Nội dụng:
1. Giới thiệu: Sử dụng hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà
1.1. Tiêu thụ năng lượng theo hệ thống thiết bị tòa nhà
1.2. Chiến lược về hiệu quả năng lượng
1.2.1. Giai đoạn thiết kế và xây dựng:
1.2.2. Giai đoạn vận hành và bảo trì:
# Vận hành
• Loại trừ lãng phí năng lượng
• Vận hành linh hoạt đạt hiệu suất cao
# Bảo trì Hiệu quả năng lượng
• Bảo trì phòng ngừa
• Bảo trì tập trung vào năng lượng (energy-focused)
# Đánh giá việc sử dụng năng lượng
# Cải tạo/Nâng cấp công trình
# Xây dựng Hệ thống Quản lý Năng lượng
# Thu hút người sử dụng tòa nhà vào sử dụng năng lượng hiệu quả
# Tích hợp giao thông Xanh và Giờ/Nơi làm việc linh hoạt
2. Sử dụng Năng lượng hiệu quả ở mọi hệ thống kỹ thuật của tòa nhà
2.1 Hệ thống điều hòa không khí (AC)
2.2 Hệ thống thông gió
2.3 Hệ thống chiếu sáng
2.4 Tải phích cắm và đồ dùng điện 220V
2.5 Thang máy và thang cuốn
2.6 Hệ thống năng lượng tái tạo
3. Kết luận và khuyến nghị
1. Giới thiệu: Sử về dụng hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà
Các tòa nhà là một trong những nơi tiêu thụ năng lượng lớn nhất, chiếm khoảng 30% đến 40% nhu cầu năng lượng toàn cầu. Với mối lo ngại ngày càng tăng về biến đổi khí hậu và chi phí năng lượng tăng cao, việc cải thiện hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà đã trở nên cần thiết. Hiệu quả năng lượng bao gồm việc sử dụng ít năng lượng hơn để đạt được cùng mức độ dịch vụ và sự thoải mái, và nó đóng vai trò quan trọng trong phát triển bền vững.
1.1. Tiêu thụ năng lượng theo hệ thống thiết bị tòa nhà
Năng lượng trong các tòa nhà chủ yếu được tiêu thụ thông qua:
• Hệ thống sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC)
• Hệ thống chiếu sáng
• Tải ổ cắm 220V (thiết bị văn phòng, đồ dùng điện)
• Thang máy và thang cuốn
• Hệ thống nước nóng sinh hoạt
• Hệ thống năng lượng tái tạo (ví dụ: tấm pin mặt trời)
1.2. Chiến lược về hiệu quả năng lượng
Hiệu quả năng lượng cần được thực hiện trong suốt vòng đời của tòa nhà:
1.2.1 Giai đoạn thiết kế và xây dựng:
• Kết hợp thiết kế thụ động, cách nhiệt và bố trí thông minh qua mô hình hóa năng lượng (cần bắt đầu ở thời điểm thiết kế ý tưởng), để giảm thiểu nhiệt truyền vào/ra tòa nhà và sinh ra trong tòa nhà - như vậy làm giảm tải và tiêu thụ năng lượng của của các hệ thống thiết bị, nhất là hệ thống làm lạnh (hệ thống tiêu thụ nhiều năng lượng nhất)
• Thiết kế các hệ thống thiết bị (làm lạnh, thông gió, ánh sáng ,...) có hiệu suất năng lượng cao và như vậy làm giảm tiêu thụ năng lượng của của các hệ thống tiêu thụ điện trong tòa nhà
• Tích hợp các hệ thống điều khiển, giám sát, vận hành các thiết bị, giúp các thiết bị có thể được hoạt động/vận hành một cách linh hoạt (luôn thay đổi chế độ hoạt động/vận hành cho phù hợp) tùy theo tải/yêu cầu thực tế (thường xuyên thay đổi), sao cho hiệu quả luôn đạt được ở mức cao.
• Tích hợp hệ thống quản lý tiêu thụ năng lượng: đo đạc và ghi chép sô liệu vận hành và tiêu thụ năng lượng và áp dụng các phần mềm phân tích các dữ liệu, giúp nâng cao hiểu biết về việc sử dụng năng lượng, về cách thức hoạt động của thiết bị và tìm ra các cơ hội nâng cao hiệu quả năng lượng
• Áp dụng Công nghệ thông minh mới, IoT, AI và máy học để nâng cấp hệ thống điều khiển và hệ thống quản lý tiêu thụ năng lượng, để nâng cao khả năng vận hành linh hoạt
• Cao cấp hơn nữa là tích hợp hệ thống vận hành tự động toàn bộ các thiết bi của hệ thống, để luôn đạt hiệu quả năng lượng cao nhất ở tất cả các thời điểm, điều kiện hoạt động.
• Tích hợp các thiết bị thu hồi năng lượng; thu hồi năng lượng từ khí/chất thải để giảm tiêu thụ năng lượng
• Tích hợp Hệ thống năng lượng tái tạo: sản suất ra điện từ năng lượng tái tạo, giảm sử dụng điện từ lưới điện
1.2.2 Giai đoạn vận hành và bảo trì:
# Vận hành
• Loại trừ lãng phí năng lượng
Lãng phí năng lượng đề cập đến việc sử dụng năng lượng không cần thiết hoặc quá mức cần thiết hoặc để năng lượng bị thất thoát ra bên ngoài một cách phí phạm
Ví dụ:
+ Đèn: sáng hơn yêu cầu, vẫn sáng khi không cần thiết, không tận dụng ánh sáng tự nhiên (cần tắt bớt đèn khi có ánh sáng tự nhiên, …)
+ Thiết bị vẫn hoạt động, khi không cần thiết (AC bật sớm hơn, tắt muộn hơn cần thiết, thiết vị VP vẫn hoạt động khi hết giờ làm việc/tạm dừng làm việc)
+ Nhiệt độ phòng lạnh hơn mức cần thiết
+ Khí mới được cấp vào tòa nhà nhiều hơn cần thiết
+ Khí lạnh bị thất thoát ra bên ngoài qua mở cửa, qua các khe hở,…
+ …
• Vận hành linh hoạt để đạt được hiệu quả năng lượng cao ở các thời điểm hoạt động/yêu cầu tải khác nhau
Hiệu quả năng lượng đề cập đến việc sử dụng ít năng lượng hơn /ít chi phí hơn để thực hiện cùng một nhiệm vụ/dịch vụ.
Ví dụ về vận hành linh hoạt:
+ Thời gian bật tắt AC được cài đặt lại linh hoạt tùy theo thời tiết, ngày làm việc trong tuần
+ Cài đặt lại thường xuyên nhiệt độ nước lạnh, nước ngưng tụ, lưu lượng nước lạnh/nhưng tụ, tốc độ quạt của Cooling tower, … để đạt hiệu quả năng lượng cao của hệ thống Chiller ở các điều kiện tải khác nhau.
Xem thêm thông tin ở đây:
Link: https://greenyourbuilding.com.vn/toi-uu-hoa-nang-luong-cua-he-thong-chiller
Cải tạo/Nâng cấp công trình
Nâng cấp, sửa đổi hoặc hiện đại hóa các hệ thống và cấu kiện xây dựng hiện có nhằm cải thiện hiệu quả năng lượng, an toàn, tiện nghi và tính bền vững mà không cần phá dỡ hoặc xây dựng lại toàn bộ kết cấu. Phương pháp này đặc biệt hữu ích đối với các tòa nhà cũ hoặc kém hiệu quả vẫn đang hoạt động hàng ngày.
Việc cải tạo cho phép các tòa nhà hiện có thể hoạt động như những tòa nhà xanh hiện đại, đáp ứng các mục tiêu phát thải ròng bằng 0, ESG và phúc lợi của người sử dụng, đồng thời kéo dài tuổi thọ và giảm chi phí. Đây là một trong những hành động có tác động mạnh mẽ nhất đến việc giảm thiểu carbon trong môi trường xây dựng.
Các biện pháp cải tạo phổ biến:
+ Hệ thống HVAC & Cơ khí
- Nâng cấp máy làm lạnh, nồi hơi, tháp giải nhiệt, … bằng các thiết bị hiệu suất cao và hệ thống điều khiển hiện đại
- Tối ưu hóa AHU/PAU với bộ truyền động biến tần và hệ thống điều khiển hiện đại.
- Triển khai hệ thống thông gió điều khiển theo nhu cầu (DCV).
- Cải thiện khả năng cách nhiệt của ống dẫn/đường ống.
+ Hệ thống chiếu sáng
- Thay thế đèn thông thường bằng đèn LED.
- Thêm hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh (cảm biến chuyển động, cảm biến ánh sáng ban ngày).
+ Vỏ bao che tòa nhà
- Nâng cấp vật liệu cách nhiệt, cửa sổ (kính hai/ba lớp, lớp phủ Low-E).
- Sử dụng thiết bị che nắng hoặc lớp phủ phản quang để giảm hấp thụ năng lượng mặt trời.
+ Điều khiển & Tự động hóa
- Lắp đặt hoặc nâng cấp Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS).
- Tích hợp các cảm biến tiên tiến và thiết bị IoT để giám sát và tối ưu hóa.
+ Năng lượng tái tạo & Lưu trữ
- Thêm hệ thống điện mặt trời trên mái nhà, nước nóng năng lượng mặt trời.
- Tích hợp cơ sở hạ tầng lưu trữ pin hoặc sạc xe điện.
+ Hiệu quả sử dụng nước
- Thiết bị sử dụng lưu lượng thấp, tái sử dụng nước xám và xử lý nước tháp giải nhiệt.
# Xây dựng Hệ thống Quản lý Năng lượng
Hệ thống Quản lý năng lượng (EnMS) kiểm soát, giám sát một cách có hệ thống và cải thiện liên tục hiệu suất năng lượng của tòa nhà - cắt giảm chi phí năng lượng và carbon trong khi vẫn duy trì (hoặc cải thiện) sự thoải mái, sức khỏe và an toàn.
Cách tiếp cận có cấu trúc này giúp mang lại những thành công nhanh chóng, đồng thời đặt nền tảng cho sự sẵn sàng đạt mức phát thải ròng bằng 0 trong dài hạn.
Mục tiêu cốt lõi của Hệ thống:
• Giảm liên tục mức sử dụng năng lượng và chi phí (kWh/m², kWh/người, VND/m²)
• Cải thiện độ tin cậy vận hành (ổn định điểm đặt, ít lỗi hơn, ít thời gian ngừng hoạt động hơn).
• Cải thiện Chất lượng không khí (IAQ) và sự thoải mái (CO₂, PM₂.₅ , nhiệt độ/độ ẩm, tiếng ồn) mà không làm tăng tiêu thụ năng lượng
• Giảm phát thải khí nhà kính (tCO₂e)
• Tính linh hoạt tải tương tác với lưới điện
• Thể chế hóa cải tiến liên tục: Lập kế hoạch-Thực hiện-Kiểm tra-Hành động
Xem thêm thông tin ở đây:
https://greenyourbuilding.com.vn/tai-sao-can-co-he-thong-quan-ly-nang-luong
# Thu hút người sử dụng tòa nhà tham gia vào công việc sử dụng năng lượng hiệu quả
Thúc đẩy nhận thức và hành vi tiết kiệm năng lượng.
Việc này giúp họ tiết kiệm được năng lượng cho công ty của họ và đồng thời giúp giảm tải cho hệ thống AC của tòa nhà
Xem thêm thông tin ở đây:
https://greenyourbuilding.com.vn/so-tay-van-phong-xanh-va-hqnl
# Tích hợp giao thông Xanh và Giờ/Nơi làm việc linh hoạt
Hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà không chỉ dừng lại ở hệ thống HVAC, chiếu sáng hay điều khiển - mà còn mở rộng đến cách mọi người đến, sử dụng và lưu trú tại tòa nhà. Việc tích hợp giao thông xanh và giờ làm việc linh hoạt giúp giảm thiểu cả mức tiêu thụ năng lượng trực tiếp và gián tiếp liên quan đến vận hành tòa nhà và hành vi của người sử dụng.
• Giao thông Xanh: Giảm mức tiêu thụ năng lượng và lượng khí thải carbon liên quan đến việc đi lại và đỗ xe, đồng thời thúc đẩy các lựa chọn di chuyển ít carbon cho cư dân tòa nhà.
Lợi ích:
+ Giảm lượng tiêu thụ năng lượng liên quan đến giao thông vận tải.
+ Giảm tải làm mát/thông gió tại khu vực đỗ xe (giảm nhiệt động cơ).
+ Cải thiện chất lượng không khí và sức khỏe người sử dụng.
• Giờ làm việc linh hoạt: Để điều chỉnh hoạt động năng lượng của tòa nhà theo mô hình sử dụng thực tế, giảm lãng phí năng lượng từ việc sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng không cần thiết trong những giờ sử dụng thấp.
Lợi ích:
+ Giảm 10–25% tổng mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà (HVAC và chiếu sáng).
+ Nâng cao sự thoải mái và năng suất nhờ lịch trình được cá nhân hóa.
+ Giảm hao mòn hệ thống và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Xem thêm thông tin ở đây:
https://greenyourbuilding.com.vn/so-tay-van-phong-xanh-va-hqnl
2. Sử dụng Năng lượng hiệu quả ở các hệ thống kỹ thuật của tòa nhà
Năng lượng trong các tòa nhà chủ yếu được sử dụng để vận hành các hệ thống thiết bị chính sau:
2.1 Hệ thống điều hòa không khí (AC)
Chức năng: Duy trì sự thoải mái về nhiệt độ và độ ẩm trong nhà bằng cách loại bỏ nhiệt ra khỏi tòa nhà.
Hệ thống AC tương đối phức tạp, bao gồm nhiều thiết bị: Máy làm lạnh, quạt, máy bơm, bộ xử lý không khí, tháp giải nhiệt, ống gió, cửa phân phối gió, các van điều tiết,... Hiệu quả năng lượng của AC không chỉ phụ thuộc vào hiệu quả của từng thiết bị mà còn phụ thuộc nhiều vào sự liên kết hoạt động của các thiết bi đó.
Tải của hệ thống phụ thuộc vào Khả năng cách nhiệt của tòa nhà (nhiệt vào nhà qua vỏ bọc tòa nhà), Nhiệt sinh ra trong tòa nhà (nhiệt từ các thiết bị ở trong tòa nhà sinh ra). Tải này luôn thay đổi, theo thời tiết và hoạt động trong tòa nhà.
Và ở các tải khác nhau, các thiết bị của hệ thống AC cần có các chế độ hoạt động/vận hành khác nhau để có thể đạt được hiệu quả năng lượng cao. Vì vậy, để vận hành hệ thống AC một cách hiệu quả về năng lượng, cần luôn phải điều chỉnh chế độ làm việc của các thiết bị sao cho hiệu quả đạt được là tốt nhất có thể.
Các biện pháp hiệu quả:
• Giảm thiểu tải cho Hệ thống AC
+ Giảm nhiệt truyền vào tòa nhà qua truyền nhiệt qua vỏ bọc
+ Chỉ cung cấp vừa đủ khí mới vào tòa nhà
+ Giảm thiểu khí lọt vào tòa nhà qua các khe hở
+ Giảm thất thoát nhiệt qua các cửa mở
+ Giảm nhiệt sinh ra trong tòa nhà từ các thiết bị bên trong (đèn, thiết bị VP, đồ dùng điện,…)
• Các thiết bị của hệ thống AC có hiệu quả năng lượng cao và sự phù hợp/đồng bộ của các thiết bị trong hệ thống
• Có hệ thống điều khiển, giám sát và ghi chép số liệu phù hợp, có thể hỗ trợ vận hành linh hoạt (thay đổi các chế độ hoạt động của các thiết bị trong hệ thống một cách nhanh chóng và đúng thời điểm)
• Có hệ thống giám sát, ghi chép và phân tích tiêu thụ năng lượng để hiểu rõ năng lượng được sử dụng như thế nào
• Phân tích các số liệu tiêu thụ năng lương trong mối tương quan với các số liệu hoạt động/vận hành và từ đó đưa ra các cảnh báo về tiêu thụ chưa đạt yêu cầu , cũng như xác đinh các cơ hội và giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
• Vận hành hệ thống AC một cách linh hoạt ở mọi thời điểm hoạt động (real time) để luôn đạt hiệu quả về năng lượng và hiệu quả về chi phí năng lượng tốt nhất có thể
(đây là mấu chốt quan trọng và cũng là khó nhất, nhưng hiệu quả nhất trong việc đạt được hiệu quả năng lượng trong vận hành tòa nhà)
Xem thêm:
Link: https://greenyourbuilding.com.vn/toi-uu-hoa-nang-luong-cua-he-thong-chiller
https://greenyourbuilding.com.vn/ sẽ có những bài viết sâu hơn về đề tài này
2.2 Hệ thống thông gió
Chức năng: Cung cấp không khí trong lành từ bên ngoài vào nhà (cung cấp ô xy) và thải ra ngoài qua khí thải các chất gây ô nhiễm sinh ra trong nhà (CO2, mùi, VOC, CO, ...)
Do khí cấp từ bên ngoài vào nhà là khi nóng và ẩm, nên khí này cần được làm lạnh và hạ ẩm, đo đó tiêu tốn nhiều năng lượng. Vì vậy lượng khí cấp vào nhà cần được điều khiển sao cho chỉ vừa đủ để đảm bảo yêu cầu (thường thay đổi), nếu thừa sẽ sinh ra phí phạm năng lượng.
Các biện pháp hiệu quả:
• Khí cấp mới (vào) được điều khiển sao cho luôn chỉ vừa đủ theo yêu cầu cần thiết bằng cách kiểm soát nồng độ CO₂ (tương ứng với nồng độ Ô xy) theo đúng yêu cầu.
• Khí thải ra cũng cần được kiểm soát để các chỉ số ô nhiễm (Mùi, CO, VOC, Ozone, …) ở vừa dưới mức có hại
• Thu hồi nhiệt từ khí thải ra (lạnh hơn) để làm lạnh khí cấp vào (nóng hơn), làm giảm năng lượng làm lạnh khí cấp vào.
• Khi điều kiện ngoài trời cho phép (vào một số ngày mùa Đông ở miền Bắc) dùng nhiều khí bên ngoài hơn cần thiết, để hỗ trợ làm lạnh không khí ở bên trong
• Hướng dẫn và Nâng cao ý thức về HQNL cho người sử dụng
2.3 Hệ thống chiếu sáng
Chức năng: Cung cấp ánh sáng trực quan cho các hoạt động, an ninh và an toàn.
Các biện pháp hiệu quả:
• Nâng cấp lên đèn có hiệu quả năng lượng cao: LED.
• Điều khiển tự động qua: Rơ le thời gian, cảm biến chuyển động, cảm biến cường độ ánh sáng,
• Tận dụng ánh sáng ban ngày.
• Điều chỉnh chiếu sáng theo vùng cho vừa đúng yêu cầu ở các khu vực sử dụng khác nhau.
• Hướng dẫn và Nâng cao ý thức về HQNL cho người sử dụng
2.4 Tải phích cắm và đồ dùng điện 220V
Chức năng: Cung cấp điện cho Máy tính, màn hình, thiết bị văn phòng khác và thiết bị dùng điện 220V khác
Các biện pháp hiệu quả:
• Sử dụng thiết bị được xếp hạng năng lượng cao
• Bật các cài đặt tiết kiệm điện có sẵn trong thiết bị/Hệ thống thiết bị
• Sử dụng phần mềm IT để giám sát và điều khiển hoạt động (tắt khi không dùng) của các thiết bị VP
• Sử dụng lộ ổ cắm điện thông minh và bộ hẹn giờ: chỉ cung cấp điện theo giờ được cài đặt và tắt vào những giờ còn lại
2.5 Thang máy và thang cuốn
Các biện pháp hiệu quả:
• Sử dụng hệ thống phanh có tái tạo năng lượng.
• Triển khai logic điều khiển nhóm để quản lý giao thông.
• Kích hoạt chế độ chờ hoặc chế độ ngủ khi nhu cầu giao thông thấp.
2.6 Hệ thống năng lượng tái tạo
Sản suất ra điện từ năng lượng tái tạo, giảm tiêu thụ điện từ lưới điện
Các biện pháp:
• Pin năng lượng mặt trời
• Nước nóng năng lượng mặt trời
3. Kết luận và khuyến nghị
Để đảm bảo và nâng cao hiệu quả năng lượng lâu dài trong các tòa nhà:
• Thực hiện Đánh giá việc sử dụng năng lượng (cả hai: Kiểm toán năng lượng và Nghiêm thu lại): Xác định các khu vực tiêu thụ nhiều năng lượng, tình trạng thiếu hiệu quả, và đề xuất những cải tiến tiết kiệm, cũng như điều chỉnh và tinh chỉnh các hệ thống tòa nhà để có hiệu suất tối ưu.
• Kết hợp Thiết kế hiệu quả: Sử dụng các chiến lược thụ động, mô hình hóa năng lượng và công nghệ hiệu quả.
• Quản lý, Vận hành và Bảo trì Hiệu quả năng lượng
• Áp dụng Công nghệ thông minh: IoT, AI và phân tích dữ liệu để nâng cao hiểu biết về việc sử dụng năng lượng, hỗ trợ vận hành linh hoạt, tự động hóa vận hành, …
• Thu hút người sử dụng: Thúc đẩy nhận thức và hành vi tiết kiệm năng lượng.
• Tích hợp giao thông xanh và giờ làm việc linh hoạt giúp giảm thiểu cả mức tiêu thụ năng lượng trực tiếp và gián tiếp liên quan đến vận hành tòa nhà và hành vi của người sử dụng.
Hiệu quả năng lượng không chỉ là giảm hóa đơn tiền điện mà còn là cải thiện sự thoải mái cho người sử dụng, giảm phát thải khí nhà kính và nâng cao giá trị của tòa nhà. Các kỹ sư có vai trò quan trọng trong việc tích hợp các hoạt động này vào tương lai của thiết kế và vận hành tòa nhà.
Th.S-KS Trần Quý Năng
Để có thêm thông tin xin liên hệ:
TQN EEConsulting
Tel.: 0913208060
Email: admin@greenyourbuilding.com.vn
Web: https://greenyourbuilding.com.vn/
