Tòa nhà Văn phòng dành cho Tổng công ty Phát triển Năng lượng Tái tạo Telangana (TGREDCO), Hyderabad

Giới thiệu chung

Chính quyền bang Telangana và Tổng công ty Phát triển Năng lượng Tái tạo Telangana (TGREDCO) đang cùng nhau phát triển một tòa nhà văn phòng năng lượng ròng bằng không (Net Zero Energy Building – NZEB) tương tác với lưới điện tại Hyderabad

Tòa nhà văn phòng sáu tầng này, được sử dụng chung bởi TGREDCO và Công ty TNHH Phân phối Điện Miền Nam bang Telangana (TSSPDCL), hiện đang trên đà trở thành Tòa nhà Năng lượng Net-Zero tương tác lưới điện đầu tiên của Ấn Độ, tuân thủ tiêu chuẩn ECBC.

Tòa nhà được thiết kế để đạt hiệu quả năng lượng cao và là một công trình kết nối lưới điện, đáp ứng nhu cầu năng lượng thông qua năng lượng tái tạo. Đồng thời, nó duy trì liên lạc hai chiều với lưới điện để cân bằng nhu cầu và nguồn cung cấp điện. Tính linh hoạt về nhu cầu được tích hợp trong tòa nhà, cho phép nó phản ứng với hồ sơ phụ tải của công ty điện lực và góp phần giảm tải trong các giai đoạn cao điểm. Dự án cũng sẽ tự sản xuất điện tại chỗ thông qua một nhà máy điện mặt trời áp mái công suất 179 kWp, tạo ra 271.360 kWh điện mỗi năm.

Chiến lược thiết kế

Chiến lược thụ động

Thiết kế thích ứng/ứng phó với khí hậu

Trong tòa nhà, các khu vực kỹ thuật được bố trí ở các vùng ngoại vi, giúp che chắn khỏi bức xạ mặt trời mạnh từ hướng Nam-Đông Nam/Tây-Tây Bắc. Diện tích khu vực kỹ thuật chiếm 20% tổng diện tích.

Khối nhiệt

Để duy trì thiết kế công trình nhỏ gọn, tỷ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích được giữ ở mức tối thiểu 0,25. 

Để giảm thiểu diện tích tường ngoài lộ thiên, tỷ lệ giữa Tổng diện tích sàn (GFA) và diện tích bao che bên ngoài của tòa nhà là 1,98.

Các tấm sàn bê tông cốt thép (RCC) trở thành một bánh đà nhiệt, có xu hướng duy trì nhiệt độ khô trung bình hàng tuần (DBT). Nó cũng hoạt động như một kho lưu trữ nhiệt cho việc xả nước ban đêm cũng như một kho lưu trữ mát cho các ống làm mát bức xạ được nhúng trong khối của nó. Toàn bộ khối mát được cách nhiệt tốt. Lớp cách nhiệt được đặt dưới sàn của khu vực văn phòng tầng trệt để hoàn thiện lớp bao che cách nhiệt. . Không có cầu nối nhiệt giữa các bề mặt bên ngoài và các phụ kiện che nắng.

Vỏ công trình

Các khu vực dịch vụ nằm dọc theo mặt tiền phía tây bắc và đông nam, nơi nhận được bức xạ cao nhất. Mặt tiền phía Đông Bắc có tầm nhìn thông thoáng ra hồ Hussain Sagar (từ các tầng cao hơn) và nhận ít bức xạ nhất, nên bề mặt này có rất ít bóng râm. Mặt tiền phía Tây Nam có mái che di động bên ngoài giúp kiểm soát ánh nắng mặt trời và ánh sáng chói quanh năm, đồng thời đón gió Tây. Thiết kế này tối đa hóa diện tích mặt tiền phía Tây Nam, với 60% diện tích được che nắng tốt bởi sân trong.

Gạch AAC (Autoclaved Aerated Concrete) được sử dụng trong tòa nhà giúp giảm trọng lượng kết cấu đồng thời tăng khả năng cách nhiệt. Kết cấu sàn phẳng trong tòa nhà yêu cầu ít thép gia cố hơn 10% so với các cấu trúc tòa nhà văn phòng thông thường. Cả hai yếu tố này đều góp phần giảm năng lượng tích tụ/hàm chứa của công trình.

Chiếu sáng tự nhiên

Các cửa sổ đã được tối ưu hóa để tối đa hóa ánh sáng ban ngày đồng thời giảm thiểu hấp thụ nhiệt. 

Để đảm bảo mật độ chiếu sáng được phủ đều trên mỗi tầng, tầng mặt sàn đã được giới hạn ở mức 6,5-7m đối với các cửa sổ một mặt và 13-14m đối với các cửa sổ hai mặt. Thiết lập này đảm bảo ít nhất 60% diện tích sàn có độ rọi từ 1000-2000 Lux trong 90% thời gian hoạt động thường xuyên.

Tòa nhà cũng kiểm soát hiệu quả tình trạng độ chói bằng sân trong và các mái che bên ngoài. Phân bố ánh sáng tự nhiên đồng đều trên sàn, giảm thiểu các điểm chói xuống 0,9% ASE (Annual Sunlight Exposure – Lượng phơi nắng hằng năm). Trong không gian văn phòng, nơi công việc chính là làm việc trên máy tính, 100 lux ánh sáng tự nhiên phân bố đều là đủ, loại bỏ nhu cầu sử dụng chiếu sáng nhân tạo.

Che nắng

Dự án có hai mặt đứng chính: mặt tiền Đông Bắc có mái che ngang cho ánh nắng buổi sáng và mùa hè, trong khi mặt đứng Tây Nam có sự kết hợp của lam ngang và cánh đứng nhằm kiểm soát bức xạ quanh năm ở thời điểm buổi chiều. Có một hệ thống lá chắn có thể hạ xuống cho nắng chiều vào mùa đông cho đến 16:00. Các chiến lược này mang lại hệ số che nắng tương đương (shading equivalent factor) là 1,42 cho mặt Đông Bắc và 2,4 cho mặt Tây Nam, đạt SHGC < 0,15, vượt yêu cầu của tiêu chuẩn Super ECBC.

Dự án có hai mặt tiền chính: mặt tiền hướng Đông Bắc có mái che ngang cho ánh nắng buổi sáng và mùa hè, trong khi mặt tiền hướng Tây Nam kết hợp hệ thống chiếu sáng ngang và lá chắn dọc để đón nắng buổi chiều quanh năm. Có một hệ thống lá chắn thả xuống cho ánh nắng buổi chiều vào mùa đông đến 16:00. Các chiến lược này mang lại hệ số tương đương che nắng hướng Đông Bắc là 1,42 và hướng Tây Nam là 2,4, đạt SHGC < 0,15, vượt yêu cầu của Super ECBC.

Thông gió

Gió mùa được đón vào bằng cách mở cửa sổ ở phía đón gió Tây Nam và được cho phép lưu thông và thoát ra ở phía khuất gió đối diện của tòa nhà. Các lỗ thông gió được bố trí phía trên cửa ra vào. Tấm kính chắn sáng phía trên cửa sổ cũng là một lỗ thông gió. Điều này sẽ tăng cường thông gió trong mùa đông nhờ hiệu ứng thông gió ống khói. Nhà vệ sinh và cầu thang bộ được thông gió tự nhiên và tách biệt khỏi không gian văn phòng.

Cảnh quan

Tại khu đất xây dựng, 100% diện tích cảnh quan được trồng bằng thực vật bản địa.

• Dọc theo ranh giới công trình, các loại cây hoa bản địa như hoa cát tường (Saraca asoca), hoa huệ tây (Erythrina indica) và hoa ban công (Bauhinia purpurea) sẽ được trồng.

•  Sân trong có mái che sẽ có các loại cọ cao và thấp, cùng với hoa súng trong tiểu cảnh nước. 

• Mặt tiền sẽ có các chậu cây cảnh với các loại cây hoa và cây thường xanh.

Chiến lược chủ động

Chiếu sáng tự nhiên

Tòa nhà không cần sử dụng ánh sáng nhân tạo vào ban ngày, ngoại trừ những ngày trời âm u. Hệ thống chiếu sáng được thiết kế để cung cấp ánh sáng đồng đều ở mức 100-150 LUX cho mục đích sử dụng chung. Nếu cần nhiều ánh sáng hơn, cư dân cũng có thể sử dụng đèn chiếu sáng cục bộ. Tòa nhà sẽ tuân thủ các hướng dẫn kiểm soát chiếu sáng được quy định trong ECBC 2017. Hệ thống sẽ bao gồm:

1. Đèn LED hiệu quả đạt được Mật độ công suất chiếu sáng là 2,47 W/m2, vượt xa yêu cầu của Super ECBC gần 50%.
2. Đèn có hiệu suất hơn 100 Lumen/Watt.
3. Hệ thống chiếu sáng thông minh, đặc biệt là DALI (Giao diện chiếu sáng kỹ thuật số), cho phép điều khiển riêng từng đèn để tăng tính linh hoạt, hiệu quả năng lượng và chức năng so với chiếu sáng truyền thống.
4. Cảm biến chuyển động.
5. Cảm biến ánh sáng ban ngày ở tất cả các khu vực được chiếu sáng tự nhiên.
6. Điều khiển theo lịch trình cho chiếu sáng nội thất và ngoại thất.

Chiến lược nhu cầu làm mát

Trong tòa nhà, khí tươi sẽ được cung cấp từ các Bộ Xử lý Không khí (AHU) trung tâm đặt trên mái, với một AHU cho cánh Đông và một AHU khác cho cánh Tây. Các AHU này sử dụng kết hợp giữa thu hồi nhiệt và bánh xe hút ẩm tại cửa xả và cửa hút.  Không khí trong lành cũng có thể được làm mát thêm bằng cách sử dụng cuộn nước lạnh, và bánh xe hút ẩm được tái tạo bằng bơm nhiệt kết nối với đường ống nước hồi của hệ thống làm mát bức xạ. Ngoài ra, việc phun nước lạnh vào đường dẫn khí thải giúp cải thiện hiệu suất của bánh xe thu hồi nhiệt.

Làm mát cảm nhiệt sẽ đạt được bằng cách sử dụng nước mát có nhiệt độ gần với nhiệt độ bầu ướt (WBT), được tạo ra bởi một tháp giải nhiệt hiệu suất cao. Nước mát này làm mát một kho chứa nước cách nhiệt, sau đó cấp nước cho các mạch làm mát bức xạ.

Để lưu thông không khí tươi trong các không gian văn phòng, các AHU sàn được sử dụng cùng với hệ thống thông gió dịch chuyển áp suất thấp.

Tòa nhà sử dụng các thiết bị nhiệt sau:

1. Làm mát bức xạ.
2. Làm mát bay hơi gián tiếp cho không khí trong lành .
3. Bánh xe hồi nhiệt và hút ẩm .
4. Bơm nhiệt để tái tạo chất hút ẩm, sử dụng nhiệt từ mạch hồi lưu bức xạ. 
5. Thông gió áp suất thấp.

Chiến lược giảm nhu cầu nước tưới tiêu

Các thiết bị tưới tiêu hiệu quả cao như nhỏ giọt và phun nước siêu nhỏ sẽ được sử dụng. Ngoài ra, các phương pháp tiết kiệm nước như tưới chậu sẽ được tích hợp. Kết hợp các kỹ thuật này và việc tập trung vào thảm thực vật bản địa sẽ giảm nhu cầu nước cho cảnh quan xuống mức trung bình 2,5 lít/m2/ngày.

Hệ thống xử lý nước thải sinh học (STP) bằng cách trồng cây lau sậy

Một hệ thống xử lý nước thải sinh học (STP) bãi lọc trồng cây đang được đề xuất cho dự án này vì một số lý do. Mức tiêu thụ năng lượng của nó thấp hơn đáng kể, khoảng 80% so với STP cơ học. Năng lượng duy nhất cần thiết là để bơm nước đến bãi lọc và từ bể nước đã xử lý lên mái nhà.

STP lau sậy là một giải pháp tự nhiên và ít bảo trì, chỉ cần sự chăm sóc định kỳ từ người làm vườn để duy trì cây trồng. Nó có thể được tích hợp liền mạch vào cảnh quan vì bề mặt của bãi lọc được che phủ bởi cây trồng. Loại STP này cung cấp xử lý bậc hai cho nước thải và có thể trực tiếp cung cấp nước cho cảnh quan. Khoảng 70% tổng lượng nước thải sẽ có thể tái sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau sau khi được xử lý.

Hệ thống quản lý tòa nhà

Tòa nhà sẽ được trang bị Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS) tiên tiến để tối ưu hóa hiệu quả vận hành, giám sát và điều khiển nhiều chức năng, bao gồm chiếu sáng, HVAC, an ninh và quản lý năng lượng. Hệ thống Tự động hóa Tòa nhà (BAS) bao gồm Máy chủ/ Bộ điều khiển Mạng, Bộ Điều khiển Kỹ thuật số, Trạm Quản trị và Lập trình, và Trạm Vận hành dựa trên Web. Hệ thống cung cấp khả năng điều khiển, phát hiện báo động, lập lịch và báo cáo. 

Hệ thống có thể cung cấp tính năng tối ưu hóa năng lượng dự đoán tự động (APEO) dựa trên web và hỗ trợ các chương trình Phản hồi Nhu cầu (DR) của tiện ích địa phương. Hệ thống sử dụng các giao thức truyền thông như BACnet, LonTalk™ hoặc Modbus để vận hành liền mạch.

Năng lượng tái tạo

Sản xuất năng lượng tại chỗ

Hệ thống năng lượng tái tạo được thiết kế cho tòa nhà có công suất lắp đặt 160 kWp, tạo ra sản lượng điện hàng năm là 271.360 kWh. Hệ thống có tỷ lệ hiệu suất 76,5%. Hệ thống sử dụng loại giá đỡ nghiêng cố định được đặt ở vị trí lắp đặt phẳng 4 độ, hướng về phía Tây Nam. Cấu hình này đảm bảo thu năng lượng mặt trời tối ưu.

Nhà ăn trong tòa nhà sẽ sử dụng nước nóng được tạo ra từ các tấm pin quang điện mặt trời (PV) và năng lượng tái tạo để sưởi ấm.

Đo lường

Đồng hồ đo LT được lắp đặt sẽ có khả năng ghi lại nhu cầu (kVA), mức tiêu thụ điện năng (kWh) và hệ số công suất tổng. Ngoài ra, nó sẽ hiển thị giá trị dòng điện cho từng pha và dây trung tính, đo điện áp giữa các pha và giữa mỗi pha và dây trung tính, và tổng độ méo hài (THD) được biểu thị bằng phần trăm của tổng dòng điện, theo yêu cầu của ECBC nhằm kéo dài tuổi thọ của thiết bị điện. Hệ thống đo lường sẽ tương tác với lưới điện để tạo điều kiện thuận lợi cho việc giao tiếp và tương tác với nguồn điện mặt trời được tạo ra tại chỗ

Đo lường phụ sẽ được thực hiện cho các mục đích sử dụng cuối cùng khác nhau, bao gồm:

1. Thiết bị và hệ thống HVAC.
2. Thiết bị điện.
3. Chiếu sáng.
4. Các mạch điện riêng lẻ trên mỗi tầng.
5. Nhà máy xử lý nước.
6. Bơm nước thải.
7. Bơm cứu hỏa.

Tương tác với lưới điện

Công ty Phân phối Điện Bang Telangana (TSSPDCL) đang khởi động Chương trình Phản hồi Nhu cầu (DR). Trong trường hợp xảy ra sự cố DR, TSSPDCL sẽ gửi các tín hiệu cụ thể (SMS) như đã nêu trong hợp đồng đăng ký chương trình, có thể liên quan đến giá cả, độ tin cậy hoặc cung cầu.

Các khuyến nghị bao gồm:

1. Đăng ký DR tối thiểu một năm thông qua cam kết hợp đồng, với khả năng gia hạn nhiều năm, bao phủ ít nhất 10% nhu cầu điện cao điểm ước tính.
2. Xây dựng một kế hoạch toàn diện để thực hiện cam kết hợp đồng, đề cập đến các vai trò, trách nhiệm, chi tiết hệ thống, quy trình, báo cáo, đào tạo và quản lý rủi ro nội bộ.
3. Triển khai hệ thống quản lý tòa nhà có khả năng DR hoàn toàn tự động theo thời gian thực, do công ty phân phối điện khởi tạo.
4. Đảm bảo hệ thống DR có thể tiếp nhận và phản hồi các tín hiệu bên ngoài do công ty phân phối điện tạo ra.