Năm 1996, GS.TS Wolfgang Feist và cộng sự đã thành lập Viện Nhà ở Thụ động (Passivhaus Institut ) tại thành phố Darmstadt (Đức), nơi nghiên cứu một cách có hệ thống các công trình hiệu quả năng lượng và phát triển công cụ PHPP nhằm hỗ trợ thiết kế, tính toán các thông số đầu ra có liên quan đến hiệu quả năng lượng (như năng lượng sưởi ấm, năng lượng làm mát, nhu cầu sử dụng năng lượng tái tạo cần thiết và lượng thực tế khai thác được …), tính theo năm dựa trên những thông số cơ bản đầu vào (hướng nhà, diện tích sàn, diện tích cửa sổ, cửa ra vào, các dữ kiện về khí hậu của từng khu vực, các kết cấu xây dựng…).

Nhà thụ động đầu tiên của Đức tại Darmstadt 

Mức tiêu thụ nhiệt năng để sưởi ấm của nhà thụ động không được vượt quá 15 kWh/(m2/năm) - điều này tiếp tục được khẳng định. Thay vì tiêu thụ năng lượng sơ cấp, với sự ra đời của các cấp độ đánh giá mới, khái niệm về tổng mức tiêu thụ “năng lượng tái tạo sơ cấp” (PER - Primary Energy Renewable) được hình thành. Đối với Passivhaus Classic, giá trị này tối đa 60 kWh/m2/năm. Passive House Plus hiệu quả hơn - tiêu thụ năng lượng tái tạo sơ cấp không được nhiều hơn 45 kWh/m2/năm; tạo ra lượng năng lượng ít nhất 60 kWh/(m2/năm. Đối với Passivhaus Premium, mức tiêu thụ năng lượng tái tạo sơ cấp được giới hạn 30 kWh/m2/năm; tạo năng lượng tái tạo sơ cấp phải đạt ít nhất 120 kWh/m2/năm. Ở phạm vi hẹp, việc tạo năng lượng có thể được thay thế bằng tiêu thụ và ngược lại. Điều này có thể được thực hiện chính xác nhờ các đặc điểm của hệ thống đánh giá mới dựa trên PER.

Gió và mặt trời cung cấp năng lượng điện sơ cấp. Một phần năng lượng này có thể được sử dụng trực tiếp. Để truyền năng lượng dư thừa trong thời gian cung cấp năng lượng thấp, cần có các thiết bị lưu trữ. Trường hợp cần thiết, các thiết bị lưu trữ này cung cấp năng lượng điện thứ cấp, cùng với đó là thất thoát. Tùy thuộc vào loại hình sử dụng năng lượng, tỷ lệ năng lượng điện sơ cấp và thứ cấp là khác nhau, kèm theo đó là thất thoát trong quá trình tạo năng lượng. Những tổn thất năng lượng cụ thể trong quá trình sử dụng năng lượng được mô tả bằng hệ số PER tương ứng. Việc tiêu thụ năng lượng điện cho nhu cầu hàng ngày ổn định quanh năm, do đó tỷ trọng năng lượng điện sơ cấp cao và hệ số PER thấp. Ngược lại, việc sưởi ấm chỉ được thực hiện vào mùa đông. Để có đủ năng lượng trong mùa đông, năng lượng điện phải được nhận một phần vào mùa hè và dự trữ cho mùa đông với lượng thất thoát đáng kể, dẫn đến hệ số PER cao.

Hướng dẫn thiết kế nhà thụ động theo PHPP của Viện nghiên cứu Nhà thụ động Liên bang Nga

Hiện nay, Nga đã cập nhật việc phân loại các tòa nhà ở theo mức tiêu thụ năng lượng theo tiêu chuẩn dành cho công trình hiệu quả năng lượng. Cụ thể:

- Nhà thụ động: mức tiêu thụ nhiệt cụ thể để sưởi ấm ≤ 15 kWh//m2/năm; tổng mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp ≤ 120 kWh/m2/năm.

- Tòa nhà có mức tiêu thụ năng lượng cực thấp: mức tiêu thụ nhiệt cụ thể để sưởi ấm là 16 -35 kWh/m2/năm; tổng mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp ≤ 180 kWh/m2/năm.

- Tòa nhà có mức tiêu thụ năng lượng thấp: mức tiêu thụ nhiệt cụ thể để sưởi ấm là 36 - 60 kWh/m2/năm; tổng mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp ≤ 220 kWh/m2/năm.

- Tòa nhà tiêu thụ ít năng lượng: mức tiêu thụ nhiệt cụ thể để sưởi ấm là 61-100 kWh/m2/năm; tổng mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp ≤ 300 kWh/m2/năm. Cả hai chỉ số này phải được tính toán bằng PHPP -9.

Nhà trẻ có mức tiêu thụ năng lượng thấp tại thành phố Beloyarsky 

Viện Nhà thụ động của Liên bang Nga hợp tác chặt chẽ với Viện Nhà thụ động của Đức nhằm cung cấp dịch vụ tư vấn về thiết kế, xây dựng và giám sát các tòa nhà tiết kiệm năng lượng, bao gồm nhà thụ động và nhà có mức tiêu thụ năng lượng cực thấp và thấp, đồng thời tham gia nghiên cứu khoa học, tổ chức các hội nghị, khóa đào tạo cho các chuyên gia, góp phần thúc đẩy và phát triển xây dựng tiết kiệm năng lượng. Hiện nay trong khắp Liên bang Nga, các công trình với những yếu tố cơ bản của nhà thụ động đã và đang được xây dựng ngày càng nhiều, đặc biệt tại thành phố Moskva và vùng Moskva, Ekaterinburg, Nizhny Novgorod, St. Peterburg, Cheboksary, Stavropol, Volgodonsk, Novosibirsk, Tver, Chelyabinsk.... Ngoài ra, rất nhiều công trình hiệu quả năng lượng đang trong giai đoạn thiết kế. Một số ví dụ điển hình:

Nhà tiêu thụ năng lượng cực thấp ở quận Chekhov,  thành phố Moskva

Nhà 3 tầng và 1 tầng hầm, xây dựng trong thời gian 2014 – 2022; có diện tích sử dụng năng lượng 293 m2. Mức tiêu thu nhiệt cụ thể để sưởi ấm (theo phương pháp PHPP) đạt 32-35 kWh/m2/năm. Các giải pháp thiết kế và kỹ thuật cơ bản:

- Giải pháp kết cấu: vật liệu cơ bản là bê tông cốt thép; lớp cách nhiệt ngoài bằng bông khoáng; mặt tiền thoáng khí bằng thạch cao; xốp cách nhiệt XPS được sử dụng cho sàn và tường tầng hầm, mái dốc (các kết cấu này là khung gỗ phủ lớp cách nhiệt bông khoáng).

- Giải pháp cách nhiệt: cách nhiệt mái nhà bằng XPS 400 mm; cách nhiệt cho sàn/tường tầng hầm bằng XPS 300/350 mm; cửa sổ khung nhựa hiệu quả năng lượng cao, lắp kính 3 lớp.

- Kháng truyền nhiệt của tường R = 9,5-10,8 (m2.°C)/W, mái R = 10,3-12,8 (m2∙°C)/W, tầng hầm R = 9,7 (m2 ∙°С)/W, tầng hầm tường R = 11,1 (m2∙°С)/W.

- Thấm khí – giá trị thực tế của tốc độ trao đổi không khí khi chênh lệch áp suất giữa không khí bên ngoài và bên trong là 50 Pa: n50 = 0,31 h^-1.

- Thông gió: Thiết bị thông gió TURKOV Zenit-750 Heco với hiệu suất thu hồi 84%;

- Sưởi ấm: bơm nhiệt NIBE, sàn ấm; 2 bộ thu năng lượng mặt trời chân không NIBE.

Nhà thụ động tại thị trấn Istra, vùng Moskva 

Nhà trẻ có mức tiêu thụ năng lượng thấp tại thành phố Beloyarsky, Khu tự trị Khanty-Mansi

Tòa nhà 2 tầng, có diện tích sử dụng năng lượng 2938m2. Nhà trẻ có thể tiếp nhận 220 trẻ em, 78 nhân viên; được xây từ 2016 – 2021, có sự thay đổi so với thiết kế ban đầu. Tòa nhà có mức tiêu thụ nhiệt cụ thể để sưởi ấm (theo phương pháp PHPP) là 50 kWh/m2/năm. Các giải pháp thiết kế và kỹ thuật cơ bản gồm có:

- Giải pháp kết cấu: tường ngoài xây bằng gạch đặc; mặt tiền thoáng khí, trần và sàn bằng tấm bê tông cốt thép.

- Giải pháp cách nhiệt: đối với tường sử dụng tấm bông đá dày 400 mm, sàn bằng XPS 300 mm, mái XPS 450 mm. Kháng truyền nhiệt của tường R = 8,8 (m2∙°C)/W; của mái R = 13,5 (m2∙°C)/W, của sàn R = 9,1 (m2∙°C)/W.

- Giải pháp thông gió: sử dụng thiết bị thông gió có khả năng thu hồi nhiệt hiệu quả cao.

Nhà thụ động ở thị trấn Istra, vùng Moskva

Nhà 2 tầng, diện tích sử dụng 166m2. Nhà được xây trong các năm 2021-2022. Mức tiêu thụ nhiệt cụ thể để sưởi ấm (theo phương pháp PHPP) đạt 14,2 kWh/m2 /năm.

Các giải pháp thiết kế và kỹ thuật cơ bản:

- Giải pháp kết cấu: tấm móng nguyên khối 400 mm, khung bê tông cốt thép nguyên khối từ tường và trần; tường ngoài bằng bê tông cốt thép nguyên khối 200 mm, tấm sàn giữa các tầng bằng bê tông cốt thép nguyên khối dày 160 mm.

- Giải pháp cách nhiệt: đối với tường sử dụng vật liệu PIR 400 mm và EPS 50 mm; đối với sàn nhà sử dụng EPS 400 mm dưới tấm bê tông cốt thép; cách nhiệt cho mái nhà bằng vật liệu PIR 500 mm.

Polyisocyanurate Foarm (PIR) là loại nhựa nhiệt rắn được dùng để cách nhiệt, được sản xuất dưới dạng ống và tấm. PIR được phát triển để thay thế cho polyurethane (PUR) và các vật liệu cách nhiệt truyền thống khác.

- Kháng truyền nhiệt của tường R = 16,7 (m2∙°C)/W; mái R = 18,5 (m2∙°C)/W; sàn R = 12,2 (m2∙°C)/W.

- Cửa sổ khung nhựa với Uf = 0,77 W/(m2.°С), kính hộp ba buồng Ug = 0,38 W/(m2∙°С);

- Thông gió bằng thiết bị thông gió thu hồi nhiệt và ẩm Zehnder ComfoAir 550 (có chứng nhận của Viện Nhà thụ động).

Tạp chí Vật liệu xây dựng, Công nghệ và Thiết bị thế kỷ XXI (Nga) tháng 4/2023

ND: Lệ Minh