BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP. HỒ CHÍ MINH

…………………………

TRẦN TẤN PHÁT

GIẢI PHÁP THIẾT KẾ THỤ ĐỘNG ĐÁP ỨNG TIỆN NGHI

NHIỆT CHO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TẠI THÀNH PHỐ

HỒ CHÍ MINH

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC

TP. HỒ CHÍ MINH – 2021

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP. HỒ CHÍ MINH

……………………………

TRẦN TẤN PHÁT

GIẢI PHÁP THIẾT KẾ THỤ ĐỘNG ĐÁP ỨNG TIỆN NGHI

NHIỆT CHO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TẠI THÀNH PHỐ

HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành : KIẾN TRÚC

Mã số : 8580101

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS.KTS. TRẦN HỮU ANH TUẤN

TP. HỒ CHÍ MINH – 2021

1

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài Mặc dù trong những năm gần đây chất lượng xây dựng và thiết

kế trường học ở TP. HCM đã được nâng cao và cải thiện, nhưng hầu hết các trường học đang tồn tại đều xây dựng mà không tính đến sự thoải mái nhiệt của học sinh và chủ yếu sử dụng biện pháp sử dụng hệ thống ĐHKK để tăng sự thoải mái nhiệt đã trở nên phổ biến hơn ở các trường học, đặc biệt là ở các trường đại học, nơi có mức tiêu thụ năng lượng cao. Một nhiệm vụ đang thách thức kiến trúc sư là làm thế nào để giải quyết các vấn đề xây dựng thực tế về hiệu quả năng lượng và tài nguyên thiên nhiên đồng thời đảm bảo sự thoải mái về nhiệt cho người sử dụng trong các trường đại học.

Vì vậy việc nghiên cứu đề tài “Giải pháp thiết kế thụ động đáp ứng tiện nghi nhiệt cho trường đại học tại TP. HCM” như là một tài liệu hướng dẫn thiết kế không chỉ đáp ứng tiện nghi nhiệt cho các trường đại học mà còn tránh việc phụ thuộc vào các nguồn năng lượng từ đó tạo ra mô hình giáo dục bền vững trước các tác động BĐKH, ô nhiễm môi trường và khủng hoảng năng lượng.

2. Tổng quan các đề tài nghiên cứu liên quan Về các ấn phẩm xuất bản Quyển sách: “Nhà thụ động: chủ động cho sự tiện nghi” (“Active

for more comfort: Passive House) [70] của iPHA. Quyển sách: “Ngôi nhà của bạn” (“Your home”) [46] được viết

bởi các kiến trúc sư, nhà thiết kế và kỹ sư người Úc. Quyển sách: “Kiến Trúc Sinh Khí Hậu” (“Thiết Kế Sinh Khí Hậu

Trong Kiến Trúc Việt Nam”) của PGS.TS.Phạm Đức Nguyên [22]

2

Quyển sách “Thông gió tự nhiên trong nhà ở” [29] do KTS. Hà Nhật Tân biên dịch theo bản tiếng Anh của tác giả Terry S. Boutet.

Quyển sách: “Nhiệt và khí hậu kiến trúc” [11] do Phạm Ngọc Đăng (chủ biên)

Về luận án tham khảo Bài nghiên cứu: “Phân tích nguyên lý thiết kế bị động và những

đặc điểm không gian đơn nhất vốn có trong nhà ở bản địa và sự áp dụng của chúng vào thiết kế nhà ở cao tầng đương đại ở Việt Nam” của tác giả Lê Thị Hồng Na [76].

Bài nghiên cứu “Nhà ở bền vững tại Việt Nam: Chiến lược thiết kế ứng phó với khí hậu tối ưu hóa sự thoải mái nhiệt” của tác giả Nguyễn Anh Tuấn [83].

Về luận văn tham khảo Luận văn Thạc sĩ “Phương pháp thiết kế thụ động và khả năng

ứng dụng vào thiết kế chung cư cao tầng tại TP. HCM” của tác giả Trần Hoàng Liên [18]

Luận văn Thạc sĩ “Thông gió tự nhiên trong kiến trúc nhà ở dân gian Tây Nam Bộ)” của tác giả Mai Đỗ Cao Tâm [28].

Luận văn Thạc sĩ “Giải pháp kiến trúc cải thiện vi khí hậu trong nhà phố tại TP. HCM” của tác giả Trần Thị Thùy Trang [34].

3. Mục tiêu nghiên cứu Hệ thống hóa cơ sở khoa học liên quan đến điều kiện tiện nghi

nhiệt, đặc biệt chú trọng điều kiện tiện nghi nhiệt đối với đối tượng sinh viên đại học tại Việt Nam.

Đề xuất một số giải pháp thiết kế thụ động có khả năng áp dụng vào các thiết kế trường đại học tại TP. HCM nhăm tạo ra môi trường tiện nghi nhiệt thoải mái cho người sử dụng.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3

Đối tượng nghiên cứu: Kiến trúc trường đại học tại TP. HCM. Giới hạn về vấn đề nghiên cứu: luận văn sẽ đi vào giới thiệu,

phân tích những nội dung thuộc về và liên quan các giải pháp kiến trúc thụ động năng lượng nhăm tăng cường tiện nghi nhiệt trong các không gian học tập trong nhà của trường đại học là chính từ đó đưa ra giải pháp ứng dụng, không đi sâu vào nghiên cứu nguyên lý thiết kế, dây chuyền công năng sử dụng công trình trường đại học.

5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập số liệu Phương pháp thống kê số liệu Phương pháp điền dã Phương pháp phân tích tổng hợp Phương pháp sơ đồ hóa

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1. Tổng quan thiết kế thụ động 1.1.1. Khái niệm thiết kế thụ động, kiến trúc thụ động “Thiết kế thụ động là thiết kế tận dụng các điều kiện thuận lợi

của khí hậu để duy trì dải nhiệt độ tiện nghi trong nhà. Thiết kế thụ động làm giảm hoặc loại bỏ nhu cầu sưởi ấm hay làm mát phụ trợ”[152].

Kiến trúc thụ động là khoa học thiết kế công trình, sử dụng các giải pháp quy hoạch địa điểm và thiết kế kiến trúc tận dụng tối đa lợi thế của khí hậu của địa phương để sưởi ấm, làm mát và thông gió cho công trình một cách tự nhiên nhăm đảm bảo môi trường tiện

4

nghi trong nhà và tạo điều kiện cho các hệ thống kỹ thuật sử dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lượng [15].

1.1.2. Lịch sử hình thành Được nhắc đến đầu tiên với thuật ngữ “Passivhaus” (“Ngôi nhà

thụ động” – theo tiếng Đức), phát triển bắt đầu ở Đức vào năm 1996 từ một cuộc trò chuyện giữa tiến sĩ Bo Adamson, trường đại học Lund, Thụy Điển với nhà vật lý học - tiến sĩ Wolfgang Feist. Năm 1991, mẫu Passivhaus đầu tiên được xây dựng thử nghiệm ở thành phố Darmstadt Kranichstein, Đức. Cho đến ngày nay, hàng chục ngàn công trình áp dụng tiêu chuẩn thiết kế thụ động đã được xây dựng trên toàn thế giới, mở rộng ra nhiều thể loại công trình không riêng gì thể loại nhà ở như: trường học, bệnh viện, nhà sinh hoạt cộng đồng, thể dục thể thao…

1.1.3. Các phương pháp thiết kế thụ động tại Việt Nam Quy hoạch tổng thể công trình: Chính là xác định vị trí của

công trình phù hợp với các yếu tố địa hình, hướng nắng, hướng gió phù hợp với điều kiện khí hậu nơi xây dựng.

Hình khối công trình: Một tòa nhà có hình dạng tối ưu là khi có thể giảm thiểu các tác động các BXMT từ môi trường bên ngoài vào trong công trình. Với cùng một khối tích công trình sẽ có thể có nhiều hình dạng khác nhau.

Vỏ bao che công trình: Vỏ bao che của công trình kiến trúc là một bộ phận quan trọng, ảnh hưởng lớn đến môi trường VKH bên trong cũng như bên ngoài nhà; hạn chế tác động của BXMT, đồng thời đảm bảo tiện nghi thoải mái cho người sử dụng bên trong.

Cây xanh măt nươc: Tăng tối đa diện tích che phủ bởi cây xanh và bố trí hồ nước là biện pháp hữu hiệu để làm giảm hiệu ứng "đảo nhiệt đô thị", giảm hấp thụ nhiệt từ BXMT và tạo độ ẩm. Bên cạnh

5

đó, bóng cây đổ lên công trình còn giúp cho việc làm mát các bề mặt vỏ bao che [13]. Mặt nước trong công trình có tác dụng tạo chênh lệch áp lực gió, tạo điều kiện để thông gió. Ngoài ra, mặt nước còn tạo cảm giác dễ chịu, mát mẻ, tiện nghi không chỉ về nhiệt mà còn tiện nghi về tâm lý cho người tận hưởng [30].

Công nghệ, vật liệu: Pin năng lượng mặt trời, Kính cách nhiệt, vật liệu có khả năng hấp thụ nhiệt thấp,…

Màu sắc: sử dụng màu sáng 1.2. Tổng quan tiện nghi nhiệt 1.2.1. Khái niệm tiện nghi nhiệt và vai trò của nó Tiện nghi nhiệt được định nghĩa là: điều kiện thoải mái về tinh

thần của con người với môi trường nhiệt [2]. sự thoải mái về nhiệt không chỉ liên quan trực tiếp đến vấn đề

sức khỏe, sự hài lòng của người sử dụng, liên quan đến năng suất làm việc mà hơn nữa tiện nghi nhiệt còn ảnh hưởng đáng kể đến lượng tiêu thụ năng lượng của tòa nhà và tác động môi trường của một hệ thống tòa nhà.

1.2.2. Các thành tố cấu thành tiện nghi nhiệt Trong môi trường xây dựng, có sáu yếu tố chính ảnh hưởng đến

cảm giác nhiệt của một người sử dụng, bao gồm: nhiệt độ không khí, nhiệt độ bức xạ trung bình, độ ẩm tương đối, lưu thông không khí (gió), quá trình sản sinh nhiệt trao đổi chất và quần áo. Bên cạnh đó, cảm nhận chủ quan về nhiệt có thể khác nhau ở mỗi người do đến sự khác biệt về giới tính, tuổi tác, sự thích nghi, theo mùa và nhịp sinh học và nhiều yếu tố khác.

1.2.3. Thích ứng nhiệt của con người Về cơ bản có ba loại thích ứng nhiệt, đó là: hành vi, sinh lý và

tâm lý.

6

1.2.4. Sự khác biệt về thích ứng nhiệt của con người Bao gồm sự khác biệt cá nhân, sự khác biệt giới tính sinh học và

sự khác biệt về khu vực. 1.2.5. Vùng tiện nghi nhiệt của con người Vùng tiện nghi nhiệt của các vùng khí hậu: mức tiện nghi nhiệt

của một người mặc quần áo tiêu chuẩn, ít vận động và độ ẩm vừa phải vào khoảng 25,5 °C đến 26 °C (± 1,7 °C). Phạm vi này có vẻ giống nhau trên toàn thế giới, bất kể sự khác biệt về khí hậu, dân tộc và bối cảnh văn hóa.

Vùng tiện nghi nhiệt tại Việt Nam: vùng tiện nghi nhiệt của nước ta có giới hạn độ ẩm từ 20%-90%, nhiệt đô không khí từ 20- 35ºC [22].

1.3. Tổng quan thiết kế trường Đại học 1.3.1. Bố cục tổng măt bằng Nhìn chung có thể phân chia các dạng tổ chức bố cục mặt băng

trường đại học thành các nhóm sau: Bố cục hợp khối, bố cục phân tán, bố cục hỗn hợp.

1.3.2. Tổ chức măt bằng Tổ chức mặt băng hành lang bên và hành lang giữa 1.3.3. Hình khối kiến trúc Mỗi một trường đại học đều cần có triết lý đào tạo của nhà

trường và các hình khối kiến trúc phải góp phần phản ánh triết lý đào tạo của ngôi trường đó. Hình khối thể hiện sự nghiêm túc, chính xác, chuẩn mực trong các trường kỹ thuật hay bay bổng kích thích sáng tạo trong các trường nghệ thuật tùy theo tính chất của mỗi trường, triết lý học tập đào tạo của mỗi trường mà nó thể hiện.

1.3.4. Vỏ bao che

7

Trong vài thập kỷ trước, lớp vỏ công trình của các trường đại học đơn giản chỉ là lớp tường gạch sơn màu hay bao gồm những tấm chắn nắng có thể đóng mở nhăm cải thiện chất lượng che nắng, chiếu sáng và thông gió cho bên trong công trình. Hiện nay, lớp vỏ công trình ngày càng phức tạp hơn bao gồm nhiều lớp với nhiều chức năng, các hệ lam đóng mở tự động theo chuyển động mặt trời, bổ sung bởi các giải pháp thiết kế thụ động sử dụng năng lượng mặt trời và tích hợp các hệ thống kỹ thuật khác (như hệ thống điều khiển tòa nhà) nhăm giảm thiểu sử dụng năng lượng cho công trình.

1.3.5. Bố trí cây xanh, măt nươc Thực tế cho thấy cây xanh, mặt nước có ý nghĩa đặc biệt quan

trọng không những góp phần xây dựng môi trường xanh – sạch - đẹp trong trường học mà còn có các tác dụng điều hòa VKH xung quanh, tạo môi trường để thực hiện các nội dung về phát triển nhận thức, ngôn ngữ, cảm xúc, thẩm mỹ và giúp cho việc học tập bớt căng thẳng.

1.3.6. Công nghệ, vật liệu Ngày càng nhiều trường đại học tích hợp các công nghệ tiên tiến

sử dụng các tấm pin năng lượng mặt trời hay các tuabin gió nhỏ để tạo ra điện năng sử dụng cho công trình, sử dụng vật liệu PCM để lưu trữ năng lượng. Tích hợp hệ thống xử lý nước thải, hệ thống thu hồi nhiệt, thu năng lượng mặt trời thu nước mưa, hấp thụ khí CO2, các công nghệ tự động đóng mở, điều khiển các lớp bao che để tận dụng hay tránh tác động bất lợi từ thời tiết,…

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC 2.1. Điều kiện tự nhiên TP. HCM Thành phố Hồ Chí Minh ở vị trí vĩ độ: 10,47 ° Bắc, kinh độ:

106,4 °Đông . TP. HCM năm trong vùng nhiệt đới ẩm gió mùa (hình

8

2.01), có 2 mùa ro rệt trong năm. Mùa khô bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau và mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến Tháng 11 [8].

Nhiệt độ trung bình hàng năm ở TP. HCM là khoảng 27 °C và trung bình tối thiểu nhiệt độ trên 20 °C. Do tác động rất lớn của BXMT nên nhiệt độ ở TP. HCM thường ở mức cao. Nhiệt độ cao nhất trong năm xảy ra vào mùa khô từ tháng 3 đến tháng 5. Nhiệt độ trung bình cao nhất là 35,4 °C vào tháng 3 [9].

Độ ẩm tương đối trung bình hàng năm ở TP. HCM khá cao vào khoảng 74%[9].

TP. HCM năm trong vùng khí hậu có lượng mưa trung bình hàng năm cao - khoảng 1949mm [8].

Có 4 hướng gió chính ở TP. HCM: Nam, Đông Nam, Đông Bắc, Tây Nam [8].

Do vị trí TP. HCM năm ở nội chí tuyến Bắc nên tổng lượng BXMT khá cao 160 Kcal/cm2. TP. HCM chịu BXMT nhiều ở các hướng Đông, Tây và Nam [8].

2.2. Cơ sở lý luận 2.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt ảnh hưởng đến nhận thức, tâm lý

của con người. Nhiệt độ và độ ẩm cao ảnh hưởng gây rối loạn hoạt động phản xạ

của cơ thể, làm rối loạn hoạt động của trí óc, gây cảm giác khó thở, đau đầu, hồi hộp. Dưới tác động của nhiệt độ và độ ẩm có thể gây ra trạng thái stress [2]. Hiệu suất của con người trong điều kiện căng thẳng nhiệt thấp hơn khoảng 11% so với hiệu suất của chúng ở điều kiện nhiệt bình thường. Tiện nghi nhiệt có liên quan đến năng suất và sức khỏe. Nhiệt độ đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất nhận thức cao và có khả năng tác động sâu rộng đến sự tập trung và suy nghĩ của học sinh [63].

9

2.2.2. Phương pháp đánh giá tiện nghi nhiệt Nhìn chung có thể chia thành 2 nhóm phương pháp đánh giá tiện

nghi nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất cho tới hiện nay là: Phương pháp đo mức độ thoải mái nhiệt băng các chỉ số thực nghiệm và Phương pháp chỉ số biểu quyết (dự đoán) trung bình PMV (Predicted Mean Vote). Ngoài ra đối với các không gian thông gió tự nhiên cũng có thể áp dụng mô hình tiện nghi nhiệt thích ứng để đánh giá tiện nghi nhiệt [41].

2.2.3. Các tiêu chuẩn đáp ứng tiện nghi nhiệt Tiêu chuẩn ASHRAE 55, điều kiện Môi trường Nhiệt cho Người

ở. Tiêu chuẩn châu âu EN 15251:2007, Các thông số đầu vào môi

trường trong nhà để thiết kế và đánh giá hiệu suất năng lượng của các tòa nhà nhăm giải quyết chất lượng không khí trong nhà, môi trường nhiệt, ánh sáng và âm thanh

Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 306:2004, nhà ở và công trình công cộng - các thông số VKH trong phòng.

2.2.4. Các nghiên cứu về tiện nghi nhiệt trong các trường đại học tại Việt Nam

Mô hình tiện nghi nhiệt trong một số giảng đường thông gió tự nhiên của tiến sĩ Nguyễn Anh Tuấn: Nhiệt độ ưa thích của sinh viên nhận được là 28.1 °C

Bài nghiên cứu “Đánh giá tiện nghi nhiệt của phòng học không gắn máy điều hòa tại TP. HCM” do nhóm tác giả Nguyễn Thị Quế Nam, Trần Công Thành, trường đại học Khoa học Tự Nhiên, đại học Quốc Gia, TP. HCM thực hiện: Nhiệt độ tối ưu được tính toán là 29,4 oC [21].

10

Bài nghiên cứu “Mức tiện nghi nhiệt trong các phòng học thông gió tự nhiên ở Trường đại học Bách khoa– đại học quốc gia TP. HCM” do nhóm tác giả Nguyễn Quốc Ý, Lê Thanh Thuận, Phạm Hồ Mai Anh, trường đại học Bách khoa, đại học Quốc Gia, TP. HCM thực hiện: Nhiệt độ tổng hợp là 30 oC và nhiệt độ không khí là 29.9 oC.

2.3. Cơ sở thiết kế Thông qua biểu đồ Psychrometric để mở rộng vùng tiện nghi

nhiệt, các giải pháp thiết kế thụ động cần đáp ứng các tiêu chí chính sau):

● Thông gió tự nhiên đạt 1063 giờ tiện nghi nhiệt ứng với 26.5% thời gian

● Che nắng cửa sổ đạt 2357 giờ tiện nghi nhiệt ứng với 58,7% thời gian

Ngoài ra cũng cần quan tâm đến việc bố trí cây xanh trong các khuôn viên trường đại học để giảm bớt tình trạng đảo nhiệt đô thị, hạ thấp nền nhiệt độ trong sân trường và các lớp học để mở rộng tiện nghi nhiệt của sinh viên trong lớp học (môi trường tiện nghi nhiệt thích ứng).

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KIẾN TRÚC THỤ ĐÁP ỨNG TIỆN NGHI NHIỆT CHO TRƯỜNG ĐẠI HỌC TẠI TP. HCM

3.1. Khảo sát một số trường đại học tại TP. HCM Kết quả khảo sát: Bảng 3.06. Đánh giá so sánh các trường đại

học khảo sát tại TP. HCM 3.2. Các giải pháp thiết kế thụ động nhằm đáp ứng tiện nghi

nhiệt cho trường đại học tại TP. HCM.

11

Chọn hương, hình dáng, khoảng cách giữa các công trình: Chọn hướng và hình dáng của công trình phải được xem xét ngay từ giai đoạn đầu của quá trình thiết kế - ý tưởng. Các quyết định trong việc lựa chọn hướng và hình dáng bên ngoài của công trình sẽ có tác động đến việc đón gió vào trong công trình.

Thông gió qua Cửa sổ lơp học: Thông gió qua cửa sổ lớp học là hình thức thông gió xuyên phòng dựa trên nguyên lý áp lực khí động, áp lực khí động do gió gây ra có vận tốc gió lớn [11]. Vì vậy là phương pháp thông gió tự nhiên được sử dụng phổ biến trong các trường học. Vị trí, kích thước, chủng loại cửa sổ ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng, vận tốc và cấu trúc dòng không khí trong phòng. Vị trí tương đối của cửa gió vào và cửa gió ra xác định đường dẫn không khí xuyên qua phòng. Gia tăng tỉ lệ diện tích (vào/ra) và chọn chủng loại cửa hợp lý thì vận tốc gió trong phòng cũng tăng theo.

Thông gió tự nhiên qua sân trong, giếng trời: để tăng khả năng thông gió tự nhiên trong trường đại học cần kết hợp sử dụng sân trong, giếng trời với thông gió xuyên phòng (thông gió theo phương ngang)

Ảnh hưởng của cây xanh măt nươc tơi chế độ gió và dòng chuyển động của không khí: Tùy vào cấu trúc đặc rỗng của từng loại cây xanh sẽ định hướng cho các luồng khí khi đi qua tạo thành các kênh dẫn gió vào công trình [4] (hình 3.42). Hiệu quả kiểm soát các luồng gió của cây xanh tùy thuộc vào hình dáng, độ rậm của tán lá, tính cứng cáp; một vài đặc điểm khác của cây có thể biến đổi được vận tốc, cấu trúc và chất lượng không khí [29] (hình 3.43).

3.2.2. Các giải pháp che nắng cửa sổ KCCN cố định:

12

Qua khảo sát và nghiên cứu học viên đúc kết lại 11 phương pháp che nắng cơ bản bao gồm các phương pháp dùng KCCN ngang, đứng, hỗn hợp và tường thoáng (hình 3.44). Các phương pháp được mô hình hóa và kiểm chứng hiệu quả che nắng băng phần mềm Ecotect Analysis 2011. Kết quả cho BXMT xuyên qua của các phương pháp che nắng tại các hướng Đông, Tây, Nam được thể hiện tại bảng 3.07.

Có những giải pháp thiết kế KCCN hoạt động tốt ở hướng Nam nhưng lại hoạt động không hiệu quả ở các hướng Đông, Tây và ngược lại. Do vị trí mặt trời khác nhau ở mặt tiền hướng Nam và các hướng Đông, Tây. Và qua các phân tích 11 KCCN thông dụng. Học viên đề xuất 2 giải pháp thiết kế KCCN cố định dùng ở hướng Nam, Đông, Tây (hình 3.45). Kết quả che nắng của các phương pháp che nắng tại các hướng Đông, Tây, Nam của 2 phương án được thể hiện tại bảng 3.08.

Để cụ thể hơn nghiên cứu học viên tính toán kích thước các KCCN cố định ngang và đứng. Kết quả tính toán được thể hiện trong hình 3.47, 3.48, 3.49, 3.50, 3.51. Kết quả tính toán này là cơ sở để xác định kích thước che nắng hợp lý trong quá trình thiết kế.

KCCN di động: KCCN ngang di động sử dụng cho cửa sổ rất đa dạng, có thể thay

đổi chiều rộng đua ra, thay đổi vị trí hoặc góc nghiêng so với mặt tường (hình 3.52).

KCCN đứng di động (xoay quanh trục) để đảm bảo tính linh hoạt trong chiếu nắng, lấy sáng, thông gió. Các tấm che nắng có góc xoay linh hoạt, có thể gập sang hai bên (hình 3.53).

Cây xanh: Cây xanh có tác dụng giảm BXMT, Tác dụng tổng hợp của cây xanh, mặt nước đối với việc cải thiện điều kiện VKH, nhiệt độ, độ ẩm không khí,

13

3.2.3. Các giải pháp vật liệu - Màu sắc Vật liệu tường: Sử dụng tường 2 lớp (nhiều lớp) như tường xây

2 lớp tường gạch, ở giữa có sử dụng vật liệu cách nhiệt. Các vật liệu cách nhiệt thường bao gồm cả cách âm: Bông khoáng dạng tấm, bông thủy tinh cách nhiệt, xốp cách nhiệt, tấm tách kim loại, …

Vật liệu mái: Sự bức xạ nhiệt từ mặt trời truyền lên trên mái nhà và làm nóng bề mặt bên ngoài mái, sau đó sẽ truyền nhiệt vào bên trong công trình. Để mái nhà mát, các vật liệu xây dựng phải là vật liệu có hệ số phản xạ mặt trời và phát xạ cao [4].

Vật liệu kính: Để hạn chế bức xạ nhiệt qua kính vào trong công trình ngoài các giải pháp che nắng thì cần kết hợp sử dụng các vật liệu kính có khả năng hấp thụ bức xạ nhiệt thấp.

Các giải pháp màu sắc: Bề mặt ngoài nhà của các khối lớp học cần sơn màu có hệ số hấp thụ bức xạ thật thấp để tăng khả năng phản xạ BXMT tốt nhất [4].

PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN BĐKH là vấn đề của nhân loại, trong quá khứ - hiện tại - tương

lai chúng ta đã, đang và sẽ phải gánh chịu những hậu quả to lớn cho sự phẫn nộ của thiên nhiên mà nguyên nhân không ai khác do chính con người gây ra. Vì vậy, vấn đề cấp bách đặt ra là phải tìm mọi cách để thích ứng và giảm thiểu các tác động đến môi trường. Ở lĩnh vực kiến trúc – xây dựng, hoạt động xây dựng và quá trình vận hành công trình đã tiêu tốn phần lớn năng lượng và phát thải lượng lớn khí CO2 gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường. Để ứng phó với các vấn đề trên, hàng loạt các giải pháp thiết kế kiến trúc bền vững được

14

đưa ra như một xu hướng tất yếu và được thế giới đón nhận vì những hiệu quả đạt được trong vấn đề cân băng môi trường sống giữa con người với tự nhiên. Đối với bất kỳ giải pháp thiết kế bền vững nào thì mục tiêu duy nhất đều mong muốn đạt được sự tiện nghi lý tưởng cho con người, song song đó vẫn đảm bảo không hao phí năng lượng, giảm thiểu tác động đến môi trường. Thiết kế thụ động là một phương pháp thiết kế tiết kiệm năng lượng hiệu quả đã được áp dụng trên thế giới, phù hợp với mọi khí hậu và ở Việt Nam.

Trong môi trường giáo dục, đặc biệt là ở các trường đại học các nguồn năng lượng tiêu tốn chủ yếu đến từ quá trình làm mát và đảm bảo tiện nghi nhiệt trong lớp học. Để giảm thiểu việc sử dụng năng lượng trong trường đại học, chống lại sự biến đổi khí hậu. Cần có sự nghiên cứu các cơ sở khoa học về tiện nghi nhiệt từ đó đưa ra các giải pháp thiết kế thụ động đáp ứng tiện nghi nhiệt.

Từ trước đến nay, ở Việt Nam, khoa học vật lý kiến trúc rất ít được vận dụng trong sáng tác kiến trúc, đặc biệt là trong giai đoạn thiết kế ý tưởng vì tính hàn lâm và những yêu cầu cần tính toán định lượng cụ thể của lĩnh vực này. Vì vậy để làm ro hơn các thiết kế thụ động đáp ứng tiện nghi nhiệt cho trường đại học tại TP. HCM, học viên khái quát thành các nội dung sau:

1. Các cơ sở khoa học về tiện nghi nhiệt. 1.1. Phương pháp đánh giá tiện nghi nhiệt Nhiều nhà nghiên cứu Kiến Trúc khí hậu đã đề xuất nhiều

phương pháp khác nhau để đánh giá mức độ tiện nghi của môi trường VKH dựa trên cảm nhận chủ quan của con người. Nhìn chung có thể chia thành 2 nhóm phương pháp đánh giá tiện nghi nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất cho tới hiện nay là: Phương pháp đo mức độ thoải mái nhiệt băng các chỉ số thực nghiệm (nhiệt độ hiệu quả, nhiệt

15

độ hiệu quả hiệu chỉnh, Phương pháp nhiệt độ quả cầu ướt, Nhiệt độ hoạt động, Nhiệt độ hiệu quả tương đương THq (TCXDVN 306:2004),…) và Phương pháp chỉ số biểu quyết (dự đoán) trung bình PMV (Predicted Mean Vote).

1.2. Mô hình tiện nghi nhiệt thích ứng Mô hình thích ứng dựa trên ý tưởng răng khí hậu ngoài trời ảnh

hưởng đến sự thoải mái trong nhà vì con người có thể thích ứng với các nhiệt độ khác nhau trong các thời điểm khác nhau trong năm. Giả thuyết thích ứng dự đoán răng các yếu tố ngữ cảnh, chẳng hạn như khả năng tiếp cận các biện pháp kiểm soát môi trường và lịch sử nhiệt trong quá khứ có thể ảnh hưởng đến kỳ vọng và sở thích về nhiệt của người cư ngụ trong tòa nhà. Phân tích cơ sở dữ liệu kết quả cho thấy răng những người cư ngụ trong các tòa nhà thông gió tự nhiên chấp nhận và thậm chí thích phạm vi nhiệt độ rộng hơn so với những người ở trong các tòa nhà kín, có điều hòa không khí vì nhiệt độ ưa thích của họ phụ thuộc vào điều kiện ngoài trời.

Các mô hình thích ứng về tiện nghi nhiệt: ASHRAE 55, tiêu chuẩn Châu Âu EN 15251 và ISO 7730,…

1.3. Các tiêu chuẩn đáp ứng tiện nghi nhiệt Tiêu chuẩn ASHRAE 55 [41]: Tiêu chuẩn được thiết kế để tạo sự

thoải mái về nhiệt trong những không gian mà người cư ngụ ở trạng thái ít vận động (ví dụ: văn phòng làm việc, lớp học,…). Tuy nhiên, nó cũng có thể được sử dụng để bao gồm các loại môi trường trong nhà khác, ngoại trừ các điều kiện khắc nghiệt.

Tiêu chuẩn EN 15251:2007 [60]: tương tự như ASHRAE 55, nhưng với các đường giới hạn khác nhau chút ít về nhiệt độ trong nhà và phần trăm số người đồng ý hay chấp nhận được. Mô hình này được sử dụng trong các tòa nhà thông gió tự nhiên xác định theo% số

16

người chấp nhận (đồng ý với điều kiện VKH thử nghiệm là thoải mái) của điều kiện VKH với nhiệt độ ngoài trời trung bình của 7 ngày liên tiếp và nhiệt độ trong nhà.

Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 306:2004 [7]: Tiêu chuẩn này quy định các thông số vi khí hậu, ứng với các trạng thái hoạt động sinh lý bình thường của con người trong nhà ở và công trình công cộng, thể hiện băng các chỉ số về chênh lệch nhiệt độ trong ngoài nhà, phương pháp kiểm tra, đo đạc (chế độ nhiệt ẩm, gió, bức xạ). Tiêu chuẩn này không đề cập các thông số vi khí hậu trong vùng làm việc của các nhà, xưởng sản xuất.

1.4. Các nghiên cứu về tiện nghi nhiệt trong các trường đại học tại Việt Nam

Đã có nhiều nghiên cứu về tiện nghi nhiệt trong các trường đại học tại Việt Nam như: Mô hình tiện nghi nhiệt của Tiến sĩ Nguyễn Anh Tuấn [37], nghiên cứu “Đánh giá tiện nghi nhiệt của phòng học không gắn máy điều hòa tại TP. HCM” của sinh viên trường đại học Khoa học Tự Nhiên [21] hay Mức tiện nghi nhiệt trong các phòng học thông gió tự nhiên ở Trường đại học Bách khoa TP. HCM của sinh viên trường đại học Bách khoa TP. HCM [38] thực hiện,…

Các nghiên cứu này đưa ra mức độ tiện nghi nhiệt đối với sinh viên của các trường đại học tại TP. HCM: Mô hình tiện nghi nhiệt của Tiến sĩ Nguyễn Anh Tuấn là 28,1oC [37], Nghiên cứu của nhóm sinh viên đại học Khoa học Tự Nhiên là 29.4 oC [21] , Nghiên cứu của nhóm sinh viên đại học Bách khoa TP. HCM là 29,9 oC [38]

Đây là cơ sở để đánh giá tiện nghi nhiệt trong các trường đại học tại TP. HCM

2. Các thiết kế thụ động đáp ứng tiện nghi nhiệt cho các trường đại học tại TP. HCM

17

2.1. Các giải pháp thông gió tự nhiên Chọn hương và hình dáng của công trình Chọn hướng và dáng của công trình phải được xem xét ngay từ

giai đoạn đầu của quá trình thiết kế - ý tưởng. Các quyết định trong việc lựa chọn hướng và hình dáng bên ngoài của công trình sẽ có tác động đến việc đón gió vào trong công trình.

Hướng tốt để đón gió là hướng công trình lệch với hướng gió chủ đạo từ 15o - 45o và hướng trường học tại TP HCM đón gió tốt là hướng từ Tây Nam đến Đông Nam, hướng gió tạm được là hướng từ Đông Nam đến Đông [12]. Nhà càng cao, càng dài kích thước vùng quẩn gió và lặng gió phía sau càng lớn; Nhà càng dày, ngược lại kích thước vùng quẩn gió và lặng gió càng nhỏ.

Khoảng cách giữa các công trình Chọn hướng nhà có góc gió thổi khoảng 30o , thì khoảng cách

L/H = 1.5 có thể xem là đảm bảo yêu cầu thông gió. Khoảng cách giữa hai đầu hồi công trình thường được bố trí băng 1 đến 1.5 chiều rộng nhà [11] [31].

Đối với các trường có diện tích hẹp, bố trí mặt băng theo kiểu phân tán, để giảm khoảng cách giữa các khối công trình thì có thể bố trí so le, lệch hàng, răng lược, giật khấc, song song và so le với hướng gió chủ đạo để tạo thông gió xuyên suốt giữa các khối nhà, tránh các kiểu bố trí các khối công trình kiểu chu vi, hướng tâm.

Thông gió qua Cửa sổ lơp học Bố trí cửa đón gió và cửa thoát gió trên các mặt tường đối diện

nhăm tăng khả năng thông gió xuyên phòng cho công trình. Cửa sổ có dạng dải ngang dài có thể giúp thông gió liên tục và đồng đều hơn. Cửa đón gió nên đặt thấp và đặt ở hướng gió thổi vào công trình giúp

18

cung cấp không khí mát mẻ, cửa thoát gió nên ở trên cao đối diện để đối lưu gió trong phòng kéo không khí nóng ra qua phía trên.

Để tăng hiệu quả làm mát, cửa đón gió nên lớn hơn cửa thoát gió, theo quy luật khi động học, vận tốc gió trong phòng sẽ tăng lên khi tỉ lệ kích thước các lỗ cửa gió ra và gió vào gần băng 1,5 lần Chiều rộng cửa không được nhỏ hơn 0.5 lần chiều rộng phòng, để đảm bảo chiều rộng của vùng có vận tốc gió lớn thì diện tích cửa sổ không nhỏ hơn 60% diện tích phòng. Cửa sổ nên chạy gần hết chiều rộng phòng sẽ đạt hiệu quả thông gió tốt nhất, giúp không khí lưu thông qua không gian trong lớp học [29].

Thông gió tự nhiên qua sân trong, giếng trời. Đối với khí hậu ở Việt Nam, áp lực khí động do gió gây ra

thường lớn gấp khoảng 40 đến 60 lần áp lực trọng lực do chênh lệch nhiệt độ gây ra, vì hiệu số nhiệt độ trong và ngoài nhà không lớn [11].

Ảnh hưởng của cây xanh măt nươc tơi chế độ gió và dòng chuyển động của không khí

Hiệu quả kiểm soát các luồng gió của cây xanh tùy thuộc vào hình dáng, độ rậm của tán lá, tính cứng cáp; một vài đặc điểm khác của cây có thể biến đổi được vận tốc, cấu trúc và chất lượng không khí. Cây xanh tạo ra ma sát lên dải khí, và với mật độ lý tưởng có thể giảm tốc độ dọc theo mặt đất băng khoảng 70%. Hình dáng, kích thước của các dãy cây xanh cũng ảnh hưởng đến cấu trúc dòng không khí tác động đến [29].

Khi dòng không khí di chuyển qua dải cây xanh, phần lớn bị hướng lên, trong khi một phần lọc qua dải cây. Nếu không có cây bụi ở dưới, không khí sẽ thổi dưới tán cây nhiều hơn đi xuyên qua.

19

Sử dụng hàng rào phân cách băng cây xanh. Tùy vào cấu trúc đặc rỗng của từng loại cây xanh sẽ định hướng cho các luồng khí khi đi qua tạo thành

các kênh dẫn gió vào công trình. hướng dòng chuyển động không khí theo một hướng có lợi cho thông gió xuyên phòng của ngôi nhà.

2.2. Các giải pháp che nắng cửa sổ Căn cứ vào đường chuyển động biểu kiến mặt trời để bố trí phù

hợp các hình thức lam che đối với các hướng khác nhau của công trình. Có 3 phương thức che nắng cơ bản:

Che chắn nắng trực tiếp theo các phương năm ngang: Che nắng năm ngang chỉ che được nắng khi góc cao đột lớn (từ 60º- 120º) [4]. Ở hướng mặt trời và vùng lân cận, khi góc cao mặt trời thấp, tấm che nắng năm ngang không có hiệu quả. Tấm che nắng năm ngang kết hợp được yêu cầu che mưa, đồng thời không ảnh hưởng thông gió tự nhiên. Có thể sử dụng vật liệu rẻ tiền, cấu tạo linh hoạt màu sắc phong phú. Che chắn nắng trực tiếp theo các phương thẳng đứng: Sử dụng khi góc cao mặt trời thấp, các tia bức xạ mặt trời chiếu đến bề mặt tường cửa công trình có góc 20º < α < 45o [4]. Tấm che nắng đứng không thỏa mãn yêu cầu che mưa, ảnh hưởng thông gió tự nhiên, đốt nóng không khí vào phòng.

Che chắn nắng trực tiếp theo phương thức hỗn hợp (Kết hợp giữa tấm che nắng năm ngang và thẳng đứng), Tường thoáng: (tường hoa, tường hở). Thường sử dụng kết cấu che nắng hỗn hợp trên các hướng Đông Nam, Tây Nam, Đông Bắc, Tây Bắc

Cây xanh Có thể ngăn được từ 40% đến 90% lượng BXMT Tùy theo cây nhiều lá hay ít lá, tán lá rộng hay hẹp, bản lá to hay bản lá nhỏ [4]. Thảm cỏ dày cản được 80% bức xạ chiếu xuống mặt đất [4]. Dàn cây leo che nắng cho tường có thể giảm nhiệt độ của bề mặt

20

tường tới 10o ~ 14o và nhiệt độ trong phòng có thể hạ thấp hơn 1,5o ~ 2,0o [4]. Giảm thiểu bức xạ phản xạ ra môi trường xung quanh do hệ số phản xạ nhiệt nhỏ hơn so với các bề mặt khác, những cây lá càng to, tán càng lớn, rậm rạp thì khả năng cản bức xạ càng lớn.

Ngoài ra để giảm bức xạ nhiệt tác động của BXMT lên công trình cần vận dụng các giải pháp khác như tường 2 lớp, sử dụng vật liệu hoàn thiện, kính có hệ số hấp thụ nhiệt thấp, các giải pháp cách nhiệt cho mái và sơn các màu sắc sáng.

KIẾN NGHỊ Thông qua đề tài nghiên cứu này học viên xin đưa ra một số kiến

nghị như sau: Đối với các cơ quan quản lý kiến trúc - xây dựng, các sở, ban

ngành có liên quan: Các giải pháp thiết kế thụ động đáp ứng tiện nghi nhiệt hoàn toàn có khả năng áp dụng vào thực tiễn. Nếu áp dụng các giải pháp được đề xuất trong luận văn không những đáp ứng được tiện nghi nhiệt, tăng khả năng tập trung, thoải mái trong học tập mà có thể mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng rất lớn tại các trường học. Vì vậy cần khuyến khích áp dụng các giải pháp thiết kế thụ động đáp ứng tiện nghi nhiệt vào công tác thiết kế mới hoặc cải tạo các trường học nói chung và trường đại học nói riêng.

Đối với các Kiến trúc sư: Việc áp dụng các giải pháp thiết kế thụ động đáp ứng tiện nghi nhiệt là cơ sở cho các ý tưởng thiết kế từ đó tạo sự thuyết phục về tính hiệu quả, khả thi của các phương án, tránh việc chạy theo hình thức và bất hợp lý trong thiết kế.

Đối với các cơ sở giáo dục: Cần tận dụng và tăng cường hiệu quả tiện nghi nhiệt băng các giải pháp thiết kế thụ động đã được đề xuất, hạn chế sử dụng điều hòa không khí trong các lớp học thông thoáng tự nhiên.