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

Mục đích nghiên cứu: - Xây dựng được một công cụ có thể tham khảo và so sánh HQNL của các giải pháp kiến trúc lớp vỏ bao che tổ hợp kiến trúc mặt đứng trong giai đoạn thiết kế ý tưởng b

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

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 được bảo vệ tại Hội đồng luận án cấp trường họp tại Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải phóng, Quận Hai Bà Trưng, Hà Nội

Vào hồi giờ ngày tháng năm 2018

Có thể tìm hiểu luận án tại Thư viện Quốc gia và Thư viện Trường Đại học Xây dựng

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do lựa chọn đề tài

Trong điều kiện khí hậu của Hà Nội với đặc trưng mùa nóng có nhiệt độ cao và độ ẩm rất lớn (độ ẩm > 80%), để bảo đảm vi khí hậu trong nhà đáp ứng yêu cầu tiện nghi nhiệt thì cần phải sử dụng hệ thống điều hòa không khí (ĐHKK) Tỷ lệ tiêu thụ năng lượng của hệ thống này thường chiếm tỷ lệ rất lớn trong tổng tiêu thụ năng lượng của công trình Biến đổi khí hậu làm gia tăng các hiện tượng khí hậu cực đoan, số ngày nóng bức trong năm nhiều hơn, cộng thêm tác động của quá trình đô thị hóa khiến cho cuộc sống ở các thành phố ngày càng ngột ngạt, kết quả là nhu cầu sử dụng ĐHKK trong các công trình sẽ ngày càng tăng tại Hà Nội

Theo Chiến lược phát triển nhà ở quốc gia đến năm 2030 đã được Thủ tướng chính phủ phê duyệt tháng 11/2011, mục tiêu sẽ tăng tỷ lệ nhà chung

cư, đặc biệt là nhà chung cư cao tầng (CCCT) Hiện nay, khi thiết kế các CCCT, đội ngũ kiến trúc sư đang bị ảnh hưởng nhiều của xu hướng quốc tế hóa, ít để ý đến điều kiện khí hậu địa phương, chưa quan tâm đến các giải pháp che chắn bức xạ mặt trời cũng như về thông gió và chiếu sáng tự nhiên Hậu quả là các công trình này đang trở thành là một trong những nguồn tiêu thụ lớn tài nguyên thiên nhiên, năng lượng và gây nhiều tác động tiêu cực đến môi trường Để tạo sự phát triển hài hoà giữa xây dựng và môi trường sống, xu hướng sử dụng các giải pháp kiến trúc thụ động để gia tăng hiệu quả năng lượng (HQNL) trong các CCCT tại đô thị lớn như Hà Nội

đang ngày càng được quan tâm Vì vậy đề tài Luận án “Giải pháp kiến trúc thụ động theo phương pháp tính hiệu quả năng lượng lớp vỏ bao che nhà CCCT tại Hà Nội” là đề tài có tính thời sự và cấp thiết hiện nay ở nước ta

2 Mục đích nghiên cứu:

- Xây dựng được một công cụ có thể tham khảo và so sánh HQNL của các giải pháp kiến trúc lớp vỏ bao che (tổ hợp kiến trúc mặt đứng) trong giai đoạn thiết kế ý tưởng ban đầu, áp dụng cụ thể đối với nhà CCCT tại Hà Nội

- Xác định các giải pháp kiến trúc thụ động cần áp dụng để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng cho đảm bảo tiện nghi vi khí hậu trong nhà CCCT ở Hà Nội

3 Mục tiêu nghiên cứu: (1) Đề xuất khái niệm về hệ số HQNL lớp vỏ bao

che công trình để tham khảo và so sánh HQNL của các giải pháp tổ hợp kiến trúc mặt đứng công trình trong giai đoạn thiết kế ý tưởng ban đầu; (2) Xây dựng phương pháp tính hệ số HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT trong điều kiện khí hậu của Hà Nội; (3) Đề xuất các giải pháp kiến trúc thụ động theo kết quả phương pháp tính HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT tại Hà Nội

4 Đối tượng và 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 đối với nhà CCCT tại Hà Nội Nghiên cứu

xác định HQNL của kiến trúc lớp vỏ bao che liên quan đến tiêu thụ điện năng Nghiên cứu xây dựng phương pháp tính toán HQNL làm mát đối với kiến trúc lớp vỏ bao che nhà CCCT trong giai đoạn thiết kế ý tưởng ban đầu trong điều kiện khí hậu thực tế của Hà Nội Giải pháp kiến trúc thụ động tập trung chính vào các giải pháp kiến trúc liên quan đến HQNL của lớp vỏ bao che

5 Nội dung nghiên cứu: (1) Xây dựng cơ sở khoa học cho các giải pháp

kiến trúc thụ động theo phương pháp tính toán HQNL lớp vỏ bao che đối với nhà CCCT phù hợp với điều kiện khí hậu của Hà Nội; (2) Nghiên cứu phương pháp tính toán HQNL lớp vỏ bao che của nhà CCCT có cửa kính với các kết cấu che nắng (KCCN) có hình thức và kích thước khác nhau, ở các hướng nhà khác nhau Lập chương trình phần mềm tính toán và tiến hành áp dụng tính hệ số HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT trong điều kiện khí hậu thực tế của Hà Nội; (3) Đề xuất các giải pháp kiến trúc thụ động trên cơ sở kết quả của phương pháp tính toán hệ số HQNL lớp vỏ bao che trong sự bảo đảm tiện nghi vi khí hậu trong nhà đối với CCCT ở Hà Nội

6 Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp sưu tầm - tổng hợp – đánh giá;

Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết; Phương pháp chuyên gia; Phương pháp nghiên cứu ứng dụng

7 Phương pháp tiếp cận: (1) Tổng quan, thu thập và phân tích các phương

pháp tính toán xác định lượng nhiệt bức xạ truyền vào nhà qua cửa kính có các KCCN ở trong nước và ở trên thế giới, từ đó phân tích, đánh giá các ưu nhược điểm của các phương pháp trên và sáng tạo đề xuất phương pháp tính toán mới của mình; (2) Tổng kết các kinh nghiệm thiết kế kiến trúc HQNL đối với các công trình dân dụng, đặc biệt là các CCCT đã được xây dựng ở các nước nhiệt đới có điều kiện khí hậu tương tự như ở Việt Nam Phân tích, chọn lựa, xác định, hoàn thiện và đề xuất các giải pháp kiến trúc thụ động dựa trên phương pháp đánh giá HQNL lớp vỏ bao che và phù hợp điều kiện khí hậu ở Hà Nội

8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Đã thiết lập các công thức tính hệ số chiếu nắng và hệ

số chiếu tán xạ bầu trời để tính lượng nhiệt bức xạ mặt trời (BXMT) chiếu vào nhà đi qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn; Đề xuất công thức xác định hệ số HQNL đối với các giải pháp kiến trúc lớp vỏ bao che, dùng để định lượng một cách tương đối HQNL làm mát khi thiết kế ý tưởng tổ hợp kiến trúc mặt đứng nhà CCCT trong giai đoạn phác thảo ý tưởng; Nghiên

cứu áp dụng cụ thể hóa vào điều kiện khí hậu Hà Nội các công thức tính toán lượng nhiệt BXMT truyền qua cửa kính vào nhà để xác định hệ số HQNL đối với cửa kính có 4 dạng KCCN, ở các hướng nhà khác nhau tương ứng với từng giờ của các ngày đặc trưng mỗi tháng trong mùa nóng ở Hà Nội

Ý nghĩa thực tiễn: (i) Kết quả tính toán các hệ số HQNL lớp vỏ bao che

đối với các cửa kính có KCCN với 4 hình thức, 10 kích thước, theo 8 hướng nhà, đã được thiết lập thành các bảng số liệu, các biểu đồ dễ dàng sử dụng đối với người thiết kế để lựa chọn các giải pháp tổ hợp kiến trúc mặt đứng nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội phù hợp về HQNL mong muốn trong giai đoạn xây dựng ý tưởng; (ii) Bổ sung lý thuyết cho thiết kế kiến trúc thụ động nhà CCCT HQNL tại Hà Nội

9 Đóng góp mới của luận án: (i) Thiết lập các công thức tính hệ số chiếu

nắng để tính toán lượng nhiệt trực xạ mặt trời chiếu qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn vào nhà và công 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 được hệ thống lý luận để đề xuất các giải pháp kiến trúc thụ động theo phương pháp tính HQNL lớp vỏ bao che nhà CCCT tại

Hà Nội; (iii) Đề xuất các giải pháp kiến trúc thụ động cho CCCT tại Hà Nội theo kết quả 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 và tầm quan trọng của thiết kế - xây dựng công trình HQNL

1.1.1 Thiết kế và xây dựng công trình HQNL

Sử dụng năng lượng tiết kiệm và có hiệu quả đối với công trình xây dựng phụ thuộc vào 3 yếu tố chính: (1) Các giải pháp kiến trúc thụ động; (2) Thiết

kế hệ thống kỹ thuật; (3) Hành vi quản lý của người sử dụng công trình Trong đó yếu tố (1) và (2) là có tầm quan trọng hơn đối với sử dụng hiệu quả

và tiết kiệm năng lượng trong công trình và các quyết định chiến lược trong giai đoạn đầu triển khai thiết kế của kiến trúc sư là vô cùng quan trọng đối với tiêu thụ năng lượng lâu dài và hiệu quả môi trường của công trình

1.1.2 Chỉ số đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng của công trình: chỉ

số công suất sử dụng BPI; chỉ số hiệu quả sử dụng năng lượng – EEI hay chỉ

số năng lượng sử dụng của công trình – BEI

1.1.3 Chỉ số đánh giá HQNL của lớp vỏ công trình – trị số OTTV

Trị số OTTV bao gồm tổng giá trị truyền nhiệt qua các bức tường và truyền nhiệt qua mái, trong đó giá trị truyền nhiệt qua tường được tính toán bằng tổng của giá trị truyền nhiệt qua phần tường đặc và giá trị truyền nhiệt qua cửa kính Tại Việt Nam, quy chuẩn QCVN 09-2013/BXD đã quy định đối với tường OTTVT ≤ 60 W/m2 và đối với mái OTTVM ≤ 25 W/m2

1.2 Tình hình xây dựng công trình HQNL trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.1 Tình hình phát triển công trình HQNL trên thế giới

Xu hướng phát triển công trình xanh được khởi đầu từ năm 1990 ở nước Anh và năm 1991 ở Hoa Kỳ Năm 1993 trở thành trào xu hướng phát triển mạnh mẽ ở Hoa Kỳ, Canada và một số nước phát triển khác Công trình tiết kiệm năng lượng là bước đi khởi đầu của phát triển công trình xanh

1.2.2 Tình hình phát triển công trình HQNL ở một số nước trong khu vực

 Singapore: Singapore là nước dẫn đầu châu Á về phát triển công trình

sử dụng năng lượng có hiệu quả và công trình xanh Tháng 8/1979 Singapore

đã ban hành Hướng dẫn bảo tồn năng lượng trong các công trình kiến trúc Năm 2005 Singapore ban hành Bộ tiêu chí đánh giá và công nhận công trình xanh (Green Mark) và năm 2006 đã xây dựng xong Kế hoạch Quốc gia về phát triển công trình xanh đến năm 2030 Luận án đã phân tích các giải pháp thiết kế thụ động đã được áp dụng cho Khu nhà ở xanh Punggol Eco – Town

 Malaysia: Tháng 8/1986, Ban năng lượng Malaysia đã soạn thảo

những yêu cầu về hiệu suất năng lượng là một phần của “Luật nhà ở đồng bộ” về: ĐHKK, chiếu sáng, lớp vỏ công trình Tháng 12/1989, Chính phủ Malaysia ban hành “Hướng dẫn về HQNL trong các công trình xây dựng”

 Trung quốc: Nhiều tiêu chuẩn thiết kế tiết kiệm năng lượng trong xây dựng dân dụng đã được ban hành từ những năm 1980 Đến cuối năm 2006,

những hạng mục công trình tại các địa phương có tỷ lệ thiết kế theo Tiêu chuẩn thiết kế tiết kiệm năng lượng trong giai đoạn thiết kế đã đạt 95,7%, trong giai đoạn thi công là 53,8% Luận án đã phân tích các giải pháp thiết

kế thụ động, các công nghệ mới đã được áp dụng cho hai khu ở HQNL điển hình ở Trung Quốc là khu ở Dục Phong – Anh Luân, Nam Ninh, Quảng Tây

và làng Olympic, Bắc Kinh

1.2.3 Tình hình phát triển công trình HQNL ở Việt Nam

 Các cuộc thi công trình HQNL: Năm 2012 Bộ Xây dựng đã tổ chức

cuộc thi “Công trình kiến trúc tiết kiệm năng lượng” đối với các công trình

có diện tích sàn từ 2.500 m2 trở lên Bộ Công thương đã chỉ đạo Trung tâm Tiết kiệm năng lượng TP Hồ Chí Minh tổ chức cuộc thi “Tòa nhà HQNL”

từ năm 2006 đến nay, tuy nhiên không có công trình chung cư nào đạt giải

 Phát triển công trình HQNL dưới sự hỗ trợ của các dự án hợp tác

quốc tế: Dự án IFC (2013-2017) của ngân hàng thế giới (WB) đã trao chứng

chỉ EDGE (Hệ thống đánh giá công trình sử dụng tài nguyên hiệu quả) đầu tiên tại Việt Nam cho dự án khu chung cư EHome 5 The Bridgeview của 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 được quy chuẩn, sự tuân thủ quy chuẩn đối với lớp vỏ bao che là khoảng 25,4%, chiếu sáng 21%, thông gió và ĐHKK 11%, sử dụng điện năng 9,9%, thang máy 8,5% và hệ thống đun nước nóng 4,2%

1.3 Thực trạng xây dựng CCCT theo hướng HQNL ở Hà Nội

Theo số liệu của Sở Kiến trúc và Quy hoạch Hà Nội và Cổng thông tin

dự án, đến năm 2016, ở Hà Nội đã có khoảng trên 300 khu nhà ở mới đã và đang được xây dựng với hầu hết là các nhà CCCT có chiều cao từ 20 – 40 tầng Phần lớn các nhà CCCT được quy hoạch bám theo mặt đường, ít quan tâm đến hướng gió, hướng nắng cũng như hướng về các không gian sống Tổ chức mặt đứng và không gian của nhà CCCT được nghiên cứu theo dạng căn

hộ đóng, hình khối và mặt đứng kiến trúc có dạng phẳng, chắc Kiến trúc lớp

vỏ bao che của nhà CCCT ở Hà Nội đa số là các mẫu thiết kế ít chú ý đến giải pháp thụ động để tận dụng điều kiện khí hậu tự nhiên thuận lợi và giảm thiểu nhiệt lượng truyền từ ngoài vào trong nhà Hầu hết các cửa sổ kính không được thiết kế che nắng, các không gian “rỗng” để điều hòa nhiệt độ

và tạo bóng đổ giảm bớt ánh nắng chói vào nhà như ban công, lô gia, hiên… chỉ còn quá ít, thậm chí đã bị cắt bỏ trong nhiều công trình Đặc biệt là những năm gần đây, nhiều CCCT cao cấp được thiết kế theo kiểu thời thượng hào nhoáng, thể hiện sự thịnh vượng và đẳng cấp của công trình với việc sử dụng các vách kính phẳng có diện tích rất lớn trên các mặt đứng, không chú trọng đến các giải pháp che nắng cũng như hướng của mặt đứng Mặt khác công trình lại được trang bị các hệ thống thiết bị hiện đại như: ĐHKK, chiếu sáng nhân tạo, đun nước nóng, thang máy nên chúng tiêu thụ một lượng năng lượng rất lớn Các CCCT thân thiện môi trường và HQNL hầu như rất ít tại

Hà Nội, chỉ có thể kể đến hai dự án điển hình là CCCT Dolphin Plaza và Tổ hợp khu chung cư và thương mại dịch vụ hỗn hợp Mulberry lane

1.4 Nhận xét về giải pháp thiết kế của các công trình hiệu quả năng lượng tại Việt Nam

Từ các thông tin về các công trình HQNL đoạt giải hay đạt chứng chỉ tiết kiệm năng lượng cho thấy: HQNL đạt được đều do áp dụng các giải pháp kỹ thuật và trang thiết bị hiện đại, rất ít tòa nhà được giải sử dụng HQNL nhờ

có áp dụng các giải pháp kiến trúc thụ động

1.5 Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài:

Luận án đã liệt kê các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến đề tài, bao gồm các đề tài nghiên cứu khoa học và các luận án tiến

sĩ kiến trúc

1.6 Những vấn đề luận án cần nghiên cứu

Thiết kế kiến trúc thụ động đối với nhà chung cư HQNL trong điều kiện khí hậu nước ta cơ bản là dựa trên việc đáp ứng yêu cầu thông gió tự nhiên (khi điều kiện khí hậu ngoài nhà tiện nghi) và chiếu sáng tự nhiên, đồng thời, cách nhiệt và che nắng cho cấu trúc lớp vỏ bao che cũng cần phải được nghiên cứu kỹ lưỡng trong trường hợp công trình phải sử dụng hệ thống ĐHKK để đảm bảo yêu cầu tiện nghi vi khí hậu trong nhà Vì vậy luận án cần xác định rõ cơ sở khoa học của các giải pháp kiến trúc thụ động có liên quan đến HQNL của lớp vỏ bao che trong sự bảo đảm tiện nghi vi khí hậu trong nhà Trên cơ sở đó tập trung đề xuất các giải pháp kiến trúc thụ động liên quan trực tiếp đến HQNL của lớp vỏ bao che nhà CCCT ở 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 đây liệt kê các văn bản pháp luật có liên quan đến thiết kế và quy hoạch nhà chung cư cao tầng hiệu quả năng lượng đã được ban hành:

Luật Quy hoạch đô thị số 30/2009/QH12, công bố ngày 17/6/2009, có

hiệu lực từ ngày 01/01/2010; Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, công bố ngày 17/6/2010, có hiệu lực từ ngày 01/01/2011; Luật Xây dựng, công 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, công bố ngày 25/11/2014, có hiệu lực từ ngày 01/7/2015; Nghị định

số 102/2003/NĐ-CP về “Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả”của Chính phủ ban hành ngày 3/9/2003; Nghị định số 21/2011/NĐ-CP về Quy định chi tiết và biện pháp thi hành Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả do Chính phủ ban hành ngày 29/03/2011; Chiến lược phát triển nhà ở quốc gia đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 do Thủ tướng chính phủ ban hành ngày 30/11/2011; Chiến lược Quốc gia về “Tăng trưởng xanh” do

Thủ tướng Chính phủ đã ban hành ngày 25/9/2012, theo Quyết định số

1393/QĐ-TTg; Nghị định về quản lý đầu tư phát triển đô thị do Chính phủ

ban hành ngày 14/01/2013; Quyết định số 79/2006/QĐ-TTg, ngày 14/4/2006, của Thủ Tướng Chính Phủ Phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc

gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; QCVN 01:2008/BXD Quy

chuẩn kỹ thuật Quốc gia về Quy hoạch Xây dựng do Bộ Xây dựng ban hành ngày 3/4/2008; QCVN 04:2015/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nhà ở

và công trình công cộng - Phần 1: Nhà ở, do Bộ Xây dựng ban hành ngày 25/04/2015; Tháng 9/2013, Bộ Xây dựng ban hành QCVN 09:2013/BXD về Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả thay thế QCXDVN

09:2005/BXD Đây là văn bản pháp quy quy định những yêu cầu kỹ thuật bắt buộc phải tuân thủ khi thiết kế, xây dựng mới hoặc cải tạo các công trình dân dụng có tổng diện tích sàn từ 2500 m2 trở lên và có sử dụng ĐHKK Hiện nay, việc lựa chọn các giải pháp thiết kế để cửa kính đảm bảo chỉ số SHGC theo quy chuẩn này chỉ có thể áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ

và thiết kế kỹ thuật

2.2 Cơ sở khí hậu của Hà Nội

Hà Nội thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm có chế độ gió mùa biến tính Từ tháng 5 đến tháng 9 là mùa nóng, mưa nhiều, gió Đông Nam là chủ đạo; từ tháng 11 đến tháng 3 nǎm sau là mùa đông lạnh, nắng ít, mưa phùn nhiều, gió Đông Bắc là chủ đạo Giữa hai mùa nóng/lạnh có hai thời kỳ khí hậu chuyển tiếp là tháng 4 và tháng 10 Kết quả gia công phân tích số liệu quan trắc BXMT của Hà Nội liên tục từng giờ một trong 10 năm (1996 – 2005) cho thấy: (i) Tán xạ bầu trời chiếm tỷ lệ rất lớn: (ii) Trực xạ của mặt trời thực tế chiếu trên các mặt đứng hướng T, TB, TN lớn hơn từ 1,46 đến 2,87 lần so với trực xạ trên các 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 tấm (barre),

CCCT dạng chùm hoặc giật cấp kiểu có sân trời

 Các không gian chức năng trong nhà chung cư: không gian ở, không

gian công cộng, không gian kỹ thuật và các không gian khác

 Giải pháp tổ hợp không gian ở (căn hộ): hình 1

Hình 1: Sơ đồ quan hệ chức năng cơ bản trong căn hộ

Từ hình 1 cho thấy, đặc trưng kiến trúc mặt đứng của nhà CCCT thường bao gồm các chi tiết: các ban công/lô gia nghỉ ngơi của phòng khách/ phòng ngủ, lô gia phục vụ của phòng bếp, cửa sổ phòng ngủ, cửa sổ phòng vệ sinh Những yếu tố này sẽ ảnh hưởng đến các giải pháp tổ chức kiến trúc mặt đứng

và tạo nên đặc trưng thẩm mỹ riêng của công trình

2.3.2 Cơ sở tiện nghi môi trường kiến trúc trong nhà ở

 Cơ sở tiện nghi nhiệt: Dựa trên các nghiên cứu về cảm giác nhiệt của

người Việt Nam của Phạm Ngọc Đăng và các nghiên cứu phân tích thời gian đạt tiện nghi của khí hậu ngoài nhà của Hà Nội do Trần Ngọc Chấn, Nguyễn

Văn Muôn, Nguyễn Anh Tuấn tiến hành, có thể kết luận rằng: Thời gian cần phải sử dụng hệ thống chủ động để làm mát khoảng 20% - 25% thời gian trong năm, chủ yếu vào ban ngày và chiều tối của các tháng mùa nóng

 Cơ sở tiện nghi chiếu sáng tự nhiên: Theo tiêu chuẩn TCVN XD

29:1991, đối với nhà ở thì khi thiết kế chiếu sáng tự nhiên chỉ cần xác định

tỷ lệ diện tích cửa lấy ánh sáng bằng 1/6 - 1/8 diện tích sàn Theo tính toán của Phạm Đức Nguyên: nếu lấy trị số độ rọi ngoài nhà là 5.000 lux tại thời điểm 7h sáng và 17h chiều thì số giờ sử dụng ánh sáng tự nhiên của Hà Nội

là 83,6% tổng số giờ ban ngày/năm

2.3.3 Các nguyên lý thiết kế kiến trúc thụ động phù hợp với khí hậu HN

 Lựa chọn hướng và hình dáng của công trình: nhà chung cư ở Hà Nội

cần được chọn hướng tốt nằm trong phạm vi từ Nam đến ĐN và có thể mở rộng tối đa từ Nam TN (lệch Nam 30o) đến hướng Đông Xét theo chỉ số năng lượng truyền qua kết cấu bao che xung quanh, các kiểu hình khối nhà cao tầng có tính ưu việt thứ tự từ cao đến thấp là: hình tròn, hình bát giác, hình vuông, hình chữ nhật, hình chữ U và hình tam giác

 Giải pháp tổ hợp mặt bằng: Ưu tiên số 1 - không gian động; Ưu tiên

số 2 - không gian tĩnh; Ưu tiên số 3 - không gian phụ trợ

 Tổ chức thông gió tự nhiên trong công trình: triệt để lợi dụng gió trực

tiếp thổi qua phòng (thông 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 bằng giảm hấp thụ bức xạ, tăng

phản xạ: hệ số hấp thụ nhiệt bức xạ của các bề mặt ngoài nhà càng thấp, khả năng tiết kiệm năng lượng càng có thể đạt cao hơn Cách nhiệt bằng nhiệt trở: kết cấu bao che có hàm nhiệt thấp nên dùng cho không gian có thông

gió tự nhiên tốt; tại các không gian phải dùng ĐHKK, kết cấu bao che nên

được cấu tạo bằng vật liệu có nhiệt trở cao Cách nhiệt bằng nhiệt dung hay nhiệt hàm: lựa chọn chủng loại vật liệu với các thuộc tính dao động và xắp

xếp các lớp vật liệu hợp lý Nguyên lý cách nhiệt cho cửa kính: Ở vùng khí

hậu nhiệt đới, kính mảng lớn không bao giờ có thể tự che nắng tốt hơn tường đặc cho nên không nên quá lạm dụng kính cho các tường ngoài

 Thiết kế che nắng cho cửa kính: Giải pháp hữu hiệu nhất để giảm nhiệt

BXMT chiếu vào nhà chính là sử dụng KCCN ngoài, sau đó mới đến lựa chọn các loại kính có tính năng nhiệt và quang học phù hợp

 Thiết kế chiếu sáng tự nhiên: Chiếu sáng cửa bên liên quan đến tỷ lệ

kích thước của phòng, tỷ lệ giữa chiều cao trần và độ cao của cửa kính trên

độ sâu của phòng tính từ cửa kính Nguyên tắc thâm nhập ánh sáng tự nhiên với độ sâu và chiều cao trần điển hình sẽ là 1,5 lần chiều cao từ đỉnh cửa đến

sàn cho cửa tiêu chuẩn

 Sử dụng cây xanh, mặt nước: có thể giảm chi phí năng lượng thông qua cả hai quá trình trực tiếp và gián tiếp

2.3.4 Các phương pháp tính tổng lượng nhiệt BXMT chiếu qua cửa kính

có KCCN vào nhà

 Phương pháp tính của Phạm Ngọc Đăng: Lượng nhiệt BXMT

truyền qua cửa kính có KCCN được xác định như sau:

𝑄𝑐𝑠𝑏𝑥 = F cs .C.𝜏𝑘.(K cn S đ + K bt D đ ), W; (2.1) Trong đó: F cs : diện tích cửa kính (m 2 ); C – hệ số che lấp của khung và đố cửa kính;

τ k – hệ số xuyên BXMT của kính cửa kính; S đ : cường độ trực xạ mặt trời chiếu tới mặt cửa kính (W/m 2 ); D đ : cường độ tán xạ bầu trời chiếu tới mặt cửa kính (W/m 2 ); K cn , K bt -

hệ số chiếu nắng và hệ số chiếu tán xạ bầu trời của cửa kính có KCCN

Hệ số chiếu nắng của KCCN “Kcn” bằng tỷ số giữa phần diện tích bề mặt cửa kính bị chiếu nắng (Fcn) chia cho diện tích toàn bộ bề mặt cửa kính (Fcs)

Hệ số chiếu tán xạ của bầu trời (Kbt) là tỷ lệ giữa bức xạ tán xạ của phần

bầu trời không bị KCCN che khuất chiếu xuống mặt cửa kính và tán xạ của toàn bộ bầu trời chiếu xuống mặt cửa kính không có KCCN

Hệ số K cn đối với KCCN là tấm ngang

dài liên tục

Hệ số K cn đối với KCCN là tấm đứng dài liên tục:

;cos

.1

L

K

z z ng z

L

z đ

; 2

4 1

1

2 2

a H L

K

ng ng

41

1

2 2

b B L

K

đ đ

Trong đó:γ z - góc hợp bởi giữa hướng nhà (góc hướng nhà α) và hình chiếu của tia mặt trời trên mặt phẳng nằm ngang (góc phương vị mặt trời A z ) h z , A z - góc cao của mặt trời và góc phương vị của mặt trời tại thời điểm z; H, B – chiều cao và chiều rộng của cửa kính;L ng – chiều rộng đua ra của tấm che nắng nằm ngang; L đ – chiều rộng đua ra của tấm che nắng thẳng đứng; a - khoảng cách từ mép trên cửa kính đến tấm che nằm ngang; b - khoảng cách từ mép cạnh bên của cửa kính đến tấm che thẳng đứng; z - là chỉ thời điểm tính toán;

 Phương pháp tính ở Liên Bang Nga: Theo tài liệu, tính nhiệt BXMT

chiếu qua cửa kính có KCCN vào nhà là :

Q oc(q p.K1q r.K2).K3.K4.A oc; (2.8)

Trong đó: q p , q r - cường độ trực xạ mặt trời và tán xạ bầu trời chiếu tới mặt cửa kính (W/m 2 ); K 1 = K 1.ng K 1.đ - hệ số kể đến tác dụng tạo bóng râm trên mặt cửa kính của KCCN nằm ngang (K 1.ng ) và thẳng đứng (K 1.đ ); K 2 = K 2.ng K 2.đ - hệ số chiếu tán xạ bầu trời qua cửa kính vào nhà kể đến tác dụng che tán xạ của KCCN nằm ngang (K 2.ng ) và thẳng đứng (K 2.đ ); K 3 - hệ số nhiệt bức xạ xuyên qua rèm, chớp hay màn che cửa kính; K 4 - hệ số hấp thụ BXMT của kính cửa; A oc - diện tích cửa kính

Định nghĩa và dạng công thức tính hệ số K1 và K2 hoàn toàn giống định nghĩa và dạng công thức tính hệ số Kcn và hệ số Kbt của Phạm Ngọc Đăng Tuy vậy, khi tính K2 đã quy tác dụng của KCCN chưa xét đến ảnh hưởng khoảng cách “a” từ mặt dưới tấm che ngang đến bậu trên của cửa kính đối với góc che β, và khoảng cách “b” từ bề mặt của tấm che đứng đến cạnh bên cửa kính đối với góc γ của KCCN

 Phương pháp tính của Trần Ngọc Chấn: Khi biên soạn Quy chuẩn

QCVN 09:2013/BXD, tác giả đã dùng hệ số “β” để đánh giá hiệu quả giảm nhiệt BXMT chiếu qua cửa kính vào nhà của KCCN Tác giả đã xây dựng chương trình phần mềm để vẽ bóng đổ của 4 loại KCCN (nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục, hình hộp và KCCN ngang hữu hạn) trên bề mặt cửa kính-tường, từ đó tính được hệ số (β) Tuy vậy, vẫn còn hạn chế là: (i) Chưa xét đến tác dụng che tán xạ bầu trời của KCCN, (ii) Chưa nêu ra công thức hiển thị nào để tính các hệ số (β) đối với KCCN ngang hữu hạn

 Phương pháp tính của ISO: Hệ số giảm BXMT chiếu tới cửa kính

do KCCN là tấm ngang hay tấm đứng gây ra (Fov) được xác định là:

F ov = F ov.dir R dir + F ov.dif R dif ; (2.9a)

ov

h tag

tag F

90

.5,01

;0

xạ (F ov.dir ) và tán xạ (F ov.dif ); β – góc che của KCCN nằm ngang hay thẳng đứng tính với điểm tâm cửa kính; h s - góc cao của mặt trời tại giờ tính toán

Hệ số Fov.dir chỉ phụ thuộc góc che β của KCCN và phụ thuộc vào góc cao mặt trời (hs), nhưng không biến đổi theo góc chiếu thực tế của tia mặt trời

nên kết quả tính toán thiếu chính xác

 Công trình nghiên cứu của R.F Yandat và R.E Jones, Colorado, USA:

đây là những người đầu tiên (1983) nghiên cứu về tính toán nhiệt BXMT chiếu vào nhà qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn Tuy vậy, công thức của họ nghiên cứu cho trường hợp tính tổng lượng nhiệt trung bình tháng dùng để đánh giá HQNL mặt trời đối với sưởi ấm trong năm nên không thể

áp dụng cho nghiên cứu tiêu thụ năng lượng của nhà có ĐHKK làm mát

 Công trình nghiên cứu của S.Raeissi và M.Taheri, Iran: Phương pháp

tính toán nhiệt BXMT chiếu qua cửa kính vào nhà gồm 2 phần: (i) Trực xạ: tác giả đã vẽ bóng đổ của KCCN ngang hữu hạn cụ thể từng giờ một trong ngày hạ chí và đông chí để tìm ra diện tích phần cửa bị chiếu nắng Ae, vì vậy các công thức tính Ae không phải là công thức chung; (ii) Tán xạ của bầu trời chiếu qua cửa kính bị giảm đi một phần do KCCN ngang hữu hạn che khuất một mảng trời không thể chiếu tán xạ tới mặt cửa kính

 Nhận xét: Công thức tính nhiệt BXMT (trực xạ và tán xạ) chiếu vào

nhà qua cửa kính với KCCN nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục và hình hộp của Phạm Ngọc Đăng đề xuất so với các phương pháp khác có tính hoàn hảo hơn vì đã thành lập công thức tính hệ số che khuất bầu trời “Kbt” của KCCN từ lời giải của phương trình vi phân về góc khối trao đổi nhiệt bức xạ giữa bề mặt các KCCN và điểm trung tâm của cửa kính Hiện nay vẫn chưa

có nghiên cứu nào đề xuất các công thức hiển thị, dễ áp dụng để tính cả nhiệt trực xạ và tán xạ chiếu vào nhà qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn

2.4.2 Kinh nghiệm kiến trúc phù hợp với khí hậu tại Việt Nam:

(1) Chọn hướng nhà phù hợp với hướng gió và BXMT; (2) Tổ chức không gian kiến trúc mở thoáng; (3) Tổ chức thông gió tự nhiên tối ưu; (4) Kết cấu mái có tầng không khí lưu thông; (5) Mái đua che trực xạ, và phên, liếp,…