(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến thiết kế vỏ bao che công trình thương mại ở việt nam giai đoạn 2050 2100
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (15.71 MB, 113 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
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
C
C
R
L
.
T
DU
LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC
Đà Nẵng – Năm 2020
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
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
C
C
R
L
.
T
DU
Chun ngành: Kiến trúc cơng trình (K36_KT)
Mã số: 858 01 01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS.KTS NGUYỄN ANH TUẤN
Đà Nẵng – Năm 2020
i
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn này, học viên đã nhận được sự quan tâm giúp
đỡ của quý thầy cô, bạn bè tập thể lớp K36_KT.
Xin trân trọng cảm ơn Thầy PGS.TS.KTS Nguyễn Anh Tuấn đã tận tình hướng
dẫn để em hồn thành luận văn tốt ngiệp.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Quý thầy cô và Ban cán bộ nhà
trường đã truyền đạt những kiến thức quý báu và hỗ trợ học viên trong quá trình học
tại mái trường Đại Học Bách Khoa thành phố Đà Nẵng.
Bản thân đã cố gắng và thầy giáo cũng đã tận tình chỉ bảo trong quá trình nghiên
C
C
cứu và thực hiện luận văn song do trình độ học viên cịn hạn chế nên vẫn khơng thể
tránh khỏi thiếu sót do nguyên nhân khách quan và chủ quan. Học viên rất mong nhận
R
L
.
T
DU
được ý kiến đánh giá, góp ý của Q thầy cơ để luận văn hồn thiện hơn.
Kính cảm ơn!
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn
(ký và ghi rõ họ tên)
Trần Anh Tuấn
R
L
.
T
DU
C
C
iii
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
Học viên: Trần Anh Tuấn Chuyên ngành: Kiến Trúc
Mã số: 0937290815 Khóa: K36_KT Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt – Biến đổi hiện đang là một vấn đề cấp thiết tồn cầu, biến đổi khí hậu tác động đến
mơi trường, đất, nước, khơng khí và các loài sinh vật của nhiều quốc gia trên thế giới. Việt Nam
là một trong những quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề nhất. Tác động biến đổi khí hậu cũng gây ảnh
hưởng đến nhu cầu sử dụng năng lượng của các tòa nhà đặc biệt là các tòa nhà Thương mại Việt
Nam loại tòa nhà mà mức tiêu thụ năng lượng hàng đầu. Hiện nay có ít các các cơng trình nghiên
cứu tại Việt Nam về lớp vỏ bao che cơng trình. Nghiên cứu này nhằm trình bày một sự hình
dung rõ ràng về sự gia tăng nhu cầu năng lượng và định lượng một cách cụ thể về nhu cầu năng
lượng của tòa nhà trong tương lai 2050-2100. Sử dụng phần mềm OpenStudio để xây dựng mơ
hình, mơ phỏng tiêu thụ năng lượng tòa nhà bằng phần mềm EnergyPlus. Phân tích kết quả và
đánh giá nhu cầu năng lượng làm lạnh dưới tác động biến đổi khí hậu cho ba mẫu tòa nhà dịch
vụ ở ba thành phố đại diện Tp Hà Nội, Tp Đà Nẵng, Tp Hồ Chí Minh giúp hình dung một cách
rõ ràng về tính chất vật lý của lớp vỏ bao che cơng trình mà đối tượng đặc trưng vật lý chính là
Nhiệt trở R của lớp vỏ bao che đó. Nhận xét, đánh giá các kết quả, sau đó đề xuất nhiệt trở R lớp
vỏ bao che cho ba thành phố đại diện.
C
C
R
L
.
T
DU
Từ khóa – Biến đổi khí hậu; Phần mềm mơ phỏng năng lượng tịa nhà; Phần mềm mơ hình tịa
nhà mơ phỏng năng lượng; Lớp vỏ bao che cơng trình; Nhiệt trở vỏ bao che;
STUDY AFFECTING THE CLIMATE CHANGE TO THE DESIGN OF
COMMERCIAL BUILDING ENVELOPE IN VIETNAM FOR THE
PERIOD 2050-2100
Abstract - Climate change is an important global urgent problem, climate change affects the
environment, soil, water, air and other species of organisms in many countries around the world.
Vietnam is one of the countries most affected. The impact of climate change also affects the energy
demand of buildings, especially Vietnamese Commercial buildings, which are the top energy
consumption buildings. Currently, there are few research works in Vietnam on the envelope covering
the building. This study aims to propose a way to clearly visualize the increase in energy demand and
specifically quantify the future building's energy needs of 2050-2100. Using OpenStudio software to
model and simulate building energy consumption with EnergyPlus software. Analysis of results and
assessment of cooling energy demand under the impact of climate change for three models of
comercial buildings in three representative cities of Hanoi, Da Nang and Ho Chi Minh City. It is
obvious that the physical properties of the covering envelope of the building, the object of which the
physical feature is, is the Thermal Resistance R of that envelope. Comment, evaluate the results, then
propose R-Envelope thermal resistance for the three representative cities.
Key words – Climate Change; EnergyPlus; OpenStudio; Building Envelope; Building Envelope
Thermal Resistance;
iv
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC
CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGỒI NƯỚC .......................................................... 4
1.1. Ngồi nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài
trên thế giới, liệt kê danh mục các cơng trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề
tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan) ......................................................................4
1.2. Trong nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở
Việt Nam, liệt kê danh mục các cơng trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài
được trích dẫn khi đánh giá tổng quan) ...........................................................................9
1.3. Tổng quan về khí hậu Việt Nam và 3 thành phố điển hình: tp Hà Nội, tp Đà Nẵng,
tp Hồ Chí Minh ..............................................................................................................10
1.3.1. Khí hậu thành phố Hà Nội ..........................................................................10
1.3.2. Khí hậu thành phố Hồ Chí Minh ................................................................ 11
1.3.3. Khí hậu thành phố Đà Nẵng .......................................................................12
1.4. Tổng quan về các phương pháp vỏ bao che cơng trình thương mại 3 thành phố
điển hình: Hà Nội, Đà Nẵng, Tp Hồ Chí Minh ............................................................. 13
1.4.1. Các khái niệm vật lý ảnh hưởng đến lớp vỏ bao che cơng trình ................13
1.4.2 Các phương pháp vỏ bao che thơng dụng của cơng trình thương mại 3
thành phố điển hình: tp Hà Nội, tp Đà Nẵng, tp Hồ Chí Minh .....................................14
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CÁCH THỨC GIẢI QUYẾT
VẤN ĐỀ ........................................................................................................................ 18
2.1. IPPC (Intergovernmental Panel on Climate Change) và Kịch bản biến đổi khí hậu
(Climate change Scenarios) ........................................................................................... 18
2.2. Mơ Hình Lưu Thơng Chung hay mơ hình Khí hậu Tồn Cầu (General Circulation
Models) .......................................................................................................................... 23
2.3. Chuẩn bị bộ dữ liệu thời tiết tương lai ...................................................................25
2.3.1. Hạ cấp mơ hình Khí hậu tồn cầu (Downscaling Global Climate Model) .27
2.4. Tạo ra các tập tin dữ liệu thời tiết tương lai cho việc mô phỏng cơng trình ..........31
2.4.1 Tạo ra tập tin thời tiết trong tương lai với 3 khoảng thời gian chính 2020s,
2050s và 2080s ..............................................................................................................31
2.4.2. Sử dụng The CCWoldWeatherGen tool phân tích mơ phỏng năng lượng
cơng trình ....................................................................................................................... 33
2.5. Xây dựng mơ hình cơng trình thương mại biến đổi khí hậu điển hình Việt Nam
(Generating VietNam Typical climate change commercial building model) ................34
2.5.1. Giới thiệu cách xây dựng mơ hình bằng phần mềm Sketch up 2017 và
Plugin Open Studio (for sketch up 2017) ......................................................................34
R
L
.
T
DU
C
C
v
2.5.2. Tiến hành xây dựng các cơng trình thương mại điển hình để tiến hành mơ
phỏng ............................................................................................................................. 34
2.6. Giới thiệu cách mơ phỏng hiệu suất tịa nhà bằng phần mềm EneryPlus ..............35
2.6.1. Tổng quan về EnergyPlus ...........................................................................35
2.6.2. Q trình mơ hình hóa bằng EnergyPlus .................................................... 36
2.6.3. Thiết lập lớp vỏ bao che cơng trình trong EneryPlus .................................39
2.7. Phương pháp luận ...................................................................................................41
2.8. Tính năng của Tịa nhà thương mại mơ phỏng năng lượng ...................................42
2.8.1. Giải pháp R-Tự do ...................................................................................... 43
2.8.2. Giải pháp R-Đồng nhất ...............................................................................50
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ MƠ PHỎNG NĂNG LƯỢNG CƠNG
TRÌNH .......................................................................................................................... 52
3.1. Kết quả mơ phỏng và đầu ra dữ liệu.......................................................................52
3.1.1 Nhà hàng Việt Nam ..................................................................................... 52
3.1.2 Tịa nhà văn phịng với quy mơ trung bình ..................................................59
3.1.3. Tịa nhà dịch vụ cho th ............................................................................65
3.2. Tính năng cửa sổ trong tòa nhà ..............................................................................70
3.2.1. Sử dụng vật liệu kính đạt hiệu quả năng lượng trong xây dựng tại Việt
Nam ............................................................................................................................... 70
3.2.2. Tính năng cửa sổ trong cơng trình Tịa nhà dịch vụ cho th .................... 72
KẾT LUẬN ..................................................................................................................76
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................80
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)
R
L
.
T
DU
C
C
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Nomenclature
Adapting Building Construction
to the Effects of Climate Change
AOGCM (Atmosphere-Ocean
General Circulation Model)
ASHRAE (American Society of
Heating, Refrigerating, and
AirConditioning Engineers)
BBR
BEND (Building Energy
Demand)
Building Envelope
CCworldWeathergen tool
Danh pháp
: Cơng Trình Tịa Nhà Thích Ứng Tác
Động của Biến Đổi Khí Hậu
: Mơ hình lưu thơng chung Khí QuyểnĐại Dương
: Hiệp Hội Kỹ Sư Sưởi Ấm, Làm Lạnh và
Điều Hịa Khơng Khí Hoa Kỳ
: Các phiên bản tòa nhà được thiết kế theo
mã xây dựng của Thụy Điển 2015
: Nhu Cầu Năng Lượng Tịa Nhà
C
C
: Vỏ Cơng Trình
: Cơng cụ chuyển đổi dữ liệu thời tiết hiện
tại thành tương lai theo kịch bản biến đổi
khí hậu IPCC hoặc các kịch bản BĐKH
khác
: Điều lệ của các kỹ sư dịch vụ xây dựng
R
L
.
T
DU
CIBSE (Chartered Institution of
Building Services Engineers)
Climate Change
Climate change Scenarios
COP Coefficient of Performance
DDC( IPCC Data Distribution
Center)
DOE (Department of Energy)
Downscaling Global Climate
Model
Dynamical Dowscaling
EIC (Eastern Interconnection)
Energy Plus
FEG Fan Efficiency Grade
Fourth Assessment Reports
GCM Global Climate Model or
General Circulation Model
:
:
:
:
Biến Đổi Khí Hậu (BĐKH)
Kịch Bản Biến Đổi Khí Hậu
Chỉ số hiệu quả máy lạnh
Trung tâm phân phối dữ liệu IPCC
: Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ
: Hạ Cấp Mơ Hình Khí Hậu Tồn Cầu
: Suy Giảm Động
: Liên Kết Đơng
: Phần mềm mơ phỏng năng lượng cơng
trình
: Bậc hiệu quả của quạt
: Đánh Giá Thứ Tư
: Mơ Hình Khí Hậu Tồn Cầu hay Mơ
Hình Lưu Thơng Chung
vii
Nomenclature
Generating VietNam Typical
climate change commercial
building model
GHG (Green House Gas)
HadCM3 (Hadley Center
Coupling Model version 3)
Hybrid Downscaling
IMEUM
Impact, Adaptation And
Vulnerability
Information Bar
IPCC (Intergovernmental Panel
for Climate Change)
IWEC (International Weather for
Energy Calculations)
LPD (Lighting Power Density)
Mitigation
Mitigation of Climate Change
Mitigation of Climate Change
Impacts
Morphing
NCDC (National Climatic Data
Center)
Neighborhood
NZEB (Net-Zero) (Nearly zeroenergy buildings (Thuần-0))
Origin Material
OTTV Overall Thermal Transfer
Value
Passive
Physical Science
Projection
RCM (Region Climate Model)
RCPs (Representative
Concentration Pathways)
Danh pháp
: Xây dựng mơ hình cơng trình thương
mại biến đổi khí hậu điển hình Việt Nam
: Khối Lượng Khí Nhà Kính
: Mơ hình kết hợp trung tâm Hadley phiên
bản 3
: Phương Pháp Lai hay Phương Pháp Hỗn
Tạp
: Mơ hình đơ thị mơi trường đa quy mơ
: Tác động của BĐKH, tính dễ bị tổn
thương và thích ứng với BĐKH
: Thanh Thơng Tin
: Hội Đồng Liên Chính Phủ về Biến Đổi
Khí Hậu
: Thời Tiết Quốc Tế Để Tính Tốn Năng
Lượng
: Mật độ cơng suất chiếu sáng
: Giảm thiểu
: Giảm thiểu BĐKH
: Giảm thiểu tác động của BĐKH
C
C
R
L
.
T
DU
: Phương Pháp Biến Hình
: Trung Tâm Dữ Liệu Khí Hậu Quốc Gia
: Khu Vực Lân Cận
: Tòa Nhà Tiết Kiệm Năng Lượng (năng
lượng sử dụng thuần bằng 0)
: Vật Liệu Nguyên Mẫu Ban Đầu
: Chỉ số truyền nhiệt tổng
:
:
:
:
:
Thụ động
Khoa Học Vật Lý
Sự trù hoạch
Mơ Hình Khí Hậu Khu Vực
Con Đường Tập Trung Đại Diện (RCPs)
(đây là tên của kịch bản biến đổi khí
hậu)
viii
Nomenclature
RE
Recorded Downscaling
SC (Shading Coefficient)
SERG (Sustainable energy
research group)
SHGC Solar Heat Gain
Coefficiency
SRES (Special Report on
Emission Scenarios)
ST (Solar Transmittance at
Normal Incidence)
Statistical Downscaling
Stochastic Generation
The IPPC Special Report on
Emissions Scenarios or SRES
Thermal Conductivity,
Thermal Resistance
Thermal Transmittance
Third Assessment Reports
TMY (Typical Meteorological
Year)
TRY (Test Reference Year)
UKCIP (UK Climate Impact
Programe)
VLT (Visible Light Transmission)
VT (Visible Transmittance at
Normal Incidence)
WMO
Danh pháp
Hệ Thống Năng Lượng Tái Tạo
Phương Pháp Ghi Lại Dữ Liệu
Hệ số che nắng
Nhóm Nghiên Cứu Năng Lượng Bền
Vững
: Hệ số hấp thụ nhiệt mặt trời của kính
:
:
:
:
: Báo cáo đặc biệt của SRES về các kịch
bản phát thải
: Truyền Nhiệt Mặt Trời tại góc tới bình
thường
: Suy Giảm Thống Kê
: Thế Hệ Ngẫu Nhiên
: Báo cáo đặc biệt của IPCC về các kịch
bản phát thải hay còn gọi là SRES
: Truyền Nhiệt Của Cửa Sổ
: Tổng nhiệt trở
: Hệ số tổng truyền nhiệt
: Đánh Giá Thứ Ba
: Năm Khí Tượng Điển Hình
C
C
R
L
.
T
DU
: Kiểm Tra Năm Tham Khảo
: Chương trình Tác động Khí hậu của
Vương Quốc Anh
: Hệ số xuyên ánh sáng của kính
: Vật liệu lớp kính truyền hữu hình tại góc
tới bình thường
: Tổ chức Khí tượng Thế giới
ix
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
Tên bảng
Trang
1.1.
Các phương pháp vỏ bao che thơng dụng của cơng trình thương
mại 3 thành phố điển hình
14-15
2.1.
Dự báo tăng nhiệt độ tồn cầu theo báo cáo SYR - AR5 – 2014
(0C)
22
2.2.
Ưu và nhược điểm các phương pháp Suy giảm [1]
30
2.3.
Sự khác nhau của Phần mềm CCWorldWeatherGen và
WeatherShiftTM
33
2.4.
Tính năng chính của kiểu cơng trình thương mại lựa chọn
42
2.5.
Tham số mơ phỏng chính của kiểu cơng trình thương mại lựa
chọn
43
2.6.
Kê khai thông tin vật lý vật liệu tại: SurfaceConstruction
Elements: Material (IDF Editor–EnergyPlus)
2.7.
Kê khai tại: Surface Construction Elements: Construction
(IDF Editor–EnergyPlus) (Đặc tính vật lý của từng trường xem
tại bảng 2.6./Trang 42-43)
46
2.8.
Sự gia tăng nhiệt trở R của tường và mái của Cơng trình thương
mại cho Giải pháp R-Tự do:
47
2.9.
Thống kê giá trị R theo tiêu chuẩn của Hoa kỳ quy đổi sang R
của SI
51
2.10.
Sự gia tăng của nhiệt trở R-đồng nhất
51
3.1.
Chi phí giá điện cho nhu cầu làm lạnh năm theo khoảng thời
gian và Giải pháp tại tp Hà Nội (với giá điện là 2.300 đồng/1kwh
- đơn vị: Triệu đồng)
57
3.2.
Chi phí giá điện cho nhu cầu làm lạnh năm theo khoảng thời gian
và Giải pháp tại tp Đà Nẵng (với giá điện là 2.300 đồng/1kwh đơn vị: Triệu đồng)
58
3.3.
Chi phí giá điện cho nhu cầu làm lạnh năm theo khoảng thời gian
và Giải pháp tại tp Hồ Chí Minh (với giá điện là 2.300
đồng/1kwh - đơn vị: Triệu đồng)
58
3.4.
Chi phí giá điện cho nhu cầu làm lạnh năm theo khoảng thời gian
và Giải pháp tại tp Hà Nội (với giá điện là 2.300 đồng/1KWh đơn vị: Triệu đồng):
63
C
C
R
L
.
T
DU
44-45
x
Số hiệu
bảng
Tên bảng
Trang
3.5.
Chi phí giá điện cho nhu cầu làm lạnh năm theo khoảng thời gian
và Giải pháp tại tp Đà Nẵng (với giá điện là 2.300 đồng/1KWh đơn vị: Triệu đồng):
64
3.6.
Chi phí giá điện cho nhu cầu làm lạnh năm theo khoảng thời gian
và kịch bản tại tp Hồ Chí Minh (với giá điện là 2.300
đồng/1KWh - đơn vị: Triệu đồng):
64
3.7.
Chi phí giá điện cho nhu cầu làm lạnh năm theo khoảng thời gian
và Giải pháp tại tp Hà Nội (với giá điện là 2.300 đồng/1KWh đơn vị: Triệu đồng)
69
3.8.
Chi phí giá điện cho nhu cầu làm lạnh năm theo khoảng thời gian
và Giải pháp tại tp Đà Nẵng (với giá điện là 2.300 đồng/1KWh đơn vị: Triệu đồng)
69
3.9.
Chi phí giá điện cho nhu cầu làm lạnh năm theo khoảng thời gian
và Giải pháp tại tp Hồ Chí Minh (với giá điện là 2.300
đồng/1KWh - đơn vị: Triệu đồng)
70
3.10.
Thể hiện giá trị nhu cầu làm lạnh của tòa nhà dịch vụ cho thuê
theo các giải pháp gia tăng giá trị U, ST và VT của kính (KWh)
73
3.11.
Thể hiện giá trị nhu cầu làm lạnh của tòa nhà dịch vụ cho thuê
theo các giải pháp gia tăng giá trị U, ST và VT của kính (KWh)
74
3.12.
Thể hiện giá trị nhu cầu làm lạnh của tòa nhà dịch vụ cho thuê
theo các giải pháp gia tăng giá trị U, ST và VT của kính (KWh)
74
C
C
R
L
.
T
DU
xi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu hình
Tên hình
Trang
1.1.
Bản đồ địa giới Hành chính tp Hà Nội [11]
10
1.2.
UBND thành phố Hồ Chí Minh [15]
11
1.3.
Một góc khu trung tâm – bán đảo Sơn Trà thành phố Đà Nẵng
12
1.4.
Sơ đồ mơ hình hóa q trình thực hiện luận văn
17
2.1.
Sơ đồ tổng quan về các cơ chế chính trong đó biến đổi khí hậu
tác động đến các tòa nhà, cư dân tòa nhà và các q trình chính
diễn ra trong các tịa nhà. Hình dựa trên biểu đồ của McMichael
et al. (2006), mô tả mối quan hệ giữa biến đổi khí hậu và ảnh
hưởng sức khỏe, nhưng được mở rộng để bao gồm tòa nhà như
giao diện, cũng như sự thoải mái và các quá trình chính diễn ra
trong các tịa nhà
18
2.2.
Sơ đồ minh họa các kịch bản SRES
2.3.
Global carbon dioxide emissions SRES scenarios and database
range (index, 1990 =1)
21
2.4.
Total cumulative carbon dioxide emissions (GtC)
21
2.5.
Tất cả các nồng độ tương đương CO2 trong khí quyển của các
tác nhân (tính theo phần triệu trên thể tích (ppmv) theo bốn
RCP được sử dụng trong Báo cáo Đánh Giá IPCC Thứ Năm để
đưa ra dự đoán.
22
2.6.
Grid spacing over the UK and Ireland of (a) the HadCM3
general circulation model, (b) the UKCIP02 climate scenarios,
(c) the TYN SC 2.0 high-resolution grid and (d) the UKCP09
climate scenarios (Data source grid boxes: HadCM3,
UKCIP02, TYN SC 2.0, UKCP09).
23
2.7.
Dr. David Viner 1998, 2002 Climatic Research Unit
25
2.8.
Phân tích các tài liệu BPS để tiếp cận tác động của biến đổi khí
hậu đến hiệu suất của các tòa nhà [1]
27
2.9.
Biểu đồ dòng chảy của các phương pháp khác nhau để chuẩn bị
dữ liệu dự án khí hậu với độ phân giải không gian và thời gian
phù hợp để tạo các tệp thời tiết trong tương lai cho BPS [1]
27
2.10.
Giao diện của phần mềm The CCWoldWeatherGen tool
33
2.11.
Công cụ Plug in Open Studio trong phiên bản Sketch up 2017
34
2.12.
Quá trình tiến hành cơng việc bằng các phần mềm
37
C
C
R
L
.
T
DU
19
xii
Số hiệu hình
Tên hình
Trang
2.13.
Mơ tả các yếu tố Eneryplus có thể tham gia tính tốn
38
2.14.
16 mơ hình các tịa nhà tham khảo từ ASHRAE Standard 90.1
Hoa Kỳ
40
2.15.
Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt vỏ kết cấu bao che
48
2.16.
Kê khai lớp mờ của cửa kính
49
2.17.
Mơ hình Nhà hàng Việt Nam với mái che
49
2.18.
Mơ hình văn phịng quy mơ trung bình với mái che
50
2.19.
Mơ hình tịa nhà dịch vụ cho th với mái che
50
3.1.
Biểu đồ tiêu thụ năng lượng làm lạnh công trình phụ thuộc vào
lớp vỏ bao che Nhà hàng Việt Nam tại tp Hà Nội qua khoảng
thời gian 2020s, 2050s và 2080s theo kịch bản biến đổi khí hậu
HadCM3 với Giải pháp R-Tự do và R- Đồng nhất (đơn vị:
KWh/m2)
53
3.2.
Biểu đồ tiêu thụ năng lượng làm lạnh cơng trình phụ thuộc vào
lớp vỏ bao che Nhà hàng Việt Nam tại tp Đà Nẵng, qua khoảng
thời gian 2020s, 2050s, 2080s theo kịch bản biến đổi khí hậu
HadCM3 với Giải pháp R-Tự do và R-Đồng nhất (đơn vị:
KWh/m2)
54
3.3.
Biểu đồ tiêu thụ năng lượng làm lạnh cơng trình phụ thuộc vào
lớp vỏ bao che Nhà hàng Việt Nam tại tp Hồ Chí Minh qua
khoảng thời gian 2020s, 2050s, 2080s theo kịch bản kiến đổi
khí hậu HadCM3 với Giải pháp R-Tự do và R-Đồng nhất (đơn
vị: KWh/m2)
55
3.4.
Biểu đồ tiêu thụ năng lượng làm lạnh cơng trình phụ thuộc vào
lớp vỏ bao che Tịa nhà văn phịng quy mơ TB tại tp Hà Nội
qua khoảng thời gian 2020s, 2050s, 2080s theo kịch bản biến
đổi khí hậu HadCM3 với Giải pháp R-Tự do và R-Đồng nhất
(đơn vị: KWh/m2)
59
3.5.
Biểu đồ tiêu thụ năng lượng làm lạnh công trình phụ thuộc vào
lớp vỏ bao che Tịa nhà văn phịng quy mơ TB tại tp Đà Nẵng
qua khoảng thời gian 2050s theo kịch bản biến đổi khí hậu
HadCM3 với Giải pháp R-Tự do và R-Đồng Nhất (đơn vị:
KWh/m2)
60
3.6.
Biểu đồ tiêu thụ năng lượng làm lạnh cơng trình phụ thuộc vào
lớp vỏ bao che Tịa nhà văn phịng quy mơ TB tại tp Hồ Chí
Minh qua khoảng thời gian 2020s, 2050s, 2080s theo kịch bản
biến đổi khí hậu HadCM3 và Giải pháp R-Tự do và R-Đồng
61
C
C
R
L
.
T
DU
xiii
Số hiệu hình
Tên hình
Trang
3.7.
Biểu đồ tiêu thụ năng lượng làm lạnh cơng trình phụ thuộc vào
lớp vỏ bao che Tịa nhà dịch vụ cho thuê tại tp Hà Nội qua
khoảng thời gian 2020s, 2050s, 2080s theo kịch bản biến đổi
khí hậu HadCM3 với Giải pháp R-Tự do và R-Đồng nhất (đơn
vị: KWh/m2)
65
3.8.
Biểu đồ tiêu thụ năng lượng làm lạnh công trình phụ thuộc vào
lớp vỏ bao che Tịa nhà dịch vụ cho thuê tại tp Đà Nẵng qua
khoảng thời gian 2020s, 2050s, 2080s theo kịch bản biến đổi
khí hậu HadCM3 với Giải pháp R-Tự do và R-Đồng nhất (đơn
vị: KWh/m2)
66
3.9.
Biểu đồ tiêu thụ năng lượng làm lạnh cơng trình phụ thuộc vào
lớp vỏ bao che Tòa nhà dịch vụ cho thuê tại tp Hồ Chí Minh
qua khoảng thời gian 2020s, 2050s, 2080s theo kịch bản biến
đổi khí hậu HadCM3 với Giải pháp R-Tự do và R-Đồng nhất
(đơn vị: KWh/m2)
67
3.10.
Biểu đồ mặt trời tại Việt Nam
70
3.11.
Tòa nhà President Place
71
3.12.
Đặc điểm nhiệt quang của kính: Bao gồm các yếu tố sau: Giá trị
U (U), hệ số hấp thu nhiệt mặt trời (SHGC), hệ số truyền ánh
sáng nhìn thấy (VLT), hệ số che nắng (SC), hệ số phản xạ ánh
sáng nhìn thấy (VLR)…
71
3.13.
Mơ phỏng Các hệ số U, VT, SHGC, và độ rò rỉ trong tịa nhà
72
3.14.
Mơ hình tịa nhà dịch vụ cho thuê với việc tăng tỷ lệ kính trên
tường và lớp mái che được bổ sung với giải pháp có mái che
73
3.15.
Mơ hình tịa nhà dịch vụ cho th với việc tăng tỷ lệ kính trên
tường
73
nhất (đơn vị: KWh/m2)
C
C
R
L
.
T
DU
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu (Climate change) hiện nay là vấn đề cấp thiết toàn cầu, đang
được quan tâm từ nhiều quốc gia, kể cả các quốc gia thịnh thượng hay đang phát triển
đều bắt đầu chịu tác động to lớn từ biến đổi khí hậu như: nóng lên tồn cầu, xâm thực
mặn vì mực nước biển dâng, thời tiết khắc nghiệt... Đứng trên góc độ mơi trường mục
tiêu nhằm duy trì sự ổn định, bền vững, tiết kiệm năng lượng và phát triển cho cơng
trình xây dựng trong tương lai là một hành động thiết thực hàng đầu nhằm đạt được
mục tiêu bảo vệ môi trường, phát triển bền vững và chống biến đổi khí hậu.
Việt Nam là một trong những nước dễ bị tổn thương nhất thế giới trước những
tác động của biến đổi khí hậu. Thực tế này đe dọa những nỗ lực tăng trưởng kinh tế,
xóa đói giảm nghèo và phát triển bền vững trong dài hạn. Tính dễ tổn thương của Việt
Nam gia tăng do Việt Nam vốn đã chịu nhiều rủi ro thiên tai, do vị trí địa lý, mơ hình
phát triển kinh tế và các vùng đồng bằng ven biển với mật độ dân cư cao cũng như các
nhóm dân cư là người dân tộc thiểu số tại các vùng cao và hẻo lánh. Nhiệt độ tăng, hạn
hán và lụt lội ngày càng trầm trọng, mực nước biển dâng và tăng tần suất xuất hiện bão
đe dọa tới an ninh lương thực, sinh kế và cuộc sống của hàng triệu người dân Việt
Nam. Do đó cần quan tâm nghiên cứu dự đốn khí hậu trong tương lai nhằm có cái
nhìn tồn diện về vấn đề mà quốc gia phải đối mặt.
Cụ thể trong ngành kiến trúc, việc nghiên cứu các loại cơng trình, tác động của
thời tiết với cơng trình, đảm bảo tính kết cấu và bền vững của cơng trình, sử dụng hiệu
quả năng lượng cho cơng trình, phân loại mức độ hiệu quả về sử dụng năng lượng là
rất cần thiết. Đây là cơ sở để cơ quan quản lý nhà nước quản lý, khuyến khích, chế tài
đối với các cơng trình được thiết kế trong tương lai: về quy cách, về quy định, về vật
liệu, các yêu cầu về tiết kiệm năng lượng.v.v.
Nghiên cứu này góp một phần nhỏ giúp cho bổ sung dữ liệu cho các nghiên cứu
sau này nhằm phục vụ cho nhu cầu của địa phương, Quốc gia. Kinh tế ngày càng phát
triển nên các vật liệu mới thân thiện hơn với mơi trường hay có u cầu kỹ thuật ngày
càng nâng cao hơn so với trước đây, từ kết quả nghiên cứu có thể phần nào hình dung
các định mức quản lý, các quy định cũng như vật liệu cho các cơng trình trong tương
lai.
Do đó, kết quả của đề tài này có nhiều ứng dụng trong quản lý Nhà nước, trong
thiết kế cơng trình theo tiêu chí xanh, bền vững, hiệu quả năng lượng và trong cải tạo
cơng trình hiện hữu theo hướng hiệu quả hơn cho cơng trình.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Thiết lập được đối tượng công trình và cách thức mơ phỏng: có Kịch Bản
Biến Đổi Khí Hậu (Climate change Scenarios) từ IPCC (Intergovernmental Panel for
Climate Change). Sử dụng công cụ “CCworldWeathergen tool” chuyển đổi tập tin
R
L
.
T
DU
C
C
2
khí hậu hiện tại về tương lai. Xây dựng cơng trình điển hình bằng Plugin
“Openstudio” cho việc chạy mơ phỏng. Thiết lập cơng trình và tiến hành chạy mơ
phỏng bằng “Energy Plus”.
- Xác định giá trị định lượng về biến đổi khí hậu ảnh hưởng lên tịa nhà
thương mại: tiến hành lấy kết quả cơng trình lập các biểu đồ so sánh và trình bày kết
quả dự kiến xảy ra tương lai, định lượng kết quả tác động vào công trình điển hình.
Các kết quả có thể hỗ trợ cơng tác thiết kế, xây dựng và quản lý có hiệu quả các cơng
trình trên địa bàn các thành phố lớn nói riêng và cả nước nói chung. Các kết quả cần
có độ tin cậy cao, được xây dựng từ nguồn dữ liệu và phương pháp khoa học đáng tin
cậy.
- Đưa ra được tác dụng và đánh giá hiệu quả vật lý của lớp vỏ bao che giữa
cơng trình hiện tại và trong giai đoạn 2050-2100.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là loại hình Cơng Trình Thương Mại, một
loại hình cơng trình đang có tốc độ phát triển nhanh chóng tại các thành phố lớn, đặc
biệt là Đà Nẵng. Việc chọn lựa đối tượng nghiên cứu này là vì các cơng trình thương
mại có mức tiêu thụ điện năng hàng đầu, kết quả nghiên cứu nếu thành công có thể áp
dụng như một khung mẫu cho nhiều cơng trình so sánh và đối chiếu.
Thực hiện thu thập thơng tin và có thể thiết kế 1 số mơ hình cơng trình điển hình:
thấp tầng, trung tầng, cao tầng, cơng trình diện tích lớn, nhỏ…nhằm để tiến hành mơ
phỏng. Dự tính xây dựng 3 mơ hình.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Để đảm bảo nghiên cứu đạt được kết quả chính xác và có chất lượng tốt, đề tài
nghiên cứu này giới hạn đối tượng nghiên cứu là Cơng Trình Thương Mại và khu vực
nghiên cứu là 3 thành phố lớn: Tp. Hồ Chí Minh, Tp. Hà Nội, Tp. Đà Nẵng. 3 thành
phố này nằm ở 3 miền Bắc, Trung, Nam của đất nước, sở hữu ba kiểu khí hậu đặc
trưng khác nhau mang điều kiện thời tiết điển hình.
Trên cơ sở đó mới có thể so sánh đánh giá hiệu quả năng lượng của các cơng
trình một cách tổng qt, có sự phân vùng và mang tính tin cậy cao hơn. Thời gian thu
thập dữ liệu là một năm điển hình với số liệu đầy đủ của 12 tháng hoạt động tệp được
tạo có định dạng là “.EPW”.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
4.1. Cách tiếp cận
Đề tài nghiên cứu này sử dụng cách 2 tiếp cận:
- Từ thực tiễn tổng hợp: tiếp cận các tài liệu đã nghiên cứu các nhà khoa học
trước đó, các bài báo, tạp chí, internet… có liên quan. Tổng hợp lại kiến thức, tách lọc
ý, hệ thống hóa và tóm lược lại.
- Tiếp cận từ lý thuyết ứng dụng vào thực tiễn: vật liệu được chọn từ thực tế từ
R
L
.
T
DU
C
C
3
môi trường xây dựng của Việt Nam (QCVN 09:2013/BXD). Đây là hướng mà học
viên dự kiến sử dụng để đi tìm các giải pháp thiết kế nâng cao hiệu quả năng lượng
cho Cơng Trình Thương Mại.
- Sử dụng các phần mềm có sẵn: thuộc các nghiên cứu đã có sẵn cho tải miễn
phí trên tồn cầu, chọn cách thức và sử dụng các file chuyển đổi dữ liệu thời tiết từ
hiện tại đến tương lai thông qua các kịch bản biến đổi khí hậu và tiến hành mơ phỏng.
4.2. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thu thập tìm kiếm tài liệu: Đề tài sẽ tập trung khảo sát thực tế
và thu thập số liệu của 3 thành phố lớn tp Hồ Chí Minh, tp Hà Nội, tp Đà Nẵng với
mức độ hàng giờ định đạng đuôi “.EPW”.
- Phương pháp khảo cứu: tra cứu học tập từ các tài liệu của các chun gia đã
có các cơng trình nghiên cứu và tìm ý để giải quyết đề tài.
- Phương pháp chuyển đối khí hậu từ hiện tại sang tương lai: Sử dụng phần
mềm The CCworldWeathergen tool để chuyển đổi tệp tin dữ liệu khí hậu từ hiện tại
sang tương lai với kịch bản HadCM3.
- Phương pháp mơ hình hóa: Cơng Trình Thương Mại với lớp vỏ vật liệu phù
hợp sử dụng plugin “OpenStudio”.
- Phương pháp mô phỏng: sử dụng phần mềm mơ phỏng “EnergyPlus”.
- Phương pháp biểu đồ phân tích dữ liệu: tiến hành lập biểu đồ so sánh đối
chiếu và nêu kết quả công việc.
R
L
.
T
DU
C
C
4
Chương 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA
ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGỒI NƯỚC
1.1. Ngồi nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực
của đề tài trên thế giới, liệt kê danh mục các cơng trình nghiên cứu, tài liệu có liên
quan đến đề tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)
- Vấn đề xây dựng việc cơng trình trong tương lai thích ứng với việc biến đổi khí
hậu những từ những năm 90s. Trên thế giới đặc biệt là các quốc gia đang phát triển có
rất nhiều cơng trình nghiên cứu và bài báo khoa học là nguồn tài liệu quý giá dành cho
các nước chưa phát triển và đang phát triển tiếp cận và sử dụng. Đi kèm với việc phát
triển vật liệu mới thân thiện hơn với môi trường cũng thời nghiên cứu tác động của
biến đổi khí hậu trong tương lai nhằm nghiên cứu vỏ bao che cơng trình đảm bảo thích
ứng với điều kiện đó (Adapting Building Construction to the Effects of Climate
Change). Biến đổi khí hậu tồn cầu dự kiến sẽ đặt ra những thách thức ngày càng tăng
cho các thành phố trong những thập kỷ sau, gây căng thẳng và tác động lớn hơn trên
nhiều hệ thống xã hội và sinh lý con người, bao gồm cả dân số y tế, phát triển ven
biển, cơ sở hạ tầng đô thị, nhu cầu năng lượng và nguồn cung cấp nước. Trong thập kỷ
quá khứ, ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy các hoạt động giảm thiểu biến đổi
khí hậu có lợi tác động đến sức khỏe cộng đồng là kết quả của sự thay đổi các chất ô
nhiễm môi trường và liên quan đến sức khỏe hành vi cư xử. Hiểu mối liên quan giữa
các tác động này và môi trường được xây dựng, vấn đề đưa ra để các kiến trúc sư và
kỹ sư phát triển các vật liệu, thành phần và hệ thống, với mục tiêu là để thiết kế các
lớp vỏ bao che xây dựng tích cực hơn, tức là phản ứng nhanh, thích ứng cũng như bảo
vệ biến chuyển và điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Lớp vỏ bao che xây dựng trong
tương lai sẽ được hoạt động bảo vệ sức khỏe con người đáp ứng cả 2 điều kiện bên
trong và bên ngồi cơng trình.
- Amin Moazami và cộng sự đã nghiên cứu [1] “Tác động của kiểu dữ liệu thời
tiết trong tương lai đến hiệu suất năng lượng. Điều tra các mơ hình dài hạn của biến
đổi khí hậu và điều kiện thời tiết khắc nghiệt”. Đã hướng dẫn cách chuyển đổi và chạy
mơ phỏng kiểu khí hậu thời tiết trong tương lai từ một chuỗi 16 cơng trình tạo thành 1
hệ sinh thái (Neighborhood) các cơng trình lân cận nhau để tiến hành mô phỏng 74 tập
tin thời tiết. Sử dụng các phần mềm The CCWorldWeatherGen Tool phần mềm
WeatherShiftTM Tool tiếp theo đó sử dụng phần mềm Energy Plus version 8.5.0 có
các số liệu đầu ra tiến hành phân tích và so sánh. Các mơ hình khí hậu trong tương lai
và các điều kiện khắc nghiệt dự kiến đang thúc đẩy các giới hạn thiết kế khi sự công
nhận của biến đổi khí hậu và ý nghĩa của nó đối với mơi trường xây dựng tăng lên. Có
một số cách để ước tính dự báo khí hậu trong tương lai và tạo các tệp thời tiết. Tuy
nhiên, việc đạt được sự đại diện đầy đủ của các mơ hình thay đổi dài hạn và các điều
R
L
.
T
DU
C
C
5
kiện khắc nghiệt là một thách thức. Công việc này nhằm mục đích trả lời hai câu hỏi
nghiên cứu: phương pháp tạo tệp thời tiết trong tương lai để xây dựng mơ phỏng hiệu
suất có mang lại những lợi ích không thể được cung cấp bởi các phương pháp khác
không? Và loại tập tin thời tiết trong tương lai nào cho phép các kỹ sư và nhà thiết kế
xây dựng kiểm tra độ tin cậy mạnh mẽ hơn của các thiết kế của họ chống lại sự thay
đổi khí hậu? Để trả lời hai câu hỏi này, cơng trình cung cấp một cái nhìn tổng quan về
các phương pháp chính để tạo ra các bộ dữ liệu thời tiết trong tương lai dựa trên sự thu
hẹp thống kê và biến động của các mơ hình khí hậu. Một số bộ dữ liệu thời tiết cho
Geneva đã được tổng hợp và áp dụng cho mơ phỏng năng lượng của 16 tịa nhà tham
chiếu tiêu chuẩn ASHRAE, các tòa nhà đơn lẻ và sự kết hợp của chúng để tạo ra một
khu phố ảo. Các tập tin thời tiết đại diện được tổng hợp để giải thích các điều kiện
khắc nghiệt cùng với các điều kiện khí hậu điển hình và điều tra tầm quan trọng của
chúng trong hiệu suất năng lượng của các tòa nhà. Theo kết quả, tất cả các phương
pháp cung cấp đủ thông tin để nghiên cứu các tác động dài hạn của biến đổi khí hậu
(trung bình cộng). Tuy nhiên, kết quả cũng tiết lộ rằng việc đánh giá năng lượng bền
vững của các tòa nhà chỉ trong các điều kiện tương lai điển hình là khơng đủ. Tùy
thuộc vào loại cơng trình, sự thay đổi tương đối của tải cao điểm đối với nhu cầu làm
mát trong điều kiện khắc nghiệt trong tương lai gần vẫn có thể cao hơn tới 28,5% so
với điều kiện thơng thường. Người ta kết luận rằng chỉ những tập tin thời tiết được tạo
ra dựa trên thu hẹp động lực và xem xét cả điều kiện điển hình và điều kiện khắc
nghiệt là đáng tin cậy nhất để cung cấp các điều kiện biên đại diện để kiểm tra độ bền
năng lượng của các tịa nhà trong điều kiện khơng chắc chắn của khí hậu trong tương
lai. Các kết quả cho khu phố giải thích tình huống quan trọng mà mạng lưới năng
lượng có thể gặp phải do tải trọng cực đại tăng trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
Những tình huống nguy cấp như vậy vẫn khơng thể lường trước được bằng cách chỉ
dựa vào các điều kiện khắc nghiệt điển hình và quan sát được, khiến ảnh hưởng khả
năng phục hồi khí hậu của các tịa nhà và gây rủi ro hệ thống năng lượng.
- “Ý nghĩa của việc thay đổi khí hậu với các tịa nhà” [2] là đề tài nghiên cứu của
nhóm tác giả Pieter de Wilde và David Coley với mối quan tâm toàn cầu ngày càng tăng
về biến đổi khí hậu, ngành xây dựng đang phải đối mặt với câu hỏi làm thế nào dự đốn
những thay đổi của khí hậu sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất của các tòa nhà trên khắp thế
giới. Điều này dẫn đến một nghiên cứu phát triển nhanh chóng, tập trung vào sự thích
ứng và khả năng phục hồi của các tịa nhà với khí hậu thay đổi. Bài viết đánh giá này đặt
bối cảnh cho một vấn đề đặc biệt về chủ đề này Xây dựng và Mơi trường. Nó thảo luận
về mối quan hệ giữa biến đổi khí hậu với các tịa nhà và vấn đề kiến thức mới về chủ đề
này, cũng như phân loại và tóm tắt những đóng góp cho vấn đề đặc biệt này.
- Đề tài nghiên cứu của Danny H.W. Li, Liu Yang, Joseph C. Lam “Tác động của
biến đổi khí hậu đến sử dụng năng lượng trong môi trường xây dựng ở các vùng khí
hậu khác nhau” [3]. Các nghiên cứu về tác động của biến đổi khí hậu đối với việc sử
R
L
.
T
DU
C
C
6
dụng năng lượng trong các tòa nhà ở các khu vực khác nhau trên thế giới đã được xem
xét. Các biện pháp giảm thiểu và thích ứng tiềm năng đã được thảo luận và đề xuất
nghiên cứu thêm. Ở vùng khí hậu lạnh khắc nghiệt, việc giảm nhu cầu sưởi ấm sẽ lớn
hơn, trong việc làm mát mùa hè mức tăng chỉ khiêm tốn. Trong vùng khí hậu mùa hè
nóng và mùa đơng lạnh, trong đó cả hai u cầu làm nóng mùa đơng và làm mát mùa
hè đều quan trọng, mức độ giảm nhiệt và mức độ tăng nhiệt độ làm mát có thể so sánh
được. Tác động đáng kể nhất đối với việc sử dụng năng lượng trong mơi trường xây
dựng sẽ xảy ra vào mùa hè nóng bức và khí hậu mùa đơng ấm áp nơi việc sử dụng
năng lượng tòa nhà bị chi phối bởi yêu cầu làm mát. Tăng nhiệt độ tiêu điểm mùa hè
và giảm mật độ tải ánh sáng sẽ có khả năng tiết kiệm năng lượng lớn và do đó có khả
năng giảm thiểu. Việc sưởi ấm không gian được cung cấp chủ yếu bởi các nhà máy nồi
hơi dầu hoặc khí đốt màu đỏ trong khi làm mát không gian chủ yếu dựa vào điện. Điều
này sẽ dẫn đến một sự thay đổi theo hướng nhu cầu điện nhiều hơn và có thể có ý
nghĩa quan trọng đối với chính sách năng lượng và mơi trường tồn Quốc đối với mơi
trường xây dựng.
- James A. Dirks và cộng sự đã có đề tài: “Tác động của biến đổi khí hậu đến tiêu
thụ năng lượng và nhu cầu cao nhất trong các tòa nhà: Tiếp cận khu vực một cách chi
tiết” [4]. Bài viết này trình bày kết quả của nhiều mơ phỏng tịa nhà thương mại và dân
cư, với mục đích kiểm tra tác động của biến đổi khí hậu đối với mức tiêu thụ năng
lượng của tòa nhà lúc cao điểm và hàng năm đối với phần EIC (Eastern
Interconnection) ở Hoa Kỳ. Kịch bản biến đổi khí hậu được xem xét bao gồm những
thay đổi về đặc điểm khí hậu trung bình cũng như thay đổi tần suất và thời gian của
các sự kiện thời tiết khắc nghiệt. Mô phỏng được thực hiện bằng mơ hình BEND
(Building Energy Demand), một nền tảng phân tích tịa nhà chi tiết sử dụng
EnergyPlus ™ làm công cụ mô phỏng. Hơn 26.000 cấu trúc xây dựng thuộc các loại,
kích cỡ, kiểu dáng và đặc điểm khác nhau, tương ứng với dân số của các tịa nhà trong
EIC, được mơ hình hóa qua ba múi giờ EIC sử dụng khí hậu trong tương lai từ 100 vị
trí trong vùng mục tiêu, dẫn đến gần 180.000 khơng gian nhu cầu mơ phỏng có liên
quan trong ba năm được chọn là đại diện cho xu hướng khí hậu chung trong thế kỷ.
Cách tiếp cận này cung cấp một mức độ chưa từng thấy của thành phố cụ thể trên
nhiều phổ bao gồm các đặc điểm không gian, thời gian và tòa nhà. Khả năng này cho
phép khả năng thực hiện các nghiên cứu tác động chi tiết hàng giờ về xây dựng các
chiến lược thích ứng và giảm thiểu sử dụng năng lượng và nhu cầu cao nhất về điện
cùng với toàn bộ mạng lưới điện và nền kinh tế.
- Bài báo với đề tài: “Sự biến đổi của thay đổi khí hậu tác động lên mức tiêu thụ
của các loại cơng trình và tỷ lệ khơng gian” [5]. Mức tiêu thụ năng lượng tòa nhà dễ bị
tổn thương do biến đổi khí hậu do mối quan hệ trực tiếp giữa nhiệt độ bên ngoài và
làm mát, sưởi ấm không gian. Công việc này định lượng mối quan hệ giữa biến đổi khí
hậu và mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà khác nhau như thế nào trên một loạt các
R
L
.
T
DU
C
C
7
loại cơng trình ở các quy mơ khơng gian khác nhau dựa trên các ước tính ở các địa
điểm của Hoa Kỳ. Mức tăng lớn trong tiêu thụ năng lượng xây dựng được tìm thấy vào
mùa hè (ví dụ, tăng 39% trong tháng 8 đối với tòa nhà trường cấp hai), đặc biệt là vào
ban ngày (ví dụ: tăng 100% cho tòa nhà kho, 5 giờ 6 giờ chiều), trong khi các giảm bớt
được thấy trong mùa đông. Ở quy mơ khơng gian của các vùng khí hậu, mức thay đổi
tiêu thụ năng lượng hàng năm dao động từ -17% đến +21%, trong khi ở quy mô địa
phương, các thay đổi nằm trong khoảng từ -20% đến +24%. Các tòa nhà ở vùng khí
hậu ẩm ướt (Đơng Nam) cho thấy những thay đổi lớn hơn so với các khu vực khác. Sự
thay đổi của tác động trong các vùng khí hậu có thể lớn hơn sự thay đổi giữa các vùng
khí hậu, tạo ra sự thiên lệch tiềm năng khi ước tính sự thay đổi quy mơ của vùng khí
hậu với một số lượng nhỏ các địa điểm có đại diện. Các biến thể lớn được tìm thấy
trong mối quan hệ giữa biến đổi khí hậu và tiêu thụ năng lượng tòa nhà làm nổi bật
tầm quan trọng của việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu ở quy mơ địa phương
và nhu cầu chiến lược thích ứng, giảm thiểu phù hợp với các loại tòa nhà khác nhau.
- “Sự dễ dàng để các tòa nhà thiết kế sử dụng năng lượng tái tạo chịu tác động
của biến đổi khí hậu đạt mức năng lượng tịa nhà bằng “0”.” [6]. Có nhiều hy vọng và
kỳ vọng vào tiềm năng của Tịa nhà năng lượng Net-Zero (NZEB) để góp phần chống
lại các tác động môi trường bất lợi từ tác động quá ảnh hưởng của con người, bao gồm
cả sử dụng năng lượng. Một câu hỏi quan trọng liên quan đã nhận được sự quan tâm
thường xuyên và do đó được giải quyết trong nghiên cứu này, đó là cách mà New
Zealand được trang bị hệ thống năng lượng tái tạo (RE) sẽ thực hiện trong điều kiện
khí hậu trong tương lai sẽ gây ra bởi các tác động môi trường đang diễn ra. Trong
nghiên cứu này, dữ liệu thời tiết hàng giờ trong tương lai được đánh giá thấp từ mơ
hình khí hậu tồn cầu (GCM) được sử dụng để dự đoán hiệu suất tương lai của các hệ
thống RE cho năng lượng thấp sử dụng các tòa nhà dân cư ở 10 vùng khí hậu khác
nhau trong các hệ thống năng lượng tái tạo khác nhau với các điều kiện quang điện
khác nhau (PV) năng lượng mặt trời và sản xuất năng lượng hệ thống gió được mơ
hình hóa và kết hợp với tải năng lượng xây dựng hàng giờ. Kết quả nghiên cứu cho
thấy các tòa nhà với các điều kiện hiện tại của RE sẽ mất khả năng đáp ứng mục tiêu
năng lượng bằng không ở một nửa các vùng khí hậu đang được xem xét. Nó đã được
tìm thấy rằng các hệ thống RE cho một NZEB trong tương lai nên được thay đổi kích
thước và điều chỉnh lại để phù hợp với các tác động của biến đổi khí hậu. Các hệ thống
RE ưu tiên các hệ thống PV cho thấy sự ổn định và hiệu suất tốt trong sản xuất điện
trong điều kiện khí hậu dự kiến trong tương lai. Một tiêu chí đã được phát triển để hỗ
trợ một phương pháp tìm kiếm lưới được đề xuất để phát triển các điều kiện của hệ
thống RE cho NZEB trong tương lai sẽ xác định các lỗ hổng về hiệu suất của New
Zealand hiện tại trong điều kiện biến đổi khí hậu.
- “Sử dụng năng lượng hiệu quả với chiến lược khác nhau nhằm thiết kế nhà dân
dụng cao tầng trong điều kiện khí hậu tương lai” [7]. Các tác động sau cùng của biến
R
L
.
T
DU
C
C
8
đổi khí hậu đối và cơ sở sử dụng năng lượng của các phiên bản của một tòa nhà dân cư
nhiều tầng là vấn đề phân tích. Các phiên bản tòa nhà được thiết kế theo mã xây dựng
của Thụy Điển (BBR 2015) và tiêu chí nhà thụ động (Passive 2012) với thiết kế khác
nhau và chiến lược kiểm soát quá nhiệt theo các kịch bản khí hậu khác nhau. Các bộ
dữ liệu khí hậu trong tương lai dựa trên các kịch bản hiệu quả tập trung đường dẫn cho
năm 2050-2059 và 2090-2099. Phân tích cho thấy các chiến lược đưa ra nhu cầu làm
nóng và làm mát khơng gian thấp nhất cho phiên bản tòa nhà thụ động 2012 vẫn giống
nhau trong mọi kịch bản khí hậu. Ngược lại, các chiến lược đưa ra nhu cầu làm nóng
và làm mát không gian thấp nhất cho phiên bản BBR 2015 rất đa dạng, vì nhu cầu làm
mát trở nên quan trọng hơn trong các kịch bản khí hậu trong tương lai. Nhu cầu làm
mát chiếm ưu thế hơn so với sưởi ấm cho phiên bản Tòa nhà thụ động 2012 trong các
kịch bản khí hậu trong tương lai. Thiết bị gia dụng và lắp đặt kỹ thuật dựa trên công
nghệ tốt nhất hiện có đã giúp giảm đáng kể tổng lượng năng lượng sử dụng chính
trong số các chiến lược được xem xét. Nhìn chung, tổng năng lượng hoạt động hàng
năm giảm 37-54% cho các phiên bản tòa nhà khi tất cả các chiến lược được áp dụng
theo các kịch bản khí hậu được xem xét. Nghiên cứu này cho thấy các chiến lược thiết
kế phù hợp có thể giúp tiết kiệm năng lượng chính cho các tịa nhà năng lượng thấp
dưới điều kiện khí hậu thay đổi.
- Krystyna Januszkiewicz đã thực hiện nghiên cứu: “Biến đổi khí hậu đã chấp
nhận việc vỏ bao che cơng trình là người bảo vệ cho con người trong môi trường đô
thị” [8]. Gần đây, một sự hiểu biết mở rộng về hiệu suất xây dựng thừa nhận rằng tất
cả các lực tác động lên các tịa nhà (khí hậu, năng lượng, thơng tin và các tác nhân của
con người) không tĩnh và cố định, nhưng khá biến động và thoáng qua. Với việc sử
dụng tối ưu hóa tham số và đa tiêu chí các cơng cụ kỹ thuật số, vỏ bao che tịa nhà có
thể được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu khác nhau. Các lớp này giúp nghiên cứu các
khả năng của thiết kế kiến trúc để mang lại lợi ích cho điều kiện của con người bao
gồm sức khỏe tinh thần, chất lượng môi trường của cuộc sống trong thời đại biến đổi
khí hậu. Phần đầu tiên của bài viết xác định các yếu tố chính (như: thiếu thiên nhiên
xanh và ánh sáng mặt trời, tiếng ồn và ô nhiễm) đang ảnh hưởng đến sự hình thành rối
loạn tâm lý ở các thành phố lớn. Tác động tiêu cực của các yếu tố này không ngừng
gia tăng trong thời gian Biến đổi khí hậu tiến bộ. Phần thứ hai trình bày kết quả của
chương trình nghiên cứu được thực hiện tại Đại học Công nghệ Tây Pomeranian ở
Szczecin của tác giả. Chương trình tiếp tục cố gắng để giải quyết vấn đề thông qua
thiết kế kiến trúc. Nghiên cứu này nhấn mạnh một vấn đề xã hội, chẳng hạn như tinh
thần thoải mái, do đơ thị hóa hoặc ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, và phục vụ như
một nền tảng hữu ích để nghiên cứu thêm về khả năng xác định lại bền vững và con
người thiết kế thân thiện.
Những nghiên cứu như vậy cung cấp những góc nhìn tổng quan về những
phương pháp và cơng trình đã thực hiện nổi bật trên diễn đàn quốc tế, cho phép chúng
R
L
.
T
DU
C
C
9
tôi nắm vững phương pháp và khả năng vận dụng của chúng vào trong điều kiện Việt
Nam.
* Như vậy các vấn đề thuộc lĩnh vực liên quan đã được các tác giả nước ngoài
nghiên cứu, phong phú và đa dạng, các tác phẩm này sẽ giúp ích rất nhiều về việc mở
ra các phương pháp làm việc, cũng như mở ra các phương pháp luận. Các kết quả của
các bài nghiên cứu nên được nghiên cứu kỹ, tránh các hiện tượng như thiếu chính xác
hay các vấn đề sai số trong nghiên cứu.
1.2. Trong nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực
của đề tài ở Việt Nam, liệt kê danh mục các cơng trình nghiên cứu, tài liệu có liên
quan đến đề tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)
Vào những năm 90 của thế kỷ trước, các nhà nghiên cứu khoa học đầu ngành
như như GS. Nguyễn Đức Ngữ, GS. Nguyễn Trọng Hiệu đã tiến hành nghiên cứu về
biến đổi khí hậu ở Việt Nam. Tuy nhiên vấn đề này chỉ thực sự được quan tâm từ sau
năm 2000. Các cơng trình nghiên cứu về biến đổi khí hậu cũng đã dần đi vào chiều
sâu về bản chất vật lý và những bằng chứng cho thấy sự tác động của nó. Kết quả của
những nghiên cứu này đã cho chúng ta biết khí hậu Việt Nam có những dấu hiệu biến
đổi sâu sắc [9].
+ Các định hướng của Quốc gia về biến đổi khí hậu.
- Chiến lược Quốc Gia về biến đổi khí hậu (ban hành kèm theo Quyết định số
2139/QĐ-TTg. Ngày 05 tháng 12 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ).
- Ngày 31 tháng 10 năm 2017, Thủ tướng chính phủ đã ban hành Quyết định Số:
1670/QĐ-TTg, Quyết định phê duyệt chương trình mục tiêu ứng phó với biến đổi khí
hậu và tăng trưởng xanh giai đoạn 2016-2020.
+ Kịch bản biến đổi khí hậuViệt Nam [10]:
BĐKH hiện nay được xem là một lĩnh vực khoa học liên kết nhiều ngành khoa
học khác nhau (Interdisciplinary). theo cách phân chia của (IPCC), có 3 nhóm ngành
trong đó các nhà khoa học có nhiệm vụ phải giải quyết được 3 nhóm vấn đề:
1) Bản chất của sự BĐKH (Physical science – WG1);
2) Tác động của BĐKH, tính dễ bị tổn thương và thích ứng với BĐKH (Impact,
Adaptation And Vulnerability – WG2);
3) Giảm thiểu BĐKH (Mitigation – WG3).
Nhiệm vụ của WG1 là trả lởi được các câu hỏi về bằng chứng của sự BĐKH hiện
đại, chứng minh được những nguyên nhân gây BĐKH, chỉ ra được khả năng mơ
phỏng khí hậu (hiện tại và q khứ) của các mơ hình, tính hợp lý của các kịch bản khí
nhà kính và kết quả dự tính (Projection) khí hậu tương lai bằng các mơ hình.
Từ những kết quả của WG1, nhiệm vụ của WG2 là đánh giá mức độ tác động,
mức độ tổn thương và khả năng cũng như chiến lược thích ứng với BĐKH. Cũng cần
lưu ý là BĐKH có thể mang lợi đến cho một số đối tượng, khu vực, lĩnh vực, nhưng
việc đánh giá của WG2 chủ yếu nhấn mạnh ở khía cạnh tác động xấu của BĐKH.
R
L
.
T
DU
C
C
10
Cũng từ kết quả chứng minh của WG1 về nguyên nhân gây BĐKH mà hiện nay đã
được xác định là do gia tăng hàm lượng khí nhà kính từ hoạt động của con người.
Nhiệm vụ của WG3 là tìm các giải pháp giảm thiểu sự BĐKH. Khái niệm “giảm
thiểu” (Mitigation) được hiểu là làm sao để giảm phát thải khí nhà kính qua đó giữ cho
khí hậu trái đất khơng nóng lên nữa và dần dần trở nên ổn định. Đó cũng là động cơ
thúc đẩy phát triển các cơng nghệ sạch, sản xuất và sử dụng năng lượng sạch. Tuy
nhiên, gần đây người ta cũng đề cập đến việc “giảm thiểu” tác động của BĐKH, nghĩa
là có sự khác nhau giữa “Mitigation of Climate Change” (WG3 quan tâm) và
“Mitigation of Climate Change Impacts” (các quốc gia chịu tác động xấu của BĐKH
quan tâm) [10].
Qua các khảo sát tổng quan trong nước, có thể nói chúng ta đang rất cần các
nghiên cứu mơ phỏng khí hậu trong tương lai tác động các loại hình cơng trình khác
nhau do các nghiên cứu trong nước cịn ít thiếu sự đa dạng để có một cái nhìn tổng thể
hay nhiều khía cạnh của biến đổi khí hậu.
1.3. Tổng quan về khí hậu Việt Nam và 3 thành phố điển hình: tp Hà Nội, tp
Đà Nẵng, tp Hồ Chí Minh
1.3.1. Khí hậu thành phố Hà Nội
Vị trí địa lí: Hà Nội hiện nay có vị trí từ 20°53' đến 21°23' vĩ độ Bắc và 105°44'
đến 106°02' kinh độ Đông, tiếp giáp với các tỉnh Thái Nguyên - Vĩnh Phúc ở phía Bắc;
Hà Nam - Hịa Bình ở phía Nam; Bắc Giang- Bắc Ninh- Hưng n ở phía Đơng và
Hịa Bình - Phú Thọ ở phía Tây [11].
C
C
R
L
.
T
DU
Hình 1.1. Bản đồ địa giới Hành chính tp Hà Nội [11]
Khí hậu - Thời tiết: Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, khí hậu Hà Nội có đặc
trưng nổi bật là gió mùa ẩm, nóng và mưa nhiều về mùa Hè, lạnh và ít mưa về mùa
Đơng; được chia thành bốn mùa rõ rệt trong năm: Xuân, Hạ, Thu, Đông. Mùa xuân bắt
đầu vào tháng 2 (hay tháng Giêng âm lịch) kéo dài đến tháng 4. Mùa Hạ bắt đầu từ
