MÔ HÌNH TRƯỜNG HỌC XANH SỬ DỤNG TỐI ĐA ÁNH SÁNG TỰ NHIÊN

- T×nh h×nh thiÕu ¸nh s¸ng trong c¸c tr­êng häc hiÖn nay Nhãm thùc hiÖn Dù ¸n ®• tiÕn hµnh nghiªn cøu t×nh h×nh chiÕu s¸ng tù nhiªn trong ba kiÓu thiÕt kÕ tr­êng häc ®• x©y dùng: (1) Tr­êng häc x©y dùng tr­íc n¨m 1954: tr­êng TH ViÖt §øc, Chu V¨n An, Hµ Néi. (2) Tr­êng häc x©y dùng sau n¨m 1954 ®Õn 1990: tr­êng TH ViÖt §øc (phÇn x©y míi), Hµ Néi. (3) Tr­êng häc x©y dùng nh÷ng n¨m 2000, nh­ tr­êng TH Sãc S¬n, Hµ Néi, Hµn Thuyªn, Hoµng Quèc ViÖt, NguyÔn Du, B¾c Ninh. ♦ §Æc ®iÓm vÒ kiÕn tróc, quy ho¹ch, c¶nh quan: - C¸c tr­êng häc x©y dùng tr­íc n¨m 1954, nh­ Chu V¨n An, Hµ Néi (h×nh 1), mçi líp cã 2 cöa sæ réng vµ cao (1,6 x 2,7 m). Cöa trong kÝnh ngoµi chíp. Cöa sæ h­íng B¾c, quay ra hå tho¸ng ®•ng. PhÝa hµnh lang kh«ng cã cöa sæ.

Mô hình trờng học xanh- trờng học sử dụng tối đa ánh sáng tự nhiên pattern of Green school Designing schools for daylight efficient using PGS. TS. Phạm Đức Nguyên Báo cáo tại Hội thảo Viện Kiến trúc nhiệt đới, 16/4/08 I- Tình hình thiếu ánh sáng trong các trờng học hiện nay Nhóm thực hiện Dự án đã tiến hành nghiên cứu tình hình chiếu sáng tự nhiên trong ba kiểu thiết kế trờng học đã xây dựng: (1) Trờng học xây dựng trớc năm 1954: trờng TH Việt Đức, Chu Văn An, Hà Nội. (2) Trờng học xây dựng sau năm 1954 đến 1990: trờng TH Việt Đức (phần xây mới), Hà Nội. (3) Trờng học xây dựng những năm 2000, nh trờng TH Sóc Sơn, Hà Nội, Hàn Thuyên, Hoàng Quốc Việt, Nguyễn Du, Bắc Ninh. Đặc điểm về kiến trúc, quy hoạch, cảnh quan: - Các trờng học xây dựng trớc năm 1954, nh Chu Văn An, Hà Nội (hình 1), mỗi lớp có 2 cửa sổ rộng và cao (1,6 x 2,7 m). Cửa trong kính ngoài chớp. Cửa sổ hớng Bắc, quay ra hồ thoáng đãng. Phía hành lang không có cửa sổ. - Các lớp học cải tạo lại sau này hoặc mới xây dựng đều có cửa sổ mở rộng nh Việt Đức (hình 2) 2,6 x 1,55 m, Hoàng Quốc Việt 2,4 x 1,8m), phía hành lang cũng có cửa sổ, không có cửa chớp, trừ trờng TH Sóc Sơn (do Viện NC Kiến trúc thiết kế). - Hớng cửa sổ: Bắc (nhiều trờng), Nam (Hàn Thuyên, Việt Đức, Hoàng Quốc Việt), ĐB (Nguyễn Du). - Sân trờng của các trờng lâu năm có cây cổ thụ um tùm (Chu Văn An, Việt Đức), các trờng mới xây dựng cây trong sân trờng còn nhỏ. - Phần lớn các trờng đều nằm cạnh khu dân c, thậm chí cạnh cả xí nghiệp (trờng TH Sóc Sơn) nên cửa lấy ánh sáng bị che một phần, đặc biệt ở các tầng thấp. Hình 1- Lớp học trờng TH Chu Văn An, Hà Nội 1 Hình 2- Lớp học trờng TH Việt Đức Đặc điểm về chiếu sáng tự nhiên Kết quả đo ánh sáng tự nhiên các lớp học trên thể hiện làm ví dụ trên hình 3,4. Hình 3. Phân bố độ rọi tự nhiên trong lớp học của trờng THPT Việt Đức (14h 45 14h53, ngày 18/11/07, khi mở cửa hoàn toàn, E ng = 6020 6700 lx; E tb = 207 lx; E ma x / E min = 12,7; E tb / E min =6,9; e = 3,25%) 2 Hình 4. Phân bố độ rọi tự nhiên trong lớp học trờng TH Hoàng Quốc Việt (14h 50 15h 03, ngày 9/12/07, khi cửa mở hoàn toàn, E ng = 18 00018 600 lx; E tb = 705 lx; E ma x / E min = 8,1; E tb / E min =2,7; e = 3,85%). Nhận xét, tìm nguyên nhân Từ các kết quả đo, có thể rút ra những nhận xét sau đây: (1) Dạng phân bố ánh sáng tự nhiên trên hình 2,3 là dạng phân bố chung trong các lớp học của các trờng TH Việt Nam hiện nay, có đặc điểm là ánh sáng tự nhiên trong lớp học phân bố rất không đồng đều. Các chỗ ngồi gần cửa sổ thờng có giá trị độ rọi cao, thậm chí có thời điểm rất cao. Các chỗ ngồi có giá trị độ rọi thấp nhất thờng ở giữa phòng, giữa hai cửa sổ hoặc ở phía hành lang khi hành lang quay về sân trờng có nhiều bóng cây. Hệ số đồng đều E ma x / E min = 9 13 (lần), E tb / E min =2,7 7 (lần), thậm chí có trờng đạt E ma x / E min = 20 (Chu Văn An), trong khi độ đồng đều ánh sáng yêu cầu thờng không quá 3 lần. Nguyên nhân của hiện tợng này là do cách tổ chức và cấu tạo cửa chiếu sáng ch- a hợp lý (kích thớc, vị trí, khoảng cách giữa hai cửa). (3) Giá trị độ rọi yêu cầu cho lớp học (E = 300lx) tại nhiều vị trí, nhiều thời điểm trong ngày, thậm chí quanh năm đều không đạt, trong khi độ rọi ngoài nhà đã đạt giá trị khá cao: Trờng Chu Văn An: 8 11h, ngày 18/11/07, E ng = 16000 35000 lx. Trờng Việt Đức: 14 16h, ngày 18/11/07, E ng = 5000 10000 lx. Trờng Hoàng Quốc Việt, 15h ngày 9/12/07, đóng cửa kính, E ng = 15000 18000 lx. Kết quả khảo sát cho thấy, hệ số độ rọi tự nhiên (e,%) trong tất cả các lớp học chỉ đạt từ 3,25 đến 3,85% (xem hình2.6, 2.7, 2.8), nghĩa là quá nhỏ, thể hiện cha tận dụng đợc ánh sáng tự nhiên. Nguyên nhân của hiện tợng này là do trong các thiết kế các lớp học hiện nay, dù đã cải tiến mở rộng diện tích cửa so với thiết kế cũ (ví dụ so với các lớp học cũ của trờng TH Chu Văn An, Việt Đc) nhng vẫn dựa theo kinh nghiệm và truyền thống cũ, cha có sáng kiến cải tiến theo hớng lợi dụng ánh sáng tự nhiên. (4) Các lớp học có cửa sổ hớng Nam, TB, ĐN đều bị nắng chiếu vào nhiều giờ trong ngày, gây hiện tợng loá và gây nóng phòng. Nguyên nhân của hiện tợng này là do hớng cửa sổ chính cha thích hợp, lại thiếu thiết kế che nắng hoặc giải pháp hạn chế ánh sáng trực xạ chiếu vào phòng. (5) Việc sử dụng cửa kính chớp để che nắng (Chu Văn An, Sóc Sơn), thậm chí cả cửa ván gỗ (Nguyễn Du) là không thích hợp đối với trờng học. (6) Việc sử dụng màu sắc nội thất (trần, tờng, sàn, bàn học) trong một số lớp học còn tuỳ tiện, cha hợp lý cũng là nguyên nhân góp phần làm cho ánh sáng trong lớp phân bố không đều. 3 Kết luận 1- Môi trờng ánh sáng tự nhiên trong các trờng Trung học Việt Nam hiện nay rất kém: không đủ giá trị về lợng (độ rọi theo lux) và không tạo đợc môi trờng ánh sáng tiện nghi, có lợi cho học tập, sức khoẻ và tâm sinh lý học sinh. 2- Các thiết kế lớp học, trờng học hiện nay cha lợi dụng đợc tiềm năng ánh sáng tự nhiên dồi dào của Việt Nam. 3- Phần lớn lớp học ở các thành phố phải dùng điện chiếu sáng suốt ngày, ảnh h- ởng xấu tới môi trờng, còn những nơi không có điện thì ánh sáng không đủ để học tập, ảnh hởng xấu tới sức khoẻ của học sinh. II- ý tởng Xây dựng một mô hình thiết kế trờng học mới sử dụng tối đa tiềm năng ánh sáng tự nhiên của Việt Nam, giảm bớt hoặc hoàn toàn không dùng điện trong những ngày trời sáng bình thờng. Mô hình trờng học mới tập trung giải quyết những nội dung sau: 1/ Cải tiến hệ thống cửa sổ bên lấy ánh sáng để ánh sáng đồng đều theo phơng dọc và thâm nhập sâu vào phòng. Các thiết kế những năm gần đây đã mở rộng diện tích cửa sổ, tuy nhiên vẫn còn để những mảng tờng gây bóng tối giữa hai cửa. Đặc biệt cha lợi dụng đợc ánh sáng phản xạ lên trần vào phòng mà nhiều nớc đã áp dụng (hình 5). Hình 5. Hiệu quả của ánh sáng phản xạ từ trần vào phòng: hình trên, trái: đờng liền- do cửa bên; đờng đứt do phản xạ từ trần; hình trên, phải: áp dụng cho một toà nhà Thuỵ Sỹ; 2/ Sử dụng các cửa mái đèn trời lấy ánh sáng trực tiếp từ bầu trời cho các lớp học tầng trên cùng. 3/ Tạo các ống dẫn ánh sáng cho khu vực giữa của các lớp học tầng dới, nh thực nghiệm đã áp dụng ở nhiều nớc trên thế giới (hình 6,7) Hình 6. ống dẫn ánh sáng của toà nhà TVA, Chattanooga, Tennessee. 4 Hình 7. Tẩu ánh sáng (light pipes) cho toà nhà chọc trời ở Kuala Lumpur, Malaysia (KTS. Ken Yeang) Trên hình 8 giới thiệu mô hình máng ánh sáng thử nghiệm tỷ lệ 1/3, đa ánh sáng từ ống dẫn ánh sáng ở hai đầu hồi vào lớp học. Kết quả đo thực nghiệm giới thiệu trên hình 9 cho thấy, máng ánh sáng chạy theo chiều dọc lớp học có thể bổ sung thêm ánh sáng cho vùng giữa phòng từ 20 đến 80 lx. 5 Hình 8. Mô hình máng ánh sáng = đèn trời thực nghiệm 3 50 80 0 43 0 52 0 56 0 85 0 50 0 58 0 24 0 63 0 33 0 50 0 TB =524 lx TB = 477,5 lx 2 7 21 34 33 40 29 19 3 12 47 10 4 44 40 33 21 3 14 52 12 2 42 3 11 40 111 40 43 34 21 2 8 32 44 32 34 30 21 Độ rọi trên mặt gơng E g =4340 lx Độ rọi trên mặt gơng E g = 3190 lx Hình 9.Kết quả đo độ rọi (lx) khi thực nghiệm trên mô hình 1/3 III- Mô hình trờng học xanh kiến nghị 60 0 67 0 33 0 60 0 40 0 65 0 32 0 55 0 25 0 61 0 30 0 45 0 2 6 22 28 20 20 15 2 11 55 69 25 22 18 2 11 48 78 2 9 43 84 25 24 19 2 6 23 31 20 21 16 6 Từ các nghiên cứu trên chúng tôi đề xuất mô hình tr ờng học xanh tr ờng học sử dụng tối đa ánh sáng tự nhiên. Một mô hình đầy đủ về trờng học xanh đợc trình bày trong Dự án mô hình chiếu sáng bảo đảm tiết kiệm năng l ợng trong các trờng Trung học Việt Nam [1]. Dới đây chúng tôi chỉ giới thiệu bốn giải pháp liên quan đến sử dụng ánh sáng tự nhiên cho các lớp học. 1. Cửa sổ bên mở dạng băng (liên tục) nhằm tạo ánh sáng đều theo chiều dọc lớp học. 2. Cửa sổ bên mở hai độ cao (phần dới cao 1,70m, phần trên cao 0,50m) nhằm đa thêm ánh sáng phản xạ, tạo đồng đều ánh sáng phơng ngang (h.10). 3. Mở 4 cửa trời 600 x 1200 lấy ánh sáng cho mỗi lớp học tầng trên cùng (h.11). Hình 10- Cửa sổ 2 độ cao Hình 11. Cửa mái = đèn trời cho lớp học tầng trên cùng 4. Cấu tạo ống dẫn ánh sáng đứng tại hai đầu hồi lớp học (1,20 x 4,00 m), dùng gơng phản xạ đa ánh sáng vào hai máng hình thang (600 x 600/ miệng 800 mm) chạy dọc theo lớp học bổ sung ánh sáng cho phần giữa phòng (h. 12). Máng và ống dẫn ánh sáng tạo thành kênh thông gió chiều đứng cho lớp học, đặc biệt trong mùa đông, khi cửa sổ đóng chống lạnh. 7 Hình 12. ống dẫn ánh sáng đứng và máng ánh sáng ngang IV- Hiệu quả Theo thiết kế chuẩn về chiếu sáng điện của chúng tôi, một lớp học cần có 14 bóng đèn huỳnh quang T8/36 W (có 2 bóng chiếu sáng bảng), cùng chấn lu điện tử (4W), tổng cộng 40 W/ bóng để bảo đảm độ rọi đều 300 lx. Công suất tiêu thụ cho một lớp là 560 Wh/ lớp, giờ. Tính cho toàn quốc với 66.026 lớp học, khi 1/2 số đèn phải bật sáng trong 6 giờ/ ngày (3/4 thời gian) thì: Số điện năng tiêu thụ một tháng (tính 24 ngày/tháng) là 2.662.169 kWh/ tháng, toàn quốc. Nếu thiết kế lớp học để số điện năng này đợc sử dụng thay bằng ánh sáng tự nhiên, thì sẽ tiết kiệm đợc 2.662.169 kWh/ tháng, tơng đơng giảm đợc ~ 3200 Tấn CO 2 / tháng. Nh vậy mô hình trờng học xanh thật có ý nghĩa về kinh tế và môi trờng! 8 . 8 11 h, ngày 18 /11 /07, E ng = 16 000 35000 lx. Trờng Việt Đức: 14 16 h, ngày 18 /11 /07, E ng = 5000 10 000 lx. Trờng Hoàng Quốc Việt, 15 h ngày 9 /12 /07, đóng cửa kính, E ng = 15 000 18 000. = 477,5 lx 2 7 21 34 33 40 29 19 3 12 47 10 4 44 40 33 21 3 14 52 12 2 42 3 11 40 11 1 40 43 34 21 2 8 32 44 32 34 30 21 Độ rọi trên mặt gơng E g =4340 lx Độ rọi trên mặt gơng E g = 319 0 lx Hình. hình 1/ 3 III- Mô hình trờng học xanh kiến nghị 60 0 67 0 33 0 60 0 40 0 65 0 32 0 55 0 25 0 61 0 30 0 45 0 2 6 22 28 20 20 15 2 11 55 69 25 22 18 2 11 48 78 2 9 43 84 25 24 19 2 6 23 31 20 21 16 6