Công trình Net Zero với điều kiện thực tế của Việt Nam

Tòa nhà Bullitt Center ở thành phố Seattle (Mỹ) được biết đến là công trình thương mại xanh nhất thế giới.

Công trình ZEB phát triển cao hơn của công trình xanh

Tòa nhà Zero-Energy (ZEB), còn được gọi là tòa nhà Net Zero-Energy (NZE), là tòa nhà có mức tiêu thụ năng lượng bằng không. Nghĩa là tổng lượng năng lượng mà tòa nhà sử dụng hàng năm bằng với lượng năng lượng tái tạo được tạo ra tại chỗ hoặc bởi các nguồn năng lượng tái tạo từ bên ngoài gần đó.

Cần lưu ý rằng “mức tiêu thụ năng lượng bằng 0” ở đây không có nghĩa là “không sử dụng năng lượng” mà cần được hiểu là “không tiêu thụ năng lượng được sản xuất theo các phương thức “truyền thống”, có tác động “xấu” đến môi trường tự nhiên như thủy điện, nhiệt điện (than, dầu, gas)… và được cung cấp theo hệ thống truyền tải điện của quốc gia hoặc khu vực. Thuật ngữ tiếng Anh gọi những công trình này là “grid-off building”. Đây là một điểm rất dễ nhầm lẫn.

Chính vì định nghĩa này, có thể nhận ngay ra rằng ZEB là sự phát triển cao hơn của công trình xanh (Green building-GB) do mong muốn loại bỏ sự phụ thuộc của công trình vào hệ thống cung cấp năng lượng chung (lưới điện, nước nóng, gas) mà đa phần sẽ xâm nhập hay gây hại cho môi trường trong quá trình sản xuất ra.

Tuy vậy, mục tiêu chính của GB và ZEB cũng có những điểm không hoàn toàn đồng nhất. Với các tòa nhà bền vững, sinh thái và xanh thì mục tiêu là cố gắng tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên trong khi tiêu thụ ít năng lượng hơn so với tiêu chuẩn trong mặt bằng chung của công trình cùng thời điểm hiện tại. Các công trình GB vẫn phải tiêu thụ (một phần) năng lượng không thể tái tạo và như vậy vẫn tạo ra khí nhà kính.

Tòa nhà ZEB sản xuất ra nhiều năng lượng tái tạo bằng chính mức tiêu thụ trong suốt một năm.

Trong khi đó, các tòa nhà ZEB sản xuất ra nhiều năng lượng tái tạo bằng chính mức tiêu thụ trong suốt một năm (tự cân bằng), giảm phát thải khí nhà kính, tận dụng tối đa tài nguyên thiên nhiên tại chỗ. Tức là các công trình ZEB có yêu cầu về năng lượng của cao hơn hẳn so với GB.

Sự phát triển của các tòa nhà ZEB được khuyến khích bởi mong muốn chúng ít tác động đến môi trường hơn, đóng góp ít khí nhà kính tổng thể hơn vào bầu khí quyển trong quá trình hoạt động hơn nữa (so với các GB).

Ở một khía cạnh khác, chẳng hạn như về việc giảm thiểu chất thải và sử dụng vật liệu xây dựng tái chế, thì các tòa nhà ZEB có thể hoặc không thể được coi là “xanh”. Tuy nhiên, so với các công trình GB khác, nhu cầu năng lượng từ bên ngoài mà nhiên liệu có nguồn gốc hóa thạch để có thể vận hành và đáp ứng nhu cầu của người sử dụng, các tòa nhà ZEB lại có tác động vào hệ sinh thái nhỏ hơn nhiều trong suốt vòng đời của tòa nhà.

Tòa nhà GB còn khác với tòa nhà ZEB ở chỗ nó sẽ xem xét tất cả các tác động môi trường, chẳng hạn như sử dụng vật liệu và ô nhiễm nước, trong khi các tòa nhà ZEB ưu tiên việc xem xét mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà và khả năng tạo ra một lượng năng lượng tương đương, nếu không muốn nói là nhiều hơn, từ nguồn năng lượng tái tạo.

Công nghệ là vấn đề hàng đầu trong phát triển ZEB

Một điều hiển nhiên là để có thể cân bằng năng lượng trong điều kiện nguồn cung năng lượng tại chỗ rất hạn hẹp về quy mô, nên các ZEB trước hết cần phải giảm thiểu nhu cầu năng lượng ở mức tối đa mà vẫn phải đảm bảo tiện nghi sinh hoạt của con người sống và làm việc trong đó.

Tác giả bài viết chụp ảnh bên Tòa nhà Bullitt Center - công trình thương mại xanh nhất thế giới.

Điều này đặt ra đối với những người thực hiện ZEB hai nhiệm vụ ngược chiều nhau cho cùng một dự án. Một là, nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ, thiết bị, phương tiện tiêu thụ năng lượng ở mức thấp nhất có thể cho công trình. Hai là, nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ, thiết bị, phương tiện sản xuất ra năng lượng tái tạo tại chỗ với mức cao nhất có thể trong phạm vi của dự án.

Vậy, để có được ZEB, công nghệ là vấn đề hàng đầu. Đây cũng chính là thách thức lớn của Việt Nam trong điều kiện hiện tại. Bởi về năng lực công nghệ, việc chế tạo và lắp đặt các máy móc thiết bị có mức tiêu thụ năng lượng thấp (điều hòa không khí, máy bơm, bếp nấu, chiếu sáng…); chế tạo và lắp đặt các thiết bị sản xuất điện tái tạo tại chỗ (điện gió, điện mặt trời, địa nhiệt, thủy điện công suất nhỏ), nhiên liệu đốt, sưởi bằng sinh khối… còn hạn chế.

Về năng lực thiết kế, đòi hỏi khả năng thiết kế cùng tính toán chi tiết các vấn đề về vật lý công trình (Physical building) như tính toán nhiệt, thông gió, độ ồn, khả năng cháy… mà hiện nay chưa có ngành học tại Việt Nam; đòi hỏi phải sử dụng phương pháp mô phỏng (Simulation design) như biểu kiến, bóng đổ, gió, nhiệt độ, mưa, cháy… trên nền tảng các phần mềm chuyên dụng. Các phần mềm có độ tin cậy cao có giá lên tới hàng nghìn, chục nghìn USD, còn Việt Nam chưa có phần mềm tự lập trình.

Ngoài ra, việc tính toán hàm lượng các bon trong vật liệu xây dựng, cũng như lượng phát thải CO2 của công trình chưa được cập nhật và phổ biến cho các kiến trúc sư và kỹ sư trong ngành Xây dựng.

Về vật liệu hoàn thiện, cách nhiệt tốt cho vỏ công trình là giải pháp tốt nhất cho việc chống thất thoát nhiệt hay nói cách khác là lãng phí năng lượng (làm mát hoặc sưởi). Sử dụng một cách chính xác các vật liệu cách nhiệt có thể để tiết kiệm càng nhiều năng lượng càng tốt trong điều kiện nguồn cung năng lượng hạn hẹp. Các vật liệu có khả năng cách nhiệt có giá thành cao hơn các vật liệu thông thường, ví dụ như cửa sổ (hai lớp hoặc tốt hơn nữa là ba lớp và kín khít), kính năng lượng (Low-E)…

Các vật liệu có giá trị nhiệt R tốt (thường là các chất liệu được sản xuất công nghiệp như sợi thủy tinh, len, tấm hoặc khối xốp, xenlulô, polystyren, polyisocyanurat, polyurethane...) là các vật liệu có giá thành cao hơn vật liệu có nguồn gốc tự nhiên với cùng một năng lực chức năng.

Về cơ chế đặc thù, đối với công trình, đặc biệt là nhà ở, để tránh việc chênh lệch mức tiêu thụ năng lượng giữa 2 thời điểm trong ngày (vào ban ngày, công trình sản xuất được nhiều điện - quang điện nhưng mức tiêu thụ thấp do không có người sử dụng, còn vào ban đêm không sản xuất được điện nhưng mức tiêu thụ cao nhất) thì cần có các thiết bị “trữ điện” hay còn gọi là pin. Các thiết bị pin tại thời điểm hiện nay có giá thành cao, do đó đa số chỉ được tập trung nghiên cứu để áp dụng cho các phương tiện giao thông.

Trước đây, có một cách làm khác để cân bằng việc này là có cơ chế “vay” - “trả” năng lượng. Đó là khi ngôi nhà thừa điện có thể phát lại hay bán vào hệ thống điện chung. Ngược lại khi thiếu thì có thể nhận lại hay mua điện từ hệ thống điện chung. Như vậy, bên cạnh việc đòi hỏi về công nghệ thì Việt Nam cần có chính sách quốc gia đặc thù cho việc mua bán điện sản xuất từ các hộ gia đình.

Tuy vậy, dù đạt tiêu chí cân bằng năng lượng thì việc tách biệt grid-off với hệ thống năng lượng vẫn chưa được triệt để như mong muốn. Nên việc này có thể áp dụng cả với công trình xanh đạt tiêu chuẩn xếp hạng cao.

Bởi vì các mục tiêu ZEB về năng lượng rất quan trọng nên đối với quá trình thiết kế nên chúng phải được chỉ định rõ và thiết lập kế hoạch cụ thể. Nếu Việt Nam không có khả năng chế tạo thì giải pháp duy nhất là nhập khẩu các thiết bị trên, mà hiện nay giá thành trung bình đều cao hơn các thiết bị thông thường trên phạm vi toàn cầu.

Cũng giống như công trình GB, việc xây dựng những công trình ZEB cần rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm về thiết kế thụ động, để tìm ra các giải pháp tối ưu về nhiệt và chiếu sáng tự nhiên. Tuy nhiên do tính chất công trình ZEB là tập trung vào tính bền vững tự thân của công trình, nên vấn đề công nghệ là giải pháp duy nhất.

Trong điều kiện của một nước mới bước vào giai đoạn phát triển như Việt Nam khi các nguồn tài chính còn khá hạn hẹp, các nguồn lực (thiết bị, nhân lực) dành cho khoa học công nghệ xây dựng còn nhiều hạn chế thì việc lựa chọn chiến lược cho hướng đi của các công trình Net Zero cần có sự tính toán kỹ lưỡng để có được lộ trình hợp lý, tránh sự “hụt hơi” như một số phong trào trước đây.

Bài dự thi viết về Công trình xanh Việt Nam năm 2023 do Báo Xây dựng phát động. Ban tổ chức cuộc thi không trả nhuận bút các bài dự thi. Tác giả chịu trách nhiệm trước pháp luật về tính xác thực và bản quyền bài viết.

ThS.KTS Nguyễn Huy Khanh