Phát triển dải nhiệt độ tiện nghi mới cho mô hình thích ứng trong các tòa nhà dân cư Nhật Bản
Developing new comfort band for adaptive model in Japanese residential building
| Tác giả | Naja Aqilah
Hom Bahadur Rijal Kazui Yoshida Fergus Nicol |
| Ngày đăng tải | 13/02/2025 |
| DOI | 10.1016/j.enbuild.2025.115469 |
| Nguồn bài nghiên cứu | Science Direct |
| Từ khóa | Mô hình thích ứng nhiệt
Dải nhiệt độ tiện nghi Nhiệt độ tiện nghi Phân tích hồi quy Tòa nhà dân cư Nhật Bản |
1 – GIỚI THIỆU
Một xã hội bền vững về môi trường có thể được xây dựng bằng cách giảm tiêu thụ năng lượng của tòa nhà và đạt được mục tiêu trung hòa carbon. Mô hình tiện nghi nhiệt thích ứng có thể hỗ trợ xây dựng các hướng dẫn và tiêu chuẩn quốc gia về điều kiện nhiệt trong nhà. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu hiện nay tập trung vào phát triển mô hình thích ứng mà chưa xem xét đến dải nhiệt độ tiện nghi (comfort band).
Nghiên cứu này tiến hành đo đạc thực địa trong 2 năm tại 64 ngôi nhà, thu thập dữ liệu về môi trường trong nhà và 32.988 phiếu đánh giá tiện nghi nhiệt từ cư dân. Kết quả cho thấy phần lớn cư dân cảm thấy hài lòng với điều kiện nhiệt trong nhà của họ. Nhiệt độ tiện nghi trung bình hàng tháng (Tc) theo phương pháp Griffiths dao động từ 19°C đến 27°C.
Trong quá trình phát triển dải nhiệt độ tiện nghi cho mô hình thích ứng, dữ liệu nhiệt độ trong nhà (Tin) và chênh lệch giữa nhiệt độ trong nhà với nhiệt độ tiện nghi (ΔT = Tin – Tc) được phân tích bằng phương pháp hồi quy bậc hai và phân tích probit. Kết quả cho thấy dải nhiệt độ tiện nghi rộng hơn khi sử dụng Tin, trong khi khi sử dụng ΔT, cả hai phương pháp trên đều đưa ra kết quả tương đồng. Cuối cùng, nghiên cứu đề xuất dải nhiệt độ tiện nghi thích hợp là ±1.5K và ±2.0K cho mức giới hạn 90% và 80% của mô hình thích ứng.
Việc phát triển các phương pháp xác định dải nhiệt độ tiện nghi là điều quan trọng để tạo ra các tiêu chuẩn đáng tin cậy cho thiết kế tòa nhà và đánh giá chất lượng môi trường trong nhà.
2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG
Hệ thống nghiên cứu được triển khai tại 64 căn hộ trong một khu chung cư tại Shinagawa, Tokyo, nơi có khí hậu nóng ẩm vào mùa hè và ôn hòa vào mùa đông. Khu chung cư này có 356 căn hộ trong một tòa nhà cao 18 tầng, với diện tích mỗi căn từ 71 đến 90m². Cấu trúc tòa nhà được xây dựng bằng bê tông cốt thép, với hệ số truyền nhiệt của vỏ bao tòa nhà là 0.69 W/m²K.
Mỗi căn hộ tham gia nghiên cứu được trang bị cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm trong phòng khách, với dữ liệu được ghi nhận mỗi 2 đến 10 phút. Đồng thời, cư dân được yêu cầu trả lời bảng khảo sát tiện nghi nhiệt theo thời gian thực, giúp thu thập đánh giá về cảm giác nhiệt của họ trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau.
3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu sử dụng phương pháp đo đạc thực địa và khảo sát tiện nghi nhiệt, kết hợp với mô hình hồi quy bậc hai và phân tích probit để xác định dải nhiệt độ tiện nghi.
Dữ liệu thu thập bao gồm:
– Nhiệt độ trong nhà (Tin) và độ ẩm được đo liên tục bằng cảm biến.
– 32.988 phiếu đánh giá tiện nghi nhiệt (TSV – Thermal Sensation Vote), trong đó cư dân tự đánh giá mức độ thoải mái của họ theo thang điểm từ 1 (rất lạnh) đến 7 (rất nóng).
– Nhiệt độ tiện nghi (Tc) được tính toán theo phương pháp Griffiths.
Phân tích dữ liệu sử dụng:
– Hồi quy bậc hai để tìm ra mối quan hệ giữa nhiệt độ trong nhà và cảm giác tiện nghi.
– Phân tích probit để xác định tỷ lệ cư dân cảm thấy thoải mái ở các mức nhiệt độ khác nhau.
– So sánh hai phương pháp trên để lựa chọn dải nhiệt độ tiện nghi phù hợp nhất cho mô hình thích ứng.
4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Phân tích dữ liệu cho thấy mức nhiệt độ tiện nghi trung bình dao động từ 19°C vào tháng 1 đến 27°C vào tháng 9, phản ánh sự khác biệt theo mùa trong điều kiện nhiệt ở Nhật Bản.
Khi sử dụng nhiệt độ trong nhà (Tin) để xác định dải tiện nghi, kết quả cho thấy biên độ nhiệt rất rộng và kém chính xác hơn. Ngược lại, khi sử dụng ΔT (chênh lệch giữa nhiệt độ trong nhà và nhiệt độ tiện nghi), dải tiện nghi thu được ổn định hơn, phản ánh chính xác cảm giác nhiệt của cư dân.
Kết quả phân tích chỉ ra rằng dải tiện nghi phù hợp nhất là ±2.0K cho mức chấp nhận 80% và ±1.5K cho mức chấp nhận 90%. Điều này có nghĩa là nếu nhiệt độ trong nhà nằm trong phạm vi nhiệt độ tiện nghi ±2.0K, khoảng 80% cư dân sẽ cảm thấy thoải mái. Nếu phạm vi này thu hẹp lại còn ±1.5K, khoảng 90% cư dân sẽ cảm thấy thoải mái.
So sánh với các tiêu chuẩn toàn cầu như ASHRAE 55 và EN 15251, dải nhiệt độ tiện nghi do nghiên cứu này đề xuất hẹp hơn khoảng 1.5K, phản ánh sự thích nghi đặc trưng của cư dân Nhật Bản với điều kiện khí hậu địa phương.
5 – KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã phát triển một dải nhiệt độ tiện nghi mới cho mô hình thích ứng trong các tòa nhà dân cư Nhật Bản, dựa trên dữ liệu đo đạc thực tế và phản hồi từ cư dân.
Các phát hiện chính bao gồm:
– Dải nhiệt độ tiện nghi trung bình dao động từ 19°C đến 27°C, phản ánh rõ rệt ảnh hưởng của sự thay đổi theo mùa.
– Sử dụng ΔT thay vì nhiệt độ trong nhà (Tin) giúp xác định dải tiện nghi chính xác hơn, do loại bỏ được các yếu tố biến thiên không cần thiết.
– Dải tiện nghi đề xuất là ±2.0K cho mức chấp nhận 80% và ±1.5K cho mức chấp nhận 90%, phù hợp với đặc điểm khí hậu và thói quen sử dụng năng lượng của cư dân Nhật Bản.
Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để điều chỉnh các hướng dẫn thiết kế và tiêu chuẩn tiện nghi nhiệt cho các tòa nhà dân cư tại Nhật Bản. Trong tương lai, cần có thêm các nghiên cứu để mở rộng mô hình này sang các khu vực khí hậu khác và cải tiến các phương pháp xác định tiện nghi nhiệt.
