Công nghệ tiết kiệm năng lượng cho vỏ tòa nhà

1. Tiêu chuẩn thiết kế tiết kiệm năng lượng cho các loại công trình ở nước tôi

Tuổi thọ của một công trình có thể lên đến hơn 50 năm. Đặc biệt vào mùa hè, tiêu thụ điện của hệ thống điều hòa không khí của công trình chiếm khoảng một phần ba tổng lượng tiêu thụ điện cao điểm. Nếu lượng tiêu thụ năng lượng hàng ngày của công trình có thể giảm được, lợi ích tiết kiệm năng lượng thu được rất đáng kể. Xem xét điều này, để thúc đẩy việc sử dụng năng lượng hiệu quả mà không ảnh hưởng đến an toàn, sức khỏe và sự thoải mái của môi trường sống, các tiêu chuẩn thiết kế tiết kiệm năng lượng cho các loại công trình ở nước ta được xác định rõ ràng.

Thiết kế tiết kiệm năng lượng của vỏ công trình, ngoài việc tham khảo vùng khí hậu, còn phụ thuộc vào loại mái, trung bình hệ số truyền nhiệt (Uar), hệ số truyền sáng của kính cửa sổ (HWS), và khả năng phản chiếu ánh sáng nhìn thấy của kính ra ngoài (GRc) và bốn mục khác nên thấp hơn so với giá trị chuẩn tương ứng của chúng.

2. Tiêu chuẩn quản lý cho hệ số truyền nhiệt trung bình của tường ngoại và mái

Mái của một công trình tiếp xúc với ánh nắng mặt trời suốt cả ngày và hấp thụ một lượng lớn nhiệt động học từ bức xạ mặt trời. Nhiệt động học từ bức xạ mặt trời hấp thụ sẽ làm tăng nhiệt độ bề mặt ngoài của mái. Trong một ngày hè nắng, nhiệt độ trên bề mặt ngoài của mái thường có thể đạt giữa 40 và 50°C. Vào lúc trưa khi mặt trời chiếu sáng, nó có thể vượt quá 60°C.

Với sự chênh lệch nhiệt độ cao như vậy giữa bề mặt trong và ngoài, một mái không có tính chất cách nhiệt tốt có thể dễ dàng trở thành nguồn nhiệt lớn nhất trong nhà vào mùa hè. Do đó, các quy tắc kỹ thuật xây dựng của nước tôi liệt kê việc tăng cường hiệu suất cách nhiệt của mái như một dự án chính của quản lý tiết kiệm năng lượng xây dựng, và sử dụng hệ số truyền nhiệt trung bình của mái (Uar) làm chỉ số. Một trong các quy tắc kỹ thuật xây dựng quy định rằng hệ số truyền nhiệt trung bình của mái phải nhỏ hơn 0.8W/m2.K để kiềm chế sự truyền nhiệt do chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt trong và ngoài của mái; quy định khác rằng hệ số truyền nhiệt trung bình của tường ngoại và hệ số truyền nhiệt trung bình của cửa sổ phải thấp hơn giá trị cơ sở.

Hệ số truyền nhiệt (U value) và giá trị cách nhiệt (R value) là hai chỉ số được sử dụng để đo lường hiệu suất cách nhiệt của tường hoặc mái của một công trình. Giá trị R đại diện cho khả năng của tường hoặc mái của công trình ngăn chặn nhiệt từ việc truyền qua. Càng cao giá trị R của một tường hoặc mái, càng mạnh hiệu suất cách nhiệt của tường hoặc mái; giá trị U đại diện cho lượng dẫn nhiệt giữa bề mặt trong và ngoài của tường hoặc mái, ngược lại với ý nghĩa của giá trị R. Càng thấp giá trị U của một vật liệu xây dựng, càng tốt khả năng cách nhiệt của nó.

R=d/k
in
R: Giá trị cách nhiệt, m2.K/W
d: Độ dày vật liệu, m
k: Hệ số dẫn nhiệt, W/m.K

Nhìn chung, tường hoặc mái của một công trình được làm từ sự kết hợp của các vật liệu, và giá trị tổng cách nhiệt (Rt value) của nó được tính như sau:

Rt = Ro + d1 / k1 + d2 / k2 +…dn / kn + Ri
in
Ro: Giá trị cách nhiệt của lớp không khí mỏng trên bề mặt ngoài, m2.K/W
Ri: Giá trị cách nhiệt của lớp không khí mỏng trên bề mặt trong, m2.K/W
k: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu thành phần, W/m.K
d: Độ dày vật liệu cơ bản, m

Hệ số truyền nhiệt (U value) của tường hoặc mái của một công trình đại diện cho nhiệt trực tiếp dẫn qua mỗi đơn vị diện tích của tường hoặc bề mặt trong và ngoài của mái trong điều kiện truyền nhiệt ổn định và thời gian đơn vị dưới sự chênh lệch nhiệt độ không khí đơn vị. Giá trị của nó chính là nghịch đảo của giá trị cách nhiệt (Rt value) của tường hoặc mái, như công thức dưới đây. Càng thấp giá trị U của một vật liệu xây dựng, càng tốt khả năng cách nhiệt của nó.

U=1/Rt

Cấu trúc mái tôn cách nhiệt bằng tấm cách nhiệt PS thông thường được sử dụng để minh họa cách tính giá trị Uar. Từ ví dụ tính toán này, chúng ta cũng có thể hiểu được tác động của giá trị kháng nhiệt (giá trị R) của các vật liệu khác nhau đối với hiệu quả cách nhiệt của tường và mái. Hiệu suất kháng nhiệt của vật liệu xây dựng bê tông RC truyền thống không tốt lắm. Chỉ bằng cách sử dụng vật liệu cách nhiệt để xử lý cách nhiệt có thể đạt được kết quả tốt. Nếu cùng một công trình có các cấu trúc mái khác nhau, hệ số truyền nhiệt trung bình của mái được tính theo cách trọng số diện tích, như sau:

Uar=(Uar, 1×Ar, 1+Uar, 2×Ar, 2+…Uar, n×Ar, n)/(Ar, 1+Ar, 2+…+Ar, n)

3. Tiêu chuẩn quản lý cho hệ số truyền của cửa sổ và cửa sổ mái

Sử dụng một tấm che ánh sáng bằng kính trên mái của sảnh hoặc lối đi của một công trình có thể tăng độ sáng của ánh sáng và giảm tiêu thụ điện của đèn, điều này có ý nghĩa lớn trong việc tiết kiệm năng lượng chiếu sáng. Nhưng mặt khác, ánh sáng được giới thiệu bởi cửa sổ mái cũng giới thiệu nhiệt động của mặt trời vào phòng. Ánh sáng được giới thiệu bởi cửa sổ mái được hấp thụ bởi sàn và biến thành bức xạ dài. Do đặc tính của kính, bức xạ dài không dễ dàng xuyên qua kính và trở lại bên ngoài. Ngoài ra, vị trí đặc biệt của cửa sổ mái thường là một cửa sổ kính không thể mở. Nếu không thiết kế đúng cách, những sảnh hoặc lối đi này dễ dàng trở thành một nhà kính. Tăng tiêu thụ điện của máy điều hòa không khí.

Do đó, quy tắc kỹ thuật xây dựng quy định rằng khi có một cửa sổ mái trong suốt với góc nghiêng ngang nhỏ hơn 80 độ, và diện tích chiếu ngang (HWa) của nó lớn hơn 1.0m2, hệ số truyền nhiệt mặt trời (HWs) của cửa sổ mái trong suốt nên thấp hơn giá trị chuẩn của nó (HWsc). Tuy nhiên, điều này không áp dụng nếu bên ngoài của một công trình có hơn một nửa không gian được tiết lộ.

4. Chỉ số quản lý tiết kiệm năng lượng cho các loại công trình xây dựng khác nhau

Quy định kỹ thuật xây dựng của đất nước chúng ta sử dụng ENVLOAD như một chỉ số quản lý tiết kiệm năng lượng cho các công trình văn phòng, cửa hàng, khách sạn và bệnh viện.

5. Chỉ số đánh giá tiết kiệm năng lượng hàng ngày của các công trình xanh

Hệ thống quy tắc kỹ thuật xây dựng chỉ cung cấp các quy định tiết kiệm năng lượng cho thiết kế vỏ của công trình, nhưng không có các quy định liên quan đến hiệu suất tiết kiệm năng lượng của hệ thống điều hòa không khí và chiếu sáng, chiếm tỷ lệ lớn nhất trong tổng lượng tiêu thụ điện hàng ngày của các công trình xây dựng. Do đó, hệ thống đánh giá công trình xanh tích hợp ba khía cạnh của thiết kế tiết kiệm năng lượng vỏ công trình, thiết kế hiệu suất điều hòa không khí và thiết kế hiệu suất chiếu sáng để trở thành "chỉ số tiết kiệm năng lượng hàng ngày."

Đối với đánh giá tiết kiệm năng lượng của vỏ công trình, mức chuẩn tiêu biểu cho tiêu thụ năng lượng của vỏ của một công trình xanh được chứng nhận là nghiêm ngặt hơn 20% so với các quy định tiết kiệm năng lượng quy định trong Mã kỹ thuật xây dựng. Đánh giá tiết kiệm năng lượng của hệ thống điều hòa không khí bao gồm việc ngăn chặn thiết kế quá mức của các đơn vị chính và khuyến khích sử dụng thiết bị hiệu suất cao và công nghệ tiết kiệm năng lượng cho hệ thống điều hòa không khí. Hệ thống điều hòa không khí có thể được chia thành ba loại: điều hòa không khí trung tâm, loại cửa sổ và điều hòa không khí chia. Đối với các công trình sử dụng điều hòa không khí trung tâm, các mục đánh giá bao gồm hiệu suất công suất máy chủ HSC và hiệu suất tiết kiệm năng lượng của hệ thống điều hòa không khí EAC. Các công trình sử dụng điều hòa riêng lẻ có thể được miễn khỏi việc đánh giá thiết kế tiết kiệm năng lượng của hệ thống điều hòa không khí.