Công bố quốc tế mới thông qua hợp tác quốc tế của Khoa Kiến trúc

Quản lý khả năng truyền nhiệt của vỏ tòa nhà, đặc biệt là trong các cấu trúc cao tầng, tạo thành một phương pháp thiết kế quan trọng để nâng cao hiệu quả năng lượng của tòa nhà. Về mặt thực tế, giá trị truyền nhiệt tổng thể (OTTV) thường được sử dụng để đánh giá khía cạnh này của tòa nhà. PGS. TS. KTS. Nguyễn Anh Tuấn (Khoa Kiến trúc - Đại học Bách khoa - ĐH Đà Nẵng) đã phối hợp cùng các đồng nghiệp ở một loạt trường Đại học ở Việt Nam, Đài Loan và Thái Lan nghiên cứu và công bố một quy trình mới, có độ chính xác cao để tính toán OTTV, dựa trên một phương pháp mô phỏng tích hợp. Nghiên cứu vừa được chấp nhận và công bố trên tạp chí Journal of Building engineering (SCI-E Q1) của Elsevier. Đây là tạp chí có độ khó rất cao và tỷ lệ từ chối lớn, với Impact factor của tạp chí năm 2024 là 6,4.

Bài báo trên website của Elsevier

Sự tiên tiến của nghiên cứu này nằm ở việc kết hợp các cách che nắng đặc biệt để tăng cường điều kiện ánh sáng ban ngày. Hiệu quả của quá trình này được chứng minh thông qua một nghiên cứu điển hình về khí hậu cận nhiệt đới của Hà Nội. Phương pháp nghiên cứu trong công bố này tích hợp mô phỏng ánh sáng ban ngày, mô phỏng năng lượng công trình và chiến lược che nắng tĩnh-động. Những kết quả và phát hiện của nghiên cứu cho thấy sự khác biệt và lý do đằng sau các tính toán OTTV bằng cách sử dụng các công cụ thô sơ, làm rõ các hệ quả liên quan đến tiện nghi nhìn trong việc áp dụng các chiến lược che nắng đa dạng và đánh giá mối tương quan giữa OTTV và tải làm mát. Kết quả nghiên cứu nhấn mạnh rằng phương pháp tích hợp trong tính toán OTTV một cách tiếp cận mạnh mẽ nhằm giải quyết tốt bài toán truyền nhiệt qua vỏ bao che công trình.

Mục tiêu chính của nghiên cứu này bao gồm bốn điểm chính: (1) phát triển quy trình làm việc để tính toán OTTV thông qua mô phỏng khi kiểm soát che nắng theo định hướng ánh sáng ban ngày được sử dụng; (2) so sánh các giá trị OTTV thu được từ máy tính LOTUS của VGBC với các giá trị được tính toán thông qua mô phỏng năng lượng công trình; (3) đánh giá mối quan hệ giữa OTTV và tải làm mát dự đoán; và (4) chứng minh rằng các nhà thiết kế có thể tích hợp liền mạch các cân nhắc về ánh sáng ban ngày và hiệu suất nhiệt thông qua một phương pháp mạnh mẽ.

Quy trình làm việc dựa trên mô phỏng để tính toán giá trị truyền nhiệt tổng thể (OTTV)

Kết quả của nghiên cứu này nêu bật những hiểu biết quan trọng về tính toán giá trị truyền nhiệt tổng thể (OTTV) và mối quan hệ của nó với các chiến lược kiểm soát che nắng trong thiết kế tòa nhà. Nghiên cứu đã chứng minh sự khác biệt đáng chú ý giữa kết quả tính OTTV từ công cụ tính LOTUS truyền thống và những giá trị  OTTV thu được từ cách tiếp cận toàn diện hơn, dựa trên mô phỏng. Những khác biệt này, bằng chứng là các sai số từ 13,9% đến 46,3% đối với các hướng tường khác nhau, kêu gọi sự cần thiết phải chú ý đến những hạn chế của các phương pháp tính toán OTTV truyền thống. Đặc biệt, chúng cho thấy không có khả năng tính toán chính xác tác động của các thiết bị che nắng động và các biến thể của bức xạ mặt trời.

Các bước mô phỏng năng lượng trong Ladybug và Honeybee

Hơn nữa, nghiên cứu cho thấy OTTV thay đổi đáng kể tùy thuộc vào thời gian mô phỏng. Ví dụ, OTTV cao hơn nhiều vào những ngày nắng so với những ngày nhiều mây, cho thấy tầm quan trọng của việc xem xét sự thay đổi thời gian của bức xạ mặt trời và nhiệt độ trong tính toán OTTV. Điều này cũng ngụ ý rằng việc dựa vào dữ liệu từ một ngày có thể dẫn đến sự không chính xác, làm nổi bật sự cần thiết của thời gian mô phỏng dài hơn để có được OTTV đáng tin cậy hơn.

Các kịch bản cấu hình hệ thống che nắng

Việc so sánh OTTV với tải làm mát trong các điều kiện che nắng khác nhau đã cung cấp những hiểu biết có giá trị về hiệu quả của các chiến lược che nắng khác nhau. Nghiên cứu cho thấy các tấm che nắng động cung cấp khả năng bảo vệ tốt hơn chống lại sự tăng nhiệt so với các thiết bị ngoài trời tĩnh trong mùa hè, nhưng xu hướng này đã đảo ngược khi xem xét cả năm. Hơn nữa, nghiên cứu cho thấy, mặc dù hiệu quả của chúng trong việc giảm nhiệt, các thiết bị che nắng bên ngoài có những hạn chế trong việc kiểm soát ánh sáng chói khó chịu. Những phát hiện này nhấn mạnh rằng các nhà thiết kế có thể kết hợp liền mạch các cân nhắc về ánh sáng ban ngày và hiệu suất nhiệt thông qua một cách tiếp cận mạnh mẽ.

Tóm lại, nghiên cứu này đóng góp đáng kể cho lĩnh vực thiết kế kiến trúc bền vững. Nó cung cấp một quy trình làm việc chính xác và toàn diện hơn để tính toán OTTV có tính đến các thiết bị che nắng động và sự tương tác của chúng với hiệu suất nhiệt và ánh sáng ban ngày của tòa nhà. Các phát hiện ủng hộ mạnh mẽ sự thay đổi theo hướng phương pháp dựa trên mô phỏng trong thiết kế vỏ bao che công trình xanh, đảm bảo các đánh giá không chỉ chính xác và thích ứng hơn mà còn toàn diện, phản ánh chính xác các điều kiện thực tế.

Toàn văn của nghiên cứu có thể xem và tải về từ địa chỉ: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352710224001840 

Chúc mừng thầy Nguyễn Anh Tuấn và các đồng nghiệp và mong rằng thầy sẽ mở rộng mối quan hệ hợp tác để có nhiều kết quả nghiên cứu có giá trị trong thời gian tới.

Tin và ảnh: Khoa Kiến trúc và nhóm tác giả