Trong bài viết này, nhóm tác giả sử dụng phương pháp kiểm nghiệm kết quả tính toán lý thuyết về khả năng cách nhiệt với các thiết bị ghi lại nhiệt độ thực tế nhằm đánh giá chính xác hơn về hiệu quả cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của giải pháp cách nhiệt phần mái công trình nhà ở vùng ĐBSCL.
PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Đánh giá hiệu giải pháp cách nhiệt phần mái cơng trình nhà vùng Đồng sơng Cửu Long Evaluation of construction roof thermal insulation solutions in Mekong Delta > LÊ HỒ TUYẾT NGÂN1; HUỲNH TRỌNG NHÂN2 Khoa Kiến trúc, Trường Đại học Xây dựng Miền Tây Email: lehotuyetngan@mtu.edu.vn Khoa Quản lý Đô thị, Trường Đại học Xây dựng Miền Tây Email: huynhnhancien@mtu.edu.vn TÓM TẮT: Với đặc điểm khí hậu nhiệt đới tác động biến đổi khí hậu, nhiều cơng trình nhà vùng Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) không đảm bảo điều kiện tiện nghi nhiệt độ, đặc biệt khơng gian bên mái cơng trình mà khơng sử dụng điều hịa Cách nhiệt kết cấu mái cơng trình chiến lược áp dụng phù hợp bối cảnh này, nhiên kết tính tốn số truyền nhiệt OTTV chủ yếu dựa lý thuyết giả định Trong viết này, nhóm tác giả sử dụng phương pháp kiểm nghiệm kết tính tốn lý thuyết khả cách nhiệt với thiết bị ghi lại nhiệt độ thực tế nhằm đánh giá xác hiệu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu giải pháp cách nhiệt phần mái cơng trình nhà vùng ĐBSCL Từ khóa: cách nhiệt kết cấu mái, OTTV, IoT ABSTRACT: Due to the tropical climate and the impact of climate change, many housing projects in the Mekong Delta not guarantee comfortable temperature conditions, especially the space below the roof without using use air conditioner Roof insulation is a suitable application strategy in this context However, the calculation of overall thermal transfer value (OTTV) results are mainly based on hypothetical theory In this article, the authors use the method of testing the theoretical calculation results of thermal insulation with actual temperature logging devices in order to more accurately assess the efficiency as well as the influencing factors affect the effectiveness of the roof insulation solution in the Mekong Delta Keywords: roof insulation, OTTV, IoT 52 10.2021 ISSN 2734-9888 ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam quốc gia có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm gió mùa Theo phân vùng khí hậu Việt Nam, ĐBSCL thuộc vùng B6, khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình có nét tương đồng với khí hậu xích đạo với nhiệt trung bình cao, biên độ dao động nhiệt độ thấp Bên cạnh đó, theo Hướng dẫn áp dụng Quy chuẩn QCVN 09:2017/BXD( Bộ Xây dựng 2018), Việt Nam có lượng xạ nhiệt lớn từ mặt trời lên mái cơng trình Vì vậy, giải pháp cách nhiệt cho lớp vỏ công trình, đặc biệt phần mái đóng vai trị quan trọng để đảm bảo tiện nghi vi khí hậu sử dụng lượng hiệu Về lý thuyết, giá trị đặc trưng cho khả cách nhiệt tổng nhiệt trở (R0, đơn vị m2.K/W) số truyền nhiệt tổng (OTTV, đơn vị W/m2) Theo PGS.TS Phạm Đức Nguyên, việc xác định theo OTTV cách làm phổ biến kiểm tốn lượng cơng trình giới, so với cách quy định trị số trở nhiệt R kết cấu thường dùng trước đây, giá trị OTTV cho biết trực tiếp lượng nhiệt đơn vị qua kết cấu theo W/m2 (Phạm Đức Nguyên, Giang Ngọc Huấn, 2008) Nội dung pháp lý hóa thơng qua QCVN 09:2017/BXD với quy định ”Nếu không áp dụng quy định chi tiết R0 SHGC, cho phép xác định số truyền nhiệt tổng OTTV kết cấu vỏ bao che không xuyên sáng xuyên sáng" giá trị OTTVM mái không vượt 25 W/m2 (Bộ Xây dựng, 2017) Tuy nhiên, việc xác định OTTV theo công thức chưa QCVN 09:2017/BXD hướng dẫn triển khai cụ thể chưa có áp dụng cho cơng trình nhà riêng biệt với diện tích sàn nhỏ 2500m2 Trên giới, giải pháp đo đạc giá trị OTTV nhóm tác giả A.L.S Chan T.T Chow thực với phần mái cơng trình xanh thơng qua thiết bị đo đạc Heat Flux để kiểm nghiệm giá trị tính tốn OTTV (A.L.S.Chan, T.T.Chow, 2013) Phương pháp đòi hỏi thiết bị quan trắc phức tạp Vì vậy, nghiên cứu này, nhóm tác giả dựa lý thuyết tính tốn OTTV phát triển công cụ đo OTTV kết cấu đồng dựa công nghệ IoT nhằm đề xuất giải pháp kiểm nghiệm, đo OTTV kết cấu mái cơng trình nhằm đáp ứng u cầu quy chuẩn tương lai Do điều kiện hạn chế, phạm vi nghiên cứu tập trung loại hình nhà ĐBSCL kết cấu mái ngói với hệ trần bên cơng trình TP Vĩnh Long, thuộc ĐBSCL TDeqr (K) * ΔT (K) * OTTVM (W/m2) 31,39 2,67 80,66 * giá trị tham khảo TP HCM Hình Nhiệt độ trung bình tháng Vĩnh Long theo kết phân tích từ Climate Consultant Hệ kết cấu mái lắp đặt cảm biến nhiệt độ bao gồm: T1: cảm biến nhiệt độ khơng khí ngồi trời T2: cảm biến nhiệt độ bề mặt bên mái T3: cảm biến nhiệt độ bề mặt trần bên nhà T4: cảm biến nhiệt độ khơng khí nhà Các cảm biến gửi nhiệt độ quan trắc với tần suất phút mạch phát triển NodeMCU, sau gửi trung tâm liệu lưu trữ Hình Hình Mơ hình thử nghiệm đo đạc giá trị OTTV thực tế dựa thiết bị IoT 55.00 50.00 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 T 21:51 2:58 8:05 13:12 18:19 23:26 4:33 9:40 14:47 19:54 1:01 6:08 11:15 16:22 22:04 3:11 Hình Phương pháp đánh giá hiệu cách nhiệt kết cấu mái công trình nghiên cứu thực 2.1 Tham số kết cấu mái Hệ kết cấu mái nghiên cứu viết hệ mái ngói đất sét nung Hệ kết cấu bao gồm phần trần với xi măng sợi bên Theo mơ hình thực nghiệm, tham số kết cấu mái mô tả Bảng Bảng Các tham số kết cấu mái hai mơ hình thực nghiệm Tham số Kết cấu mái ngói Độ dốc 27º Bề mặt vật liệu Ngói màu đỏ (đất nung) Đất sét nung 2000kg/m3 dày 12.5mm Các lớp kết cấu từ Lớp không khí dày 300mm xuống Tấm xi măng sợi 3.5mm với hệ số dẫn nhiệt 0.166W/mK* * Theo công bố nhà sản xuất 2.2 Tính tốn OTTVM Theo Hướng dẫn kỹ thuật LOTUS Cơng trình Nhà (Hội đồng Cơng trình xanh Việt Nam, 2011), giá trị OTTV kết cấu mái đồng vật liệu rút gọn công thức (1): (1) 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂� � � � � � �𝑂𝑂���� � �𝑂𝑂� � � � �𝑂𝑂 Trong đó: U: Hệ số truyền nhiệt mái, W/m2.K, (U = 1/R0) α: Hệ số hấp thu xạ TDeqr: Chênh lệch nhiệt độ tương đương, có kể đến tác dụng cường độ xạ mặt trời chiếu lên mặt tường, K ΔT: chênh lệch nhiệt độ khơng khí ngồi nhà, K Căn theo QCVN 09:2017/BXD Hướng dẫn kỹ thuật LOTUS, giá trị tính tốn hệ kết cấu xác định Bảng Bảng Giá trị tính toán OTTV hai hệ kết cấu mái Giá trị Kết cấu mái ngói R0 (m2.K/W) 0,265 U (W/m2.K) 3,78 α 0,65 2.3 Quan trắc giá trị thực tế OTTVM Để kiểm tra giá trị OTTV thực tế, nghiên cứu đề xuất mơ hình thử nghiệm để quan trắc phù hợp với giới hạn phạm vi nghiên cứu Mơ hình có vị trí TP Vĩnh Long, dựa cơng trình nhà hữu sử dụng kết cấu mái ngói, có đóng trần sợi xi măng Dựa cảm biến nhiệt độ AM2301 mạch phát triển NodeMCU, nghiên cứu tiến hành ghi lại nhiệt độ không khí ngồi nhà Dữ liệu khí hậu TP Vĩnh Long trích xuất từ Climate Consultant cho thấy nhiệt độ trung bình tháng nóng năm tháng (Hình 2) Vì vậy, thời gian quan trắc xác định 30 ngày (01/4/2021-30/4/2021) Nhiệt độ ( °C) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Theo Hình 1, phương pháp nghiên cứu tập trung xác định giá trị OTTV kết cấu mái theo hai hướng : (1) tính tốn theo Hướng dẫn kỹ thuật LOTUS (Hội đồng Cơng trình xanh Việt Nam, 2011) (2) sử dụng thiết bị IoT quan trắc giá trị OTTV thực tế kết cấu mái ngói Bên cạnh đó, giá trị OTTV kiểm tra so với yêu cầu tổng nhiệt trở QCVN 09:2017/BXD để đánh giá mức độ yêu cầu cách nhiệt theo phương pháp tổng nhiệt trở OTTV Thời gian trong ngày Nhiệt độ bề mặt KC ngồi trời Nhiệt độ trong nhà Hình Một phần kết thu thập nhiệt độ khơng khí nhà ngồi trời mơ hình thực nghiệm ISSN 2734-9888 10.2021 53 PHÁT TRIỂN X ÂY DỰNG BỀN VỮNG TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG Nhiệt độ (°C) 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 T 21:51 2:58 8:05 13:12 18:19 23:26 4:33 9:40 14:47 19:54 1:01 6:08 11:15 16:22 22:04 3:11 0.00 Thời gian trong ngày OTTV Hình Giá trị OTTV kết cấu mái mơ hình thực nghiệm theo thời gian ngày Tần suất phân bố Thống kê phân bố tần suất liệu Hình cho thấy phần lớn thời gian ngày dịng nhiệt có xu hướng lên với giá trị OTTV 10 W/m2 Tuy nhiên, Hình cho thấy OTTV kết cấu mái trường hợp dịng nhiệt xuống có khoảng phân bố rộng giá trị trung vị 35,5 W/m2 Bên cạnh đó, giá trị bách phân vị 90% OTTV dòng nhiệt xuống 64,5 W/m2 Đây xem giá trị tham chiếu để kiểm tra so với yêu cầu QCVN 09:2017/BXD cách nhiệt cho kết cấu mái 2000 1500 1000 500 ‐15 ‐5 15 25 35 45 55 65 75 Giá trị OTTV Hình Thống kê phân bố tần suất liệu OTTV kết cấu mái mơ hình thực nghiệm 54 10.2021 ISSN 2734-9888 400 300 200 100 70‐75 60‐65 50‐55 40‐45 30‐35 20‐25 10‐15 0‐5 KẾT QUẢ VÀ THAM LUẬN Kết quan trắc giá trị OTTV hệ kết cấu mái với thiết bị IoT trình bày Hình Do chênh lệch nhiệt độ, giá trị OTTV thay đổi theo thời gian ngày Hình Trong đó, dịng nhiệt xuống (khi nhiệt độ trời cao nhiệt độ nhà) có giá trị OTTVmax 77,8 W/m2 khoảng thời gian từ 6h đến 17h Dòng nhiệt lên (khi nhiệt độ trời thấp nhiệt độ nhà) có giá trị OTTVmax 17,7 W/m2 khoảng thời gian từ 17h đến 6h ngày hôm sau Giá trị OTTVmax gần tương đương với giá trị OTTV tính tốn bên (80,66 W/m2) Kết tính tốn OTTVM (80,66 W/m2) xác định theo mơ hình kiểm nghiệm thực tế (64,5 W/m2) cho thấy mơ hình kết cấu mái ngói kết hợp hệ trần xi măng chưa đảm bảo yêu cầu cách nhiệt so với QCVN 09:2017/BXD (≤ 25 W/m2) So sánh cho thấy giá trị OTTV thực nghiệm thấp giá trị tính tốn giá trị DT đo thực tế thấp so với ΔT Hướng dẫn kỹ thuật LOTUS Cơng trình Nhà Nhưng giá trị OTTV thực tế vượt 2,58 lần so với yêu cầu QCVN 09:2017/BXD Tần suất phân bố Đối với mơ hình thực nghiệm, giá trị OTTV xác định theo công thức (2): 𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂𝑂� � � � �𝑂𝑂 (2) Trong đó: U: Hệ số truyền nhiệt mái, W/m2.K, (U = 1/R0) DT: chênh lệch nhiệt độ thực tế khơng khí ngồi nhà, K Dựa kết thu từ hệ thống quan trắc, nghiên cứu xác định giá trị OTTV hệ kết cấu phân tích thay đổi, khác truyền nhiệt hệ kết cấu khả đáp ứng thực tế theo QCVN 09:2017/BXD Giá trị OTTV Hình Thống kê phân bố tần suất liệu OTTV kết cấu mái mơ hình thực nghiệm với trường hợp dịng nhiệt xuống Dựa cơng thức (2), giá trị OTTV tỷ lệ thuận với hệ số truyền nhiệt U chênh lệch nhiệt độ thực tế Do điều kiện khí hậu Việt Nam nói chung ĐBSCL nói riêng, giá trị nhiệt độ chênh lệch khơng khí ngồi nhà cịn cao Vì vậy, việc giảm hệ số truyền nhiệt, hay tăng nhiệt trở cấu trúc mái cơng trình cần thiết Trong giải pháp cách nhiệt cần lưu ý giảm nhiệt độ bề mặt cấu trúc mái cách đảm bảo vật liệu cấu trúc mái có hệ số hấp thu xạ mặt trời thấp KẾT LUẬN Kết tính tốn khả cách nhiệt kết cấu mái quan trắc thực nghiệm nghiên cứu cho thấy giải pháp mái thông thường chưa đáp ứng so với quy chuẩn, chưa đảm bảo tiện nghi nhiệt cho không gian người sử dụng Vì vậy, việc nghiên cứu, quan trắc đánh giá hiệu cách nhiệt kết cấu mái quan trọng cơng trình vùng ĐBSCL nhằm đảm bảo tiện nghi nhiệt, sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Nghiên cứu cho thấy tiềm ứng dụng thiết bị IoT vật lý kiến trúc nhằm kiểm nghiệm, đánh giá khả cách nhiệt điều kiện tiện nghi không gian chức năng, đặc biệt giá trị nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng khơng khí Vì điều kiện hạn chế, nên nghiên cứu chưa đánh giá so sánh giá trị OTTV cơng trình tương tự Do đó, cần nghiên cứu với đa dạng hình thức kết cấu thời gian quan trắc dài để đánh giá toàn diện việc áp dụng số OTTV đảm bảo cách nhiệt, sử dụng lượng hiệu cơng trình TÀI LIỆU THAM KHẢO A.L.S.Chan, T.T.Chow, Evaluation of Overall Thermal Transfer Value (OTTV) for commercial buildings constructed with green roof, Applied Energy, 10-24, 2013 Hội đồng Cơng trình xanh Việt Nam - VGBC, Hướng dẫn kỹ thuật LOTUS Nhà ở, 2011 Hướng dẫn áp dụng Quy chuẩn QCVN 09:2017/BXD, Bộ Xây Dựng & IFC, 2018 Phạm Đức Nguyên, Giang Ngọc Huấn, Lớp vỏ cơng trình quy chuẩn xây dựng cơng trình có hiệu lượng – QCXDVN 09:2005, Tạp chí Người Xây dựng, 2008 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09:2017/BXD Các công trình xây dựng sử dụng lượng hiệu quả, 2017 ... giảm hệ số truyền nhiệt, hay tăng nhiệt trở cấu trúc mái cơng trình cần thiết Trong giải pháp cách nhiệt cần lưu ý giảm nhiệt độ bề mặt cấu trúc mái cách đảm bảo vật liệu cấu trúc mái có hệ số hấp... trắc giá trị OTTV thực tế kết cấu mái ngói Bên cạnh đó, giá trị OTTV kiểm tra so với yêu cầu tổng nhiệt trở QCVN 09:2017/BXD để đánh giá mức độ yêu cầu cách nhiệt theo phương pháp tổng nhiệt trở... Hình Phương pháp đánh giá hiệu cách nhiệt kết cấu mái cơng trình nghiên cứu thực 2.1 Tham số kết cấu mái Hệ kết cấu mái nghiên cứu viết hệ mái ngói đất sét nung Hệ kết cấu bao gồm phần trần với