Học Viện The NUS SDE 4 – Singapore

Giới thiệu chung

Tòa nhà nằm trong Đại học Quốc gia Singapore (NUS), tòa nhà 6 tầng SDE 4 là một phòng thí nghiệm sống với định hướng lấy người sử dụng làm trung tâm dành cho mục đích phát triển bền vững tích hợp.

Tòa SDE4 đã đạt được sự cân bằng năng lượng bằng 0 (NZE) thông qua thiết kế linh hoạt, sự kết hợp hài giữa các phương pháp thiết kế bị động, tối ưu phương pháp thiết kế chủ động, hệ thống pin năng lượng mặt trời và hàng loạt các phương pháp xây dựng sáng tạo khác nhau cùng hướng đến mục tiêu cải thiện sự tiện nghi nhiệt và sức khỏe của người trong tòa nhà, đồng thời giảm lượng khí thải carbon của tòa nhà.

Với hiệu suất sử dụng 100% điện năng thông qua 1200 tấm pin năng lượng mặt trời được đặt trên mái và tạo ra hơn 500 MWh điện/ năm

Phương pháp thiết kế

Thiết kế thụ động

Bố trí và quy hoạch đất

Với địa hình là các dãy núi quanh tòa nhà và có nhiều cây cổ thụ nằm trên khu đất đã được xây dựng kết hợp với không gian tòa nhà nhằm đưa canh quan xung quanh gần hơn với không gian bên trong

Thiết kế thích ứng và khí hậu

Thiết kế sử dụng kết hợp các nguyên tắc của kiến trúc nhiệt đới Đông Nam Á bản địa. Khối tòa nhà được tô điểm đặc biệt bằng sự xen kẽ giữa các sân có mái che chắn nắng, ban công và cảnh quan không gian xung quanh đóng vai trò như vùng đệm nhiệt và mô phỏng đặc trưng của mái nhà ở các vùng nhiệt đới. Thể hiện thông qua phần mái có phần nhô ra và mở rộng tạo thành một cổng vòm

Hình khối của tòa nhà

HÌnh khối được chưa nhỏ bằng sử dụng khái niệm kiến trúc “floating boxes” trong đó mặt bằng nông và bố cục xốp cho phép gió thổi theo chiều ngang. Các cửa mở được tối ưu theo hướng Bắc – Nam nhằm lấy chiếu sáng tự nhiên và cung cấp tầm nhìn rõ ràng hơn.

Mặt đứng và lớp vỏ công trình

Mặt đứng hướng Nam được thiết kế với các cột có hàng dọc theo toàn bộ chiều cao của tòa nhà, có mái che lớn nhô ra 15,85m (52ft). Mái che có tác dụng che chắn nắng cho tòa nhà khỏi ánh của khí hậu nhiệt đới và tạo thêm diện tích trên mái để lắp pin năng lượng mặt trời.

Mặt đứng hướng Đông và Tây được phủ bằng các tấm nhôm gợn sóng đục lỗ giúp điều chỉnh lượng ánh sáng chiếu qua, do đó tấm nhôm này cũng đóng vai trò như thiết bị che chắn nắng.

Kính được sử dụng cho Façade là kính hai lớp hiệu suất cao (DGU) cùng với các phần nhô ra rất lớn và có cửa chớp cao.

Thiết kế thông gió

Chỉ có 17% tòa nhà được lắp đặt máy lạnh hoàn toàn, trong khi 46% tòa nhà có hệ thống thông gió tự nhiên và 26% được lắp hệ thống thông gió hỗn hợp.

Thông gió hỗn hợp là hệ thống kết hợp giữa thông gió tự nhiên và điều hòa không khí trong đó việc lắp các cửa kính sẽ được ưu tiên mở để việc thông gió tự nhiên được nhiều hơn.

Sơ đồ không gian thiết kế thông gió

Thiết kế chiếu sáng ban ngày

Thiết kế tòa nhà được tối ưu để tạo điều kiện tối ưu cho chiếu sáng ban ngày với sự hỗ trợ từ các sàn mở, độ đặc của tường là tối thiểu và với cửa sổ lớn/ mặt đứng bằng kính được thiết kế với có tấm che chắn nắng, rèm bên trong và tấm hắt sáng.

Gần 100% người trong phạm vi 7,5m tính từ cửa sổ đều nhận được sự chiếu sáng từ ánh sáng ban ngày mà không ảnh hưởng bởi độ chói từ ánh nắng mặt trời.

Thiết kế chủ động

Hệ thống Hybrid Tempered với thiết kế tiện nghi nhiệt

Hệ thống thông gió Hybrid Tempered kiểm soát nhiệt độ không khí, tốc độ lưu thông không khí, độ ẩm và nhiệt độ bức xạ trung bình, tạo ra sự tiện nghi nhất định. Điều này đã tạo ra mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn gần 50% so với thiết kế điều hòa không khí thông thường.

Hệ thống được thiết kế để cung cấp cho các phòng 100% không khí được làm mát trước. Hệ thống hoạt động song song với quạt trần giúp điều hòa nguồn cung cấp không khí thông qua tốc độ lưu thông không khí cao, đảm bảo các phòng không bị lạnh và gió tự nhiên không gây khó chịu cho người bên trong.

Do đó, hệ thống được thiết lập để duy trì nhiệt độ được hoạt động ở 29°C. Tuy nhiên, nó có thể đạt được nhiệt độ hiệu quả năng lượng tiêu chuẩn ở 27°C.

Thiết kế này đảm bảo rằng chất lượng không khí trong nhà không bị ảnh hưởng trong khi vẫn duy trì được các điều kiện như tiện nghi nhiệt trong khi nhiệt độ ngoài trời rất cao.

Thiết kế chiếu sáng nhân tạo

90% nhu cầu chiếu sáng được đáp ứng bằng đèn Led. Đèn nhân tạo đã được lựa chọn dựa trên việc đảm bảo giá trị chỉ số hoàn màu (CRI) cao, độ chói thấp và nhấp nháy thấp.

Tất cả đèn đều có thể điều khiển thông qua bộ điều chỉnh độ sáng.

Tính năng thông minh 

Cửa sổ phòng có hệ thống Hybrid Tempered được trang bị cảm biến kích hoạt tắt điều hòa khi cửa sổ được mở ra.

Tận dụng ánh sáng ban ngày được tăng cường thông qua mạng lưới cảm biến quang điện và cảm biến phát hiện chuyển động.

Các chiến lược trong xây dựng hệ thống thông gió kiểm soát được mức độ CO2 trong nhà không vượt quá 750 ppm. Ngoài ra, còn có hệ thống cảm biến được lắp đặt nhằm theo dõi và tối ưu chất lượng không khí trong không gian.

Năng lượng tái tạo

Tòa nhà được trang bị hơn 1200 tấm pin năng lượng mặt trời được lắp đặt trên mái, tạo ra khoảng 500 MWh/ năm, đủ để cung cấp điện cho toàn bộ nhu cầu năng lượng hằng năm được ước tính của tòa nhà.

Trong trường hợp ngày không đủ ánh nắng cung cấp, thì tòa nhà sẽ lấy năng lượng từ hệ thống lưới điện. Và dựa trên dữ liệu hiệu suất trong suốt một năm, có thể thấy SDE 4 đang hoạt động với tên gọi tòa nhà có năng lượng phát thải ròng bằng 0 (Zero Energy Building).