Sơ lược về sự ra đời và phát triển của vật liệu kính

MỤC LỤC Sơ lược đời phát triển vật liệu kính .2 Các đặc tính kỹ thuật kính 2.1 Các đặc điểm chung kính xây dựng 2.2 Các đặc tính quang học, nhiệt quang nhiệt kỹ thuật 2.2.1 Quang phổ xạ mặt trời 2.2.2 Các đặc tính quang học 2.2.3 Đặc tính phản xạ truyền xạ nhiệt 2.2.4 Các đặc tính nhiệt kỹ thuật Các loại kính xây dựng phổ biến đặc điểm hoạt động (phân loại theo đặc điểm nhiệt quang) 11 3.1 Kính lớp (Monolithic) 11 3.1.1 Kính trắng lớp (kính suốt- Clear float glass) .11 3.1.2 Kính màu lớp (Tinted glass) .12 3.2 Kính phản xạ quang nhiệt (Solar reflective coated glass) .14 3.2.1 Kính phản xạ thường (Normal reflective) 14 3.2.2 Kính phản xạ mạnh (High reflective) .15 3.3 Kính phủ low-E (Low-E coated glass) 15 3.3.1 Kính low-E nhận nhiệt mặt trời (Solar heat gain low-E) 17 3.3.2 Kính low-E ngăn nhiệt mặt trời (Solar heat shading low-E) 18 3.4 Kính cách nhiệt (Insulation glass units, IGU) 18 3.4.1 Kính cách nhiệt lớp (Double IGU) 19 3.4.2 Kính cách nhiệt lớp (Triple IGU) 19 3.4.3 Kính cách nhiệt lớp có phủ low-E (Low-E IGU) 20 3.4.4 Kính cách nhiệt lớp có khí phủ low-E (Low-E IGU with Argon/ Kripton) 3.4.5 Kính cách nhiệt lớp có chân khơng phủ low-E (Vacuum glazing) 22 Những bất cập sử dụng kính làm vỏ bao che cho cơng trình Việt Nam 23 Kiến nghị giải pháp sử dụng kính hợp lý cơng trình 26 5.1 Sử dụng kính phải kèm với kết cấu che nắng hợp lý 27 5.2 Tránh lạm dụng kính low-E, kính cách nhiệt để giảm BXMT 30 5.3 Thận trọng sử dụng kính mảng lớn 32 5.4 Cần thiết kế hệ thống để tận dụng ASTN từ kính 34 5.5 Kết hợp lớp tường kính bên với lớp tường che nắng hợp kim dạng nan đục lỗ 37 5.6 Kết hợp lớp tường kính bên ngồi, lớp kính bên có khoảng khơng khí đối lưu 38 Kết luận 38 Trang Sơ lược đời phát triển vật liệu kính Bảng Các mốc lịch sử trình sản xuất thủy tinh kính Thời gian Sản phẩm cơng nghệ Nơi sản xuất sản xuất thủy tinh- kính Thủy tinh tự nhiên Người sản xuất người sử dụng Xung quanh Núi lửa vùng núi lửa hoạt động Đầu mũi tên, lưỡi dao Châu Phi, Hy Người dụng cụ khác ngun Lạp, Ơx-trây-li- thủy a, Mê-hi-cơ 4000 năm trước Thủy tinh nhân tạo đầu Trung Đông Trung Đơng CN tiên (chuỗi hạt, lọ bình …) Trong vịng 300 Thủy tinh màu Vùng Các thợ thủ công năm trước CN Alexandria dùng vào việc trang Alexandria Những trí năm Kỹ nghệ sản xuất thủy Rơ-ma Người La Mã độc đầu CN Khoảng tinh- kính trước Kỹ nghệ đúc kính màu Châu Âu quyền Người Lorraine năm 1200 chế tạo cửa sổ kính Thế kỷ 14 màu Kỹ nghệ làm gương Thế kỷ 16 Normandy Italia Người Vơ-ni-dơ Trung Âu độc quyền Bohemia, Pháp, Cuối thể kỷ 16, Phát triển công nghệ sản Anh Người Lorraine đầu kỷ 17 xuất Normandy Đầu kỷ 20 glass) Cơng nghệ sản xuất kính Cuối kính phẳng (flat kéo đừng (sheet glass) Cơng nghệ sản xuất kính năm 1950 1983 (float glass) Cơng nghệ sản xuất kính Pilkington Thụy Sĩ rỗng Hiện nay, cơng nghệ kính quy trình cơng nghệ sản xuất phổ biến Sản phẩm kính có độ suốt lớn, không cần mài giũa mài bóng mà bề mặt kính sáng kính thường, đồng thời tránh độ sai lệch mặt quang học Trang Ở Việt Nam, năm đầu kỷ 20, sở sản xuất thủy tinh người Hoa Người Việt mở xưởng sản xuất thủy tinh Hà Nội ơng Trịnh Đình Kính Sản phẩm thủy tinh Thanh Đức ông tiếng nước từ trước Cách mạng Tháng Tám Ơng Kính góp cơng đào tạo nhiều thợ giỏi sau trở thành lực lượng nòng cốt ngành thủy tinh Việt Nam Sản phẩm kính Việt Nam chế tạo nhà máy kính Đáp Cầu cuối năm 90 Hiện nay, có nhiều nhà máy sản xuất kính với dây chuyền đại cơng suất lớn xây dựng Việt Nam nhà máy sản xuất kính hãng Pilkington (Bắc Ninh), nhà máy sản xuất kính Bình Dương v.v Sự xuất nhà máy góp phần tạo nguồn cung dồi đưa vào thị trường kính Việt Nam loại kính có chất lượng cao, phục vụ cho nhu cầu chủ đầu tư kỹ sư, kiến trúc sư Các đặc tính kỹ thuật kính 2.1 Các đặc điểm chung kính xây dựng Tất loại kính thủy tinh sản xuất từ hỗn hợp nguyên liệu thô bao gồm: - Cát (silica) chiếm 72% trọng lượng nguyên liệu thô; - Sodium carbonate Na2CO3 chiếm 13%; - Đá vôi (CaCO3) chiếm 10%; - Đá dolomite (calcium magnesium carbonate CaMgCO 3) chiếm 4% Trong nhiều trường hợp người ta sử dụng mảnh thủy tinh vỡ phế phẩm kính trộn với ngun liệu thơ Khi ngun liệu thơ chiếm 80% trọng lượng 20% thủy tinh vỡ Có bốn cơng đoạn cơng nghệ chế tạo kính nấu chảy ( nhiệt độ khoảng 1500oC), định hình ( nhiệt độ khoảng 650-1050 oC), làm nguội hoàn thiện Ở nhiệt độ thấp 650 oC kính trở nên dẻo để uốn cong, để kéo dài, để tạo hình Hiện nay, nước tiên tiến có hai cơng nghệ thức sử dụng để định hình kính phẳng: cơng nghệ cán để chế tạo kính hoa văn kính có cốt, cơng nghệ để sản xuất kính cửa sổ phẳng suốt Ngồi cơng nghệ kéo sử dụng nước thuộc giới thứ ba Chiều rộng dải băng chuyền công đoạn định hình định đến kích thước sản phẩm kính sau Trang Kính xây dựng có thành phần hóa học bảng sau: Bảng TT Các chất thành phần Cát (Silica) SiO2 Oxit nhôm (Alumina) Al2O3 Oxit sắt Fe2O3 Vôi CaO Oxit magie MgO Các chất kiềm R2O Tỉ trọng % 70- 73 1,0- 1,8 0,08- 0,14 7- 12 1,0- 4,5 13- 15 Kính có đặc điểm bật khác hẳn với vật liệu khác kính có độ suốt, cho ánh sáng qua Mặt khác kính thuộc loại vật liệu giịn, biến dạng, đặc khơng có lỗ rỗng nên khơng thấm nước, khơng bị ăn mịn chịu điều kiện thời tiết khác Một số loại vật liệu suốt chất dẻo thua xa kính tính chịu lửa So với vật liệu khác kính: - Dẫn nhiệt xấp xỉ vật liệu nung (hệ số dẫn nhiệt kính gạch 0.65 kCal/mhoC); - Có mơ-đun đàn hồi nhiệt dung riêng tương tự hợp kim nhôm (nhôm 720.000 kg/cm2 0,21 Cal/goC); - Độ cứng kính lớn thép khơng gỉ ( theo thang Vicker độ cứng thép không gỉ 327 kg/mm2 - Mật độ kính lớn, lớn bê tông cốt thép (2300 kg/m 3) Một số đặc tính kính khơng màu giới thiệu bảng Bảng Đặc tính kính phẳng suốt khơng màu Chỉ số khúc xạ ánh sáng 1,52 Đơn vị Hệ số phản xạ ánh sáng (khi tia tới vng góc) Nhiệt dung riêng Hệ số dẫn nhiệt Nhiệt độ hóa mềm Hệ số nở dài Độ cứng thang Mohs 0,18 0,65 720- 730 8,5- 10-6 6,5 % Cal/goC kCal/mhoC o C o /C Mohs Trang thang Vicker Cường độ chịu nén Giới hạn chịu uốn Môđun đàn hồi Tỉ số Poatxông 2.2 548 6.000-12.000 500 730.000 0,23 Kg/mm2 Kg/mm2 Kg/mm2 Kg/mm2 Kg/mm2 Các đặc tính quang học, nhiệt quang nhiệt kỹ thuật 2.2.1 Quang phổ xạ mặt trời Quang phổ xạ mặt trời (BXMT) chiếu xuống mặt đất bao gồm ba thành phần thuộc khoảng bước sóng gây hiệu ứng khác nhau: - Phần cực tím (Ultra-violet) gồm bước sóng từ 280 - 380 nm, gây hiệu ứng sinh học, chiếm khoảng 5% - Phần ánh sáng (Visible light) gồm sóng khoảng 380 - 780 nm, gây cảm giác sáng cho quan thị giác, chiếm khoảng 50% - Phần hồng ngoại (Infra-red) gồm bước sóng 780 - 2500 nm , gây hiệu ứng nhiệt, chiếm khoảng 45% 2.2.2 Các đặc tính quang học Các đặc tính quang học kính xem xét khoảng bước sóng 380 - 780 nm đánh giá qua số khúc xạ ánh sáng, hệ số phản xạ xuyên suốt ánh sáng Sự khúc xạ hình thành tia sáng bị lệch qua mặt phân cách khơng khí- kính Chỉ số khúc xạ đánh giá tỉ số sin góc tới góc khúc xạ Chỉ số khúc xạ n = sin I (góc tới) / sin r (góc khúc xạ) Hệ số phản xạ AS = quang thông phản xạ / quang thông tới bề mặt kính, % Hệ số xuyên sáng = quang thông xuyên qua / quang thông tới bề mặt kính, % Hệ số xuyên sáng kính đánh giá khả cho ánh sáng xuyên qua kính Trong tài liệu tiếng anh, hệ số ký hiệu VLT (Visible light transmit) Trang Hình Minh họa đặc tính quang học kính Vật liệu kính có số khúc xạ 1,52, gần với vật liệu dẻo nhân tạo suốt meta-acrylic (1,49) polycacbonate (1,58) Kính suốt khơng màu phản xạ hấp thụ ánh sáng, trái lại cho ánh sáng truyền qua nên có hệ số xuyên qua lớn (> 80%) Tính chất xuyên sáng kính phụ thuộc nhiều vào độ dày kính (bảng …) Đặc tính suốt kính giải thích cấu trúc kính giống chất lỏng, có tính vơ định hình, phân tử kính có kích thước q nhỏ so với bước sóng ánh sáng để ngăn ánh sáng lại Ánh sáng khơng thể bị cản lại phần tử riêng biệt cấu trúc khơng gian vơ định hình 2.2.3 Đặc tính phản xạ truyền xạ nhiệt Tương tự ánh sáng, kính phản xạ, cho truyền qua hấp thụ lượng BXMT khoảng bước sóng 280 - 2150 nm Các đặc tính đánh giá qua hệ số phản xạ, hệ số truyền lượng BX hệ số hấp thụ BX Hệ số phản xạ NL = BX phản xạ từ bề mặt kính / BX tới bề mặt kính, % Hệ số truyền NL = BX truyền qua kính / BX tới bề mặt kính, % Hệ số hấp thụ NL = BX hấp thụ / BX tới bề mặt kính, % Sau hấp thụ lượng BXMT, kính nóng lên phát BX nhiệt (dưới dạng BX thứ cấp) khơng gian phía lẫn phía ngồi kính Phần tỏa vào bên tính gộp vào với phần truyền trực tiếp gọi hệ số truyền tổng hợp, gọi tắt hệ số truyền xạ Phần tỏa bên ngồi tính gộp vào với phần phản xạ trực tiếp gọi hệ số phản xạ chung, gọi tắt hệ số phản xạ Trang Hình Minh họa đặc tính phản xạ truyền xạ nhiệt 2.2.4 Các đặc tính nhiệt kỹ thuật Kính vật liệu dẫn nhiệt kém, phải tiếp xúc với thay đổi nhiệt độ đột ngột, ứng suất nguy hiểm chênh lệch nhiệt độ bề mặt bên phát triển, kết kính bị gãy Tuy nhiên, việc làm nóng đột ngột đặt bề mặt kính vào trạng thái nén nguy hiểm việc làm lạnh bề mặt kính đột ngột lạnh bề mặt kính bị đặt trạng thái kéo căng a Hệ số dẫn nhiệt kính, k (W/m.h.K kCal/m.h 0C) Là lượng nhiệt qua đơn vị chiều dài theo phương truyền nhiệt đơn vị thời gian chênh lệch nhiệt độ 0C Hệ số dẫn nhiệt kính có giá trị trung bình 1,05 W/m.h.K (hoặc 0,65 kCal/m.h 0C), thấp so với vật liệu gạch (1,13 W/m.h.K), nửa bê tông cốt thép (2,14 W/m.h.K) b Hệ số nở dài (do nhiệt) Kính có hệ số nở dài 8,5 10-6 /0C phạm vi nhiệt độ 25 - 350 0C c Giá trị truyền nhiệt tổng, U-value (W/m2.K kCal/m2.h.0C) Là lượng nhiệt truyền qua đơn vị diện tích bề mặt tường (kính) đơn vị thời gian chênh lệch nhiệt độ khơng khí bên bên ngồi U-value tính thơng qua Ro (nhiệt trở tổng kết cấu) Cơng thức tính Ro: Trang Ro = Rt + Rkc + Rn Trong đó: Rkc- trở nhiệt lớp vật liệu (kính) Rt- trở nhiệt mặt kết cấu Rn- trở nhiệt mặt kết cấu d Hệ số nhận nhiệt mặt trời, SHGC (Solar heat gain coefficient) Hệ số nhận nhiệt mặt trời SHGC kính đại lượng khơng thứ ngun, tính tỉ số lượng nhiệt từ BXMT truyền qua kính tổng lượng nhiệt BXMT chiếu tới bề mặt ngồi kính Cơng thức tính SHGC: SHGC = τ + αU/hn Trong đó: τ- Hệ số xuyên BXMT kính α- Hệ số hấp thụ BXMT kính U, W/m2.K- Giá trị truyền nhiệt tổng hn- Hệ số trao đổi nhiệt mặt e Hệ số che bóng, SC (Shading coefficient) Hệ số che bóng SC kính đại lượng khơng thứ ngun, tính tỉ số lượng nhiệt hấp thụ từ BXMT kính so với lượng nhiệt hấp thụ từ BXMT kính trắng dày mm (kính chuẩn Hoa Kỳ) Cơng thức tính hệ số SC từ hệ số SHGC: SC = SHGC/ 0,87 = 1,15 x SHGC Trước hệ số SHGC trở nên phổ biến, hệ số khác có ý nghĩa chất tương tự sử dụng để đánh giá khả nhận nhiệt mặt trời kính, lượng nhiệt thu tương đối RHG (Relative heat gain) Đây đại lượng có thứ ngun, tính theo cơng thức: RHG = (hệ số SC x I) + [ hệ số Khè x (tn - tt) ], kCal/ m2h Trong đó: I, kCal/m2.h.0C- cường độ BXMT chuẩn Khè, kCal/m2.h.0C- hệ số truyền nhiệt lấy điều kiện mùa hè tn, 0C- nhiệt độ khơng khí bên ngồi nhà tt, 0C- nhiệt độ khơng khí bên phịng Trang Để sử dụng tính tốn truyền nhiệt, đặc tính kỹ thuật nhiệt kính xác định theo điều kiện định Các điều kiện châu Âu là: - Mặt trời độ cao 30o chiếu thẳng góc với mặt đứng tịa nhà - Biên độ dao động nhiệt độ với nhiệt độ nhà - Các hệ số trao đổi nhiệt bề mặt: ht = W/m2.K, hn = 23 W/m2.K Theo tiêu chuẩn Mỹ (ASHRAE), hệ số truyền nhiệt tính tốn theo điều kiện sau: Bảng Các thơng số tính tốn Nhiệt độ khơng khí bên ngồi Nhiệt độ khơng khí phịng Vận tốc gió ngồi nhà Vận tốc chuyển động khơng khí phịng Cường độ BXMT Mùa đông (lạnh) -18oC 21oC 6,7 m/s Mùa hè (nóng) 32oC 24oC 3,3 m/s 0 783 W/m2 Các loại kính xây dựng phổ biến đặc điểm hoạt động (phân loại theo đặc điểm nhiệt quang) 3.1 Kính lớp (Monolithic) Ngày kính lớp có nhiều loại khác nhau, tương ứng với cơng nghệ chế tạo khác Có thể kể đến loại kính lớp phổ biến: kính trắng lớp (kính suốt), kính màu lớp 3.1.1 Kính trắng lớp (kính suốt- Clear float glass) Kính suốt chế tạo theo cơng nghệ nổi, cách rót băng kính nóng chảy vào bể thiếc nóng chảy cơng đoạn định hình kính Bề mặt nhẵn hồn tồn phẳng thiếc nóng chảy làm cho bề mặt kính sáng bóng, nhẵn, phẳng, kính hồn tồn khơng có khuyết tật quang học mà khơng cần mài giũa đánh bóng Kính có đặc tính truyền sáng tốt đem lại quang thơng lớn cho khơng gian nội thất Kính suốt vừa thành phẩm vừa bán thành phẩm cịn dùng để chế tạo loại kính khác kính tơi nhiệt, kính dán, kính đúp hai lớp, kính phản xạ nhiệt Đây loại kính tốt để tráng bạc làm gương cho phản xạ xác Độ dày kính từ mm đến 19 mm Trang 10 Khi áp dụng hình thức kiến trúc mới, tường bị phơi nắng ngày tỏa nhiệt vào phòng Để giảm nhẹ ảnh hưởng người ta sử dụng loại kính đổi màu hút nhiệt Tịa nhà Trung tâm Thương mại Sài Gịn có tường ngồi thiết kế “bức tường rèm” (curtain wall) kính đổi màu Loại kính đổi màu kiểu cũ sử dụng tịa nhà khơng thích hợp với điều kiện thành phố Hồ Chí Minh, nơi quanh năm chan chứa ánh mặt trời Loại kính ngăn cản ánh sáng nên phòng phải bật đèn suốt ngày Loại kính lại cịn hấp thụ nhiệt nóng lên, nên người ta ln phải điều hịa nhiệt độ chơi bong bàn, nghĩa hạ nhiệt độ xuống thấp để làm mát, nhân viên phòng thấy rét lại tăng nhiệt độ lên, hạ xuống tiếp tục Trên quan điểm sử dụng lượng, việc sử dụng kính tịa nhà tiêu tốn nhiều lượng Các tòa nhà thương mại, mà đa số nhà cao tầng bọc kính nơi tiêu tốn lượng, chiếm 40% tổng lượng toàn ngành thương mạị Các ví dụ cơng trình chưa đẹp: Ví dụ điển hình kể đến Nhà “Hàm cá mập” phố Đinh Tiên Hồng (Hà Nội) Cơng trình trở nên “nổi tiếng” với mảng kính tối thẫm bị phê phán cơng trình làm phá vỡ cảnh quan khu vực Hồ Gươm Cơng trình “nổi tiếng” kết cấu tường ngồi- mảng tường kính đen, giới kiến trúc sư gọi “quan tài dựng ngược” nằm cuối đường Bà Triệu Các cơng trình liền mặt phố Lý Thường Kiệt Tổng công ty Giấy, Giầy Thuốc lá, bị chê nhiều Ở ba khối nhà với đường nét không ăn nhập vào mà cịn bị mảng kính khung nhôm làm cho manh mún, vụn nát Không cơng trình kiến trúc sư nước thực mà cơng trình lớn, liên doanh nước ngoài, sử dụng vật liệu đắt tiền chưa đem lại hiệu mong muốn Việc sử dụng vật liệu đại cơng trình, việc dùng kính mảng lớn khơng tính đến hài hịa khơng gian cảnh quan xung quanh dẫn tới việc làm cho cơng trình trở nên xa lạ gây ấn tượng xấu Trang 23 Tổ hợp khách sạn- văn phòng Melia (phố Lý Thường Kiệt, Hà Nội) bọc kính suốt mặt đứng thêm đường phân vị ngang màu xanh, màu đỏ ví dụ Nhiều người phát biểu, đường phân vị xanh đỏ tịa nhà làm cho họ liên tưởng tới mảnh bạt che cơng trình cơng trình thi cơng Hình 16 Tổ hợp khách sạn, văn phịng Melia- Hà Nội Cơng trình Ngân hàng cơng thương số Ngơ Quyền, tịa nhà Tungshing square, có ba mặt đứng bọc kính màu nâu đồng hãng Glavebel (Bỉ) khơng chiếm cảm tình giới chun mơn người dân Hà Nội Nhiều người cho tỉ lệ hình khối cơng trình thuộc loại khá, vật liệu kính phản xạ màu đồng đỏ tịa nhà làm cho trở nên phản cảm, khó chấp nhận được, đặc biệt điều kiện thời tiết mùa hè nóng nực Trang 24 Hình 17 Tịa nhà Tungshing square- Hà Nội Việc sử dụng kính nước ta cịn dễ dãi, chí cịn có biểu chạy theo thị hiếu, thiếu hẳn nghiên cứu đầy đủ mặt lợi hại kính, xem nhẹ hiệu ứng nhà kính dẫn tới tiêu tốn lượng ảnh hưởng không tốt tới môi trường Kiến nghị giải pháp sử dụng kính hợp lý cơng trình Việt Nam Có thể nói, kính vật liệu khơng thể thiếu cơng trình đại, đặc biệt tịa nhà cao tầng, nhà chọc trời Tuy nhiên, có lẽ “khơng thể thiếu” mà kính thường bị lạm dụng, gây bất cập nhiều mặt, nghiêm trọng mặt khí hậu lượng Vì vậy, sử dụng kính phù hợp với điều kiện khí hậu nhằm nâng cao hiệu sử dụng lượng cho cơng trình điều thiết yếu Dưới kiến nghị số giải pháp sử dụng hợp lý cho cơng trình Việt Nam 5.1 Sử dụng kính phải kèm với kết cấu che nắng hợp lý Trang 25 Che nắng yêu cầu bắt buộc cơng trình xây dựng vùng nhiệt đới (cả nóng ẩm nóng khơ) Mặc dù với cơng nghệ nay, người ta chế tạo loại kính cách nhiệt, kính kiểm sốt BXMT khơng thể hạn chế hồn tồn ảnh hưởng xấu BXMT tới cơng trình Chính vậy, dù có sử dụng kính đại cỡ cần phải kèm với kết cấu che nắng Tỷ lệ sử dụng kín lớn u cầu che nắng cao Một ví dụ điển hình cho việc thiết kế kết cấu che nắng hợp lý cho kính cơng trình tịa tháp Al Bahar (Abu Dhabi) Quốc gia nằm vùng có khí hậu nhiệt đới nóng khơ, cơng trình xây dựng phải che nắng Để đạt yêu cầu này, kiến trúc sư khéo léo sử dụng chi tiết hoa văn che nắng dạng ngơi sao, ghép liên tục với lớp ngồi kính, góp phần tạo hình thức độc đáo cho vỏ cơng trình Có thể thấy, xử lý cách tinh tế KCCN khơng có tác dụng che nắng mà cịn tạo nên nét đặc trưng riêng biệt hiệu thẩm mỹ cho tịa nhà Hình 18 Vỏ nhà tòa tháp Al Bahar (Abu Dhabi) thiết kế hợp lý nhờ KCCN có hiệu che nắng tính thẩm mỹ cao Trong đó, Việt Nam có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm gió mùa, cơng trình thiết phải che nắng Tuy nhiên, có nhiều cơng trình xây dựng mà người thiết kế “bỏ quên” yêu cầu này, kết họ tạo nên mặt nhà “phơi nắng” (PGS.TS.Phạm Đức Nguyên), mặt nhà quanh năm suốt tháng phải nhận lượng BXMT khổng lồ, khiến chủ đầu tư phải trả giá đắt lượng suốt trình vận hành tịa nhà Có thể kể đến Trang 26 cơng trình điển hình có mặt nhà phơi nắng tòa nhà Diamond plaza, Saigon Trade Center (TP.HCM), Trung tâm hành Đà Nẵng … Những hình thức mặt đứng tạo thành từ mảng kính lớn, khơng có KCCN hồn tồn khơng phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam Hình 19 Tịa nhà Diamond Plaza (trái) Saigon Trade Center (phải) lạm dụng vật liệu kính mà “quên đi” KCCN mặt đứng Một số tòa nhà văn phòng Hà Nội bố trí lam nằm ngang thẳng đứng để hạn chế BXMT tạo hiệu thẩm mỹ, thực tế hiệu che nắng lam không cao mà chúng đơn thuẩn giải vấn đề thẩm mỹ hình thức kiến trúc Để thiết kế lam chắn nắng hợp lý, người thiết kế cần sử dụng công cụ biểu đồ mặt trời, từ xác định vùng cần che nắng đề xuất hình dạng, kích thước lam che nắng hợp lý Hình 20 Tịa nhà Vinaconex (trái) trụ sở Tập đồn dầu khí (phải) có dùng lam che nắng chưa hợp lý hiệu che nắng không cao Trang 27 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng trình sử dụng hiệu lượng (QCVN 09:2013/ BXD) quy định giá trị SHGC kính tối đa hướng cơng trình tùy theo tỉ lệ phần trăm cửa sổ tường nhà (Window to wall ratio, WWR), thể bảng Bảng Quy định hệ số SHGC kính theo tỉ số WWR (QCVN 09:2013/ BXD Các cơng trình xây dựng sử dụng lượng hiệu quả) WWR (%) B 20 0,90 30 0,64 40 0,50 50 0,40 60 0,33 70 0,27 80 0,23 90 0,20 100 0,17 Trong bảng SHGC max hướng ĐN, TB Đ T N ĐB, TN 0,80 0,86 0,90 0,58 0,63 0,70 0,46 0,49 0,56 0,38 0,40 0,45 0,32 0,34 0,39 0,27 0,29 0,33 0,23 0,25 0,28 0,20 0,21 0,25 0,18 0,19 0,22 này, có giá trị SHGC thấp (< 0,4), VLTmin 0,70 0,70 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 thị trường khơng có loại kính có SHGC thấp Do đó, để đạt yêu cầu quy chuẩn, thiết phải thiết kế KCCN cho cửa kính Có thể khẳng định rằng, cơng trình vùng nhiệt đới phải che nắng; KCCN yếu tố tạo nên phong cách kiến trúc nhiệt đới, khác biệt hoàn toàn với cơng trình thuộc vùng ơn đới xứ lạnh 5.2 Tránh lạm dụng kính low-E, kính cách nhiệt để giảm BXMT Kính cách nhiệt, kính low-E loại kính có giá thành cao (khoảng 1,2 - 1,4 triệu VND/ m2), lạm dụng loại kính cách nhiệt mặt đứng cơng trình khiến chi phí xây dựng tăng lên cao, mà chưa hiệu che nắng đạt mong muốn Do đó, nên sử dụng kính low-E cho hướng bất lợi BXMT (hướng Đông, Tây), hướng khác cần sử dụng kính thường có thiết kế che nắng hiệu Cơng trình Diamond building trung tâm hành Putrajaya (Malaysia) ví dụ tiêu biểu cho việc sử dụng hợp lý loại kính để giảm Trang 28 BXMT Cụ thể, kính low-E lắp cho mặt đứng hướng Đơng, Tây (2 hướng có cường độ BXMT cao nhất); cịn mặt đứng hướng Bắc, Nam lắp kính thơng thường, kết hợp với khối nhà dạng kim tự tháp ngược giải pháp tự che nắng cho mặt đứng cơng trình Với giải pháp thiết kế khối nhà sử dụng kính hợp lý, người thiết kế giải tốt yêu cầu che nắng tiết kiệm chi phí sử dụng vật liệu Trái ngược với việc sử dụng kính hợp lý tiết kiệm tòa nhà Diamond (Malaysia), tòa tháp A, B tổ hợp chung cư cao cấp Viglacera (Hà Nội) lại lạm dụng kính low-E tất mặt đứng cơng trình, đáng nói tất cửa sổ tòa tháp khơng có kết cấu che nắng Chính vậy, hiệu che nắng cơng trình khơng đạt u cầu chi phí để đầu tư, lắp đặt kính low-E khiến tổng mức đầu tư xây dựng tăng lên đáng kể Khi đó, người chịu ảnh hưởng nhiều người mua nhà người dân sống tịa tháp sau Hình 21 Tịa nhà Diamond building- Putrajaya (Malaysia) sử dụng kính low-E hai mặt đứng hướng Đông- Tây để hạn chế BXMT Trang 29 Hình 22 Các tịa tháp A B dự án Khu nhà cao cấp Viglacera (ảnh trái) không thiết kế che nắng, lạm dụng kính low-E cho tất mặt đứng gây lãng phí mà khơng hiệu Việc dung hịa hiệu giảm lượng nhiệt vào nhà hiệu kinh tế sử dụng kính cần thiết Điều cụ thể hóa “Hệ thống tiêu chí cơng trình xanh Việt Nam” (Hội môi trường xây dựng Việt Nam), thể bảng Bảng Điểm theo giá trị SHGC % hiệu che nắng cửa sổ hướng Đông & Tây Hiệu che nắng, % số / năm SHGC U ≤ 0,30 0,31- 0,35 ≥ 90 75 89 60 74 45 59 30 44 16 29 ≤ 15 2,0 – 2,3 2,2 - 2,5 0,36 - 0,40 2,4 – 2,7 0,41 - 0,45 2,5 - 2,8 0,46 - 0,50 2,6 - 2,8 0,51 - 0,55 2,7 - 2,9 0,56 - 0,60 2,8 - 3,0 Trang 30 Kính có giá trị SHGC U thấp có chất lượng cao, giá thành cao nên áp dụng cho cửa sổ có hiệu che nắng thấp Khi cửa sổ có hiệu che nắng cao, sử dụng kính có giá trị SHGC U thấp khơng đem lại hiệu nhiệt khơng có hiệu kinh tế, điểm thấp 5.3 Thận trọng sử dụng kính mảng lớn Kiến trúc mảng kính lớn cho dù sử dụng vùng khí hậu nhiệt đới hay khí hậu lạnh gây lãng phí lượng cho cơng trình Điều rõ qua khảo sát Cục Điều tra Năng lượng Hoa Kỳ thực thành phố từ hàn đới đến nhiệt đới Theo báo cáo, cơng trình có lắp mảng kính lớn (bất kể loại nào) tổng điện tiêu phí cho ĐHKK (dù sưởi hay làm mát) gia tăng; ví dụ từ Singapore, Đài Bắc đến Bắc Kinh bình quân tăng 1% diện tích kính lớp tiêu hao lượng tăng tương ứng từ 0,25; 0,27; 0,44 kWh/m 2; cịn kính lớp phát xạ thấp (Low-E) tiêu hao tương ứng 0,13; 0,12; 0,19 kWh/m2, đủ để thấy cho dù khí hậu hàn đới hay nhiệt đới với loại kính mảng kính lớn ln gây tiêu hao lượng Ngày kiến trúc nhà cao tầng lắp kính tràn lan tồn giới làm sắc kiến trúc truyền thống phá vỡ cảnh quan, đồng thời đẩy toàn giới tới nguy lãng phí lượng thị Trang 31 Hình 23 Hanoi Keangnam Landmark Tower (trái) Lotte Landmanrk (phải) khơng có sắc kiến trúc Việt Nam lạm dụng mảng kính lớn Bảng Thống kê lượng tiêu hao tăng 1% diện tích kính tịa nhà thành phố Singapore, Taipei Beijing Năng lượng tiêu hao tăng 1% diện tích kính (kWh/m 2) Singapore Taipei Beijing Kính lớp 0,25 0,27 0,44 Kính low-E 0,13 0,12 0,19 Trong QCVN 09: 2013/BXD có quy định U max tường 1,8 W/m 2.K Nếu áp dụng cửa kính khung nhơm lớp, có khe khơng khí 12,7 mm, lớp phủ Low-E có hệ số phát xạ thấp ε=0,1 cho U=2,41 W/m 2.K (không đảm bảo tiêu chuẩn), tường đặc blốc bê tơng bọt có lớp vữa trát dày 250mm, có U = 1,25 W/m2.K (đảm bảo tiêu chuẩn) Như cửa kính low-E đắt tiền mà khơng đảm bảo tiêu chuẩn tiết kiệm lượng so với tường đặc Bảng So sánh khả cách nhiệt loại tường nhà tường BT bọt tường kính thơng qua trị số U (Nguồn: QCVN 09:2013/BXD) Block bê tơng bọt có Cửa kính khung nhơm lớp, khe lớp vữa trát dày 250 mm KK 12,7 mm, hệ số phát xạ 0,1 Trị số U (W/m2.K) Đánh giá so với quy định 1,25 2,41 Umax QCVN 09:2013/ Đạt yêu cầu Không đạt yêu cầu Loại tường nhà BXD Kiến trúc vách kính lớn hình thức kiến trúc hồn tồn đánh giá trị mặt khí hậu, thời tiết, phong tục văn hóa truyền thống, đơn giản hộp kính vng tiêu hao lượng cản trở lớn bàn tới tính thẩm mỹ kiến trúc địa Theo nhận xét chun gia, nơi có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm Việt Nam, trước tiên cần phải từ bỏ cách nhìn sai lệch mỹ học vật liệu xuyên sáng lấp lánh khỏi ngõ cụt lãng phí lượng, để từ có sở nói phát triển bền vững tính thẩm mỹ kiến trúc địa truyền thống Không phải ngẫu nhiên mà Trang 32 chuyên gia cho nhận xét: Kiến trúc kính mảng lớn “sát thủ” ngành lượng (GS.TSKH Phạm Ngọc Đăng) 5.4 Cần thiết kế hệ thống để tận dụng ASTN từ kính Có nghịch lý diễn tòa nhà văn phịng sử dụng nhiều mảng kính, hồn tồn sử dụng nguồn ASTN để chiếu sáng người sử dụng thường xuyên phải kéo rèm che bật đèn điện Nguyên nhân vấn đề xuất phát từ quan niệm cho mở rộng cửa kính tận dụng nhiều ánh sáng tự nhiên tiết kiệm điện cho chiếu sáng nhân tạo Song thực tế điều tra nhiều năm qua lại cho thấy ngược lại, tức mở rộng vách kính lại tốn điện thắp sáng Sở dĩ có tình trạng ánh sáng bầu trời vùng nhiệt đới chói chang bầu trời phổ biến mây tích (mây Cu) phản xạ ánh sáng mạnh Hơn phân bố ánh sáng tự nhiên trường hợp khơng đều: chỗ gần cửa sổ q chói chang, xa chút tối, điều làm cho hoạt động thị giác căng thẳng, gây mỏi mệt nhanh chóng cho tồn hệ thần kinh nói chung Hầu hết người ngồi bên nhà khó chịu mặt tâm lí sinh lí thị giác, mà ln xảy tình trạng phòng làm việc, phòng họp người ta lại kéo rèm che bật đèn điện! Kết điều tra loạt thành phố lớn cho thấy “càng mở rộng cửa kính bật đèn nhiều, lâu gây lãng phí điện năng” Kết luận tưởng khôi hài lại thật Đối với Việt Nam, có lẽ điều xa lạ Đã nhiều lần có hội thảo khoa học bàn tiết kiệm lượng tổ chức nhà có tường kính lại kéo rèm che để sử dụng đèn điện cho dễ chịu Hình 24 Các tịa nhà VP Việt Nam khơng tận dụng ASTN mà phải sử dụng Trang 33 đèn điện suốt thời gian ban ngày lãng phí mặt lượng Để khắc phục tình trạng này, thiết kế mặt đứng cơng trình cần áp dụng giải pháp để tăng cường ánh sáng phản xạ từ bề mặt ngồi cơng trình, giúp ASTN phân bố vào phòng hơn, đặc biệt phải tránh việc tạo mảng kính lớn “phơi nắng” Hình 25 Giải pháp sử dụng ASTN tòa nhà Diamond- Malaysia việc tăng cường ánh sáng phản xạ từ bậu cửa, treo cửa sổ (light shelf) Trang 34 Hình 26 Giải pháp sử dụng ASTN tòa nhà Tokyo Gas- Nhật Bản trần vát để đưa ASTN vào nhà sâu 5.5 Kết hợp lớp tường kính bên với lớp tường che nắng hợp kim dạng nan đục lỗ Để giảm lượng BXMT chiếu trực tiếp lên lớp tường (cửa sổ) kính bên trong, diện tích kính lớn đồng thời đảm bảo thơng gió tầm nhìn sử dụng lớp vỏ bao che ngồi mảng nan chớp hợp kim đục lỗ che bên ngồi mặt tường (cửa sổ) kính hướng chịu lượng nhiệt BXMT lớn (a) Lớp kính bên lớp hợp kim (b) Lớp kính bên lớp nan bao che đục lỗ bên bê ngồi Hình 27 Giải pháp sử dụng tường kính kết hợp tường che nắng Trang 35 Khoảng cách lớp tường (cửa sổ) kính bên lớp vỏ bao che hợp kim bên phải lớn 100mm để lớp khơng khí đối lưu tự nhiên làm mát bề mặt lớp tường (cửa sổ) kính bên Bề mặt ngồi tường nên có màu sáng, có khả phản xạ BXMT cao Lựa chọn vật liệu màu sắc bề mặt cần đồng thời xét đến hệ số phản xạ nhiệt, phản xạ BXMT, hấp thụ xạ lượng bề mặt vật liệu xây dựng sử dụng cho cấu tạo tường bao che (a) Trung tâm hội nghị quốc tế Hà Nội (b) Thư viện quốc gia Saudi Arab Hình 25 Ví dụ cơng trình sử dụng tường hai lớp bao phủ Kết luận Trong suốt trình phát triển ngành xây dựng, kính vật liệu sử dụng nhiều vẻ đẹp hút đặc biệt Với phát triển cơng nghệ kỹ thuật, người sản xuất ngày nhiều loại kính đại, có nhiều tính ưu việt có tính thẩm mỹ cao Tuy nhiên, lạm dụng kính gây bất cập lớn nhiều mặt, nối bật vấn đề lượng Một thực tế khẳng định, tỷ lệ kính sử dụng cơng trình tỷ lệ thuận với mức tiêu hao lượng q trình vận hành cơng trình Chính kiến trúc sư, kỹ sư định sử dụng kính cho cơng trình cần cân nhắc kỹ yếu tố kinh tế, kỹ thuật, thẩm mỹ khí hậu; có tạo cơng trình đạt hiệu thẩm mỹ tiết kiệm lượng, đóng góp tích cực vào phát triển bền vững toàn nhân loại Trang 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phát triển kiến trúc xanh, kiến trúc bền vững Việt Nam, NXB Tri Thức, 2012, Phạm Đức Nguyên Chiếu sáng kiến trúc, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006, Phạm Đức Nguyên Các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt Nam, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006, Phạm Đức Nguyên, Nguyễn Thị Thu Hoà, Trần Quốc Bảo Báo cáo đề tài NCKH cấp bộ: Hiệu sử dụng kính kiến trúc điều kiện khí hậu Việt Nam, 2001, Nguyễn Thị Thu Hòa Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng trình sử dụng lượng hiệu quảQCVN 09:2013, Bộ Xây dựng, 2013 Energy saving glass; Low-E glass and Insulating glass units, Báo cáo hội thảo Vật liệu xây dựng bền vững, Hà nội, 2014, Elji Sakuma (Nhật Bản) Các giải pháp thiết kế cơng trình xanh Việt Nam, NXB Xây dựng, 2013, Phạm Ngọc Đăng, Nguyễn Việt Anh, Phạm Thị Hải Hà, Nguyễn Văn Muôn http://educationcenter.ppg.com/glasstopics/how_lowe_works.aspx http://www.drenergysaver.com/windows-doors/replacement-windows/low-eglass.html Trang 37 ... tường kính bên ngồi, lớp kính bên có khoảng khơng khí đối lưu 38 Kết luận 38 Trang Sơ lược đời phát triển vật liệu kính Bảng Các mốc lịch sử trình sản xuất thủy tinh kính. .. kiện thời tiết khác Một số loại vật liệu suốt chất dẻo thua xa kính tính chịu lửa So với vật liệu khác kính: - Dẫn nhiệt xấp xỉ vật liệu nung (hệ số dẫn nhiệt kính gạch 0.65 kCal/mhoC); - Có... (Visible light transmit) Trang Hình Minh họa đặc tính quang học kính Vật liệu kính có số khúc xạ 1,52, gần với vật liệu dẻo nhân tạo suốt meta-acrylic (1,49) polycacbonate (1,58) Kính suốt khơng