Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế và đô thị hóa nhanh chóng tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng năng lượng trong các tòa nhà thương mại ngày càng tăng cao, chiếm khoảng 35-40% tổng năng lượng tiêu thụ tại các đô thị lớn như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh. Từ năm 2010 đến 2019, tổng nguồn cung năng lượng sơ cấp của Việt Nam tăng liên tục, đặc biệt là than đá, dẫn đến áp lực lớn về ô nhiễm môi trường và an ninh năng lượng quốc gia. Nghị quyết số 55 – NQ/TW của Bộ Chính trị năm 2020 đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong chiến lược phát triển bền vững ngành năng lượng Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn 2045.

Luận văn tập trung nghiên cứu ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) để mô phỏng và phân tích năng lượng tiêu thụ trong thiết kế công trình xanh, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cho các tòa nhà văn phòng hiện hữu. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên dự án khách sạn Wink Nguyễn Bỉnh Khiêm, TP. Hồ Chí Minh, trong khoảng thời gian từ tháng 12/2021 đến tháng 12/2022. Mục tiêu chính là xây dựng mô hình BIM tích hợp phần mềm IES VE để mô phỏng năng lượng tiêu thụ, từ đó đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng phù hợp, góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường và nâng cao chất lượng sống cho người sử dụng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết về công trình xanh và mô hình thông tin công trình (BIM). Công trình xanh được định nghĩa là công trình thiết kế, xây dựng và vận hành nhằm sử dụng hiệu quả tài nguyên, giảm thiểu tác động xấu đến môi trường và bảo vệ sức khỏe con người. BIM là mô hình số hóa toàn diện thông tin công trình, hỗ trợ thiết kế, thi công và vận hành hiệu quả.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Hiệu quả năng lượng: sử dụng năng lượng hợp lý, tiết kiệm trong vận hành công trình.
  • Mô phỏng năng lượng: công cụ dự báo tiêu thụ năng lượng dựa trên các thông số kiến trúc, hệ thống cơ điện và điều kiện môi trường.
  • Tiêu chuẩn công trình xanh: như LEED, LOTUS, EDGE, GreenMark, với các tiêu chí đánh giá về năng lượng, nước, vật liệu và môi trường.
  • Phân tích nhân tố khám phá (EFA): phương pháp thống kê để xác định các yếu tố thuận lợi và khó khăn trong việc ứng dụng BIM vào thiết kế công trình xanh.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu tiêu thụ điện thực tế trong 12 tháng gần nhất của tòa nhà khách sạn Wink, dữ liệu kiến trúc, hệ thống cơ điện, lịch trình hoạt động và khảo sát ý kiến chuyên gia, người sử dụng. Mô hình BIM được xây dựng trên phần mềm IES VE để mô phỏng năng lượng tiêu thụ hàng năm.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Mô phỏng năng lượng dựa trên các phương trình truyền nhiệt (dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ) và bức xạ mặt trời.
  • So sánh kết quả mô phỏng với số liệu thực tế để hiệu chỉnh mô hình.
  • Phân tích khảo sát bằng bảng câu hỏi với thang đo Likert 5 mức độ, thu thập ý kiến về các yếu tố ảnh hưởng đến việc ứng dụng BIM.
  • Phân tích thống kê mô tả, kiểm định độ tin cậy thang đo bằng hệ số Cronbach’s Alpha.
  • Phân tích nhân tố khám phá (EFA) để rút gọn và xác định các nhân tố chính.
  • Cỡ mẫu khảo sát tối thiểu 70 phiếu, đảm bảo tỷ lệ quan sát/biến đo lường 5:1.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 12/2021 đến tháng 12/2022, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, khảo sát, phân tích và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Mô phỏng năng lượng tiêu thụ: Mô hình BIM trên phần mềm IES VE cho thấy tổng tải lạnh hàng năm của tòa nhà khách sạn Wink đạt khoảng 1,2 triệu kWh, tương đương với số liệu thực tế trong hóa đơn tiền điện, sai số dưới 5%, chứng tỏ mô hình có độ chính xác cao.

  2. Ảnh hưởng của vật liệu lớp vỏ bao che: Thay đổi vật liệu cách nhiệt và giảm diện tích kính mặt ngoài giúp giảm tải nhiệt và tiêu thụ năng lượng điều hòa không khí từ 15% đến 20%.

  3. Yếu tố thuận lợi trong ứng dụng BIM: Qua khảo sát 85 chuyên gia và người dùng, các yếu tố thuận lợi được đánh giá cao gồm: khả năng tích hợp dữ liệu (điểm trung bình 4,3/5), hỗ trợ ra quyết định thiết kế (4,1/5), và nâng cao hiệu quả quản lý dự án (4,0/5).

  4. Khó khăn trong ứng dụng BIM: Các khó khăn chính gồm chi phí đầu tư ban đầu cao (điểm trung bình 4,2/5), thiếu nhân lực có kỹ năng (4,0/5), và hạn chế về phần mềm phù hợp với điều kiện Việt Nam (3,8/5).

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng năng lượng cho thấy BIM kết hợp phần mềm IES VE là công cụ hiệu quả để dự báo và tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng trong thiết kế công trình xanh. Việc thay đổi vật liệu lớp vỏ bao che và thiết kế hệ thống che nắng giúp giảm đáng kể tải nhiệt, phù hợp với đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa tại TP. Hồ Chí Minh.

Phân tích khảo sát cho thấy, mặc dù BIM mang lại nhiều lợi ích trong quản lý và thiết kế, nhưng các rào cản về chi phí và nhân lực vẫn là thách thức lớn tại Việt Nam. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, các khó khăn này tương đồng với thực trạng các nước đang phát triển, trong khi các nước phát triển đã có hệ sinh thái BIM hoàn chỉnh hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột so sánh mức độ thuận lợi và khó khăn, bảng số liệu mô phỏng năng lượng tiêu thụ theo các phương án vật liệu, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả và hạn chế của từng giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về BIM và mô phỏng năng lượng cho kỹ sư, kiến trúc sư trong vòng 12 tháng tới nhằm giảm thiểu khó khăn về nhân lực.

  2. Hỗ trợ tài chính và chính sách ưu đãi: Các cơ quan quản lý nhà nước cần xây dựng chính sách hỗ trợ tài chính, ưu đãi thuế cho các dự án ứng dụng BIM trong thiết kế công trình xanh, nhằm giảm chi phí đầu tư ban đầu trong 2 năm tới.

  3. Phát triển phần mềm BIM phù hợp với điều kiện Việt Nam: Khuyến khích các doanh nghiệp công nghệ trong nước phát triển hoặc tùy chỉnh phần mềm BIM tích hợp mô phỏng năng lượng phù hợp với khí hậu và tiêu chuẩn Việt Nam trong 3 năm tới.

  4. Tăng cường áp dụng mô phỏng năng lượng trong thiết kế và vận hành: Các chủ đầu tư và đơn vị thiết kế cần áp dụng mô phỏng năng lượng như một bước bắt buộc trong quy trình thiết kế công trình xanh, nhằm tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư, kiến trúc sư thiết kế công trình xanh: Nghiên cứu cung cấp phương pháp ứng dụng BIM kết hợp mô phỏng năng lượng giúp tối ưu thiết kế, tiết kiệm chi phí vận hành.

  2. Chủ đầu tư và quản lý dự án xây dựng: Tham khảo các giải pháp tiết kiệm năng lượng và phân tích chi phí – lợi ích để ra quyết định đầu tư hiệu quả.

  3. Nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực quản lý năng lượng và xây dựng bền vững: Tài liệu tham khảo về ứng dụng công nghệ BIM trong mô phỏng năng lượng và phân tích các yếu tố ảnh hưởng tại Việt Nam.

  4. Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển công trình xanh và ứng dụng BIM trong ngành xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

  1. BIM là gì và tại sao lại quan trọng trong thiết kế công trình xanh?
    BIM (Building Information Modeling) là mô hình số hóa toàn diện thông tin công trình, giúp tích hợp dữ liệu kiến trúc, kết cấu và hệ thống kỹ thuật. BIM hỗ trợ mô phỏng năng lượng, tối ưu thiết kế, giảm chi phí và nâng cao hiệu quả vận hành công trình xanh.

  2. Phần mềm IES VE có ưu điểm gì trong mô phỏng năng lượng?
    IES VE là phần mềm chuyên dụng cho mô phỏng năng lượng toàn diện, hỗ trợ phân tích truyền nhiệt, bức xạ mặt trời và tải lạnh. Phần mềm giúp dự báo chính xác tiêu thụ năng lượng, từ đó đề xuất giải pháp tiết kiệm hiệu quả.

  3. Các yếu tố nào ảnh hưởng đến việc ứng dụng BIM tại Việt Nam?
    Các yếu tố chính gồm chi phí đầu tư ban đầu cao, thiếu nhân lực có kỹ năng, hạn chế về phần mềm phù hợp với điều kiện địa phương và sự chấp nhận của các bên liên quan trong ngành xây dựng.

  4. Mô phỏng năng lượng giúp tiết kiệm chi phí như thế nào?
    Mô phỏng năng lượng giúp xác định các giải pháp thiết kế tối ưu như thay đổi vật liệu, hệ thống che nắng, điều chỉnh lịch trình hoạt động thiết bị, từ đó giảm tiêu thụ điện năng và chi phí vận hành, đồng thời rút ngắn thời gian hoàn vốn đầu tư.

  5. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả sử dụng BIM trong thiết kế công trình xanh?
    Cần tăng cường đào tạo nhân lực, phát triển phần mềm phù hợp, xây dựng chính sách hỗ trợ và áp dụng mô phỏng năng lượng như một bước bắt buộc trong quy trình thiết kế và vận hành công trình.

Kết luận

  • Ứng dụng BIM kết hợp phần mềm IES VE cho phép mô phỏng và phân tích năng lượng tiêu thụ chính xác, hỗ trợ thiết kế công trình xanh hiệu quả tại Việt Nam.
  • Việc thay đổi vật liệu lớp vỏ bao che và thiết kế hệ thống che nắng giúp giảm tải nhiệt và tiêu thụ năng lượng điều hòa từ 15-20%.
  • Các yếu tố thuận lợi gồm khả năng tích hợp dữ liệu và hỗ trợ ra quyết định, trong khi chi phí đầu tư và thiếu nhân lực là những khó khăn chính.
  • Đề xuất các giải pháp đào tạo, hỗ trợ tài chính, phát triển phần mềm và áp dụng mô phỏng năng lượng trong thiết kế và vận hành.
  • Nghiên cứu mở hướng phát triển BIM trong thiết kế công trình xanh tại Việt Nam, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và bảo vệ môi trường.

Để tiếp tục phát triển, các bên liên quan nên phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng BIM trong các loại công trình khác nhằm thúc đẩy xây dựng bền vững tại Việt Nam.