Vốn bị xem là quốc gia "nghiện" điều hòa nhất thế giới, quốc đảo này đang phải vận dụng mọi giải pháp công nghệ để hạ nhiệt. Việc đầu tiên là ở khu phức hợp hiện đại nhất quốc đảo này.
Hệ thống làm mát ngầm lớn nhất thế giới
Hệ thống làm mát và sưởi tập trung (District Cooling & Heating) của Marina Bay Sands về bản chất là một hệ thống điều hòa không khí tập trung cho cả khu vực. Càng vào sâu tới các hệ thống ống tuần hoàn, tiếng ồn càng lớn. Theo lời giới thiệu của Tan De Hao, Kỹ sư cấp cao về giải pháp năng lượng bền vững của đơn vị đảm nhận xây dựng và duy trì hệ thống, đây là giải pháp làm lạnh tập trung thay vì phân chia qua các bể chứa lạnh như thông thường. Nước được làm lạnh tới 4-7oC bằng các bể chứa lạnh công suất lớn tại một khu điều hành tổng rồi được phân phối tới mạng lưới các tòa nhà bằng các đường ống cách nhiệt. Trong tòa nhà, nước lạnh trao đổi nhiệt với hệ thống điều hòa để làm mát không khí, sau đó nước nóng quay trở lại nhà máy bằng đường ống quay đầu.
Cơ chế làm mát của các tòa nhà kiểu này áp dụng quy trình khép kín. Sau khi làm mát không khí, nước nóng sẽ lại tiếp tục được làm lạnh để trở về hệ thống tổng. Lưu lượng nước trong mỗi tòa nhà được điều chỉnh bằng bơm và van riêng. Hệ thống ngầm còn sử dụng bể tích trữ nhiệt dạng nước đá để lưu trữ lạnh và san tải. Hệ thống tại Marina Bay Sands được vận hành theo hướng tối ưu các bể chứa nước lạnh nên hiệu suất cao và tiêu thụ điện ít hơn cho cùng lượng làm lạnh.
Ở một quốc gia hạn chế cả về tài nguyên lẫn diện tích như Singapore, hệ thống đi ngầm hoàn toàn như thế này là lựa chọn tốt nhất. District Cooling của Marina Bay Sands hoạt động từ năm 2006. Hiện có hai nhà máy ngầm bên dưới khu thương mại trung tâm One Raffles Quay và Marina Bay Sands, cùng 5 km đường ống cách nhiệt cung cấp một lượng lớn nước lạnh mỗi giờ cho 16 tòa nhà.
Sắp tới sẽ có thêm 5 dự án mở rộng hoàn thành, nâng số tòa nhà được làm mát lên 28. Trong lời giới thiệu, ông Liu Yue - Kỹ sư trưởng về giải pháp năng lượng bền vững - dẫn số liệu tính toán cho thấy mỗi năm hệ thống đã giảm tải 22.000 tấn CO2. Dự tính vào năm 2027, lượng CO2 có thể giảm 25.000 tấn.
Một số tòa nhà ở Trung Đông có điều kiện khí hậu khắc nghiệt cũng áp dụng hệ thống làm lạnh này. Đảo The Pearl (Qatar) có nhà máy làm mát (Integrated District Cooling Plant - IDCP) hoạt động từ năm 2010 với công suất 130.000 tấn lạnh, cung cấp nước lạnh cho hơn 80 tòa tháp, biệt thự, trung tâm mua sắm trên đảo. Tại Dubai (UAE), Công ty Empower vận hành nhiều nhà máy lạnh phục vụ khu trung tâm, đảo cọ nhân tạo Palm Jumeirah… Tại Helsinki (Phần Lan), hệ thống làm mát đã phát triển tới 76 km đường ống, cung cấp lạnh cho gần 7 triệu m² sàn thương mại, giảm mạnh việc sử dụng máy điều hòa cục bộ và góp phần cắt phát thải CO₂ của thành phố.
Một giải pháp công nghệ hệ thống làm mát khác cũng vừa được áp dụng tại khu Tampines (Singapore) tháng 5 vừa qua. Tampines là một khu ở phía đông Singapore với nhiều dân cư sống lâu năm, đã sử dụng hệ thống điều hòa kiểu cũ trong từng tòa nhà, không thể tiến hành thay thế quy mô lớn. Do đó, các kỹ sư đã tận dụng các bể làm mát đã có, bơm nước lạnh qua ba nút cấp lạnh (chiller) chính - là một số bể ở được cải tạo tối ưu công suất. Công nghệ này là mạng lưới làm mát phân tán, kết nối bảy tòa nhà. Hệ thống tại Tampines được kỳ vọng có thể giảm 1.000 tấn CO₂/năm và tiết kiệm hơn 2,3 triệu đô-la Singapore. Tòa Empire State Building tại thành phố New York (Mỹ) cũng áp dụng cải tạo tương tự như Tampines, thay thế hệ thống lạnh trung tâm bằng các chiller hiệu suất cao và cải thiện cách nhiệt.
AI tham gia làm mát
Trước kia, các tòa nhà chủ yếu làm mát bằng hệ thống điều hòa trung tâm. Họ sử dụng một cụm thiết bị đặt cố định để làm lạnh hoặc sưởi và phân phối tới các khu vực. Thông thường, hệ thống này gồm máy làm lạnh trung tâm sản xuất nước lạnh, tháp giải nhiệt (với chiller giải nhiệt nước), các thiết bị xử lý không khí (AHU) hoặc quạt lạnh (FCU) để thổi không khí lạnh qua ống gió đến từng phòng. Qua nhiều năm, bài toán chi phí và cả bài toán môi trường được đặt ra, buộc các hệ thống phải cải tiến.
Nếu như Singapore ưu tiên District Cooling thì Nhật Bản và Hàn Quốc lại ưa chuộng hệ thống VRF/VRV (Variable Refrigerant Flow/Volume). Công nghệ VRV lần đầu được hãng Daikin (Nhật Bản) giới thiệu năm 1982. VRF/VRV là công nghệ điều hòa không khí, trong đó dàn nóng kết nối đến nhiều dàn lạnh trong tòa nhà bằng hệ thống ống dẫn môi chất lạnh. Điểm đặc biệt là lưu lượng môi chất tuần hoàn sẽ biến thiên tùy theo nhu cầu làm mát/sưởi ở mỗi khu vực, nhờ máy nén và van tiết lưu điện tử. Nhờ điều chỉnh linh hoạt công suất máy nén, hệ VRF có thể tiết kiệm 30-40% điện năng so với hệ thống bật tắt cố định. Hệ VRF cũng cho phép điều khiển nhiệt độ theo vùng rất chi tiết.
Cuộc đua cải tiến công nghệ làm mát ngày càng đa dạng. Việc áp dụng trí tuệ nhân tạo (AI) vào quản lý vận hành hệ thống cũng cho thấy hiệu quả đáng kể. Chẳng hạn, hệ thống điều hòa thông minh (Smart HVAC), thay vì vận hành thủ công hoặc theo lịch cố định, Smart HVAC tích hợp IoT (internet vạn vật) và hệ thống tự động hóa tòa nhà (BMS) điều chỉnh nhiệt độ, lưu lượng gió dựa trên dữ liệu thời gian thực. Hàng loạt cảm biến được lắp đặt để đo nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí và giám sát mật độ người ở từng khu vực. Công suất có thể tự tăng khi phòng họp đông người hoặc giảm khi phòng vắng người, nhằm tiết kiệm điện. Ngoài ra, BMS có thể kết nối với ứng dụng di động cho người dùng, như tại tòa nhà văn phòng hiện đại, nhân viên có thể đặt trước nhiệt độ phòng làm việc hoặc hệ thống tự chọn chế độ tối ưu khi họ có mặt.
Hệ thống này dường như đang là xu hướng tối ưu hiện nay trong các mục tiêu bền vững. Khách sạn Sinclair tại bang Texas (Mỹ) ứng dụng tự động hóa toàn diện, thậm chí cấp điện và điều khiển thiết bị qua mạng có dây, nhờ đó giảm 30% chi phí năng lượng vận hành. Tòa nhà The Edge ở Amsterdam (Hà Lan) được mệnh danh là "nhà xanh nhất thế giới", trang bị gần 28.000 cảm biến để theo dõi mật độ người, nhiệt độ, ánh sáng và tự điều chỉnh điều hòa, chiếu sáng theo thời gian thực, giúp giảm tới 70% năng lượng tiêu thụ so với văn phòng thông thường. Tại trụ sở Bee’ah ở Sharjah (UAE), thiết kế kết hợp với hệ thống năng lượng mặt trời và AI quản lý năng lượng đã giúp tòa nhà vận hành hoàn toàn bằng năng lượng tái tạo, đạt mức gần net-zero năng lượng giữa sa mạc nóng bỏng.
Một giải pháp làm lạnh được tính đến khi tiết kiệm năng lượng là tái hóa khí LNG (khí thiên nhiên hóa lỏng). Trong quá trình tái hóa khí LNG từ trạng thái lỏng để đưa vào sử dụng, LNG sẽ sinh ra một lượng nhiệt lạnh rất lớn. Việc tái sử dụng được lượng nhiệt lạnh này sẽ là một giải pháp tốt trong các nghiên cứu tận dụng nhiệt năng hiện nay.
Tại triển lãm trong khuôn khổ sự kiện Tuần lễ năng lượng quốc tế Singapore 2025 (SIEW) tháng 10/2025, phòng thí nghiệm của Viện nghiên cứu năng lượng NTU của Trường đại học Công nghệ Nanyang đã giới thiệu giải pháp Cold Box, sử dụng vật liệu chuyển pha (PCM) để lưu giữ nhiệt lạnh từ quá trình tái hóa khí LNG hoặc các nguồn lạnh cực thấp khác, sau đó truyền nhiệt vào các hệ thống làm lạnh tiêu chuẩn, giúp giảm hoặc thay thế nhu cầu tiêu thụ điện. Người giới thiệu tự nhận “thiết bị này có khả năng lưu trữ lạnh ở nhiệt độ thấp hơn bất kỳ phương tiện nào hiện nay”. Khi được sạc đầy, Cold Box có thể sử dụng như một kho lạnh tại chỗ.
Tại Việt Nam, công nghệ tương tự cũng đang được nghiên cứu. Một nghiên cứu của nhóm PECC2 và Trường đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh cũng đã thực hiện mô phỏng hai mô-đun sử dụng nhiệt lạnh LNG để cung cấp lạnh cho kho trữ đông. Ưu điểm của phương pháp này chính là có thể làm lạnh sâu. Điểm khác biệt là nếu như Cold Box của Singapore mới chỉ áp dụng ở các quy mô lớn, chi phí vận hành cao thì các kỹ sư Việt Nam lại cho rằng, công nghệ của mình có thể khiến chi phí vận hành giảm thậm chí còn 35% so với máy truyền thống.
