Nằm trong chuỗi series phân tích chuyên sâu của SBVN, Phần 11 giới thiệu một case study về tối ưu hóa thiết kế năng lượng cho một tòa nhà văn phòng. Thông qua mô phỏng nhiệt vật lý toàn công trình (Building Energy Modeling – BEM), SBVN đánh giá đồng thời lớp vỏ công trình và hệ thống HVAC nhằm xác định phương án thiết kế tối ưu ngay từ giai đoạn tiền thiết kế, hướng tới giảm chi phí đầu tư, chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả năng lượng.

Kết quả mô phỏng cho thấy việc kết hợp tối ưu facade, sử dụng kính hiệu suất cao, nâng cao hiệu quả cách nhiệt và định cỡ hệ thống HVAC theo tải lạnh thực tế giúp công trình tiết kiệm 30,1% năng lượng so với QCVN 09:2017, đồng thời giảm chi phí vận hành hệ thống điều hòa từ 43,94 tỷ VNĐ xuống còn 30,25 tỷ VNĐ mỗi năm, tương đương gần 13,7 tỷ VNĐ/năm. Case study này tiếp tục cho thấy mô phỏng năng lượng không chỉ tối ưu hiệu suất công trình mà còn là cơ sở để Chủ đầu tư đưa ra các quyết định đầu tư hiệu quả ngay từ giai đoạn thiết kế.

1. Thông tin chung của dự án

  • Công trình: Tòa nhà văn phòng
  • Địa điểm: Thái Nguyên
  • Mục tiêu: Tối ưu hiệu quả năng lượng tổng thể, giảm triệt để chi phí đầu tư hệ thống HVAC, và tối ưu hóa chi phí vận hành dài hạn, hướng tới các chứng chỉ năng lượng và công trình xanh.
  • Công việc thực hiện: Kiểm tra, đánh giá tiềm năng từ hồ sơ thiết kế hiện tại, phân tích các điểm bất hợp lý, và mô phỏng hiệu năng năng lượng để cải thiện hiệu suất, giảm lãng phí đầu tư.

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

Trong quá trình rà soát và mô phỏng thiết kế hiện trạng của dự án, đội ngũ tư vấn SBVN đã chỉ ra một số điểm nghẽn kỹ thuật. Những yếu tố này nếu không được xử lý sớm sẽ dẫn đến tình trạng dư thừa công suất hệ thống điều hòa, gây đội vốn đầu tư và lãng phí điện năng tiêu thụ (chiếm 40-60% tổng điện năng tòa nhà).

  • Vấn đề 1: Tính toán tải lạnh và chọn công suất thiết bị (HVAC) chưa chính xác

Các khu vực có đặc thù sử dụng khác nhau đang bị tính toán và chọn máy lạnh sai lệch. Ví dụ, khu vực “Không gian vui chơi giải trí” theo tính toán cần 159.6 W/h/m2 nhưng lại chọn dàn lạnh công suất 300 W/h/m2. Tương tự, khu văn phòng thông thường cần 183-189 W/h/m2 nhưng chọn thiết bị 250W/h/m2.

Sự thiếu khớp nối giữa tính toán và lựa chọn thiết bị khiến công suất dàn lạnh bị dư thừa, gây hao phí vốn đầu tư và năng lượng khi vận hành ở mức tải thấp.

  • Vấn đề 2: Phân bổ và kiểm soát vùng chưa tối ưu

Theo thiết kế cũ, các tầng văn phòng từ 7-27 ở góc Đông Nam có diện tích kính lớn hơn hẳn sẽ chịu bức xạ mặt trời cao hơn so với các tầng 29-40. Tuy nhiên, dàn lạnh được chọn lại có cùng công suất. Hơn nữa, việc sử dụng 1 dàn lạnh công suất lớn cho cả khu vực gần cửa sổ và bên trong là chưa hợp lý.

Khu vực gần cửa sổ chịu nắng cần làm mát nhiều hơn, trong khi khu vực lõi bên trong lại mát sẵn. Việc dùng chung một thiết bị sẽ dẫn đến tình trạng “trong lạnh, ngoài nóng”, gây bất tiện cho người sử dụng, tạo xung đột hệ thống điều khiển và làm thiết bị (FCU) phải hoạt động ồn ào hơn bình thường.

  • Vấn đề 3: Lựa chọn thông số kính và hệ số hoạt động đồng thời chưa hợp lý

– Thiết kế vỏ công trình đang dùng kính trắng SHGC cao lên tới 0.7 – 0.56 khiến điều hòa phải hoạt động nhiều hơn.

– Hệ số đồng thời được giả định thấp (0,648 cho khối đế; 0,567 cho khối văn phòng, tương đương chỉ 56–64% máy lạnh hoạt động cùng lúc), làm tăng nguy cơ thiếu công suất lạnh trong giờ cao điểm.

– Hệ thống sử dụng 03 chiller trung tâm không có biến tần, dẫn đến tiêu thụ nhiều điện năng khi vận hành ở tải thấp và không đáp ứng định hướng tiết kiệm năng lượng theo QCVN 09:2017.

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

Để giải quyết các vấn đề trên, SBVN thực hiện mô phỏng năng lượng chuyên sâu và đề xuất giải pháp tối ưu đồng bộ giữa Kiến trúc và Cơ điện (MEP).

  1. Tối ưu lớp vỏ công trình (đặc biệt là hệ thống kính): SBVN đề xuất thay kính trắng thông thường bằng kính Low-E hiệu suất cao. Phân tích CFD cho thấy kính trắng làm tăng tải lạnh, khiến hệ thống phải vận hành ở công suất lớn và có thể làm nhiệt độ phòng giảm xuống 18,6°C. Với kính có SHGC 0,17 – 0,37 kết hợp giải pháp cách nhiệt, tải lạnh cực đại được giảm đáng kể, đồng thời duy trì nhiệt độ phòng ổn định khoảng 25°C mà không gây lãng phí năng lượng.
  2. Tối ưu hệ thống HVAC: Trên cơ sở tải lạnh mới, SBVN định cỡ lại toàn bộ hệ thống HVAC, giúp tổng công suất lạnh khu văn phòng giảm từ 13.490 kW xuống 9.410 kW. Đồng thời, hệ thống được khuyến nghị sử dụng biến tần (VFD/VSD) cho chiller, bơm và quạt để điều chỉnh công suất theo tải thực tế, nâng cao hiệu suất vận hành và đáp ứng QCVN 09:2017/BXD.

4. Kết quả kinh tế và kỹ thuật của các giải pháp tối ưu hóa thiết kế năng lượng khách sạn

  • Hệ thống Chiller & Thiết bị toàn nhà: Tổng ước tính chi phí đầu tư giảm từ ~155.79 tỷ VNĐ xuống còn ~101.18 tỷ VNĐ ở phương án dùng kính hiệu năng cao (SHGC 0.17 & 0.21). Tổng mức tiết kiệm CAPEX cho hệ thống HVAC có thể lên đến ~54.6 tỷ VNĐ (chưa tính phần tiết kiệm bổ trợ từ máy phát điện, biến áp, đường ống, v.v.).
SBVN Showcase #11: Comparison of chiller plant capacity and HVAC capital cost across different design options
Hình 1: Công suất tính toán phòng máy Chiller và chi phí đầu tư hệ thống HVAC
  • Hệ thống FCU: Nếu thiết kế cũ tốn khoảng 23.01 tỷ VNĐ cho khu vực văn phòng, phương án đề xuất chỉ cần 10.94 tỷ VNĐ. (Tiết kiệm ~12 tỷ VNĐ, tức hơn 50%).
  • Năng lượng tiêu thụ: Giảm mạnh từ 12,774 MWh/năm xuống mức 8,820 MWh/năm.
SBVN Showcase #11: Comparison of total annual energy consumption (MWh/year) across different energy design optimization scenarios
Hình 2: Năng lượng vận hành (MWh/năm)
  • Chi phí vận hành hệ thống điều hòa giảm từ 43.94 tỷ VNĐ/năm xuống chỉ còn 30.25 tỷ VNĐ/năm (tiết kiệm gần 13.7 tỷ VNĐ mỗi năm).
SBVN Showcase #11: Comparison of annual HVAC operating costs across different energy design optimization scenarios
Hình 3: Chi phí vận hành (Tỷ VNĐ/năm)
  • So sánh với Quy chuẩn: Giải pháp này tiết kiệm hơn 30.1% điện năng so với một tòa nhà chỉ tuân thủ ở mức cơ bản của QCVN 09:2017.
SBVN Showcase #11: Comparison of the building's energy consumption against the QCVN 09:2017 energy performance requirements
Hình 4: So sánh với quy chuẩn 09:2017

5. Kết luận

Tối ưu hóa thiết kế năng lượng thông qua mô phỏng và phân tích năng lượng chuyên sâu ngay từ giai đoạn tiền thiết kế không chỉ là nền tảng để hướng tới các chứng chỉ công trình xanh, mà còn là công cụ kỹ thuật giúp Chủ đầu tư loại bỏ lãng phí, tối ưu chi phí đầu tư (CAPEX), giảm chi phí vận hành (OPEX) và nâng cao hiệu quả tài chính trong suốt vòng đời dự án.

Case study này cũng khẳng định rằng một thiết kế vỏ bao che tối ưu sẽ quyết định quy mô và hiệu suất của hệ thống MEP. Đầu tư đúng ngay từ giai đoạn thiết kế không chỉ mang lại giá trị kinh tế lâu dài mà còn góp phần giảm phát thải và đáp ứng các mục tiêu phát triển bền vững.