Giải pháp kiến trúc thụ động theo phương pháp tính hiệu quả năng lượng lớp vỏ bao che nhà chung cư cao tầng tại hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Trường Đại học Xây dựng Phạm Thị Hải Hà GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP TÍNH HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LỚP VỎ BAO CHE NHÀ CHUNG CƯ CAO TẦNG TẠI HÀ NỘI Chuyên ngành: KIẾN TRÚC Mã số: 62 58 01 02 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – 2018 Luận án hoàn thiện trường Đại học Xây dựng Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Quốc Thông GS.TS Phạm Đình Việt Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Hữu Dũng Phản biện 2: TSKH Phạm Quốc Quân Phản biện 3: TS Trần Thanh Bình Luận án bảo vệ Hội đồng luận án cấp trường họp Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải phóng, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội Vào hồi ngày tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án Thư viện Quốc gia Thư viện Trường Đại học Xây dựng PHẦN MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Trong điều kiện khí hậu Hà Nội với đặc trưng mùa nóng có nhiệt độ cao độ ẩm lớn (độ ẩm > 80%), để bảo đảm vi khí hậu nhà đáp ứng yêu cầu tiện nghi nhiệt cần phải sử dụng hệ thống điều hòa khơng khí (ĐHKK) Tỷ lệ tiêu thụ lượng hệ thống thường chiếm tỷ lệ lớn tổng tiêu thụ lượng cơng trình Biến đổi khí hậu làm gia tăng tượng khí hậu cực đoan, số ngày nóng năm nhiều hơn, cộng thêm tác động q trình thị hóa khiến cho sống thành phố ngày ngột ngạt, kết nhu cầu sử dụng ĐHKK cơng trình ngày tăng Hà Nội Theo Chiến lược phát triển nhà quốc gia đến năm 2030 Thủ tướng phủ phê duyệt tháng 11/2011, mục tiêu tăng tỷ lệ nhà chung cư, đặc biệt nhà chung cư cao tầng (CCCT) Hiện nay, thiết kế CCCT, đội ngũ kiến trúc sư bị ảnh hưởng nhiều xu hướng quốc tế hóa, để ý đến điều kiện khí hậu địa phương, chưa quan tâm đến giải pháp che chắn xạ mặt trời thơng gió chiếu sáng tự nhiên Hậu cơng trình trở thành nguồn tiêu thụ lớn tài nguyên thiên nhiên, lượng gây nhiều tác động tiêu cực đến mơi trường Để tạo phát triển hài hồ xây dựng môi trường sống, xu hướng sử dụng giải pháp kiến trúc thụ động để gia tăng hiệu lượng (HQNL) CCCT đô thị lớn Hà Nội ngày quan tâm Vì đề tài Luận án “Giải pháp kiến trúc thụ động theo phương pháp tính hiệu lượng lớp vỏ bao che nhà CCCT Hà Nội” đề tài có tính thời cấp thiết nước ta Mục đích nghiên cứu: - Xây dựng cơng cụ tham khảo so sánh HQNL giải pháp kiến trúc lớp vỏ bao che (tổ hợp kiến trúc mặt đứng) giai đoạn thiết kế ý tưởng ban đầu, áp dụng cụ thể nhà CCCT Hà Nội - Xác định giải pháp kiến trúc thụ động cần áp dụng để giảm thiểu tiêu thụ lượng cho đảm bảo tiện nghi vi khí hậu nhà CCCT Hà Nội Mục tiêu nghiên cứu: (1) Đề xuất khái niệm hệ số HQNL lớp vỏ bao che cơng trình để tham khảo so sánh HQNL giải pháp tổ hợp kiến trúc mặt đứng cơng trình giai đoạn thiết kế ý tưởng ban đầu; (2) Xây dựng phương pháp tính hệ số HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT điều kiện khí hậu Hà Nội; (3) Đề xuất giải pháp kiến trúc thụ động theo kết phương pháp tính HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT Hà Nội Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Giải pháp kiến trúc thụ động theo phương pháp tính HQNL lớp vỏ bao che Phạm vi nghiên cứu: Áp dụng nhà CCCT Hà Nội Nghiên cứu xác định HQNL kiến trúc lớp vỏ bao che liên quan đến tiêu thụ điện Nghiên cứu xây dựng phương pháp tính tốn HQNL làm mát kiến trúc lớp vỏ bao che nhà CCCT giai đoạn thiết kế ý tưởng ban đầu điều kiện khí hậu thực tế Hà Nội Giải pháp kiến trúc thụ động tập trung vào giải pháp kiến trúc liên quan đến HQNL lớp vỏ bao che Nội dung nghiên cứu: (1) Xây dựng sở khoa học cho giải pháp kiến trúc thụ động theo phương pháp tính toán HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT phù hợp với điều kiện khí hậu Hà Nội; (2) Nghiên cứu phương pháp tính tốn HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT có cửa kính với kết cấu che nắng (KCCN) có hình thức kích thước khác nhau, hướng nhà khác Lập chương trình phần mềm tính tốn tiến hành áp dụng tính hệ số HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT điều kiện khí hậu thực tế Hà Nội; (3) Đề xuất giải pháp kiến trúc thụ động sở kết phương pháp tính toán hệ số HQNL lớp vỏ bao che bảo đảm tiện nghi vi khí hậu nhà CCCT Hà Nội Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp sưu tầm - tổng hợp – đánh giá; Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết; Phương pháp chuyên gia; Phương pháp nghiên cứu ứng dụng Phương pháp tiếp cận: (1) Tổng quan, thu thập phân tích phương pháp tính tốn xác định lượng nhiệt xạ truyền vào nhà qua cửa kính có KCCN nước giới, từ phân tích, đánh giá ưu nhược điểm phương pháp sáng tạo đề xuất phương pháp tính tốn mình; (2) Tổng kết kinh nghiệm thiết kế kiến trúc HQNL cơng trình dân dụng, đặc biệt CCCT xây dựng nước nhiệt đới có điều kiện khí hậu tương tự Việt Nam Phân tích, chọn lựa, xác định, hồn thiện đề xuất giải pháp kiến trúc thụ động dựa phương pháp đánh giá HQNL lớp vỏ bao che phù hợp điều kiện khí hậu Hà Nội Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Đã thiết lập công thức tính hệ số chiếu nắng hệ số chiếu tán xạ bầu trời để tính lượng nhiệt xạ mặt trời (BXMT) chiếu vào nhà qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn; Đề xuất công thức xác định hệ số HQNL giải pháp kiến trúc lớp vỏ bao che, dùng để định lượng cách tương đối HQNL làm mát thiết kế ý tưởng tổ hợp kiến trúc mặt đứng nhà CCCT giai đoạn phác thảo ý tưởng; Nghiên cứu áp dụng cụ thể hóa vào điều kiện khí hậu Hà Nội cơng thức tính tốn lượng nhiệt BXMT truyền qua cửa kính vào nhà để xác định hệ số HQNL cửa kính có dạng KCCN, hướng nhà khác tương ứng với ngày đặc trưng tháng mùa nóng Hà Nội Ý nghĩa thực tiễn: (i) Kết tính toán hệ số HQNL lớp vỏ bao che cửa kính có KCCN với hình thức, 10 kích thước, theo hướng nhà, thiết lập thành bảng số liệu, biểu đồ dễ dàng sử dụng người thiết kế để lựa chọn giải pháp tổ hợp kiến trúc mặt đứng nhà chung cư cao tầng Hà Nội phù hợp HQNL mong muốn giai đoạn xây dựng ý tưởng; (ii) Bổ sung lý thuyết cho thiết kế kiến trúc thụ động nhà CCCT HQNL Hà Nội Đóng góp luận án: (i) Thiết lập cơng thức tính hệ số chiếu nắng để tính tốn lượng nhiệt trực xạ mặt trời chiếu qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn vào nhà cơng thức tính hệ số chiếu tán xạ bầu trời để tính toán lượng nhiệt tán xạ bầu trời chiếu qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn vào nhà; (ii) Xây dựng hệ thống lý luận để đề xuất giải pháp kiến trúc thụ động theo phương pháp tính HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT Hà Nội; (iii) Đề xuất giải pháp kiến trúc thụ động cho CCCT Hà Nội theo kết phương pháp tính hệ số HQNL lớp vỏ bao che NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG NHÀ CHUNG CƯ CAO TẦNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG 1.1 Ý nghĩa tầm quan trọng thiết kế - xây dựng cơng trình HQNL 1.1.1 Thiết kế xây dựng cơng trình HQNL Sử dụng lượng tiết kiệm có hiệu cơng trình xây dựng phụ thuộc vào yếu tố chính: (1) Các giải pháp kiến trúc thụ động; (2) Thiết kế hệ thống kỹ thuật; (3) Hành vi quản lý người sử dụng công trình Trong yếu tố (1) (2) có tầm quan trọng sử dụng hiệu tiết kiệm lượng cơng trình định chiến lược giai đoạn đầu triển khai thiết kế kiến trúc sư vô quan trọng tiêu thụ lượng lâu dài hiệu mơi trường cơng trình 1.1.2 Chỉ số đánh giá hiệu sử dụng lượng công trình: số cơng suất sử dụng BPI; số hiệu sử dụng lượng – EEI hay số lượng sử dụng cơng trình – BEI 1.1.3 Chỉ số đánh giá HQNL lớp vỏ công trình – trị số OTTV Trị số OTTV bao gồm tổng giá trị truyền nhiệt qua tường truyền nhiệt qua mái, giá trị truyền nhiệt qua tường tính tốn tổng giá trị truyền nhiệt qua phần tường đặc giá trị truyền nhiệt qua cửa kính Tại Việt Nam, quy chuẩn QCVN 09-2013/BXD quy định tường OTTVT ≤ 60 W/m2 mái OTTVM ≤ 25 W/m2 1.2 Tình hình xây dựng cơng trình HQNL giới Việt Nam 1.2.1 Tình hình phát triển cơng trình HQNL giới Xu hướng phát triển cơng trình xanh khởi đầu từ năm 1990 nước Anh năm 1991 Hoa Kỳ Năm 1993 trở thành trào xu hướng phát triển mạnh mẽ Hoa Kỳ, Canada số nước phát triển khác Cơng trình tiết kiệm lượng bước khởi đầu phát triển cơng trình xanh 1.2.2 Tình hình phát triển cơng trình HQNL số nước khu vực  Singapore: Singapore nước dẫn đầu châu Á phát triển cơng trình sử dụng lượng có hiệu cơng trình xanh Tháng 8/1979 Singapore ban hành Hướng dẫn bảo tồn lượng cơng trình kiến trúc Năm 2005 Singapore ban hành Bộ tiêu chí đánh giá cơng nhận cơng trình xanh (Green Mark) năm 2006 xây dựng xong Kế hoạch Quốc gia phát triển cơng trình xanh đến năm 2030 Luận án phân tích giải pháp thiết kế thụ động áp dụng cho Khu nhà xanh Punggol Eco – Town  Malaysia: Tháng 8/1986, Ban lượng Malaysia soạn thảo yêu cầu hiệu suất lượng phần “Luật nhà đồng bộ” về: ĐHKK, chiếu sáng, lớp vỏ cơng trình Tháng 12/1989, Chính phủ Malaysia ban hành “Hướng dẫn HQNL cơng trình xây dựng”  Trung quốc: Nhiều tiêu chuẩn thiết kế tiết kiệm lượng xây dựng dân dụng ban hành từ năm 1980 Đến cuối năm 2006, hạng mục cơng trình địa phương có tỷ lệ thiết kế theo Tiêu chuẩn thiết kế tiết kiệm lượng giai đoạn thiết kế đạt 95,7%, giai đoạn thi công 53,8% Luận án phân tích giải pháp thiết kế thụ động, công nghệ áp dụng cho hai khu HQNL điển hình Trung Quốc khu Dục Phong – Anh Luân, Nam Ninh, Quảng Tây làng Olympic, Bắc Kinh 1.2.3 Tình hình phát triển cơng trình HQNL Việt Nam  Các thi cơng trình HQNL: Năm 2012 Bộ Xây dựng tổ chức thi “Cơng trình kiến trúc tiết kiệm lượng” cơng trình có diện tích sàn từ 2.500 m2 trở lên Bộ Công thương đạo Trung tâm Tiết kiệm lượng TP Hồ Chí Minh tổ chức thi “Tòa nhà HQNL” từ năm 2006 đến nay, nhiên khơng có cơng trình chung cư đạt giải  Phát triển công trình HQNL hỗ trợ dự án hợp tác quốc tế: Dự án IFC (2013-2017) ngân hàng giới (WB) trao chứng EDGE (Hệ thống đánh giá cơng trình sử dụng tài ngun hiệu quả) Việt Nam cho dự án khu chung cư EHome The Bridgeview Công ty CP Đầu tư Nam Long vào tháng 12/2014  Tình hình tuân thủ QCVN 09-2013/BXD: khoảng 70% đối tượng liên quan không nắm quy chuẩn, tuân thủ quy chuẩn lớp vỏ bao che khoảng 25,4%, chiếu sáng 21%, thơng gió ĐHKK 11%, sử dụng điện 9,9%, thang máy 8,5% hệ thống đun nước nóng 4,2% 1.3 Thực trạng xây dựng CCCT theo hướng HQNL Hà Nội Theo số liệu Sở Kiến trúc Quy hoạch Hà Nội Cổng thông tin dự án, đến năm 2016, Hà Nội có khoảng 300 khu nhà xây dựng với hầu hết nhà CCCT có chiều cao từ 20 – 40 tầng Phần lớn nhà CCCT quy hoạch bám theo mặt đường, quan tâm đến hướng gió, hướng nắng hướng không gian sống Tổ chức mặt đứng không gian nhà CCCT nghiên cứu theo dạng hộ đóng, hình khối mặt đứng kiến trúc có dạng phẳng, Kiến trúc lớp vỏ bao che nhà CCCT Hà Nội đa số mẫu thiết kế ý đến giải pháp thụ động để tận dụng điều kiện khí hậu tự nhiên thuận lợi giảm thiểu nhiệt lượng truyền từ ngồi vào nhà Hầu hết cửa sổ kính không thiết kế che nắng, không gian “rỗng” để điều hòa nhiệt độ tạo bóng đổ giảm bớt ánh nắng chói vào nhà ban cơng, lơ gia, hiên… q ít, chí bị cắt bỏ nhiều cơng trình Đặc biệt năm gần đây, nhiều CCCT cao cấp thiết kế theo kiểu thời thượng hào nhoáng, thể thịnh vượng đẳng cấp cơng trình với việc sử dụng vách kính phẳng có diện tích lớn mặt đứng, không trọng đến giải pháp che nắng hướng mặt đứng Mặt khác cơng trình lại trang bị hệ thống thiết bị đại như: ĐHKK, chiếu sáng nhân tạo, đun nước nóng, thang máy nên chúng tiêu thụ lượng lượng lớn Các CCCT thân thiện môi trường HQNL Hà Nội, kể đến hai dự án điển hình CCCT Dolphin Plaza Tổ hợp khu chung cư thương mại dịch vụ hỗn hợp Mulberry lane 1.4 Nhận xét giải pháp thiết kế công trình hiệu lượng Việt Nam Từ thơng tin cơng trình HQNL đoạt giải hay đạt chứng tiết kiệm lượng cho thấy: HQNL đạt áp dụng giải pháp kỹ thuật trang thiết bị đại, tòa nhà giải sử dụng HQNL nhờ có áp dụng giải pháp kiến trúc thụ động 1.5 Các cơng trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài: Luận án liệt kê cơng trình nghiên cứu ngồi nước có liên quan đến đề tài, bao gồm đề tài nghiên cứu khoa học luận án tiến sĩ kiến trúc 1.6 Những vấn đề luận án cần nghiên cứu Thiết kế kiến trúc thụ động nhà chung cư HQNL điều kiện khí hậu nước ta dựa việc đáp ứng u cầu thơng gió tự nhiên (khi điều kiện khí hậu ngồi nhà tiện nghi) chiếu sáng tự nhiên, đồng thời, cách nhiệt che nắng cho cấu trúc lớp vỏ bao che cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng trường hợp công trình phải sử dụng hệ thống ĐHKK để đảm bảo u cầu tiện nghi vi khí hậu nhà Vì luận án cần xác định rõ sở khoa học giải pháp kiến trúc thụ động có liên quan đến HQNL lớp vỏ bao che bảo đảm tiện nghi vi khí hậu nhà Trên sở tập trung đề xuất giải pháp kiến trúc thụ động liên quan trực tiếp đến HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT Hà Nội Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP TÍNH HQNL LỚP VỎ BAO CHE NHÀ CHUNG CƯ CAO TẦNG TẠI HÀ NỘI 2.1 Cơ sở pháp lý Dưới liệt kê văn pháp luật có liên quan đến thiết kế quy hoạch nhà chung cư cao tầng hiệu lượng ban hành: Luật Quy hoạch đô thị số 30/2009/QH12, cơng bố ngày 17/6/2009, có hiệu lực từ ngày 01/01/2010; Luật Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả, cơng bố ngày 17/6/2010, có hiệu lực từ ngày 01/01/2011; Luật Xây dựng, cơng bố ngày 18/6/2014, có hiệu lực từ ngày 01/01/2015; Luật Bảo vệ môi trường, công bố ngày 23/6/2014, có hiệu lực từ ngày 01/01/2015; Luật Nhà ở, cơng bố ngày 25/11/2014, có hiệu lực từ ngày 01/7/2015; Nghị định số 102/2003/NĐ-CP “Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả”của Chính phủ ban hành ngày 3/9/2003; Nghị định số 21/2011/NĐ-CP Quy định chi tiết biện pháp thi hành Luật Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Chính phủ ban hành ngày 29/03/2011; Chiến lược phát triển nhà quốc gia đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2030 Thủ tướng phủ ban hành ngày 30/11/2011; Chiến lược Quốc gia “Tăng trưởng xanh” Thủ tướng Chính phủ ban hành ngày 25/9/2012, theo Quyết định số 1393/QĐ-TTg; Nghị định quản lý đầu tư phát triển thị Chính phủ ban hành ngày 14/01/2013; Quyết định số 79/2006/QĐ-TTg, ngày 14/4/2006, Thủ Tướng Chính Phủ Phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả; QCVN 01:2008/BXD Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia Quy hoạch Xây dựng Bộ Xây dựng ban hành ngày 3/4/2008; QCVN 04:2015/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nhà cơng trình cơng cộng - Phần 1: Nhà ở, Bộ Xây dựng ban hành ngày 25/04/2015; Tháng 9/2013, Bộ Xây dựng ban hành QCVN 09:2013/BXD Các cơng trình xây dựng sử dụng lượng hiệu thay QCXDVN 09:2005/BXD Đây văn pháp quy quy định yêu cầu kỹ thuật bắt buộc phải tuân thủ thiết kế, xây dựng cải tạo cơng trình dân dụng có tổng diện tích sàn từ 2500 m2 trở lên có sử dụng ĐHKK Hiện nay, việc lựa chọn giải pháp thiết kế để cửa kính đảm bảo số SHGC theo quy chuẩn áp dụng giai đoạn thiết kế sơ thiết kế kỹ thuật 2.2 Cơ sở khí hậu Hà Nội Hà Nội thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm có chế độ gió mùa biến tính Từ tháng đến tháng mùa nóng, mưa nhiều, gió Đơng Nam chủ đạo; từ tháng 11 đến tháng nǎm sau mùa đơng lạnh, nắng ít, mưa phùn nhiều, gió Đơng Bắc chủ đạo Giữa hai mùa nóng/lạnh có hai thời kỳ khí hậu chuyển tiếp tháng tháng 10 Kết gia cơng phân tích số liệu quan trắc BXMT Hà Nội liên tục 10 năm (1996 – 2005) cho thấy: (i) Tán xạ bầu trời chiếm tỷ lệ lớn: (ii) Trực xạ mặt trời thực tế chiếu mặt đứng hướng T, TB, TN lớn từ 1,46 đến 2,87 lần so với trực xạ mặt đứng hướng Đ, ĐB, ĐN 2.3 Cơ sở lý thuyết 2.3.1 Nguyên lý thiết kế kiến trúc CCCT  Các kiểu CCCT: CCCT kiểu nhà tháp, CCCT kiểu nhà (barre), CCCT dạng chùm giật cấp kiểu có sân trời  Các khơng gian chức nhà chung cư: không gian ở, không gian công cộng, không gian kỹ thuật không gian khác  Giải pháp tổ hợp khơng gian (căn hộ): hình Hình 1: Sơ đồ quan hệ chức hộ Từ hình cho thấy, đặc trưng kiến trúc mặt đứng nhà CCCT thường bao gồm chi tiết: ban công/lô gia nghỉ ngơi phòng khách/ phòng ngủ, lơ gia phục vụ phòng bếp, cửa sổ phòng ngủ, cửa sổ phòng vệ sinh Những yếu tố ảnh hưởng đến giải pháp tổ chức kiến trúc mặt đứng tạo nên đặc trưng thẩm mỹ riêng cơng trình 2.3.2 Cơ sở tiện nghi môi trường kiến trúc nhà  Cơ sở tiện nghi nhiệt: Dựa nghiên cứu cảm giác nhiệt người Việt Nam Phạm Ngọc Đăng nghiên cứu phân tích thời gian đạt tiện nghi khí hậu ngồi nhà Hà Nội Trần Ngọc Chấn, Nguyễn Văn Mn, Nguyễn Anh Tuấn tiến hành, kết luận rằng: Thời gian cần phải sử dụng hệ thống chủ động để làm mát khoảng 20% - 25% thời gian năm, chủ yếu vào ban ngày chiều tối tháng mùa nóng  Cơ sở tiện nghi chiếu sáng tự nhiên: Theo tiêu chuẩn TCVN XD 29:1991, nhà thiết kế chiếu sáng tự nhiên cần xác định tỷ lệ diện tích cửa lấy ánh sáng 1/6 - 1/8 diện tích sàn Theo tính tốn Phạm Đức Ngun: lấy trị số độ rọi nhà 5.000 lux thời điểm 7h sáng 17h chiều số sử dụng ánh sáng tự nhiên Hà Nội 83,6% tổng số ban ngày/năm 2.3.3 Các nguyên lý thiết kế kiến trúc thụ động phù hợp với khí hậu HN  Lựa chọn hướng hình dáng cơng trình: nhà chung cư Hà Nội cần chọn hướng tốt nằm phạm vi từ Nam đến ĐN mở rộng tối đa từ Nam TN (lệch Nam 30o) đến hướng Đông Xét theo số lượng truyền qua kết cấu bao che xung quanh, kiểu hình khối nhà cao tầng có tính ưu việt thứ tự từ cao đến thấp là: hình tròn, hình bát giác, hình vng, hình chữ nhật, hình chữ U hình tam giác  Giải pháp tổ hợp mặt bằng: Ưu tiên số - không gian động; Ưu tiên số - không gian tĩnh; Ưu tiên số - không gian phụ trợ  Tổ chức thơng gió tự nhiên cơng trình: triệt để lợi dụng gió trực tiếp thổi qua phòng (thơng gió xuyên phòng)  Thiết kế cách nhiệt cho lớp vỏ bao che: Nguyên lý cách nhiệt cho kết cấu bao che không xuyên sáng: Cách nhiệt giảm hấp thụ xạ, tăng phản xạ: hệ số hấp thụ nhiệt xạ bề mặt nhà thấp, khả tiết kiệm lượng đạt cao Cách nhiệt nhiệt trở: kết cấu bao che có hàm nhiệt thấp nên dùng cho khơng gian có thơng gió tự nhiên tốt; khơng gian phải dùng ĐHKK, kết cấu bao che nên cấu tạo vật liệu có nhiệt trở cao Cách nhiệt nhiệt dung hay nhiệt hàm: lựa chọn chủng loại vật liệu với thuộc tính dao động xắp xếp lớp vật liệu hợp lý Nguyên lý cách nhiệt cho cửa kính: Ở vùng khí 10 Trong đó:γz- góc hợp hướng nhà (góc hướng nhà α) hình chiếu tia mặt trời mặt phẳng nằm ngang (góc phương vị mặt trời Az) hz, Az - góc cao mặt trời góc phương vị mặt trời thời điểm z; H, B – chiều cao chiều rộng cửa kính;Lng – chiều rộng đua che nắng nằm ngang; Lđ – chiều rộng đua che nắng thẳng đứng; a - khoảng cách từ mép cửa kính đến che nằm ngang; b - khoảng cách từ mép cạnh bên cửa kính đến che thẳng đứng; z - thời điểm tính tốn;  Phương pháp tính Liên Bang Nga: Theo tài liệu, tính nhiệt BXMT chiếu qua cửa kính có KCCN vào nhà : Qoc  (q p K1  qr K ).K K Aoc ; (2.8) Trong đó: qp, qr - cường độ trực xạ mặt trời tán xạ bầu trời chiếu tới mặt cửa kính (W/m2); K1= K1.ng.K1.đ - hệ số kể đến tác dụng tạo bóng râm mặt cửa kính KCCN nằm ngang (K1.ng) thẳng đứng (K1.đ); K2= K2.ng.K2.đ - hệ số chiếu tán xạ bầu trời qua cửa kính vào nhà kể đến tác dụng che tán xạ KCCN nằm ngang (K2.ng) thẳng đứng (K2.đ); K3 - hệ số nhiệt xạ xuyên qua rèm, chớp hay che cửa kính; K4 - hệ số hấp thụ BXMT kính cửa; Aoc - diện tích cửa kính Định nghĩa dạng cơng thức tính hệ số K1 K2 hồn tồn giống định nghĩa dạng cơng thức tính hệ số Kcn hệ số Kbt Phạm Ngọc Đăng Tuy vậy, tính K2 quy tác dụng KCCN chưa xét đến ảnh hưởng khoảng cách “a” từ mặt che ngang đến bậu cửa kính góc che β, khoảng cách “b” từ bề mặt che đứng đến cạnh bên cửa kính góc γ KCCN  Phương pháp tính Trần Ngọc Chấn: Khi biên soạn Quy chuẩn QCVN 09:2013/BXD, tác giả dùng hệ số “β” để đánh giá hiệu giảm nhiệt BXMT chiếu qua cửa kính vào nhà KCCN Tác giả xây dựng chương trình phần mềm để vẽ bóng đổ loại KCCN (nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục, hình hộp KCCN ngang hữu hạn) bề mặt cửa kính-tường, từ tính hệ số (β) Tuy vậy, hạn chế là: (i) Chưa xét đến tác dụng che tán xạ bầu trời KCCN, (ii) Chưa nêu công thức hiển thị để tính hệ số (β) KCCN ngang hữu hạn  Phương pháp tính ISO: Hệ số giảm BXMT chiếu tới cửa kính KCCN ngang hay đứng gây (Fov) xác định là: Fov,dir Fov = Fov.dir.Rdir + Fov.dif.Rdif ;  0,5.tag     max 0;1     ; (2.9b)   tag 90  hs    (2.9a) Fov,dif = - (β /90); (2.9c) Trong đó: Rdir Rdif - cường độ trực xạ mặt trời tán xạ bầu trời chiếu tới mặt cửa kính cửa khơng có KCCN tính tốn; Fov.dir Fov.dif - hệ số giảm BXMT Fov chiếu tới cửa kính KCCN ngang hay đứng gây trực 11 xạ (Fov.dir) tán xạ (Fov.dif); β – góc che KCCN nằm ngang hay thẳng đứng tính với điểm tâm cửa kính; hs - góc cao mặt trời tính tốn Hệ số Fov.dir phụ thuộc góc che β KCCN phụ thuộc vào góc cao mặt trời (hs), khơng biến đổi theo góc chiếu thực tế tia mặt trời nên kết tính tốn thiếu xác  Cơng trình nghiên cứu R.F Yandat R.E Jones, Colorado, USA: người (1983) nghiên cứu tính tốn nhiệt BXMT chiếu vào nhà qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn Tuy vậy, công thức họ nghiên cứu cho trường hợp tính tổng lượng nhiệt trung bình tháng dùng để đánh giá HQNL mặt trời sưởi ấm năm nên áp dụng cho nghiên cứu tiêu thụ lượng nhà có ĐHKK làm mát  Cơng trình nghiên cứu S.Raeissi M.Taheri, Iran: Phương pháp tính tốn nhiệt BXMT chiếu qua cửa kính vào nhà gồm phần: (i) Trực xạ: tác giả vẽ bóng đổ KCCN ngang hữu hạn cụ thể ngày hạ chí đơng chí để tìm diện tích phần cửa bị chiếu nắng Ae, cơng thức tính Ae khơng phải cơng thức chung; (ii) Tán xạ bầu trời chiếu qua cửa kính bị giảm phần KCCN ngang hữu hạn che khuất mảng trời chiếu tán xạ tới mặt cửa kính  Nhận xét: Cơng thức tính nhiệt BXMT (trực xạ tán xạ) chiếu vào nhà qua cửa kính với KCCN nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục hình hộp Phạm Ngọc Đăng đề xuất so với phương pháp khác có tính hồn hảo thành lập cơng thức tính hệ số che khuất bầu trời “Kbt” KCCN từ lời giải phương trình vi phân góc khối trao đổi nhiệt xạ bề mặt KCCN điểm trung tâm cửa kính Hiện chưa có nghiên cứu đề xuất công thức hiển thị, dễ áp dụng để tính nhiệt trực xạ tán xạ chiếu vào nhà qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn 2.4 Cơ sở thực tiễn 2.4.1 Kinh nghiệm thiết kế tích hợp kiến trúc lớp vỏ bao che lượng mặt trời giới Việc sử dụng HQNL cơng trình kiến trúc ln song hành với giải pháp tích hợp kiến trúc lớp vỏ bao che hệ thống sử dụng lượng mặt trời Tại Trung Quốc, nhiều khu chung cư tích hợp tổ hợp nhiệt mặt trời mái mặt đứng biến hệ thống nhiệt mặt trời trở thành phần thiết kế lớp vỏ cơng trình 2.4.2 Kinh nghiệm kiến trúc phù hợp với khí hậu Việt Nam: (1) Chọn hướng nhà phù hợp với hướng gió BXMT; (2) Tổ chức khơng gian kiến trúc mở thống; (3) Tổ chức thơng gió tự nhiên tối ưu; (4) Kết cấu mái có tầng khơng khí lưu thơng; (5) Mái đua che trực xạ, phên, liếp,… 12 để che tán xạ; (6) Cây xanh ln gắn liền với cơng trình kiến trúc Tuy vậy, lấy nhà nhỏ bé, đơn tầng từ thời xa xưa, để làm mẫu mực cho sống đại, nhà CCCT Nhưng tính triết lý lối sống, cách ứng xử với khí hậu thiên nhiên cha ơng ta học sâu sắc, không cũ cho hệ KTS thời đại 2.4.3 Kinh nghiệm kiến trúc thuộc địa Pháp Hà Nội: cơng trình kiến trúc thuộc địa Pháp ln trọng giải pháp phù hợp với điều kiện khí hậu đặc trưng Hà Nội tường dày cách nhiệt, ô văng che nắng cho cửa, lỗ thơng gió, mái cách nhiệt có tầng khơng khí lưu thông 2.5 Một số yếu tố tác động đến thẩm mỹ kiến trúc lớp vỏ bao che nhà CCCT 2.5.1 Đặc điểm hình thức thẩm mỹ nhà CCCT: Kết cấu khung bê tông cốt thép đời, công nghệ thi công đại với phát triển kính hợp kim khiến cho kết cấu bao che nhà CCCT sử dụng linh hoạt ngày trở nên sinh động 2.5.2 Các nguyên tắc tổ hợp kiến trúc mặt đứng nhà CCCT: Đặc trưng kiến trúc bên nhà CCCT ban công/ lô gia, ô cửa sổ Ban công, lô gia vừa không gian đệm để che nắng, đồng thời tạo nên hình thức kiến trúc riêng nhà CCCT Các không gian mở sinh hoạt cộng đồng, vườn dạo cao, không gian sảnh tầng, v.v tạo nên đột phá, tạo thành dấu ấn kiến trúc riêng Các nguyên tắc tổ hợp kiến trúc mặt đứng nhà CCCT: đối xứng qua trục; bất đối xứng; xen kẽ kích thước; xen kẽ đặc – rỗng; nhịp điệu; hốn đổi vị trí Sự biến hóa kiến trúc mặt đứng nhà CCCT: sử dụng tuyến phân vị dọc ngang mặt đứng; sử dụng thủ pháp ban cơng/ logia; tạo tính nhịp điệu dọc theo chiều dài; sử dụng nhịp điệu thay đổi hệ thống cửa kính; sử dụng sảnh chờ cầu thang không gian công cộng khác tầng nhà; dùng chất liệu sơn màu Chương 3: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP TÍNH HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LỚP VỎ BAO CHE NHÀ CHUNG CƯ CAO TẦNG TẠI HÀ NỘI 3.1 Bổ sung hoàn thiện phương pháp thiết kế kiến trúc cơng trình HQNL Q trình thiết kế cơng trình HQNL đòi hỏi tính tổng thể với tích hợp giải pháp kiến trúc, kỹ thuật, công nghệ xây dựng Người thiết kế phải nắm vững nguyên lý thiết kế tích hợp HQNL, dạng “thụ động”, dạng “chủ động” loại hình hỗn hợp chủ động thụ động Hiện 13 thiết kế cơng trình HQNL thường sử dụng phương pháp thiết kế theo tham số (parametric design) - sử dụng hỗ trợ phần mềm mô lượng để kiểm soát lượng giai đoạn Hình ba giai đoạn thiết kế cơng trình HQNL, giai đoạn (2) áp dụng phương pháp tối ưu hóa cơng cụ phần mềm mô phức tạp Giai đoạn (1) chưa có cơng cụ giúp KTS so sánh cách tương đối HQNL thiết kế tìm ý tưởng tổ hợp kiến trúc mặt đứng sơ khai Vì chương NCS nghiên cứu công cụ so sánh lượng đơn giản bảng tra, đồ thị để hỗ trợ kiến trúc sư dự đoán HQNL giải pháp tổ hợp kiến trúc mặt đứng chung cư cao tầng Hà Nội giai đoạn Hình 2: Nghiên cứu hồn thiện quy trình thiết kế cơng trình HQNL 3.2 Đề xuất khái niệm phương pháp tính tốn hệ số HQNL lớp vỏ bao che 3.2.1 Đề xuất khái niệm hệ số HQNL lớp vỏ bao che Theo số liệu điều tra Bộ Xây dựng tổ chức IFC tiến hành cho thấy tiêu thụ điện hệ thống thiết bị ĐHKK để làm mát chiếm tỷ lệ lớn cấu sử dụng lượng cơng trình kiến trúc nước ta Đối với nhà dân dụng, CCCT, tải trọng nhiệt hệ thống ĐHKK chủ yếu lượng nhiệt từ mơi trường tự nhiên bên ngồi truyền qua kết cấu bao che vào nhà Vì vậy, để định lượng sử dụng hiệu tiết kiệm lượng làm mát cơng trình so sánh giải pháp kiến trúc lớp vỏ bao che điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm nước ta, NCS đề xuất khái niệm HQNL lớp vỏ bao che, định nghĩa sau: “HQNL lớp vỏ bao che lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che vào nhà giảm đi, hay 14 tải trọng nhiệt hệ thống ĐHKK giảm áp dụng giải pháp kiến trúc thụ động HQNL mang lại” HQNL lớp vỏ bao che phản ánh đánh giá Hệ số HQNL lớp vỏ bao che, ký hiệu Khqnl Khi hệ số HQNL lớp vỏ bao che có định nghĩa sau: “Hệ số HQNL lớp vỏ bao che tỷ lệ lượng nhiệt ngăn chặn giải pháp kiến trúc thụ động HQNL so với lượng nhiệt truyền vào nhà với giả định chưa có áp dụng giải pháp kiến trúc thụ động HQNL đó” Cơng thức định nghĩa hệ số HQNL lớp vỏ bao che - “Khqnl” đề xuất là: K hqnl  Q0  Qcn Q   cn ; Q0 Q0 (3.1) Q0 = Qcs.0 + Qm.0 + Qt.0 ; W Qcn = Qcs.cn + Qm.cn + Qt.cn ; W (3.2) (3.3) Trong đó: Q0 - Tổng lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che (cửa kính, mái, tường) vào nhà chưa áp dụng giải pháp kiến trúc thụ động HQNL; Qcn - Tổng lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che (cửa sổ, mái, tường) vào nhà sau áp dụng giải pháp kiến trúc thụ đông HQNL; Qcs.0; Qcs.cn – tương ứng lượng nhiệt vào nhà qua cửa kính trước sau áp dụng giải pháp kiến trúc thụ động HQNL; Qm.0; Qm.cn - tương ứng lượng nhiệt vào nhà qua mái trước sau áp dụng giải pháp kiến trúc thụ động HQNL; Qt.0; Qt.cn - tương ứng lượng nhiệt vào nhà qua tường trước sau áp dụng giải pháp kiến trúc thụ động HQNL 3.2.2 Nghiên cứu phương pháp tính hệ số Khqnl nhà CCCT Hà Nội 3.2.2.1 Tính tốn thử nghiệm nhà CCCT thực tế: Tính tốn thử nghiệm điều kiện mùa nóng Hà Nội CCCT 17T10, phố Nguyễn Thị Định, khu thị Trung Hòa - Nhân Chính, với giả thiết hướng mặt thay đổi theo hướng cửa kính khơng có KCCN Tổng diện tích cửa kính mặt trước mặt sau tầng nhà 17T10 thay đổi theo phương án với tỷ lệ Fcs/ Fsàn 1/3,5; 1/4; 1/5; 1/6; 1/7; 1/8 Kết tính tốn cho thấy tỷ phần lượng nhiệt truyền qua cửa kính vào nhà tầng trung gian chiếm từ 88,2% đến 90,4% tổng số lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che vào nhà => Vì vậy, nhà CCCT, tính gần lấy hiệu ngăn chặn nhiệt BXMT cửa kính đại diện cho hệ số “Khqnl” Trong luận án này, cửa kính có KCCN, vật liệu thủy tinh thông thường sử dụng để nghiên cứu xây dựng hệ số “Khqnl”, đơn giản hóa cơng thức (3.1) để tính gần hệ số “Khqnl” nhà CCCT có Cơng thức tính gần Hệ số HQNL lớp vỏ bao che nhà chung cư cao tầng là: K hqnl   Qcn K S  K bt Dđ   cn đ ; Q0 S đ  Dđ (3.4) 15 Trong hệ số Kcn, Kbt KCCN nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục hình hộp áp dụng cơng thức tính tốn Phạm Ngọc Đăng (công thức 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) Còn hệ số Kcn KCCN nằm ngang hữu hạn NCS nghiên cứu thiết lập công thức tính tốn hệ số Kbt KCCN nằm ngang hữu hạn nghiên cứu phát triển từ cơng thức vi phân tổng qt tính Kbt Phạm Ngọc Đăng 3.2.2.2 Thành lập cơng thức tính hệ số chiếu nắng (Kcn.ov) hệ số chiếu tán xạ bầu trời (Kbt.ov) cửa kính có KCCN ngang hữu hạn  Thành lập cơng thức tính hệ số chiếu nắng (Kcn.ov): Bóng đổ điểm M (điểm đầu mút KCCN ngang hữu hạn) chiếu xuống mặt phẳng “cửa kính-tường” điểm M' Nếu M’ nằm phạm vi diện tích hay đường phân giới bên hay bên phạm vi khung cửa kính tạo hình dạng bóng đổ khác NCS nghiên cứu cơng thức tính Kcn.ov tương ứng với trường hợp bóng đổ điều kiện biên để xác định bóng đổ KCCN ngang hữu hạn rơi vào phạm vi phạm vi để lựa chọn công thức phù hợp Công thức Kcn.ov.z trường hợp thứ 1: L tgh z tgh z a  L  K cn.ov.z    ov     ov  tg z  c  ; (3.5a)  H cos   H  2 H  kb tg z cos  z z  Cơng thức tính Kcn.ov.z trường hợp thứ : Kcn.ov.z = 1; Cơng thức tính Kcn.ov.z trường hợp thứ 3: L tghz a K cn.ov z    ov  ;  H cos  H  z  Cơng thức tính Kcn.ov.z trường hợp thứ 4: Kcn.ov.z = 0; Cơng thức tính Kcn.ov.z trường hợp thứ 5: Kcn.ov.z = c.Lov  tghz × 1  a  H H tg z cos  z        (3.5c) (3.5d)   a   1  H  tg z cos  z c.Lov  ;      tghz H       Cơng thức tính Kcn.ov.z trường hợp thứ 6: Kcn.ov.z =  a   kb  c.Lov  H (3.5b)  H tghz  tg z cos  z ; (3.5e) (3.5f) Cơng thức tính Kcn.ov.z trường hợp thứ 7: kb a / H c Lov / H Kcn.o.z= 1 (3.5g) Công thức tính Kcn.ov.z trường hợp thứ 8: Kcn.ov.z  1 kb a c.Lov (3.5h) 16 Hình Sơ đồ phân chia phạm vi trường hợp bóng đổ KCCN ngang hữu hạn  Kbt.ov K bt.ov Áp dụng công thức vi phân tổng quát Kbt P.N Đăng để tính cửa kính có KCCN nằm ngang hữu hạn công thức sau:     kb c.Lov kb c.Lov a      H  H H ;    arctg arctg a 2 2  Lov   a  Lov   a                  H   H  2 H   H   H    (3.6) 3.2.2.3 Kết tính tốn Kcn Kbt: Bảng 1: Ví dụ Kcn cửa sổ hướng Bắc KCCN ngang hữu hạn (với kích thước: Lov/H = 0.4, a = 0.05H, b = 0.05B, kb = 1.2, c = 0.5) Giờ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Kcn 0.737 0.494 0.303 0.12 0.008 0.008 0.12 0.303 0.494 0.737 Bảng Kết tính tốn hệ số Kbt cửa kính có KCCN hình hộp ngang hữu hạn với kích thước đua khác KCCN Tỷ lệ đua KCCN (Lng/H, Lđ/B, Lov/H) Hệ số chiếu tán xạ bầu trời 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 KCCN hình hộp 0.974 0.901 0.803 0.696 0.594 0.504 0.428 0.364 0.311 0.268 0.998 0.997 0.994 0.992 0.99 0.988 0.986 0.985 0.983 KCCN ngang hữu hạn 17 3.2.2.4 Phương pháp tính hệ số Khqnl nhà CCCT Hà Nội Theo mục 2.3 chương 2, thời gian cần làm mát Hà Nội khoảng 20% - 25% thời gian năm, chủ yếu vào ban ngày chiều tối tháng mùa nóng Như xác định giá trị hệ số “Khqnl” cách tính tỷ lệ lượng nhiệt truyền qua cửa kính vào nhà giảm áp dụng giải pháp ngăn chặn nhiệt BXMT KCCN từ 6h -18h tháng mùa nóng theo bước sau: Bước 1: Tính Khqnl.z "z" ngày đặc trưng tháng tính tốn mặt nhà; Bước 2: Tính Khqnl trung bình tháng tính tốn mặt nhà; Bước 3: Tính Khqnl trung bình tháng mùa nóng (Khqnl.mn) mặt nhà; Bước 4: Tính Khqnl trung bình tháng nóng (Khqnl.nn) mặt nhà 3.2.2.5 Lập chương trình tính hệ số Khqnl Bao gồm: Đưa số liệu đầu vào; Tính tốn xác định hệ số chiếu nắng (Kcn); Tính tốn xác định hệ số chiếu tán xạ bầu trời (Kbt); Tính tốn xác định hệ số (Khqnl); Trình bày bảng biểu kết tính tốn hệ số Khqnl 3.2.2.6 Kết tính tốn hệ số Khqnl nhà CCCT Hà Nội Các hệ số Khqnl trung bình ngày đặc trưng tháng tháng mùa nóng, trung bình tháng mùa nóng (tháng 5,6,7,8,9) tháng nóng (các tháng 6, 7, 8) biến thiên theo hướng nhà, biến thiên theo loại KCCN với 10 kích thước tỷ lệ độ đua KCCN Hình Biến thiên hệ số (Khqnl.mn) trung bình tháng mùa nóng Hà Nội theo hướng nhà KCCN thẳng đứng liên tục 3.3 Các giải pháp kiến trúc thụ động sở kết tính hệ số Khqnl NCS đưa giải pháp kiến trúc thụ động cần áp dụng thiết kế nhà CCCT HQNL Hà Nội sau nghiên cứu kỹ lưỡng đặc điểm khí hậu, đặc biệt đặc điểm BXMT, từ nguyên lý kinh nghiệm thiết kế 18 thụ động áp dụng cho cơng trình HQNL nước ta nước có điều kiện khí hậu tương tự Việt Nam, từ q trình tính tốn hệ số Khqnl CCCT Hà Nội Dưới NCS tập trung trình bày giải pháp kiến trúc thụ động có liên quan trực tiếp đến HQNL lớp vỏ bao che Hình 5: Các giải pháp kiến trúc thụ động cần áp dụng thiết kế nhà CCCT hiệu lượng Hà Nội 3.3.1 Lựa chọn hướng hình dạng nhà bảo đảm chế độ thơng gió tự nhiên hiệu cao Trực xạ chiếu mặt đứng hướng Đông, ĐB, ĐN 34,8% – 68,4% so với trực xạ chiếu mặt đứng hướng Tây, TB, TN Theo nguyên lý vật lý kiến trúc, đặt hướng nhà lệch với hướng gió chủ đạo khoảng -15o đạt hiệu thơng gió tự nhiên nhà tốt với cửa có hay khơng có KCCN Vì vậy, đề xuất hướng nhà tốt cho nhà CCCT Hà Nội từ Nam đến Đông ĐN (lệch Nam 60o) Hình dạng mặt nhà tốt hình chữ nhật, có cạnh dài theo hướng Nam đến Đông ĐN (lệch Nam 60o) để đảm bảo công trình đón nhiều gió mát diện tích tường bao che khơng q lớn Mặt phòng có độ sâu lớn 8m khơng có lợi cho việc thơng gió tự nhiên Chiếu sáng tự nhiên từ cửa bên nhà dân dụng có hiệu khoảng 7,6m tính từ cửa Vì đề xuất chiều rộng B tối đa nhà CCCT Bảng Bảng Đề xuất chiều rộng B tối đa nhà CCCT Dạng mặt kiểu hành lang Dạng mặt kiểu đơn nguyên Dạng mặt kiểu hành lang bên 19 3.3.2 Tổ chức kiến trúc mặt đứng hiệu lượng  Thiết kế KCNN bên để ngăn chặn nhiệt BXMT Sử dụng biểu đồ bảng tra Khqnl PHƯƠNG PHÁP Bước 1: Xác định mức HQNL (giá trị Khqnl) mong muốn cho cơng trình Bước 2: Phác thảo tổng thể hình khối mặt đứng cơng trình, từ có dạng KCCN mong muốn Bước 3: Dựa loại KCCN mức HQNL xác định, tra Biểu đồ (hoặc bảng tra) hệ số Khqnl, xác định kích thước cần có KCCN theo mặt đứng Nếu trường hợp mặt đứng cơng trình với kích thước KCCN tra biểu đồ chưa đạt yêu cầu thẩm mỹ, thay đổi hình thức kiến trúc mặt đứng cách điều chỉnh kích thước KCCN (thay đổi Khqnl) hay lựa chọn dạng KCCN khác tra lại biểu đồ Khqnl để tìm kích thước tối ưu PHƯƠNG PHÁP Bước 1: Phác thảo tổng thể hình khối mặt đứng cơng trình, từ có dạng KCCN mong muốn Bước 2: Dựa hình thức kiến trúc có, tra Biểu đồ bảng tra hệ số Khqnl, xác định mức HQNL giải pháp thiết kế KCCN mặt đứng tương ứng Bước 3: Điều chỉnh thiết kế kích thước KCCN tra biểu đồ (hoặc bảng tra) chưa đạt yêu cầu HQNL mong muốn theo cách: (i) Điều chỉnh kích thước KCCN (thay đổi Khqnl); (ii) Chỉnh sửa phương án phác thảo ban đầu, từ có hình thức KCCN khác, sau tra lại biểu đồ (hoặc bảng tra) Khqnl để tìm kích thước KCCN tối ưu; (iii) Giữ nguyên ý tưởng ban đầu, chọn kính có hệ số SHGC cao giai đoạn thiết kế sở Sau luận án đưa gợi ý giải pháp thiết kế mặt đứng loại KCCN dựa số liệu Biểu đồ bảng số liệu hệ số Khqnl  Diện tích cửa kính đảm bảo yêu cầu chiếu sáng tự nhiên: số sử dụng ánh sáng tự nhiên Hà Nội thấp Đà Nẵng, Nha Trang, Tp Hồ Chí Minh thấp trung bình 20 địa phương nước, vậy, kiến nghị diện tích cửa lấy ánh sáng nhà CCCT HQNL Hà Nội cần đảm bảo tỷ lệ diện tích cửa Scs/Ssàn ≥1/7, yêu cầu diện tích cửa lấy sáng theo tiêu chuẩn Trung Quốc (cấp độ chiếu sáng IV)  Bề mặt nhà cần sơn màu sáng: Để cân yếu tố thẩm mỹ hiệu lượng, kiến nghị bề mặt nhà CCCT HQNL Hà Nội cần sơn màu sáng có hệ số hấp thụ nhiệt xạ α < 0,5 3.3.3 Cách nhiệt tốt cho lớp vỏ bao che, đặc biệt mái tường hướng Tây, TB TN Cách nhiệt mùa nóng: NCS tính tốn tìm nhiệt trở u cầu tường hướng Tây,TB TN thỏa mãn điều kiện: (i) Yêu cầu nhiệt 20 độ mặt trong; (ii) Yêu cầu độ tắt dần Kết nhiệt trở tường cần tuân thủ quy định QCVN 09:2013/BXD đạt yêu cầu Để tỏa nhiệt nguội nhanh ban đêm tường hướng Tây,TB,TN nên có cấu tạo nhiều lớp, kết cấu bên mỏng, cách ly với lớp tường bên lớp vật liệu cách nhiệt lớp khơng khí Mái nên cấu tạo gồm lớp cách nhiệt khơng khí lưu thơng có độ dày tối thiểu 30 - 40cm kết hợp với lớp vật liệu cách nhiệt Cách nhiệt cho mùa lạnh: thời gian đạt tiện nghi mùa lạnh Hà Nội chiếm 10% Hệ số trao đổi nhiệt mặt tường tỷ lệ với vận tốc gió ngồi nhà, vận tốc gió tăng theo chiều cao, kính có hệ số dẫn nhiệt lớn nên kiến nghị cửa kính mặt ngồi nhà CCCT Hà Nội nên áp dụng cửa kính lớp để chống rét 3.3.4 Tích hợp kiến trúc lớp vỏ bao che hệ thống khai thác lượng BXMT: Hà Nội hàng năm có đến 2492 có cường độ BXMT cao cường độ BXMT tối thiểu - Imin Vì cần xem xét tổng thể hình khối kiến trúc lớp vỏ cơng trình với hệ thống đun nước nóng lượng BXMT giai đoạn thiết kế ban đầu Có hai giải pháp lắp đặt thu lượng mặt trời: (i) lắp đặt mái nhà; (ii) lắp đặt treo diện tường bệ cửa sổ chắn ban công hay lô gia hướng Nam đến TN 3.4 Bàn luận kết nghiên cứu 3.4.1 Thiết kế kiến trúc thụ động kết hợp khoa học vật lý kiến trúc thiết kế sáng tác kiến trúc Giải pháp kiến trúc thụ động cần phải thiết kế sở khoa học vật lý kiến trúc Từ trước đến nay, Việt Nam, khoa học vật lý kiến trúc vận dụng sáng tác kiến trúc tính hàn lâm u cầu cần tính tốn định lượng Vì vậy, NCS đề xuất công cụ đơn giản để giúp KTS tham khảo so sánh HQNL giải pháp tổ hợp kiến trúc mặt đứng cơng trình giai đoạn xây dựng ý tưởng ban đầu, Hệ số HQNL lớp vỏ bao che (Khqnl) thiết lập phần mềm tính tốn hệ số trường hợp nhà CCCT Hà Nội Tuy nhiên khái niệm phương pháp tính tốn hệ số Khqnl luận án hồn tồn áp dụng cho loại hình nhà dân dụng cao tầng nói chung Với cơng cụ hệ số Khqnl, KTS so sánh HQNL phương án kiến trúc mặt đứng CCCT giai đoạn thiết kế ý tưởng sơ khai, từ tùy thuộc tỷ trọng yêu cầu thẩm mỹ kiến trúc, yêu cầu HQNL yêu cầu chiếu sáng tự nhiên mà KTS đưa lựa chọn cuối Sáu giải pháp kiến trúc thụ động đề xuất, nghiên cứu cụ thể giải pháp có liên quan trực tiếp đến HQNL lớp vỏ bao che Tuy nhiên để áp dụng nhuần nhuyễn giải pháp kiến trúc thụ động đòi hỏi 21 người thiết kế cần vượt qua rào cản phải tự học thêm, nâng cao mở rộng kiến thức vật lý kiến trúc phương pháp thiết kế tích hợp HQNL 3.4.2 Sự khác biệt phương pháp thiết kế KCCN luận án phương pháp thiết kế KCCN kinh điển theo “đường viền” che nắng Phương pháp thiết kế KCCN theo “đường viền” che nắng - phương pháp thiết kế KCCN kinh điển giới (sử dụng biểu đồ “đường viền” che nắng KTS Aladar Olgyay Victor Olgyay đề xuất năm 1957) phương pháp lựa chọn loại KCCN kích thước KCCN theo mà cửa sổ cần che nắng hồn tồn áp dụng cho thể loại cơng trình Tuy nhiên phương pháp thiết kế KCCN theo đường viền che nắng xác định mà cửa che nắng hoàn toàn (che trực xạ hoàn toàn) hay bị chiếu nắng (chiếu trực xạ), khơng thể tính che Vì khơng thể tính lượng nhiệt BXMT truyền qua cửa kính vào nhà tức thời hay trung bình khơng định lượng HQNL phương án tổ hợp kiến trúc mặt đứng cơng trình Phương pháp thiết kế KCCN mà luận án nghiên cứu phương pháp lựa chọn loại KCCN kích thước KCCN trước tiên theo yêu cầu kiểm soát nhiệt BXMT, áp dụng cho cơng trình có sử dụng ĐHKK Phương pháp thiết kế KCCN theo yêu cầu kiểm soát nhiệt BXMT cho phép tính lượng nhiệt (trực xạ tán xạ) truyền qua cửa kính vào nhà tức thời thời điểm lượng nhiệt trung bình ngày tháng trung bình hay tháng mùa nóng năm Phương pháp giúp KTS vừa định lượng cách tương đối HQNL phương án tổ hợp kiến trúc mặt đứng, vừa điều chỉnh thẩm mỹ kiến trúc mặt đứng để cơng trình đạt hài hòa thẩm mỹ lượng Vì vậy, thiết kế, kiến trúc sư cần cân nhắc tùy theo yêu cầu cơng trình mà lựa chọn phương pháp thiết kế KCCN phù hợp 3.4.3 Hạn chế kết nghiên cứu - Luận án nghiên cứu đánh giá HQNL lớp vỏ bao che cơng trình sử dụng hệ thống kỹ thuật làm mát nhân tạo Nếu nghiên cứu sâu cần phải nghiên cứu xác định điều kiện khí hậu địa phương thuận lợi nhằm sử dụng giải pháp thụ động thơng gió tự nhiên, giảm bớt thời gian ĐHKK Từ đánh giá HQNL giải pháp tổ chức không gian kiến trúc liên quan đến khả thông gió tự nhiên - Luận án nghiên cứu HQNL lớp vỏ bao che với loại KCCN điển hình Tuy nhiên có loại KCCN khác cần phải nghiên cứu thêm để tăng phong phú đa dạng giải pháp thiết kế kiến trúc 22 3.4.4 Khả áp dụng kết nghiên cứu luận án vùng khí hậu khác: Để áp dụng kết nghiên cứu luận án vào thiết kế nhà CCCT vùng khí hậu khác nước ta trước tiên cần phải tiến hành phân tích đánh giá cẩn thận đặc điểm khí hậu vùng để áp dụng cho phù hợp KẾT LUẬN Đặc điểm xạ mặt trời Hà Nội: Kết gia công số liệu đo lường thực tế cho thấy: BXMT Hà Nội tương đối lớn, đặc biệt tán xạ; trực xạ thực tế chiếu mặt đứng hướng Tây, TB, TN lớn từ 1,46 - 2,87 lần so với trực xạ chiếu mặt đứng hướng Đông, ĐB, ĐN Đề xuất khái niệm công thức tính tốn hệ số HQNL lớp vỏ bao che cơng trình: Để tham khảo so sánh HQNL làm mát giải pháp thiết kế tổ hợp kiến trúc mặt đứng cơng trình giai đoạn thiết kế ý tưởng, NCS đề xuất sử dụng khái niệm “Hệ số HQNL lớp vỏ bao che, viết tắt Khqnl” Công thức định nghĩa hệ số HQNL lớp vỏ bao che, “Khqnl” sau: Q  Qcn Q (1) K hqnl    cn ; Q0 Q0 Kết tính tốn thử nghiệm nhà CCCT 17T10 khu thị Trung Hòa - Nhân Chính, Hà Nội, với phương án Fcs/Fsàn thay đổi theo hướng nhà cho thấy: tầng trung gian, tỷ phần lượng nhiệt truyền qua cửa kính vào nhà chiếm từ 88,2% - 90,4% tổng số lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che vào nhà Vì lấy gần HQNL cửa kính có KCCN (hiệu ngăn chặn nhiệt BXMT cửa kính có KCCN) HQNL kiến trúc lớp vỏ bao che tất tầng, trừ tầng mái nhà chung cư cao tầng (bỏ qua nhiệt truyền qua tường bao che) có cơng thức tính tốn gần là: : K S  K bt Dđ (2) K hqnl   cn đ ; S đ  Dđ Điều kiện áp dụng công thức tính Khqnl diện tích cửa kính phải đạt tỷ lệ Scửa/Ssàn ≥1/7 Thành lập công thức tính hệ số chiếu nắng (Kcn) hệ số chiếu tán xạ bầu trời (Kbt) cửa kính có KCCN nằm ngang hữu hạn: Tổng quan phương pháp tính lượng nhiệt BXMT (trực xạ tán xạ) chiếu vào nhà qua cửa kính có KCCN rút kết luận: (i) Cơng thức tính BXMT chiếu qua cửa kính vào nhà loại KCCN nằm ngang dài liên 23 tục, thẳng đứng dài liên tục hình hộp sử dụng hệ số Kcn, Kbt theo công thức Phạm Ngọc Đăng (1978); (ii) Số lượng cơng trình nghiên cứu cơng thức tính BXMT chiếu vào nhà qua cửa kính có KCCN nằm ngang hữu hạn chưa có cơng thức có tính phổ cập, dễ dùng để áp dụng NCS áp dụng nguyên lý khoa học vật lý kiến trúc, thành lập công thức tính hệ số chiếu nắng Kcn.ov để xác định trực xạ chiếu vào nhà thiết lập công thức tính hệ số chiếu tán xạ bầu trời Kbt.ov qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn sở lời giải phương trình vi phân trao đổi nhiệt xạ điểm tâm cửa sổ KCCN Phạm Ngọc Đăng thành lập Thành lập công thức lập chương trình tính hệ số “Khqnl” nhà CCCT, kết tính tốn áp dụng điều kiện Hà Nội: Với hỗ trợ chuyên gia tin học, NCS thiết lập chương trình máy tính (phần mềm) để tính tốn, phân tích Kết tính tốn Khqnl thể bảng số biểu đồ hiển thị màu sắc dễ nhận biết Ứng dụng biểu đồ bảng số liệu Khqnl trình tìm ý tưởng thiết kế mặt đứng nhà CCCT Hà Nội: Luận án đưa dẫn cụ thể rõ ràng để giúp kiến trúc sư ứng dụng công cụ phân tích Biểu đồ bảng số liệu hệ số HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT Hà Nội trình tìm ý tưởng thiết kế tổng thể mặt đứng cơng trình gợi ý kiểu KCCN với kích thước phù hợp với HQNL mong muốn Đề xuất giải pháp kiến trúc thụ động sở kết nghiên cứu phương pháp tính hệ số Khqnl nhà CCCT Hà Nội : NCS chọn lựa giải pháp kiến trúc thụ động cần áp dụng để giảm thiểu tiêu thụ lượng cho đảm bảo tiện nghi vi khí hậu nhà CCCT Hà Nội Sau đó, luận án tập trung nghiên cứu cụ thể giải pháp kiến trúc thụ động có liên quan trực tiếp đến HQNL lớp vỏ bao che Kiến nghị: - Các cơng thức tính hệ số chiếu nắng hệ số chiếu tán xạ bầu trời KCCN nằm ngang hữu hạn luận án áp dụng sở lý thuyết tính tốn lượng nhiệt truyền qua cửa kính có KCCN nằm ngang hữu hạn vào nhà; - Phương pháp tính hệ số HQNL lớp vỏ bao che luận án áp dụng sở lý thuyết để tham khảo so sánh HQNL giải pháp kiến trúc lớp vỏ bao che nhà dân dụng cao tầng; - Các kết luận án coi giải pháp kiến trúc thụ động tham khảo để nghiên cứu thiết kế thực tế giảng dạy đồ án nhà CCCT HQNL Hà Nội nói riêng đồng Bắc Bộ nói chung 24 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA NCS LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN I Các báo đăng Tạp chí khoa học nước Tòa nhà kim cương (ST DIAMOND) - Một cơng trình Xanh hồn hảo Putrajaya - Malaysia Tạp chí Kiến trúc, số tháng 11/2013 Một số vấn đề thiết kế cơng trình xanh tiết kiệm lượng giải pháp kiến trúc thụ động Tạp chí Mơi trường - Chuyên đề II: Tăng trưởng xanh, 2014; Nghiên cứu phương pháp đánh giá hiệu lượng kiến trúc nhà dân dụng cao tầng Việt Nam Tạp chí Khoa học cơng nghệ Xây dựng - Trường Đại học Xây dựng, số tháng 1/2016 Phương pháp xác định tổng lượng nhiệt xạ mặt trời chiếu qua cửa sổ có kết cấu che nắng vào nhà Tạp chí Xây dựng, số tháng 2/2016 Thiết lập cơng thức tính hệ số chiếu nắng hệ số chiếu tán xạ bầu trời để xác định tổng nhiệt xạ mặt trời chiếu vào nhà qua cửa sổ có văng che nắng Tuyển tập báo cáo hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ 17 trường Đại học Xây dựng; 2016 Thư viện quốc gia Singapore - Một cách nhìn kiến trúc ứng dụng Tạp chí Kiến trúc, số tháng 10/2016 (đồng tác giả) II Các báo đăng Tạp chí Kỷ yếu hội thảo quốc tế A Concept for Energy-Efficient High-Rise Buildings in Hanoi and a Calculation Method for Building Energy Efficiency Factor, Procedia Engineering of the International Conference on Sustainable Development of Civil, Urban and Transportation Engineering; Ho Chi Minh city, 4/2016; Volume 142; page 153159; Published by Elsevier; ISSN: 1877-7058; Method of calculation solar heat penetrated through shaded windows; Proceeding of the International Conference "Indoor air and Environmental quality" in Greek, 9/2016; page 232-245; Published by Volgagrad University Building envelope solution design to enhance energy efficiency of high-rise apartment building in Hanoi; International workshop on environmetal and architectural design for sustainable development in National University of Civil engineering; page 158 – 167, Construction publishing house III Các sách xuất Các giải pháp thiết kế cơng trình xanh Việt nam; Nhà Xuất Xây dựng; Hà Nội; 2014 – biên soạn 2,5 chương Hướng dẫn thí nghiệm Khảo sát mơi trường kiến trúc; Nhà xuất Dân trí; 2015 – chủ biên ... kiến trúc thụ động theo phương pháp tính HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT Hà Nội; (iii) Đề xuất giải pháp kiến trúc thụ động cho CCCT Hà Nội theo kết phương pháp tính hệ số HQNL lớp vỏ bao che NỘI... ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP TÍNH HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LỚP VỎ BAO CHE NHÀ CHUNG CƯ CAO TẦNG TẠI HÀ NỘI 3.1 Bổ sung hoàn thiện phương pháp thiết kế kiến trúc cơng trình... trúc thụ động liên quan trực tiếp đến HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT Hà Nội Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP TÍNH HQNL LỚP VỎ BAO CHE NHÀ CHUNG CƯ CAO TẦNG TẠI HÀ NỘI 2.1