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 (Luận án tiến sĩ)

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 (Luận án tiến sĩ)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 (Luận án tiến sĩ)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 (Luận án tiến sĩ)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 (Luận án tiến sĩ)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 (Luận án tiến sĩ)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 (Luận án tiến sĩ)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 (Luận án tiến sĩ)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 (Luận án tiến sĩ)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 (Luận án tiến sĩ)

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 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Nguyễn Quốc Thơng GS.TS Phạm Đình Việt LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI - NĂM 2018 i LỜI CẢM ƠN Luận án thực hoàn thành Trường Đại học Xây dựng Trong trình thực luận án, nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện Ban Giám hiệu, Khoa Đào tạo Sau đại học, Khoa Kiến trúc Quy hoạch, Bộ môn Kiến trúc môi trường Bộ môn Kiến trúc dân dụng, Trường Đại học Xây dựng Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành giúp đỡ Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Quốc Thơng GS.TS Phạm Đình Việt, người Thầy định hướng khoa học tận tình hướng dẫn tơi suốt thời gian học tập thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn chuyên gia tin học - ThS Vũ Tiến Sinh, Viện Công nghệ Thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam nghiên cứu lập trình chương trình phần mềm tính tốn Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đồng nghiệp động viên, khích lệ giúp đỡ tơi suốt q trình thực hoàn thành luận án Tác giả luận án NCS: Phạm Thị Hải Hà ii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO vii DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH VẼ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN x xv PHẦN MỞ ĐẦU Sự cần thiết đề tài luận án Mục đích nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Phạm vi đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Phương pháp tiếp cận Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Đóng góp luận án 10 Cấu trúc luận án PHẦN NỘI DUNG Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CHUNG CƯ CAO TẦNG HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG 1.1 Ý nghĩa tầm quan trọng thiết kế - xây dựng cơng trình hiệu lượng 1.1.1 Thiết kế xây dựng cơng trình hiệu lượng 1.1.2 Chỉ số đánh giá hiệu sử dụng lượng cơng trình 11 1.1.3 Chỉ số đánh giá hiệu lượng lớp vỏ cơng trình – trị số 12 OTTV 1.2 Tình hình xây dựng cơng trình hiệu lượng giới 13 iii Việt Nam 1.2.1 Tình hình phát triển cơng trình hiệu lượng giới 13 1.2.2 Tình hình phát triển cơng trình hiệu lượng số nước 15 khu vực 1.2.3 Tình hình phát triển cơng trình hiệu lượng Việt Nam 22 1.3 Thực trạng xây dựng chung cư cao tầng theo hướng hiệu 24 lượng Hà Nội Nhận xét giải pháp thiết kế công trình hiệu lượng 1.4 31 Việt Nam 1.5 Các cơng trình nghiên cứu có liên quan 32 1.5.1 Các đề tài nghiên cứu khoa học 32 1.5.2 Các luận án tiến sỹ kiến trúc 34 1.6 Những vấn đề luận án cần nghiên cứu 37 Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP TÍNH HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG KIẾN TRÚC LỚP VỎ BAO CHE NHÀ CHUNG CƯ CAO TẦNG TẠI HÀ NỘI 2.1 Cơ sở pháp lý 39 2.2 Cơ sở khí hậu Hà Nội 41 2.3 Cơ sở lý thuyết 46 2.3.1 Lý thuyết thiết kế kiến trúc chung cư cao tầng 46 2.3.2 Cơ sở tiện nghi môi trường kiến trúc nhà 49 2.3.3 Các nguyên lý thiết kế kiến trúc thụ động phù hợp với khí hậu Hà 57 Nội 2.3.4 Các phương pháp tính tổng lượng nhiệt BXMT chiếu qua cửa kính 71 có KCCN vào nhà 2.4 Cơ sở thực tiễn 2.4.1 Kinh nghiệm thiết kế tích hợp kiến trúc lớp vỏ bao che 80 80 lượng mặt trời giới 2.4.2 Kinh nghiệm kiến trúc phù hợp với khí hậu Việt Nam 2.5 Một số yếu tố tác động đến thẩm mỹ kiến trúc lớp vỏ bao che nhà chung cư cao tầng 81 85 iv 2.5.1 Đặc điểm hình thức thẩm mỹ nhà chung cư cao tầng 85 2.5.2 Các nguyên tắc tổ hợp kiến trúc mặt đứng chung cư cao tầng 86 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 hồn thiện phương pháp thiết kế kiến trúc cơng trình hiệu 89 lượng 3.2 Đề xuất khái niệm nghiên cứu phương pháp tính tốn hệ số hiệu 91 lượng lớp vỏ bao che 3.2.1 Đề xuất khái niệm hệ số hiệu lượng lớp vỏ bao che 91 3.2.2 Nghiên cứu phương pháp tính hệ số hiệu lượng lớp vỏ bao 93 che (Khqnl) nhà chung cư cao tầng Hà Nội 3.3 Các giải pháp kiến trúc thụ động sở kết tính tốn hệ số hiệu 119 lượng lớp vỏ bao che 3.3.1 Lựa chọn hướng hình dạng nhà bảo đảm chế độ thơng gió tự 121 nhiên đạt hiệu cao 3.3.2 Tổ chức kiến trúc mặt đứng hiệu lượng 124 3.3.3 Cách nhiệt tốt cho lớp vỏ bao che, đặc biệt mái tường hướng Tây, 133 Tây Bắc, Tây Nam 3.3.4 Tích hợp kiến trúc lớp vỏ bao che hệ thống khai thác lượng 136 BXMT 3.4 Bàn luận kết nghiên cứu 3.4.1 Thiết kế kiến trúc thụ động kết hợp khoa học vật lý kiến 138 138 trúc thiết kế sáng tác kiến trúc 3.4.2 Sự khác biệt phương pháp thiết kế KCCN luận án 139 phương pháp thiết kế KCCN theo vùng hiệu che nắng 3.4.3 Hạn chế kết nghiên cứu 141 3.4.4 Khả áp dụng kết nghiên cứu luận án 141 vùng khí hậu khác KẾT LUẬN 143 v NHỮNG CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 147 LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO 149 PHỤ LỤC Phụ lục 2.1 Cường độ tán xạ, tổng xạ mặt ngang trực xạ PHỤ LỤC - mặt đứng trung bình biến thiên ngày đặc trưng tháng mùa nóng Hà Nội (số liệu quan trắc thực tế từ 1996 - 2005) Phụ lục 2.2 Phương pháp tính hệ số Kcn Kbt KCCN PHỤ LỤC - nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục hình hộp Phạm Ngọc Đăng Phụ lục 3.1 Chi tiết tính tốn thử nghiệm chung cư 17T10 PHỤ LỤC - 16 Phụ lục 3.2 Nghiên cứu đề xuất cơng thức tính hệ số chiếu nắng PHỤ LỤC - 23 (Kcn.ov) hệ số chiếu tán xạ bầu trời (Kbt.ov) cửa kính có KCCN ngang hữu hạn Phụ lục 3.3 Hệ số chiếu nắng (Kcn.ov) cửa kính với loại KCCN PHỤ LỤC - 40 nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục, hình hộp ngang hữu hạn có kích thước Lng/H, Lđ/B, Lov/H = từ 0.1 đến 1.0, quay hướng, biến thiên theo ngày đặc trưng tháng Hà Nội Phụ lục 3.4 Sơ đồ khối chương trình tính tốn PHỤ LỤC - 50 Phụ lục 3.5 Các hệ số hiệu lượng kiến trúc Khqnl trung bình PHỤ LỤC - 51 tháng mùa nóng, tháng nóng (6,7,8), mùa nóng (5, 6, 7, 8, 9) loại KCCN nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục, hình hộp ngang hữu hạn với 10 loại kích thước khác nhau, hướng Hà Nội Phụ lục 3.6 Hướng dẫn sử dụng Mã nguồn chương trình tính tốn PHỤ LỤC - 58 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ASHRAE Hiệp hội kỹ sư điều hòa khơng khí, làm lạnh, sưởi ấm Hoa Kỳ ASEAN Hiệp hội nước Đông Nam châu Á BXMT Bức xạ mặt trời B Bắc CET Nhiệt độ hiệu hiệu chỉnh ĐHKK Điều hòa khơng khí Đ Đông ĐN Đông Nam ĐB Đông Bắc HVAC Hệ thống điều hòa khơng khí, thơng gió, cấp nhiệt HQNL Hiệu lượng IFC-WB Tổ chức tài quốc tế Ngân hàng Thế giới ISO Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế KCCN Kết cấu che nắng N Nam NCS Nghiên cứu sinh OTTV Chỉ số tổng truyền nhiệt qua kết cấu bao che PMV Chỉ số biểu dự báo trung bình TP Thành phố T Tây TN Tây Nam TB Tây Bắc VKH Vi khí hậu UNDP Chương trình phát triển Liên Hiệp Quốc USAID Cơ quan phát triển quốc tế Hoa Kỳ WB Ngân hàng Thế giới vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO SC Hệ số che nắng SHGC Hệ số hấp thụ nhiệt kính WWR Tỷ lệ diện tích cửa sổ/diện tích mặt tường bao che VLT Hệ số xuyên sáng kính Ro Tổng nhiệt trở kết cấu bao che – m2K/W Uo Hệ số tổng truyền nhiệt – W/m2.K t Nhiệt độ khơng khí - oC φ Độ ẩm tương đối - % v Tốc độ gió - m/s Io Cường độ xạ tổng cộng mặt trời – W/m2 Sđ Cường độ trực xạ mặt trời chiếu mặt đứng – W/m2 Sng Cường độ trực xạ mặt trời chiếu mặt ngang – W/m2 Dđ Cường độ tán xạ bầu trời chiếu mặt đứng – W/m2 Dng Cường độ tán xạ bầu trời chiếu mặt ngang – W/m2 α Hệ số hấp thụ xạ λ Hệ số dẫn nhiệt vật liệu – W/m.K μ Hệ số tắt dần ht; hn Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu mặt trong, mặt - W/m2.K Kcn Hệ số chiếu nắng cửa kính có kết cấu che nắng Kbt Hệ số chiếu tán xạ bầu trời cửa kính có kết cấu che nắng Fcs Diện tích cửa kính - m2 Ft,m Diện tích tường, mái - m2 Qt,m Lượng nhiệt trung bình ngày truyền qua tường hay mái - W Qcs Lượng nhiệt truyền qua cửa kính - W viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Sử dụng điện cơng trình xây dựng 10 Bảng 1.2 Phân tích số mẫu hộ 2, phòng ngủ chung cư 29 cao tầng số khu đô thị Hà Nội Bảng 2.1 Dữ liệu khí hậu Hà Nội theo Quy chuẩn 02: 2009/BXD 41 Bảng 2.2 Kết gia công trị số BXMT từ số liệu quan trắc thực tế Hà 44 Nội Bảng 2.3 Tỷ lệ trực xạ mặt trời chiếu mặt đứng hướng T, TB, 44 TN so với trực xạ chiếu mặt đứng hướng Đ, ĐB, ĐN Bảng 2.4 Tỷ lệ tán xạ/tổng xạ (Dng/Ing) mặt nằm ngang (%) biến thiên 45 theo tháng Bảng 2.5 Tỷ lệ tán xạ/tổng xạ (Dđ/Iđ) mặt thẳng đứng (%) biến thiên 45 theo hướng nhà tháng mùa nóng (5,6,7,8,9) Bảng 2.6 Cảm giác nhiệt người Việt Nam 51 Bảng 2.7 Hệ số độ rọi ánh sáng tự nhiên phòng nhà 56 Bảng 2.8 Kích thước tối ưu BXMT nhà hình chữ nhật tích khác 58 quay hướng Bắc – Nam cho Hà Nội Bảng 2.9 Hiệu KCCN làm giảm % tổng lượng tiêu thụ 69 cơng trình giảm thiểu % lượng tiêu thụ làm lạnh hệ thống ĐHKK Bảng 3.1 Tổng BXMT (Io, W/m2) chiếu tới mặt nhà, trung bình từ 6h đến 95 18h tháng mùa nóng Hà Nội Bảng 3.2 Các đường phân giới phân chia bề mặt cửa kính thành phạm vi khác Bảng 3.3 Hình thù diện tích phần kính cửa sổ bị chiếu nắng hay che 100 râm KCCN ngang hữu hạn xảy trường hợp khác 102 103 101 Bảng 3.4 Kcn tháng Hà Nội cửa kính có KCCN khác 107 Bảng 3.5 Kết tính tốn hệ số chiếu tán xạ bầu trời (Kbt) cửa 108 kính có kiểu kích thước đua KCCN khác Bảng 3.6 Biến thiên hệ số Khqnl trung bình mùa nóng phụ thuộc vào hình thức, kích thước KCCN hướng nhà 118 ix Bảng 3.7 Đề xuất hướng nhà tốt cho nhà chung cư cao tầng Hà Nội 122 Bảng 3.8 Đề xuất chiều rộng B tối đa nhà chung cư cao tầng 124 Bảng 3.9 Tìm nhiệt trở yêu cầu tường hướng Tây 134 Bảng 3.10 Tìm nhiệt trở yêu cầu tường hướng Tây Bắc 134 Bảng 3.11 Tìm nhiệt trở yêu cầu tường hướng Tây Nam 135 Bảng 3.12 Biến thiên nhiệt trở nhiệt trở yêu cầu theo chiều dày kết cấu 135 Bảng 3.13 Các ví dụ cấu tạo tường mái cách nhiệt tốt 136 ... nhà chung cư cao tầng 85 2.5.2 Các nguyên tắc tổ hợp kiến trúc mặt đứng chung cư cao tầng 86 Chương 3: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP TÍNH HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LỚP VỎ... lượng lớp vỏ bao che 3.2.1 Đề xuất khái niệm hệ số hiệu lượng lớp vỏ bao che 91 3.2.2 Nghiên cứu phương pháp tính hệ số hiệu lượng lớp vỏ bao 93 che (Khqnl) nhà chung cư cao tầng Hà Nội 3.3 Các giải. .. luận án tiến sỹ kiến trúc 34 1.6 Những vấn đề luận án cần nghiên cứu 37 Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP TÍNH HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG KIẾN TRÚC LỚP VỎ BAO CHE NHÀ CHUNG CƯ