách thức này vì nó kết hợp 14 GCM trong số các GCM
được công bố gần đây, cho hai kịch bản phát thải là RCP4.5 và RCP8.5.
Công cụ này sẽ sắp xếp các kết quả dự báo của từng GCM thành một
hàm phân phối tích lũy (xem phần 14 GCM trong tài liệu tham khảo
(Troup & Fannon, August 2016)) với các khoảng xác suất cụ thể: 5%,
10%, 25%, 50%, 75%, 90%, và 95%. Từ hàm phân phối tích luỹ này, thay
đổi nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ... được dự báo theo các mức phần trăm nói
trên. Giá trị dự báo ở khoảng xác suất 50% là giá trị có tính chất “trung
bình”, làm dịu bớt sự khơng chắc chắn giữa các GCM và các thay đổi khí
hậu ngẫu nhiên.
8


g

an

aN

cD

ho

ai

D

Trong nghiên cứu này, dữ liệu thời tiết ở định dạng “epw” cho
chương trình mơ phỏng EnergyPlus được tạo bởi cơng cụ WeatherShift®,
với các mức 10%, 50% và 95% của hàm phân phối tích luỹ của 14 GCM
có trong WeatherShift®. Như vậy mỗi kịch bản BĐKH sẽ có 3 mức dự báo
ứng với 3 khoảng xác suất:
- Mức 10% cho kết quả dự báo gia tăng nhiệt độ ít khắc nghiệt hơn so
với mức dự báo ‘trung bình”.
- Mức 50% cho kết quả dự báo gia tăng nhiệt độ ở mức “trung bình”
của các mơ hình GCM.
- Mức 95% cho kết quả dự báo gia tăng nhiệt độ khắc nghiệt hơn so
với mức dự báo ‘trung bình”.
Vậy với mỗi địa phương nghiên cứu, dự báo khí hậu sẽ theo 2 kịch
bản RCP4.5 và 8.5. Mỗi kịch bản lại có 3 mức độ dự báo ít khắc nghiệt
(khoảng xác suất 10%), “trung bình” (50%) và khắc nghiệt nhất (95%).
Hai (02) thời điểm dự báo trong tương lai là trung hạn và dài hạn. Tổng
cộng sẽ có 2 x 3 x 2 = 12 kịch bản, mức độ và thời điểm dự báo khác nhau.
Như vậy, các kịch bản BĐKH đã có tính bao qt và có tính đến các hình
thái thời tiết cực đoan trong tương lai.
3.1.3 Các cách tiếp cận trong dự báo năng lượng và phát thải cơng trình
thương mại
Nghiên cứu này sử dụng phương pháp mơ hình hóa mơ phỏng để tiến
hành phân tích mức tiêu hao năng lượng và mức phát thải của các cơng
trình thương mại. Phần mềm dùng để mô phỏng trong nghiên cứu này là
EnergyPlus phiên bản 8.8.0 của Bộ Năng lượng Mỹ phát triển. Đây là phần

mềm được sử dụng rộng rãi nhất trong việc nghiên cứu mơ phỏng năng
lượng tịa nhà hiện nay.
3.1.4 Lựa chọn các tòa nhà thương mại đại diện và các mơ hình cơ sở
Các cơng trình đại diện cho từng loại đã được xác định, cụ thể như
sau:

9


4

5

g

an

aN

cD

ho

ai

D

Bảng 3-1: Thơng tin sơ bộ cơng trình thương mại đại diện để nghiên cứu
Loại
Mơ hình tịa

Cơng trình thực
TT Cơng
Mơ hình năng lượng
nhà cơ sở
tế
trình
1
Văn
Tịa nhà văn
phịng phịng tại Hà
Nội, tháp
Plaschem (17
tầng)
2
Nhà Nhà máy công
xưởng
ty TNHH
– kho Nippon Rika
tàng
Vietnam
3 Bán lẻ Siêu thị Mega
Market tại Đà
Nẵng

Nhà
Nhà hàng
hàng White Palace
ăn
TPHCM
uống

Khách Khối khách sạn
sạn trong Hải Tiến
resort

10


g

an

aN

cD

ho

ai

D

3.1.5 Phương pháp tối ưu hóa mục tiêu dựa trên mơ phỏng:
Phương pháp tối ưu hóa bằng tốn học kết hợp mơ phỏng năng lượng
tìm cách tối ưu hóa mơ hình cơng trình để đạt hiệu năng cao nhất dưới điều
kiện BĐKH. Các nhiệm vụ cơ bản của phương pháp này là:
(i) Đánh giá định tính hiệu quả của phương pháp tối ưu hố trong
việc cải thiện hiệu năng cơng trình dưới điều kiện BĐKH,
(ii) Đánh giá mơ hình tối ưu, từ đó rút ra được các giải pháp thiết
nhằm đem lại hiệu quả hiệu năng tối ưu.
3.2 Tính tốn phát thải của cơng trình trong điều kiện BĐKH

Việc tính tốn phát thải khí nhà kính của cơng trình xây dựng được
tiến hành qua 3 bước nhỏ như sau:
Bước 1: Tính tốn phát thải các khí nhà kính
Bước 2: Quy đổi các lượng phát thải khí nhà kính thành lượng carbon
dioxide tương đương
Bước 3: Quy đổi các lượng phát thải carbon dioxide tương đương về một
đơn vị đo đồng nhất là lượng carbon tương đương
3.3 Các chỉ báo về hiệu năng cơng trình và cách đánh giá
- Chỉ báo thứ nhất là EC mức phát thải carbon tương đương hàng năm
của cơng trình tại nơi tiêu thụ (bao gồm phát thải quy đổi từ tổng phát thải
năng lượng do công trình sử dụng, gồm năng lượng cho: làm mát - EC1,
chiếu sáng nội thất - EC2, chiếu sáng ngoại thất - EC3, thiết bị nội thất - EC4,
máy bơm - EC5, thang máy - EC6, thiết bị ngoại thất - EC7, quạt thơng gió EC8) và có thể được biểu thị bằng:
8

EC =  ECi

(tấn carbon tương đương)

i =1

(1)

- Chỉ báo thứ hai là thời gian quá nhiệt trung bình khi nhiệt độ khơng
khí trong nhà của một phịng nào đó cao hơn điểm đặt làm mát của hệ
thống điều hịa khơng khí và có thể được biểu thị bằng:
T overheating

1 n i
= Toverheating

n i =1

11

(giờ)

(2)


i
Trong đó Toverheating
là thời gian nhiệt độ khơng khí trong nhà ở phòng

g

an

aN

cD

ho

ai

D

thứ i cao hơn điểm đặt
Cách thức đánh giá các chỉ báo hiệu năng:
Trong 2 chỉ báo nói trên (mức phát thải carbon và thời gian quá

nhiệt trung bình), nghiên cứu này coi chỉ báo thứ nhất là chỉ báo chủ đạo,
còn chỉ báo thứ hai là chỉ báo mang tính ràng buộc (constraint) hoặc chỉ
báo phụ (nếu 2 cơng trình có chỉ báo chính tương đồng nhau).
3.4 Các địa điểm nghiên cứu đại diện các vùng khí hậu và các miền
của Việt Nam
Trong nghiên cứu này, ba địa điểm tiêu biểu gồm Hà Nội (21° Bắc),
Đà Nẵng (16° Bắc) và thành phố Hồ Chí Minh (10° Bắc), đại diện cho ba
vùng khí hậu miền Bắc, miền Trung và miền Nam của Việt Nam, đã được
đã chọn.

12


g

an

aN

cD

ho

ai

D

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ HƯỚNG DẪN THIẾT
KẾ THÍCH ỨNG BĐKH
4.1 Kết quả mơ phỏng khí hậu sau biến đổi theo các kịch bản

Trong phần này chúng tôi báo cáo kết quả dự đốn khí hậu tương lai
trong trung hạn (2056 đến 2075) và trong dài hạn (2080 đến 2099), dựa
trên kết quả các mơ hình GCM có trong WeatherShift® với mức xác xuất
50%. Hai kịch bản BĐKH được chọn để dự báo là RCP 4.5 và RCP 8.5.
Kết quả được lần lượt trình bày trong các mục sau.
4.1.1 Nhiệt độ trung bình hàng tháng
Theo kịch bản xấu nhất RCP8.5, trong dài hạn nhiệt độ tăng trung
bình khoảng từ 3 °C đến 4 °C tuỳ theo tháng trong năm. Các tháng Hè có
xu hướng tăng nhiệt độ nhiều hơn tháng mùa Đông, tuy nhiên mức độ khác
biệt rất nhỏ. Có sự khác biệt đáng kể về nhiệt độ trong trung và dài hạn.
Miền Bắc có xu hướng tăng nhiệt độ nhiều hơn miền Nam.
Theo kịch bản trung bình RCP 4.5, nhiệt độ trong trung và dài hạn có
tăng, nhưng khác biệt giữa trung hạn và dài hạn rất nhỏ, chỉ khoảng trung
bình 0.5 °C. So với hiện tại, nhiệt độ trong dài hạn tăng khoảng 1.7 đến 2
°C. Miền Bắc có xu hướng tăng nhiệt độ nhiều hơn miền Nam.
4.1.2 Độ ẩm trung bình hàng tháng
Khơng giống như sự thay đổi của nhiệt độ khơng khí, độ ẩm khơng
khí cũng có sự thay đổi, tuy nhiên mức thay đổi nhỏ và khơng có sự khác
biệt lớn giữa các kịch bản BĐKH. Xu thế chung có thể nhận thấy là độ ẩm
khơng khí sẽ giảm đi so với hiện tại, dù mức giảm nhỏ (trong phạm vi 5%)
và cảm giác của con người khó cảm nhận được sự thay đổi này.
4.1.3 Tổng trực xạ và tán xạ trung bình hàng tháng
Kết quả cho thấy có sự gia tăng bức xạ mặt trời không nhất quán
giữa các khu vực, các giai đoạn. Thậm chí, theo kịch bản RCP8.5, lượng
bức xạ mặt trời trong dài hạn ở Đà Nẵng và TP Hồ Chí Minh cịn giảm
nhẹ. Điều này khá trùng khớp với các nghiên cứu đã có, rằng nhiệt độ trái
đất tăng không phải do bức xạ mặt trời tăng (theo NASA).

13