Xu hướng thiết kế vỏ bao che nhà ở đô thị theo hướng tiết kiệm năng lượng

MTXD - Hiệp hội kiến trúc sư quốc tế / Viện Kiến trúc Hoa Kỳ (UIA/AIA) đã công nhận rằng trong bản tuyên ngôn phụ thuộc lẫn nhau (Declaration of Interdependence) năm 1993 của nước này, thừa nhận các công trình và môi trường quanh nó đóng vai trò chủ đạo trong tác động của con người tới môi trường tự nhiên và chất lượng cuộc sống. Nếu các nguyên tắc thiết kế cân bằng được lồng ghép vào trong các dự án xây dựng thì ích lợi mà nó mang lại có thể bao gồm cả hiệu suất môi trường và tài nguyên, các công trình và vật liệu có lợi cho sức khoẻ Điều này cũng áp dụng đối với các công trình nhà ở đô thị tại Việt Nam chúng ta. Nếu kiến trúc sư thiết kế công trình tạo môi trường phù hợp với khí hậu và môi trường xung quanh sẽ đem đến chất lượng sống tốt và có thể giảm thiểu các vấn đề về sức khoẻ cho người sử dụng công trình. Việc thiết kế công trình theo hướng tiết kiệm năng lượng là xu hướng tất yếu. Vừa đảm bảo môi trường sống bên vững tiện nghi cho con người vừa đảm bảo yếu tố tiết kiệm năng lượng cho quá trình sử dụng và vận hành công trình.

1. Tầm quan trọng của vỏ bao che trong thiết kế nhà

Bao che công trình bao gồm các bộ phận không gian bên ngoài nhà nhằm tách biệt không gian bên trong và bên ngoài nhà. Ngoài ra trên thực tế xấp xỉ 50% năng lượng sử dụng trong các công trình được dùng vào việc tạo khí hậu nhân tạo bên trong nhà như sưởi am, làm lạnh, thông gió và chiếu sáng. Các con số tính toán đã chỉ ra rằng nếu các công trình có thiết kế phù hợp khí hậu khi sử dụng các công nghệ hiện có có thể giảm bớt khoảng 50% năng lượng cho công trình Yếu tố bao che công trình sẽ tác động rất lớn đến suốt vòng đời của công trình về khía cạnh môi trường và chi phí năng lượng.

Phần bao che gồm nền nhà, tường bao che, mái nhà, cửa số cửa đi. Bao che công trình cần cân bằng yếu tố ánh sáng, thông gió tự nhiên với yếu tố bảo vệ nhiệt độ, độ ẩm phù hợp với môi trường vi khí hậu của người sử dụng.

Các chi tiết kiến trúc mặt đứng cũng đóng vai trò quan trọng thiết kế vỏ bao che công trình. Vật liệu mặt đứng tạo ra sự dẫn nhiệt và thoát nhiệt khác nhau. Các bộ phận của vỏ bao che như móng, tường (độ dày tường), cửa sổ, cửa đi và các chi tiết mặt đứng khác tạo ra đường dẫn nhiệt, truyền nhiệt khác nhau vào bên trong ngôi nhà. Cần các giải pháp kiến trúc khéo léo để tạo nên vỏ bao che phủ hợp vi khí hậu nhà ở.

2. Những yếu tố tác động đến quá trình thiết kế vỏ bao che

Yếu tố khí hậu. khí hậu Việt Nam thuộc vùng khí hậu nóng ẩm. Vào mùa hè nhiệt độ ban đêm giảm xuống không đáng kể so với mức cao ban ngày, các vật liệu nhẹ với khả năng giữ nhiệt thấp phù hợp với đặc điểm khí hậu nóng ẩm. Trong khí hậu nóng ẩm cần sử dụng các vật liệu giảm thiểu được sự ẩm mốc. Các mái nhà, cửa sổ cửa đi thường được bố trí thêm phần dua ra hoặc hiên nhà nhằm bao vệ tưởng khỏi mưa hắt và tạo bóng để giảm thiểu bức xạ mặt trời. Các cửa mở rộng thường được đặt ở phía Nam nhằm thu gió. Trong các công trình thuộc vùng khí hậu nóng ẩm việc thiết kế tạo hiệu ứng gió xuyên phòng là cần thiết nhằm thông hơi và thoát nhiệt cho công trình.

Yếu tố hình dáng và hưởng của khu đất hình dáng và hướng của vỏ công trình có tác động đến sự thông thoáng của công trình. Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế vỏ bao che cần hạn chế tối đa gió vào mùa đông và tận dụng các luồng gió mát vào mùa hè. Cần nghiên cứu về khí hậu trong từng vùng công trình cụ thể. Có thể sự dụng các loại cây phù hợp để chắn gió.

Số lượng mặt tiền của công trình. Diện tích vỏ bao che so với không gian càng nhiều thì công trình càng bị ảnh hưởng nhiều qua sự trao đổi nhiệt tại vỏ bao che (đối với công trình nhà ở Việt Nam thường phổ biến loại nhà lô phố hay nha liền kề với 1 hoặc 2 mặt thoáng) Ngoại trừ khi lựa chọn các cửa sổ và kính, nếu hai thiết kế công trình có cùng khối tích thì thiết kế với mặt bằng gọn hơn sẽ có hiệu quả tốt hơn về nhiệt. Tuy nhiên nếu giảm diện tích vỏ bao che yếu tố chiếu sáng và thông gió sẽ bị ảnh hưởng.

3. Những bộ phận và xu hướng giải quyết trong quá trình thiết kế vỏ bao che của ngôi nhà để đảm bảo tính tiết kiệm năng lượng cho công trình

Sân vườn Cảnh quan và các bộ phận khác của công trình nhà ở như mái hiện là một phần không tách rời với tổng thể công trình. Vỏ bao che cần được thiết kế phù hợp với cảnh quan của công trình Giải pháp có thể giảm diện tích lát kín sân đường nhằm giảm sự tăng nhiệt xung quanh làm tăng thêm bức xạ nhiệt cho vỏ bao che công trình Cân nhắc lựa chọn màu của mặt sân với sự phản chiếu phù hợp nhằm hạn chế tối đa hấp thụ nhiệt

Tường bao che. Thiết kế công trình cần tận dụng thống gió tự nhiên Thông gió tự nhiên sử dụng những hiệu ứng chênh lệch áp suất để đưa không khí mát và trong lành vào một công trình mà không cần đến sử dụng máy móc. Phương án sử dụng các bức tường cách nhiệt nằm ở bên ngoài. Các công trình nhà ở đô thị tại các vị trí mặt đường ồn ào hoặc mặt tiền hướng Tây có thể áp dụng phương án xây dựng lớp tường bên ngoài, lớp tưởng bên ngoài có thể là tường xây với các ô của hở, tường bằng gạch hoa thông gió, các lam chắn năng, hệ giàn cây che mặt đứng.

Các lớp tường bên ngoài này có thể tạo ra khỏi nhiệt tuyệt vời để hấp thụ nhiệt mặt trời dư thừa và ổn định nhiệt độ bên trong. Trong vùng khí hậu nóng ẩm của Việt Nam giải pháp lớp tường bên ngoài có hiệu quả rất lớn về mặt năng lượng khi chúng được cách nhiệt ở bên ngoài công trình, cho phép các bức tường hấp thụ nhiệt dư thừa trong nhà mà không hút nhiệt đưa ra ngoài.

Dùng lăng kính để phản xạ ánh sáng mặt trời và vật liệu PCM để lưu trữ năng lượng.

Hạn chế ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào nhà từ hướng Đông, Tây Nếu nhà có mặt tiền hướng Đông hoặc Tây tia sáng mặt trời có thể vào sâu trong nhà vượt qua cả các khu vực tiếp nhận ảnh sáng trực tiếp thông thường. Nếu việc thiết kế vỏ bao che công trình không kiểm soát tác động của ánh sáng mặt trời (ví dụ các phòng ngủ, phòng khách bị nhận các ánh sáng chiếu rọi trực tiếp) sẽ gây ra cảm giác khó chịu chói chang cho người sử dụng. Phân tích góc chiếu của tia sáng mặt trời kết hợp với các giải pháp thiết kế chắn nắng phù hợp sẽ hạn chế ánh sáng trực tiếp vào công trình.

Xem xét tính phản xạ của phần bao che công trình. Phần bao che bên ngoài công trình như tường, cột, lam chắn nắng nên lựa chọn vật liệu hoàn thiện bên ngoài với màu sắc sáng và tính phản xạ cao. Ngoài ra trong quá trình thiết kế cần nghiên cứu vật liệu cho lớp bao che hợp lý nhằm giảm truyền nhiệt vào bên trong công trình.

Mái nhà. Các mái nhà đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi tăng nhiệt trong mùa hè và mất nhiệt vào mùa đông. Xem xét sử dụng các giải pháp cách nhiệt bằng vật liệu tự nhiên như ngói đất nung, gỗ, gạch đất nung chống nóng, soi trên bề mặt mái. Giải pháp mái dốc chống nóng cần nghiên cứu phương án thoát nhiệt và giữ cho mái khi nhiệt độ trong nhà chênh lệch với ngoài nhà giữa ngày và đêm.

Thiết kế mái dốc với các cửa mái lấy sáng là một giải pháp tối ưu trong thiết kế các công trình nhà ống có mặt tiền hẹp và chiều dài nhà kéo dài hiện nay . Giải pháp cửa sổ trời là một phương án tuyệt vời để đưa ánh sáng tự nhiên vào sâu trong nhà nhằm tạo vi khí hậu cho người sử dụng đồng thời tiết kiệm năng lượng chiếusáng cho công trình. Phần mái lấy sáng nên hướng về phía Nam hoặc Bắc, từ đó mang lại một nguồn sáng đồng đều và khuếch tán.

Cửa sổ, cửa đi. Giải pháp thiết kế thông gió xuyên phòng đáp ứng hiệu quả về mặt tiết kiệm năng lượng. Phương án thiết kế cho giai pháp này là sử dụng các cửa sổ, cửa đi, cửa số mái hoặc thông gió tại khu vực thang để tăng cường hiệu quả của thông gió xuyên phòng.

Thông gió xuyên phòng chính là cách để xử lý nhiệt lượng tích tụ khi ánh sáng mặt trời chiếu vào bề mặt tường làm tăng nhiệt độ bên trong ngôi nhà. Có thể loại bỏ sức nóng vào buổi chiều muộn ra khỏi công trình hoặc hút hết không khí nóng khi khối nhiệt đã bão hoà thông qua thông gió xuyên phòng. Thông gió xuyên phòng là một giải pháp làm mát kinh tế, sử dụng không khí bên ngoài để làm mát công trình khi không khí bên ngoài mát hơn không khí trong nhà.

Giải pháp thiết kế hình dáng, kích thước và vị trí các ô cửa có thể khác nhau tuỳ thuộc vào ảnh hưởng của các ô cửa đến phần bao che của công trình. Cửa sổ với mục đích mang lại tầm nhìn thì không cần mở, tuy nhiên cần mở một số cửa số để thông hơi. Cửa sổ cao lấy sáng tự nhiên cần được nghiên cứu thiết kế phù hợp do cửa sổ cao thường đưa ánh sáng vào sâu trong nhà hơn nhưng lại tăng độ chói. Các tiền sảnh tại lối vào nhà cần được thiết kế sao cho tránh làm thất thoát khi mát hoặc ấm ra bên ngoài.

Tóm lại, xu hướng thiết kế các công trình nói chung và các công trình nhà ở đô thị nói riêng theo hướng tiết kiệm năng lượng là tất yếu. Trước khi bắt tay vào thiết kế người kiến trúc sư cần nghiên cứu kỹ khu đất xây dựng công trình và nhu cầu của người sử dụng, đồng thời người kiến trúc sư cũng cần phải lựa chọn các phương án, giải pháp thiết kế vỏ bao che nhằm tạo môi trường vi khí hậu tốt nhất đồng thời tiết kiệm năng lượng cho quá trình vận hành công trình sau này.

Ths. Kts. MAI HUYỀN SAM

Tài liệu tham khảo:

1. Hướng dẫn kỹ thuật Xây dựng bền vững (Việt Nam – Đan Mạch chương trình hợp tác phát triển trong lĩnh vực môi trường 2005 -2010)

2 Các công trình nhà ở của Văn phòng Kiến trúc sư NH VILLAGE ARCHITECTS thiet ke (https://www.nhvillage.net/)