Sổ tay Thiết kế kiến trúc hiệu quả năng lượng

i

MỤC LỤC Mục lục

i

A. PHẦN MỞ ĐẦU

1

B. KHÁI NIỆM KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

3

C. CÁC THUẬT NGỮ VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

4

I - Các thuật ngữ thông dụng

4

II - Các phương pháp phân tích

5

D. QUY HOẠCH VÀ THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG

8

I- Solar envelope

8

II - Daylight envelope

11

III - Outdoor room

12

IV - Neighborhood sunshine E. GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC

13 14

I - Các giải pháp làm mát,lấy sáng

14

1. Bố trí các không gian sinh hoạt ngoài trời (Locating Outdoor Rooms)

14

2. Những công trình có khả năng thông thoáng (Permeable Buildings)

15

3. Mặt bằng mỏng và trải dài theo hướng Đông Tây (Thin plan+ East-West plan)

16

4. Vùng đệm (Buffer zones)

16

5. Độ sâu chiếu sáng vào công trình (Deep sun)

17

6. Ánh sáng phản chiếu (Borrowed daylight )

18

II – Các giải pháp sử dụng hệ thống làm mát thụ động

19

1. Thông gió tự nhiên(Natural Ventilation)

19

2. Mái che (Shading)

21

3. Bẫy gió (Wind Towers)

21

4. Hiệu ứng sân trong (Courtyard Effect)

23

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

ii

F. GIẢI PHÁP KỸ THUẬT

25

I – Các giải pháp chiếu sáng

25

1. Ánh sáng

25

2. Phân vùng ánh sáng tự nhiên chiếu vào phòng

25

3. Hình thức lấy sang

26

4. Hình thức bẫy sáng theo phương ngang

27

5. Thiết bị che nắng

29

II – Các giải pháp cách nhiệt& làm mát

31

1. Các hình thức hấp thụ nhiệt của công trình

31

2. Địa nhiệt

31

3. Cách nhiệt cho công trình

32

4. Vỏ bao che nhiều lớp

33

5. Bao che 2 lớp (Double envelopes)

35

6. Mái xanh (Green roof)

36

III – Các hệ thống hỗ trợ

39

1. Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời

39

2. Tái sử dụng nước mưa

43

3. Tái sử dụng nước đã qua sử dụng

44

IV - Kết cấu bao che

46

1. Tác động của kết cấu bao che đến công tác thiết kế

46

2. Vật liệu tường

47

3. Vật liệu mái

49

G - PHỤ LỤC

I

H - TÀI LIỆU THAM KHẢO SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

XII

iii

TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỀ TÀI D. QUY HOẠCH THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG Trình bày một số phương pháp phân tích hỗ trợ xác định sơ bộ vị trí và hình khối công trình trong giai đoạn thiết kế mặt bằng tổng thể theo kiến trúc bền vững.

I. SOLAR ENVELOPE Dung tích xây dựng tối đa trên một khu đất mà không gây ảnh hưởng đến việc chiếu sáng trực tiếp của các khu kế cận.

II. DAYLIGHT ENVELOPE Giới hạn tối đa có thể xây dựng được mà vẫn đảm bảo sự chiếu sáng tự nhiên cho các công trình và khu đất xung quanh.

III. WINTER OUTDOOR ROOMS Vùng không khí vừa hấp thụ nhiệt năng từ ánh sáng mặt trời và giữ nhiệt, hạn chế thất thoát ra xung quanh.

IV. NEIGH BORHOOD SUNSHINE Sự chiếu sáng tự nhiên của các công trình trong tác động qua lại với nhau.

E. GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC Chương này giới thiệu các giải pháp thiết kế kiến trúc nhằm đạt được hiệu quả thông gió và tiện nghi nhiệt một cách tốt nhất,đồng thời cũng đưa ra các ví dụ thể hiện sự tốt hay xấu của các giải pháp.

I.

CÁC GIẢI PHÁP LÀM MÁT ,LẤY SÁNG :

1. Bố trí các không gian sinh hoạt ngoài trời (Locating Outdoor Rooms) Việc xác định vị trí của các phòng tiếp xúc bên ngoài với mối quan hệ đến mặt trời và gió có thể làm kéo dài sự tiện nghi của các phòng tiếp xúc bên ngoài.

2.Những công trình có tính năng thông thoáng (Permeable Buildings) Các công trình có khả năng thông thoáng này kết hợp các mặt bằng và mặt cắt mở để thông gió ngang hoặc thông gió đứng hoặc kết hợp cả hai.

3.Mặt bằng mỏng và trải dài theo hướng Đông Tây(Thin plan + East-West plan) Việc sắp xếp các phòng theo dạng mặt bằng mỏng sẽ có thể lấy được ánh sáng ban ngày vào từng không gian.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

iv

Cách sắp xếp mặt bằng trải dài theo hướng Tây-Đông làm gia tăng bề mặt đối diện với gió và ánh sáng .

4.Vùng đệm (Buffer zones) Những căn phòng có thể chịu được sự dao động của nhiệt độ được đặt ở giữa bảo vệ các phòng khác với các nhiệt độ nóng lạnh không tiện nghi.

5.Độ sâu chiếu sáng vào công trình (Deep sun) Độ sâu chiếu sáng vào công trình đặc phụ thuộc vào việc tổ chức mặt bằng và mặt cắt một cách hiệu quả.

6. Ánh sáng phản chiếu (Borrowed daylight) Ánh sáng phản chiếu có thể được sử dụng khi những không gian nhỏ được tổ chức cạnh nhau để được một không gian đầy đủ ánh sáng cao và rộng hơn .

II .CÁC GIẢI PHÁP SỬ DUNG HỆ THỐNG LÀM MÁT THỤ ĐỘNG (passive cooling) 1.Thông gió tự nhiên(Natural Ventilation) Thông gió tự nhiên thu thập các gió thịnh hành và sử dụng khuynh hướng của không khí nóng để làm tăng thêm việc làm mát công trình.Tạo một mặt bằng gắn với việc nắm bắt những cơn gió thịnh hành và thiết kế công trình tận dụng sự bay lên của không khí nóng để kéo không khí mát vào công trình là một trong những cách thực hiện hiệu quả nhất về chi phí làm mát cho công trình 1.1.Thông gió ngang (Cross ventilation) Thông gió ngang qua các phòng được gia tăng bởi các khoảng mở lớn trên cả hai nơi đầu gió và cuối gió.

1.2.Thông gió đứng (Stack ventilation) Thông gió đứng qua các phòng được gia tăng bởi sự chênh nhau về chiều cao càng lớn của khoảng mở trên và dưới.

1.3. Sự kết hợp -Kết hợp thông gió một bên với thông gió ngang -Kết hợp thông gió ngang và đứng

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

v

2. Bóng râm(Shading) - Mái che (A layer of shades) Những mái che nằm ngang bảo vệ cho các khoảng sân và công trình khi góc chiếu mặt trời lớn;và các tấm che đứng tạo bóng râm cho công trình khi góc chiếu mặt trời nhỏ.

3. Bẫy gió (Wind Towers) Bẫy gió có thể bắt những con gió nhẹ ở phía trên mái vào công trình mà những của sổ có lối đón gió ít.

4. Hiệu ứng sân trong (Courtyard Effect) • Shady courtyard : Sân trong cao và hẹp có thể được sử dụng để kéo không khí mắt xuống.

• Breezy or calm courtyards : Sân lấy gió có thể thấp,rộng và thông thoáng trong khi sân lặng gió nên đóng lại và đủ cao để che gió nhưng đủ rộng đẻ nhận ánh sáng.

• Atrium :Một sân trong hay sân lấy sáng giữa một công trình có thể cung cấp ánh sáng cho các phòng xung quanh đó.

F. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT - TỐI ƯU HÓA HIỆU QUẢ THIẾT KẾ I - CÁC GIẢI PHÁP CHIẾU SÁNG 1. Ánh sáng : kiểm soát sự phân bố ánh sáng ban ngày vào trong công trình 2. Phân vùng ánh sáng tự nhiên chiếu vào phòng – qui trình thiết kế đề xuất : bố trí những không có yêu cầu chiếu sáng tương tự nhau vào cùng một khu vực, tối ưu hóa chiến lược thiết kế cho từng khu vực.

3. Hình thức lấy sáng : Hình thức này chủ yếu là tạo những khoảng mở trên tường và mái để ánh sáng tự đi vào trong không gian

4. Hình thức bẫy sáng theo phương ngang – phản xạ ánh sáng – qui trình thiết kế + Light shelves - sử dụng để phân phối đồng đều hơn ánh sáng ban ngày vào một công trình, tạo ra một mô hình chiếu sáng nhiều hơn bằng cách chuyển hướng ánh sáng ban ngày và tăng sự khuếch tán ánh sáng + Solar reflectors + Các bề mặt phản xạ trong phòng SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

vi

5. Thiết bị che nắng – qui trình thiết kế Thiết bị che nắng sử dụng làm giảm đáng kể lượng nhiệt từ bức xạ mặt trời tác động đến công trình xây dựng nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu về ánh sáng vào công trình và thông gió tự nhiên. + Thiết bị che nắng cố định + Thiết bị che nắng di động + Qui trình thiết kế II - CÁC GIẢI PHÁP CÁCH NHIỆT & LÀM MÁT 1. Hình thức hấp thu nhiệt của công trình 2. Địa nhiệt – các bước thực hiện : sử dụng trái đất như một nguồn để cải thiện hiệu suất của chu trình làm mát do nhiệt độ mặt đất ít biến động hơn so với nhiệt độ của không khí.

3. Cách nhiệt cho công trình :giảm bớt lượng hấp thụ bức xạ măt trời của công trình 4. Skin thickness : Chiều dày vỏ bao che của công trình để đảm bảo cách nhiệt theo yêu cầu.

5. Double Envelopes - Qui trình thiết kế : Kết cấu vỏ bao che hai lớp nên được lựa chọn để giảm âm thanh, giảm các tác động về nhiệt vào bên trong công trình 6. Green roof - Vấn đề cần chú ý - Qui trình thiết kế : hệ thống mái kết hợp với hệ thống cây trồng giúp công trình chống lại sự tác động của năng lượng mặt trời, và môi trường trong đô thị 7. Vật liệu cách nhiệt – qui trình lựa chọn – thiết kế: loại vật liệu đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng thiết kế để kiểm soát khí hậu và tiết kiệm năng lượng cho công trình III –CÁC HỆ THỐNG HỖ TRỢ 1. Hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời : Hệ thống giúp chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng , giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong công trình , nâng cao và đáp ứng một hình ảnh xây dựng mới.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

vii

2. Tái sử dụng nước : Các hình thức tái sử dụng nước trong công trình giúp làm giảm việc tiêu thụ nước sạch từ các nguồn cung cấp + Tái sử dụng nước mưa - Tái sử dụng nước xám - Bề mặt thấm nước IV –KẾT CẤU BAO CHE Nội dung chương này trình bày về các tính chất vật lý quan trọng của vật liệu có liên quan đến thiết kế tiện nghi nhiệt cũng như giới thiệu về một số kết cấu bao che phổ biến hiện nay và các phương pháp phân tích tiện nghi nhiệt của phần mềm Ecotect.

1. Tác động của kết cầu bao che đến công tác thiết kế : Giới thiệu vai trò của kết cấu bao che, vai trò và các thông số kỹ thuật quan trọng của vật liệu được sử dụng trong phần mềm Ecotect.

2. Vật liệu tường : Giới thiệu các cấu tạo các loại tường , ưu, nhược điểm , thông số kỹ thuật .

3. Vật liệu mái : Giới thiệu các cấu tạo các loại mái , ưu, nhược điểm , thông số kỹ thuật .

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 1 A.PHẦN MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thập kỷ đầu tiên của thế kỷ 21 đã trôi qua. Trong hơn 10 năm ấy, thế giới đã ghi nhận những bước phát triển nhảy vọt về khoa học kỹ thuật, nhưng song hành với đó, những thách thức to lớn đối với nhân loại cũng hiện ra ngày một rõ nét. Các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt, tình trạng ô nhiễm môi trường ngày một tồi tệ, sự biến đổi khí hậu diễn biến ngày càng phức tạp , gây ra những hậu quả khôn lường.

Tất cả những vấn đề đó đặt ra thách thức to lớn đối với sự tồn vong và phát triển của thế giới. Chính điều đó khiến cho chúng ta ngày một ý thức rõ hơn về tầm quan trọng của sự phát triển bền vững. Ngành kiến trúc-xây dựng, với tính chất là một trong những ngành tiêu thụ năng lượng nhiều nhất trên thế giới ( các công trình kiến trúc chiếm đến 72% điện năng tiêu thụ, 39% tổng năng lượng tiêu thụ và 38% lượng CO2 thải ra toàn cầu (1) ), là một mắt xích vô cùng quan trọng trong công cuộc xây dựng sự phát triển bền vững của nhân loại. Đó là lý do khiến các nền kiến trúc phát triển trên thế giới đang ủng hộ một cách mạnh mẽ xu hướng thiết kế kiến trúc bền vững và đưa nó trở thành một xu thế tất yếu của thế kỷ 21.

Tại Việt Nam, kiến trúc bền vững, hay ở một mức độ đơn giản hơn, là kiến trúc hiệu quả năng lượng (HQNL), đã và đang được phổ biến và khuyến khích một cách rộng rãi. Một số bước tiến đã được ghi nhận, như việc đưa ra tiêu chuẩn LOTUS dành cho thiết kế kiến trúc bền vững tại Việt Nam, đưa kiến trúc HQNL vào chương trình giảng dạy tại các trung tâm đào tạo kiến trúc sư lớn của cả nước. Tuy nhiên, việc học tập, nghiên cứu và ứng dụng kiến trúc HQNL tại Việt Nam hiện nay vẫn còn gặp nhiều khó khăn, thứ nhất là do nguồn tài liệu tiếng Việt vẫn còn hạn chế cả về số lượng lẫn chất lượng. Đa phần các tài liệu hiện có thường đi sâu về lý thuyết và các khái niệm phức tạp, khó ứng dụng trực tiếp vào trong quá trình thiết kế. Bên cạnh đó, các kiến trúc sư Việt Nam không được trang bị những công cụ phân tích điện toán hiện đại để chứng minh cho tính hiệu quả trong thiết kế của mình, dẫn đến khó tìm được tiếng nói chung với chủ đầu tư.

Với thực trạng đó, nhóm tác giả quyết định nghiên cứu để đưa ra được một tài liệu về thiết kế kiến trúc HQNL dưới dạng một “cuốn sổ tay thiết kế”, tập hợp những chiến lược thiết kế kiến trúc xanh có tính thực tiễn cao, đồng thời kết hợp với những phần mềm phân tích hiện đại để chứng minh tính hiệu quả của từng chiến lược, qua đó gợi ý phương pháp áp dụng các phân tích điện toán nhằm đạt hiệu quả cao cũng như củng cố cơ sở lý luận trong thiết kế kiến trúc HQNL.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 2 II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Theo nhóm tác giả, công trình nghiên cứu cần đạt được các tiêu chí sau: • Các chiến lược thiết kế đề ra cần có tính thực tiễn và có khả năng áp dụng đối với điều kiện tự nhiên của Việt Nam. • Cập nhật các giải pháp thiết kế tiên tiến của thế giới.

• Đưa ra được các giải pháp phân tích bằng phần mềm để chứng minh cho tính hiệu quả của chiến lược thiết kế.

• Phương pháp trình bày khoa học và trực quan, thuận tiện cho việc tra cứu.

III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là Kiến trúc HQNL cùng các giải pháp thiết kế giúp công trình đạt được các tiêu chí của Kiến trúc HQNL. Bên cạnh đó là các phương pháp phân tích điện toán có khả năng kiểm tra tính hiệu quả của các giải pháp thiết kế được đề ra.

IV.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu mà nhóm tác giả áp dụng là sự kết hợp song song giữa lý thuyết và thực tiễn: • Bước 1: Tìm hiểu chung về khái niệm kiến trúc HQNL. • Bước 2: Đề ra các tiêu chí cần thiết cho việc thiết kế kiến trúc HQNL. • Bước 3: Tổng hợp tài liệu từ các nguồn trong và ngoài nước.

• Bước 4: Chọn lọc và đưa ra các chiến lược thiết kế phù hợp với điều kiện tự nhiên của Việt Nam. • Bước 5: Nghiên cứu và đưa ra các phương pháp phân tích thích hợp cho từng chiến lược dựa trên 2 phần mềm là Solidworks và Ecotect.

• Bước 6: Kết hợp lý thuyết và phương pháp phân tích điện toán để đưa ra giải pháp áp dụng từng chiến lược trong thiết kế.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 3 B.KHÁI NIỆM KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG Kiến trúc hiệu quả năng lượng, là một thuật ngữ mô tả phương pháp thiết kế chú trọng đến việc nâng cao tính hiệu quả và điều tiết nhu cầu sử dụng năng lượng của công trình. Đây là một bộ phận vô cùng quan trọng của Kiến trúc bền vững. Theo một số thống kê, năng lượng mà một công trình tiêu thụ trong quá trình vận hành chiếm đến 80-90% tổng mức đầu tư cho công trình đó. Vòng đời trung bình của các tòa nhà là từ 30-50 năm, và một công trình hiệu quả năng lượng có thể tiết kiệm đến 30% mức sử dụng năng lượng so với một công trình thông thường. thông qua đó giảm thiểu chi phí đầu tư và tác động tiêu cực đến môi trường bởi việc sản xuất điện năng.

Trong kiến trúc hiệu quả năng lượng, kiến trúc sư thông qua các giải pháp thiết kế và kỹ thuật để làm giảm nhu cầu sử dụng năng lượng, đồng thời làm tăng khả năng tự đáp ứng nhu cầu năng lượng của công trình.

Trong quá trình vận hành, có 4 yếu tố chính tác động đến nhu cầu sử dụng năng lượng của công trình, đó là: • Chiếu sáng tự nhiên: giúp công trình giảm thiểu nhu cầu cho việc chiếu sáng nhân tạo vào ban ngày.

• Khả năng cách nhiệt: giúp giảm thiểu năng lượng tiêu hao cho hệ thống điều hòa không khí bằng cách giảm sự trao đổi nhiệt của công trình với môi trường bên ngoài.

• Lưu thông gió tự nhiên: giúp làm mát công trình và giảm nhu cầu sử dụng năng lượng cho hệ thống điều hòa không khí.

• Khả năng tự tạo ra năng lượng: giúp công trình tận dụng các nguồn năng lượng tự nhiên để tự tạo ra năng lượng phục vụ cho nhu cầu của chính nó. Để thiết kế một công trình kiến trúc được xem là hiệu quả năng lượng, kiến trúc sư cần đưa ra các giải pháp tối ưu xoay quanh 4 yếu tố trên nhằm giảm thiểu nhu cầu tiêu thụ năng lượng của công trình. Dựa trên 4 yếu tố này, nhóm nghiên cứu đưa ra các chiến lược thiết kế cho 3 giai đoạn chính trong quá trình thiết kế kiến trúc, đó là: • Quy hoạch, thiết kế tổng mặt bằng.

• Giải pháp thiết kế kiến trúc.

• Giải pháp kỹ thuật.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

C. CÁC THUẬT NGỮ VÀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Phương

pháp tiếp cận đề tài của nhóm nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp phân tích điện toán thuộc các phần mềm như Ecotect và Solidworks để hỗ trợ cho nội dung nghiên cứu. Phần này tập trung giới thiệu và giải thích các thuật ngữ cũng như các phương pháp phân tích điện toán thường được sử dụng trong phần nội dung của để tài nhằm giúp người đọc dễ dàng hơn trong việc nắm bắt các nội dung nghiên cứu.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 4 I - CÁC THUẬT NGỮ THÔNG DỤNG GIÓ: _ CFD: Computational Fluid Dynamics Động lực học lưu chất điện toán. _ Wind rose: Hoa gió – biểu thị các xu hướng gió thịnh hành. _ Lee: Vùng quẩn gió (lặng gió). _ Cross-ventilation: Thông gió ngang, hay còn gọi là thông gió xuyên phòng. Là phương pháp sử dụng sự chênh lệch áp suất giữa cửa thông gió và cửa thoát gió để hút gió vào không gian bên trong công trình. _ Stack-ventilation: Thông gió đứng, hay còn gọi là hiệu ứng ông khói (Chimney effect). Là phương pháp sử dụng sử chênh lệch áp suất theo phương đứng (do chênh lệch nhiệt độ) để tạo thành sự đối lưu không khí tự nhiên. ÁNH SÁNG: _ Daylight Factor (DF): Tỉ lệ ánh sáng ban ngày chiếu đến một điểm trên một mặt phẳng. Đơn vị tính là % _ Daylighting Level: Sự tổng hợp tất cả ánh sáng trực tiếp và gián tiếp chiếu đến mặt phẳng phân tích trong ngày. Đơn vị tính là lux. _ Sky Illuminance: Độ rọi ánh sáng ở môi trường ngoài nhà. Đơn vị tính là lux. _ Overcast Sky: Bầu trời hoàn toàn bị mây che phủ, thường được dùng trong thiết kế điều kiện sáng tối thiểu.

NHIỆT: _ Sp.Heat ( Specific heat ) : Nhiệt dung riêng của vật liệu, tức nhiệt lượng cần thiết để nung nóng 1 đơn vị khối lượng lên 1 độ Kelvin. Đơn vị tính là J/kg.K . _Conduct ( Thermal Conductivity ): Độ truyền nhiệt. Là nhiệt lượng cần thiết truyền qua một đơn vị chiều dày của vật liệu để làm nó nóng lên 1 độ Kelvin. Đơn vị tính là W/m.K . _ Thermal admittance: Độ dẫn nhiệt, đơn vị đo độ lớn của dòng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích kết cấu khi chênh lệch nhiệt độ giữa 2 bề mặt kết cấu là 1 °C. Đơn vị tính là W/m2.K . _ U-value: Tổng hệ số truyền nhiệt, thể hiện khả năng dẫn nhiệt của một thành phần công trình. Nó được đo bằng lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích của thành phần công trình, dưới một điều kiện chuẩn. Nhiệt độ tiêu chuẩn thường là 24 °C, độ ẩm 50% và không có gió. Đơn vị tính là W/m2.K. U-value càng thấp thì khả năng cách nhiệt càng cao. (2) _ Solar Absorption: Hệ số hấp thụ quang năng. Là tỉ lệ quang năng được vật liệu hấp thụ để chuyển thành nhiệt năng và truyền vào trong công trình. Giá trị của Solar Absorption thay đổi từ 0-1. _ Thermal lag: Thời gian chậm của nhiệt độ cực đại mặt trong kết cấu so với mặt ngoài kết cấu. Đơn vị tính là giờ. _ Thermal decrement: Hệ số cản nhiệt, thể hiện mức chênh lệch của nhiệt độ mặt bên ngoài và mặt bên trong của kết cấu theo thời gian trễ. Được xác định dựa trên tỉ số giữa nhiệt độ cao nhất ở mặt ngoài và mặt trong kết cấu bao che.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 5 II - CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SOLIDWORKS 2010: _ Flow Simulation: Chức năng Add-in trong phần mềm cho phép phân tích luồng gió tác động vào nội ngoại thất công trình.

_ Right-to-Light Analysis: Chức năng kiểm tra tính hiểu quả của phương án thiết kế Solar Envelope cũng như tác động của các công trình xung quanh đến điều kiện chiếu sáng tự nhiên của công trình.

Kết quả phân tích Right-to-Light Analysis _ Advanced Daylighting: Chức năng phân tích hiệu quả chiếu sáng với 2 chức năng: • Photoelectrics and Daylight: Thể hiện ECOTECT 2011: tương quan giữa thời gian không cần PHÂN TÍCH ÁNH SÁNG dùng chiếu sáng nhân tạo với hệ số _ Sun-path Diagram: Cho phép hiển thị Daylight factor của mặt phẳng phân tích. biểu đồ mặt trời của từng khu vực xác • Daylight Autonomy: Thể hiện tỉ lệ % thời định. lượng thỏa mãn yêu cầu chiếu sáng trong _ Shading and Shadow: Chức năng hiển một khung thời gian. thị bóng đổ với 2 tính năng quan trọng: • Display shadow range: thể hiện phạm vi đổ bóng của công trình.

• Display solar ray: thể hiện đường đi của tia sáng đến bề mặt công trình. _ Shading Design Wizard: Chức năng cho phép Ecotect tính toán kết cấu che nắng dựa trên các yêu cầu cụ thể. _ Lighting analysis: Chức năng cho phép phân tích tác động của ánh sáng tự nhiên đến công trình thông qua 2 thông số chính là Daylight Factor và Daylighting Biểu đồ Photoelectrics and Daylight Levels.

Kết quả phân tích thực hiện bằng Solidworks

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 6 PHÂN TÍCH NHIỆT: _ Solar Access Analysis: Phương pháp phân tích tác động của quang năng đến công trình thông qua việc tính toán nhiệt năng bề mặt công trình hấp thụ. Có thể lựa chọn tính lượng nhiệt hấp thụ tổng cộng (Cumulative), trung bình ngày (Average Daily) hoặc trung bình giờ (Average Hourly)/ Đơn vị tính là Wh (Watt hour).

• Hourly Temperature Profile: Biểu đồ thể hiện điều kiện nhiệt độ trong các không gian phân tích (Zones) vào một ngày xác định trong năm.

• Monthly Load/Discomfort: Biểu đồ thể hiện nhiệt năng cần cung cấp hoặc giảm bớt để đưa nhiệt độ phòng về mức tiện nghi. _ Solar Exposure: Chức năng thể hiện các thông số về điều kiện quang năng tự nhiên. Thông thường chúng ta hay sử dụng dữ liệu về khả năng cung cấp quang năng (Solar Available) theo trung bình ngày (Average Daily), trung bình tháng (Total Monthly) hoặc chi tiết từng giờ (Full Hourly). Đơn vị tính là Wh/m2.

• Hourly Heat Gains/Losses: Biểu đồ thể hiện nhiệt lượng nhận được và mất đi của một không gian vào một ngày xác định trong năm.

_ Thermal Analysis: Một phương pháp phân tích cung cấp cho chúng ta các biểu đồ phân tích nhiệt mang tính bao quát cao. Một số biểu đồ phân tích nhiệt thường được sử dụng là: SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 7 _ Comfort Analysis: Phương pháp xác định tiện nghi nhiệt chi tiết và trực quan, dựa trên các thông số chuyên môn được phân tích dựa trên lưới phân tích ( Analysis Grid ). Phép phân tích này cho chúng ta kết quả phân tích chi tiết với từng thời điểm xác định theo yêu cầu.

Các kết quả này cho phép ta xác định được cụ thể mức độ tiên nghi của không gian dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau.

Từ đó có một góc nhìn sâu hơn đối với mức độ tiện nghi của công trình.

• Mean Radiant Temperature: thể hiện nhiệt độ tại một thời điểm xác định được thể hiện bằng mảng màu trên lưới phân tích

• Predicted Mean Vote (PMV): thông số thể hiện kết quả khảo sát thực tế đối với một môi trường cụ thể và ấn định mức độ bình chọn cho sự tiện nghi. Giá trị của PMV được đánh giá dựa trên thang điểm sau: +3 nóng; +2 ấm; +1 ấm nhẹ; 0 trung bình; -1 mát nhẹ; -2 mát; -3 lạnh (3).

• Predicted Percent Dissatisfaction (PPD): chỉ số biểu hiện phần trăm số người không hài lòng đối với điều kiện nhiệt của không gian được phân tích. Chỉ số PMV càng tiến về 0 thì chỉ số PPD càng giảm.

• Require Air Velocity: chỉ số thể hiện tốc độ gió cần thiết để đưa điều kiện nhiệt tại không gian đang được phân tích về lại mức tiện nghi.

PHÂN TÍCH GIÓ _ Prevailing Winds: Chức năng thể hiện dử liệu về gió của khu vực đặt công trình.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

D. QUY HOẠCH - THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG

Đối với thiết kế kiến trúc xanh thì đây là bước mở đầu quan trọng

để giải quyết phần nào bài toán bền vững. Việc bố cục tổng thể mặt bằng hay xác định giới hạn xây dựng, hình dáng và chiều cao công trình có thể giúp tận dụng một cách có hiệu quả các năng lượng tự nhiên như ánh sáng, gió… không chỉ cho bản thân công trình mà còn cho các công trình lân cận, đây cũng là một tiêu chí quan trọng trong kiến trúc xanh. _Vậy thế nào là thiết kế tổng mặt bằng theo tiêu chí bền vững? Nội dung phần này xin trình bày một số phương pháp phân tích có thể hỗ trợ trong thiết kế, nhằm hướng đến mục tiêu bền vững trong tổ chức mặt bằng tổng thể.

Nội dung nghiên cứu: _Lựa chọn những phương pháp cho rằng có thể áp dụng và hỗ trợ cho việc thiết kế kiến trúc xanh. _Cung cấp những thông tin về phương pháp: khái niệm, mục đích sử dụng, hiệu quả… _Liên hệ đối với Việt Nam: nên hay không nên áp dụng và áp dụng như thế nào thì hiệu quả… _Từ lý thuyết kiểm nghiệm lại trên phần mềm hổ trợ ECOTECT hay SOLIDWORKS, so sánh. _Hướng dẫn thực hiện và vận dụng vào thiết kế.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 8 I - SOLAR ENVELOPE

1. Khái niệm: _Solar Envelope là tập hợp những mặt phẳng tưởng tượng bao quanh chu vi khu đất xây dựng. Độ dốc của các bề mặt được điều chỉnh sao cho tránh che chắn ánh sáng trực tiếp của các công trình lân cận. _Solar Envelope còn được xem như là dung tích xây dựng tối đa trên một khu đất mà không gây ảnh hưởng đến việc chiếu sáng trực tiếp của các khu kế cận.

Khi công trình càng cao và mật độ xây dựng tăng thì khả năng chiếu sáng trực tiếp càng thấp, do đó solar envelope trên khu đất xây dựng gần giống một kim tự tháp. (4)

2. Mục đích sử dụng: _Quan tâm đến lợi ích chiếu sáng của các công trình lân cận cũng là một trong các yêu cầu của kiến trúc bền vững. _Solar envelope được sử dụng để quy hoạch chiều cao công trình, xác định giới hạn xây dựng trên một khu đất sao cho không gây cản trở việc chiếu sáng tự nhiên vào các khu xung quanh vào những khoảng thời gian quan trọng của ngày trong năm (thường từ 9h sáng đến 3 giờ trưa) _Việc tuân theo solar envelope trong thiết kế, nghĩa là xây dựng công trình trong phạm vi hình học solar envelope, trên thực tế không chỉ giải phóng ánh

sáng cho vùng lân cận mà còn giải phóng tầm nhìn, tạo các khoảng mở giữa các công trình cho phép dòng chảy của không khí đi qua, từ đó tận dụng được hiệu quả hơn năng lượng tự nhiên: mặt trời và gió, nâng cao chất lượng cuộc sống trong đô thị. Ngoài ra , nó còn mang đến một nhịp điệu mới trong thiết kế không gian đô thị. (5)

3. Cách xác định : _Xác định kích thước và hình dáng của Solar envelope phụ thuộc vào đặc điểm khu đất (hình dáng, vi trí, độ dốc…), thời gian trong ngày cần được chiếu sáng và mức độ che chắn được phép đối với các khu lân cận.

Bước 1: Cần thu thập các dữ liệu. + Hình dáng (kích thước) và vị trí (vĩ độ) khu đất, bề rộng các lối giao thông tiếp cận. + Altitude (cao độ) và azimuth (phương vị) của góc chiếu mặt trời vào các ngày: mặt trời ở vị trí thấp nhất (21 tháng 12) và cao nhất (21 tháng 6), tại thời điểm 9h sáng và 3h chiều (khoảng thời gian cần chiếu sáng trong ngày).

Trên thực tế, góc đo được vào các thời điểm 9h và 3h không chênh lệch nhau

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 9 bao nhiêu, để đơn giản, n, xem các góc đđó bằng nhau.

3pm Winter sun (3h chiều) (

Midday Winter sun (12h trưa)

Bước 2: Xác định. ương vị) v lên mặt bằng + Vẽ các góc (phương khu đất, chọn đúng hướng hư và thời điểm, tạo o thành các giao tuyến tuy và một đường sống ng nóc

altitude ltitude (cao đđộ)

azimuth (phương vị)

9am Winter sun (9h sáng)

Ví dụ: Thành phố Hồồ Chí Minh- Việt Nam: 21 tháng 12 9 AM: PV: 129.8 ̊ ; CĐ CĐ: 36 ̊ 3 PM: PV: -127 ̊ ; CĐ:: 32.4 ̊ 21 tháng 6 9 AM: PV: 67.2 ̊ ; CĐ:: 46.7 ̊ 3 PM: PV: -67.7 ̊ ; CĐ CĐ: 44.1 ̊

+ Xác định cao độ đường đư sống nóc.

Nếu đường sống ng nóc nằm hướng Bắcc – Nam, ta có thể tính được cao độ củaa nó dựa vào kích thướ ớc cạnh Tây-Nam củaa khu đất (cạnh X) theo bảng ng 1(xem phụ lục) Nếu đường sống ng nóc nằm hướng ng Tây – Nam, ta có thể tính được cao độ củaa nó dựa vào kích thướ ớc cạnh Bắc –Nam củ ủa khu đất (cạnh nh Y) theo bảng 1(xem phụ lục).

Dùng chức năng ăng Sun path path- diagram để lấy dữ liệu thiết kế.

Khi vị trí xây dựng ng di chuyển chuy dần từ vĩ độ Bắc xuống cận n đường đư xích đạo thì đường sống ng nóc di chuyển chuy từ phía Nam ra giữa khu đất.

Tương tự, khi vị trí xây dựng d di chuyển dần từ vĩ độ Nam lên cận c đường xích

SỔ TAY THI THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LƯ

Trang 10 đạo thì đường sống ng mái di chuy chuyển từ phía Bắc ra giữaa khu đấ đất.

Việt Nam có tọa độộ địa lý trải dài 23o23’ Bắc đến 8o27’ B Bắc theo hướng bắc nam, vậy nên đư đường sống mái bị lệch về phía ía Nam (như hình vẽ).

.

Nếu khu đất lệch ch so vvới hướng BN 45 độ, cao độ của đường ng ssống nóc được tính theo cạnh ngắn nhất, t, theo bảng 2 (xem phụ lục) được các giao tuyến + Sau khi xác định đư và cao độ đường sống ng nóc, ta có đư được khối hình họcc solar envelope như hình vẽ.

Việc xây dựng ng hình học h một solar envelopes trên thực tếế khá phức tạp, đặc biệt đối với khu đấtt có hình dáng phức ph tạp và địa hình dốc. c. Song quá trình này lại khá dễ dàng và độ ộ chính xác cao hơn khi sử dụng phầần mềm hỗ trợ ECOTECT, thậm m chí ta cũng có thể thực hiện bài toán nghịch ch để đ đánh giá mức độ che chắn của các kiếến trúc lân cận lên công trình xây dựng. ng.

Bài toán thuận: Tạo o solar envelope của c khu đất . o các mặt m giới hạn Bài toán nghịch: Tạo solar envelope cho vịị trí xung quah khu đất xây dựng, ng, các công trình kế k cận càng nằm trong giớii hạn h này thì càng gây ít ảnh hưởng, từ đó đ đánh giá được mứcc độ đ che chắn, và khả năng được chiếu u sáng trực tr tiếp của công trình.

Hình 1: Dựng mặt giớii hhạn cho vị trí xung quanh khu đất.

Hình 2: Dùng phương ương pháp Right-to-Light Analysis phân tích mứcc độ đ che chắn chiếu áng sáng tự nhiên vào khu đđất xây dựng theo biên độ màu từ xanh dương dươ đến vàng tương ứng với độ che ch chắn tăng dần. Kiến trúc lân cận càng cao tầ ầng càng hạn chế việc chiếu sáng tự nhiên cho công trình.

SỔ TAY THI THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LƯ

Trang 11 II - DAYLIGHTING ENVELOPE 1. Khái niệm: _Daylight envelope là gi giới hạn tối đa có thể xây dựng đượcc mà vvẫn đảm bảo sự chiếu sáng tự nhiên cho các công trình và khu đất xung quanh. _Daylight envelope gầần giống với solar envelope, điểm m khác nhau là solar envelope chỉ quan tâm đđến sự chiếu sáng trực tiếp, phu thuộc vào các góc chi chiếu mặt trời, còn daylight envelope quan tâm đến sự chiếu sáng tự nhiên, bao ggồm cả trực tiếp và gián tiếp, p, ph phụ thuộc vào cường độ chiếuu sáng yêu ccầu trong một khoảng phần trăm giờ trong nă năm. (6) 2. Mục đích sử dụng: ng: _Daylight envelope đư được sử dụng để định hướng tạoo hình, bbố trí các khoảng không gian mở phù hợ ợp cho công trình, từ đó đảm bảo sự chi chiếu sáng tự nhiên đầy đủ nhấtt cho các công trình và khu đất kế cận. _Daylight envelope còn được dùng trong quy hoạch để lựa chọnn chi chiều rộng đường và chiều cao mặt tiềnn các công trình sao cho đạt được hiệu quảả trong chiếu sáng đô thị.

3. Cách xác định: _Cách xác định daylight envelope tương tự với solar envelope envelope, điểm khác duy nhất là góc nghiêng củủa các mặt phẳng giới hạn.

Bước 1: Dữ liệu. + Vị trí (vĩ độ) củaa khu đđất. + Hệ số chiếuu sáng yêu ccầu (Daylight factor). + Phần trăm giờ trong nă năm đư được chiếu sáng (%) (từ 9h sáng đếến 5h chiều). + Hệ số chiều cao mặặt xác đường của công trình (H) trên chiềều rộng mặt đường (W) : H/W.

+ Có được các dự liệệu trên, tra bảng 3 (xem phụ lục) để xác định đ được góc của mặt phẳng giới hạn (spacing spacing angle) angle

Chia thành 3 nhóm: Low–medium– Low high.

LOW: Góc mở hẹp p cho những nh trường hợp đường rộng ng và nhà thấp th tầng, cửa sổ nhỏ và tường ngoạii thất th sẫm màu (phản xạ ánh sáng kém).

MEDIUM: Góc mở ở trung bình, được khuyến khích sử dụng ng với v kích thước cửa sổ trung bình và tường t ngoại thất sáng màu (phản xạ tốt). t).

HIGH: Góc mở lớ ớn hơn cho những trường hợp đường hẹẹp và nhà cao tầng, kết hợp với cửa sổ lớn l và tường ngoại thất sáng màu (phản n xạ x tốt).

Tùy theo điều kiện n khu đất đ để lựa chọn giá trị phù hợp. p. Giá trị tr này áp dụng cho tất cả các mặtt giới gi hạn daylight envelope.

Ví dụ: Thành phố Hồ H Chí Minh có tọa độ địa lý 10º22'13"–11º22'17" 11º22'17" vĩ độ Bắc. + Hệ số chiếu u sáng yêu cầu c là 1% + Chiều cao tối thiểu u của c công trình:( 3 tầng đế ) 12m + Chiều rộng mặt đườ ờng: 6m => (H/W): 12/6= 2 +Phần trăm giờ trong năm nă được đư chiếu sáng : 90 % Medium space angle: 70 Bước 2: Dựng ng các mặt m giới hạn theo chu vi giới hạn đượ ợc phép che chắn, giao các mặt phẳng ng sẽ tạo thành khối hình học Daylight aylight envelope.

SỔ TAY THI THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LƯ

Trang 12 III - OUTDOOR ROOMS (Winter outdoor rooms-summer outdoor rooms)

1. Khái niệm:

năng giữ nhiệt cho công trình đối với các nước ôn đới. _Outdoor rooms là những vùng không _Đối với các nước nhiệt đới như Việt gian bên ngoài nhà, đạt được sự tiện nghi Nam có mùa hè nóng, công trình càng phù hợp để tổ chức các không gian cho tạo được nhiều summer Outdoor rooms các hoạt động ngoài trời như sân trong, (vùng khí mát) tiếp xúc với bề mặt càng hiên, thềm nhà… Các vùng có khí hậu tăng khả năng trao đổi nhiệt và làm mát lạnh quan tâm đến Winter outdoor công trình. rooms, và Summer outdoor rooms đối _Winter outdoor rooms hay summer với vùng nhiệt đới nóng. Winter outdoor outdoor rooms đều phu thuộc vào hình rooms là vùng không gian âm áp bên khối công trình và hướng gió theo mùa. ngoài nhà vào mùa đông. Nó có thể được Khả năng giữ nhiệt hay tỏa nhiệt tỉ lệ xem là những vùng không khí vừa hấp thuận vào tốc độ gió tại đó. Vậy nên thụ được nhiệt năng từ ánh sáng mặt trời phân tích outdoor rooms ngay từ giai vừa có khả năng giữ nhiệt nhờ dòng đoạn thiết kế hình khối tổng thể có thể không khí qua đây bị hạn chế bằng cách giúp tận dụng hợp lý các vùng không tạo ra những vùng quẫn gió. gian tiện nghi bên ngoài nhà và có giải _Ngược lại, Summer outdoor rooms là giáp thiết kế phù hợp với tính chất khí những vùng không gian mát mẻ bên hậu . ngoài nhà vào mùa hè. Đó là những vùng không khí chuyển động mạnh, nhiệt 3. Cách xác định: _Xác định outdoor rooms tức là xác lượng nhanh chóng được phân tán và định các vùng không khí bên ngoài nhà không khí luôn được thay mới tươi mát theo tốc độ gió, vùng nào tốc dộ gió hơn. càng bé thì càng giữ nhiệt, vùng nào tốc 2. Mục đích sử dụng: dộ gió càng mạnh càng tỏa nhiệt tốt. Để xác định chính xác ta có thể sử dụng _Xác định outdoor rooms chính là xác các phần mềm hổ trợ như định vị trí tổ chức các không gian bán SOLIDWORKS hay ECOTECT. riêng tư hay bán công cộng cho các hoạt động bên ngoài nhà. Đối với kiểu bố cục chữ U, trường hợp _Bên cạnh, công trình càng tạo nhiều (1) (2) tạo nhiều vùng Winter outdoor winter outdoor rooms (hay vùng khí giữ rooms, công trình giữ nhiệt tốt, phù hợp nhiệt) tiếp xúc với bề mặt,càng tăng khả với khí hậu ôn đới.

Phân tích Outdoor rooms trên solid works: Trường hợp (3) tạo nhiều vùng Summer outdoor rooms, công trình thông thoáng tốt, phù hợp với khí hậu nhiệt đới.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 13 IV - NEIGHBORHOOD SUNSHINE

E-W Streets, deep lots 1. Khái niệm: _Neighborhood sunshine là sự tác động về mặt chiếu sáng giữa các công trình với nhau. _Khác với solar envelope và daylight envelope là xác định giới hạn xây dựng để tránh ảnh hưởng đến các công trình lân cận, neighborhood sunshine quan tâm đến tác động che chắn giữa các khối công trình để có giải pháp bố trí phù hợp E-W Streets, staggered setsbacks trên tổng thể chung. _Neighborhood sunshine được đảm bảo NORTH – SOUTH STREETS phụ thuộc vào hình dạng công trình, các khoảng không gian mở và định hướng giao thông nội bộ.

2. Mục đích: _Đây là khái niệm cần quan tâm trong thiết kế và bố cục mặt bằng tổng thể để đảm bảo sự chiếu sáng đầy đủ cho mỗi công trình trong tổng thể chung. _Mục đích cuối cùng là xác định xác vị N-S streets, duplexes trí và khoảng cách phù hợp giữa các khối công trình.

STEETS NOT ORIENTED TO THE CARDINAL DIRECTION 3. Thực hiện: + Nguyên tắc là bố trí các khối công trình không nằm trong phạm vị đổ bóng của các công trình xung quanh. + Bóng đổ của công trình có thể xác định được bằng cách sử dụng dồng hồ mặt trời, hoặc bằng cách xác định altitude (cao độ) và azimuth (phương vị) của góc chiếu mặt trời thấp nhất tương ứng với vĩ độ của khu đất xây dựng.

Noncadinal streets, southerly – oriented

EAST – WEST STREETS. buildings, angled lots Sử dụng chức năng Shadow Range Phân tích trên ECOTECT

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

E. GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC

Giaỉ pháp thiết kế kiến trúc nhằm tận dụng tối đa những điều kiện thuận lợi và hạn chế các yếu tố bất lợi của thiên nhiên và khí hậu để đảm bảo tiện nghi sinh sống cho con người. _Sử dụng tổ hợp mặt bằng và hình khối công trình, thiết kế kết cấu bao che để hạn chế bề mặt tiếp xúc với mặt trời, tránh bức xạ, hoặc giảm sự dẫn nhiệt trong vật liệu, tăng cường đối lưu nhiệt là giải pháp rộng và linh hoạt nhất.

Nội dung nghiên cứu: _Nêu ra các giải pháp tổ chức mặt bằng,không gian và các hệ thống làm mát thụ động. _Đúc kết các tinh hoa trong kiến trúc truyền thống hay trong các công trình kiến trúc đã được xây dựng ở những khu vực có khí hậu tương đồng, nhằm tìm ra các giải pháp có giá trị để kế thừa và phát triển vào kiến trúc hiện đại. _Kiểm tra lại các giải pháp bằng các phần mềm hỗ trợ như ECOTECT,SOLID WORKS..

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 14 I - CÁC GIẢI PHÁP LẤY SÁNG , LÀM MÁT 1. BỐ TRÍ CÁC KHÔNG GIAN SINH HOẠT NGOÀI TRỜI ( Locating outdoor rooms) _Bản thân các công trình có thể ngăn cản ánh sáng mặt trời và gió, từ đó tạo ra các môi trường vi khí hậu khác nhau. Vì vậy sự kết hợp giữa việc điều tiết gió và ánh sáng mặt trời có mối quan hệ mật thiết với việc xác định vị trí của các không gian sinh hoạt ngoài trời cùa công trình.

TH1: Hướng nắng và gió chếch nhau _Đối với các vùng có hướng gió và hướng nắng chếch nhau, những không gian này có thể được đặt ở hướng Bắc của công trình (đối với Bắc bán cầu), nơi có nhiều bóng râm và gió thổi xuyên suốt qua các không gian nhiều hơn. Đối với vùng khí hậu nhiệt đới nên có thêm giải pháp bao che cho không gian ngoài trời.

TH2: Hướng nắng và gió ngược chiều _Tại các vùng có hướng gió và hướng nắng ngược chiều nhau; đối với vùng ôn đới,không gian ngoài trời được bố trí ở phía Bắc công trình đồng thời phải có giải pháp để hướng dòng thông gió đi qua; đối với vùng nhiệt đới không gian ngoài trời có thể được bố trí như một kiểu sân trong và lệch về hướng Bắc của công trình để tận dụng bóng đổ của các khối xung quanh.

của công trình và có giải pháp mái che để tạo bóng đổ cho không gian ngoài trời

TH3: Hướng nắng và gió cùng chiềunah _Tại các vùng có hướng gió và hướng nắng cùng chiều nhau; đối với vùng ôn đới,không gian ngoài trời được bố trí ở hướng Đông hoặc hướng Tây của công trình; đối với vùng nhiệt đới không gian ngoài trời có thể được bố trí như một kiểu sân trong và lệch về hướng Nam .

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 15 2. CÔNG TRÌNH CÓ TÍNH NĂNG THÔNG THOÁNG (Permable building) _Công trình có thể đạt được tính thông thoáng bằng cách kết hợp các giải pháp mặt bằng và mặt cắt mở để thông gió ngang hoặc thông gió đứng hoặc kết hợp cả hai. (7)

_Biểu đồ trên cho thấy những giải pháp cung cấp thông gió ngang một cách nhịp nhàng cho các tòa nhà kiểu hành lang đơn (single-loaded), đôi (double-loaded) và lệch tầng (split-level ). Bất cứ khi nào luồng không khí bị cản trở bởi 1 phòng hoặc hành lang,có 3 giải pháp cơ bản sau: _Sự kết hợp tác dụng của việc thông gió ngang và thông gió đứng phụ thuộc phần lớn vào áp suất của luồng không khí đi qua. _Cụ thể,thông gió ngang có thể được sử dụng ở phía có gió và những phòng ở trên cao, trong khi đó thông gió đứng có thể được sử dụng ở phía khuất gió và ở dưới thấp.

+1)Sử dụng các cửa sổ con hoặc khoảng thông hơi ở phía trên. +2)Hạ trần của không gian xuống để tạo lưu thông. +3)Dùng giải pháp lệch tầng làm tăng khả năng thông gió chéo.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 16 3. MẶT BẰNG NG MÒNG VÀ TR TRẢI DÀI THEO HƯỚNG ĐÔNG ĐÔNG-TÂY (Thin plan+ East-West West plan) _Một tòa nhà vớii không gian đặc, mỏng trên mặt bằng,và đượ ợc kéo dài ra hết mức sẽ thuận lợi để đón nh nhận những con gió thịnh hành.Thực tế,đ ,điều này hiếm khi có thể thực hiện đượcc trong m mọi trường hợp ngoại trừ những ng tòa nhà nh nhỏ với một số ít vị trí bị cưỡng ép. _Việc sắp xếpp các phòng theo dạng mặt bằng mỏng sẽ có thể llấy được ánh sáng ban ngày vào từng ng không gian. _Một lượng lớnn ánh sáng có th thể chiếu sáng phầnn bên trong phòng m một phần phụ thuộc vào khoảảng cách đến cửa sổ,chiều cao của cửaa ssổ so với sàn,kích thước của cửa sổ,và sự phản chiếu của bề mặt phòng.Bề dày củaa tòa nhà khi thi thiết kế cũng cần cân nhắắc,đây là tiêu chí quan để đảm bảo tiệnn nghi chi chiếu sáng của công trình. _Khi nhu cầu về sự cân bbằng giữa việc bố trí các tấm kính đốii di diện với mặt trời của mỗi phòng với việcc hhấp thụ nhiệt của nó tăng lên thì nhu cầầu về việc tổ chức các phòng trong công trình ccả trên mặt bàng lẫn mặt cắt trở nên rrất cần thiết.

4. VÙNG ĐỆM (Buffer zones) -Những căn phòng òng có thể th chịu được sự dao động của nhiệtt độ đ được đặt tiếp cận với môi trường bên ngoài để đ bảo vệ các phòng khác vớii các nhiệt nhi độ nóng lạnh không tiện nghi.

- Mộtt vài không gian trong hệ h thống công trình có ít nhu cầu c về ổn định nhiệt do đặc thù sử dụng ng của c chúng.Những không gian này có thể th thường được sử dụng như là những ng vùng đệm đ giữ nhiệt giữa môi trường ng bên ngoài với v những không gian cần đượcc điều đ tiết nhiệt độ một cách cẩn thận.

- Nếu lớp vỏ bao che của c công trình được che mát đầy đủ ủ để tránh ánh nắng mặt trời ,thì nhiệt độ ộ tác động vào công trình từ bên ngoài là do con đường đư dẫn nhiệt và thông hơi.

-Những phòng tiếp p xúc với v bên ngoài có thể tận dụng điều kiệện vi khí hậu xung quanh công trình để làm nâng cao sự s tiện nghi của chúng bằng ng cách tận t dụng bóng râm do các tòa nhà bên cạnh c tạo ra.

ương pháp Comfort Analysis Sử dụng phương để xác định hiểu quả của c Buffer Zones SỔ TAY THI THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LƯ

Trang 17 5.ĐỘ SÂU CHIẾU SÁNG VÀO CÔNG TRÌNH (Deep sun) _Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào những công trình mỏng, các không gian trong công trình dễ nhận được ánh sáng hơn những công trình dày. _Mặt bằng có chiều sâu từ 2 phòng trở lên có thể được xếp so le để nhận ánh sáng vào từng phòng. Tường của từng phòng thường được dùng dể phản chiếu ánh sáng mặt trời.

Mặt bằng bố trí so le

_Một số ví dụ minh họa cho tiện nghi đạt được qua việc sắp xếp các phòng

Mặt bằng theo hướng Đông - Tây

Mặt bằng có phòng lớn đối diện hướng nam

Mặt bằng nối 2 không gian kề nhau theo hướng Bắc Nam

Mặt bằng liên kết các phòng có liên hệ với nhau

Mặt bằng có một phòng dài sâu ở giữa

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 18 6. ÁNH SÁNG PHẢNCH IẾU (Borrowed daylight)

• Tối ưu hóa khả năng lấy sáng cho các không gian sâu

_Dùng bề mặt của các bộ phận công trình để khuếch tán và hướng luồng ánh sáng tự nhiên nhằm đáp ứng các nhu cầu chiếu sáng của công trình.

Có thể dùng cho các trường hợp sau: • Che nắng và lấy sáng hướng Tây.

Không dùng bẫy sáng

• Các công trình bố trí mật độ lớn,cần tổ chức lấy sáng trên cao.

Có dung bẫy sáng

• Tổ chức lấy sáng gián tiếp cho các không gian không cho phép lấy sáng trực tiếp

Sử dụng phương pháp Show Solar Ray để xác định đường đi của tia sáng

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 19 II - CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG HỆ THỐNG LÀM MÁT THỤ ĐỘNG (Passive Cooling) 1.THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN (natural ventilation) + Thông gió ngang (Cross ventilation)

+ Thông gió đứng (Stack ventilation)

Khái niệm:

Khái niệm:

_Thông gió ngang xảy ra khi một tòa nhà được thiết kế để sử dụng gió tự nhiên được thổi vào từ 1 bên của tòa nhà và tham gia vào việc làm mát không khí trong tòa nhà.

_Thông gió đứng là sự di chuyển của không khí vào và ra khỏi tòa nhà,ống khói...dựa trên sự đối lưu của không khí.

_Các diện tích thông gió được phân phối, có một sự khác biệt áp lực giữa khoảng mở để hướng không khí vào - tức là nhiều khoảng mở nhỏ là tốt hơn so với một khoảng mở lớn. _Nếu cửa sổ được sử dụng, cần phải xem xét khả năng kiểm soát của chúng , thiết kế tiện dụng, và hiệu quả của các luồng không khí cho những người sinh hoạt trong không gian đó. _Đối với thông gió xuyên phòng, lưu ý rằng không gian cuối gió sẽ có không khí đã nhận nhiệt, ô nhiễm từ không gian đầu gió. Điều này có thể giới hạn chiều sâu của phương án thông gió xuyên phòng.

_Thông thường thông gió đứng có hiệu lực khá yếu, các khoảng thông gió phải lớn để giảm thiểu ma sát. _Trong các không gian cao, nhiệt độ của không khí có thể nóng hơn ở khu vực phía trên.Điều này gọi là sự phân tầng. Tuy nhiên nó có nghĩa là phòng đối diện với khu vực trên có thể bị tăng nhiệt không mong muốn. _Hiệu quả của thông gió đứng phụ thuộc vào sự khác biệt giữa nhiệt độ trung bình trong toàn bộ chiều cao của ống khói thông gió, không chỉ là nhiệt độ của không khí khi ra khỏi đầu trên của ống khói.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 20 Sự kết hợpp thông gió ngang vvới tường cánh: _Đối với trường hợp cử ửa không thể đặt ở hướng gió thổii chính và vvới những phòng chỉ có cửa sổ ở 1 bên tường, tường cánh (wing wall) có thể được sử dụng để thay đổi nhữ ững vùng áp suất dương ương và âm xung quanh ttòa nhà và hướng ng dòng cho gió th thổi xuyên qua khoảng mở song song vvới hướng gió chính.

Quy trình thiết kế: Quy trình này dựaa trên phương phươ pháp phân tích Spaces Load (Monthly Load/Discomfort) để đ xác định cũng như so sánh hiệu quảả của các giải pháp thiết kế khác nhau.

• Bước 1: Thiết lập p cấu c hình thông gió đứng theo giảii pháp thiết thi kế chung.

• Bước 2: Thiết lập p các đặc đ tính nhiệt (Thermal Properties) cho các không gian trong công trình. _Chọn Mixed-Mode Mode System cho giải pháp cân bằng nhiệtt (Active System). _Chọn giới hạn n nhiệt nhi độ tiện nghi (Thermostat Range). Với V khí hậu Việt Nam, có thể chọn từ 18 đến đ 29° C (8).

Sự kết hợpp thông gió ngang và thông gió đứng: _Kết hợp thông gió mộột bên với thông gió ngang(Single-sided sided and cross ventilation)

_Kết hợp thông gió ngang và đứng(Stack and cross ventilation)

• Bước 3: So sánh các kết k quả phân tích thu được từ Ecotect, chọn ch ra phương pháp thiết kế hiệu u quả qu nhất (cần ít nhiệt lượng nhất để làm ấm m hoặc ho làm mát các không gian).

Biểu u đồ đ Monthly Load/Discomfort

SỔ TAY THI THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LƯ

Trang 21 2. MÁI CHE (A layer of shades)

3.BẪY GIÓ

-Những mái che nằm ngang bảo vệ cho các khoảng sân và công trình khi góc chiếu mặt trời lớn;và các tấm che đứng tạo bóng râm cho công trình khi góc chiếu mặt trời nhỏ.

3.1.Bẫy gió windcatcher)

-Ở những vùng miền nhiệt đới,khi mà góc chiếu mặt trời lớn chiếm thời gian nhiều trong ngày thì giải pháp che nắng ngang có tác dụng hơn là giải pháp che nắng đứng hoặc các giải pháp tạo bóng râm bằng khối của công trình.Tuy nhiên,vào buổi sáng hoặc trưa các kết cấu che nắng đứng có tác dụng ngăn chặn những tia nắng mặt trời có góc chiếu nhỏ.

-Bởi vì mặt trời di chuyển trong suốt một ngày,phương tiện che nắng phải lớn hơn diện tích che nắng bên dưới nếu muốn nó che nắng được liên tục trong ngày.Diện tích của tấm che nắng tăng hay giảm phụ thuộc vào chiều cao đặt tấm che nắng so với diện tích cần che nắng bên dưới và phụ thuộc vào nhu cầu che nắng của người ở.

-Kích thước của tấm che nắng được tính toán dựa trên chiều cao của kết cấu che nắng so với mặt đất.

bằng

mái

(Roof

-Một loại bẫy gió(còn gọi là "ống khói" gió) được xây trên mái nhà.Ở một số nơi,người ta bắt gió đơn hướng hoặc định hướng để đón gió thuận lợi hoặc chặn các hướng mà từ đó có gió mát thổi qua sân vào phòng,trục xuất không khí cũ.

-Ở những nơi khác sử dụng những trụ đón gió xoay đa chiều từ các hướng cho đến khi nào đón được gió từ bất kỳ hướng nào.Thông thường,bẫy gió có hình vuông trên mặt bằng và có 4 trục nội bộ.

-Nguyên tắc tham gia hoạt động là đón gió một cách dễ dàng ở trên cao và chuyển nó xuống khu vực ở dưới của tòa nhà. Các ống dẫn tốt được xây dựng lớn để hấp thu nhiệt của không khí vào và không tiếp xúc với bức xạ mặt trời.Ngoài ra,chúng còn phải được trang bị phương tiện làm mát bay hơi,như bình nước,thảm ẩm,than ẩm để tăng hiệu quả làm mát.

-Lối vào của bẫy gió nên có các cánh cửa chớp để điều chỉnh sự di chuyển của không khí để bảo vệ chống lại việc quá quá lạnh hay quá nóng và chống cát.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 22 3.2.Bẫy gió giữa tường và lan can:

Một hốc tường,ngách ngang góc trên tường

hình 1

bên ngoài, ví dụ như trên sàn và trên lan can mái nhà, tạo ra một khe chạy dọc giữa hai cấu trúc. Những bẫy gió giữa tường hoặc lan can cửa hút gió hay một loạt trong số chúng có thể cho phép thông gió đứng thông qua các không gian nội bộ trong thời tiết ẩm ướt, trong khi vẫn giữ sự riêng tư trực quan. Cửa chớp là cần thiết để kiểm soát sự chuyển động không khí. Dọc trục không khí tích hợp vào tường cung cấp lưu thông không khí trong tòa nhà 3.3.Cơ chế hoạt động: - Bẫy gió là một loại nhân tố xanh để cung cấp các tính năng thông gió tự nhiên tốt hơn. Các tòa nhà chỉ với các cửa sổ mở thường có thông gió kém, đặc biệt là khi các cửa sổ nhỏ (như hình 1 (a) và (b)). Các Bẫy gió có thể thay đổi hướng gió chuyển không khí trong lành vào phòng (như trong hình 2). (9)

hình 2 :cấu trúc và cơ chế hoạt động của bẫy gió • Trong tháp lấy gió,không khí nóng đi vào tháp thông qua các khoảng mở phía trên của tháp,được làm mát,vì vậy không khí mát này trở nên nặng hơn và đi xuống.

• Lối vào và lối ra của các phòng gây ra sự di chuyển của dòng không khí mát.

• Trong sự hiện diện của gió, không khí được làm mát hiệu quả hơn và hút

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 23 4.HIỆU ỨNG SÂN TRONG (Courtyard Effect)

nhanh xuống tháp và vào các khu vực sinh sống.

• Sau một ngày trao đổi không khí,tháp trở nên nóng hơn vào buổi tối.

• Trong đêm,không khí lạnh tiếp xúc với đáy tháp thông qua các phòng.

• Các bức tường của tòa tháp hấp thụ nhiệt cả một ngày và tỏa nhiệt vào ban đêm,làm nóng không khí lạnh ban đêm trong tháp.

• Không khí nóng bay lên trên,và không khí lạnh đi xuống thông qua các cửa đi và cửa sổ vào công trình.

Giới thiệu: -Sân trong trong công trình la giải pháp làm mát truyền thống và có hiệu quả trong những nơi có khí hậu nóng,nơi mà có một lượng nhiệt lớn vào ban ngày.Sân trong cao cung cấp bóng râmvà buổi sáng tránh góc chiếu thấp của mặt trời vào buổi chiều.

• Hệ thống làm việc hiệu quả ở nơi có khí hậu nóng và khô và có biến động cao.

• Một tháp gió hoạt động tốt cho các đơn vị cá nhân không cho căn hộ chung cư nhiều tầng • Trong khu đo thị đông đúc,tháp gió phải dài để có thể đón đủ không khí vào.

•

Do sự bức xạ mặt trời trong sân,không khí trở nên nóng hơn.

•

Không khí mát từ sân ở tầng dưới được thổi xuyên qua các lỗ thông gió của các phòng xung quanh khoảng sân,do đó tạo ra dòng lưu thông không khí.

•

Vào ban đêm,diện mái bị nóng sẽ được làm mát bởi sự dối lưu và tỏa nhiệt.

• Bảo vệ khỏi bị mưa tạt là rất khó.

3.4. Kiểm tra bằng Solidworks:

•

Nếu sự trao đổi nhiệt này làm giảm nhiệt độ của bề mặt mái nhà để nhiệt độ,độ ẩm của không khí, sự ngưng tụ hơi ẩm không khí xảy ra trên mái nhà và khi tới giới hạn của việc ngưng tụ thì ta thành công trong việc làm mát.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 24 •

Nếu bề mặt mái nhà dốc vào phía trong sân ,không khí được làm mát sẽ hậ thấp xuống sân và đi vào các không gian sống thông qua các khoảng thông gió ở dưới thấp,được làm ấm lên và thoát ra khỏi phòng thông qua các khoảng thông gió ở trên cao.

•

Tuy nhiên cần quan tâm để sân không nhận sự bức xạ mặt trời quá lớn để tránh việc dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt trở ngược lại vào công trình.

•

Trong những ngôi nhà phương đông có sân điển hình,những hàng hiên bao xung quanh thường bao 2 hoặc 3 mặt của sân,và những hành lang chính bao quanh ở tầng một cũng giúp làm giảm việc giữ nhiệt trong suốt một ngày và cung cấp những diện tích được che mát.Tỷ lệ chính xác giữa chiều cao và chiều rộng sân nên luôn luôn cho phép sự che phủ một cách đầy đủ,ngay cả khi mặt trời mùa hè gần như chiếu trực tiếp trên đầu.

Khi khoảng sân được cung cấp nước và cây xanh thì nó hoạt động như một nguồn làm mát và có chức năng điều chỉnh vi khí hậu. (10)

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

F. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT – TỐI ƯU HÓA HIỆU QUẢ THIẾT KẾ

Giải pháp kỹ thuật có thể coi là một yếu tố quan trọng trong việc quá trình thiết kế công trình kiến trúc xanh , làm giảm nguồn năng lượng sử dụng, cũng như đáp ứng nhu cầu, tiện đối với người sử dụng công trình. _Việc lựa chọn các giải pháp về kỹ thuật phải được giải quyết sớm trong thiết kế vì nó ảnh hưởng lớn đến hình khối công trình, và bố trí mặt bằng. Đây là vấn đề cần được xem xét như một chiến lược lớn trong việc thiết kế và xây dựng mang hiệu quả năng lượng cao.

Nội dung nghiên cứu: _Nêu ra các giải pháp kỹ thuật cho chiếu sáng, cách nhiệt – làm mát, các hệ thống hỗ trợ sử dụng các nguồn năng lượng tự nhiên cũng như một số kết cấu bao che công trình. _Đề xuất một số qui trình thiết kế tham khảo ứng với giải pháp kỹ thuật lựa chọn. _Kiểm tra lại các giải pháp bằng các phần mềm hỗ trợ như ECOTECT

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 25 I - CÁC GIẢI PHÁP CHIẾU SÁNG 1. Ánh sáng _Kiểm soát sự phân bố ánh sáng ban ngày vào trong công trình là một phần trong nền tảng của thiết kế công trình kiến trúc xanh.

• Chiếu sáng trên cao cho phép ánh sáng khuếch tán trên khu vực lớn của công trình nên dễ đạt được yêu cầu về chiếu sáng.

• Chiếu sáng bên có xu hướng phức tạp hơn trong việc xác định kích thước, vị trí, độ truyền nhiệt ,đặc điểm, hiệu suất năng lượng của kính . _ Trong đó cần chú ý đến việc kiểm soát độ chói của ánh sáng khi đi vào trong công trình thông qua hệ thống lam che, ô văng, màn chắn, tấm phản xạ trên trần , lựa chọn kính và bóng đổ trong nội thất.

2. Phân vùng ánh sáng tự nhiên chiếu vào phòng

Sự phân bố ánh sáng trong không gian nội thất (11) _Ánh sáng chiếu vào phòng tại một điểm trong một không gian xây dựng cụ thể phụ thuộc vào các yếu tố thiết kế: • Biểu đồ biểu kiến mặt trời đối với khu vực, mối liên hệ đến các công trình xung quanh, thời điểm được tính toán.

• Kích thước,khẩu độ,vị trí, hướng của chiếu sáng của cửa số bên, cửa sổ mái.

• Hình dạng hình học phòng ( chiều cao, chiều rộng và chiều sâu ) • Hệ số truyền nhiệt và ánh sáng qua hệ thống kính.

• Hệ số phản xạ của các bề mặt trong phòng, những bề mặt ngoài ảnh hưởng đến ánh sáng.

• Hiệu ứng tăng việc chiếu sáng gián tiếp (light shelves )

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 26 Quy trình thiết kế đề xuất: • Liệt kê danh sách và xác định nhu cầu chiếu sáng các loại hình không gian sẽ có mặt trong công trình • Nhóm các phòng có nhu cầu chiếu sáng tương tự vào cùng khu vực dựa trên các yêu cầu về tiện nghi nhiệt.

• Tham khảo biểu đồ biểu kiến mặt trời và tác động của các công trình kiến trúc xung quanh.

• Thiết kế chiếu sáng, đảm bảo tiện nghi chiếu sáng tự nhiên đối với từng loại không gian Loại không gian Retail Meeting Room Restroom Office Gallery

Yêu cầu chiếu sáng

Thời gian sử dụng

AMBIENT High Low

TASK High 10 A.M.–5 P.M High 8 A.M.–5 P.M.

Low Low Low

Low 10 A.M.–5 P.M High 8 A.M.–6 P.M High 10 A.M.–5 P.M

Tiện nghi sáng của các không gian (12) • Sắp xếp hình khối công trình cho phép tối ưu hóa các khu vực cần đảm bảo chiếu sáng • Dùng phương pháp lighting analysis để kiểm ra hiệu quả thiết kế chiếu sáng tự nhiên qua thông số daylight factor .

• Áp dụng các giải pháp tăng cường khả năng lấy sáng ( bẫy sáng ) hoặc xem xét lại cách thức bố cục công trình.

• Có thể chứng minh tính hiệu quả bằng phương pháp advanced lighting

3. HÌNH THỨC LẤY SÁNG _ Hình thức này chủ yếu là tạo những khoảng mở trên tường và mái để ánh sáng tự đi vào trong không gian • Chiếu sáng trên cao – hình thức bẫy sáng _ Chiếu sáng trên cao là hình thức chiếu sáng thông qua hệ thống mái công trình, các mặt phẳng lấy sáng bao gồm cửa sổ mái (cách sắp xếp mái kính răng cưa tường cửa tò vò nhằm định vị bên trong một không gian ở phía trên cao). Hạn chế lớn nhất là nó chỉ áp dụng đối với tầng trên cùng của một tòa nhà. _ Chiếu sáng trên cao cần chú ý đến hệ thống điều tiết, làm giảm bức xạ mặt trời trực tiếp để hạn chế độ chói và giảm lượng nhiệt không cần thiết vào không gian.

• Chiếu sáng bên - hình thức cửa sổ _ Chiếu sáng bên là hình thức chiếu sáng sử dụng những khoảng mở trên tường qua hệ thống cửa sổ lấy sáng từ môi trường xung quanh (gồm cửa số,cửa sổ trên cao …) _ Thiết kế chiếu sáng bên cần kết hợp với một số hình thức lam che để giảm lượng bức xạ mặt trời ở phía tây, giảm độ chói của ánh sáng và lượng nhiệt không cần thiết xuất hiện trong công trình. Đồng thời cũng kết hợp với các hình thức bẫy sáng theo phương ngang để biến đổi nguồn sáng trực tiếp thành nguồn sáng gián tiếp – thứ cấp hỗ trợ phân phối và khuếch tán ánh sáng ban ngày trong phòng.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 27 4. HÌNH THỨC BẪY SÁNG THEO PHƯƠNG NGANG Hình thức này chủ yếu sử dụng các bề mặt hỗ trợ, làm thay đổi hướng đi của ánh sáng để đưa ánh sáng vào bên trong công trình.

4.1. Light shelves : sử dụng để phân phối đồng đều hơn ánh sáng ban ngày vào một công trình, tạo ra một mô hình chiếu sáng hiệu quả hơn bằng cách chuyển hướng ánh sáng và tăng sự khuếch tán ánh sáng

• Light shelves được sử dụng để phân phối đồng đều hơn ánh sáng ban ngày vào một công trình thông qua khoảng mở trên tường (thường là cửa sổ) bằng cách chuyển hướng ánh sáng ban ngày và tăng sự khuếch tán ánh sáng.

• Các hình thức, chất liệu và vị trí của bẫy sáng được xác định dựa vào nguồn sáng đến (góc cao độ mặt trời, góc chiếu ..)

• Light shelves có thể được đặt bên ngoài hoặc bên trong công trình hoặc cả hai, cần xem xét việc lắp kính ở mặt trên hoặc ở mặt dưới của Light shelves để tạo hiệu ứng thú vị.

Ánh sáng tự nhiên

Ánh sáng nhân tạo

• Light shelves có thể được thiết kế theo hình dạng bất kì dựa vào biểu đồ

chuyển động biểu kiến mặt trời theo mùa và theo từng không gian sử dụng để tạo hình mặt đứng công trình.

• Cần phối hợpkích thước,kiểu, và sự sắp xếp các khoảng mở trên tường, những mặt cạnh cửa, trần nhà, vật liệu ,đồ nội thất để đảm bảo ánh sáng được phản xạ qua hệ thống bẫy sáng • Trong những trường hợp khoảng cách nhà sâu , chiều cao trần nhà bị hạn chế sử dụng hệ thống light shelves từ hai phía sẽ rất có lợi.

- Định hướng : light shelves có thể đạt hiệu quả tốt nhất đối với phía nam - Chiều cao và góc nghiêng : light shelves được bố trí phía trên tầm mắt để làm giảm bớt ánh sáng chói từ bề mặt phản chiếu trên nó. Trong đó hệ thống nằm ngang được sử dụng rất phổ biến vì nó phân bố ánh sáng tương đối đồng đều, kiểm soát ánh sáng chói, hiệu xuất bóng và tính thẫm mỹ nhất định. Góc nghiêng của bẫy sáng thường ít và có thể cung cấp hiệu suất tốt hơn - Trần nhà : trần nhà cao rất thuận lợi chi những ứng dụng light shelf - Cửa sổ : cửa sổ cao hơn cho phép ánh sáng ban ngày thâm nhập càng vào sâu trong không gian. Light shelves , có thể được khuyến thích thiết kế bằng cách sử dụng hai tấm kính đồng thời kết hợp hệ thống những thanh đặt nghiêng một góc nhất định song song nhau đặt giữa các tấm kính để đảm bảo chất lượng ánh sáng chiếu vào phòng.

- Bề mặt:light shelf có bề mặt cong giúp tán xạ ánh sáng tốt hơn. Lam che nangHạn chế các nguồn sáng chói.

Qui trình thiết kế : • Xác định khoảng thời gian sử dụng ánh sáng bên ngoài, phù hợp cho mục đích sử dụng của không gian. Một light shelves ở phía trong sẽ giảm bớt cường

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 28 độ sáng của ánh sáng chiếu vào phòng, đặc biệt trong khu vực lân cận cửa sổ, phân phối ánh sáng nhiều sáng với độ tương phản thấp trong không gian thiết kế.

• Đối với hệ thống light shelves được bố trí trong nội thất ước tính chiều sâu của tấm phản xạ bằng chiều cao của kính ở phía trên. Cạnh dưới của khoảng mở cách trần nhà ít nhất 0,6m và chiều cao trần tối thiểu là 3m • Tạo một mô hình để kiểm tra hiệu quả ánh sáng theo thiết kế đề xuất .

4.2. Solar reflector • Là những bề mặt phản xạ, đưa ánh sáng từ ngoài vào nội thất qua các cửa lấy sáng.

•Mái và tường cũng có thể được sử dụng như những solar reflection.

• Các mặt phản xạ ngoại thất giúp làm tăng lượng bức xạ hấp thụ được vào bên trong công trình,phù hợp để sưởi ấm đối với vùng khí hậu lạnh • Ở Việt Nam có thể áp dụng ở khu vực miền bắc và bắc trung bộ do có mùa đông lạnh,vào mùa hè việc lấy sáng gián tiếp như vậy tránh được các bức xạ trực tiếp quá lớn.

• Lượng ánh sáng hấp thu được từ solar reflection qua các cửa lấy sáng phụ thuộc vào: góc chiếu mặt trời tới đối với bề mặt phản xạ và cửa lấy sáng, kích thước và độ phản xạ của các mặt phản xạ, vị trí công trình, vật liệu của bề mặt phản xạ.

Bề mặt phản xạ hoàn thiện Phản xạ (%) Polished aluminum 75-95 Aliminized mylar 60-80 Polished stainless steel 60-80 White porcelain enamel 70-77 Acrylic with aluminized 85 backing Aluminum foil 86 Electroplated silver, new 96 Tham khảo bảng 1 - Góc chiếu mặt trời tới đối với bề mặt phản xạ và cửa lấy sáng.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 29 4.3.Các bề mặt phản xạ trong phòng Xác định lượng ánh sáng phản xạ qua bề mặt

_ Một không gian có thể được điều chỉnh bởi hai đặc điểm : bề mặt hoàn thiện của vật liệu và kết cấu.Trong đó màu của bề mặt hoàn thiện có ý nghĩa quan trọng xác định số lượng ánh sáng phản xạ qua bề mặt. Kích thước của một không gian cũng có ảnh hưởng lớn đến phản xạ ánh sáng, không gian nhỏ hơn phản xạ ánh sáng tốt hơn không gian lớn. _ Trong các bề mặt phản xạ trong phòng, trần nhà có một vai trò quan trọng. Chọn lựa sơn hoặc vật liệu trần phản xạ 90% hoặc cao hơn để phân phối ánh sáng tối ưu trong không gian _ Các thông số tối thiểu cho thiết kế chiếu sáng tiết kiệm năng lượng thể hiện trong bảng vật liệu và màu nước sơn Material Reflectance Aluminum 85% Asphalt 5-10% Brick 10-30% Concrete 20-30% Gravel 20% Plaster, white 40-80% Water 30-70% Vegetation 5-25%

Color Reflectance White 80-90% Pale blue 80% Canary yellow 75% Lemon yellow 65% Dark cream 60% Light blue 55% Light brown 50% Light gree 50% Apricot 45% Apple green 40% Medium brown 35% Red – orange 30% Dark red, blue 15% Gray 15%

5. THIẾT BỊ CHE NẮNG _ Thiết bị che nắng sử dụng làm giảm đáng kể lượng nhiệt từ bức xạ mặt trời tác động đến công trình xây dựng nhưng vẫn đáp ứng được yêu cầu về ánh sáng vào công trình và thông gió tự nhiên.

_ Khi bức xạ mặt trời tác động đến một bề mặt, bức xạ có thể được phản xạ hấp thụ hoặc truyền qua phụ thuộc vào bản chất của bề mặt lựa chọn làm thiết bị che nắng. Thường gồm : thiết bị che nắng cố định, thiết bị che nắng di động

_ Một công trình có mặt tiền phía Bắc và phía Đông dài sẽ thuận lợi hơn trong việc che nắng đồng thời phía Bắc của một tòa nhà thường nhận ít bức xạ trực tiếp từ mặt trời hơn phía nam (đối với Bắc bán cầu) .Bên cạnh đó các hình thức mở cửa sổ hình khối của công trình cho phép công trình hoạt động như thiết bị che nắng của chính nó (sử dụng hình thức khối che khối)

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 30 _ Thiết bị che nắng cố định : Các thiết bị che nắng cố đinh nói chung đáp ứng được góc chiếu mặt trời vào mùa hè và mùa đông. + Thiết bị che nắng nằm ngang : đối với hệ thống lam ngang, các bề mặt phản chiếu ở phía trên cùng có thể vừa là thiết bị che nắng, có thể vừa phản chiều ánh sáng vào trong công trình, mang lại ánh sáng khuếch tán nhiều hơn cho nội thất đồng thời che được nắng ở phần lớn cửa sổ

+ Thiết bị che nắng thẳng đứng : thông qua chương trình tính toán, có thể xác định được hình dáng , kích thước cần thiết của lam đủ để đáp ứng yêu cầu công trình và tạo tính đa dạng cho mặt đứng

_ Thiết bị che nắng di động Biểu đồ chuyển động mặt trời được áp dụng vào các thời điểm khác nhau trong năm cho phép tạo ra một thiết bị che nắng theo mong muốn bằng việc sử

dụng các bộ phận điều chỉnh lưu động cho các thời gian khác nhau trong ngày hoặc trong năm để tối ưu hóa hiệu ứng bóng đổ. Hệ thống lam có thể di chuyển để nhận ánh sáng khi cần thiết hoặc để ngăn ánh sáng tùy vào từng thời điểm cụ thể ( tùy vào thời gian từng ngày và theo mùa trong năm )

Qui trình thiết kế • Xác định yêu cầu che nắng, không gian sử dụng, các yếu tố khí hậu, thiết kế vỏ bao công trình, tiện nghi nhiệt và ánh sáng • Xác định bóng đổ sẽ sử dụng làm hiệu ứng trong trang trí nội thất, ngoại thất hoặc là hệ thống riêng tách rời kết cấu công trình • Sử dụng phương pháp phân tích Shading Design Wizard để tự đề xuất phương án, xác định giới hạn tối thiểu kích thước lam che.

• Kiểm tra các đề xuất dựa vào những mô phỏng bằng máy tính.

• Hoàn thiện thiết kế các thiết bị che nắng đồng thời đáp ứng được các yêu cầu về ( ánh sáng tự nhiên vào, thông gió và thẫm mỹ , …

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 31 II - CÁC GIẢI PHÁP CÁCH NHIỆT & LÀM MÁT 1. HÌNH THỨC HẤP THU NHIỆT • Trực tiếp

Một số hệ số hấp thu nhiệt của vật liệu (bảng 2 ) • Gián tiếp

2. ĐỊA NHIỆT : Sử dụng trái đất như một nguồn để cải thiện hiệu suất của chu trình làm mát do nhiệt độ mặt đất ít biến động hơn so với nhiệt độ của không khí. _ Một hệ thống bơm nhiệt cơ bản gồm: một chu trình nén hơi nước làm mát không khí hoặc phân phối nước lạnh hiệu quả cho công trình và hệ thống ống dẫn (thường làm bằng polyethylene mật độ cao 20mm, cho phép chất lỏng hút nhiệt từ đất xung quanh làm giảm nhiệt trong những tháng mùa hè.) _ Bởi các lợi thế về cung cấp nhiệt bởi môi trường tốt dưới mặt đất, chiến lược này trình bày một sự thay thế năng lượng hiệu quả. Bơm nhiệt có thể được sử dụng trong nhiều loại công trình và hầu như ở bất kì khí hậu. _ Nhiều cấu trúc lắp đặt đường ống khác nhau được sử dụng : đường ống chạy

song song với mặt phẳng của mặt đất, đường ống thẳng đứng ( có thể giảm bớt chi phí ở những khu vực có nguồn nước ngầm dồi dào và cho phép kết nối với tầng nước ngầm đó).

_ Thiết kế qui hoạch là yếu tố quan trọng nhất khi phía dưới mặt đất có nguồn bơm nhiệt, thiết kế cảnh quan phải chú ý đến việc bảo vệ cho hệ thống ống , cung cấp bóng đổ, tránh tác động của năng lượng mặt trời.

Những điều cần chú ý : • Hạn chế ảnh hưởng đến các hệ thống khác ( cáp, điện, thoát nước, cấp nước, điện thoại,.. ) • Hệ thống có thể kéo dài từ 35 đến 50 năm nên cần lập kế hoạch mở rộng hoặc thay đổi chức năng trong quá trình sử dụng. Phát triển hệ thống ống dẫn nằm ngang làm cho việc phát triển trong tương lai gặp nhiều khó khăn).

• Nhiệt độ mặt đất: ảnh hưởng quan trọng đến kết quả của hệ thống, sự biến đổi nhiệt độ phụ thuộc vào chiều sâu khai thác, hiệu xuất nhiệt của hệ thống.

• Qui trình thiết kế : các kích thước của hệ thống bơm mặt đất là một vấn đề chuyên môn –kỹ thuật có thể tham khảo : Guideline for horizontal loops, Guideline for vertical loops, Guideline for flow rates

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 32 3. CÁCH NHIỆT CHO CÔNG TRÌNH _ External shading External shading là lớp che chắn bên ngoài cửa sổ, cửa kiếng lấy sáng, làm giảm bớt lượng hấp thụ bức xạ măt trời .

External shading có thể bố trí theo phương ngang, phương dọc hoặc kết hợp cả hai gọi là “egg crates” ( giống như giỏ trứng: gồm thanh ngang thanh đứng đan lại với nhau). Chiều rộng của external shading tỉ lệ với chiều dài bóng đổ trên tường cửa.

• Che chắn theo phương ngang phù hợp để cắt nắng vào mùa hè khi mặt trời ở cao, cho phép ánh sáng vào công trình để sưởi ấm vào mùa đông khi mặt trời ở vị trí thấp • Che chắn theo phương đứng có hiệu quả tốt nhất khi đặt ở mặt phía bắc.

• Che chắn kết hợp sẽ tận dụng được ưu điểm của cả hai, hiệu quả khi bố trí ở các mặt Đông, Tây, Bắc.

Tháp Price, Oklahoma KTS Frank Lloyd Wright

Toà nhà Millowner, Ahmedabad

Tháp Price : Sử dụng external shading theo cả phương ngang và phương dọc theo từng hướng của tòa nhà.Bố trí mặt che chắn đứng chủ yếu hướng bắc để điều chỉnh hướng sángkhi góc chiếu mặt trời thấp. Bố trí mặt che chắn ngang để cắt nắng có góc chiều tới lớn Toà nhà Millowner - KTS Le Corbusier :Sử dụng phối hơp “egg crates”.Thành phần đứng phát huy tác dụng che chắn

cho công trình vào đầu giờ trưa khi mặt trời ở cao, và thành phần ngang phát huy che chắn vào cuối giờ chiều khi mặt trời thấp ở hướng tây.

Phương pháp external shading giúp tránh ánh nắng chói, và giảm bức xạ mặt trời vào bên trong công trình, đồng thời nó cho phép khoảng 20% tổng bức xạ nhiệt được phép vào bên trong để chiếu sáng và sưởi ấm cần thiết.

• Để lựa chọn chiều dài cho mái hắt ngang, có thể tham khảo bảng (3) đối với mặt hướng Nam (áp dụng cho vị trí bán cầu Bắc) và bảng (4) đối với mặt Đông – Tây.

• Đối với mái hắt đứng, cánh nghiêng sẽ tác dụng tốt hơn so với cánh vuông góc với mặt Đông – Tây, muốn xác định góc nghiêng của cánh cần biết góc phương vị mặt trời. Từ đó xác định được khoảng cách cánh, chiều dài cánh và góc nghiêng cánh (tham khảo bảng phụ lục 5) • Sử dụng các phương pháp phân tích Shading Design Wizard để tự đề xuất phương án, xác định giới hạn tối thiểu kích thước lam che .

• Trong thiết cây xanh cũng được sử dụng che trước bề mặt công trình, giảm bức xạ nhiệt vào công trình, thông qua sự thoát hơi nước làm tăng độ ẩm không khí và làm mát bề mặt công trình

• Việc lựa chọn cây trồng rất quan trọng, cho phép ánh sáng đi vào công trình, có thể chọn cây thay đổi theo mùa ( tham khảo bảng thống kê 6)

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 33 Internal shading – In-between shading • Internal shading là lớp che chắn đằng sau cửa sổ, In–between shading : lớp che chắn nằm giữa hai tấm lấy sáng, chúng có tác dụng hạn chế bức xạ mặt trời vào công trình.

• External shading có hạn chế là dễ bị đóng bẩn và rất khó bảo trì. Sẽ thuận tiện hơn nếu các mặt che chắn đặt bên trong hay ở giữa các lớp lấy sáng, vừa đảm bảo che chắn , hạn chế được bức xạ vào mùa hè, vừa bảo vệ được khỏi sự tác động của thời tiết ,không khí và nâng cao hiệu quả , thời hạn sử dụng.

• Nếu màn che được đặt ở giữa tấm lấy sáng, hệ số che chắn thấp hơn so với đặt bên trong và cao hơn so với đặt bên ngoài, hệ số càng thấp thì khả năng chắn sáng càng lớn.

Ví dụ: Hệ số che chắn của màng che đặt ở ngoài là 0,14. Hệ số che chắn của màng che đặt ở giữa hai lớp lấy sáng là 0,33.Hệ số che chắn của màng che đặt ở trong là 0,58

• Bảng hệ số chắn sáng của màn che khi đặt bên trong và giữa hai lớp lấy sáng (tham khảo bảng 7) Đây là phương pháp phù hợp với đô thị Việt Nam vốn ô nhiễm và nhiều khói bụi.

Văn phòng làm việc Hass – kts Jo Coenen: Sử dụng một loại mái hắt đối xứng đặc biệt được thiết kế để chặn các tia sáng có góc tới lớn vào mùa hè và phản xạ các tia sáng tới thấp mùa đông vào phòng.bên trong lớp khính lấy sáng bố trí các màng che đóng vai trò như mái hắt để cắt và phản xạ ánh sáng.

4. VỎ BAO CHE NHIỀU LỚP _ Chiều dày vỏ bao che của công trình để đảm bảo cách nhiệt theo yêu cầu. _ Có 3 giải pháp cơ bản được sử dụng để cánh nhiệt cho công trình: • Cách 1: sử dụng vỏ bao che 2 lớp có lớp đệm không khí ở giữa giúp cách nhiệt tốt. Vỏ bao che có độ dày lớn _Tường có lớp xốp hoặc sợi thủy tinh. _Tường hai lớp.Cấu tạo tường xây hai lớp gồm hai lớp chịu lực xây bằng gạch nung đất xét hoặc bê tông nhẹ. Phần giữa hai lớp khối xây là lớp đệm không khí cách nhiệt

_ Tường gạch hai lớp, có đệm không khí ở giữa _ Tường hai lớp gạch và bê tông, có đệm không khí ở giữa.

Ứng dụng: Ở Việt Nam, từ vùng đồng bằng Bắc bộ trở vào Nam yêu cầu cấu tạo vỏ bao có đặc tính chống nóng mùa hè cho công trình. Do đó giải pháp tường hai lớp cách nhiệt được sử dụng phổ biến bởi đặc tính dễ thi công và hiệu quả tốt. Tuy nhiên hạn chế về độ

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 34 dày vỏ bao che chiếm nhiều diện tích. Để tiết kiệm chỉ cần sử dụng ở hướng nắng gắt (chủ yếu hướng Tây) có thể xây tường dày từ 20 đến 40 cm . Giữa tường, đặt lớp cách nhiệt bằng xốp hay khoảng trống tăng khả năng cách nhiệt.

• Cách 2 : sử dụng lớp cách nhiệt trên bề mặt vỏ bao che. Vỏ bao che có độ dày nhỏ.

Ví dụ: - Tường có lớp sơn cách nhiệt.

- Sơn phủ bên ngoài mặt tường hướng nắng tránh sử dụng màu đậm vì có hệ số hấp thụ nhiệt cao.

Bảng nhận xét:

Giải pháp vỏ bao che

Hướng Đông

Hướng Tây

Tường 2 lớp hay Tường có lớp cách nhiệt (đối với nhà biệt lập có sân vườn xung quanh giúp làm mát không khí)

Tường 2 lớp hay Tường hai lớp và cách nhiệt

Hướng Nam

Hướng Bắc

Tường có lớp cách nhiệt

Tường có lớp cách nhiệt.

Vật liệu cách nhiệt trong skin thickness Km/W

Tường gạch và lớp cách nhiệt Ứng dụng: Đây là một giải pháp tương đối hiệu quả, đơn giản và ưu điểm là diện tích vỏ bao che nhỏ. Có thể sử dụng ở các hướng nắng ít gắt hơn để cách nhiệt (hướng Đông, Nam. Bắc). Nhận thấy các công trình ở Việt Nam (hay các xứ nhiệt đới khác) thường sử dụng các tông màu sáng để hạn chế hấp thụ nhiệt.

• Cách 3: kết hợp cả hai cách trên. _Sử dụng đống thời cả hai phương pháp trên đảm bảo cách nhiệt tốt hơn cho công trình tuy nhiên có thể tốn kém. Do đó sử dụng kết hợp cho vỏ bao che ở hướng nắng gắt nhất, ở các mặt còn lại có thể sử dụng lớp cách nhiệt để đảm bảo kinh tế. Đây là giải pháp được dùng tương đối hiện nay để chống nóng cho công trình ở Việt Nam.

Btu - in

Qui trình thiết kế • Xác định các giá trị cách li tối thiểu được cho phép áp dụng trong qui chuẩn xây dựng • Dựa trên cơ sở những số liệu có sẵn thiết lập những giá trị thích hợp hơn, sử dụng những hướng dẫn thiết kế để phân tích thời gian sử dụng cũng như chi phí cho từng loại vật liệu.

• Xác định xem khả năng ảnh hưởng của việc tổ hợp vật liệu đến thiết kế • Xác định những tác động tốt hơn so với yêu cầu tối thiểu của không gian thiết kế.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 35 5. BAO CHE 2 LỚP (Double Envelopes) _ Trong khi lớp bên ngoài bảo vệ công trình khỏi thời tiết, cách âm thì không gian trung gian được sử dụng để làm giảm các tác động về nhiệt vào bên trong công trình thông qua việc sử dụng những khe hở và thực hiện thông gió cho không gian ở khoảng giữa hai lớp bao che.

Trong hầu hết các trường hợp, các thiết bị che nắng được đặt trong không gian trung gian này để có thể hoạt động tự do (nhưng phải đảm bảo khả năng tiếp cận và bảo trì). Lớp kính còn lại tiếp xúc với không gian bên trong là lớp cản nhiệt tối ưu ( cho hầu hết các vùng khí hậu) _ Kết cấu vỏ bao che hai lớp được dùng phần lớn trong những công trình có mặt đứng bằng kính trong suốt hoặc bán trong suốt. Kết cấu hai lớp này gồm lớp bao che phía ngoài, không gian đệm trung gian và lớp bao che phía trong.

_ Trong khi lớp bên ngoài bảo vệ công trình khỏi thời tiết, cách âm thì không gian trung gian được sử dụng để làm giảm các tác động về nhiệt vào bên trong công trình thông qua việc sử dụng những khe hở và thực hiện thông gió cho không gian ở khoảng giữa hai lớp bao che.

Trong hầu hết các trường hợp, các thiết

bị che nắng được đặt trong không gian trung gian này để có thể hoạt động tự do (nhưng phải đảm bảo khả năng tiếp cận và bảo trì). Lớp kính còn lại tiếp xúc với không gian bên trong là lớp cản nhiệt tối ưu ( cho hầu hết các vùng khí hậu)

_ Hầu hết các vỏ bao che hai lớp được thiết kế để tối đa hóa ánh sáng ban ngày và đồng thời kiểm soát sự tác động của ánh sáng mặt trời vì nó sẽ làm nóng không gian bên trong công trình. Không gian đệm được sử dụng trước hết như một vách ngăn bảo vệ cho các thiết bị che nắng khỏi những tác động của gió

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 36 và thời tiết, cô lập âm thanh trong môi trường đô thị, thay thế không khí cũ trong nội thất bằng cách thông gió tự nhiên qua các khoảng hở trêm mặt đứng công trình.

_ Năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi các thiết bị che nắng và sau đó được trả về môi trường bên ngoài bằng cách thông gió qua các khoảng hở của lớp vỏ bọc bên ngoài giúp giảm nhẹ nhiệt độ không khí, làm giảm nhẹ nhiệt độ của bề mặt kính trong nội thất, giảm tiêu hao năng lượng cho các thiết bị làm mát hoặc các hiệu ứng bất lợi trong các tòa nhà cao tầng. Hoặc có thể kết hợp bố trí tấm tế bào quang điện.

Qui trình thiết kế Phát triển ý tưởng thiết kế vỏ bao che hai lớp và xác định tiêu chuẩn thiết kế liên quan: tác động đến mặt đứng công trình, tiện nghi nhiệt và thị giác, hiệu quả năng lượng và hệ thống điều hòa không khí.

• Khảo sát điều kiện tự nhiên , xác định các mảng bao che cần sử dụng Double Enve lope • Xác định tiêu chuẩn tiện nghi nhiệt, thị giác, thẩm mỹ mặt đứng • Đưa ra giải pháp thông gió • Từ những cơ sở vừa xác định phát thảo được ý tưởng và mô hình mô phỏng để phân tích lựa chọn phương án tối ưu.

• Kiểm tra mức độ tiện nghi nhiệt bằng thermal analysis + lighting analysis

6. MÁI XANH (Greenroof)

_ Mái xanh là một lựa chọn mang nhiều tiện ích : cung cấp những giá trị cách li cao, giảm bớt hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, giảm dòng chảy, lưu lượng nước mưa trên mái công trình, cung cấp môi trường sống cho hệ thực vật địa phương _ Mái xanh có hai loại cơ bản : mái cỏ và vườn trên mái.

Vấn đề chung : _ Các lớp cấu tạo của một vườn trên mái có thể khác nhau tùy vào loại mái nhà cụ thể lựa chọn. Một lớp cách li sẽ được đặt phía trên tầng mái gồm : một lớp chống thấm, lớp bảo vệ chính, lớp thoát nước, một màn lọc và lớp cây trồng. _ Tùy thuộc vào trọng lượng đất , cây trồng có thể xuất hiện thêm lớp cấu trúc bổ sung ở trên lớp cách li và cẩn thận định vị vị trí màng ngăn hơi nước. _ Những cây có khả năng kháng cự cao, chiều cao thấp cần lựa chọn cho mái xanh _ Mái xanh góp phần giúp công trình chống lại sự tác động của năng lượng mặt trời.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 37 6.1. Mái cỏ

6.2. Vườn n trên mái

Mái cỏ có thể kếết hợp với nhiều hệ kết cấu mái như ư mái dôi, mái ddốc, mái cong, mái răng cưa, mái bằng ng …

_ Ưu : Có độ dày lớ ớp đất tương đối nông, làm cho chúng nh nhẹ hơn , ít tốn kém, và dễ duy trì hơn ơn so lo loại còn lại. _ Ưu : Loại mái nhàà này tạo t ra không _ Vì rễ cây gắn vớii các llớp lót bên dưới gian thú vị (vìì nó cho phép lựa l chọn tạo ra một thể thống ng nh nhất nên không cần nhiều ề loại ạ thực ự vật ật với vớ bảng ả màu đa phải làm thêm dằn chống ng llại áp lực trên dạng). kết cấu mái trừ khi mái nh nhà nằm trong • Vườn trên ên mái đem đ lại nhiều khu vực có gió cao bấtt thư thường, trên một hiệu quả hơn. Vì lớp đất đ có độ dày hơn nhà cao tầng hoặcc khu vvực ven biển. ớc mưa nhiều hơn _ Độ dốc : Loạii mái nhà này có th thể làm nên lưu giữ lượng nướ việc tại độ dốc lên đếến 350 . Hệ thống và cách nhiệt tốt hơn _ Độ dốc: Vườn trên ên mái chỉ ch khả thi này được áp dụng ng cho nhi nhiều loại nhà , có trên những tòa òa nhà có mái phẳng. ph thể được sử dụng ng trong ccả xây dựng mái _ Độ dày : có độ dày lớp l đất tương đối nhà mới và mái hiện hữ ữu. sâu khoảng ng 600mm, loại lo mái này không _ Độ dày : của lớp đấất trồng từ 50mm hạn chế về cây trồng ng mái cỏ, c thường đến 150mm , thường ng là hhỗn hợp cát, sỏi được làm nổi bật như ư một thiết kế cảnh và các chất hữu cơ. Cầnn thi thiết kế hệ thống quan của khu vườn ờn địa đị phương. Vườn thoát nước mưa và hệ thống bảo vệ cho trên mái có thể được ợc thiết thiế kếế như hình lớp mái. thức một công viên ên với v những không _ Khuyết : Hạn chế lớn nhất của loại gian mở ở có thểể tiếp cận cậ thường có mái nhà này là việc hạnn ch chế các loại thực những cây lớn hơn ơn mái cỏ, c đường đi bộ, vật, thường bao gồm m các lo loại cỏ, rêu và hệ thống nước tưới và à thoát thoá nước. các loại thảo mộc. _ Khuyết :Vì loạii mái này yêu cầu c lớp dất sâu nên trọng lượng ng mái nhà kết k hợp với trọng lượng ng cây , đất đ và nước nước làm cho chúng nặng ặng hơn h mái nhà thông thường. Điều này đòi òi hỏi h phải có một kết ế cấu ấ có khảả năng ăng chịu chị đựng đự được đ tất cả các tải trọng trên và tốn t kém hơn.

SỔ TAY THI THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LƯ

Trang 38 _ Vấn đề cần chú ý : • Chú ý giải pháp cấp nước, thoát nước • Nên sử dụng sàn âm hoặc giải pháp kết cấu cấu khác để đảm bảo độ dày mái xanh • Đảm bảo khả năng tiếp cận và bảo trì • Cây và các yếu tố mang tải nặng khác nên được đặt trực tiếp trên các cột hoặc dầm chính.

• Chú ý đến điều kiện tự nhiên của đại phươngvận tốc ( vận tốc gió, lượng mưa… ) để lựa chọn cây trồng thích hợp, và có hệ thống bảo vệ, neo chống.

Vật liệu lát cần nhẹ để giảm bớt khối lượng trên mái nhà.

Qui trình thiết kế • Xác định chức năng của mái xanh đối với dự án thiết kế .

• Xác định loại hình mái xanh nào (mái cỏ hoặc vườn trên mái) phù hợp cho chủ ý thiết kế , những chức năng mong muốn • Xác định chiều sâu đất cần thiết để hỗ trợ loại cây muốn trồng.

• Xác định các loại hình trồng mong muốn, dựa trên mô hình khí hậu (chiếu sáng của mặt trời, lượng mưa có sẵn và tốc độ gió theo mùa) .

• Ước tính trọng lượng của mái nhà theo mô hình đề xuất • Xác định hệ thống kết cấu cần thiết • Xác định lượng năng lượng mặt trời tác động lên mái công trình trong năm Xác định biểu đồ và mô hình đơn giản từ đó điều chỉnh vị trí khu vực mái xanh để đạt được yêu cầu tiếp xúc đầy đủ với mặt trời.

• Nếu các phương pháp tiếp cận mái xanh lúc này có tính khả thi, có thể tiến hành thiết kế đồng thời tính đến việc bảo trì và cấp thoát nước.

Mái cỏ tại đại học Nanyang- Singapore

Độ sâu tối thiểu của các loại cây khác nhau

Vườn trên mái tại công ty Mái xanh Vancouver - Canada

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 39 III – CÁC HỆ THỐNG HỖ TRỢ _Trong thế kỉ 21, những lo ngại và nhận thức của con người về vấn đề môi trường, biến đổi khí hậu, chất lượng không khí, cũng như những vấn đề về an ninh năng lượng quốc gia và chi phí ngày càng tăng của các loại nguyên liệu hóa thạch ngày càng trở nên cấp thiết thì việc sử dụng hệ thống hỗ trợ (sử dụng năng lượng mặt trời, tái xử dụng nước …. ) để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong công trình từ những nguồn hóa thạch ngày càng trở nên quan trọng. Đây là vấn đề cần được xem xét như một chiến lược lớn trong việc thiết kế và xây dựng mang hiệu quả năng lượng 1. HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI _ Hệ thống giúp chuyển đổi trực tiếp ánh sáng mặt trời thành điện năng , giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong công trình , nâng cao và đáp ứng một hình ảnh xây dựng mới.

1.1. Photovoltaic cell và solar panel • Giống nhau : đều thu năng lượng mặt trời để sử dụng trong công trình • Khác nhau: - Photovoltaic Cell (PV) là tấm pin năng lượng mặt trời gồm các tế bào quang điện có khả năng chuyển hóa ánh sáng mặt trời thành điện năng để sử dụng như một nguồn điện - Solar Panel có cấu tạo hấp thu nhiệt từ ánh sáng mặt trời để chuyển thành một ứng dụng dưới dạng nhiệt năng như đun nước trong máy nước nóng năng lượng mặt trời.

Các dạng tấm PV thường gặp • Dạng tấm mỏng: thông dụng nhất, thường được sử dụng dưới dạng vào hệ khung PV gắn trên mái hoặc mặt đứng công trình • Dạng thu tập trung: tương tự dạng tấm mỏng nhưng có thêm hệ thấu kính trên bề mặt nhằm mở rộng góc thu ánh sáng mặt trời, theo tính toán hiệu suất tăng thêm 30%.

• Dạng BIPV: sản phẩm tích hợp theo module, thường dùng như 1 viên ngói lắp trên mái, có độ hài hòa về thẩm mỹ cao.

1.TẤM MỎNG 2.THU TẬP TRUNG 3. BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAIC (BIPV)

SOLAR PANEL

PHOTOVOLTAIC CELL

_ Pin năng lượng mặt trời là công nghệ biến đổi trực tiếp điện năng từ ánh sáng mặt trời, không phát thải chất ô nhiễm ra môi trường ngoài

Tham khảo bảng 8 • Những module PV mờ hiện nay (bán trong suốt) tạo ra 1 phạm vi rộng hơn trong thiết kế : khả năng kết hợp sản xuất điện năng với việc chiếu sáng tự nhiện và tạo ra những hiệu ứng ánh sáng thú vị trong công trình .

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 40 1.2. Các giải pháp bố trí hệ PV trên công trình Gắn trên mái: Các lợi điểm khi bố trí hệ PV trên mái nhà: • Mái nhà thường ít gặp vấn đề đổ bóng che phủ hệ PV. • Về mặt thẩm mỹ, thường bố trí hệ PV trên mái đơn giản hơn trên mặt đứng • Độ dốc mái cỏ thể tùy chỉnh để tối ưu nhận nhiều ánh sáng Là một phần quan trọng trong quá trình thiết kế, để xác định độ nghiêng của hệ PV cần xác định độ nghiêng của ánh sáng khi chiếu đến của bề mặt công trình xây dựng dựa vào biểu đồ chuyển động của mặt trời tại từng khu vực

Gắn trên mặt đứng: Trên tường phẳng: theo module và tiết kiệm chi phí xây dựng. _Mặt đứng công trình ngoài chức năng bao che còn có chức năng điều chỉnh, kiểm soát : ánh sáng ban ngày, thông gió, thu nhiệt từ mặt trời giữ nhiệt cho công trình, tạo thẩm mỹ… Vì vậy sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời trên mặt đứng của công trình phải giải quyết những vấn đề đặt ra như sau bằng một hệ thống thích hợp • Màu sắc ,hình dạng, kích thước • Thời tiết, độ kín • Tải gió • Độ bền, bảo trì • An toàn trong xây dựng và sử dụng ( lửa, điện…)

• Chi phí xây dựng _Việc xác định hệ thống pin năng lượng mặt trời phải được tính đến như một phần quan trọng của hệ thống xây dựng, được thảo luận từ đầu của quá trình thiết kế. Các hình thức sử dụng tấm pin năng lượng mặt trời trên mặt đứng công trình

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 41 làm sạch bề mặt giống như những bằng kính hay kim loại trên các tòa nhà.

PV module

PV connection box

Moveable sunshades : hệ thống lam có thể tự chuyển động theo chương trình đã định để lấy được tối đa ánh sáng chiếu, thông gió vào mặt đứng công trình, phù hợp với góc chiếu của mặt trời.

Rainscreen system : là một hệ thống kết hợp tốt với module PV, với những khoảng đệm rỗng ở giữa sẽ giúp giữ nhiệt cho pin ở mức độ nhất định . Hộp nối được đặt phía sau tấm pin năng lượng mặt trời. Để hạn chế sự có mặt của nước ở phía sau tấm pin ta cần tạo một áp lực thích hợp. Hệ thống pin năng lượng mặt trời sử dụng ở dạng lắp thẳng đứng này không cần bảo trì (làm sạch). Ở một số điều kiện điạ phương, mưa mang chất bẩn , làm giảm lượng điện cung cấp cho công trình ta cần xem xét

Stick – system curtain walls Môđun PV có thể được kết hợp vào hệ thống tường kính. Để tránh vỡ kính do sốc nhiệt, các tấm kính sẽ được lắp bằng kính có tính năng xử lí nhiệt. Việc xây dựng bằng kính hai lớp cũng cần tính đến tải trọng khác như tải gió và tác động từ tòa nhà. Nếu mô-đun PV được lắp vào hệ khung của tường kính thì phía sau cần đảm bảo thoát nước và sự cân bằng về áp suất.

Hiệu quả của hệ thống PV (pin năng lượng mặt trời) chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố nhưng quan trọng nhất là lượng ánh sáng trực tiếp chiếu vào bóng đổ của khối công trình và công trình lân cận lên công trình thiết kế.

Ảnh hưởng của việc bị che bóng hệ PV SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 42 1.4. Một số chú ý trong việc lựa chọn vị trí đặt pin năng lượng mặt trời • Đối với mảng trên mái, đặt những khối cao ( phòng thang máy, bể chứa nước, vị trí thông gió ...) ở những hướng hạn chế tối đa bong đổ lên tấm pin năng lượng mặt trời.

• Trên mặt đứng, lựa chọn những vị trí, hướng chịu ảnh hưởng của mặt trời nhiều nhất, tránh sử dụng những cây lớn để tránh bóng đổ dài trên mặt tường lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời.

• Pin năng lượng mặt trời hoạt động tốt nhất nếu chúng được chiếu sáng đồng đều. Nếu bị che phủ và bóng đổ lên thì sản lượng điện tạo ra sẽ bị giảm đáng kể.

• Lam che nắng là những vị trí tốt để đặt những tấm pin năng lượng mặt trời vì độ nghiên nhất định và việc thông gió cho hệ thồng PV. Vấn đề chính là hạn chế bóng đổ của những lam che lên nhau theo một góc nắng mặt trời để tránh việc giảm hiệu quả trong khi sử dụng.

Khoảng cách và độ vươn, xiên của hệ thống đỡ và module PV được tính toán dựa vào biểu đồ chuyển động biểu kiến của mặt trời để lam che không đổ bóng lên nhau cũng như không đổ bóng lên tấm pin năng lượng mặt trời ở những thời điểm mặt trời hơi vuông góc với nền đất.

• Việc thiết kế cần xem xét và tính đến khả năng bảo trì các module PV, các lối đi bảo trì thiết kế để chịu được tải trọng của người.

Thông qua các khái niệm về một “ giải pháp hữu cơ”, các kiến trúc sư muốn phát triển mặt đứng công trình có thể tạo ra ánh sáng từ nguồn năng lượng hấp thụ bởi chính mặt đứng của nó, nhằm tạo sự tương tác giữa mặt đứng công trình với bên trong và các không

gian công cộng ở bên ngoài.

Moudule PV lúc này đóng một vai trò quan trọng .

Sử dụng phương pháp Solar Access Analysis để xác định vị trí tối ưu đặt tấm PV Qui trình thiết kế _ Xác định các bề mặt hấp thụ nhiệt chính của công trình bằng solar Access Analysis _ Xác định giải pháp bố trí các tấm PV (trên mái, tường hoặc hệ lam che… ) _ Tính toán các giải pháp kỹ thuật phụ trợ.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 43 2. TÁI SỬ DỤNG NƯỚC MƯA _ Sử dụng nước mưa là giải pháp toàn diện cho các vấn đề về tài nguyên nước và môi trường ở đô thị nhằm phục hồi được sự tuần hoàn nước tự nhiên. _ Mặt đất bao phủ hoàn toàn bằng nhựa đường và bêtông là một khuyết điểm rất lớn , nó không cho nước mưa thấm xuống đất. Và hậu quả nghiêm trọng mà nó gây ra là nhiều thành phố nóng, khát và hay lụt lội. _ Hệ thống thu gom nước mưa gồm các chức năng: • Thu gom nước mưa • Có bể chứa nước mưa • Phân loại nước mưa Mức độ sạch A

B C

Nơi thu nước mưa Mái nhà + tường bên Sân, nhà bãi đỗ xe Đường xá

• Thu nước mưa từ phía tường ngoài theo phương thẳng đứng của tòa nhà.

• Sử dụng những bức tường bêtông rỗng để chứa nước có hình dạng như hàng rào vừa kết hợp tạo mảng xanh

Cách sử dụng nước mưa Dùng trong nhà vệ sinh, tưới cây, và các mục đích sử dụng khác Dùng trong nhà vệ sinh, tưới cây Dùng trong nhà vệ sinh, tưới cây

• Cấp nước mưa tới các nơi dùng • Có đường ống chảy tràn khi trời mưa lớn • Có thể bổ sung bằng nguồn nước máy thành phố khi thiếu nước mưa • Có thể tách nước mưa nhiễm bẩn khi trời bắt đầu mưa.

2.1. Các cách thu gom nước mưa đề xuất • Sử dụng kênh nước • Tận dụng cấu trúc của hệ thống mái • Xây dựng bể chứa cho công trình (có thể là bể nổi hoặc bể ngầm với hệ thống ống dẫn )

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 44 2.2. Những vấn đề cần chú ý khi thu gom nước mưa • Thu gom nước mưa từ mái nhà cần lựa chọn vật liệu không phát triển nấm mốc.

• Nếu sử dụng bể ngầm thì vật liệu bể là bê tông cốt thép đổ tại chỗ. Bể có thể được kết hợp vào cấu trúc xây dựng của tòa nhà ở tầng hầm hoặc dưới hiên nhà • Đối với những bể nhỏ : bể chứa nước mưa có thể sử dụng ở những không gian chết Sử dụng những bức tường bêtông rỗng để chứa nước có hình dạng như hàng rào vừa kết hợp tạo mảng xanh 2.3. Các giải pháp cần nghiên cứu để tận dụng nguồn nước mưa và quản lý tối ưu hệ thống thoát nước • Xây các khu vực trữ nước mưa và hệ thống tưới nước tự động; • Giảm bớt diện tích bê tông hóa không cần thiết và thay thế bằng các thảm thực vật • Sử dụng các hệ thống thoát nước tự nhiên, bền vững • Tăng mật độ cây xanh, thay thế các vật liệu không thấm bằng vật liệu có tính thấm cao • Tận dụng lại nước mưa từ mái nhà hoặc cho chảy qua các lớp thấm để lọc bớt ô nhiễm • Trồng các thảm cỏ kết hợp với thiết bị lọc cát

3. TÁI SỬ DỤNG NƯỚC ĐÃ QUA SỬ DỤNG _ Nước qua sử dụng được phân làm hai loại : nước xám và nước đen.

• Nước xám : bao gồm nước thải từ chậu rửa, vòi tắm, máy giặt, và những thiết bị kỹ thuật vệ sinh khác (không bao gồm nước từ xí ) • Nước đen : nước thải qua xí _Nước xám có thể được tái sử dụng vì chứa ít tác nhân gây bệnh và phân hủy nhanh nhưng nước . Tái sử dụng nước xám được xem như một chiến lược kinh tế, mà hiệu quả của nó là làm giảm mức tiêu thụ nước của tòa nhà bằng việc định hướng tái sử dụng nước thải thích hợp và góp phần làm giảm tải hệ thống nước thải trong toàn bộ tòa nhà Nước thải

Đầu tiên Quá trình vật lý loại bỏ một số chất hữu cơ và chất rắn .

Thứ hai

Thứ ba

Quá trình sinh học loại bỏ chất hữu cơ còn sót lại và một số chất rắn bằng vi sinh vật

Quá trình vật lý , sinh học và hoặc hóa học tiếp tục loại bỏ các vật

Nước tái chế

_ Để thực hiện tái sử dụng nước, cần xây dưng hai hệ thống nước thải, hệ thống dành cho nước xám, nước đen , và hệ thống lưu trữ , xử lí nước xám trước khi qua tái sử dụng.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 45 4. BỀ MẶT VỈA HÈ CÓ KHẢ NĂNG THẤM NƯỚC _ Việc tạo các bề mặt vỉa hè có khả năng thấm nước tốt sẽ tạo ra nhiều lợi ích đối với môi trường như: • Giúp đảm bảo lượng nước ngầm trong lòng đất.

• Làm tăng khả năng thoát nước mưa.

• Làm giảm tác động của việc bê tông hóa đô thị.

Green Driveway _ Với đặc tính thoát nước tốt, đồng thời có khả năng chịu lực cao, các bề mặt này được sử dụng ở nhiều qui mô từ những sân vườn đến bãi đổ xe, đường đi bộ, ….làm giảm bớt khối lượng bê tông và nhựa đường, giảm lượng nhiệt tác động vào công trình, đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển những mảng xanh.

Mặt cắt qua vỉa hè xốp tiêu biểu: nhựa đường xốp, cốt liệu mịn, đá thô, bề mặt đất. _ Chúng ta có thể tạo được những bề mặt thấm nước bằng bê tông xốp ( porous concrete) hoặc các mảng vỉa hè xanh (green driveway). Những bề mặt này ngày càng được quan tâm đặc biệt trong việc thiết kế một công trình xanh như một cách nhằm giảm lượng nước mưa tràn chảy xuống hệ thống thoát nước chung của đô thị .

Các lớp cấu tạo của Green Driveway Bê tông xốp có khả năng thấm nước

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 46 IV - KẾT CẤU BAO CHE

Vai trò của kết cấu bao che: Kết cấu bao che đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế kiến trúc nói chung và kiến trúc xanh nói riêng. Nó không chỉ ảnh hưởng đến thẩm mỹ, mà còn đến tính bền vững của công trình .

Thông số kỹ thuật của vật liệu trong Ecotect:

Việc sản xuất vật liệu xây dựng là một trong những tác nhân lớn nhất dẫn đến sự tàn phá môi trường, đồng thời thải một lượng lớn khí CO2 ra môi trường gây hiệu ứng nhà kính.

Kết cấu bao che đóng một vai trò quan trọng đến khả năng cách nhiệt của công trình, tạo nên điều kiện tiện nghi vi khí hậu bên trong công trình, qua đó ảnh hưởng đến lượng điện năng tiêu thụ của công trình.

Do đó lựa chọn kết cấu bao che một cách khôn ngoan sẽ góp phần vào sự bền vững của công trình.

Ảnh hưởng của kết cấu bao che đối với tiện nghi nhiệt của công trình:

Biểu đồ Hourly Temperature Profile với 2 lựa chọn kết cấu bao che khác nhau cho cùng một công trình. (Nét đậm thể hiện sự biến đổi nhiệt độ trong ngày)

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 47 Tường gạch: Đây là loại tường được xây từ gạch ống có kích thước 8x8x18mm. Chiều dày của tường gạch có 2 loại thông dụng là 110mm và 220mm. Ưu điểm: Cách nhiệt, cách âm tốt, khả năng chống cháy tốt.

Nhược điểm: Khối lượng riêng lớn.

Việc sản xuất gạch xây ảnh hưởng lớn đến môi trường tự nhiên cũng như tài nguyên đất.

Thông số kỹ thuậ tường gạch 220mm

Tường bê tông nhẹ (gạch không nung): Đây là loại tường được xây bằng những block bê tông nhẹ, có nhiều kích cỡ khác nhau tùy theo nhu cầu. Ưu điểm: Thi công nhanh, khả năng cách nhiệt tốt, khả năng chống cháy tốt, khối lượng riêng chỉ bằng 1/3 so với tường gạch.

Nhược điểm: Giá thành cao, chưa phù hợp với thói quen của người tiêu dùng Việt Nam.

Thông số kỹ thuật tường bê tông nhẹ

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 48 Tường bê tông toàn khối:

Tường 3D Panel

Đây là loại tường được đổ bằng bê tông toàn khối (Cast-in-place concrete).

Đây là loại tường được xây bằng các tấm panel 3D, gồm một lớp Polystyrene ở giữa có tác dụng cách âm, cách nhiệt, và đóng vai trò như cốp pha cho 2 lớp bê tông ở 2 bên.

Ưu điểm: khả năng chịu lực rất lớn, có giá trị thẩm mỹ cao trong kiến trúc hiện đại.

Khuyết điểm: giá thành cao, thi công phức tạp. Khả năng cách nhiệt không cao.

Thông số kỹ thuật tường bê tông toàn khối 200mm

Ưu điểm: Thi công nhanh, khả năng cách nhiệt, cách âm tốt, khả năng chịu lực cao, Nhược điểm: Giá thành cao, chưa phù hợp với thói quen của người tiêu dùng Việt Nam.

Thông số kỹ thuật tường 3D Panel

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 49 Mái ngói:

Mái bê tông

Mái bao gồm một hệ vì kèo có vai trò như một khung đỡ cho lớp ngói bằng đất nung ở phía trên. Hiện nay ở nhiều nơi, hệ vì kèo được thay bằng mái bê tông nguyên khối.

Mái được đổ bê tông toàn khối hoặc lắp ghép, có thể là mái bằng hoặc mái dốc.

Ưu điểm: là giải pháp thông dụng đối với người dân Việt nam.

Khuyết điểm: giá thành cao, thi công phức tạp. Khả năng cách nhiệt không cao.

Thông số kỹ thuật mái ngói

Ưu điểm: thi công thuận tiện, có khả năng tạo hình phong phú, khả năng chống thấm, cách nhiệt và chống cháy tốt.

Nhược điểm: khả năng cách nhiệt không cao, làm nặng kết cấu.

Thông số kỹ thuật mái bê tông

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

Trang 50 Mái 3D Panel:

Mái xanh

Mái cấu tạo từ một lớp lõi bằng Polystyrene có vai trò cách nhiệt và làm cốp pha cho hệ khung thép được phun bê tông bên trên và bên dưới.

Là loại mái được cấu tạo bởi sàn bê tông cốt thép và các lớp cấu tạo đặc biệt được xử lý để có thể trồng các loại thực vật lên trên.

Ưu điểm: dễ thi công, trọng lượng nhỏ hơn so với mái bằng bê tông. Khả năng cách nhiệt tốt.

Ưu điểm: cách nhiệt tốt, tạo cảnh quan, thân thiện môi trường.

Khuyết điểm: giá thành cao, không phù hợp với thói quen sử dụng của người Việt Nam

Thông số kỹ thuật mái 3D Panel

Nhược điểm: làm tăng trọng lượng kết cấu, thi công phức tạp, giá thành cao.

Thông số kỹ thuật mái bê tông

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

I

………………… …………………PHỤ LỤC…………………

A. QUY HO HOẠCH THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG NG Bảng 1

Bảng 2

SỔ TAY THI THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG ĂNG LƯỢNG LƯ

II

SỔ TAY THI THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG ĂNG LƯỢNG LƯ

III

Bảng 3

SỔ TAY THI THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG ĂNG LƯỢNG LƯ

IV

C. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT - TỐI ƯU HÓA HIỆU QUẢ THIẾT KẾ Bảng 1

Bảng 2

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

V

Bảng 3

Bảng 4

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

VI

Bảng 5 Bảng thống kê hệ số mức độ che chắn của các loại cây theo mùa đông và hè

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

VII

Bảng 6

Bảng 6

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

VIII

VẬT LIỆU LIGHTING ANALYSIS

1.Lựa chọn chế độ Natural Light Levels

2.Chọn thông số Sky Illuminance

RIGHT-TO-LIGHT ANALYSIS

1. Chọn phương pháp Solar Envelope

2. Chọn phương thức thể hiện

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

IX

SOLAR ACCESS ANALYSIS

SOLAR EXPOSURE

1. Lựa chọn hình thức phân tích 1. Lựa chọn phương pháp phân tích

2. Lựa chọn thời điểm tính toán 2. Kết quả với Average Daily

3. Kết quả Total Monthly

4. Kết quả với Full Hourly SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

X

THERMAL ANALYSIS

COMFORT ANALYSIS

1. Lựa chọn đối tượng phân tích

1. Lựa chọn hình thức phân tích

2. Lựa chọn hình thức phân tích

2. Mean Radiant Temperature

3. Lựa chọn thời điểm thân tích

3. Predicted Percent Dissatisfaction

4. Predicted Mean Vote

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

XI

SOLIDWORKS

1. Mô phỏng công trình và đường hầm lưu thông dòng lưu chất

4.Thiết lập đầu vào và đầu ra cho dòng lưu chất

2. Thiết lập mô phỏng dòng lưu chất

5. Thực hiện mô phỏng lòng lưu chất.

3. Thiết lập các thông số cho mô hình

6. Kết quả mô phỏng thu được.

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

H. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Environmental Information Administration (2008), EIA Annual Energy Outlook, US Geologycal Survey Data (2000) 2000 Data 2. PGS.TS. Phạm Đức Nguyên. Kiến trúc sinh khí hậu. 2002, trang 116 3. www.engineeringtoolbox.com 4. Sun, Wind & Light: Architectural Design Strategies, 2nd Edition by G.Z. Brown, Mark DeKay, page 89 5. The Solar Envelope by Ralph L. Knowles - Professor Emeritus of Architecture University of Southern California .

6. G.Z. Brown, Mark DeKay. Sun, Wind & Light: Architectural Design Strategies, 2nd Edition, page 110 7. Edition G.Z. Brown, Mark DeKay. Sun, Wind & Light: Architectural Design Strategies, 2nd, page 146 8. PGS.TS. Phạm Đức Nguyên. Kiến trúc sinh khí hậu. 2002, trang 77 9. http://EzineArticles.com 10. Ralph L. Knowles. Aesthetic III: A Natural Architectural Language 11. Alison G. Kwok, AIA and Walter T. Grondzik . The Green Studio Handbook Environmental strategies for schematic design.

12. Jerry Yudelson - S.Richard Fedrizzi. The green building revolution

SỔ TAY THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG