Các giải pháp kỹ thuật hiện đại và phương pháp tiếp cận khoa học có thể giúp doanh nghiệp giảm phát thải carbon và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng tại công trình xây dựng.
Tại Hội thảo đào tạo “Thúc đẩy phát triển công trình phát thải ròng bằng 0 – Kinh nghiệm quốc tế và giải pháp khuyến nghị cho Việt Nam”, ông Nguyễn Công Thịnh – Phó Vụ trưởng Vụ Khoa học, Công nghệ và Môi trường (Bộ Xây dựng) chia sẻ, số lượng công trình xanh tại Việt Nam hiện nay là rất ít, chỉ khoảng gần 250 công trình trên tổng số 6 triệu mét vuông sàn. Đây là một con số khá xa so với sự phát triển vượt bậc về số lượng công trình xanh tại các quốc gia khác như Anh, Mỹ, Liên minh Châu Âu.
Do đó, để thúc đẩy nhanh quá trình hiện thực hóa cam kết đạt phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 của Việt Nam, rất cần sự trao đổi, chia sẻ kinh nghiệm, chuyển giao tri thức và hỗ trợ kỹ thuật từ các tổ chức, chuyên gia quốc tế đến từ các quốc gia, khu vực dẫn đầu trong lĩnh vực công trình xanh như Anh, Mỹ, Liên minh Châu Âu.
Theo bà Phan Thu Hằng, Chủ tịch hội đồng thành viên Hội đồng Công trình xanh Việt Nam (VGBC), năm 2021, lĩnh vực công trình và xây dựng chiếm khoảng 37% lượng khí thải CO2 liên quan đến năng lượng và vận hành, cũng như chiếm khoảng 34% nhu cầu năng lượng toàn cầu.
Bên cạnh lượng khí carbon thải ra trong quá trình vận hành công trình (operational carbon), lượng khí thải carbon thải ra trước khi công trình được đưa vào sử dụng (carbon trả trước hoặc carbon hàm chứa – embodied carbon) sẽ chiếm một nửa lượng carbon phát thải của toàn bộ công trình xây dựng mới từ giờ cho đến năm 2050. Carbon hàm chứa là lượng khí CO2 phát thải trước và sau quá trình vận hành của tòa nhà, chủ yếu đến từ sản xuất, vận chuyển và sử dụng vật liệu xây dựng.
Do đó, để tiến hành khử carbon hoàn toàn trong các công trình xây dựng, cần phải tiếp cận và đo lường lượng khí thải carbon trước, trong và sau quá trình sử dụng tòa nhà, nghĩa là toàn bộ vòng đời của nó. Tại hội thảo, các chuyên gia, nhà nghiên cứu và nhà điều hành doanh nghiệp trong lĩnh vực xây dựng – kiến trúc trong nước và quốc tế đã giới thiệu, phân tích hiệu quả và tính ứng dụng của những giải pháp kỹ thuật hướng tới “công trình net zero” (công trình không phát thải) dựa trên phương pháp tiếp cận toàn bộ vòng đời và các chiến lược tập trung bao gồm: Tăng hiệu quả năng lượng; Sử dụng năng lượng tái tạo; Giảm carbon hàm chứa.
Tăng cường hiệu quả năng lượng (Energy Efficiency)
Chiến lược tăng cường hiệu quả năng lượng tập trung vào việc giảm nhu cầu tiêu thụ năng lượng (chủ yếu là điện năng) để làm mát, sưởi ấm, thông khí,… trong các tòa nhà. Thông qua các phương pháp tối ưu hóa nguồn năng lượng bằng cách thay đổi thiết kế hoặc sử dụng công cụ đo lường, nhà vận hành tòa nhà có thể tiết kiệm và kiểm soát đầu vào, đầu ra năng lượng một cách hiệu quả.
Trước hết, các phương pháp tiết kiệm điện và tối ưu hóa nguồn năng lượng tự nhiên bao gồm thiết kế thụ động (passive design) và thiết kế MEP. Thiết kế thụ động là giải pháp tập trung vào kiến trúc, khâu thiết kế tòa nhà nhằm tận dụng các điều kiện thuận lợi của khí hậu để duy trì phạm vi tiện nghi nhiệt trong nhà. Thiết kế thụ động tốt sẽ làm giảm, loại bỏ sự cần thiết của thiết bị làm mát hoặc sưởi ấm, từ đó giảm tiêu thụ năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính trong suốt vòng đời của công trình.
Các kỹ thuật thiết kế thụ động cơ bản bao gồm: quy hoạch tổng thể, chọn hướng và hình khối nhà; bố trí mặt bằng công năng phù hợp với mặt trời và gió; tổ chức chiếu sáng tự nhiên; thiết kế mặt đứng; tổ chức thông gió tự nhiên; thiết kế cách nhiệt cho tường và mái; thiết kế cảnh quan điều tiết vi khí hậu (cây xanh, mặt nước,…). Những kỹ thuật này đều nhằm mục đích tận dụng điều kiện ánh sáng và gió tự nhiên, lựa chọn vật liệu cách nhiệt, làm mát, vật liệu cho lớp vỏ công trình phù hợp từ đó tối ưu hóa tiện nghi, hạn chế sử dụng thiết bị điện để điều chỉnh nhiệt độ và đảm bảo thẩm mỹ cho công trình. Đích đến của thiết kế thụ động có thể hiểu đơn giản là giúp ngôi nhà mát vào mùa hè, ấm vào mùa đông mà không cần dùng nhiều và thường xuyên điều hòa, máy sưởi.
Khác với thiết kế thụ động hướng đến giảm carbon phát thải và tiết kiệm năng lượng bằng kiến trúc thông minh, thiết kế MEP tập trung vào hệ thống kỹ thuật của công trình. MEP là viết tắt của Mechanical, Electrical và Plumbing, nghĩa là cơ khí, điện và ống dẫn nước. Đây là ba hệ thống kỹ thuật cơ bản đem lại “sự sống” cho công trình. Thiết kế MEP hướng đến tăng cường sự tương tác giữa ba hệ thống này nhằm đem lại sự tiện nghi tối ưu cho người sử dụng.
Lợi ích của thiết kế MEP thay vì thiết kế biệt lập từng hệ thống bao gồm: kiểm soát lượng khí thải CO2, giảm tiêu thụ năng lượng tổng thể; cải thiện hiệu suất tòa nhà thông qua các thành phần hệ thống; tích hợp sử dụng năng lượng bền vững, giảm áp lực đến lưới điện chung; tiết kiệm nước thông qua các kỹ thuật dẫn nước thông minh. Thiết kế MEP còn có thể giúp chủ đầu tư tiết kiệm chi phí và tránh xung đột cục bộ giữa các thiết bị điện trong tòa nhà.
Bên cạnh các giải pháp thiết kế, ứng dụng phần mềm mô phỏng năng lượng và công nghệ theo dõi, kiểm soát mức tiêu thụ năng lượng cũng có thể giúp công trình sử dụng năng lượng hiệu quả hơn.
Mô phỏng năng lượng hay mô hình hóa năng lượng công trình (Building Energy Modeling – BEM) là một mô hình/phần mềm tính toán với thông số đầu vào là dữ liệu địa lý, thời tiết, thông số hình học, đặc tính hoạt động, dữ liệu vận hành của công trình, thông qua phân tích, giả lập để xuất ra các thông tin như mức tiêu thị năng lượng, tiện nghi nhiệt, độ ẩm, chiếu sáng, giúp kiến trúc sư lựa chọn được phương án xây dựng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng nhất. Phần mềm mô phỏng năng lượng được dùng ở giai đoạn thiết kế nhằm so sánh, phân tích hiệu quả và chi phí của các giải pháp thiết kế trong giai đoạn vận hành, từ đó đề xuất giải pháp tối ưu, hướng đến công trình tự cân bằng năng lượng (Net Zero Energy Building).
Khi tòa nhà đã đưa vào vận hành, chủ đầu tư cũng có thể kiểm soát năng lượng tiêu thụ thông qua Hệ thống quản lý tòa nhà (Building Management System – BMS). BMS là hệ thống đồng bộ cho phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà, đảm bảo cho việc vận hành các thiết bị trong tòa nhà được chính xác, kịp thời, hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và chi phí vận hành.
BMS điều khiển và giám sát các hệ thống như: trạm phân phối điện, máy phát điện dự phòng, hệ thống chiếu sáng, điều hòa, thông gió, cấp nước, hệ thống báo cháy và chữa cháy, thang máy, âm thanh công cộng, thẻ kiểm soát ra vào và hệ thống an ninh. Một BMS cơ bản bao gồm phần mềm, máy chủ chứa cơ sở dữ liệu và các cảm biến thông minh có kết nối Internet. Các cảm biến thông minh xung quanh tòa nhà thu thập dữ liệu và gửi đến cơ sở dữ liệu của BMS. Nếu một cảm biến báo cáo dữ liệu nằm ngoài các điều kiện được xác định trước, BMS sẽ kích hoạt báo động. Hệ thống cho phép nhà vận hành công trình quản lý các thiết bị kỹ thuật từ xa theo yêu cầu và thời gian thực, lưu trữ, sắp xếp và quản lý dữ liệu một cách chính xác, đồng bộ, theo dõi môi trường bên trong tòa nhà và cảnh báo sự cố, rủi ro có thể xảy ra.
Sử dụng năng lượng tái tạo, năng lượng sạch
Năng lượng tái tạo là năng lượng được tạo ra từ các nguồn hình thành liên tục, có thể coi là vô hạn như gió, mưa, năng lượng mặt trời, sóng biển,… Năng lượng tái tạo có thể được thu thập và sử dụng thông qua các thiết bị chuyên dụng như tuabin gió, tấm pin năng lượng mặt trời. Việt Nam có tiềm năng phát triển năng lượng tái tạo rất lớn. Theo các chuyên gia, tốc độ phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam rất ấn tượng. 3 năm trước Việt Nam không có tên trên bản đồ năng lượng tái tạo, nhưng đến nay Việt Nam đứng top 10 thế giới về sử dụng nguồn năng lượng này, theo Clean Energy Investment Accelerator (CEIA) đánh giá.
Tuy nhiên, với các công trình xây dựng, đặc biệt là các tòa nhà đô thị, việc lắp đặt các thiết bị sản xuất năng lượng tái tạo gặp khá nhiều khó khăn do không có đủ diện tích không gian. Nguồn năng lượng tái tạo được sử dụng phổ biến tại Việt Nam là năng lượng mặt trời. Hiện nay, nhiều khu vực dân cư ngoại ô hoặc các nhà xưởng nhỏ lẻ cũng đã tích cực sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời để thay thế hoàn toàn hoặc thay thế một phần điện truyền thống.
Ông Xiangnan Chun, chuyên gia về Hiệu quả năng lượng và Năng lượng tái tạo tại Công ty Tư vấn kiến trúc toàn cầu ARUP (văn phòng Singapore) chia sẻ, các doanh nghiệp xây dựng ở Việt Nam có thể tích hợp năng lượng tái tạo tại công trình theo 3 cách: sản xuất tại chỗ tự phục vụ cho công trình, tổng hợp nhu cầu từ nhiều bên và lập hóa đơn mua chung, mua năng lượng tái tạo thông qua Hợp đồng mua bán điện trực tiếp (DPPA).
Hiện nay, Bộ Công Thương đang trong quá trình hoàn thiện Dự thảo Quyết định của Thủ tướng Chính phủ quy định thí điểm cơ chế mua bán điện trực tiếp giữa đơn vị phát điện từ năng lượng tái tạo với khách hàng sử dụng điện lớn (DPPA). Trong thời gian tới, khi cơ chế, chính sách về mua bán năng lượng tái tạo được triển khai, các nhà đầu tư xây dựng có thể thuận lợi tích hợp sử dụng năng lượng tái tạo tại công trình, từ đó giảm áp lực đến lưới điện quốc gia đồng thời giảm phát thải CO2.
Đối với phương án tự sản xuất năng lượng tái tạo tại chỗ với các thiết bị vật lý, hiện nay một số công ty trên thế giới đã nghiên cứu thành công và bắt đầu phát triển các sản phẩm sản xuất năng lượng tái tạo tích hợp, gọn nhẹ và không tốn diện tích. Unéole, một công ty có trụ sở tại Ronchin, Pháp đã thiết kế một hệ thống tạo năng lượng tái tạo lý tưởng bằng phương pháp kết hợp tuabin gió và tấm pin mặt trời chỉ trong một tổ hợp thiết bị.
Sản phẩm của Unéole có thể tối đa hóa sản lượng điện cao hơn 40% so với chỉ sử dụng năng lượng mặt trời thuần túy. Đặc biệt, thiết kế sản phẩm có thể khắc phục điểm yếu không ổn định của năng lượng tái tạo. Trong trường hợp nguồn năng lượng tái tạo này bị suy giảm (ví dụ trời âm u, không sản xuất được điện mặt trời), thiết bị có thể tự động chuyển sang nguồn sản xuất tái tạo khác hoặc sử dụng một phần năng lượng của cả 2 nguồn để đáp ứng nhu cầu năng lượng.
Trong tương lai, các công trình xây dựng mới sẽ không chỉ xem nguồn năng lượng điện truyền thống là giải pháp duy nhất đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng của con người. Những nguồn năng lượng tái tạo sạch với giá cả cạnh tranh sẽ là lựa chọn hấp dẫn với các nhà đầu tư.
Giảm carbon hàm chứa thông qua đánh giá vòng đời (LCA)
Carbon hàm chứa (embodied carbon) chủ yếu sinh ra từ vật liệu xây dựng. Những vật liệu xây dựng truyền thống như xi măng, bê tông chịu trách nhiệm cho 11% tổng lượng khí CO2 phát thải. Lượng carbon hàm chứa sinh ra từ quá trình vận chuyển, sử dụng vật liệu xây dựng cũng được tính là lượng carbon phát thải từ công trình trong phương pháp tiếp cận toàn bộ vòng đời. Có nghĩa là ngay cả khi tòa nhà đã sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, tích hợp năng lượng tái tạo nhưng vẫn sử dụng vật liệu sản sinh carbon hàm chứa thì công trình đó không thể tiến tới trở thành công trình không phát thải carbon (Net Zero Carbon Building – NZCB).
Vậy làm thế nào để chủ đầu tư biết được đâu là vật liệu xây dựng không phát thải? Các nhà sản xuất vật liệu xây dựng tiến bộ đã bắt đầu kết hợp các chương trình Đánh giá vòng đời (Life Cycle Assessment – LCA) và dán nhãn Tuyên bố Sản phẩm vì môi trường (Environmental Product Declaration – EPD) vào chiến lược phát triển sản phẩm của họ để từ đó cung cấp cho chủ đầu tư công trình một dữ liệu minh bạch về tính bền vững của sản phẩm.
Theo Hội đồng Công trình xanh Việt Nam (VGCB), Đánh giá vòng đời (LCA) là phương pháp phân tích được sử dụng để đánh giá tất cả các tác động môi trường liên quan đến mọi giai đoạn của vòng đời sản phẩm, bao gồm khai thác nguyên liệu thô đến giai đoạn chế biến, sản xuất, phân phối, sử dụng, thải bỏ hay tái sử dụng. Khung đánh giá của LCA được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn 14040 và 14044 từ Tổ chức Tiêu chuẩn hóa quốc tế (ISO). Thông qua LCA, nhà sản xuất và khách hàng được cung cấp một cái nhìn tổng thể về tác động môi trường của sản phẩm một cách khách quan và minh bạch.
EPD là các báo cáo được xác minh độc lập dựa trên các nghiên cứu đánh giá vòng đời LCA. Các nghiên cứu LCA phải được thực hiện theo một tập hợp các quy tắc chung cho từng danh mục sản phẩm và được xác minh bởi các đơn vị điều hành chương trình – các bên thứ ba độc lập. EPD cung cấp các chỉ số định lượng khác nhau của sản phẩm như tác động môi trường, tiêu thụ tài nguyên (ví dụ mức tiêu thụ nước) hay lượng chất thải. EPD có giá trị từ 3 đến 5 năm.
Hiện nay, việc tiến hành đánh giá LCA và gắn nhãn EPD cho sản phẩm đều là tự nguyện, tuy nhiên LCA/EPD đều là những điều kiện bắt buộc trong các tiêu chuẩn đánh giá công trình xanh như LEED, BREEAM, LOTUS. Thông qua EPD, khách hàng có thể hiểu được những tác động môi trường trước, trong và sau khi sử dụng vật liệu xây dựng, cũng như có những bằng chứng thuyết phục về tính bền vững của công trình.
Không thể phủ nhận rằng công trình xanh có lợi ích to lớn với môi trường, xã hội, là bước tiến cần thiết của lĩnh vực xây dựng – kiến trúc trong định hướng kinh tế tuần hoàn. Một công trình xanh đạt chuẩn có thể giúp tiết kiệm 25% đến 67% năng lượng tiêu thụ, giảm đáng kể lượng khí CO2 phát thải, giúp cả chủ đầu tư và người sử dụng giảm chi phí vận hành và hóa đơn điện nước.
Do đó, cần phải khuyến khích ứng dụng công nghệ, kỹ thuật hiện đại cũng như các công cụ đánh giá khách quan để nâng cao số lượng và chất lượng công trình xanh tại Việt Nam. Trong đó, cần phải nhấn mạnh vai trò của các doanh nghiệp là chủ đầu tư, nhà thầu xây dựng, đơn vị thi công, thiết kế, lắp ráp kỹ thuật trong việc lựa chọn các giải pháp tối ưu về hiệu quả năng lượng và giảm phát thải carbon./.