Nằm trong chuỗi series phân tích chuyên sâu của SBVN, bài viết Phần 7 tiếp tục mổ xẻ một case study thực tiễn về tối ưu hóa thiết kế năng lượng cho công trình hiện hữu. Thông qua mô phỏng năng lượng (Building Energy Modeling – BEM) và phân tích dữ liệu vận hành thực tế, SBVN đã đánh giá toàn diện hiện trạng công trình, xác định các yếu tố gây tiêu hao năng lượng và xây dựng lộ trình cải tạo tối ưu.

Case study này cho thấy cách tiếp cận dựa trên dữ liệu giúp Chủ đầu tư cân bằng giữa hiệu quả năng lượng, chi phí đầu tư (CAPEX), chi phí vận hành (OPEX) và thời gian hoàn vốn, từ đó đưa ra các quyết định cải tạo mang lại giá trị bền vững trong dài hạn.

1. Thông tin chung của dự án

  • Công trình: Tòa nhà văn phòng và dịch vụ thương mại
  • Địa điểm: Hà Nội
  • Mục tiêu: Giảm chi phí điện năng vận hành của hệ thống HVAC, đảm bảo tiện nghi nhiệt độ không gian làm việc và tối ưu hóa chi phí đầu tư cho công tác cải tạo.
  • Công việc thực hiện: SBVN thực hiện kiểm tra, đánh giá tiềm năng cải tạo và sử dụng mô phỏng năng lượng để tối ưu hiệu năng công trình.

2. Một số vấn đề tiêu điểm cần lưu ý tại thời điểm SBVN tiếp nhận hồ sơ dự án

Qua quá trình phân tích số liệu tiêu thụ năng lượng thực tế và đối chiếu với mô hình mô phỏng, SBVN đã xác định ba vấn đề chính làm giảm hiệu suất năng lượng của tòa nhà:

  • Hệ thống điều hòa hoạt động dưới tải: Hệ thống điều hòa hiện trạng sử dụng 6 Chiller giải nhiệt gió (công suất 1,150kW/máy) phục vụ chung cho khối thương mại và văn phòng. Theo ghi nhận vận hành, tải lạnh thực tế của tòa nhà thấp hơn mức thiết kế ban đầu (thường chỉ vận hành 3-4 máy trong thời gian cao điểm). Kết quả mô phỏng cho thấy tổng mức tiêu thụ năng lượng của toàn hệ thống là khoảng 7,372 MWh/năm, trong đó cụm Chiller chiếm tỷ trọng sử dụng điện lớn nhất.
  • Thiếu hệ thống thu hồi nhiệt (ERV): Hệ thống thông gió của khối văn phòng hiện không được trang bị bộ thu hồi nhiệt. Điều này dẫn đến sự lãng phí nhiệt lạnh qua luồng khí xả, đồng thời hệ thống HVAC phải tiêu tốn thêm năng lượng để xử lý trực tiếp luồng gió tươi từ bên ngoài, làm tăng tổng tải làm mát của tòa nhà.
  • Phụ tải nhiệt nội sinh từ thiết bị văn phòng: Phần lớn diện tích văn phòng (~16,600 m²) đang sử dụng máy tính để bàn tiêu chuẩn (công suất khoảng 80W/máy). Lượng thiết bị này không chỉ trực tiếp tiêu thụ năng lượng đáng kể mà còn gia tăng phụ tải nhiệt nội sinh, yêu cầu hệ thống điều hòa phải hoạt động với công suất cao hơn để duy trì nhiệt độ cài đặt.

3. Các giải pháp tối ưu hóa thiết kế năng lượng giúp cải thiện hiệu quả dự án

Dựa trên mô hình năng lượng đã hiệu chỉnh, SBVN tiến hành phân tích các kịch bản cải tạo và đề xuất 4 phương án kỹ thuật:

  1. Tối ưu vật liệu mặt dựng: Tại dự án này, mặt kính tầng 1 có hệ số chắn nắng (SC) là 0.79 và các tầng trên là SC 0.43 (tương đương SHGC 0.37). Kết quả mô phỏng cho thấy, phương án thay thế toàn bộ mặt dựng bằng loại kính cao cấp có SHGC 0.22 chỉ làm giảm 2.0% tổng năng lượng tiêu thụ (khoảng 150 MWh). Với mức tiết kiệm năng lượng và hiệu quả hoàn vốn chưa đủ rõ rệt, SBVN khuyến nghị Chủ đầu tư giữ nguyên phương án kính hiện tại nhằm đảm bảo sự cân bằng tối ưu giữa hiệu suất vận hành và hiệu quả đầu tư.
  2. Lắp đặt thiết bị thu hồi nhiệt (ERV): SBVN đề xuất bổ sung thiết bị xử lý không khí sơ bộ (PAU) thành PAU hồi nhiệt cho khu vực văn phòng. Thiết bị này sử dụng không khí lạnh xả bỏ để làm mát sơ bộ luồng gió tươi trước khi cấp vào bên trong. Đồng thời duy trì chất lượng không khí trong nhà (IAQ) theo tiêu chuẩn.
  3. Thay thế Chiller giải nhiệt gió bằng Chiller giải nhiệt nước: Để nâng cao hiệu suất làm mát, SBVN đề xuất thay thế 4 Chiller giải nhiệt gió hiện hữu bằng 2 Chiller giải nhiệt nước hiệu suất cao (công suất 2,200kW/máy). Chiller giải nhiệt nước sở hữu hệ số hiệu quả năng lượng (COP) cao hơn đáng kể so với Chiller giải nhiệt gió. Hai máy Chiller gió còn lại sẽ được giữ lại để vận hành hỗ trợ trong mùa đông hoặc khi tải lạnh xuống thấp.
  4. Khuyến khích chuyển đổi thiết bị văn phòng: SBVN đề xuất lộ trình phối hợp cùng khách thuê để chuyển đổi 80% máy tính để bàn (80W/máy) sang máy tính xách tay (20-25W/máy) ở những khu vực không yêu cầu cấu hình phần cứng cao. Giải pháp này giúp giảm tiêu thụ điện năng trực tiếp, đồng thời giảm nhẹ tác động nhiệt lên hệ thống điều hòa.

4. Kết quả kinh tế và kỹ thuật của các giải pháp

  • Năng lượng vận hành:
    • Giảm 170 MWh năng lượng điện khi thay thế sử dụng máy tính (giả định 80% là laptop), áp dụng cho những không gian văn phòng không có yêu cầu cao về cấu hình máy tính.
    • Tổng năng lượng vận hành giảm 1578.6 MWh
    • Năng lượng cho Chiller giảm 1658.9 MWh
    • Nâng cấp PAU giảm 502.9 MWh
SBVN Showcase #7 - Tối ưu hóa thiết kế năng lượng với giải pháp PAU hồi nhiệt
Hình 1: Phương án lắp đặt hồi nhiệt hiệu suất cao
  • Chi phí vận hành vận hành:
    • Ước tính giảm 5.4 tỷ VNĐ nhờ thay thế Chiller
    • Giảm 1.7 tỷ VNĐ chi phí vận hành / năm do nâng cấp lên PAU hồi nhiệt cho khối văn phòng
SBVN Showcase #7 - Tối ưu hóa thiết kế năng lượng bằng Chiller hiệu suất cao
Hình 2: Phương án thay thế chiller
  • Khi phối hợp triển khai đồng thời các giải pháp đã nêu trên, tổng mức tiêu thụ năng lượng của công trình được mô phỏng giảm 1.897 MWh/năm, tương đương tiết kiệm khoảng 6,53 tỷ VNĐ chi phí vận hành mỗi năm.
  • Chi phí thay thế Chiller mới ước tính 13 – 18 tỷ VNĐ  nhưng lại nâng cao hiệu quả vận hành tổng thể và rút ngắn thời gian hoàn vốn đầu tư xuống khoảng 3 – 4 năm. Có thể phối hợp với đơn vị ESCO hoặc tài chính xanh để thực hiện nếu chủ đầu tư có nhu cầu.

5. Kết luận

SBVN Showcase #7 - Tối ưu hóa thiết kế năng lượng trường hợp kết hợp cà 03 phuong án trọng tâm
Hình 3: Trường hợp kết hợp cả 03 phương án trọng tâm

Với phương án phối hợp tối ưu kết hợp phương án 3 & phương án 4, dự án ghi nhận mức giảm chi phí vận hành (OPEX) hơn 6.5 tỷ đồng/năm, đồng thời giảm lượng phát thải khí nhà kính khoảng 1,100 tấn CO2/năm. 

Chi phí đầu tư (CAPEX) cho việc thay thế cụm Chiller ước tính từ 13 đến 18 tỷ VNĐ. Dựa trên mức tiết kiệm năng lượng dự kiến, thời gian hoàn vốn (ROI) đạt khoảng 3-4 năm. Ngoài ra, Chủ đầu tư có thể xem xét các nguồn vốn vay Xanh (Green Finance) hoặc hợp tác theo mô hình ESCO để tối ưu hóa nguồn vốn đầu tư ban đầu.

Việc áp dụng mô phỏng năng lượng BEM (Building Energy Modeling) vào các công trình hiện hữu cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng chính xác. Điều này hỗ trợ quá trình ra quyết định cải tạo mang tính chiến lược, tối ưu hóa các khoản đầu tư và nâng cao tính bền vững của tòa nhà trong dài hạn.