Tải bản đầy đủ

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 (Luận án tiến sĩ)

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



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



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


Luận án đủ ở file: Luận án full






Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×