Tòa nhà Pusat Tenaga – Malaysia

Giới thiệu chung

Trụ sở mới của Pusat Tenaga Malaysia (PTM) được thiết kế để trở thành một Tòa nhà Văn phòng Không Năng lượng, hay còn gọi là Tòa nhà ZEO. Một loạt các biện pháp hiệu quả năng lượng thụ động và chủ động được triển khai để tòa nhà không cần thêm điện năng nào ngoài lượng điện có thể được sản xuất thông qua hệ thống PV tích hợp của tòa nhà.

Tòa nhà PTM ZEO rộng 4.000 m2 là một dự án thí điểm và là phòng thí nghiệm nghiên cứu cho các tòa nhà phi dân dụng bền vững trong tương lai ở vùng nhiệt đới. Tòa nhà ZEO thể hiện việc triển khai các khái niệm thiết kế tích hợp, nơi các hệ thống năng lượng chủ động, thụ động được đan xen vào chính tòa nhà, và với kết cấu của tòa nhà cũng đóng vai trò là hệ thống năng lượng. Điều này giúp giảm chi phí bổ sung của tòa nhà.

Hệ thống PV của tòa nhà được kết nối với lưới điện. Điện từ mặt trời được truyền vào lưới điện vào ban ngày, khi có nhu cầu sử dụng điện cao từ lưới điện. Vào ban đêm, trong giờ thấp điểm, điện được mua lại và sử dụng để vận hành hệ thống chiller. Năng lượng làm mát được lưu trữ từ ban đêm đến ban ngày trong các tấm sàn bê tông và trong một bể lưu trữ nhiệt thay đổi pha. Trung tâm Năng lượng Malaysia, Pusat Tenaga Malaysia, đã chuyển vào tòa nhà ZEO vào tháng 10 năm 2007. Một chương trình giám sát và tinh chỉnh kéo dài hai năm được lên kế hoạch cho tòa nhà ZEO để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng của tòa nhà, xác định hiệu suất tổng thể của tòa nhà và xác định hiệu suất chi tiết của tòa nhà và các hệ thống năng lượng của nó. Kết quả của dự án sẽ được phổ biến, bao gồm các chi tiết của các yếu tố thiết kế và hệ thống năng lượng có thể được sử dụng để cải thiện hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà ngày nay. Dự án tòa nhà ZEO được hỗ trợ bởi UNDP/GEF và Cơ sở Năng lượng EC-ASEAN (Brussels / Jakarta). Nếu không có sự hỗ trợ của họ, dự án này không thể thực hiện được.

Chiến lược tiết kiệm năng lượng

Nhờ áp dụng một loạt các chiến lược tiết kiệm năng lượng trong thiết kế kiến trúc, hệ thống cơ điện và lựa chọn thiết bị văn phòng tiết kiệm năng lượng, toà nhà đã đạt được mức giảm tiêu thụ năng lượng khoảng 40kWh/m2/ năm. 

Sau đây là các yếu tố chính giúp toà nhà đạt được mức tiêu thụ năng lượng thấp:

• Vỏ tòa nhà tiết kiệm năng lượng với kính hai lớp tiết kiệm năng lượng, tường và mái cách nhiệt tốt
• Ánh sáng tự nhiên là nguồn sáng duy nhất trong ngày.
• Sử dụng thiết bị văn phòng tiết kiệm năng lượng

Biểu đồ tiết kiệm năng lượng dành cho các tính năng tối ưu năng lượng khác nhau

Biểu đồ trên cho thấy ảnh hưởng của một số thông số thiết kế của tòa nhà. Bên trái là Chỉ số năng lượng của thiết kế tòa nhà theo dự đoán của mô hình máy tính. Mỗi thanh cho thấy ảnh hưởng của việc thay đổi một thông số so với thiết kế tòa nhà hiện tại (thanh bên trái).

Thiết kế thực tế có kính hai lớp với lớp phủ phát xạ thấp. Hệ số truyền ánh sáng ban ngày là 50%. Nếu kính là kính hai lớp truyền thống, mức tiêu thụ năng lượng sẽ tăng khoảng 8%. Nếu kính chỉ là kính đơn, mức tiêu thụ năng lượng sẽ tăng 22% so với trường hợp 1. Nếu không có bóng râm bên ngoài dưới dạng mái hiên bên ngoài trên cửa sổ, thì mức tiêu thụ năng lượng sẽ tăng 3%, tương tự như khi tòa nhà có cửa sổ hướng Đông và Tây thay vì hướng Bắc và Nam.

Cần lưu ý rằng ảnh hưởng của hướng và che nắng sẽ rõ rệt hơn nhiều nếu trường hợp cơ bản không phải là một tòa nhà có kính siêu hiệu quả mà là một tòa nhà có kính đơn. Kính hiệu suất cao làm giảm tác động tiêu cực của việc tòa nhà có hướng không lý tưởng hoặc không có che nắng bên ngoài.

Cần lưu ý rằng nếu tòa nhà không sử dụng 100% ánh sáng ban ngày vào ban ngày mà phải dựa vào đèn điện (rất tiết kiệm năng lượng), thì chỉ số năng lượng sẽ tăng 35% !! Nếu sử dụng thiết bị văn phòng truyền thống thay vì thiết bị văn phòng tiết kiệm năng lượng, thì chỉ số năng lượng sẽ tăng thêm 30%.

Những kết quả của mô hình máy tính này chứng minh rõ ràng tầm quan trọng của việc sử dụng kính hiệu suất cao, sử dụng ánh sáng ban ngày thay vì đèn điện và sử dụng thiết bị văn phòng tiết kiệm năng lượng. Nếu không có các biện pháp tiết kiệm năng lượng quan trọng này, sẽ cần lắp đặt một lượng PV lớn và phát sinh thêm chi phí đầu tư lớn cho hạng mục này.

Tòa nhà tích hợp PV

Mái PV của tòa nhà phục vụ cho nhiều mục đích. Vào ban ngày, mái trở thành nguồn cung cấp điện của tòa nhà, và vào ban đêm, mái PV trở thành “tháp giải nhiệt” cho máy làm lạnh. Vào ban đêm, mái được phủ một lớp màng nước mỏng, tỏa nhiệt từ máy làm lạnh lên bầu trời bằng bức xạ, tỏa nhiệt vào không khí mát mẻ vào ban đêm bằng cách bay hơi và đối lưu.

Tổng công suất lắp đặt của bốn hệ thống PV là 85 kWp, phân bổ trên bốn khu vực, một hệ thống 45 kWp với PV đa tinh thể, một hệ thống 6 kWp với PV màng mỏng, một hệ thống 25 kWp đơn tinh thể và một hệ thống 10 kWp bán trong suốt trên giếng trời của tòa nhà.

Tỉ lệ chiếu sáng là 100% với ánh sáng ban ngày

Điện chiếu sáng trong một tòa nhà văn phòng có thể dễ dàng tiêu thụ 30 – 40 kWh/m2/năm. Ở Malaysia, ánh sáng ban ngày có khả năng đáp ứng hầu hết nhu cầu chiếu sáng này. Tuy nhiên, có một số hạn chế khiến tiềm năng ánh sáng ban ngày không được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà hiện nay. Ánh sáng ban ngày thường chỉ tận dụng được với các khu vực gần cửa sổ, rất khó để chiếu sáng các khu vực xa hơn. Hơn nữa, việc sử dụng ánh sáng ban ngày gặp khó khăn hơn vì độ chói cao của ánh sáng tại Malaysia.

Để có thể sử dụng ánh sáng ban ngày làm nguồn sáng chính trong tòa nhà PTM, một cửa sổ kính hai lớp kín có rèm tích hợp đã được phát triển. Tấm rèm được lắp lên nhằm cản ánh sáng chiếu trực tiếp từ cửa sổ phía trên. Tuy nhiên, ánh sáng được phản chiếu từ một kệ ánh sáng bên ngoài và qua rèm, lên trần nhà và đưa nguồn sáng về phía sâu hơn của phòng.

Mái làm mát nhỏ giọt vào ban đêm

Nhiệt từ hệ thống Chiller thường được giải phóng thông qua các tháp giải nhiệt. Tuy nhiên, đối với tòa nhà PTM, một hệ thống khác đã được triển khai. Máy làm lạnh chỉ hoạt động vào ban đêm và nhiệt được giải phóng từ mái PV bằng cách nhỏ giọt nước qua độ dốc của mái. Nước được thêm vào từ các ống phân phối ở đỉnh mái và được thu thập tại máng xối, từ đó nước trở lại bộ trao đổi nhiệt ngưng tụ. Nhiệt được giải phóng từ mái ướt thông qua bức xạ lên bầu trời đêm, thông qua đối lưu và thông qua bốc hơi. Nước được sử dụng là nước mưa từ bể chứa nước mưa trên mái tòa nhà.

Tấm sàn bê tông có lưu trữ nhiệt và làm mát bức xạ

Hệ thống Chiller của tòa nhà chỉ chạy vào ban đêm, khi các tấm sàn bê tông có ống PEX nhúng được làm mát. Quá trình làm mát được giải phóng dần dần từ các tấm sàn đến các phòng ở trên và dưới vào ban ngày.

Các tấm sàn bê tông sẽ cung cấp một phần tải làm mát cho các phòng vào ban ngày. Việc làm mát này được bổ sung bằng hệ thống làm mát không khí thông thường. Tuy nhiên, hệ thống này nhỏ hơn ~ 75% so với hệ thống thông thường, vì hệ thống xử lý không khí này chỉ cần cung cấp không khí trong lành và đã khử ẩm.

Không khí mát được cung cấp bởi các hệ thống xử lý không khí vào ban ngày và được rút từ các bể lưu trữ nhiệt với Vật liệu Thay đổi Pha 10°C. Vì vậy, việc lưu trữ làm mát từ đêm đến ngày được cung cấp một phần bởi các tấm sàn và một phần bởi bể lưu trữ nhiệt.

Thiết bị văn phòng tiết kiệm năng lượng

Bằng cách sử dụng thiết bị văn phòng tiết kiệm năng lượng nhất hiện có, tải phích cắm được lắp đặt có thể giảm xuống còn ~ 2,5 W/m2 so với mức thông thường là 10 – 15 W/m2. Điều này góp phần làm giảm mức tiêu thụ điện của tòa nhà. Do đó, ban quản lý PTM đã quyết định hai năm trước rằng từ giờ trở đi họ chỉ mua những máy tính, máy in tiết kiệm năng lượng nhất, v.v.

Các biện pháp khác để cải thiện hiệu quả năng lượng

Ngoài các giải pháp tối ưu năng lượng sáng tạo khác nhau được đề cập ở trên, một loạt các biện pháp thực hành tốt và quản lý tốt được triển khai trong thiết kế để giảm mức tiêu thụ năng lượng. Tuy nhiên, so với một tòa nhà được thiết kế tốt theo truyền thống, trong trường hợp này, các biện pháp thực hành tốt này đang được đánh giá rất cẩn thận và hiệu suất của chúng thường được chọn là tốt nhất có thể trên thị trường. Điều này là do hệ thống PV đắt tiền (ở thời điểm 2005), do đó có thể biện minh cho việc đầu tư nhiều hơn vào hiệu suất năng lượng tốt hơn của tòa nhà.

Các giải pháp được đánh giá ở mức tốt bao gồm về mặt kiến ​​trúc, sử dụng rèm cửa sổ bên ngoài (các bậc thang của tòa nhà ~ một mét mỗi tầng) và sử dụng tường và mái cách nhiệt tốt. Trong chế độ hệ thống M&E, máy bơm và quạt có hiệu suất rất cao, và các đường ống và ống dẫn được thiết kế để có điện trở rất thấp.

Hệ thống làm mát không khí thuộc loại VAV (Variable Air Volume), và tất cả hệ thống máy bơm và quạt sẽ có bộ biến tần, các biện pháp này hiện đã và đang được áp dụng với các tòa nhà thông thường hơn.

Các thiết bị chiếu sáng tiết kiệm năng lượng nhất đã được lắp đặt, sử dụng đèn huỳnh quang T5 với chấn lưu tần số cao được lắp trong các thiết bị chiếu sáng. Đây là yếu tố giúp giảm hơn nữa năng lượng tiêu thụ trong chiếu sáng, vượt xa những gì đạt được khi sử dụng ánh sáng ban ngày làm nguồn sáng chính. Để tối ưu hóa hiệu suất, hệ thống chiếu sáng được điều khiển theo nhu cầu ở tất cả các khu vực của tòa nhà bằng hệ thống điều khiển DALI. Việc sử dụng cảm biến chuyển động và cảm biến ánh sáng ban ngày đảm bảo rằng hệ thống chiếu sáng chỉ bật khi ánh sáng ban ngày không đủ và chỉ bật ở những phòng có người.