CHI PHÍ VÀ TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CỦA KIẾN TRÚC KÍNH MẶT DỰNG

Timo Saukko

Finglass Oy

Tổng quan

Có một sự khác biệt đáng kể về nhiệt độ bề mặt kính với nhiệt độ không khí trong nhà vào mùa đông tại các quốc gia vùng Nordic. Bề mặt lạnh kéo theo hiệu ứng vách ngăn lạnh cũng như tạo ra đối lưu không khí lạnh. Vào mùa đông, để cải thiện điều kiện không khí trong nhà, đối với các mặt dựng kính, đã và đang phải sử dụng hệ thống bức xạ và quạt gió. Bên cạnh các giải pháp hiện tại, không có giải pháp nào đảm bảo ngăn chặn cái lạnh, gió lạnh lùa vào bên trong tòa nhà.

Hệ thống quạt gió và bức xạ nhiệt làm ấm bề mặt lên đến 55⁰C trong suốt mùa đông. Nó gây ra sự tổn thất năng lượng gấp đôi so với hệ thống mà ở đó nhiệt độ bề mặt kính được nâng nhiệt bởi điện năng lên nhiệt độ phòng là 21⁰C. Có một sự tiết kiệm năng lượng đáng ghi nhận khi sử dụng “kính có khả năng nâng nhiệt bằng dòng điện” của hệ thống mặt dựng trong mùa đông tại vùng Nordic. Hệ thống tạo bức xạ và quạt gió cần không gian từ diện tích mặt sàn và chi phí là rất đắt đỏ để đầu tư. Các mặt dựng kính sử dụng kính có khả năng gia nhiệt bằng dòng điện sẽ mang lại chi phí thấp hơn đáng kể. Đơn thuần so sánh với mặt dựng sử dụng kính thông thường thì sử dụng kính nâng nhiệt bằng điện sẽ có chi phí đầu tư cao hơn. Tuy nhiên, khi tính toán tổng thể chi phí trong hệ thống nhiệt, thông gió và điều hòa của tòa nhà (HVAC) tính cả đến việc giảm không gian sử dụng do lược bỏ hệ thống bức xạ/quạt gió thì  sự tiết kiệm này là khá lớn. Mức tiết kiệm tổng thể có thể đạt tới 50%.

Về mặt năng lượng trong giải pháp nhiệt truyền thống. Việc sử dụng hệ thống tạo bức xạ và quạt gió ở phía trước bề mặt dựng để ngăn chặn gió lạnh lùa vào và ngăn chặn hiệu ứng làm lạnh vách ngăn. Trong cái lạnh mùa đông, hệ thống tạo bức xạ và quạt gió trước hết phải làm nóng bản thân giàn nhiệt, hệ thống quạt đồng thời phải duy trì nhiệt của gió thổi vào bề mặt mặt dựng. Như vậy làm tăng gấp đôi việc tiêu thụ năng lượng để nâng nhiệt độ phòng. Trường hợp làm lạnh, việc sử dụng hệ thống nhiệt và gió không phải lúc nào cũng là giải pháp tối ưu vì thực tế với các hệ thống sử dụng kính hiện đại như kính kiểm soát bức xạ và kính có hàm lượng kim loại thấp sẽ có khả năng hấp thụ nhiệt nhỏ. Bởi vậy việc thổi không khí lạnh để làm lạnh sẽ bất khả thi trong việc ngăn cản bức xạ từ mặt trời. Với các chủng loại kính hiện đại có khả năng hấp thụ nhiệt nhỏ, việc làm lạnh chỉ làm tăng năng lượng sử dụng với các hệ thống truyền thống.

Về mặt năng lượng và sử dụng kính có khả năng nâng nhiệt bằng dòng điện. Kính này có khả năng bù nhiệt tổn thất của mặt dựng. Bề mặt bên trong kính được nâng nhiệt bằng một lượng tiêu thụ điện năng nhỏ. Thậm chí chỉ cần 20-30W/m² là đủ để bù nhiệt tổn thất. Nhiệt độ bề mặt được kiểm soát bởi các cảm biến và hệ thống ổn định, cài đặt nhiệt. Nhiệt được tạo ra trên toàn bộ diện tích bề mặt, do vậy sự khác biệt về nhiệt giữa các vị trí được tối thiểu hóa. Khi bề mặt được gia nhiệt, sẽ không gây ra sự khác biệt về nhiệt giữa bề mặt kính và nhiệt độ trong phòng.  Do đó không có sự bất đối xứng về nhiệt trong mùa đông cũng như các cơn gió lạnh lùa vào phòng. Bề mặt kính được gia nhiệt chỉ đến nhiệt độ phòng, điều này mang lại sự tiết kiệm về năng lượng khi so sánh với sử dụng hệ thống bức xạ nhiệt và quạt gió. Một điều quan trọng khi sử dụng kính có khả năng nâng nhiệt bằng dòng điện là công trình có thể được cấu trúc nhỏ hơn, do đó cũng mang lại tiết kiệm năng lượng hơn vì thể tích được thu nhỏ lại.

So sánh chi phí xây dựng. Chi phí của một công trình công cộng lớn ở vùng Nordic vào khoảng 10.000 Eur/m². Trong đó, chi phí cho hệ thống bức xạ nhiệt và quạt gió tầm (1.500 – 4.000) Eur/m (chưa bao gồm việc lắp đặt). Hệ thống thổi gió thường chiếm diện tích dáy từ 0.5-1m trước bề mặt mặt dựng. Phí mua hàng bức xạ nhiệt không được xử lý riêng. Chi phí so sánh với kính thông thường thì phí cho kính với khả năng nâng nhiệt bằng dòng điện đắt hơn khoảng 200 Eur/m². Điều này được minh chứng bằng các số liệu dưới đây. Trong một số trường hợp, chi phí đầu tư ban đầu của công trình cùng có chiều cao mặt dựng 5m tiết kiệm tới 70% khi so sánh với việc sử dụng hệ thống bức xạ nhiệt và quạt gió. Việc tiết kiệm lớn nhất là tiết kiệm được diện tích sử dụng với cùng một công trình có cùng công năng.

Kết luận

Việc sử dụng kính với khả năng gia nhiệt bằng dòng điện làm tăng chi phí khoảng 200 Eur/m2 mặt dựng. Khi bắt đầu trong giai đoạn lên dự án công trình sử dụng loại kính này, tác động của chi phí mặt dựng lên tổng chi phí xây dựng công trình có thể giảm tối 70% khi so sánh việc sử dụng các giải pháp truyền thống. Việc tiết kiệm lớn nhất là giảm thiểu diện tích sàn mà vẫn giữ nguyên công năng sử dụng. Việc tiết kiệm thứ hai đến từ chi phí đầu tư thiết bị cũng như tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành.