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 (10.86 MB, 127 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
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
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
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
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
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 lồi 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 công 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.
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 NGOÀI 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 toàn cầu (Downscaling Global Climate Model) . 27
2.4. Tạo ra các tập tin dữ liệu thời tiết tương lai cho việc mơ 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
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 công 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 MÔ 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 Tòa 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 tịa 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 thuê......................... 72
KẾT LUẬN.............................................................................................................................................. 76
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 80
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Danh pháp
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
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
:
Công Trình Tịa Nhà Thích
Ứng Tác Động của Biến Đổi Khí
Hậu
:
Mơ hình lưu thơng chung Khí
Quyển-Đại 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
:
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
:
:
:
:
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 Đông
:
Phần mềm mô phỏng năng lượng
công trình
:
Bậc hiệu quả của quạt
:
Đánh Giá Thứ Tư
:
Mơ Hình Khí Hậu Tồn
Cầu hay Mơ Hình Lưu Thơng
Chung
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
zero-energy buildings (Thuần0)) Origin Material
OTTV Overall Thermal Transfer
Value
Passive
Physical Science
Projection
RCM (Region Climate Model)
RCPs (Representative
Concentration Pathways)
vii
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 ượng
:
:
:
:
Mật độ công suất chiếu sáng
Giảm thiểu
Giảm thiểu BĐKH
Giảm thiểu tác động của BĐKH
:
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
:
Mô 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 IP C 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
: 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
1.1.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
Cá
mạ
Dự
0
(C
Ưu
Sự
We
Tín
Tha
chọ
Kê
Ele
Kê
(ID
tại
Sự
mạ
Thố
của
2.10.
Sự
3.1.
Ch
gia
- đơ
3.2.
Ch
và
đơn
Ch
3.3.
3.4.
và
đồn
Ch
và
đơn
x
Số hiệu
bảng
3.5.
Ch
và
đơn
3.6.
Ch
và
đồn
3.7.
Ch
và
đơn
3.8.
Ch
và
đơn
3.9.
Ch
và
đồn
3.10.
3.11.
3.12.
Thể
the
Thể
the
Thể
the
xi
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu hình
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
xii
Số hiệu hình
2.13.
2.14.
2.15.
2.16.
2.17.
2.18.
2.19.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
xiii
Số hiệu hình
3.7.
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
3.12.
3.13.
3.14.
3.15.
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 cơng 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
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 cơng 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 cơng có thể áp
dụng như một khung mẫu cho nhiều cơng trình so sánh và đối chiếu.
Thực hiện thu thập thông 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
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 chuyên 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 mô 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.
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 mô 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
TM
WeatherShift
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
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 Môi 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
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 tòa 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
