English
Thiết kế tích hợp – Quy trình tối ưu hóa hiệu năng và chi phí đầu tư trong Công trình xanh
Việc tối ưu hóa, thay vì chỉ được thực hiện biệt lập ở từng hệ thống riêng lẻ, nên được thực hiện từ các bước thiết kế cơ sở, với nhận thức rằng mỗi quyết định thiết kế ở một hệ thống sẽ ảnh hưởng đến khả năng tối ưu ở các hệ thống khác. Ví dụ, khi lựa chọn hướng tuyến của công trình, một loạt câu hỏi sẽ được đưa ra thảo luận với các kỹ sư trong đội dự án, như:
- Việc lấy sáng tự nhiên sẽ bị ảnh hưởng như thế nào?
- Việc thiết kế cửa sổ và lựa chọn vật liệu kính sẽ bị ảnh hưởng như thế nào?
- Nhu cầu làm mát sẽ bị ảnh hưởng như thế nào? Từ đó ảnh hưởng như thế nào đến quy mô, thiết kế và chi phí hệ thống HVAC? v.v.
Các hệ thống có mối quan hệ tương tác, ảnh hưởng lẫn nhau trong một thể thống nhất. Các giải pháp tối ưu hóa cần được xét từ góc nhìn tổng thể công trình. Việc tối ưu hóa biệt lập từng hệ thống sẽ nhanh chóng gặp phải trở ngại về ngân sách, vì muốn hiệu suất càng cao thì chi phí đầu tư càng cao.
Nếu quá trình thiết kế có sự trao đổi ý kiến và đóng góp của nhà thầu, sẽ làm giảm xác suất xảy ra xung đột, dẫn đến thay đổi thiết kế, tăng chi phí, khi đó các giải pháp tối ưu hóa thiết kế sẽ dễ được thực thi theo tiết độ và ngân sách.
Đúc kết từ các kinh nghiệm thực tế, một quy trình thiết kế mới đã được hình thành và dần phổ biến với các đội dự án mong muốn triển khai thành công các dự án công trình xanh vừa đạt hiệu năng cao vừa đảm bảo yêu cầu về tiến độ và ngân sách. Đó là quy trình thiết kế tích hợp (Integrative design process).
Thiết kế tích hợp đòi hỏi KTS làm việc ngay từ đầu với các kỹ sư, thậm chí với nhà thầu, đơn vị quản lý vận hành tương lai, người sử dụng tương lai … (nếu có điều kiện) để tìm kiếm giải pháp tối ưu từ khi lên ý tưởng và thiết kế cơ sở. Một công cụ quan trọng cho quá trình tối ưu hóa được dùng xuyên suốt trong quy trình thiết kế tích hợp là mô phỏng hiệu năng công trình (building performance simulation), hay ít nhất là mô phỏng năng lượng (energy modeling).
Thông qua việc mô tả bằng số hóa hàng trăm dữ liệu đầu vào (inputs) trên phần mềm mô phỏng, KTS và đội dự án có thể xem xét và đánh giá “sản phẩm” mà mình đang thiết kế sẽ vận hành và có hiệu năng như thế nào, với một loạt các thông tin đầu ra như mức tiêu thụ năng lượng toàn công trình, thông tin về nhiệt độ, độ ẩm, thông gió, chiếu sáng & độ chói, … Bằng cách thay đổi dữ liệu đầu vào, đội dự án có thể đánh giá tác động của các phương án thiết kế khác nhau lên hiệu năng của công trình, dần dần đi đến một phương án tối ưu nhất. Trong rất nhiều trường hợp, do ở giai đoạn thiết kế sơ bộ mới có ràng buộc về tổng ngân sách dự án mà chưa có ràng buộc cụ thể cho từng hạng mục, hệ thống, nhiều giải pháp sáng tạo đã được đưa ra, chỉ phân phối lại ngân sách giữa các khoản mục trong tổng ngân sách vốn có, mà vẫn đạt được hiệu năng tối ưu. Đồng thời, do đã có sự phối hợp chặt chẽ, trao đổi thông tin thường xuyên ngay từ đầu, các lỗi và xung đột cũng được phát hiện sớm hơn và giải quyết dễ hơn, với chi phí sửa sai thấp hơn.
Trong quy trình thiết kế tích hợp, mô phỏng năng lượng có vai trò quan trọng nhằm dự báo trước các số liệu vận hành và hiệu năng công trình cho đội thiết kế, giúp so sánh và lựa chọn phương án tối ưu.
(Nguồn: edeec.com)
Trong thiết kế tích hợp, thời gian cho giai đoạn lên ý tưởng, thiết kế sơ bộ và thiết kế cơ sở sẽ dài hơn, đồng thời với sự tham gia của nhiều chuyên gia hơn so với quy trình thiết kế thông thường, nên chi phí thiết kế cho giai đoạn này sẽ cao hơn. Do đây là chi phí trước khi xem xét cấp giấy phép xây dựng, nên ít nhiều sẽ là trở ngại đối với các chủ đầu tư.
Tuy nhiên, khi tới giai đoạn thiết kế kỹ thuật, thời gian triển khai sẽ nhanh hơn, giảm thời gian sửa lỗi và khắc phục xung đột. Nếu nhìn tổng thể, thời gian thiết kế có thể không tăng. Đồng thời, việc tìm được phương án thiết kế tối ưu về hiệu năng và chi phí hoàn toàn có thể bù đắp được khoản phí thiết kế cao hơn. Điều này đã được chứng minh ở rất nhiều dự án thực tế.
Trên thế giới đã có nhiều sách cũng như hướng dẫn thực hành quy trình thiết kế tích hợp ([1], [2]), một số chuyên gia trong nước cũng đã bắt đầu nghiên cứu, phổ biến và cố gắng thực hành thiết kế tích hợp ([3], [4]). Thiết kế tích hợp trước hết là một triết lý (tìm kiếm tối ưu dựa trên sự kết hợp tổng thể), còn khi áp dụng thực tế thì quy trình hay cách làm cụ thể sẽ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố (sự ủng hộ của chủ đầu tư, kinh nghiệm của đội ngũ thiết kế, điều kiện cụ thể của dự án…). Ở đây chúng tôi xin sưu tầm một số ví dụ minh họa cho các lợi ích, kết quả tích cực khi áp dụng thiết kế tích hợp (ngay cả khi áp dụng chưa triệt để), nhằm khuyến khích các chủ đầu tư, KTS, đội ngũ thiết kế… mạnh dạn tìm hiểu và áp dụng.
Ví dụ 1: Dự án Trung tâm đào tạo cán bộ Quản lý năng lượng (nguồn: edeec.com)
Với sự tham gia của kỹ sư mô phỏng năng lượng từ giai đoạn thiết kế, phương án thiết kế kiến trúc được tối ưu từ lớp vỏ công trình, thiết kế lại hệ thống điều hòa … Hình minh họa thể hiện kết quả mô phỏng năng lượng khi áp dụng cộng dồn các giải pháp.
Kết quả: Cường độ sử dụng năng lượng (EUI-Energy use intensity) được giảm 50% mà không làm gia tăng chi phí đầu tư. Đáng tiếc là do công trình có vốn đầu tư nhà nước, việc thay đổi mặt ngoài công trình sẽ dẫn tới đòi hỏi phê duyệt lại dự án, nên cuối cùng phương án đề xuất không được áp dụng.
