Đặt vấn đề: Ngành xây dựng đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của đất nước, đặc biệt với đất nước đang ở giai đoạn phát triển mới như Việt Nam. Ngành xây dựng được xem như nền tảng cơ bản để phát triển về cơ sở vật chất hạ tầng và tạo động lực cho thục đẩy nền kinh tế. Đặc biệt, xây dựng đang tiêu thụ năng lượng rất lớn, và trong mọi giai đoạn công trình. Vì thế, trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay, vấn đề tiết kiệm năng lượng trong xây dựng cũng đang được đưa ra xem xét và giải quyết.
Việc cắt giảm tiêu thụ năng lượng là một trong những thách thức lớn của toàn thế giới hiện nay. Năng lượng được xem tài nguyên quan trọng nhất, có tính cốt lõi trong tất cả hoạt động kinh tế và xã hội. Theo thống kê của tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN, tại nước ta hiện nay, tỷ lệ sử dụng năng lượng của những tòa nhà cao tầng rất cao, chiếm khoảng 35 – 40% tổng năng lượng tiêu dùng toàn quốc. Đặc biệt đối với khu vực đô thị, mức độ tiêu thụ năng lượng của những tòa nhà chiếm từ 40 – 70% năng lượng được cung cung cấp cho những khu vực đô thị.
Cùng với đó là việc phát thải lượng CO2 lớn cùng với những vấn đề về ô nhiễm không khí và nhiều vấn đề khác. Trong toàn vòng đời dự án, giai đoạn vận hành tiêu thụ năng lượng lớn hơn so với những giai đoạn khác. Giảm tiêu thụ năng lượng là một trong những vấn đề thách thức nhất của thế giới, đặc biệt là với sự gia tăng dân số và tăng trưởng kinh tế. Mặc dù nhiều CĐT còn bị hạn chế đầu tư cho những giải pháp kỹ thuật để tiết kiệm năng lượng đối với công trình ngay từ khâu thiết kế, nhưng đối mặt với xu thế phát triển tất yếu của những tòa nhà xanh, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường, một số CĐT đã hướng đến việc sử dụng tiết kiệm năng lượng để giảm thiểu chi phí trong quá trình vận hành khi tòa nhà đưa vào sử dụng.
Những tòa nhà được xây dựng ngày càng nhiều, cùng với đó nhu cầu sử dụng năng lượng tăng lên. Tiết kiệm năng lượng trong tòa nhà mang lại lợi ích lớn. Không chỉ về kinh tế xã hội, việc tiết kiệm năng lượng còn có lợi ích về môi trường sinh thái. HVTH: Lê Thanh Hoàng - 1970707 Trang 1 LUẬN VĂN CAO HỌC 2022 GVHD: PGS.TS Phạm Vũ Hồng Sơn Ngày nay, phần lớn những toà nhà công trình tòa nhà thương mại và chung cư tại Việt Nam đều không tích hợp quá trình kiểm định hiệu quả tiêu hao năng lượng vào giai đoạn thiết kế và vận hành công trình.
Nguyên do dẫn đến sự lãng phí năng lượng đối với những công trình tòa nhà thường gặp như hệ thống HVAC chưa phù hợp hoặc thiếu công tác vệ sinh bão dưỡng; hay lớp vỏ của tòa nhà là vật liệu chưa đảm bảo yêu cầu về năng lượng… Việc áp dụng kiểm định hiệu quả tiêu hao năng lượng cho tòa nhà vào giai đoạn thiết kế và vận hành được xem xét và có nhiều giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả để khắc phục những nguyên nhân thường gặp nêu trên. Những biện pháp thực tế thường được áp dụng như tận dụng hợp lý những điều kiện tự nhiên (ánh sáng bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí khu vực, độ ẩm tương đối, gió, điều kiện tiện nghi…); sử dụng những vật liệu xây dựng phù hợp với khí hậu nhiệt đới và thân thiện với môi trường; hay đơn giản như sủ dụng nhiều cây xanh trong dự án công trình. Trong giai đoạn thiết kế, những phương pháp được sử dụng hiện nay để thiết kế những tòa nhà hiệu quả năng lượng thường dựa trên mô hình mô phỏng và phân tích. Để tìm những giá trị của biến thiết kế nhằm giảm tiêu thụ năng lượng, một mô hình của tòa nhà được tạo ra và những biến thiết kế được thay đổi lần lượt trong khi giữ những biến số khác không đổi.
Phương pháp này yêu cầu số lượng lớn những mô hình mô phỏng, và điều này không thể áp dụng đối với tất cả những tham số. Tuy nhiên, điểm yếu lớn nhất của phương pháp này là bỏ qua mối tương tác giữa những tham số. Do đó, một số biện pháp tiết kiệm năng lượng tiềm năng chưa được khai phá. Việc tối ưu mức độ sử dụng năng lượng của tòa nhà là rất quan trọng.
Những tòa nhà triển khai những biện pháp tiết kiệm năng lượng và thiết kế xanh giảm thiểu chi phí cho sử dụng năng lượng, nâng cao lợi nhuận và còn thân thiện, góp phần bảo vệ môi trường. Tối ưu việc sử dụng năng lượng và nâng cao hiệu quả hoạt động của những tòa nhà là vấn đề cần được nghiên cứu nhằm góp phần làm giảm chi phí cho HVTH: Lê Thanh Hoàng - 1970707 Trang 2 LUẬN VĂN CAO HỌC 2022 GVHD: PGS.TS Phạm Vũ Hồng Sơn doanh nghiệp và còn phù hợp với mục tiêu của Chính phủ, đảm bảo an ninh năng lượng, phát triển bền vững và bảo vệ môi trường. Theo thực tế nghiên cứu của Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam, nếu những tòa nhà được thiết kế một cách khoa học và hợp lý, sẽ có khả năng tiết kiệm được đến 30% lượng điện năng tiêu thụ, và giảm khoảng 30 – 50% lượng nước sử dụng cùng với hiệu quả giảm lượng khí thải CO2 từ 35% và ngoài ra còn giảm thiếu được phần lớn những loại rác thải khác. Đối với những tòa nhà văn phòng, cơ cấu sử dụng năng lượng được phân bố từ 40 – 60% cho hệ thống điều hòa không khí – chiếm tỷ lệ cao nhất, hệ thống chiếu sáng chiếm 15 – 20%, và những thiết bị văn phòng có mức độ sử dụng năng lượng khoảng 10-15% tổng mức năng lượng sử dụng của toàn tòa nhà, phần còn lại dành cho những hệ thống hay thiết bị phụ trợ khác.
Nhiều nước và khu vực trên thế giới đã sớm nhận định mức độ quan trọng của vấn đề định mức tiêu thụ năng lượng tòa nhà và tiết kiệm năng lượng, nên đã có những quy định quy chuẩn về định mức tiêu thụ năng lượng và vận hành hiệu quả. Đối mặt với những vấn đề môi trường, kinh tế và an toàn năng lượng và tầm quan trọng của việc tiết kiệm năng lượng, Bộ Xây dựng cũng đã ban hành Quy chuẩn QCVN 09:2017/BXD và trước đó là Quy chuẩn QCVN 09:2013/BXD về những công trình sử dụng năng lượng hiệu quả. Cùng với những bộ Quy chuẩn do Chính phủ ban hành, hệ thống chứng nhận Công trình xanh cũng góp phần thúc đẩy những dự án xây dựng bền vững và tiết kiệm năng lượng. Chứng nhận Công trình xanh bao gồm những chương trình và chính sách đánh giá hoạt động của một tòa nhà và hệ thống năng lượng của tòa nhà.
Hệ thống đánh giá Công trình xanh giúp thiết kế giải quyết vấn đề về môi trường và giảm lượng phát thải của những tòa nhà thông qua những yêu cầu trong quy hoạch, thiết kế và xây dựng. Hiện tại, Việt Nam chưa có một bộ chứng chỉ Công trình Xanh nào do Bộ Xây dựng đưa ra mà chỉ áp dụng một số bộ chứng chỉ cơ bản, phổ biến của thế giới. Cùng với những chứng nhận CTX thường gặp trên, còn có nhiều bộ chứng nhận CTX khác HVTH: Lê Thanh Hoàng - 1970707 Trang 3 LUẬN VĂN CAO HỌC 2022 GVHD: PGS.TS Phạm Vũ Hồng Sơn như BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method – Vương Quốc Anh); Green Star (Úc và những nước khối Châu Đại Dương); Green Mark (Singapore); … Bảng 1.1 sẽ giới thiệu sơ lược về một số chứng nhận Công trình xanh phổ biến tại Việt Nam. Quốc Tên gọi hệ Cơ quan phát Năm gia/Vùng Đặc điểm thống hành áp dụng Hội đồng Hệ thống chứng nhận CTX toàn LEED - Công trình Hoa Kỳ diện, phù hợp dự án hướng tới Leadership in xanh Hoa Kỳ và hơn nhận diện thương hiệu quốc tế.
1998 Energy and (USGBC - 135 quốc Những yêu cầu thích hợp với thị Environmental US. Green gia khác trường xây dựng tại những nước Design Building phát triển. Council) Tập đoàn Tài Hệ thống chứng nhận tập trung Khối EDGE - chính Quốc tế vào những tiêu chí Năng lượng, Quốc gia Excellence in (IFC - Nước và Năng lượng tự thân của 2013 thuộc Design for International Vật liệu, phù hợp với những dự World Greater Finance án có mục tiêu hạn chế mức tiêu Bank Efficiencies Corporation) thụ tài nguyên. Hội đồng Hệ thống chứng nhận CTX toàn Công trình diện được phát triển cho Việt xanh Việt Nam.
Những yêu cầu của Nam (VGBC 2010 Việt Nam LOTUS LOTUS được điều chỉnh nhằm – Vietnam phù hợp với thực tiễn ngành xây Green dựng, quy định của Nhà nước và building điều kiện khí hậu tại Việt Nam.1: Những chứng nhận Công trình xanh phổ biến tại Việt Nam: HVTH: Lê Thanh Hoàng - 1970707 Trang 4 LUẬN VĂN CAO HỌC 2022 GVHD: PGS.TS Phạm Vũ Hồng Sơn 1. Xác định vấn đề nghiên cứu: Vấn đề về hiệu quả sử dụng năng lượng của tòa nhà có thể được phân loại thành hai nhóm chính dựa trên phương pháp được áp dụng để tối ưu hóa: tối ưu hóa dựa trên mô phỏng liên tục (sử dụng số lượng lớn vòng lặp thay đổi tham số nhờ những phần mềm) và tối ưu hóa bằng mô hình đại diện. Tối ưu hóa dựa trên mô phỏng liên tục là sử dụng một phần mềm mô phỏng tòa nhà và kết hợp kết quả mô phỏng đó với một thuật toán tối ưu hóa. Phương pháp này thường gặp để giải bài toán tối ưu hóa mức độ sử dụng năng lượng tòa nhà được áp dụng trong nhiều nghiên cứu khác.
Tuy nhiên, vẫn còn một số thiếu sót cần được giải quyết. Đầu tiên, những thuật toán tối ưu hóa dựa trên kết quả mô hình mô phỏng (ví dụ: Thuật toán di truyền hay những thuật toán tối ưu hóa bầy đàn) sẽ sử dụng những chiến lược tìm kiếm ngẫu nhiên và yêu cầu hàng trăm đến hàng nghìn mô phỏng làm ảnh hưởng tới thời gian thực hiện. Thời gian tối ưu hóa phụ thuộc nhiều vào tham số (như số hàm mục tiêu và biến tối ưu hóa, thuật toán tối ưu hóa). Nhiều tính toán, số lần chạy tối ưu hóa có thể mất vài tuần [1][2].
Hơn nữa, vì hiệu suất dựa vào xây dựng hành vi là phi tuyến tính, thuật toán tối ưu hóa có thể sẽ gặp trường hợp tối ưu cục bộ [3]. Một phương pháp phổ biến để tránh tối ưu cục bộ là thực hiện lại quá trình tối ưu hóa với những lần khởi tạo khác nhau, và điều đó làm kéo dài thời gian tính toán [4].