EnglishĐội ngũ từng đoạt giải thưởng của Sol design + consulting, có trụ sở tại Ohio, sử dụng SketchUp và Sefaira để đưa ra các quyết định thiết kế quan trọng từ sớm trong quy trình và cung cấp thông tin chi tiết về tính bền vững có giá trị cho khách hàng.
Tòa nhà Ingalls, Cincinnati
Không có gì bí mật khi tính bền vững và giảm lượng carbon ngày càng trở nên quan trọng. Sol Design + Consulting ưu tiên thiết kế lấy con người làm trung tâm và tận tâm thúc đẩy tính bền vững, sức khỏe của người sử dụng và khả năng chi trả. Công ty tư vấn kiến trúc và bền vững có trụ sở tại Cincinnati này chuyên về các chứng nhận và dự án LEED, Enterprise Green Communities và Passive House (PHIUS+) với các mục tiêu hiệu suất cao.
Đi đầu trong lĩnh vực bền vững + thiết kế
Dù đóng vai trò là kiến trúc sư hay nhà tư vấn về tính bền vững, Sol nhận thấy rằng phân tích hiệu suất sớm là rất quan trọng để đạt được các mục tiêu hiệu suất một cách hiệu quả về chi phí và tích hợp. Họ sử dụng mô hình hóa năng lượng, phân tích ánh sáng ban ngày và các công cụ phân tích khác để cung cấp thông tin cho các quyết định thiết kế quan trọng ngay từ giai đoạn thiết kế ý tưởng.
Việc chuyển cách tiếp cận đó thành hành động có thể gặp khó khăn từ quan điểm thực hiện. Phần mềm mô hình hóa năng lượng truyền thống có thể tốn thời gian và hạn chế việc khám phá nhiều tùy chọn thiết kế. Hầu hết các dự án không có thời gian hoặc ngân sách để dành cho nhiều mô hình năng lượng chi tiết. Đồng thời, nhóm Sol thường muốn khám phá các tùy chọn khác nhau để xác định giải pháp tốt nhất hoặc định lượng sự đánh đổi. Hai nghiên cứu điển hình sau đây cho thấy Sol sử dụng Sefaira như thế nào để vượt qua những rào cản này và mang lại hiệu suất vượt trội.
Dự án Tòa nhà Ingalls
Nằm trong Sổ đăng ký Di tích Lịch sử Quốc gia từ năm 1975, Tòa nhà Ingalls lịch sử của Cincinnati thể hiện kinh nghiệm sâu rộng của Sol với tư cách là nhà tư vấn về tính bền vững và cách tiếp cận tư duy tiến bộ của họ. Sol cung cấp các dịch vụ mô hình hóa năng lượng và nghiệm thu cho việc cải tạo lịch sử của tòa nhà chọc trời bê tông cốt thép đầu tiên ở Hoa Kỳ, đạt được chứng nhận LEED Gold.
Nội thất Tòa nhà Ingalls
Phạm vi công việc là bảo tồn mặt tiền lịch sử, điều này có nghĩa là Sol không thể thực hiện các thay đổi như thay thế cửa sổ, thêm cửa sổ chống bão bên ngoài hoặc bất kỳ sửa đổi có thể nhìn thấy nào khác. Sol đã tiến hành phân tích năng lượng và ánh sáng ban ngày để xác định những gì khả thi cho ánh sáng ban ngày và có giá trị nhất cho năng lượng. Họ xem xét ba yếu tố quan trọng cho dự án này:
- Một số lượng đáng kể điểm LEED phụ thuộc vào hiệu suất năng lượng và ánh sáng ban ngày: 21 trong số 110 điểm có thể đạt được liên quan đến việc cải thiện hiệu suất năng lượng và ánh sáng ban ngày.
- Là một tòa nhà lịch sử được chỉ định, Sol không thể đề xuất các sửa đổi bên ngoài, chẳng hạn như thay thế cửa sổ hoặc thêm cửa sổ chống bão bên ngoài. Tuy nhiên, tòa nhà vẫn phải được chế tạo hiệu quả ít nhất bằng một tòa nhà mới theo mã tiêu chuẩn. Sol cần xác định một con đường sớm trong quá trình để đạt được điều này.
- Mặc dù Sol không thể sửa đổi bên ngoài, nhưng giống như nhiều tòa nhà lịch sử, nó có cửa sổ lớn và được thiết kế chú trọng đến ánh sáng ban ngày. Ngay từ đầu, nhóm muốn xác định xem họ có gần ngưỡng LEED cho các tín chỉ ánh sáng ban ngày hay không để biết liệu họ có thể tính đến những điểm đó hay không.
Mô hình phân tích ánh sáng ban ngày của Tòa nhà Ingalls trong Sefaira
Phó Chủ tịch Thiết kế và Bền vững của Sol, Carl Sterner, mô tả dự án này là một công việc đầy tâm huyết, đặt ra một thách thức độc đáo: cải tạo một tòa nhà hiện có để đạt được chứng nhận LEED trong khi cung cấp phản hồi tiết kiệm năng lượng cho nhóm ngay từ giai đoạn thiết kế. Khách hàng tìm đến Sol như một chuyên gia về cách các biện pháp bảo tồn năng lượng khác nhau có thể cải thiện hiệu suất của tòa nhà.
Ba biện pháp được chứng minh là quan trọng trong phân tích ban đầu và được đưa vào thiết kế: (1) cửa sổ chống bão bên trong, (2) cách nhiệt tường và (3) chiếu sáng LED 100%.
Cửa sổ chống bão bên trong có tác động đáng kể nhất đến dự án này. Ban đầu chúng không được xem xét cho thiết kế, nhưng phân tích ban đầu cho thấy chúng ảnh hưởng lớn đến hiệu suất. Điều này chủ yếu là do các cửa sổ lịch sử hiện có là loại kính đơn—về cơ bản là những lỗ hổng lớn trong lớp vỏ nhiệt. Sol đã làm việc với nhóm thiết kế để tích hợp cửa sổ chống bão bên trong vào thiết kế và đáp ứng các yêu cầu lịch sử. Tòa nhà cuối cùng đã đạt được mức giảm sử dụng năng lượng dự đoán là 44% so với Đường cơ sở LEED—một cải tiến đáng kể cho một tòa nhà lịch sử.
Biểu đồ ECM (biện pháp bảo tồn năng lượng) mô hình hóa năng lượng Tòa nhà Ingalls và quy trình tích hợp – một trong nhiều phân tích được thực hiện cho dự án này.
Giá trị của phân tích ban đầu
Sol ghi nhận phần lớn thành công của họ với các dự án như Tòa nhà Ingalls là nhờ bộ công cụ chuyên nghiệp của họ. Việc sử dụng Sefaira mang lại cho Sol tốc độ không thể so sánh được với phần mềm mô hình hóa ánh sáng ban ngày và năng lượng thông thường. Việc sử dụng SketchUp và Sefaira cho phép lặp lại và phân tích nhanh chóng sớm hơn trong quá trình thiết kế, đưa ra quyết định sáng suốt hơn và mang lại giá trị lớn hơn cho khách hàng.
Phân tích ban đầu với Sefaira và SketchUp cho phép Sol nhanh chóng kiểm tra một loạt các tùy chọn. Với các khả năng phân tích ban đầu này, Sol đã có thể tiết kiệm thời gian và cung cấp phản hồi nhanh hơn, tốt hơn cho khách hàng của họ. Ví dụ, nhóm có thể dễ dàng khám phá các biến số như giá trị R, loại cửa sổ, cải thiện ánh sáng và hệ thống HVAC để xem điều gì có thể mang lại kết quả tiết kiệm năng lượng tốt nhất chỉ trong 3-4 giờ. Đây là một sự tiết kiệm thời gian đáng kể so với các công cụ mô hình hóa năng lượng truyền thống, thường mất hơn 16 giờ.
Lợi ích chính của phân tích ban đầu đối với hầu hết các dự án thiết kế là những thông tin chi tiết giúp định hình cơ bản dự án—cung cấp thông tin cho các quyết định về hình thức tòa nhà, thiết kế mặt tiền, vị trí cửa sổ, che nắng và lớp vỏ.
Hiệu suất và Thẩm mỹ
Đó là một sự thật đơn giản nhưng không phải lúc nào cũng được chấp nhận: thiết kế đẹp và tính bền vững tiên tiến không nhất thiết phải mâu thuẫn. Sterner cho rằng điều thường tạo nên một dự án được thiết kế tốt là sự đơn giản rõ ràng của nó. Tại Sol, họ đạt được điều này bằng cách giải quyết một số vấn đề đồng thời với số lượng động tác tối thiểu.
“Hiệu suất gắn liền với thiết kế của các dự án có tham vọng bền vững cao, như Passive House hoặc Net Zero Energy. Bạn phải nghĩ về chúng cùng nhau để phát triển một giải pháp đơn giản, thanh lịch.”
Carl Sterner, Vice President of Design and Sustainability
Sterner trích dẫn dự án Iowa City Nest làm ví dụ điển hình về phân tích ban đầu trong hành động. Thách thức là tạo ra một Passive House hiệu quả, bền bỉ trên một địa điểm lấp đầy. Dự án này đặt ra một thách thức thú vị cho nhóm thiết kế kiến trúc của Sol. Nhóm phải đáp ứng các yêu cầu hiệu suất nghiêm ngặt của Passive House và phù hợp với ngôi nhà một cách duyên dáng vào một lô đất chật hẹp—đồng thời đáp ứng ngân sách và mong muốn của khách hàng về một ngôi nhà đương đại ấm áp, chào đón. Sefaira chứng tỏ là một công cụ quan trọng cho bài tập này trong sự sáng tạo kiến trúc.
Bản dựng thiết kế ban đầu của Iowa City Nest Passive House
Một trong những động lực thiết kế chính là quy định vùng lũ mới, điều đó có nghĩa là tầng một của ngôi nhà sẽ cao hơn ít nhất hai feet so với những ngôi nhà lân cận. Lô đất hẹp đồng nghĩa với việc Sol cần xây hai tầng đầy đủ để bố trí tất cả các không gian cần thiết. Những yêu cầu này có nguy cơ tạo ra một ngôi nhà dường như cao hơn những ngôi nhà một tầng xung quanh. Để vượt qua thách thức sáng tạo này, nhóm đã thiết kế mặt tiền ngôi nhà trông giống như một tầng và xếp tầng hai ở phía sau nhà.
Thiết kế này dẫn đến việc nhiều cửa sổ hướng về phía bắc hơn là phía nam, một vấn đề tiềm ẩn về hiệu suất. Sol đã sử dụng phân tích ban đầu trong Sefaira để xác định (1) mức độ nghiêm trọng của vấn đề này, (2) những gì họ có thể cải thiện để đáp ứng các yêu cầu của Passive House và (3) liệu họ có thể giảm kích thước của các cửa sổ hướng về phía bắc để cải thiện hiệu suất năng lượng, nhưng vẫn cung cấp đủ ánh sáng ban ngày cho các không gian tầng hai hay không. Khả năng làm việc qua lại giữa phân tích năng lượng và ánh sáng ban ngày cho phép Sol thiết kế mặt tiền phía bắc theo cách cân bằng đồng thời các mục tiêu về năng lượng, ánh sáng ban ngày và thẩm mỹ.
Phân tích ánh sáng ban ngày của Iowa City Passive House trong Sefaira và các chỉ số năng lượng của Passive House.
“Sefaira cho phép nhóm của chúng tôi hiểu được những tác động của việc che nắng và thiết kế mặt tiền ngay từ giai đoạn đầu của quá trình, khi thiết kế vẫn còn linh hoạt. Ngôi nhà cần đáp ứng các chỉ số Passive House, có đủ ánh sáng ban ngày và trông thẩm mỹ. Việc sử dụng Sefaira từ sớm cho phép chúng tôi xem xét tất cả những điều này đồng thời để tạo ra một thiết kế gắn kết, tích hợp.”
Carl Sterner, Vice President of Design and Sustainability
Phân tích năng lượng Sefaira đã được sử dụng để hiểu những gì thúc đẩy kết quả hiệu suất và tối ưu hóa các yếu tố chính như kích thước cửa sổ và che nắng.
Sau khi hoàn thành, Iowa City Nest là Passive House được chứng nhận đầu tiên ở Iowa City và đã giành được Giải thưởng Thiết kế Tòa nhà Thụ động PHIUS 2023.
Ngoại thất và nội thất khu dân cư Iowa City Nest.
Xây dựng xanh: nơi vẻ đẹp giao thoa hiệu suất
Sterner tin rằng việc giảm lượng carbon, bảo tồn năng lượng và nước, và chất lượng môi trường trong nhà tuyệt vời sẽ trở thành tiêu chuẩn chứ không phải ngoại lệ. Khi hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà ngày càng trở nên quan trọng, nhiều luật pháp và ưu đãi hơn sẽ thúc đẩy các mục tiêu khí hậu, và các quy định xây dựng sẽ trở nên nghiêm ngặt hơn để củng cố những kết quả đó. Các quyết định ngày nay sẽ ảnh hưởng không chỉ đến sức khỏe của hành tinh mà còn đến sức khỏe của dân số chúng ta.
“Để đạt được các mục tiêu carbon của chúng ta và kiểm soát sự thay đổi khí hậu, chúng ta phải thiết kế các tòa nhà tốt hơn. Khoảng 40% lượng khí thải carbon đến từ các tòa nhà, bao gồm cả hệ thống sưởi, làm mát và chiếu sáng của chúng. Giảm con số đó không chỉ có nghĩa là xây dựng các tòa nhà mới siêu hiệu quả mà còn là cải tạo các tòa nhà hiện có. Kinh nghiệm của chúng tôi đã chỉ ra rằng, với cách tiếp cận phù hợp, cả các tòa nhà mới và hiện có đều có thể khử carbon một cách hiệu quả về chi phí.”
Carl Sterner, Vice President of Design and Sustainability
Nguồn: SketchUp Blog
