CASPhân tích hiệu năng công trình
Menu

Văn phòng cơ quan nhà nước – Cân bằng năng lượng và chiếu sáng tự nhiên qua 64 phương án mặt đứng

Mô phỏng Radiance–EnergyPlus cho 8 phòng làm việc, 64 phương án tỷ lệ cửa, che nắng, kính, hướng và bối cảnh. Chỉ 8/60 phương án đạt đồng thời sDA ≥ 55% và ASE ≤ 10%; phương án tốt nhất giảm EUI 3,4% so với cửa hiện trạng.

Nghiên cứu ứng dụngMô phỏng năng lượngKiểm tra chiếu sáng tự nhiên
Loại công trình
Văn phòng
Địa điểm
Khí hậu TP. Hồ Chí Minh
Năm
2026
Vai trò của CAS
Lập mô hình tham số, thiết kế thí nghiệm, mô phỏng hàng loạt và phân tích thống kê

Nghiên cứu ứng dụng: kết quả tính toán từ mô hình đã được kiểm tra (verification), chưa đối chiếu với số đo thực tế tại công trình. Dùng để so sánh phương án, không phải dự báo vận hành thực.

Tải báo cáo tóm tắt (PDF)

Mặt bằng phòng nghiên cứu (tô cam), diện tích, chiều sâu, hướng tường cửa chính, cửa hiện trạng và lưới cảm biến.
Mô hình phân tích trong Rhino: đầy đủ cột, gờ sàn, sảnh và khối thang – các chi tiết tự che nắng cho mặt đứng. · Nguồn: CAS – mô phỏng Grasshopper/Honeybee

1.Bài toán

Ở khí hậu nóng ẩm, mặt đứng quyết định cùng lúc tải lạnh, điện chiếu sáng và chất lượng ánh sáng ngày của văn phòng. Một lựa chọn tốt về năng lượng (cửa nhỏ, kính tối màu) có thể làm phòng thiếu sáng, còn cửa lớn kính trong thì đủ sáng nhưng nóng và chói. Câu hỏi đặt ra cho trụ sở văn phòng một cơ quan nhà nước: trong các tổ hợp tỷ lệ cửa, che nắng, kính và hướng, phương án nào đạt chuẩn chiếu sáng, tiết kiệm được bao nhiêu năng lượng, và đâu là ngưỡng mà tăng cửa hay che nắng thêm không còn hiệu quả.

Mục tiêu phân tích

  • Đếm số phương án đạt đồng thời sDA300/50% ≥ 55% và ASE1000,250h ≤ 10% trên 8 phòng làm việc tầng 4
  • Định lượng mức giảm EUI so với cửa hiện trạng khi vẫn giữ chuẩn chiếu sáng
  • Xác định biến thiết kế chi phối EUI, sDA, ASE và các điểm gãy (ngưỡng hết hiệu quả)
  • Đánh giá ảnh hưởng của công trình lân cận và hướng công trình lên kết luận

2.Đầu vào và phương pháp

Hình học
Mô hình Rhino của tòa văn phòng, có đầy đủ che nắng của chính công trình (cột, gờ sàn, sảnh, khối thang – khoảng 557 mặt). Vùng nghiên cứu là 8 phòng làm việc tầng 4, tổng 170,5 m², sâu 3,0–5,9 m, hướng Bắc, Nam, Đông, Tây và 2 phòng góc.
Khí hậu
TP.HCM – Tân Sơn Nhất, EPW TMYx 2011–2025; cùng một tệp cho Radiance và EnergyPlus.
Vật liệu / cấu tạo
Bốn bộ kính từ thư viện EnergyPlus: G1 kính đơn trong (hiện trạng, SHGC 0,80, VLT 0,88), G2 kính phản quang (0,34 / 0,30), G3 hộp kính Low-E (0,42 / 0,64), G4 hộp kính Low-E chọn lọc phổ (0,27 / 0,41). Phản xạ tường / trần / sàn 0,50 / 0,80 / 0,20.
Lịch sử dụng
ASHRAE 90.1-2019 MediumOffice – ClosedOffice; thứ 2–6, 7:30–17:00 (2.860 giờ/năm); làm lạnh 26 °C giờ làm việc; đèn điều chỉnh liên tục theo ánh sáng ngày, ngưỡng 300 lx.

Giả định chính

  • EUI là chỉ số đại diện: tải lạnh Ideal Air chia SCOP 3,0 cộng điện chiếu sáng và thiết bị – dùng để so sánh phương án, chưa phải điện năng thực
  • Lịch điều khiển đèn lấy từ kết quả Radiance và đưa vào EnergyPlus, phản ánh chuỗi “nhiều ánh sáng ngày → ít điện đèn → ít nhiệt tỏa”
  • Bối cảnh giả định đối xứng bốn phía: C0 không vật cản, C1 khối cao 18 m cách 15 m, C2 khối cao 30 m cách 10 m
  • Che nắng tính bằng PixelCounting có phản xạ mặt ngoài; đã kiểm tra: lọc mặt che lệch dưới 1% tải lạnh, bỏ phản xạ làm tải lạnh lệch khoảng 16%
  • Radiance -ab 2 -ad 5000, lưới 0,6 m cao 0,76 m (396 cảm biến); chưa kiểm tra hội tụ nên sDA phòng sâu có thể thiên thấp

Công cụ: Rhino 8 + Grasshopper, Ladybug Tools 1.9 (Honeybee Radiance 1.66, Honeybee Energy 1.116), Radiance (annual-daylight-enhanced), EnergyPlus 25.1 / OpenStudio 3.10, Python: rừng ngẫu nhiên, hồi quy phân đoạn, Pareto

Phạm vi: Tầng 4, 8 phòng làm việc. 4 phương án cửa hiện trạng xoay 0/45/90/135°; 48 phương án pilot (WWR 0,2/0,4/0,6 × 4 kiểu che nắng × kính G1/G4 × 2 hướng); 12/160 phương án sàng lọc lấy mẫu siêu khối Latin có bối cảnh C0/C1/C2. Tổng 480 dòng kết quả theo phòng.

3.Các phương án

B000 – Cửa hiện trạng (gốc)

Cửa sổ theo hồ sơ hiện trạng, kính đơn trong G1, hướng gốc (North 0°), không vật cản.

P016 – Kính Low-E + che nắng

WWR 0,4; che ngang PF 0,4 + lam đứng PF 0,3; hộp kính Low-E chọn lọc phổ G4.

P007 – WWR 0,2 + che nắng

WWR 0,2; che ngang PF 0,4 + lam đứng PF 0,3; kính trong G1.

P015 – WWR 0,4 kính trong

WWR 0,4; che ngang PF 0,4 + lam đứng PF 0,3; kính trong G1.

Giữ cố định giữa các phương án

  • Hình khối, mặt bằng và che nắng của chính công trình
  • Bậu cửa 0,7 m, cao cửa 2,3 m
  • Hướng gốc North 0°, bối cảnh C0
  • Lịch sử dụng, hệ thống Ideal Air, SCOP 3,0

4.Kết quả

Bảng so sánh kết quả giữa các phương án
Chỉ sốB000 – Cửa hiện trạng (gốc)P016 – Kính Low-E + che nắngP007 – WWR 0,2 + che nắngP015 – WWR 0,4 kính trong
EUI đại diệnkWh/m²·năm88,985,8-3,49% so với gốc86,4-2,81% so với gốc91,6+3,04% so với gốc
sDA300/50%% diện tíchNgưỡng ≥ 55%64,462,1-3,57% so với gốc66,5+3,26% so với gốc95,1+47,67% so với gốc
ASE1000,250h% diện tíchNgưỡng ≤ 10%78,8+25,71% so với gốc3,6-48,57% so với gốc9,3+32,86% so với gốc
Biểu đồ EUI và sDA của từng phương án, kèm biên Pareto
EUI và sDA toàn tầng của từng phương án. Điểm màu đạt cả sDA và ASE; đường nối là biên Pareto (C0) – tăng sDA từ khoảng 62% lên 95% phải trả thêm khoảng 6 kWh/m²·năm. · Nguồn: CAS – mô phỏng Grasshopper/Honeybee
Tác động chính của WWR, che nắng, kính và hướng lên EUI và ASE
Tác động chính trung bình (48 phương án pilot): che nắng kết hợp giảm EUI khoảng 10 kWh/m²·năm; xoay công trình 90° làm ASE tăng từ 13% lên 28%. Đường đứt nét là ngưỡng ASE 10%. · Nguồn: CAS – mô phỏng Grasshopper/Honeybee
sDA theo WWR của phòng hướng Bắc và hướng Đông, kèm điểm gãy
sDA theo tỷ lệ cửa: tăng nhanh đến điểm gãy (WWR ≈ 0,28 hướng Bắc, ≈ 0,40 hướng Đông) rồi gần như bão hòa. · Nguồn: CAS – mô phỏng Grasshopper/Honeybee
Tầm quan trọng của các biến thiết kế với EUI, sDA và ASE
Độ nhạy (rừng ngẫu nhiên, 480 dòng phòng): WWR quan trọng nhất cho cả ba chỉ số; chiều sâu phòng đứng thứ hai cho EUI và sDA. · Nguồn: CAS – mô phỏng Grasshopper/Honeybee

Nhận xét

  • Cửa hiện trạng ở hướng gốc đã đạt chuẩn chiếu sáng (sDA 64,4%, ASE 7,0%, EUI 88,9 kWh/m²·năm). Khi xoay công trình 45–135°, sDA gần như không đổi nhưng ASE tăng lên 12,9–15,2% và vượt ngưỡng: hướng Bắc–Nam hiện tại là hướng thuận lợi nhất.
  • Chỉ 7/48 phương án pilot đạt cả sDA và ASE, tất cả ở hướng gốc; khi xoay 90°, không phương án nào đạt ASE, kể cả với che ngang PF 0,8.
  • Cửa nhỏ (WWR 0,2) kết hợp kính Low-E G4 cho EUI thấp nhất (khoảng 86–87 kWh/m²·năm) nhưng sDA chỉ 29–39%: phương án tiết kiệm năng lượng nhất lại không đủ sáng.
  • sDA tăng khoảng 19 điểm % mỗi 0,1 WWR cho đến WWR ≈ 0,37, sau đó chỉ còn khoảng 3 điểm %; vượt ngưỡng này, cửa lớn hơn chủ yếu làm tăng tải lạnh và nắng chói.
  • Với công trình lân cận che chắn (12 phương án sàng lọc), kính truyền sáng thấp G2/G4 làm sDA sụt còn 6–36% dù WWR tới 0,59; chỉ kính trong G1 còn giữ được sDA ≥ 55%.

Kết luận

  • Dư địa tiết kiệm năng lượng khi giữ chuẩn chiếu sáng là nhỏ: phương án tốt nhất P016 (WWR 0,4, che ngang 0,4 + đứng 0,3, kính G4) giảm EUI 3,4% so với hiện trạng. Mục tiêu cải tạo mặt đứng nên đặt vào kiểm soát nắng trực tiếp và chất lượng ánh sáng, không chỉ EUI.
  • WWR khoảng 0,3–0,4 kết hợp che ngang và đứng là vùng thiết kế hợp lý cho khí hậu này; loại kính phải chọn theo mức che chắn của bối cảnh.

5.Quyết định thiết kế

  • Giữ WWR trong khoảng 0,3–0,4; hướng Bắc có thể dừng ở khoảng 0,3 vì sDA bão hòa sớm hơn
  • Kết hợp che ngang (PF khoảng 0,4) và lam đứng (PF khoảng 0,3); ở hướng Đông, lam đứng vượt PF ≈ 0,26 không còn giảm EUI và ASE
  • Bối cảnh thoáng: dùng kính Low-E chọn lọc phổ khi WWR ≥ 0,4. Bối cảnh bị che chắn: chọn kính VLT cao hơn 0,41 hoặc tăng WWR kèm che nắng
  • Với mặt đứng Đông–Tây, cần che nắng mạnh hơn khoảng đã thử; mô phỏng bổ sung trước khi chốt phương án
  • Thay bộ kính thư viện bằng thông số sản phẩm thực khi lập hồ sơ kỹ thuật

6.Giới hạn

  • Kết quả tạm: giai đoạn sàng lọc mới chạy 12/160 phương án; bối cảnh C1/C2 và hướng chéo còn ít mẫu, nên kết luận chủ yếu dựa trên giai đoạn pilot (không vật cản)
  • Chỉ mô phỏng tầng 4; tầng thấp bị che chắn nhiều hơn và tầng mái chịu bức xạ mái chưa được xét
  • EUI dùng Ideal Air và SCOP cố định; điện năng thực cần mô phỏng với hệ thống điều hòa cụ thể
  • Radiance -ab 2 chưa kiểm tra hội tụ; kính, lịch sử dụng và khối lân cận là giả định; chưa đối chiếu với số đo thực tế
Phối cảnh mô hình nhìn từ trên cao: mái, sảnh và các gờ sàn được đưa vào tính bóng đổ. · Nguồn: CAS – mô phỏng Grasshopper/Honeybee
Quy trình tự động trong Grasshopper: bảng phương án → mô hình Honeybee → Radiance → EnergyPlus → tổng hợp theo phòng → phân tích thống kê. · Nguồn: CAS – mô phỏng Grasshopper/Honeybee
Mô hình 3D công trình
Bản đồ DA₃₀₀ (hàng trên) và số giờ nắng trực tiếp > 1000 lx (hàng dưới) trên lưới cảm biến

Dự án của anh/chị có bài toán tương tự?

Gửi thông tin ban đầu để CAS đề xuất phạm vi phân tích.

Trao đổi về dự án