Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế ngày nay đã kéo theo các vấn đề có tầm ảnh hưởng rộng tới hệ kết cấu và vật lý công trình, đặc biệt trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Đây là một trong những nguyên nhân chính gây cản trở cho việc thực hiện các hoạt động xây dựng bền vững và hiệu quả năng lượng trong lĩnh vực xây dựng.
Thực tế, việc xác định được các đặc tính truyền nhiệt, truyền ẩm và độ bền của các loại vật liệu đóng vai trò rất quan trọng trong các công trình sử dụng năng lượng hiệu quả tại tất cả các quốc gia trên Thế giới, trong đó có Việt Nam.
Theo xu hướng sử dụng vật liệu thông minh, vật liệu tiết kiệm năng lượng, cùng với việc bắt buộc thực thi QCVN 09:2017/BXD trong thời gian tới, nhu cầu nghiên cứu, thử nghiệm các tính năng về truyền nhiệt, truyền ẩm cũng như độ bền của nhóm vật liệu xây dựng phù hợp với điều kiện khí hậu trong thực tế sẽ tăng cao.
Vì vậy, việc nghiên cứu, nâng cao năng lực thử nghiệm trong lĩnh vực này là một việc làm cấp thiết, sẽ mang lại hiệu quả lâu dài vì đây là một lĩnh vực hoàn toàn mới tại Việt Nam.
Dự án hợp tác Đức - Việt Nam CAMaRSEC với nội dung chính là “Nghiên cứu vật liệu thích ứng với khí hậu trong bối cảnh kinh tế xã hội Việt Nam” được triển khai nhằm hỗ trợ quá trình thực hiện và bước phát triển tiếp theo của hoạt động xây dựng hiệu quả năng lượng, tiết kiệm tài nguyên và phát triển bền vững.
Dựa trên việc phân tích các vấn đề liên ngành và các nghiên cứu cơ bản, dự án đã xây dựng cơ sở hạ tầng hiệu quả cho việc nghiên cứu và thử nghiệm xác định giá trị đặc trưng, đào tạo, giáo dục và áp dụng kết quả nghiên cứu khoa học vào thực tiễn quy hoạch và xây dựng ở Việt Nam.
Dự án được thực hiện cũng giải quyết các vấn đề trong việc áp dụng hiệu quả các công cụ cần thiết để hỗ trợ triển khai áp dụng QCVN09:2017/BXD - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả trong thực tiễn.
Trong dự án này, Viện Vật liệu xây dựng (VIBM) là thành viên thực hiện chính của hợp phần nghiên cứu WP 3 với các mục tiêu chính như sau: Thứ nhất, xây dựng thành công phòng thử nghiệm vật liệu tiết kiệm năng lượng theo quy chuẩn Việt Nam; Thứ hai, cải tạo và nâng cấp phòng thí nghiệm hiện có thành phòng thử nghiệm vật liệu tiết kiệm năng lượng đạt chuẩn nhằm làm cơ sở để xây dựng các phần mềm mô phỏng về vật liệu; Thứ ba, xây dựng được phòng thí nghiệm ngoài trời để kiểm nghiệm đặc tính truyền nhiệt, truyền ẩm và độ bền vật liệu; Thứ tư, xây dựng hệ thống dán nhãn cho các loại vật liệu tiết kiệm năng lượng; Thứ năm, đào tạo đội ngũ chuyên viên cho các phòng thí nghiệm..
Hiện tại, VIBM đã hoàn thành đầu tư xây dựng phòng thử nghiệm vật liệu xây dựng tiết kiệm năng lượng tại Viện dựa trên nguồn vốn đầu tư từ Bộ Xây dựng, VIBM, một số thiết bị từ dự án và các chuyên gia đến từ Viện Vật lý công trình Fraunhofer (IBP).
Hiện tại, phòng thí nghiệm của VIBM đã thử nghiệm được tất cả các tính năng nhiệt của vật liệu xây dựng, năng lực của phòng thử nghiệm mới cũng đã được đánh giá thông qua các thử nghiệm nghiên cứu đối chứng giữa VIBM và IBP trên cùng một loại vật liệu.
Kết quả cụ thể được trình bày tại Bảng 1 cho thấy VIBM hoàn toàn có năng lực tương đương như phòng thử nghiệm tại IBP.
Bảng 1. Kết quả nghiên cứu thử nghiệm đối chứng giữa phòng thí nghiệm tại Việt Nam và tại Đức trên cùng một loại vật liệu
Tại nhiều quốc gia trên thế giới, thử nghiệm ngoài trời hiện là phương pháp duy nhất để hiểu biết sâu sắc hơn về đặc tính nhiệt ẩm của vật liệu và công trình xây dựng. Tại Việt Nam, VIBM cũng là đơn vị đầu tiên xây dựng thành công một phòng thử nghiệm ngoài trời (PTN) ứng dụng để đánh giá hiệu năng nhiệt ẩm và độ bền của vật liệu xây dựng trong điều kiện khí hậu thực tế tại Việt Nam dưới sự hỗ trợ từ những chuyên gia đến từ phía đối tác Đức.
Phòng thí nghiệm được thiết kế gọn trong một container 40 feet, gồm 8 khoang tường, mỗi khoang được làm từ 8 loại kết cấu vật liệu bao gồm cả vật liệu truyền thống như gạch đất sét sung, gạch bê tông khí, gạch AAC… và các loại vật liệu mới trong và ngoài nước được thử nghiệm.
Trên mỗi khoang tường cả bên trong và bên ngoài các lớp vật liệu được lắp đặt rất nhiều cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, dòng nhiệt… để thu thập dữ liệu về thành phần nhiệt ẩm, độ ẩm tương đối, nhiệt độ bên trong, bên ngoài kết cấu tường, lượng nhiệt truyền qua bề mặt, lượng mưa hắt vào tường theo thời gian thực.
PTN được lắp đặt tại TP Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh. Vị trí này được lựa chọn vì khí hậu khá khắc nghiệt với mùa đông lạnh và lượng mưa cao so với các vùng khí hậu khác tại Việt Nam.
Các dữ liệu về khí tượng được thu thập bởi một trạm thời tiết tự động ghi lại liên tục tất cả các dữ liệu thời tiết cần thiết, cung cấp bộ dữ liệu thời tiết dài hạn rất chi tiết tại vị trí thử nghiệm. PTN đã được hoàn thành và các số liệu đã được thu tập từ tháng 5 năm 2022. Dự kiến các số liệu sẽ được thu thập cho tới khi dự án kết thúc vào tháng 6/2023.
Hình ảnh mô hình vị trí các cảm biến và thiết bị bên trong (hình bên trái) và bên ngoài (hình bên phải) phòng thí nghiệm ngoài trời của VIBM tại Hạ Long, Quảng Ninh.
Mục tiêu chính của thí nghiệm ngoài trời là nghiên cứu các đặc tính liên quan đến độ ẩm của vật liệu xây dựng và ảnh hưởng của chúng đối với kết cấu xây dựng trong điều kiện khí hậu thực tế tại khu vực thử nghiệm.
Các thử nghiệm này đại diện cho điều kiện sử dụng trong thực tế, các điều kiện mà các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm không được biết đến. Dữ liệu sẽ được hệ thống thu thập và ghi lại theo thời gian, sau đó sẽ được sử dụng để tính toán, mô phỏng hiệu năng nhiệt ẩm của vật liệu nhằm so sánh, đánh giá đặc tính truyền nhiệt, truyền ẩm và độ bền của các loại vật liệu tham gia thử nghiệm.
Bằng cách này, hiệu suất và độ bền của hệ thống tường sử dụng vật liệu mới sẽ được so sánh trực tiếp với kết cấu tường sử dụng các loại vật liệu truyền thống từ đó hỗ trợ cho việc lựa chọn vật liệu phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế.
Dữ liệu thu thập liên tục theo thời gian thực dự kiến đến tháng 6/2023.
Kết quả thử nghiệm được sử dụng để mô phỏng các đặc tính của vật liệu nhằm đưa ra các dự báo về độ bền của vật liệu trong tương lai.
Điều kiện khí hậu khắc nghiệt tại Việt Nam đặt ra những thử thách to lớn về cấu trúc và vật lý kiến trúc đối với các hoạt động xây dựng tiết kiệm năng lượng và bền vững. Những nghiên cứu thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và ngoài trời này tạo cơ sở cho việc tối ưu hóa sản phẩm để phù hợp với mục đích sử dụng và đảm bảo độ bền.
Ngoài ra, việc phát triển các giải pháp mới về vật liệu tiết kiệm năng lượng cũng có thể được thực hiện dựa trên các hoạt động phân tích nhiệt ẩm để cải thiện sự thoải mái nhiệt ẩm và để giảm tiêu thụ năng lượng và điều kiện độ ẩm trong các tòa nhà.
Để thực hiện mục tiêu tiết kiệm năng lượng, kết cấu bao che công trình bao gồm tường, mái, hệ thống cửa quyết định lớn đến hiệu quả tổng thể của một công trình xây dựng trên toàn bộ vòng đời của tòa nhà. Kết cấu bao che công trình có hiệu quả năng lượng cao là biện pháp cốt lõi trong chương trình tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà xây mới và các chương trình năng lượng cải tạo cho các tòa nhà hiện có.
Do đó, để có thể sử dụng quy chuẩn về công trình sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, dễ dàng thì cần thiết phải đầu tư năng cao năng lực thử nghiệm, chứng nhận các đặc trưng nhiệt cho vật liệu xây dựng, triển khai và áp dụng ghi nhãn năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.
Do vậy, song song với đầu tư trang thiết bị, cơ sở vật chất phòng thí nghiệm thì cũng cần hoàn thiện các căn cứ pháp lý tiêu chuẩn quốc gia, tài liệu hướng dẫn để đào tạo nhân lực cho các phòng thí nghiệm, các đơn vị sản xuất, đơn vị ứng dụng.
ximang.vn (TH/ TC Xây dựng)
