Giải pháp tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà văn phòng: Đánh giá và mô hình dự đoán tiêu thụ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1. Xác định vấn đề nghiên cứu

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4. Đóng góp dự kiến của nghiên cứu

1.4.1. Đóng góp về mặt học thuật

1.4.2. Đóng góp về mặt thực tiễn

1.5. Bố cục của luận văn

1.6. Công trình xanh

1.7. Phát triển bền vững

1.8. Tòa nhà sử dụng hiệu quả năng lượng:

1.9. Lớp vỏ công trình

1.10. Chỉ số truyền nhiệt tổng OTTV

1.11. Trí tuệ nhân tạo (AI)

1.12. Các dòng năng lượng điển hình trong tòa nhà

1.13. Các tiêu chí đánh giá sử dụng năng lượng hiệu quả

1.14. Tình hình phát triển công trình xanh tại Việt Nam

1.15. Bộ Xây dựng với phát triển công trình hiệu quả năng lượng ở Việt Nam

1.16. Các nghiên cứu liên quan đã công bố

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Quy trình nghiên cứu

2.2. Thu thập dữ liệu

2.2.1. Quy trình thu thập dữ liệu

2.2.2. Thiết kế bảng câu hỏi khảo sát

2.2.3. Xác định cỡ mẫu

2.2.4. Kỹ thuật lấy mẫu

2.2.5. Sàn lọc dữ liệu

2.3. Công cụ phân tích dữ liệu

2.3.1. Kiểm định độ tin cậy thang đo

2.3.2. Phương pháp xếp hạng

2.3.3. Kiểm định Kiểm định One Sample T-Test

2.3.4. Kiểm định bài toán đa mẫu

2.4. Phần mềm mô phỏng mức tiêu thụ năng lượng DesignBuilder:

2.5. Thuật toán Random Forest

2.5.1. Tổng quan thuật toán

2.5.2. Quy trình xây dựng mô hình Random Forest

2.5.3. Đánh giá độ chính xác của mô hình RF

2.6. Xây dựng mô hình dự đoán mức tiêu thụ năng lượng

2.7. Phần mềm được sử dụng trong nghiên cứu

3. CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC GIẢI PHÁP VÀ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU NGHIÊN CỨU

3.1. Xác định các giải pháp nghiên cứu

3.2. Mã hóa biến dữ liệu khảo sát

3.3. Phân tích các đặc điểm của mẫu nghiên cứu

3.3.1. Sự phù hợp của đối tượng khảo sát

3.3.2. Số năm công tác của đối tượng khảo sát

3.3.3. Chuyên môn của đối tượng khảo sát

3.3.4. Chức vụ của đối tượng khảo sát

3.3.5. Vai trò của đối tượng khảo sát

3.3.6. Loại dự án mà các ĐTKS đã từng tham gia

3.4. Kiểm định độ tin cậy thang đo

3.5. Xếp hạng các giải pháp

3.6. Kiểm định bài toán một mẫu

3.7. Kiểm định bài toán đa mẫu

3.7.1. Phân tích khác biệt trung bình đối với chuyên môn của các ĐTKS

3.7.2. Phân tích khác biệt trung bình đối với kinh nghiệm của các ĐTKS

3.7.3. Phân tích khác biệt trung bình đối với vai trò của các ĐTKS

3.8. Tóm tắt chương 4

4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ ĐOÁN MỨC TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG

4.1. Xác định xác tham số thiết kế

4.2. Mô phỏng mức TTNL điện cho tòa nhà văn phòng bằng phần mềm DesignBuilder

4.2.1. Quy trình xây dựng mô hình mô phỏng

4.2.2. Thông tin mô hình

4.2.3. Kết quả mô phỏng:

4.3. Mô hình dự đoán mức TTNL điện cho tòa nhà văn phòng bằng thuật toán Random Forest trên ngôn ngữ lập trình Python

4.3.1. Quy trình xây dựng mô hình dự đoán

4.3.2. Dữ liệu và tham số mô hình RF

4.3.3. Kiểm tra kết quả mô hình dự đoán

4.3.4. Giao diện mô hình dự đoán

4.4. Tóm tắt chương 5

5. CHƯƠNG 5: CÁC GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO TÒA NHÀ

5.1. Tối ưu thiết kế thụ động

5.1.1. Hướng công trình

5.1.2. Tỷ lệ cửa sổ trên tường

5.1.3. Phân vùng không gian và thiết kế cảnh quan hiệu quả

5.1.4. Kết cấu che nắng

5.2. Giảm chỉ số truyền nhiệt tổng OTTV và tối ưu lớp vỏ công trình

5.2.1. Sử dụng vật liệu có hệ số truyền nhiệt thấp cho mái

5.2.2. Sử dụng vật liệu có hệ số truyền nhiệt thấp cho tường

5.2.3. Sử dụng kính bao che có hệ số hấp thụ nhiệt thấp

5.2.4. Sử dụng vật liệu hoàn thiện bề mặt công trình có hệ số SRI cao

5.2.5. Lắp đặt mái xanh, tường xanh cho công trình:

5.3. Làm mát công trình

5.3.1. Thông gió tự nhiên

5.3.2. Điều hòa không khí

5.4. Giảm mật độ công suất chiếu sáng

5.5. Sử dụng hệ thống điều khiển chiếu sáng

5.6. Năng lượng tái tạo

5.7. Tóm tắt chương 6

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC 1: THÔNG TIN CHUYÊN GIA

PHỤ LỤC 2: BẢNG CÂU HỎI KHẢO SÁT

PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ KIỂM ĐỊNH ĐỘ TIN CẬY THANG ĐO LẦN KIỂM TRA THỨ NHẤT

PHỤ LỤC 4: KẾT QUẢ MÔ HÌNH DỰ ĐOÁN

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Giới thiệu về tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà văn phòng

Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng toàn cầu, việc tìm kiếm và áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà văn phòng trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. Nghiên cứu này nhằm đánh giá các giải pháp năng lượng hiệu quả và đề xuất một mô hình dự đoán tiêu thụ năng lượng cho các tòa nhà văn phòng tại Thành phố Hồ Chí Minh. Tòa nhà văn phòng không chỉ tiêu tốn một lượng lớn năng lượng trong quá trình vận hành mà còn ảnh hưởng đến môi trường và chất lượng cuộc sống của con người. Việc áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng không chỉ giúp giảm chi phí vận hành mà còn góp phần vào phát triển bền vững.

1.1. Tình hình tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà

Theo thống kê, khoảng một phần ba năng lượng toàn cầu được tiêu thụ trong các tòa nhà, trong đó tòa nhà văn phòng chiếm một tỷ lệ đáng kể. Việc tiêu thụ năng lượng này không chỉ đến từ các thiết bị điện mà còn từ các yếu tố như thiết kế kiến trúc, hướng tòa nhà, và vật liệu xây dựng. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa thiết kế và sử dụng các công nghệ tiết kiệm năng lượng có thể giảm thiểu đáng kể mức tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà văn phòng.

II. Phân tích các giải pháp tiết kiệm năng lượng

Nghiên cứu đã xác định 32 giải pháp tiết kiệm năng lượng có ảnh hưởng lớn đến khả năng tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà văn phòng. Các giải pháp này bao gồm việc tối ưu hóa hệ số hiệu quả năng lượng của máy điều hòa không khí, điều chỉnh hướng tòa nhà, và sử dụng vật liệu xây dựng có hệ số truyền nhiệt thấp. Đặc biệt, việc giảm mật độ công suất chiếu sáng và tối ưu hóa tỷ lệ cửa sổ trên tường cũng được nhấn mạnh là những yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả năng lượng. Nghiên cứu đã áp dụng phương pháp xếp hạng giá trị trung bình để đánh giá mức độ đồng ý của các đối tượng khảo sát đối với các giải pháp này.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu thụ năng lượng

Một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tiêu thụ năng lượng bao gồm hệ số hiệu quả năng lượng của thiết bị, hướng tòa nhà và tỷ lệ cửa sổ trên tường. Cụ thể, hướng tòa nhà có thể ảnh hưởng đến lượng ánh sáng tự nhiên và nhiệt độ bên trong, từ đó tác động đến mức tiêu thụ năng lượng cho hệ thống điều hòa không khí. Việc sử dụng vật liệu xây dựng có hệ số truyền nhiệt thấp cũng giúp giảm thiểu năng lượng tiêu thụ trong việc làm mát và sưởi ấm tòa nhà.

III. Mô hình dự đoán tiêu thụ năng lượng

Nghiên cứu đã xây dựng một mô hình dự đoán tiêu thụ năng lượng bằng cách kết hợp mô hình vật lý và mô hình thống kê sử dụng thuật toán Random Forest. Mô hình này sử dụng các tham số chính đã được xác định từ các giải pháp tiết kiệm năng lượng, cho phép dự đoán mức tiêu thụ năng lượng điện cho các tòa nhà văn phòng. Qua việc mô phỏng và tạo ra bộ dữ liệu mức tiêu thụ năng lượng, mô hình đã được kiểm tra và đánh giá độ chính xác. Kết quả cho thấy mô hình có khả năng dự đoán chính xác mức tiêu thụ năng lượng dựa trên các tham số đầu vào.

3.1. Quy trình xây dựng mô hình

Quy trình xây dựng mô hình dự đoán bao gồm việc thu thập dữ liệu từ các tòa nhà văn phòng, phân tích và lựa chọn các tham số thiết kế phù hợp. Sử dụng phần mềm Design Builder để mô phỏng mức tiêu thụ năng lượng, dữ liệu thu được sẽ được sử dụng để đào tạo và kiểm tra mô hình Random Forest. Kết quả cho thấy mô hình không chỉ giúp dự đoán chính xác mức tiêu thụ mà còn cung cấp thông tin hữu ích để đánh giá hiệu quả của các giải pháp tiết kiệm năng lượng.

IV. Đề xuất các giải pháp thiết kế tiết kiệm năng lượng

Cuối cùng, nghiên cứu đã đề xuất một số giải pháp thiết kế tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà trong giai đoạn thiết kế. Các giải pháp này bao gồm tối ưu hóa thiết kế thụ động, sử dụng vật liệu xây dựng có hiệu suất cao, và áp dụng công nghệ năng lượng tái tạo. Những giải pháp này không chỉ giúp giảm tiêu thụ năng lượng mà còn tạo ra môi trường sống thoải mái và bền vững cho người sử dụng.

4.1. Tối ưu hóa thiết kế thụ động

Tối ưu hóa thiết kế thụ động là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để tiết kiệm năng lượng trong tòa nhà. Việc điều chỉnh hướng công trình, tỷ lệ cửa sổ trên tường và thiết kế cảnh quan hiệu quả đều có thể góp phần giảm thiểu nhu cầu sử dụng năng lượng. Ngoài ra, việc sử dụng mái xanh và tường xanh cũng được khuyến khích nhằm cải thiện chất lượng không khí và giảm nhiệt độ xung quanh.

Đánh giá giải pháp tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà văn phòng và mô hình dự đoán tiêu thụ năng lượng