KIẾN TRÚC VI KHÍ HẬU (tiếp)

Thermal comfort chart (Biểu đồ tiện nghi nhiệt)
Mỗi khu vực đều có một đặc trưng vi khí hậu riêng của khu vực đó, và chỉ vi khí hậu luôn biến đổi và ảnh hưởng đến môi trường của các công trình nằm trong khu vực. Vì vậy, nếu kiến trúc sư có thể điều khiển được sự biến đổi và đặc trưng của vi khí hậu từng vùng thì họ có thể tạo ra môi trường tiện nghi cho người sử dụng. Và chính biểu đồ Vi khí hậu giải quyết vấn đề đó. Còn con người có thể sử dụng biểu đồ đó để biết được đặc trưng môi trường xung quanh nơi sinh sống mà từ đó có thể tận dụng tối đa nguồn năng lượng tự nhiên vô tận khi cần thiết.
Có rất nhiều nghiên cứu đã đưa ra tiêu chuẩn của điều kiện tiện nghi nhiệt. Những nghiên cứu đáng kể như Houghton & Yaglou đưa ra khái niệm "Nhiệt độ hiệu quả" (Effective temperature) vào năm 1923 (fig. 13). Tiếp đến Victor Olgyay đưa ra biểu đồ Vi khí hậu vào năm 1963 và đặc biệt là B. Givoni đã giới thiệu biểu đồ tiện nghi nhiệt mà ngày nay nhiều nước trên thế giới dùng làm cơ sở để nghiên cứu biểu đồ vi khí hậu cho nước mình và từ đó đưa ra các chiến lược để tạo ra môi trường tiện nghi khi thiết kế công trình (fig. 14&15).
Những biểu đó được hình thành dựa trên các thí nghiệm kiểm tra vùng tiện nghi của con người theo từng vùng. Cách thức thí nghiệm có trình bày kỹ càng trong tài liệu (Fanger, P.., Thermal Comfort, New York, USA, 1972).

Figure 13: Nhiệt độ hiệu quả đối với người ăn mặt áo quần mỏng (trên cơ sở nghiên cứu của Houghton & Yaglou)


Figure 14: Biểu đồ sinh khí hậu (trên cơ sở nghiên cứu của Victor Olgyay)


Figure 15: Ảnh hưởng và khả năng ứng dụng các chiến lược sinh khí hậu (trên cơ sở biểu đồ sinh khí hậu của B. Givoni)

Ba chiến lược cơ bản đối với tiện nghi!
Để tạo ra điều kiện tiện nghi cho người sử dụng, người ta thường dùng 3 phương pháp: Passive, Active, và Hybrid methods
Active methods: Mục đích của phương pháp này là sử dụng các máy móc, phương tiện kỹ thuật, công nghệ để tạo ra môi trường tiện nghi. Phương pháp này có lợi ích là người sử dụng có thể chủ động để tạo ra môi trương tiện nghi cho mình. Tuy nhiên, vấn đề nảy sinh của phương pháp này đó là tiêu hao năng lượng (energy consumption), và trong một trường hợp nào đấy nó cũng tạo ra môi trường ko tiện nghi. Ví dụ như khi người sử dụng dùng quạt điện, máy điều hoà nhiệt độ để đem lại môi trường tiện nghi thì có thể âm thanh phát ra từ máy làm người sử dụng khó chịu, hoặc có thể lâu ngày gây mùi ô nhiễm, nhất là máy điều hoà trong phòng kín, etc.
Dưới đây là bảng đánh giá hiệu quả sử dụng hai phương pháp active và passive methods của (Jones, David Lloyd, Architecture and the environment: Bioclimatic building design, 1998)P-246. Với (7) là rất quan trọng và (0) là ko quan trọng:
Table 1: Đánh giá hiệu quả của các phương pháp ứng dụng



Passive methods: Mục đích của phương pháp này là đem lại môi trường tiện nghi với mức thấp nhất về tiêu hao năng lượng sử dụng và thất thoát trên cơ sở tận dụng năng lượng tự nhiên. Sự phân loại passive cooling systems đối với khí hậu nhiệt đới ẩm bao gồm: natural ventilation, night ventilation, radiant cooling, direct/ indirect evaporative cooling, Soil cooling and cooling of outdoor spaces (Baruch Givoni, Passive and Low Energy Cooling of Buildings, United States of America, 1994).
Năng lượng tự nhiên được biết như là nguồn năng lượng vô tận và là mục tiêu mà con người nhắm tới để tận dụng ngưồn năng lượng đó phục vụ cho mục đích của họ. Và đó cũng là con đường tốt nhất được khuyến khích mà các nhà KTS cần vận dụng. Chỉ trừ trường hợp mà người sử dụng ko thể vận dụng được thì mới chuyển sang active methods.

Hybrid methods: là phương pháp kết hợp giữa 2 phương pháp nêu trên. Trong trương hợp này, khi mà năng lượng tự nhiên ko thể đem lại điều kiện tiện nghi cho người sử dụng thì có thể sử dụng phương pháp active.Ngược lại, một khi passive method có thể mang lại tiện nghi thì người sử dụng có thể tắt active method nhằm tiết kiệm hao phí năng lượng. Vấn đề của phương pháp này đó là làm thế nào để biết một cách gần chính xác khoảng thời gian nào thì dùng passive methods và khoảng thời gian nào thì nên dùng active methods. Để biết được điều đó thì KTS cần nắm vững các đặc trưng vi khí hậu môi trường xung quanh công trình mình thiết kế.
Trong thông gió, cần đặt ra là làm thế nào để đón được tối đa gió tốt vào không gian sử dụng. Figure 16 đưa ra 2 hướng giải quyết tốt xấu.

Figure 16: Giải quyết tốt và xấu đối với thông gió tự nhiên (bên trái: bad; bên phải: good – Source: ST)

Với các góc độ tiếp xúc khác nhau khi vào bên trong công trình, thì tạo các điểm khác nhau sẽ cho vận tốc khác nhau (fig. 17):

Figure 17: Ảnh hưởng hướng gió đến tốc độ gió (ST)

Gió linh hoạt và ko thể nắm bắt được, nhưng với các hình khối khác nhau của công trình thì cũng có thể uốn luồng gió thổi (fig. 18):

Figure 18: Ảnh hưởng của hình dáng công trình đến hướng gió (ST)

… và vận tóc gió cũng thay đổi linh hoạt tuỳ thuộc vào hình dạng, bộ cục cảnh quan (fig. 19):

Figure 19: Ảnh hưởng của tốc độ đến trạng thái gió (ST)

… tương tự đối với việc bố trí linh hoạt các vách ngăn (fig. 20):

Figure 20: Gió và vách ngăn (ST)

Đối với giải pháp che nắng, thường thì người KTS cần nắm vững các thông số quỹ đạo mặt trời ở vùng khí hậu của công trình thiết kế. Ví dụ trên là biểu đồ mặt trời tại Hà Nội và các vùng lân cận. Biểu đồ trên thể hiện rõ ngày giờ nào trong tháng mặt trời sẽ nằm ở vị trí nào. Khi biết được quỹ đạo mặt trời, KTS có thể xác định được khoảng thời gian nào trong ngày, tháng cần phải che nắng, từ đó có giải pháp hợp lý (fig. 21). Ứng dụng biểu đồ mặt trời ko chỉ dành cho mỗi công trình mà còn cho cả khu phố hay toàn đô thị thuộc vùng khí hậu đó.

Figure 21: Biểu đồ chuyển động mặt trời tại Hà Nội (Source: Phạm Đức Nguyên)

Figure 22 đưa ra giải pháp che nắng ở các tầng, tầng dưới với bậu cửa thấp thì lam che nắng đua ra nhiều hơn, và tầng trên thì ngược lại.

Figure 22: Giải pháp đưa lam che nắng các tầng ở CT S. Radbill, Philadephia (Source: Phạm Đức Nguyên)

Thường thì khi đưa ra các giải pháp che nắng cần phải kết hợp với thông gió tự nhiên. Nếu che nắng hoàn toàn mà vô tình bịt luôn cả luồng gió mát thổi vào CT thì cũng ko phải là giải pháp tối ưu. Vì vậy, các giải pháp che nắng thường sử dụng các vật liệu nửa kín nửa hở vừa che nắng đồng thời vẫn để luồng gió mát thổi vào.
Một số ví dụ sau đây là những giải pháp kết hợp giữa thông gió và che nắng.
Trung tâm Hôi nghị quốc tế, Hà Nội sử dụng các tường hoa vừa có tác dụng che nắng nhưng đồng thời gió vẫn có thể đi vào bên trong công trình (fig. 23). Trong khi đó, công trình nhà văn phòng Consorcio, Santiago, Chile sử dụng ban công cây xanh che nắng nhưng vẫn có những kẻ hở thông gió làm mát công trình (fig. 24).

Figure 23: Tường hoa văn ở Trung tâm Hội nghị quốc tế có tác dụng thông gió và che nắng


Figure 24: Giải pháp che nắng và thông gió ở công trình nhà văn phòng Consorcio, Santiago, Chile (ST)

Hình 25 dưới đây cho thấy lam che nắng nữa kín nữa hở có tác dụng che nắng và thông gió hiệu quả. Một công trình khác có sự kết hợp tuyệt với giữa che nắng và thông gió là công trình Menera Mesiniaga, Malaysia (fig. 26&27). Dựa vào chuyển động mặt trời, các khối công cộng như bộ phận thang máy tập trung vào phía đông, trong khi phía tây là nhưng lam che nắng mở. Toàn bộ công trình là những khối đặc rỗng tạo thông gió tự nhiên và che nắng hiệu quả.

Figure 25: Lam che nắng mở có tác dụng che nắng và thông gió tự nhiên


Figure 26: Công trình Menera Mesiniaga, Malaysia (ST)


Figure 27: Công trình Menera Mesiniaga, Malaysia (ST)

Thường thì khi đưa ra giải pháp để tạo ra môi trường tiện nghi, hầu hết là qua cảm giác của người sử dụng thậm chí người thiết kế để nhận định là giai pháp đó đạt hiệu quả hay ko. Ví dụ thiết kế công trình, KTS đưa ra giải pháp thông gió tụ nhiên cho Công trình đó, thì ông ta chỉ nhận định rằng với giải pháp đó, sẽ làm cho không gian bên trong công trình mát hơn. Còn con số chênh lệch để so sánh giữa công trình ứng dụng thông gió tự nhiên và công trình ko ứng dụng là bao nhiêu thì bótay.com.

Như đã đề cập ở các bài trước, để đánh giá một cách gần chính xác, thì người ta sử dụng bảng biểu độ Tiện nghi vi khí hậu cho mổi vùng. Hình dưới là thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của hồ nước đến điều kiện tiện nghi như thế nào (fig. 28). Cách thí nghiệm là đi đo các thông số vận tốc gió, nhiệt độ, độ ẩm,... của các điểm quanh hồ từ sát hồ đến ra xa, và kết quả ở biểu đồ trên là chỉ số trung bình lần lược gần hồ đến ra xa theo thứ tự từ 1-7.

Figure 28: Đo chỉ số nhiệt độ và độ ẩm quanh hồ

Sau khi có số liệu trên, áp dụng vào biểu đồ tiện nghi của khu vực đó (fig. 29). Kết quả cho thấy ảnh hưởng của hồ nước đến nhiệt độ là không đáng kể (nhỏ hơn 10 C) trong khi đổ ẩm có sự chênh lệch khá cao (xấp xỉ 100 C) (fig. 30).

Figure 29: Áp các chỉ số vào bản đồ tiện nghi nhiệt khu vực hồ

Ở đây vẫn có những hạn chế như xung quanh hồ là những vật liệu khác nhau như cỏ, cây, đường nhựa, etc. Những vật liệu khác nhau sẽ làm cho nhiệt độ và độ ẩm cũng khác nhau. Ngoài ra đó là kích thước hồ khác nhau thì sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến môi trường xung quanh. Thí nghiệm trên chỉ giải thích tương đối. Còn cách thức thí nghiệm, đo đạc, chuẩn bị, khoảng thời gian đo, các sai số,...khá phức tạp, nói ra dài dòng.
Nói tóm lại, đối với vi khí hậu của từng vùng, nếu xây dựng được bản đồ tiện nghi nhiệt thì nó sẽ là tiêu chuẩn để đánh giá mức độ tiện nghi cho từng công trình trong khu vực đó. Cách xây dựng bản đồ tiện nghi nhiệt dựa trên thí nghiệm được trình bày rất kỹ

Tài liệu tham khảo chính:
- Phạm Ngọc Đăng (2002), Nhiệt Và Khí Hậu Kiến Trúc, Hà Nội : Nhà Xuất Bản Xây Dựng.
- Phạm Đức Nguyên (2002), Kiến Trúc Sinh Khí Hậu. Hà Nội : Nhà Xuất Bản Xây Dựng.
- Nguyễn Văn Chí (1995), Bài Giảng Vật Lý Xây Dựng. Hà Nội, Bộ Xây Dựng, Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội.
- Hà Nhật Tân (2005), Thông Gió Tự Nhiên Trong Nhà Ở. Hồ Chí Minh: Nhà Xuất Bản Văn Hóa Thông Tin.
- Hoàng Huy Thắng (2002). Kiến Trúc Nhiệt Đới Ẩm. Hà Nội: Nhà Xuất Bản Xây Dựng.
- Bùi Vạn Trân (2004). Môi Trường Vi Khí Hậu Trong Công Trình Kiến Trúc. Hà Nội: Nhà Xuất Bản Xây Dựng.
- Baruch Givoni, Passive and Low Energy Cooling of Buildings, United States of America, 1994.
- D Clements-Croome, Naturally Ventilated Buildings – Building for the Senses, Economy and Society, United Kingdom, 1997.
- David Oakley, Tropical Houses – A Guide to Their Design. B. T. Batsford LTD. London, 1961.
- Dean Heerwagen, Passive and Active Environment Controls: Informing the Schematic Designing of Buildings, McGraw-Hill, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New York, 2004.
- Fanger, P.O., Thermal Comfort, New York, USA, 1972.
- G.Z.Brown and Mark Dekay, Sun, Wind & Light-Architectural Design Strategies, United State of America, 2000.
- Holger Koch – Nielsen, Stay Cool: A Design Guide for the Built Environment in Hot Climates, London, United Kingdom, 2002.
- Jones, David Lloyd, Architecture and the environment: Bioclimatic building design, 1998.
- Maxwell Fry & Jane Drew, Tropical Architecture in the Dry & Humid Zones, 1964.
- Michael Humphreys, An Adaptive Approach to Thermal Comfort, Naturally Ventilated Buildings, Chapter 5, D Clements-Croome, United Kingdom, 1997.
- Per Heiselberg, Design Principles for Natural and Hybrid Ventilation, Denmark, web: www.hybvent.civil.auc.dk