BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
------------------
Phạm Thị Hải Hà
GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO PHƯƠNG
PHÁP TÍNH HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LỚP VỎ BAO
CHE NHÀ CHUNG CƯ CAO TẦNG TẠI HÀ NỘI
Chuyên ngành: Kiến trúc
Mã số: 62 58 01 02
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. GS.TS Nguyễn Quốc Thông
2. GS.TS Phạm Đình Việt
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
HÀ NỘI - NĂM 2018
i
LỜI CẢM ƠN
Luận án này được thực hiện và hoàn thành tại Trường Đại học Xây dựng.
Trong quá trình thực hiện luận án, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều
kiện của Ban Giám hiệu, Khoa Đào tạo Sau đại học, Khoa Kiến trúc và Quy hoạch,
Bộ môn Kiến trúc môi trường và Bộ môn Kiến trúc dân dụng, Trường Đại học Xây
dựng. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Quốc Thông và GS.TS
Phạm Đình Việt, những người Thầy đã định hướng khoa học và tận tình hướng dẫn
tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn chuyên gia tin học - ThS. Vũ Tiến Sinh, Viện Công
nghệ Thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã cùng tôi
nghiên cứu lập trình chương trình phần mềm tính toán.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè và các đồng
nghiệp đã động viên, khích lệ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn
thành bản luận án này.
Tác giả luận án
NCS: Phạm Thị Hải Hà
ii
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO
vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
viii
DANH MỤC HÌNH VẼ
GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN
x
xv
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài luận án
1
2. Mục đích nghiên cứu
2
3. Mục tiêu nghiên cứu
3
4. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
3
5. Nội dung nghiên cứu
3
6. Phương pháp tiếp cận
4
7. Phương pháp nghiên cứu
4
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5
9. Đóng góp mới của luận án
6
10. Cấu trúc của luận án
6
PHẦN NỘI DUNG
Chương 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH XÂY DỰNG CHUNG CƯ CAO TẦNG
HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG
1.1. Ý nghĩa và tầm quan trọng của thiết kế - xây dựng công trình hiệu quả
9
năng lượng
1.1.1. Thiết kế và xây dựng công trình hiệu quả năng lượng
9
1.1.2. Chỉ số đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng của công trình
11
1.1.3. Chỉ số đánh giá hiệu quả năng lượng của lớp vỏ công trình – trị số
12
OTTV
1.2. Tình hình xây dựng công trình hiệu quả năng lượng trên thế giới và ở
13
iii
Việt Nam
1.2.1. Tình hình phát triển công trình hiệu quả năng lượng trên thế giới.
13
1.2.2. Tình hình phát triển công trình hiệu quả năng lượng ở một số nước
15
trong khu vực
1.2.3. Tình hình phát triển công trình hiệu quả năng lượng tại Việt Nam
22
1.3. Thực trạng xây dựng chung cư cao tầng theo hướng hiệu quả năng
24
lượng ở Hà Nội
Nhận xét về giải pháp thiết kế của các công trình hiệu quả năng lượng
1.4.
31
tại Việt Nam
1.5. Các công trình nghiên cứu có liên quan
32
1.5.1. Các đề tài nghiên cứu khoa học
32
1.5.2. Các luận án tiến sỹ kiến trúc
34
1.6. Những vấn đề luận án cần nghiên cứu
37
Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO PHƯƠNG PHÁP
TÍNH HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG KIẾN TRÚC LỚP VỎ BAO CHE NHÀ CHUNG
CƯ CAO TẦNG TẠI HÀ NỘI
2.1. Cơ sở pháp lý
39
2.2. Cơ sở khí hậu của Hà Nội
41
2.3. Cơ sở lý thuyết
46
2.3.1. Lý thuyết thiết kế kiến trúc chung cư cao tầng
46
2.3.2. Cơ sở tiện nghi môi trường kiến trúc trong nhà ở
49
2.3.3. Các nguyên lý thiết kế kiến trúc thụ động phù hợp với khí hậu Hà
57
Nội
2.3.4. Các phương pháp tính tổng lượng nhiệt BXMT chiếu qua cửa kính
71
có KCCN vào nhà
2.4. Cơ sở thực tiễn
2.4.1. Kinh nghiệm thiết kế tích hợp kiến trúc lớp vỏ bao che và năng
80
80
lượng mặt trời trên thế giới
2.4.2. Kinh nghiệm kiến trúc phù hợp với khí hậu tại Việt Nam
2.5. Một số yếu tố tác động đến thẩm mỹ kiến trúc lớp vỏ bao che nhà chung
cư cao tầng
81
85
iv
2.5.1. Đặc điểm hình thức thẩm mỹ của nhà chung cư cao tầng
85
2.5.2. Các nguyên tắc tổ hợp kiến trúc mặt đứng chung cư cao tầng
86
Chương 3: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC THỤ ĐỘNG THEO
PHƯƠNG PHÁP TÍNH HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG LỚP VỎ BAO CHE NHÀ
CHUNG CƯ CAO TẦNG TẠI HÀ NỘI
3.1. Bổ sung hoàn thiện phương pháp thiết kế kiến trúc của công trình hiệu
89
quả năng lượng
3.2. Đề xuất khái niệm và nghiên cứu phương pháp tính toán hệ số hiệu quả
91
năng lượng lớp vỏ bao che
3.2.1. Đề xuất khái niệm về hệ số hiệu quả năng lượng lớp vỏ bao che
91
3.2.2. Nghiên cứu phương pháp tính hệ số hiệu quả năng lượng lớp vỏ bao
93
che (Khqnl) của nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội
3.3. Các giải pháp kiến trúc thụ động trên cơ sở kết quả tính toán hệ số hiệu
119
quả năng lượng lớp vỏ bao che
3.3.1. Lựa chọn hướng và hình dạng nhà bảo đảm chế độ thông gió tự
121
nhiên đạt hiệu quả cao nhất
3.3.2. Tổ chức kiến trúc mặt đứng hiệu quả năng lượng
124
3.3.3. Cách nhiệt tốt cho lớp vỏ bao che, đặc biệt mái và tường hướng Tây,
133
Tây Bắc, Tây Nam
3.3.4. Tích hợp kiến trúc lớp vỏ bao che và hệ thống khai thác năng lượng
136
BXMT
3.4. Bàn luận về kết quả nghiên cứu
3.4.1. Thiết kế kiến trúc thụ động là sự kết hợp giữa khoa học vật lý kiến
138
138
trúc và thiết kế sáng tác kiến trúc
3.4.2. Sự khác biệt giữa phương pháp thiết kế KCCN của luận án và
139
phương pháp thiết kế KCCN theo vùng hiệu quả che nắng
3.4.3. Hạn chế của kết quả nghiên cứu
141
3.4.4. Khả năng có thể áp dụng kết quả nghiên cứu của luận án đối với các 141
vùng khí hậu khác
KẾT LUẬN
143
v
NHỮNG CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
147
LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
149
PHỤ LỤC
Phụ lục 2.1. Cường độ tán xạ, tổng xạ trên mặt ngang và trực xạ trên
PHỤ LỤC - 1
mặt đứng trung bình biến thiên trong ngày đặc trưng của từng tháng
mùa nóng ở Hà Nội (số liệu quan trắc thực tế từ 1996 - 2005)
Phụ lục 2.2. Phương pháp tính các hệ số Kcn và Kbt đối với KCCN
PHỤ LỤC - 9
nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục và hình hộp của Phạm Ngọc
Đăng
Phụ lục 3.1. Chi tiết tính toán thử nghiệm đối với chung cư 17T10.
PHỤ LỤC - 16
Phụ lục 3.2. Nghiên cứu đề xuất công thức tính hệ số chiếu nắng PHỤ LỤC - 23
(Kcn.ov) và hệ số chiếu tán xạ bầu trời (Kbt.ov) đối với cửa kính có
KCCN ngang hữu hạn.
Phụ lục 3.3. Hệ số chiếu nắng (Kcn.ov) của cửa kính với 4 loại KCCN PHỤ LỤC - 40
nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục, hình hộp và ngang hữu hạn
có kích thước Lng/H, Lđ/B, Lov/H = từ 0.1 đến 1.0, quay ra 8 hướng,
biến thiên theo các giờ trong ngày đặc trưng của tháng 5 ở Hà Nội
Phụ lục 3.4. Sơ đồ khối chương trình tính toán
PHỤ LỤC - 50
Phụ lục 3.5. Các hệ số hiệu quả năng lượng kiến trúc Khqnl trung bình PHỤ LỤC - 51
của từng tháng trong mùa nóng, của 3 tháng nóng nhất (6,7,8), của cả
mùa nóng (5, 6, 7, 8, 9) đối với các loại KCCN nằm ngang liên tục,
thẳng đứng liên tục, hình hộp và ngang hữu hạn với 10 loại kích
thước khác nhau, ở 8 hướng tại Hà Nội
Phụ lục 3.6. Hướng dẫn sử dụng và Mã nguồn chương trình tính toán PHỤ LỤC - 58
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ASHRAE
Hiệp hội các kỹ sư điều hòa không khí, làm lạnh, sưởi ấm Hoa Kỳ
ASEAN
Hiệp hội các nước Đông Nam châu Á
BXMT
Bức xạ mặt trời
B
Bắc
CET
Nhiệt độ hiệu quả hiệu chỉnh
ĐHKK
Điều hòa không khí
Đ
Đông
ĐN
Đông Nam
ĐB
Đông Bắc
HVAC
Hệ thống điều hòa không khí, thông gió, cấp nhiệt
HQNL
Hiệu quả năng lượng
IFC-WB
Tổ chức tài chính quốc tế của Ngân hàng Thế giới
ISO
Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế
KCCN
Kết cấu che nắng
N
Nam
NCS
Nghiên cứu sinh
OTTV
Chỉ số tổng truyền nhiệt qua kết cấu bao che
PMV
Chỉ số biểu quyết dự báo trung bình
TP
Thành phố
T
Tây
TN
Tây Nam
TB
Tây Bắc
VKH
Vi khí hậu
UNDP
Chương trình phát triển của Liên Hiệp Quốc
USAID
Cơ quan phát triển quốc tế của Hoa Kỳ
WB
Ngân hàng Thế giới
vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ ĐO
SC
Hệ số che nắng
SHGC
Hệ số hấp thụ nhiệt của kính
WWR
Tỷ lệ diện tích cửa sổ/diện tích mặt tường bao che
VLT
Hệ số xuyên sáng của kính
Ro
Tổng nhiệt trở của kết cấu bao che – m2K/W
Uo
Hệ số tổng truyền nhiệt – W/m2.K
t
Nhiệt độ không khí - oC
φ
Độ ẩm tương đối - %
v
Tốc độ gió - m/s
Io
Cường độ bức xạ tổng cộng của mặt trời – W/m2
Sđ
Cường độ trực xạ của mặt trời chiếu trên mặt đứng – W/m2
Sng
Cường độ trực xạ của mặt trời chiếu trên mặt ngang – W/m2
Dđ
Cường độ tán xạ của bầu trời chiếu trên mặt đứng – W/m2
Dng
Cường độ tán xạ của bầu trời chiếu trên mặt ngang – W/m2
α
Hệ số hấp thụ bức xạ
λ
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu – W/m.K
μ
Hệ số tắt dần
ht; hn
Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu mặt trong, mặt ngoài - W/m2.K
Kcn
Hệ số chiếu nắng của cửa kính có kết cấu che nắng
Kbt
Hệ số chiếu tán xạ bầu trời của cửa kính có kết cấu che nắng
Fcs
Diện tích cửa kính - m2
Ft,m
Diện tích tường, mái - m2
Qt,m
Lượng nhiệt trung bình ngày truyền qua tường hay mái - W
Qcs
Lượng nhiệt truyền qua cửa kính - W
viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Sử dụng điện trong công trình xây dựng
10
Bảng 1.2. Phân tích một số mẫu căn hộ 2, 3 phòng ngủ trong các chung cư
29
cao tầng tại một số khu đô thị mới của Hà Nội
Bảng 2.1. Dữ liệu khí hậu của Hà Nội theo Quy chuẩn 02: 2009/BXD
41
Bảng 2.2. Kết quả gia công các trị số BXMT từ số liệu quan trắc thực tế ở Hà
44
Nội.
Bảng 2.3. Tỷ lệ trực xạ của mặt trời chiếu trên các mặt đứng hướng T, TB,
44
TN so với trực xạ chiếu trên các mặt đứng hướng Đ, ĐB, ĐN
Bảng 2.4. Tỷ lệ tán xạ/tổng xạ (Dng/Ing) trên mặt nằm ngang (%) biến thiên
45
theo các tháng
Bảng 2.5. Tỷ lệ tán xạ/tổng xạ (Dđ/Iđ) trên mặt thẳng đứng (%) biến thiên
45
theo 8 hướng nhà trong các tháng mùa nóng (5,6,7,8,9)
Bảng 2.6. Cảm giác nhiệt của người Việt Nam
51
Bảng 2.7. Hệ số độ rọi ánh sáng tự nhiên trong các phòng của nhà ở
56
Bảng 2.8. Kích thước tối ưu về BXMT của nhà hình chữ nhật có thể tích khác
58
nhau quay về hướng Bắc – Nam cho Hà Nội
Bảng 2.9. Hiệu quả của KCCN làm giảm % tổng năng lượng tiêu thụ của
69
công trình và giảm thiểu % năng lượng tiêu thụ làm lạnh của hệ
thống ĐHKK
Bảng 3.1. Tổng BXMT (Io, W/m2) chiếu tới mặt nhà, trung bình từ 6h đến
95
18h của 5 tháng mùa nóng ở Hà Nội
Bảng 3.2. Các đường phân giới phân chia bề mặt cửa kính thành 9 phạm vi
khác nhau
Bảng 3.3. Hình thù diện tích phần kính cửa sổ bị chiếu nắng hay được che
100
râm bởi KCCN ngang hữu hạn có thể xảy ra 9 trường hợp khác
102
nhau
103
101
Bảng 3.4. Kcn đối với tháng 5 ở Hà Nội của cửa kính có KCCN khác nhau
107
Bảng 3.5. Kết quả tính toán hệ số chiếu tán xạ của bầu trời (Kbt) đối với cửa
108
kính có các kiểu và kích thước đua ra của KCCN khác nhau
Bảng 3.6. Biến thiên của hệ số Khqnl trung bình mùa nóng phụ thuộc vào hình
thức, kích thước KCCN và hướng nhà
118
ix
Bảng 3.7. Đề xuất hướng nhà tốt cho nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội
122
Bảng 3.8. Đề xuất chiều rộng B tối đa của nhà chung cư cao tầng
124
Bảng 3.9. Tìm nhiệt trở yêu cầu đối với tường hướng Tây
134
Bảng 3.10. Tìm nhiệt trở yêu cầu đối với tường hướng Tây Bắc
134
Bảng 3.11. Tìm nhiệt trở yêu cầu đối với tường hướng Tây Nam
135
Bảng 3.12. Biến thiên nhiệt trở và nhiệt trở yêu cầu theo chiều dày kết cấu
135
Bảng 3.13. Các ví dụ cấu tạo tường và mái cách nhiệt tốt
136
x
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 0.0. Khái niệm kiến trúc thụ động
xvi
Hình 01. Phương pháp luận nghiên cứu của luận án
7
Hình 02. Sơ đồ cấu trúc chi tiết của luận án
8
Hình 1.1. Chỉ đạo thiết kế của LEED 2009
15
Hình 1.2. Khu nhà ở Punggol Eco-Town
16
Hình 1.3. Thông gió tự nhiên có thể áp dụng cho mọi vùng khí hậu
18
Hình 1.4. Cây xanh trong Toà nhà JA Tower, Kuala Lumpur, Malaysia
19
Hình 1.5. Tổng thể dự án khu dân cư Dục Phong - Anh Luân
20
Hình 1.6. Tổng thể làng Olimpic, Bắc Kinh
21
Hình 1.7. Chung cư Bridgeview
23
Hình 1.8. Các tòa nhà 17T1, 17T2, 17T3 ở khu đô thị Trung hòa Nhân chính
28
Hình 1.9. Khu đô thị Royal City, Nguyễn Trãi
28
Hình 1.10. Mặt đứng hướng Tây của chung cư Imperia Garden – Trung hòa
28
Nhân chính
Hình 1.11. Mặt đứng toàn kính của chung cư Keagnam Hanoi Landmark
28
Tower, Mỹ Đình
Hình 1.12. Nhà chung cư cao tầng Dolphin Plaza – Mỹ Đình
29
Hình 1.13. Tổ hợp nhà chung cư cao tầng Mulberry lane – Mỗ Lao
30
Hình 1.14. Tổ hợp căn hộ Ecolife Capitol – Tố Hữu, Nam Từ Liêm
31
Hình 2.1. Biểu đồ chuyển động biểu kiến của mặt trời tại Hà Nội
42
Hình 2.2. Hoa gió của Hà Nội
42
Hình 2.3a. Biểu đồ trực xạ của mặt trời chiếu trên các mặt đứng và tổng xạ,
43
tán xạ chiếu trên mặt ngang trong tháng 5 ở Hà Nội
Hình 2.3b,c,d,e Biểu đồ trực xạ của mặt trời chiếu trên các mặt đứng và tổng
43
xạ, tán xạ chiếu trên mặt ngang trong tháng 6,7,8,9 ở Hà Nội
Hình 2.4. Các mặt bằng chung cư cao tầng kiểu nhà tháp
46
Hình 2.5a. Mặt bằng kiểu hành lang bên
46
Hình 2.5b. Mặt bằng kiểu lang giữa
46
Hình 2.5c. Mặt bằng kiểu đơn nguyên
46
xi
Hình 2.6. Chung cư Copenhagen’s Malleable Sky village - Rodovre
47
Hình 2.7. Chung cư Interlace, Singapore
47
Hình 2.8. Sơ đồ quan hệ chức năng cơ bản trong căn hộ
48
Hình 2.9. Vùng tiện nghi đề xuất cho người Việt Nam trên biểu đồ nhiệt ẩm
52
Hình 2.10: Dải nhiệt độ tổng hợp tiện nghi kiến nghị cho Hà Nội
52
Hình 2.11. Phân bố t-φ của Hà Nội
53
Hình 2.12. Biểu đồ sinh khí hậu xây dựng Việt Nam
54
Hình 2.13. Thời gian cần làm mát ở Hà Nội
54
Hình 2.14. Số liệu dữ liệu thời tiết của Hà Nội trên biểu đồ psychrometric ở
55
áp suất khí quyển chuẩn (101,325 kPa) và vùng tiện nghi nhiệt
Hình 2.15. Vùng tiện nghi theo trạng thái tự nhiên và vùng tiện nghi khi áp
55
dụng giải pháp thông gió tự nhiên với vmax = 1m/s trong 12 tháng ở
Hà Nội
Hình 2.16. Biểu đồ phân bố độ rọi ngang khuếch tán của Hà Nội
57
Hình 2.17a: Biến thiên tổng bức xạ trực tiếp (kcal/m2.ngày) chiếu trên mặt
58
đứng trong các tháng 6, tháng 7 và tháng 1 phụ thuộc vào hướng
nhà tại Hà Nội
Hình 2.17b. Hướng nhà có lợi về thông gió đối với khu vực Hà Nội
58
Hình 2.18. So sánh chỉ số tiêu hao năng lượng giữa các loại hình khối nhà
60
cao tầng
Hình 2.19. Phân tích thông gió theo các phương án hình dạng và hướng công
61
trình tại độ cao 1,5m trên tổng mặt bằng
Hình 2.20. Sơ đồ phân vùng không gian sử dụng trong căn hộ
61
Hình 2.21a. Thông gió do áp lực khí động
62
Hình 2.21b. Thông gió do áp lực nhiệt
62
Hình 2.22. Nhu cầu năng lượng và tải làm mát giờ cao điểm phụ thuộc hệ số
64
hấp thụ nhiệt bức xạ của bề mặt ngoài nhà
Hình 2.23. Hiệu quả cách nhiệt khác nhau (nhiệt trở R khác nhau) khi sắp xếp
65
vị trí lớp không khí lưu thông khác nhau ở mái nhà
Hình 2.24a. Che nắng bên ngoài
67
Hình 2.24b. Che nắng bên trong
67
Hình 2.24c. Che nắng đặt giữa 2 lớp kính
67
xii
Hình 2.25. Nguyên tắc thâm nhập ánh sáng tự nhiên vào trong phòng: có và
70
không có giá hắt sáng
Hình 2.26. Ví dụ sử dụng phần mềm Ecotect phân tích giả định môi trường
70
ánh sáng trong nhà khi thiết kế khu chung cư Dục Phong - Anh
Luân
Hình 2.27a. Sơ đồ xác định diện tích mặt cửa kính bị nắng chiếu, dùng để xác
73
định hệ số “Kcn” đối với KCCN là tấm ngang liên tục
Hình 2.27b. Sơ đồ xác định diện tích mặt cửa kính bị nắng chiếu, dùng để xác
73
định hệ số “Kcn” đối với KCCN là tấm đứng liên tục
Hình 2.28. Sơ đồ mảng trời bị tấm che nắng nằm ngang liên tục che khuất
74
không thể chiếu tán xạ xuống mặt cửa kính
Hình 2.29. Ví dụ phần mềm tính toán vẽ bóng đổ của KCCN của Trần Ngọc
76
Chấn
Hình 2.30a: Góc che của KCCN thẳng đứng
77
Hình 2.30b: Góc che của KCCN nằm ngang
77
Hình 2.31. Phương pháp tính toán tính toán nhiệt BXMT chiếu vào nhà đi
78
qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn che nắng của R.F.Yandat và
R.E. Jones
Hình 2.32. Lắp đặt tấm đun nước nóng trên mái nhà chung cư
81
Hình 2.33. Tích hợp tấm đun nước nóng vào mặt đứng công trình
81
Hình 2.34. Một số giải pháp tổ hợp nhà ở truyền thống vùng đồng bằng Bắc
82
Bộ
Hình 2.35: Vai trò của vườn cây, ao cá trong nhà ở nông thôn truyền thống
83
vùng đồng bằng Bắc Bộ
Hình 2.36. “Dại tre” che nắng trong nhà ở truyền thống
83
Hình 2.37. Biệt thự số 6 Lê Hồng Phong
84
Hình 2.38. Biệt thự số 2 Lê Hồng Phong
84
Hình 2.39. Sự biến đổi hình thức thẩm mỹ kiến trúc nhà chung cư cao tầng
85
nhờ công nghệ thi công tiên tiến và sự phát triển của kính và hợp
kim
Hình 2.40: Cân bằng gần đối xứng theo trục dọc - Chung cư Newton Suites
(Singapore)
87
xiii
Hình 2.41. Nhịp điệu theo chiều ngang và đứng - Chung cư The Met
(Thailand)
Hình 2.42: Chung cư Edificio Pueyrredón 1101 ở thành phố Rosario
87
Hình 2.43: Chung cư Borisovskaya
88
Hình 3.1. Nghiên cứu hoàn thiện quy trình thiết kế công trình hiệu quả năng
90
88
lượng
Hình 3.2. Các dạng truyền nhiệt: bức xạ, dẫn nhiệt và đối lưu truyền qua
91
KCBC vào nhà
Hình 3.3a. Mặt bằng tầng điển hình
93
Hình 3.3b. Mặt cắt ngang
93
Hình 3.3c. Phối cảnh
91
Hình 3.4. Sơ đồ phân chia phạm vi 9 trường hợp bóng đổ của KCCN ngang
99
hữu hạn
Hình 3.5. Giao diện của phần mềm tính toán
112
Hình 3.6a. Biến thiên của các hệ số hiệu quả năng lượng (Khqnl.mn) trung bình
114
của 5 tháng mùa nóng của Hà Nội theo 8 hướng nhà của KCCN
nằm ngang liên tục với 10 kích thước đua ra (Lng/H,) khác nhau
Hình 3.6b. Biến thiên của các hệ số hiệu quả năng lượng trung bình của tháng
114
6,7,8 theo 8 hướng nhà của KCCN nằm ngang liên tục với 10 kích
thước đua ra (Lng/H)
Hình 3.7a. Biến thiên của các hệ số hiệu quả năng lượng (Khqnl.mn) trung bình
115
của 5 tháng mùa nóng của Hà Nội theo 8 hướng nhà của KCCN
thẳng đứng liên tục với 10 kích thước đua ra (Lđ/B) khác nhau
Hình 3.7b. Biến thiên của các hệ số hiệu quả năng lượng trung bình của tháng
115
6, 7, 8 theo 8 hướng nhà của KCCN thẳng đứng liên tục với 10 kích
thước đua ra (Lđ/B)
Hình 3.8a. Biến thiên của các hệ số hiệu quả năng lượng (Khqnl.mn) trung bình
116
của 5 tháng mùa nóng của Hà Nội theo 8 hướng nhà của KCCN
hình hộp với 10 kích thước đua ra (Lng/H, Lđ/B) khác nhau
Hình 3.8b. Biến thiên của các hệ số hiệu quả năng lượng trung bình của tháng
6, 7, 8 của Hà Nội theo 8 hướng nhà của KCCN hình hộp với 10
kích thước đua ra (Lng/H, Lđ/B)
116
xiv
Hình 3.9a. Biến thiên của các hệ số hiệu quả năng lượng (Khqnl.mn) trung bình
117
của 5 tháng mùa nóng của Hà Nội theo 8 hướng nhà của KCCN
ngang hữu hạn với 10 kích thước đua ra (Lov/H) khác nhau
Hình 3.9b. Biến thiên của các hệ số hiệu quả năng lượng trung bình của tháng
117
6, 7, 8 của Hà Nội theo 8 hướng nhà của KCCN ngang hữu hạn với
10 kích thước đua ra (Lov/H) khác nhau.
Hình 3.10. Các giải pháp kiến trúc thụ động cần áp dụng khi thiết kế nhà
120
chung cư cao tầng hiệu quả năng lượng tại Hà Nội
Hình 3.11. Chung cư dạng đơn nguyên và hướng nhà tốt nhất
122
Hình 3.12. Chung cư dạng hành lang bên và hướng nhà tốt nhất
123
Hình 3.13. Minh họa giải pháp mặt bằng có lõi sinh thái
124
Hình 3.14. Minh họa giải pháp mặt bằng mở
124
Hình 3.15: Chung cư Unité d'habitation với KCCN đứng, lôgia, tấm che nắng
125
hỗn hợp
Hình 3.16: KCCN là ban công, vách đứng, khối nhà nhô ra
126
Hình 3.17. KCCN là các tấm đứng, là kết cấu ngang phân vị tầng
126
Hình 3.18a. KCCN ngang và góc che đứng α
126
Hình 3.18b. KCCN đứng và góc che ngang β
126
Hình 3.18c. KCCN nắng hình hộp
126
Hình 3.19. Ví dụ phác thảo ý tưởng chung cư cao tầng
128
Hình 3.20. Ví dụ cách tra biểu đồ Khqnl khi sử dụng KCCN ngang liên tục
128
Hình 3.21. Ví dụ các KCCN hỗn hợp với kích thước nhỏ ở hướng Bắc
130
Hình 3.22. Ví dụ mặt đứng hướng TN với các lôgia sâu
130
Hình 3.23. Ví dụ các KCCN hình hộp đa dạng ở hướng ĐN
130
Hình 3.24. KCCN thẳng đứng liên tục ở hướng Bắc
130
Hình 3.25. KCCN ngang liên tục và KCCN ngang hữu hạn
131
Hình 3.26. Lam che nắng linh hoạt
131
Hình 3.27. Kiểu lớp vỏ ”double skin”
131
Hình 3.28. Tấm đứng che nắng linh hoạt
131
Hình 3.29. Minh họa hệ thống đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời
137
xv
GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN
Nhà chung cư là nhà ở có từ hai tầng trở lên, có lối đi, cầu thang và hệ thống
công trình hạ tầng sử dụng chung cho các hộ gia đình, cá nhân, tổ chức.
Chung cư cao tầng là nhà chung cư có chiều cao từ 9 đến 40 tầng.
Tiện nghi nhiệt: là điều kiện của cảm giác thể hiện sự thỏa mãn với môi trường
nhiệt và được quyết định bởi đánh giá chủ quan của con người.
Lớp vỏ bao che hay còn gọi là kết cấu bao che, bao gồm cửa đi, cửa sổ, tường,
mái, cửa mái, ... trong suốt hoặc không trong suốt, tạo thành các không gian khép
kín bên trong công trình.
Kiến trúc lớp vỏ bao che: kiến trúc tổ hợp mặt đứng, liên quan đến thẩm mỹ
công trình.
Công trình xanh: Công trình xanh là công trình xây dựng mà thực tế đã đạt
được hiệu quả lớn nhất trong lựa chọn địa điểm xây dựng công trình, sử dụng tài
nguyên - năng lượng, nước, và vật liệu, trong khi tác động của công trình đến sức
khỏe của con người và môi trường xung quanh là nhỏ nhất trong suốt toàn bộ
vòng đời của công trình, từ chọn địa điểm, thiết kế, thi công xây dựng đến vận
hành, sửa chữa và tái sử dụng công trình.
Thuật ngữ chủ động và bị động trong thiết kế công trình hiệu quả năng
lượng
Trong kiến trúc truyền thống, công trình hoàn toàn không sử dụng năng lượng
hóa thạch và công trình có thể cung cấp những tiện nghi cơ bản cho con người.
Trong thời đại hiện nay, các công trình kiến trúc hiện đại đòi hỏi điều kiện tiện nghi
cao hơn nên việc tiết kiệm năng lượng trong công trình luôn là sự kết hợp nhuần
nhuyễn các giải pháp thiết kế chủ động (active design) và thiết kế bị động (passive
design).
Thiết kế thụ động và thiết kế chủ động là một thuật ngữ dùng phổ biến trong
thiết kế công trình hiệu quả năng lượng ở các nước phương Tây.
xvi
Trang web “Cơ sở tri thức ngành xây dựng - Designing Buildings Wiki” của
nước Anh [100] đã định nghĩa: “Thiết kế thụ động tối đa hóa việc sử dụng các
nguồn tài nguyên tự nhiên trong việc sưởi ấm, làm mát và thông gió để tạo điều
kiện tiện nghi bên trong công trình. Nó khai thác các điều kiện môi trường bên
ngoài như bức xạ mặt trời, không khí ban đêm mát mẻ và chênh lệch áp suất khí
động để điều khiển môi trường bên trong. Các biện pháp thụ động không bao gồm
các hệ thống cơ khí hay hệ thống điện. Phương pháp này trái ngược với thiết kế
chủ động vốn dĩ sử dụng các hệ thống của công trình để tạo môi trường tiện nghi
trong nhà như hệ thống thông gió cơ khí, chiếu sáng điện, hệ thống điện lạnh…
Thiết kế thụ động bao gồm: làm mát thụ động; sưởi ấm thụ động và thông gió thụ
động (thông gió tự nhiên). Ngoài ra còn có thiết kế năng lượng mặt trời thụ động
(passive solar design) cũng là một khía cạnh của thiết kế thụ động, tập trung vào tối
đa hóa việc sử dụng năng lượng nhiệt từ bức xạ mặt trời.”
Trang web “Hướng dẫn xây dựng ngôi nhà bền vững - Australia's guide to
environmentally sustainable homes” của Chính phủ Úc [101] đã định nghĩa: “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. Thời gian kinh tế nhất để đạt được thiết kế thụ động tốt là
trong giai đoạn thiết kế đầu tiên.
Các chiến lược thiết kế thụ động là thiết kế phù hợp với khí hậu: chọn hướng
nhà, che nắng, sưởi ấm thụ động, làm mát thụ động; tránh lọt khí; cách nhiệt; khối
nhiệt; chọn vật liệu kính”.
Còn cổng thông tin hàng đầu về xây dựng của Ấn độ Glazette [102] lại đưa ra
khái niệm thiết kế thụ động, thiết kế chủ động, kiến trúc thụ động và kiến trúc chủ
động như ở dưới đây:
“Các kỹ thuật xây dựng sử dụng cả hai tính năng thiết kế chủ động và thiết kế
bị động trong kiến trúc để đảm bảo không gian sống tiện nghi bằng cách sử dụng
các vật liệu chuyên sâu về năng lượng nhằm giảm thiểu sử dụng năng lượng. Thiết
kế chủ động là sử dụng các trang thiết bị trong công trình để thay đổi trạng thái
trong nhà nhằm mục đích tạo ra môi trường nhân tạo thoải mái cho con người bằng
xvii
cách sử dụng năng lượng. Trong khi đó thiết kế thụ động là thiết kế tối đa hiệu quả
năng lượng bằng các giải pháp thiết kế của chính công trình.
Kiến trúc chủ động là các thiết kế của công trình bao gồm các thiết bị cơ khí
chuyển tải năng lượng mặt trời bị hấp thụ từ khu vực này đến khu vực khác của
công trình. Thiết kế chủ động thường sử dụng các thiết bị như hệ thống thông gió,
điều hòa không khí, hệ thống chiếu sáng v.v…
Kiến trúc thụ động là thiết kế công trình và quy hoạch địa điểm xây dựng mà
tận dụng lợi thế của khí hậu địa phương để tòa nhà có khả năng lưu giữ nhiệt mặt
trời để sưởi ấm hoặc làm mát bằng giải pháp che chắn cấu trúc một cách tự nhiên
đối với bức xạ mặt trời”.
Như vậy, có thể định nghĩa khái niệm kiến trúc thụ động như sau:
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 nhằm
đảm bảo môi trường tiện nghi trong nhà và tạo điều kiện cho các hệ thống kỹ thuật
sử dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lượng (hình 0.0).
Hình 0.0. Khái niệm kiến trúc thụ động
Các giải pháp kiến trúc thụ động chủ yếu có thể áp dụng ở Việt Nam là:
-
Quy hoạch địa điểm xây dựng, chọn hướng và hình dáng nhà.
-
Tổ chức thông gió tự nhiên.
xviii
-
Thiết kế che nắng.
- Cách nhiệt và khối nhiệt.
- Chọn vật liệu kính và tỷ lệ cửa kính trên tường.
- Chiếu sáng tự nhiên.
- Thiết kế năng lượng mặt trời thụ động.
- Cảnh quan cây xanh, mặt nước.
1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của đề tài luận án
Theo kịch bản biến đổi khí hậu ở Việt Nam lần thứ 3 do Bộ Tài nguyên và Môi
trường công bố năm 2016 [8], trong thời kỳ 1958 - 2014, nhiệt độ không khí trung
bình năm của cả nước tăng khoảng 0,62oC (khoảng 0,1oC/10 năm). Số ngày nóng (có
Tmax ≥ 35oC) có xu hướng tăng ở hầu hết các địa phương, đặc biệt là ở vùng Đông
Bắc, Đồng bằng Bắc Bộ và Tây Nguyên, với mức tăng phổ biến là 2 - 3 ngày/10 năm.
Với kịch bản trung bình (kịch bản RCP4.5), dự báo nhiệt độ không khí nước ta đến
cuối thế kỷ 21 sẽ tăng 1,9oC ÷ 2,4oC ở phía Bắc và 1,7oC ÷ 1,9oC ở phía Nam.
Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam, đặc biệt là khí hậu
Hà Nội với đặc trưng mùa nóng có nhiệt độ cao và độ ẩm rất lớn (> 80%), để bảo
đảm vi khí hậu trong nhà đáp ứng yêu cầu tiện nghi nhiệt cần phải sử dụng hệ thống
điều hòa không khí (ĐHKK), mà tỷ lệ tiêu thụ năng lượng của hệ thống này thường
chiếm tỷ lệ rất lớn trong tổng tiêu thụ năng lượng của công trình. Biến đổi khí hậu
làm cho nhiệt độ tăng lên, mực nước biển dâng cao và gia tăng các hiện tượng khí
hậu cực đoan, số ngày nóng bức trong năm nhiều hơn, cộng thêm tác động của quá
trình đô thị hóa khiến cho cuộc sống ở các thành phố ngày càng ngột ngạt, kết quả là
nhu cầu sử dụng ĐHKK trong các công trình sẽ ngày càng tăng cao để bảo đảm tiện
nghi môi trường trong nhà tại các đô thị của Việt Nam nói chung và Hà Nội nói riêng.
Biến đổi khí hậu là do các hoạt động phát triển, chủ yếu là sản xuất và sử dụng
năng lượng phát thải ra nhiều khí nhà kính (GHG) gây ra. Việt Nam đứng thứ 18
trong số các nước đang phát triển với lượng khí thải CO2 (GHG) hàng năm là 122
triệu tấn. Theo thực trạng hiện nay, lượng phát thải khí nhà kính của Việt Nam có thể
tăng gấp ba vào năm 2030 nếu không có các biện pháp giảm thiểu hiệu quả [1].
Khu vực đô thị là nơi phát thải rất nhiều khí nhà kính, đóng góp một nguyên
nhân đáng kể của sự ấm lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Tổng tiêu thụ năng lượng
của các tòa nhà dân dụng ở Việt Nam năm 2003 chỉ chiếm 22,4%, đến năm 2014 đã
chiếm tới 37 - 38% tổng mức tiêu thụ năng lượng của quốc gia và được dự đoán là sẽ
tiếp tục tăng cao trong những năm tới [1]. Vì vậy, trong Chiến lược và kế hoạch hành
động ứng phó với biến đổi khí hậu ở nước ta đều yêu cầu ngành xây dựng - kiến trúc
2
cần phải phát triển kiến trúc xanh, công trình xanh, đô thị xanh và tăng tính hiệu quả
trong việc sử dụng năng lượng đối với các công trình hiện hành hay xây mới.
Trong hai thập kỷ qua, Việt Nam đã trải qua quá trình đô thị hóa nhanh, dẫn đến
nhu cầu phát triển ngày càng nhiều nhà chung cư tại các đô thị để đảm bảo cuộc sống
của người dân. Những năm gần đây, trung bình tổng diện tích sàn nhà ở được xây
dựng của Việt Nam là khoảng 80 - 90 triệu m2/năm [1]. Theo Chiến lược phát triển
nhà ở quốc gia đến năm 2030 đã được Thủ tướng chính phủ phê duyệt tháng 11/2011,
mục tiêu sẽ tăng tỷ lệ nhà chung cư, đặc biệt là nhà chung cư cao tầng. Đối với đô thị
lớn như Hà Nội, tỷ lệ nhà chung cư phải đạt trên 80% tổng số đơn vị nhà ở xây dựng
mới; đến năm 2030 tỷ lệ này cần đạt trên 90% tổng diện tích xây dựng mới.
Đội ngũ kiến trúc sư đang bị ảnh hưởng nhiều của xu hướng quốc tế hóa, ít để
ý đến điều kiện khí hậu địa phương, chưa quan tâm đến các giải pháp che chắn bức
xạ mặt trời cũng như việc xem xét cẩn thận về thông gió và chiếu sáng tự nhiên... khi
thiết kế các chung cư cao tầng. Hậu quả là các công trình này đang trở thành là một
trong những nguồn tiêu thụ lớn tài nguyên thiên nhiên, năng lượng và gây nhiều tác
động tiêu cực đến môi trường. Theo thông tin của Tập đoàn điện lực Việt Nam, tỷ lệ
sử dụng điện trong công trình nhà ở và hành chính chiếm trên 88% tỷ lệ sử dụng điện
trong các công trình xây dựng nước ta (bảng 1.1).
Để tạo sự phát triển hài hoà giữa xây dựng và môi trường sống, xu hướng sử
dụng các giải pháp kiến trúc thụ động để gia tăng hiệu quả năng lượng (HQNL) trong
công trình đang ngày càng được quan tâm, đặc biệt đối với các chung cư cao tầng tại
đô thị lớn như Hà Nội. Vì vậy đề tài Luận án “Giải pháp kiến trúc thụ động theo
phương pháp tính hiệu quả năng lượng lớp vỏ bao che nhà chung cư cao tầng tại Hà
Nội” là đề tài có tính thời sự và cấp thiết hiện nay ở nước ta.
2. Mục đích nghiên cứu
- Xây dựng được một công cụ có thể tham khảo và so sánh HQNL của các giải
pháp kiến trúc lớp vỏ bao che (tổ hợp kiến trúc mặt đứng) trong giai đoạn thiết kế ý
tưởng ban đầu, áp dụng cụ thể đối với nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội.
- Xác định các giải pháp kiến trúc thụ động cần áp dụng để giảm thiểu tiêu thụ
năng lượng cho đảm bảo tiện nghi vi khí hậu trong nhà chung cư cao tầng ở Hà Nội.
3
3. Mục tiêu nghiên cứu
(1) Đề xuất khái niệm về hệ số HQNL lớp vỏ bao che công trình để tham khảo
và so sánh HQNL của các giải pháp tổ hợp kiến trúc mặt đứng công trình trong giai
đoạn thiết kế ý tưởng ban đầu.
(2) Xây dựng phương pháp tính hệ số HQNL lớp vỏ bao che nhà chung cư cao
tầng trong điều kiện khí hậu của Hà Nội.
(3) Đề xuất các giải pháp kiến trúc thụ động theo kết quả phương pháp tính
HQNL lớp vỏ bao che nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội.
4. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
Giải pháp kiến trúc thụ động theo phương pháp tính HQNL lớp vỏ bao che.
Phạm vi nghiên cứu:
- Áp dụng đối với nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội.
- Nghiên cứu xác định HQNL của kiến trúc lớp vỏ bao che liên quan đến tiêu
thụ điện năng.
- Nghiên cứu xây dựng phương pháp tính toán HQNL làm mát đối với kiến trúc
lớp vỏ bao che nhà chung cư cao tầng trong giai đoạn thiết kế ý tưởng ban đầu trong
điều kiện khí hậu thực tế của Hà Nội.
- Giải pháp kiến trúc thụ động tập trung chính vào các giải pháp kiến trúc liên
quan đến HQNL của lớp vỏ bao che (hình dáng và hướng nhà, tổ chức kiến trúc mặt
đứng, cách nhiệt, thiết kế năng lượng mặt trời thụ động).
5. Nội dung nghiên cứu
(1) Xây dựng cơ sở khoa học cho các giải pháp kiến trúc thụ động theo phương
pháp tính toán HQNL lớp vỏ bao che đối với nhà chung cư cao tầng phù hợp với điều
kiện khí hậu của Hà Nội;
(2) Nghiên cứu phương pháp tính toán HQNL lớp vỏ bao che của nhà chung cư
cao tầng có cửa kính với các kết cấu che nắng (KCCN) có hình thức và kích thước
khác nhau, ở các hướng nhà khác nhau. Lập chương trình phần mềm tính toán và
tiến hành áp dụng tính hệ số HQNL lớp vỏ bao che nhà chung cư cao tầng trong điều
kiện khí hậu thực tế của Hà Nội.
4
(3)
Đề xuất các giải pháp kiến trúc thụ động trên cơ sở kết quả của phương
pháp tính toán hệ số HQNL lớp vỏ bao che trong điều kiện đảm bảo tiện nghi vi khí
hậu trong nhà đối với chung cư cao tầng ở Hà Nội.
6. Phương pháp tiếp cận
(1) Tổng quan, thu thập và phân tích các thông tin có liên quan đến phương
pháp tính toán xác định lượng nhiệt bức xạ truyền vào nhà qua cửa kính có các KCCN
khác nhau hiện có ở trong nước và ở trên thế giới. Tiến hành phân tích, đánh giá các
ưu điểm của các phương pháp trên để học tập, tiếp thu, phát triển và tìm ra các thiếu
sót, tồn tại của mỗi phương pháp hiện có để tìm cách khắc phục và sáng tạo đề xuất
phương pháp tính toán mới của mình.
(2) Tổng kết các kinh nghiệm thiết kế kiến trúc HQNL đối với các công trình
dân dụng, đặc biệt là các chung cư cao tầng đã được xây dựng ở trên thế giới và ở
trong nước, quan tâm chủ yếu đến các nước nhiệt đới có điều kiện khí hậu tương tự
như ở Việt Nam. Phân tích, chọn lựa, xác định, hoàn thiện và đề xuất các giải pháp
kiến trúc thụ động dựa trên phương pháp đánh giá HQNL lớp vỏ bao che và phù hợp
điều kiện khí hậu ở Hà Nội.
7. Phương pháp nghiên cứu
(1)
Phương pháp sưu tầm - tổng hợp – đánh giá: Phương pháp sưu tầm, thu
thập tài liệu được sử dụng để đánh giá tổng quan hiện trạng và các kinh nghiệm thiết
kế các công trình HQNL, đặc biệt đối với các chung cư cao tầng. Tổng kết và kế thừa
các kinh nghiệm kiến trúc HQNL thực tế ở trong nước và ở nước ngoài, chủ yếu là
kinh nghiệm của các nước nhiệt đới nóng ẩm tương tự như nước ta. Quan tâm đến
các nghiên cứu, các quy chuẩn, tiêu chuẩn của các nước tiên tiến và có điều kiện khí
hậu tương tự Việt Nam.
(2)
Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Phương pháp phân tích và
tổng hợp lý thuyết được sử dụng để đánh giá các phương pháp tính bức xạ mặt trời
(BXMT) chiếu qua cửa kính có KCCN vào nhà ở trong nước và trên thế giới.
Áp dụng các cơ sở khoa học về nhiệt và khí hậu kiến trúc, cụ thể là về trao đổi
nhiệt bức xạ, về che nắng và chiếu nắng để thiết lập các công thức tính toán lượng
nhiệt trực xạ mặt trời chiếu vào nhà đi qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn.
5
(3)
Phương pháp chuyên gia: Tham vấn, lấy ý kiến đóng góp của các chuyên
gia về nhiệt lạnh và nhiệt kiến trúc trong quá trình thành lập các công thức tính toán
lượng nhiệt trực xạ mặt trời truyền vào nhà qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn
cũng như trong quá trình xây dựng phương pháp tính toán hệ số HQNL lớp vỏ bao
che nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội.
(4)
Phương pháp nghiên cứu ứng dụng: Thiết lập các đồ thị, bảng số để tra
cứu hệ số HQNL lớp vỏ bao che của nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội thông qua
phần mềm tính toán với sự thay đổi của các thông số đầu vào như: các loại KCCN,
các kích thước KCCN, các hướng nhà khác nhau và tương ứng với các thời điểm tính
toán khác nhau với sự trợ giúp của chuyên gia tin học.
Sử dụng các bảng số, các biểu đồ để tính toán HQNL làm mát đối với kiến trúc
lớp vỏ bao che của chung cư cao tầng ở Hà Nội là rất hiệu quả đối với các kiến trúc
sư cho việc xây dựng ý tưởng thiết kế ban đầu, tiệm cận với giá trị tính toán năng
lượng của các phần mềm mô phỏng năng lượng trong các giai đoạn thiết kế sau này.
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học
- Đã thiết lập các công thức tính hệ số chiếu nắng để tính toán lượng nhiệt trực
xạ mặt trời chiếu vào nhà đi qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn; đã thiết lập công
thức tính hệ số chiếu tán xạ bầu trời để tính toán lượng nhiệt tán xạ bầu trời chiếu vào
nhà qua cửa kính có KCCN ngang hữu hạn trên cơ sở lời giải phương trình vi phân
trao đổi nhiệt bức xạ giữa điểm tâm cửa sổ và KCCN do Phạm Ngọc Đăng thành lập.
- Đề xuất khái niệm Hệ số HQNL lớp vỏ bao che công trình – Khqnl. Đối với nhà
chung cư cao tầng, hệ số Khqnl dùng để định lượng một cách tương đối HQNL làm
mát khi thiết kế ý tưởng tổ hợp kiến trúc mặt đứng trong giai đoạn phác thảo ý tưởng
ban đầu.
- Nghiên cứu áp dụng cụ thể hóa vào điều kiện khí hậu Hà Nội các công thức
tính toán lượng nhiệt BXMT truyền qua cửa kính vào nhà để xác định hệ số Khqnl đối
với cửa kính có KCCN nằm ngang liên tục, thẳng đứng liên tục, hình hộp và ngang
hữu hạn với các kích thước khác nhau, ở các hướng nhà khác nhau, tương ứng với
từng giờ của các ngày đặc trưng mỗi tháng trong mùa nóng ở Hà Nội.
6
Ý nghĩa thực tiễn
- Toàn bộ kết quả tính toán về các hệ số Khqnl đối với các cửa kính có KCCN
với 4 hình thức phổ biến, 10 kích thước khác nhau, ở 8 hướng nhà khác nhau, đã được
thiết lập thành các bảng số liệu cụ thể, các biểu đồ hiển thị dễ dàng sử dụng đối với
người thiết kế để lựa chọn các giải pháp tổ hợp kiến trúc mặt đứng nhà chung cư cao
tầng tại Hà Nội phù hợp về HQNL mong muốn trong giai đoạn xây dựng ý tưởng.
- Bổ sung lý thuyết cho thiết kế kiến trúc thụ động nhà chung cư cao tầng tại Hà
Nội. Các công ty tư vấn kiến trúc, các kiến trúc sư có thể sử dụng kết quả nghiên cứu
của đề tài để tham khảo và so sánh HQNL của các giải pháp tổ chức kiến trúc mặt
đứng công trình khi thiết kế nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội.
9. Đóng góp sáng tạo mới của luận án
- Đã thiết lập các công thức tính hệ số chiếu nắng để tính toán lượng nhiệt trực
xạ mặt trời chiếu qua cửa kính có kết cấu che nắng ngang hữu hạn vào nhà và công
thức tính hệ số chiếu tán xạ bầu trời để tính toán lượng nhiệt tán xạ bầu trời chiếu qua
cửa kính có kết cấu che nắng ngang hữu hạn vào nhà.
- Đã xây dựng được hệ thống lý luận để đề xuất các giải pháp kiến trúc thụ động
theo phương pháp tính HQNL lớp vỏ bao che nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội, bao
gồm:
+ Đề xuất khái niệm Hệ số HQNL lớp vỏ bao che công trình - Khqnl. Đối với
nhà chung cư cao tầng, hệ số HQNL lớp vỏ bao che (Khqnl) dùng để định
lượng một cách tương đối hiệu quả năng lượng làm mát khi thiết kế ý tưởng
tổ hợp kiến trúc mặt đứng trong giai đoạn phác thảo ý tưởng ban đầu.
+ Đề xuất phương pháp tính hệ số Khqnl của nhà chung cư cao tầng trên cơ sở
các công thức tính lượng nhiệt BXMT (trực xạ và tán xạ) chiếu qua cửa kính
có KCCN vào nhà.
- Đã đề xuất các giải pháp kiến trúc thụ động có liên quan trực tiếp đến hiệu
quả năng lượng lớp vỏ bao che nhà chung cư cao tầng tại Hà Nội dựa trên kết quả
phương pháp tính Hệ số Khqnl.
10. Cấu trúc của luận án: Luận án bao gồm các chương mục sau (hình 02):
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan tình hình xây dựng chung cư cao tầng HQNL.