Nhóm giải pháp năng lượng Công ty Cổ phần Edeec

Quy trình thiết kế tích hợp, ứng dụng công nghệ mô phỏng năng lượng

1. GIỚITHIỆU

Công ty Cổ phần Edeec:

ü Đơn vị đầu tiên tại Việt Nam hoạt động theo mô hình Công ty tư vấn giải pháp kỹ thuật

hiệu quả năng lượng (Bureau d’Etude Technique)

ü Thành lập từ năm 2011 bởi đội ngũ gồm phần lớn là những kiến trúc sư, kỹ sư chuyên

ngành kiến trúc, năng lượng đã tốt nghiệp và từng công tác ở các nước phát triển

ü Đội ngũ đầy nhiệt huyết mong muốn đem kiến thức và kinh nghiệm từ các nước phát

triển và từ các dự án ODA về hiệu quả năng lượng áp dụng đại trà vào những dự án tại

Việt Nam

Sau hơn 5 năm hoạt động lặng lẽ của 1 số thành viên chủ chốt với tư cách chuyên gia tại các

dự án liên quan tới hiệu quả năng lượng và công trình xanh, như dự án sửa đổi quy chuẩn năng

lượng công trình của IFC – Tập đoàn Tài chính Quốc tế do Nhóm Ngân hàng thế giới tài trợ,

“Chương trình Năng lượng Sạch Việt Nam – VCEP” do USAID tài trợ, chương trình quy chuẩn

năng lượng UNDP và bộ Xây dựng. Nhóm kỹ thuật đã từng tham gia các dự án trên quyết định

tăng cường hoạt động nhằm mở rộng việc phổ biến những thay đổi tích cực cho các công trình

tại Việt Nam. Bằng cách ứng dụng các thành quả nghiên cứu tiên tiến trong các dự án phi chính

phủ, hoạt động trên nền tảng pháp lý là công ty Edeec, theo định hướng sử dụng năng lượng

hiệu quả, tối ưu thiết kế trong kiến trúc và kỹ thuật năng lượng để đem lại hiệu quả đầu tư tốt

hơn so với mức trung bình.Thậm chí công trình tiết kiệm năng lượng, công trình xanh có thể

giảm được chi phí đầu tư ban đầu nhờ vào các tính toán tối ưu hóa chuyên sâu.

Để đạt được mục tiêu trên, nhóm giải pháp năng lượng công trình đề xuất ứng dụng quy trình thiết kế tích hợp, kết hợp với công nghệ mô phỏng năng lượng nhằm tối ưu hóa quá trình

thiết kế và phân phối đầu tư

Công ty Edeec thực hiện các dịch vụ tư vấn cốt lõi dưới đây cho các công trình xây dựng, dựa

trên công nghệ mô phỏng năng lượng được vận hành trên quy trình thiết kế tích hợp

Tưvấnchứngnhận

Xanh

Môphỏngnănglượngcôngtrình(BEM)

Tưvấnchọnthiếtbị,vật

liệu

Thiếtkếtíchhợptrongkiếntrúc

Thông tin liên hệ:

Công ty Cổ phần Edeec

Tầng 6, tòa nhà Cora, 12 Hòa Mã, Hà Nội, Việt Nam

info@edeec.com

+84 904861128

Tốiưuchiphícôngtrình

Thiếtkếthụđộng,vikhí

hậu

2.SƠLƯỢCVỀMÔPHỎNGNĂNGLƯỢNGGiải pháp thiết kế và công nghệ, kỹ thuật hiệu quả năng lượng cho công trình tại Việt Nam:

Mô phỏng năng lượng công trình hỗ trợ thiết kế kiến trúc.

Mô hình năng lượng công trình là gì?

Mô hình năng lượng là một mô hình tính toán, có các thông số đầu vào như dữ liệu địa lý, thời

tiết, thông số hình học của công trình, đặc tính hoạt động của hệ thống và dữ liệu vận hành của

người sử dụng để đưa ra các thông tin đầu ra như mức tiêu thụ năng lượng của toàn công trình

hoặc các yêu cầu về thông gió, làm mát, sưởi…bao gồm cả các thông tin về tiện nghi nhiệt, nhiệt

độ, độ ẩm, chiếu sáng, độ chói…để tìm ra giải pháp thiết kế phù hợp nhất.

Như vậy mô phỏng năng lượng chỉ là tên gọi, về bản chất, đây là công việc mô tả bằng số hóa

toàn bộ hoạt động vận hành thực tế của tòa nhà nhằm dự báo trước mọi vấn đề liên quan tới môi

trường không khí, chiếu sáng tự nhiên, các hệ thống năng lượng như đèn, thiết bị, toàn bộ hệ

thống điều hòa thông gió, chi phí vận hành của công trình…

Mô hình 3D mô phỏng năng lượng có đủ các không gian bên trong

Không giống như mô hình vẽ phối cảnh 3D, kiến trúc sư chỉ việc vẽ phần vỏ công trình, thực hiện

mô hình năng lượng đòi hỏi mô hình 3D phải có đầy đủ các không gian bên trong và toàn bộ các

mô tả về hoạt động, số lượng người, đèn, thiết bị và tính chất nhiệt vật lý của vật liệu

Các tham số vật liệu của công trình cần phải được đưa đầy đủ, chính xác cho mỗi bức tường, mái,

cửa sổ

Lịch hoạt động điển hình của văn phòng

Đồ thị trên mô tả tỷ lệ phần trăm số lượng người theo giờ bên trong không gian văn phòng cho một

ngày làm việc thông thường, trục tung thể hiện % số người, trục hoành thể hiện giờ trong ngày 0-

24h.

Các thông số thời tiết, dữ liệu đầu vào quan trọng hàng đầu

Dự liệu thời tiết 8760 giờ (365x24), đại diện cho khí hậu của nơi đặt công trình. Đây là dữ liệu quan

trọng hàng đầu khi thiết kế công trình có ứng dụng kỹ thuật mô phỏng. Dữ liệu thiết kế được sử

dụng phổ biến tại Việt nam chỉ sử dụng các tham số cực đại về nhiệt độ, độ ẩm để tính toán đơn

giản công suất hệ thống điều hòa, nên các tác động chi tiết của khí hậu và đặc biệt là tiêu thụ năng

lượng của công trình sẽ không được đánh giá trong quá trình thiết kế.

Mô hình hệ thống điều hòa thông gió cũng được tạo ra trực tiếp trong mô hình năng lượng, hệ

thống này đòi hỏi chuyên môn sâu và am hiểu kỹ thuật năng lượng công trình, kỹ thuật điều khiển,

lập trình để mô tả chính xác.

Mô hình hệ thống điều hòa mô phỏng sẽ tương tác với toàn bộ công trình, thời tiết, đèn, thiết bị …

tất cả tương tác ảo trong môi trường mô phỏng của máy tính và sản sinh các dữ liệu vận hành

công trình như nhiệt độ độ ẩm cho từng không gian, mức tiêu thụ điện trên hệ thống điều hòa,

chiếu sáng….

Việc ứng dụng mô phỏng năng lượng trong thiết kế kiến trúc là một khái niệm hoàn toàn mới tại

Việt Nam. Khác biệt với quy trình thiết kế thông thường, mô phỏng năng lượng kết hợp với quy

trình thiết kế tích hợp trong thiết kế sẽ đóng góp tích cực vào tất cả các giai đoạn thiết kế chủ chốt

như thiết kế concept, phát triển kỹ thuật thiết kế và ngay cả khi thiết kế sơ phác.

Một số ví dụ dùng mô phỏng năng lượng để tính toán chi tiết sự vận hành công trình:

Đồ thị dự báo tiệu thụ điện năng công trình trên 3 hạng mục sử dụng điện chính

(tính cho1 năm)

Dự báo lưu lượng thông gió tự nhiên trên cửa mái của 1 công trình

Dự báo nhiệt độ (đỏ) và nồng độ CO2 (xám) trong 1 lớp học khi có và không có thông gió tự nhiên.

Nhiệt độ bên ngoài (xanh) trong tháng 4 và 7.

3.SOSÁNHQUYTRÌNHTHIẾTKẾPHỔTHÔNGVÀQUYTRÌNHTÍCHHỢP

Quy trình thiết kế phổ thông: Kiến trúc sư sau một thời gian làm việc với chủ đầu tư về phác

thảo mặt bằng, phối cảnh sẽ tiến tới ký hợp đồng. Sau đó các công việc phát triển thiết kế sơ bộ

và cơ sở được thực hiện nhanh chóng (và có ít sự tham gia đánh giá sâu của kỹ sư) để có thể

gấp rút xin cấp phép xây dựng. Sau khi có giấy phép xây dựng, việc phát triển kỹ thuật được

thực hiện sâu hơn và hợp tác giữa kiến trúc sư, kỹ sư, họa viên lúc này mới thực sự diễn ra.

Cách làm cổ điển có nhược điểm là kiến trúc sư tự quyết định hầu hết mọi vấn đề của thiết kế

trong quá trình trước ký hợp đồng và trong thiết kế sơ bộ, rồi dựa trên nền tảng đó, kỹ sư sẽ đáp

ứng các yêu cầu kỹ thuật tiếp theo. Cách làm này, nhất là với điều kiện Việt Nam, thường sinh ra

nhiều vấn đề đối với sử dụng năng lượng và tính bền vững môi trường của công trình. Kỹ sư chỉ

tham gia thiết kế ở giai đoạn sau của dự án, trên nền tảng thiết kế đã được quyết định một cách

cảm tính của kiến trúc sư, điều này dễ gây ra những xung đột hay lỗi khó khắc phục, thường xảy

ra nhất đối với năng lượng và tính bền vững môi trường. Việc xử lý lỗi thường mang tính khắc

phục và dễ gây tăng chi phí, kéo dài thời gian thiết kế.

Quy trình thiết kế tích hợp: Trên thế giới hiện nay giới thiết kế thực hiện quy trình thiết kế tích

hợp để khắc phục các nhược điểm của quy trình cổ điển, nhóm giải pháp năng lượng công ty

Edeec đã ứng dụng và thực hiện một cách hiệu quả quy trình tích hợp trong điều kiện Việt Nam.

Thiết kế tích hợp đòi hỏi việc thiết kế được thực hiện và tìm kiếm tối ưu trong mỗi giai đoạn thiết

kế, do vậy kiến trúc sư cần làm việc ngay từ ban đầu với đội ngũ kỹ sư. Đây là điểm khác biệt đầu

tiên. Công cụ rất quan trọng để thực hiện thiết kế tích hợp chính là mô phỏng năng lượng.

Các đơn vị liên quan tham gia vào quá trình thiết kế từ đầu

Các vòng lặp nhằm tối ưu hóa thiết kế và chi phí, sử dụng dữ liệu từ mô phỏng năng lượng để

hiệu chỉnh và dự báo số liệu vận hành

Mỗi giai đoạn thiết kế cần được thảo luận và hiệu chỉnh thiết kế, tìm kiếm tối ưu giữa các bộ

môn, kỹ sư năng lượng, môi trường, kết cấu tham gia ngay từ đầu cũng với kiến trúc sư. Quá

trình này có thể coi là các vòng lặp (loop) trong thiết kế, nhằm mục đích tối ưu hóa từng bước

các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường và năng lượng.

Đội ngũ kỹ sư sẽ giúp kiến trúc sư trưởng xác định bằng số liệu từ rất sớm các ảnh hưởng của

công trình lên môi trường và sử dụng năng lượng, chi phí vận hành, từ đó có được sự hiệu

chỉnh kịp thời.

Trong quá trình thiết kế tích hợp, mô phỏng năng lượng đóng vai trò công cụ then chốt nhằm

cung cấp, dự báo trước các số liệu vận hành, chi phí công trình cho đội thiết kế.

So với quy trình thiết kế cổ điển, các vấn đề không nhìn thấy, nhưng càng ngày càng quan trọng

như tính bền vững môi trường, năng lượng, chi phí được làm rõ ngay từ đầu. Các giải pháp

mang tính sáng tạo trong thiết kế không gian, thiết kế kỹ thuật, giảm chi phí, giảm sử dụng năng

lượng được đưa vào đánh giá sớm, và chốt phương án ngay tại bước thiết kế cơ sở. Các bộ

môn kết hợp và phối hợp chặt chẽ từ sớm nên tránh được các lỗi, xung đột dễ nảy sinh ở giai

đoạn phát triển kỹ thuật.

Tới giai đoạn thiết kế kỹ thuật, vai trò của kiến trúc sư và kỹ sư không còn quan trọng như trong

quy trình thiết kế cổ điển. Lúc này họa viên chủ yếu thực hiện bản vẽ chi tiết, sắp xếp đường

ống, kiến trúc sư và kỹ sư chủ yếu đóng vai trò giám sát.

Như vậy so sánh 2 quy trình thiết kế, thời gian để khắc phục lỗi, xung đột trong quy trình cổ điển

thường gây kéo dài quá trình thiết kế, các lỗi này rất khó khắc phục triệt để, chỉ có thể bổ sung

chi phí để hiệu chỉnh, hoặc chấp nhận lỗi tồn tại cùng công trình. Trong khi đó với quy trình thiết

kế tích hợp, các xung đột, lỗi được dự trù và phối hợp chỉnh sửa từ đầu nên việc triển khai kỹ

thuật sẽ được giảm thiểu lỗi và tránh được tăng chi phí ngoài dự kiến.

So sánh thời gian thiết kế của 2 quy trình

4. MỘTSỐVÍDỤÁPDỤNGTHIẾTKẾTÍCHHỢPVÀMÔPHỎNGNĂNGLƯỢNG

Quá trình áp dụng thiết kế tích hợp và mô phỏng năng lượng tại Việt Nam còn rất mới mẻ, do đó,

việc áp dụng toàn bộ quy trình không phải lúc nào cũng đạt được. Nhưng tại bất kỳ giai đoạn nào

cũng cho thấy hiệu quả của cách làm mới và có thể áp dụng hiệu quả với nhiều mô hình công ty

kiến trúc khác nhau.

Tùy vào từng giai đoạn, ứng dụng quy trình thiết kế tích hợp và mô phỏng năng lượng có thể đem

lại những tác động tích cực khác nhau.

4.1 – Công trình trung tâm đào tạo cán bộ quản lý năng lượng Hòa Lạc

Giai đoạn thiết kế ý tưởng là bước để các kiến trúc sư đưa ra các quyết định về hình khối kiến trúc

của công trình, bề mặt thẩm mỹ, phân bổ công năng. Những quyết định trên thường xuất phát từ

các ý tưởng nghệ thuật và đặt mục tiêu về vẻ đẹp và thẩm mỹ là chủ yếu, và thường bỏ qua các

yếu tố về thụ động hay vật lý kiến trúc của công trình.

Mô phỏng năng lượng tại thời điểm này sẽ hỗ trợ kiến trúc sư đưa ra quyết định mang tính chất định

lượng, thông qua các yếu tố như hiệu quả năng lượng, chiếu sáng tự nhiên, kiểm soát độ chói,

tiện nghi nhiệt của người sử dụng, thông gió tự nhiên (thể hiện qua các con số và phân tích so

sánh). Bước mô phỏng này được thực hiện sớm trong giai đoạn thiết kế ý tưởng sẽ hoàn thiện hơn

các giải pháp thụ động dựa trên cơ sở của vật lý kiến trúc, trước khi các hệ thống kỹ thuật được

tính đến.

Nhờ vào các kết quả phân tích của bước mô phỏng này, nhiều yếu tố quan trọng có thể được

nhanh chóng thống nhất cho ý tưởng như hình khối kiến trúc, tỷ lệ kính trên tường (window-to-wall

ratio WWR), giải pháp kính và hệ chắn nắng, giá trị cách nhiệt của lớp vỏ công trình.

Dự án Trung tâm Đào tạo cán bộ Quản lý Năng lượng, chủ đầu tư ECC. Tư vấn giải pháp kiến

trúc từ giai đoạn thiết kế, thay đổi thiết kế kiến trúc để tối ưu hóa việc giảm nhu cầu sử dụng năng

lượng từ lớp vỏ công trình, cũng như thiết kế lại hệ thống điều hòa sao cho phù hợp. Hình dưới

thể hiện kết quả dự báo về năng lượng khi áp dụng cộng dồn các giải pháp:

Kết quả đạt được: Giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng toàn công trình tới 50%, nhưng không làm gia tăng chi phí đầu tư.

(các kết quả đề xuất không được ứng dụng do công trình có vốn đầu tư nhà nước, thay đổi mặt ngoài công trình sẽ dẫn tới đòi hỏi phê duyệt lại dự án)

4.2 – Công trình Ủy ban chứng khoán quốc gia

Bước mô phỏng năng lượng đã giúp nhóm thiết kế tính được mức tiêu thụ năng lượng của

công trình so với một mức cơ sở, để chọn ra nhóm giải pháp tối ưu nhất giúp cho việc sử dụng

năng lượng trong công trình tại giai đoạn vận hành một cách hiệu quả. Đây là một bước tiến

đột phá trong việc tinh chỉnh thiết kế đã có, khi kết quả mô phỏng năng lượng có thể giúp tăng

hiệu quả năng lượng của công trình, nhưng không làm gia tăng, thậm chí còn giảm chi phí vật

liệu và thiết bị, nhưng vẫn đảm bảo được yếu tố thẩm mỹ và công năng sử dụng của dự án.

Bước mô phỏng này có thể dùng để tìm ra nhóm giải pháp về vật liệu và thiết bị cho công

trình, cân đối về yếu tố tài chính, kỹ thuật và thẩm mỹ, thậm chí giảm chi phí đầu tư ban đầu do

tìm được giải pháp phù hợp với các yêu cầu của dự án.

So sánh các phương án dựa trên phân tích kết quả của mô phỏng năng lượng để giúp đưa

ra giải pháp phù hợp nhất. Việc lựa chọn giữa các hệ thống điều hòa thông gió có chi phí

đầu tư chênh lệch dưới 5% là rất khó khăn. Chỉ có mô phỏng năng lượng mới có thể đưa

ra được đáp án chính xác.

Kết quả giảm giảm được 31,4% mức tiêu thụ năng lượng so với mô hình cơ sở của QCXDVN 09:2013/BXD. Dự án dự kiến đăng ký chứng nhận Công trình Xanh LOTUS. (Phươngánchọncuốicùnglàphươngángiảm22.5%,dotưvấnkhôngcókinhnghiệmtriểnkhaihệ

thốngtươngtựphươngángiảm31.4%)

So sánh phương án

120.0% 100.0%

80.0% 60.0% 40.0% 20.0% 0.0%

104% 100% 104% 105% 104% 104% 100%

31.4% 18.7% 20.5% 22.5% 22.0% 26.8% 26.4%

1 3 7

% giảm sử dụng năng lượng % chênh lệch đầu tư hệ thống

Ủy ban Chứng khoán Quốc gia

(Thiết kế kiến trúc: TT-As).

5. KHẢNĂNGỨNGDỤNGCAOViệc áp dụng mô phỏng năng lượng công trình có thể ứng dụng vào tất cả loại hình dự án

cũng như tất cả các giai đoạn trong quá trình thiết kế và vận hành công trình.

Ứng dụng tại các giai đoạn trong thiết kế, và tất cả các bên liên quan trong dự án đều được

lợi từ việc chạy mô phỏng năng lượng công trình:

Các loại hình dự án có thể áp dụng quy trình tích hợp và công nghệ mô phỏng:

- Nhà ở riêng biệt như villa, biệt thự, nhà liền kề

- Khách sạn, khu nghỉ dưỡng.

- Công trình văn phòng ở các quy mô lớn nhỏ và các phân khúc

- Công trình chung cư cao tầng ở các quy mô lớn nhỏ và các phân khúc

- Công trình hỗn hợp (văn phòng, thương mại, chung cư)

- Bệnh viện, trường học, trung tâm thương mại

Ứng dụng mô phỏng năng lượng tại dự án The Villa Hội An (Thiết kế: V-Architecture). Dự án đầu tiên tại Việt Nam đạt chứng nhận Công trình Xanh HQE (Pháp).

Ứng dụng mô phỏng thông gió tự nhiên và năng lượng tại một dự án nhà ở kết hợp văn phòng tại Long Biên (Thiết kế: V-Architecture).

Ứng dụng mô phỏng năng lượng tại trụ sởlàm việc của VNCC.

Kết quả đạt được: EUI 83 kWh/m2.năm

Giảm tiêu thụ năng lượng 22% so với thiếtkế ban đầu, tương đương 360 triệu/năm. Giảm chi phí đầu tư 1.5 tỷ đồng

Ứng dụng trong thiết kế cải tạo công trình cũ. Công trình Capital Place, HCMC. Hiệu suất sử dụng năng lượng theo m2 sàn giảm 33.6%. 6. TỐIƯUHÓADẪNĐẾNTIẾTKIỆMCHIPHÍĐẦUTƯ

Trong quá trình đưa thiết kế tích hợp và mô phỏng năng lượng và ứng dụng thực tế, nhóm

giải pháp năng lượng công trình công ty Edeec thấy rằng, việc tính toán ăn khớp giữa các

thành phần thiết kế giúp phân phối đầu tư chi phí công trình hợp lý. Ví dụ: tăng chất lượng vỏ

bao, kính công trình sẽ giúp giảm chi phí hệ thống điều hòa. Chính nhờ thiết kế tối ưu và phân

phối lại chi phí đầu tư cho các hạng mục mà có thể giúp công trình tiết kiệm năng lượng hay

công trình xanh giảm được chi phí đầu tư, thay vì tăng như quan niệm thông thường. Đây

chính là điểm khác biệt lớn nhất và hiệu quả nhất của ứng dụng công nghệ mô phỏng đi kèm

với quy trình thiết kế tích hợp. Phần chi phí tiết kiệm được chủ yếu đến từ giảm công suất hệ

thống điều hòa, khác với thiết kế thông thường, công suất hệ thống điều hòa thường tính công

suất hệ thống đơn giản theo W/m2, sẽ không tiết kiệm được chi phí khi đầu tư lớn hơn cho

vỏ bao, kính công trình.

Một số ví dụ mà nhóm tư vấn giải pháp công ty Edeec đã và đang khảo sát, tư vấn thiết kế,

chỉ riêng việc tính toán lại và thay đổi nhỏ để tối ưu chi phí đã giúp các công trình sau đạt hiệu

quả như dưới đây:

I. Tính khảo sát lại tòa tháp Handico Hà Nội: Nếu tính tối ưu thiết kế có thể giảm hơn 55%

công suất hệ thống điều hòa, tương đương khoảng 40-50 tỷ đồng. Tính toán này không được

áp dụng do công trình đã thi công xong

II. Tháp 21 tầng đang thiết kế tại Hà Nội: Khảo sát điều chỉnh thiết kế cho khả năng giảm công

suất hệ thống điều hòa từ 31-45%, tương đương 12-18 tỷ đồng

III. Tháp 30 tầng, miền nam: Tính tối ưu lại toàn bộ tòa nhà, công suất hệ thống điều hòa giảm

khoảng 40%, tương đương 35-40 tỷ đồng.

IV. Tháp văn phòng 19 tầng tại Hà Nội: Tính sơ bộ và bổ sung một vài điều chỉnh về vật liệu,

vỏ bao, thiết bị thu hồi nhiệt đã có thể giảm hệ thống gần 60%, tương đương khoảng 25-30

tỷ đồng.

(Một số công trình đang trong giai đoạn khảo sát hoặc thiết kế nên nhóm chúng tôi không tiện nêu tên, mong ban giám khảo thông cảm)