Khai thác thông gió tự nhiên trong nhà ở cao tầng tại các đô thị duyên hải nam trung bộ hướng đến tiết kiệm năng lượng phát triển bền vững

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH --- PHAN TIẾN VINH KHAI THÁC THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG NHÀ Ở CAO TẦNG TẠI CÁC ĐÔ THỊ DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ HƯỚNG ĐẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

-

PHAN TIẾN VINH

KHAI THÁC THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG NHÀ Ở CAO TẦNG TẠI CÁC ĐÔ THỊ DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ HƯỚNG ĐẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

- PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KIẾN TRÚC

Thành phố Hồ Chí Minh - 2019

-

PHAN TIẾN VINH

KHAI THÁC THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG NHÀ Ở CAO TẦNG TẠI CÁC ĐÔ THỊ DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ HƯỚNG ĐẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG

- PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG

Chuyên ngành: KIẾN TRÚC

Mã số: 9.58.01.01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KIẾN TRÚC

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS KTS TRỊNH DUY ANH

Thành phố Hồ Chí Minh - 2019

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tôi xin chịu trách nhiệm về tính xác thực của các số liệu và kết quả được công bố trong trong Luận án

Lời cảm ơn

Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn quý báu của PGS.TS.KTS Trịnh Duy Anh Thầy đã tận tâm dẫn dắt tôi trên con đường học tập và nghiên cứu khoa học

Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu, Viện đào tạo Sau đại học, Khoa Kiến trúc (Trường Đại học Kiến trúc Thành phố Hồ Chí Minh); TS KTS Nguyễn Anh Tuấn (Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng); các thầy cô, các nhà khoa học, các chuyên gia, đồng nghiệp, … đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện Luận án

Cuối cùng, xin cám ơn gia đình đã luôn là nguồn động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành Luận án này

MỤC LỤC

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU xii

DANH MỤC CÁC BẢNG xiii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xvi

MỞ ĐẦU 1

0.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

0.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3

0.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 3

0.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

0.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG NHÀ Ở CAO TẦNG HƯỚNG ĐẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG - PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 5

1.1 PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG VÀ KIẾN TRÚC BỀN VỮNG 5

1.1.1 Bối cảnh ra đời và các khái niệm về phát triển bền vững 5

Bối cảnh 5

Các khái niệm về phát triển bền vững 5

1.1.2 Kiến trúc bền vững 7

Khái niệm 7

Xu hướng phát triển kiến trúc bền vững trên thế giới 8

1.1.3 Phát triển kiến trúc bền vững tại Việt Nam 8

Kiến trúc bền vững trong các công trình kiến trúc truyền thống 8

Thực trạng và xu hướng phát triển kiến trúc bền vững tại Việt Nam 9 1.2 KIẾN TRÚC NHÀ Ở CAO TẦNG 10

1.2.1 Nhà ở cao tầng 10

Khái niệm 10

Ưu nhược điểm 10

1.2.2 Kiến trúc nhà ở cao tầng trên thế giới, Việt Nam và các đô thị Duyên hải

Nam Trung Bộ 11

Thực trạng xây dựng và xu hướng phát triển nhà ở cao tầng tại các đô thị trên thế giới 11

Thực trạng xây dựng và xu hướng phát triển Nhà ở cao tầng tại các đô thị Việt Nam 12

Thực trạng phát triển của nhà ở cao tầng tại các đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ 12

1.3 THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG CÔNG TRÌNH 13

1.3.1 Thông gió trong công trình 13

Đặc tính lý hóa của môi trường không khí 13

Thông gió trong công trình 14

1.3.2 Thông gió tự nhiên trong công trình 15

Khái niệm 15

Gió và sự biến thiên vận tốc gió theo chiều cao 15

Các hình thức thông gió tự nhiên 16

Vai trò của thông gió tự nhiên 18

Một số rào cản đối với thiết kế thông gió tự nhiên trong công trình 18 1.4 TIỆN NGHI NHIỆT TRONG CÔNG TRÌNH 19

1.4.1 Phương trình cân bằng nhiệt của cơ thể và môi trường 19

Sự sản sinh nhiệt của cơ thể con người (nhiệt sinh lý) 19

Các hình thức trao đổi nhiệt giữa cơ thể và môi trường 20

Phương trình cân bằng nhiệt của cơ thể và môi trường 20

1.4.2 Khái niệm tiện nghi nhiệt 21

Khái niệm 21

Các yếu tố ảnh hưởng đến tiện nghi nhiệt 21

1.4.3 Các mô hình dự đoán tiện nghi nhiệt 21

1.5 KHAI THÁC THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG CÔNG TRÌNH HƯỚNG ĐẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG - PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 22

1.5.1 Năng lượng sử dụng trong công trình 22

1.5.2 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong công trình 22

Tính cấp thiết của sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong công

trình xây dựng 22

Một số hướng nghiên cứu về hiệu năng trong công trình 23

1.5.3 Vấn đề tiết kiệm năng lượng và phát triển bền vững trong xây dựng 23

1.5.4 Khai thác thông gió tự nhiên trong công trình hướng đến tiết kiệm năng lượng - phát triển bền vững 24

1.6 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 25

1.6.1 Trên các bài báo khoa học, các đề tài nghiên cứu khoa học và các tham luận hội thảo khoa học 25

Lý thuyết cơ bản về thông gió tự nhiên 25

Các mô hình trong nghiên cứu thông gió tự nhiên 25

Các giải pháp thiết kế và tiêu chuẩn của thông gió tự nhiên 26

Ứng dụng thông gió tự nhiên tại các loại hình kiến trúc nhà ở 26

1.6.2 Các luận án Tiến sĩ 27

1.6.3 Đánh giá chung về các công trình nghiên cứu có liên quan đề tài 29

1.7 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI CẦN ĐƯỢC NGHIÊN CỨU 29

1.7.1 Những vấn đề tồn tại về khai thác thông gió tự nhiên trong Nhà ở cao tầng tại các đô thị Duyên hải Nam trung bộ 29

1.7.2 Những vấn đề nghiên cứu chính của Luận án 29

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CHO KHAI THÁC THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG NHÀ Ở CAO TẦNG TẠI CÁC ĐÔ THỊ DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ 30

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1.1 Phương pháp khảo sát - quan trắc thực tế 30

2.1.2 Phương pháp điều tra xã hội học 30

2.1.3 Phương pháp phân tích - tổng hợp 30

2.1.4 Phương pháp mô hình hóa 31

2.1.5 Phương pháp mô phỏng trên máy tính 31

2.1.6 Phương pháp khảo sát thực nghiệm 31

2.2 CÁC CƠ SỞ KHOA HỌC 31

2.2.1 Cơ sở về pháp lý 31

Văn bản pháp quy về phát triển bền vững ở Việt Nam 31

Văn bản pháp quy về thiết kế kiến trúc hướng đến hiệu quả năng lượng trong công trình ở Việt Nam 31

Các Quy chuẩn và Tiêu chuẩn thiết kế liên quan đến nhà ở cao tầng và thông gió tự nhiên tại Việt Nam 32

2.2.2 Cơ sở về lý luận 33

Thiết kế kiến trúc nhà ở cao tầng 33

Tính toán thông gió tự nhiên trong công trình 34

Mô hình tiện nghi nhiệt trong công trình 41

Phân tích khí hậu trong thiết kế kiến trúc 46

Tổng quan về một số giải pháp thiết kế kiến trúc và giải pháp kỹ thuật nhằm khai thác hiệu quả thông gió tự nhiên cho công trình 47

Tiện nghi về gió và vận tốc gió 48

Sử dụng phương pháp Computational Fluid Dynamics và phần mềm AutoDesk CFD trong nghiên cứu thông gió tự nhiên 49

2.2.3 Cơ sở về thực tiễn 54

Vị trí địa lý, đặc điểm địa hình và đặc điểm khí hậu của vùng Duyên hải Nam Trung Bộ 54

Định hướng phát triển của nhà ở cao tầng tại các đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ trong quy hoạch chung xây dựng thành phố 55

Khai thác thông gió tự nhiên trong nhà ở cao tầng tại các đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ 56

Áp dụng một số công cụ đánh giá Công trình Xanh trong giai đoạn thiết kế ở Việt Nam 60

2.2.4 Một số bài học kinh nghiệm về khai thác thông gió tự nhiên trong kiến trúc nhà ở 60

Một số giải pháp thiết kế nhằm khai thác thông gió tự nhiên trong kiến trúc nhà ở truyền thống Việt Nam 60

Tổ chức thông gió tự nhiên trong các chung cư ở Trung Quốc 63

Tổ hợp chung cư The Interlace ở Singapore 64

Khu chung cư Tái định cư Làng cá Nại Hiên Đông, Đà Nẵng 66

CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 67

3.1 ĐỊNH HƯỚNG KHAI THÁC THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN 67

3.1.1 Xác định thời điểm có điều kiện thời tiết thích hợp cho khai thác thông gió tự nhiên trong công trình 67

Thành phố Đà Nẵng 67

Thành phố Quy Nhơn 69

Thành phố Nha Trang 70

3.1.2 Đề xuất vận tốc gió tiện nghi nhằm khai thác thông gió tự nhiên cho Nhà ở cao tầng tại các đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ 72

Kết quả khảo sát thực nghiệm 72

Đánh giá các kết quả thu được và đề xuất Vận tốc gió tiện nghi cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ 73

3.1.3 Đề xuất chiến lược thông gió làm mát cho Nhà ở cao tầng tại các đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ 74

Các chiến lược TG làm mát cơ bản 74

Cơ sở đề xuất chiến lược TG cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ 75 Đề xuất chiến lược TG cho vùng Duyên hải Nam Trung Bộ 75

Định hướng chung cho thiết kế theo chiến lược TG ngày và đêm của vùng Duyên hải Nam Trung Bộ 76

3.2 MỘT SỐ NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ NHẰM KHAI THÁC HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN CHO NHÀ Ở CAO TẦNG TẠI CÁC ĐÔ THỊ DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ 76

3.2.1 Sử dụng công cụ mô phỏng trong thiết kế 76

3.2.2 Thiết kế mặt bằng 77

Hình dạng mặt bằng 77

Giải pháp phân khu chức năng trên mặt bằng 78

Tương quan kích thước phòng hợp lý 80

Hình thức mặt bằng tầng điển hình 85

Giải pháp sử dụng lô gia trong thiết kế nhà ở cao tầng 97

Định hướng sử dụng vách ngăn không gian trong căn hộ 102

Định hướng bố trí trang thiết bị nội thất trong căn hộ 102

3.2.3 Thiết kế hình khối 102

3.2.4 Thiết kế quy hoạch tổng mặt bằng 103

Lựa chọn hướng gió đến tối ưu cho hiệu quả thông gió tự nhiên 103

Lựa chọn hướng nhà 107

Xác định vùng quẩn gió sau các khối nhà cao tầng 108

Nguyên tắc chung và định hướng trong thiết kế tổng mặt bằng khu nhà ở cao tầng nhằm khai thác hiệu quả TGTN 112

Một số giải pháp tăng cường hiệu quả thông gió tự nhiên trên tổng mặt bằng 117

3.2.5 Thiết kế vỏ bao che 121

3.2.6 Giải pháp cửa cho căn hộ 125

Cửa mặt ngoài căn hộ 125

Cửa bên trong căn hộ 133

3.3 CÁC KIẾN NGHỊ VỀ KHAI THÁC VẬN HÀNH THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG NHÀ Ở CAO TẦNG TẠI CÁC ĐÔ THỊ DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ 136

3.3.1 Lựa chọn giải pháp vận hành khai thác 136

Các giải pháp vận hành 136

Lựa chọn giải pháp vận hành khai thác thông gió tự nhiên cho loại hình nhà ở cao tầng ở vùng Duyên hải Nam Trung bộ 137

3.3.2 Các giải pháp về quản lý 138

3.3.3 Một số giải pháp khác nâng cao nhận thức cho cư dân 138

CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN VỀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 140

4.1 KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN VÀO THỰC TIỄN THIẾT KẾ KIẾN TRÚC NHÀ Ở CAO TẦNG TẠI CÁC ĐÔ THỊ DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ 140

4.2 HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG VÀ HƯỚNG ĐẾN PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG TRONG KIẾN TRÚC KHI ÁP DỤNG CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 141

4.3 KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO CÁC ĐÔ THỊ

KHÁC Ở VIỆT NAM 142

4.4 KẾT HỢP THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN VỚI SỬ DỤNG CÁC THIẾT BỊ LÀM MÁT CÓ MỨC TIÊU HAO NĂNG LƯỢNG THẤP NHẰM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG, HƯỚNG ĐẾN PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 142

4.5 NHỮNG HẠN CHẾ CỦA KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 143

KẾT LUẬN 145

KIẾN NGHỊ 150 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1: BIẾN THIÊN VẬN TỐC GIÓ THEO CHIỀU CAO

PHỤ LỤC 2: MẶT BẰNG TẦNG ĐIỂN HÌNH CỦA MỘT SỐ DỰ ÁN NHÀ Ở CAO TẦNG TẠI VIỆT NAM (HÀ NỘI, ĐÀ NẴNG VÀ TP HỒ CHÍ MINH) PHỤ LỤC 3: SO SÁNH KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG CÔNG TRÌNH BẰNG ỐNG KHÍ ĐỘNG VÀ PHẦN MỀM AUTODESK CFD 2017

PHỤ LỤC 4: SỐ LIỆU VỀ QUI MÔ TỈNH LỴ, DÂN SỐ VÀ KHÍ HẬU CỦA MỘT

SỐ THÀNH PHỐ VÙNG DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ

PHỤ LỤC 5: QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TẠI CÁC CĂN HỘ CHUNG CƯ CAO TẦNG Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

PHỤ LỤC 6: ĐIỀU TRA XÃ HỘI HỌC VỀ “THỰC TRẠNG VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG CÁC CHUNG CƯ CAO TẦNG TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG”

PHỤ LỤC 7: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN VÀ CÁC ĐỀ XUẤT CẢI TẠO NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN CHO KHU CHUNG CƯ TÁI ĐỊNH CƯ LÀNG CÁ NẠI HIÊN ĐÔNG, ĐÀ NẴNG

PHỤ LỤC 8: SỐ LIỆU THỜI TIẾT VÀ BIỂU ĐỒ PHÂN TÍCH VÙNG TIỆN NGHI CỦA THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG, THÀNH PHỐ QUY NHƠN VÀ THÀNH PHỐ NHA TRANG

PHỤ LỤC 9: KHẢO SÁT VỀ “VẬN TỐC GIÓ TIỆN NGHI CHO VÙNG DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ”

PHỤ LỤC 10: NGHIÊN CỨU MINH HỌA VỀ LỰA CHỌN HƯỚNG NHÀ CHO NHÀ Ở CAO TẦNG TẠI ĐÀ NẴNG

PHỤ LỤC 11: HÌNH THỨC BỐ CỤC TỔNG MẶT BẰNG CỦA MỘT SỐ DỰ ÁN NHÀ Ở CAO TẦNG TẠI VIỆT NAM

KTX : Kiến trúc xanh MBTĐH : Mặt bằng tầng điển hình NCS : Nghiên cứu sinh

NOCT : Nhà ở cao tầng PGS : Phó giáo sư PTBV : Phát triển bền vững SKH : Sinh khí hậu

TG : Thông gió TGTN : Thông gió tự nhiên TKNL : Tiết kiệm năng lượng TMB : Tổng mặt bằng TNN : Tiện nghi nhiệt

TS : Tiến sĩ VBC : Vỏ bao che VTGTN : Vận tốc gió tiện nghi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

D : Độ ẩm tuyệt đối (kg/m3)

d : Dung ẩm (g/kg kk khô)

G : Lưu lượng thông gió (m3/s)

Iclo : Nhiệt trở quần áo (clo)

(1 clo = 1.55 m2°C/W = 0.88 ft2.hr.°F/Btu)

K : Tương quan kích thước phòng

L : Chiều rộng của vùng quẩn gió sau khối nhà

M : Lượng nhiệt sinh lý (Met)

(1 Met = 50 kcal/ m2.h = 18.4 Btu/ft2 = 58.2 W/m2)

m : Bội số thông gió (Không thứ nguyên)

Q : Thể tích phòng hoặc công trình (m3)

RH : Độ ẩm tương đối (%)

Thq : Nhiệt độ hiệu quả

Thqhc : Nhiệt độ hiệu quả hiệu chỉnh

Thq* : Nhiệt độ hiệu quả mới

To : Nhiệt độ tác dụng

Ttien-nghi : Nhiệt độ tổng hợp tiện nghi

VH : Vận tốc gió tại cao độ H (m/s) v(t) : Vận tốc gió tức thời tại thời điểm (t)

VX : Vận tốc gió tại điểm X (m/s)

α : Góc gió đến bề mặt nhà

ρ : Trọng lượng riêng của không khí ẩm (kg/m3)

ΣH : Nhiệt độ tổng hợp

DANH MỤC CÁC BẢNG

STT Số hiệu

1 Bảng 2.1 Tên, sơ đồ mặt bằng và đặc điểm của các hình thức MBTĐH 35

2 Bảng 2.2 Thống kê diện tích các căn hộ điển hình 54

3 Bảng 3.1 Số liệu về số giờ tiện nghi theo tháng và năm của Đà Nẵng 68

4 Bảng 3.2 Số liệu về số giờ tiện nghi theo tháng và năm của Quy Nhơn 70

5 Bảng 3.3 Số liệu về số giờ tiện nghi theo tháng và năm của Nha Trang 71

6 Bảng 3.4 Các số liệu về môi trường vi khí hậu trong thời gian khảo sát 73

7 Bảng 3.5 Tỷ lệ (%) số người có cảm giác tiện nghi với vùng giá trị vận tốc

10 Bảng 3.8 Giá trị vận tốc gió tại điểm A, điểm B và điểm C - Căn hộ loại I 90

11 Bảng 3.9 Trường gió trên MBTĐH, mặt bằng căn hộ và mặt cắt - Căn hộ loại

12 Bảng 3.10 Giá trị vận tốc gió tại điểm A, điểm B và điểm C - Căn hộ loại II 93

13 Bảng 3.11 Trường gió trên mặt bằng căn hộ, mặt bằng và mặt cắt của phòng

14 Bảng 3.12 Sự chênh lệch của VTBx trong các trường hợp (căn hộ giữa) 101

15 Bảng 3.13 Trường gió trên mặt bằng căn hộ trong nghiên cứu góc gió đến tối

16 Bảng 3.14 Kích thước L (đơn vị a) trong các trường hợp thay đổi kích thước

17 Bảng 3.15 Kích thước L (đơn vị a) trong các trường hợp thay đổi α (°) 110

18 Bảng 3.16 Kích thước tương đối L (đơn vị %) trong các trường hợp thay đổi

STT Số hiệu

21 Bảng 3.19 Trường gió trên TMB chu vi trong các trường hợp gió đến 117

22 Bảng 3.20 Trường gió trên mặt cắt trong các trường hợp kích thước và vị trí

khoảng rỗng trên mặt cắt của công trình 119

24 Bảng 3.22 Tỷ lệ tương đối của VTBTĐ và VMaxTĐ của trường gió trong trường

hợp có VBC (lam đặt ngang) so với không có VBC 124

25 Bảng 3.23 Tỷ lệ tương đối của VTBTĐ và VMaxTĐ của trường gió trong trường

hợp có VBC (lam đặt đứng) so với không có VBC 124

26 Bảng 3.24 Trường gió trong các trường hợp cửa sổ đẩy, mở 2 cánh trên mặt

27 Bảng 3.25 Giá trị vận tốc gió VTB và VMax trên bề mặt cửa sổ trong các trường

28 Bảng 3.26 Trường gió trong các trường hợp cửa sổ đẩy, mở 2 cánh trên mặt

29 Bảng 3.27 Giá trị vận tốc gió VTB và VMax trên bề mặt cửa sổ trong các trường

30 Bảng 3.28 Trường gió trên mặt cắt phòng ngủ trong các trường hợp góc xoay

31 Bảng 3.29 Giá trị vận tốc gió trong các trường hợp góc xoay β 129

32 Bảng 3.30 Trường gió trên mặt bằng trong trường hợp vị trí cửa đi mở 2 cánh 131

33 Bảng 3.31 Giá trị vận tốc gió VTB và VMax trong các trường hợp cửa đi mở 2

34 Bảng 3.32 Trường gió trên mặt bằng trong trường hợp vị trí cửa đi mở 1 cánh 131

35 Bảng 3.33 Giá trị vận tốc gió VTB và VMax trong các trường hợp cửa đi mở 1

36 Bảng 3.34 Vận tốc gió trung bình trên từng nhóm tầng- vận tốc tham chiếu là

37 Bảng 3.35 Diện tích cửa lấy gió - so với S1 -của các nhóm tầng trong NOCT 133

38 Bảng 3.36 Trường gió trong phòng trong các trường hợp vị trí tương đối của

STT Số hiệu

39 Bảng KL.1 Tổng số giờ tiện nghi trong năm của Đà Nẵng, Qui Nhơn và Nha

40 Bảng PL 1.1 Các loại địa hình và giá trị δ, a tương ứng

41 Bảng PL 1.2 Giá vận tốc gió theo chiều cao H (m) - Trường hợp Vz = 3m/s

42 Bảng PL 1.3 Giá vận tốc gió theo chiều cao H (m) - Trường hợp Vz = 5m/s

43 Bảng PL 3.1 Độ chênh về giá trị vận tốc Δv (m/s)

44 Bảng PL 4.1 Tỉnh lỵ và quy mô của các tỉnh, thành phố thuộc Vùng DHNTB

45 Bảng PL 5.1 Các thông số kỹ thuật của các thiết bị quan trắc

46 Bảng PL 5.2 Tổng hợp số liệu quan trắc tại các CC cao tầng ở Đà Nẵng

47 Bảng PL7.1 Kết quả mô phỏng trường gió trong công trình của các phương án

thiết kế Khu CC Làng cá Nại Hiên Đông

48 Bảng PL 8.1 Số liệu nhiệt độ trung bình và nhiệt độ tiện nghi theo tháng của Đà

Nẵng

49 Bảng PL 8.2 Biểu đồ tiện nghi SKH của Đà Nẵng theo tháng

50 Bảng PL 8.3 Số liệu nhiệt độ trung bình và nhiệt độ tiện nghi theo tháng của

Quy Nhơn

51 Bảng PL 8.4 Biểu đồ tiện nghi SKH của Quy Nhơn theo tháng

52 Bảng PL 8.5 Số liệu nhiệt độ trung bình và nhiệt độ tiện nghi theo tháng của Nha

Trang

53 Bảng PL 8.6 Biểu đồ tiện nghi SKH của Nha Trang theo tháng

54 Bảng PL 9.1 Các thông số kỹ thuật của các thiết bị quan trắc

55 Bảng PL 9.2 Tỷ lệ (%) số người bắt đầu có cảm nhận có gió đến tương ứng với

các giá trị vận tốc gió

56 Bảng PL 9.3 Tỷ lệ (%) số người có cảm giác tiện nghi với giá trị vận tốc gió

57 Bảng PL 9.4 Tỷ lệ (%) số người có cảm giác bất tiện nghi với giá trị vận tốc gió

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

2 Hình 1.1 Sự biến thiên của vận tốc gió theo chiều cao của các dạng địa

3 Hình 1.2 Đặc điểm luồng gió khi thổi đến công trình 17

4 Hình 2.1 Các biểu đồ SKH do V Olgyay và B Givoni đề xuất 42

5 Hình 2.2 Vùng tiện nghi khí hậu do B Givoni đề xuất cho vùng khí hậu

6 Hình 2.3 Một số đề xuất về vùng tiện nghi khí hậu của Mỹ và Châu Âu 43

7 Hình 2.4 Biểu đồ SKH do PGS Phạm Đức Nguyên đề xuất năm 2004

8 Hình 2.5 Vùng tiện nghi đề xuất của TS Nguyễn Anh Tuấn 45

9 Hình 2.6 Mặt bằng các căn hộ điển hình trong nghiên cứu 54

10 Hình 2.7

a MBTĐH - CC Nại Hiên Đông, Đà Nẵng

b MBTĐH - CC Vĩnh Điềm Trung, Nha Trang

14 Hình 2.11 Mặt bằng CC Vườn Sao Bắc Kinh, Trung Quốc 64

15 Hình 2.12 Mặt bằng CC Taidong, Thượng Hải, Trung Quốc 64

16 Hình 2.13 Tổ hợp CC The Interlace, Singapore 65

17 Hình 2.14 Khu chung cư Tái định cư Làng cá Nại Hiên Đông, Đà

STT Số hiệu hình Nội dung hình vẽ, đồ thị Trang

20 Hình 3.3 Biểu đồ về nhiệt độ trung bình và nhiệt độ tiện nghi theo tháng

21 Hình 3.4 Tỷ lệ số người bắt đầu có cảm nhận về gió đến tại các giá trị

25 Hình 3.8 Các giải pháp bố trí lõi giao thông - kỹ thuật trên MBTĐH 79

26 Hình 3.9 Vị trí các lớp không gian chức năng trên mặt bằng căn hộ điển

27 Hình 3.10 Mô hình trong nghiên cứu tương quan kích thước K 80

28 Hình 3.11 Vận tốc VA trong các trường hợp nghiên cứu tương quan kích

29 Hình 3.12 Giá trị vận tốc gió trung bình VTB-AB cho các trường hợp

30 Hình 3.13 Giá trị vận tốc VO - Trường hợp TG xuyên phòng, α = 45° 84

31 Hình 3.14 Giá trị vận tốc VO - Trường hợp TG xuyên phòng, α = 90° 84

32 Hình 3.15 Giá trị vận tốc VO - Trường hợp TG xuyên phòng, α = 135° 84

33 Hình 3.16 Giá trị vận tốc VO - Trường hợp TG một mặt, α = 45° 84

34 Hình 3.17 Giá trị vận tốc VO - Trường hợp TG một mặt, α = 90° 85

35 Hình 3.18 Giá trị vận tốc VO - Trường hợp TG một mặt, α = 135° 85

36 Hình 3.19 Các hình thức MBTĐH cơ bản - Trường hợp căn hộ loại I 86

37 Hình 3.20 Các hình thức MBTĐH cơ bản - Trường hợp căn hộ loại II 86

38 Hình 3.21 Giá trị vận tốc tại các điểm A, B và C trong các trường hợp giá

39 Hình 3.22 Giá trị vận tốc cực đại tại cửa ra vào căn hộ loại I 94

40 Hình 3.23 Giá trị vận tốc tại các điểm A, B và C trong các trường hợp giá

STT Số hiệu hình Nội dung hình vẽ, đồ thị Trang

41 Hình 3.24 Giá trị vận tốc cực đại tại cửa ra vào căn hộ loại II 95

42 Hình 3.25 Mặt bằng căn hộ và vị trí lấy giá trị vận tốc gió trên cửa sổ 98

45 Hình 3.28 Sự chênh lệch của VTBx trong các trường hợp (căn hộ giữa) 101

46 Hình 3.29 Vị trí các căn hộ trên MBTĐH: a Căn hộ loại I, b Căn hộ loại

47 Hình 3.30 Giá trị vận tốc VB ứng với các trường hợp góc đến α 105

48 Hình 3.31 Giá trị vận tốc VD ứng với các trường hợp góc đến α 106

49 Hình 3.32 Giá trị vận tốc trung bình VTB ứng với các trường hợp góc đến

52 Hình 3.35 Biểu đồ về sự biến thiên của L khi thay đổi thay đổi α (°) 111

53 Hình 3.36 Giao diện của công cụ tính toán vùng khuất gió L trên Excel 112

54 Hình 3.37 Các hình thức bố cục TMB dạng tuyến 113

55 Hình 3.38

Các hình thức bố cục TMB dạng nhóm: a Hình thức xếp hàng song song; b Hình thức so le; c Hình thức chu vi; d Hình thức hỗn hợp

113

57 Hình 3.40 Các giá trị vận tốc gió VA, VB tại điểm A và B 123

58 Hình 3.41 Các giá trị vận tốc gió trung bình VTB và cực đại VMax của

59 Hình 3.42 Các vị trí mở và góc xoay của cánh cửa sổ theo phương ngang

60 Hình 3.43 Các vị trí mở của cửa đi trong nghiên cứu 129

61 Hình 3.44 Vị trí của các cửa gió vào phòng và các cửa gió ra khỏi phòng 134

62 Hình 3.45 Sơ đồ quy trình vận hành thủ công trong khai thác TGTN 137

63 Hình 3.46 Sơ đồ quy trình vận hành tự động trong khai thác TGTN 137

STT Số hiệu hình Nội dung hình vẽ, đồ thị Trang

64 Hình PL 3.1 Kích thước mô hình dùng trong thí nghiệm

65 Hình PL 3.2 Vị trí lấy kết quả trong thí nghiệm

66 Hình PL 3.3 Kết quả vận tốc gió tại các điểm khảo sát

67 Hình PL 3.4 Kết quả trường gió trong mô phỏng bằng AutoDesk CFD 2017

68 Hình PL 3.5 Trường gió trên mặt cắt mô hình của thí nghiệm trên ống khí

động và mô phỏng trên phần mềm AutoDesk CFD 2017

69 Hình PL 3.6 Kết quả vận tốc gió tại các điểm khảo sát của thí nghiệm trên

ống khí động và mô phỏng trên phần mềm AutoDesk CFD 2017

70 Hình PL 3.7 Biểu đồ về độ chênh về giá trị vận tốc Δv (m/s)

71 Hình PL 4.1 Số liệu khí hậu tại một số thành phố thuộc vùng DHNTB

72 Hình PL 5.1 Các thiết bị được sử dụng trong quá trình quan trắc môi trường

73 Hình PL 5.2 Kết quả quan trắc từ 26/4/2017 đến 30/4/2017 - tại CC Nại

76 Hình PL 5.5 Kết quả quan trắc - nhiệt độ T và độ ẩm RH - từ 4/6/2017 đến

26/6/2017 - tại CC Nại Hiên Đông

77 Hình PL 5.6 Kết quả quan trắc - nhiệt độ T và độ ẩm RH - từ 4/7/2017 đến

12/7/2017 - tại CC NestHome

78 Hình PL 5.7 Kết quả quan trắc - nhiệt độ T và độ ẩm RH - từ 15/7/2017 đến

26/7/2017-tại CC HAGL LakeView

79 Hình PL 6.1 Nội dung Phiếu khảo sát “Thực trạng và nhu cầu sử dụng

TGTN trong các CC cao tầng”

80 Hình PL 6.2 Đặc điểm của nhóm đối tượng tham gia khảo sát theo: nơi cư

trú, giới tính, nhóm tuổi và nghề nghiệp

81 Hình PL 6.3 Mức độ nhận thức của người dân về những lợi ích của TGTN

82 Hình PL 6.4 Các giải pháp TG được cư dân sử dụng

83 Hình PL 6.5 Thời điểm (theo tháng trong năm) được cư dân mở cửa để

TGTN

STT Số hiệu hình Nội dung hình vẽ, đồ thị Trang

84 Hình PL 6.6 Thời điểm (theo giờ trong ngày) được cư dân mở cửa để TGTN

85 Hình PL 6.7 Xu hướng lựa chọn giải pháp TG làm mát cho căn hộ

86 Hình PL 7.1 a MBTĐH khối 12T1, 12T2 và 12T3; b MBTĐH khối 12T4

và 12T5

87 Hình PL 7.2 Mặt bằng căn hộ khảo sát (Tầng 10, khối nhà 12T4) và vị trí các

điểm khảo sát (cao độ + 1.1m so với sàn nhà)

88 Hình PL 7.3 Giá trị vận tốc gió tại các điểm khảo sát A, B, C và D

trong căn hộ

89 Hình PL 8.1 Tần suất trung bình của gió theo các hướng của từng tháng tại

Đà Nẵng

90 Hình PL 8.2 Tần suất trung bình và vận tốc trung bình của gió theo các

hướng của từng tháng tại Đà Nẵng

91 Hình PL 8.3 Nhiệt độ theo từng giờ trong ngày của Đà Nẵng-năm 2005

92 Hình PL 8.4 Độ ẩm theo từng giờ trong ngày của Đà Nẵng - năm 2005

93 Hình PL 8.5

Biểu đồ phân tích vùng tiện nghi của Đà Nẵng (có 8760 điểm, mỗi điểm tương ứng với điều kiện nhiệt độ và độ ẩm của 1 giờ trong năm)

94 Hình PL 8.6 Tần suất trung bình của gió theo các hướng của từng tháng tại

Quy Nhơn

95 Hình PL 8.7 Tần suất trung bình và vận tốc trung bình của gió theo các

hướng của từng tháng tại Quy Nhơn

96 Hình PL 8.8 Nhiệt độ theo từng giờ trong ngày của Quy Nhơn - năm 2003

97 Hình PL 8.9 Độ ẩm theo từng giờ trong ngày của Quy Nhơn - năm 2003

98 Hình PL 8.10

Biểu đồ phân tích vùng tiện nghi của Quy Nhơn (có 8760 điểm, mỗi điểm tương ứng với điều kiện nhiệt độ và độ ẩm của

1 giờ trong năm)

99 Hình PL 8.11 Tần suất trung bình của gió theo các hướng của từng tháng tại

Nha Trang

100 Hình PL 8.12 Tần suất trung bình và vận tốc trung bình của gió theo các

hướng của từng tháng tại Nha Trang

101 Hình PL 8.13 Nhiệt độ theo từng giờ trong ngày của Nha Trang - năm 1995

STT Số hiệu hình Nội dung hình vẽ, đồ thị Trang

102 Hình PL 8.14 Độ ẩm theo từng giờ trong ngày của Nha Trang - năm 1995

103 Hình PL 8.15

Biểu đồ phân tích vùng tiện nghi của Nha Trang (có 8760 điểm, mỗi điểm tương ứng với điều kiện nhiệt độ và độ ẩm của

1 giờ trong năm)

104 Hình PL 9.1 Sơ đồ vị trí các thiết bị - đối tượng khảo sát - người thực hiện

khảo sát

105 Hình PL 9.2 Phiếu khảo sát “VTGTN cho người Việt Nam”

106 Hình PL 9.3 Phiếu trả lời về tiện nghi về gió

107 Hình PL 9.4 Số người bắt đầu có cảm nhận về gió đến ứng với các giá trị

110 Hình PL 10.1 Hoạt động biểu kiến của mặt trời tại Đà Nẵng

111 Hình PL 10.2 Đề xuất hướng nhà NOCT tại Đà Nẵng theo yêu cầu che nắng

112 Hình PL 10.3 Bức xạ trung bình (W/m2/ngày) trên mặt đứng 8 hướng tại Đà

Nẵng

113 Hình PL 10.4 Tổng cường độ trực xạ trung bình (W/m2/ngày) trên mặt đứng

chính và mặt sau (của mặt chính) theo 8 hướng tại Đà Nẵng

114 Hình PL 10.5 Tổng cường độ trực xạ và tán xạ trung bình (W/m2/ngày) trên

mặt đứng 8 hướng tại Đà Nẵng

115 Hình PL 10.6 Tổng cường độ trực xạ trung bình (W/m2/ngày) trên 2 mặt

đứng chính của Đà Nẵng theo 8 hướng của công trình

116 Hình PL 10.7 Đề xuất hướng nhà NOCT theo yêu cầu hạn chế BXMT

117 Hình PL 10.8 Tổng tần suất gió trên 2 mặt của công trình trong các trường

hợp bố trí hướng chính của NOCT

118 Hình PL 10.9 Đề xuất hướng nhà NOCT tại Đà Nẵng theo yêu cầu khai thác

gió

119 Hình PL 10.10 Tổng hợp hướng tốt cho NOCT tại Đà Nẵng theo các yêu cầu

120 Hình PL 10.11 Thứ tự ưu tiên các hướng tốt nên chọn cho NOCT tại Đà Nẵng

MỞ ĐẦU 0.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Từ giữa thế kỷ thứ XX, nhân loại đã phải đối diện với nhiều thách thức mang tính toàn cầu, như: khủng hoảng năng lượng, cạn kiệt tài nguyên, ô nhiễm môi trường, nghèo đói, … và đặc biệt là hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu Trong bối cảnh đó, phát triển bền vững (PTBV) đã trở thành xu hướng phát triển tất yếu và là quốc sách hàng đầu của nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam

Xây dựng, đặc biệt là xây dựng và phát triển tại các đô thị, là ngành sử dụng nhiều tài nguyên và tiêu tốn nhiều năng lượng trong suốt vòng đời tồn tại của công trình (có thể tiêu thụ tới 70% vật liệu tự nhiên và hơn 40% tổng năng lượng tiêu thụ của mỗi quốc gia [9]) Vì vậy, phát triển xây dựng bền vững - hay kiến trúc bền vững (KTBV)

- là giải pháp có vai trò then chốt trong việc đạt được mục tiêu PTBV chung của các quốc gia

KTBV là kiến trúc hướng đến tính thích ứng và nhạy cảm với môi trường, sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên, năng lượng, thân thiện và góp phần bảo tồn môi trường sinh thái trong suốt vòng đời của công trình xây dựng Có nhiều giải pháp thiết kế hướng đến KTBV, trong đó, khai thác thông gió tự nhiên (TGTN) là một trong những giải pháp cơ bản và quan trọng nhất Đây cũng là giải pháp mà cha ông ta đã áp dụng hàng ngàn năm nay cho các công trình kiến trúc TGTN trong các công trình - nhằm tạo ra các không gian tiện nghi, thân thiện cho người sử dụng - nếu được khai thác tốt, sẽ hạn chế tối đa việc sử dụng các thiết bị thông gió (TG) làm mát, mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng (TKNL) cao, hạn chế ảnh hưởng đến môi trường và hướng đến KTBV Trong KTBV, vấn đề sử dụng hợp lý, tiết kiệm các nguồn năng lượng trong suốt vòng đời của công trình là một tiêu chí quan trọng nhằm hướng đến sự PTBV

Chung cư (CC) là một loại hình kiến trúc nhà ở phổ biến tại các đô thị lớn trên thế

giới Theo “Chiến lược phát triển Nhà ở quốc gia đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm

2030” [26], CC là loại hình nhà ở được “chú trọng phát triển” tại các đô thị Việt Nam

Theo [26], tỷ lệ Nhà CC ở các dự án phát triển Nhà ở đô thị đến năm 2020 cho các đô thị đặc biệt (như: Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh) và đô thị loại I-II (như thành phố

Đà Nẵng) lần lượt là 90% và 60% Như vậy, CC - trong đó có CC cao tầng - sẽ là loại hình nhà ở phát triển mạnh mẽ tại các đô thị lớn của Việt Nam trong thời gian tới

Hiện nay, việc khai thác TGTN cho các dự án Nhà ở cao tầng (NOCT) đã và đang được triển khai xây dựng ở Việt Nam vẫn còn rất hạn chế, như: sử dụng giải pháp TG nhân tạo là chủ đạo; hiệu quả TGTN cho các phòng ở trong căn hộ chưa cao; một số phòng chức năng không được chiếu sáng tự nhiên và TGTN; … Một số nguyên nhân chính của việc chưa khai thác hiệu quả TGTN cho các CC cao tầng: nhận thức của cộng đồng về vai trò và ý nghĩa của các giải pháp TGTN hướng đến PTBV còn hạn chế; sự

bị động của các giải pháp TGTN trong việc kiểm soát các điều kiện vi khí hậu trong nhà; nhà thiết kế cần có những kiến thức chuyên môn sâu về lĩnh vực TG và đầu tư nhiều thời gian để đưa ra được các giải pháp TGTN tối ưu; chưa có một hệ thống lý thuyết hoàn chỉnh về thiết kế TGTN trong NOCT hoặc các Tiêu chuẩn thiết kế TGTN trong NOCT để nhà thiết kế có thể áp dụng; …

Vùng Duyên hải Nam Trung bộ (DHNTB) có khí hậu cơ bản là nhiệt đới gió mùa, không có mùa Đông lạnh [5] Theo nghiên cứu về sinh khí hậu (SKH) của PGS Phạm Đức Nguyên, Đà Nẵng và Nha Trang (là 2 đô thị lớn thuộc vùng DHNTB) có tỷ lệ về thời gian thời tiết nằm trong vùng dễ chịu trong năm lần lượt là 85.42% và 99.08% [19] Điều này cho thấy tiềm năng sử dụng giải pháp TGTN cho các công trình tại vùng DHNTB là rất lớn Các khảo sát ban đầu và điều tra xã hội học - do nghiên cứu sinh (NCS) thực hiện (Phụ lục 6) - cho thấy, TGTN là giải pháp được cư dân tại các công trình NOCT ưu tiên sử dụng để làm mát công trình

Từ những năm cuối của thế kỷ XX, các đô thị của vùng DHNTB đã có những bước phát triển mạnh mẽ Nhiều khu đô thị, khu nhà ở - trong đó có các dự án NOCT -

đã và đang được triển khai thực hiện Số lượng các dự án NOCT tại các đô thị lớn của vùng (Đà Nẵng, Nha Trang, Qui Nhơn, …) có xu hướng tăng trong thời gian tới Do

đó, nếu đưa ra được các giải pháp thiết kế TGTN cho NOCT hợp lý sẽ mang lại hiệu quả cao về TKNL

Với định hướng PTBV của Việt Nam và bối cảnh thực tiễn (tiềm năng khai thác TGTN và xu hướng phát triển của loại hình NOCT) của vùng DHNTB, thiết kế kiến trúc nhằm khai thác hiệu quả TGTN cho loại hình NOCT nhằm TKNL, hướng đến PTBV là nhu cầu xuất phát từ thực tiễn và vô cùng cấp thiết

Xuất phát từ các lý do trên, NCS đã chọn đề tài “Khai thác thông gió tự nhiên

trong Nhà ở cao tầng tại các đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ hướng đến tiết kiệm năng lượng - phát triển bền vững” làm Luận án tiến sĩ Kiến trúc

0.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Mục tiêu nghiên cứu tổng thể: Khai thác TGTN trong NOCT tại các đô thị DHNTB nhằm TKNL, hướng đến PTBV cho loại hình kiến trúc NOCT nói riêng và mục tiêu PTBV nói chung của Việt Nam

- Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của luận án:

+ Định hướng khai thác TGTN trong NOCT tại các đô thị DHNTB hướng đến TKNL, PTBV

+ Đề xuất các nguyên tắc thiết kế nhằm khai thác hiệu quả TGTN trong NOCT tại các đô thị DHNTB hướng đến TKNL, PTBV

+ Đề xuất các kiến nghị về khai thác vận hành TGTN trong NOCT tại các

- Giới hạn về thời gian: giai đoạn đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050

0.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

- Ý nghĩa khoa học của Đề tài: Luận án đã đưa ra phương pháp luận thiết kế, một

số nguyên tắc chung về thiết kế TGTN cho kiến trúc NOCT hướng đến TKNL và PTBV Qua đó, góp phần bổ sung cho lý luận về thiết kế TGTN cho công trình kiến trúc nói chung và loại hình kiến trúc NOCT nói riêng

- Ý nghĩa thực tiễn của Đề tài: tiềm năng khai thác TGTN cho công trình, nhu cầu

sử dụng giải pháp TGTN để làm mát căn hộ và nhu cầu xây dựng NOCT cho các đô thị lớn của vùng DHNTB là rất lớn Các giải pháp thiết kế nhằm khai thác hiệu quả TGTN cho công trình sẽ có nhiều cơ hội để ứng dụng vào thực tiễn thiết kế hiện nay của khu vực, góp phần vào việc TKNL, sự PTBV cho kiến trúc và sự PTBV chung cho vùng

DHNTB Kết quả nghiên cứu cũng là tài liệu hữu ích cho công tác đào tạo kiến trúc sư,

là tài liệu tham khảo cho các nhà quản lý quy hoạch - kiến trúc, nhà thiết kế, nhà đầu

tư, … trong quá trình lập dự án, xét duyệt, thi công xây dựng và vận hành khai thác công trình NOCT

Sơ đồ nghiên cứu của Luận án - xem Hình 0.1

Hình 0.1: Sơ đồ nghiên cứu của Luận án

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG NHÀ Ở CAO TẦNG HƯỚNG ĐẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG -

PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 1.1 PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG VÀ KIẾN TRÚC BỀN VỮNG

1.1.1 Bối cảnh ra đời và các khái niệm về phát triển bền vững

Bối cảnh

Sự phát triển kinh tế - xã hội của nhiều nước trên thế giới, ngay từ giữa thế kỷ XX,

đã phải phải đối diện với nhiều thách thức, như: khủng hoảng năng lượng, cạn kiệt tài nguyên, ô nhiễm môi trường, … và đặc biệt là hiện tượng biến đổi khí hậu Đây thật sự

là những đe dọa có tính toàn cầu cho môi trường sinh thái trên trái đất, sự phát triển của các quốc gia, thậm chí là ảnh hưởng đến sự sinh tồn của các thế hệ tương lai

Trong bối cảnh đó, các quốc gia trên thế giới cần phải có những suy nghĩ và hành động để cứu trái đất, đảm bảo cho sự sinh tồn và phát triển của các thế hệ tương lai

Các khái niệm về phát triển bền vững

Những nội hàm của PTBV xuất hiện từ rất sớm cùng với sự phát triển của nền văn minh nhân loại Nhưng đến những thập niên đầu của thế kỷ XX, các nội hàm này mới phát triển và trở thành những hành động cụ thể hay các trào lưu của các tổ chức trong

xã hội Tiên phong cho các trào lưu này là các tổ chức hoạt động vì môi trường ở Tây

Âu và Bắc Mỹ

Thuật ngữ “PTBV” lần đầu tiên xuất hiện trong “Chiến lược bảo tồn thế giới” do

Hiệp hội bảo tồn thiên nhiên và tài nguyên thiên nhiên thế giới (IUCN) phối hợp với Chương trình môi trường Liên hiệp quốc (UNEP) và Quỹ bảo vệ động vật hoang dã thế

giới (WWF) xuất bản vào năm 1980 Theo báo cáo này, “Để sự phát triển là bền vững,

ngoài yếu tố kinh tế, phải tính đến các yếu tố xã hội và yếu tố sinh thái”, trong đó nhấn

mạnh đến góc độ bền vững về sinh thái “một trong những vấn đề tiên quyết cho sự

PTBV là bảo tồn các nguồn tài nguyên cho sự sống” [63]

Khái niệm PTBV chính thức được công bố trong Báo cáo Brundtland của Ủy ban

Môi trường và Phát triển thế giới WCED vào năm 1987 (Báo cáo “Our common

future”) Báo cáo này đã đưa ra một định nghĩa rõ ràng về PTBV, đó là: “PTBV là sự phát triển đáp ứng các nhu cầu của hiện tại mà không làm tổn hại đến khả năng đáp ứng nhu cầu của các thế hệ tương lai” Theo đó, PTBV phải đảm bảo hiệu quả của phát

triển kinh tế, công bằng xã hội và bảo vệ - bảo tồn môi trường Đây là định nghĩa về PTBV được sử dụng rộng rãi trong thời gian gần đây

Năm 1992, tại Hội nghị về Môi trường và phát triển của Liên hiệp quốc (UNCED) được tổ chức tại Rio de Janeiro - Bazil, khái niệm về PTBV lại được nhắc đến và nhấn mạnh đến tầm quan trọng của sự cân bằng của 3 yếu tố: môi trường - xã hội - kinh tế Tại Hội nghị này, đại diện của hơn 178 quốc gia và tổ chức phi chính phủ tham dự đã thông qua các văn bản quan trọng, như: Tuyên bố Rio về môi trường và phát triển (gọi tắc là Tuyên bố Rio) với 27 nguyên tắc đảm bảo cho sự PTBV trên thế giới; Chương trình nghị sự 21 (Agenda 21); [119] … Chương trình nghị sự 21 về PTBV đã thật sự trở thành chiến lược phát triển của toàn cầu trong thế kỷ XXI

Tại Hội nghị thượng đỉnh thế giới về PTBV tại Johannesburg, Nam Phi (còn gọi

là Hội nghị Rio+10 hay Hội nghị Johannesburg) năm 2002, các nước và tổ chức phi chính phủ tham dự đã tổng kết 10 năm thực hiện Tuyên bố Rio và Chương trình nghị

sự 21 cũng như xác định các mục tiêu ưu tiên tiếp tục thực hiện trong thời gian tới Tại Hội nghị Johannesburg 2002, các quốc gia tham dự đã đưa ra quyết sách liên quan tới các vấn đề về nước, năng lượng, sức khỏe, nông nghiệp và sự đa dạng sinh thái; đồng thời cam kết thực hiện các chiến lược về PTBV tại mỗi nước trước năm 2005

Năm 2012, Hội nghị thượng đỉnh thế giới về PTBV tại Rio de Janeiro - Bazil (còn

gọi là Hội nghị Rio + 20) đã thông qua bản Tuyên bố “Tương lai mà chúng ta muốn

có” (“The Future We want”) và những cam kết hành động để hướng đến sự PTBV, với

sự đồng thuận của 193 nước thành viên của Liên Hiệp Quốc Tuyên bố gồm các nội dung như: thiết lập các mục tiêu PTBV; sử dụng khái niệm kinh tế xanh như là một công cụ để đạt được sự PTBV; thúc đẩy Chương trình môi trường của Liên Hiệp Quốc

và thiết lập các diễn đàn mới cho PTBV; xúc tiến đánh giá các báo cáo về hợp tác bền vững; thực hiện các bước tăng trưởng tổng sản phẩm quốc nội GDP; đẩy mạnh các chiến lược phát triển tài chính bền vững; chú trọng đến sự bình đẳng giới; nhận thức về tầm quan trọng của các cam kết tự nguyện, hướng đến PTBV; … [120]

Năm 2015, Hội nghị thượng đỉnh thế giới về PTBV của Liên Hiệp Quốc được tổ chức tại New York với sự tham gia của các đoàn, đại diện cho 193 nước Hội nghị đã

thông qua Văn kiện “Chuyển đổi thế giới của chúng ta: Chương trình nghị sự PTBV

đến năm 2030” (“Transforming our world: the 2030 Agenda for Sustainable

Development”) bao gồm 17 mục tiêu và 169 tiêu chí, nhằm đạt được ba thành tựu là:

chấm dứt nghèo đói; đấu tranh với tình trạng bất bình đẳng và không luật pháp; giải quyết tình trạng biến đổi khí hậu Một lần nữa, khái niệm PTBV tiếp tục được khẳng định ở sự tích hợp và cân bằng của 3 yếu tố: kinh tế, xã hội và môi trường [121] Như vậy, PTBV là sự phát triển nhằm đáp ứng các nhu cầu của hiện tại mà không làm ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng nhu cầu của thế hệ tương lai PTBV phải đảm bảo sự cân bằng của ba yếu tố: Xã hội - Môi trường - Kinh tế

1.1.2 Kiến trúc bền vững

Khái niệm

KTBV là kiến trúc hướng đến sự hạn chế tối đa các tác động tiêu cực đến môi trường của công trình xây dựng bằng việc sử dụng hợp lý và hiệu quả vật liệu xây dựng, năng lượng và các không gian chức năng KTBV sử dụng cách tiếp cận có kiểm soát đối với năng lượng và bảo tồn sinh thái trong toàn bộ vòng đời của công trình kiến trúc

Từ cuối thế kỷ XX, trên thế giới xuất hiện nhiều xu hướng kiến trúc có liên quan đến môi trường, sinh thái, như: Kiến trúc sinh thái (Ecologic Architecture); Kiến trúc môi trường (Environmental Architecture); Kiến trúc xanh (Green Building); KTBV (Sustainable Architecture); Kiến trúc có hiệu quả năng lượng (Energy - Efficient Building) [18]

Cùng với thuật ngữ KTBV, chúng ta còn thường gặp thuật ngữ Kiến trúc xanh (KTX) KTX là thiết kế kiến trúc nhằm góp phần tạo ra các Công trình xây dựng xanh

“Công trình xanh là những công trình hướng đến sự tăng cường hiệu quả sử dụng các

nguồn tài nguyên - như: năng lượng, nước và vật liệu - đồng thời giảm những tác động của công trình xây dựng đến sức khỏe con người và môi trường trong suốt vòng đời của công trình, từ chọn vị trí xây dựng, thiết kế, xây dựng, vận hành, bảo trì và phá hủy công trình” [121]

Khái niệm “Xanh” ở đây có ý nghĩa là sự bền vững về môi trường, bền vững của

hệ sinh thái, bền vững về tài nguyên, về năng lượng và về môi trường sống bên trong cũng như bên ngoài công trình của con người Như vậy, KTX cũng chính là KTBV Như vậy, KTBV - một tên gọi khác là KTX - là kiến trúc hướng đến tính thích ứng và nhạy cảm với môi trường, sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên, năng lượng,

thân thiện và góp phần bảo tồn môi trường sinh thái trong suốt vòng đời của công trình xây dựng

Xu hướng phát triển kiến trúc bền vững trên thế giới

Bối cảnh nhân loại phải đối diện với những thách thức có tính toàn cầu, đã đặt ra cho kiến trúc phải giải quyết đồng thời các vấn đề như: sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên, TKNL, tránh gây ô nhiễm môi trường, ứng phó với hiện tượng biến đổi khí hậu, Và, việc lựa chọn định hướng PTBV cho xây dựng là xu hướng tất yếu của kiến trúc Thế giới nói chung và kiến trúc Việt Nam nói riêng

Ở một số quốc gia phát triển, hệ thống lý luận về thiết kế KTBV và thực tiễn xây dựng đã phát triển và đạt được nhiều thành tựu Từ những năm 90 của thế kỷ XX, các nước đã xây dựng các hệ thống, phương pháp hay công cụ để đánh giá các công trình xanh, như: BREEAM của Anh (1990), LEED của Mỹ (1995), CASBEE của Nhật Bản (2001), GREEN STAR của Úc (2003), GREEN MARK của Singapore (2005), GBI (Green Building Index) của Malaysia (2008), GBL (Green Building Label) của Trung Quốc, … Tính đến tháng 3 năm 2012, đã có 191 hệ thống đánh giá chính thức được ghi nhận Con số thực tế (bao gồm những hệ thống chưa được ghi nhận hoặc đang phát triển) là hơn 600 hệ thống hoặc công cụ [31]

1.1.3 Phát triển kiến trúc bền vững tại Việt Nam

Kiến trúc bền vững trong các công trình kiến trúc truyền thống

Văn hóa Việt Nam thuộc loại văn hóa gốc nông nghiệp điển hình, cuộc sống con người phụ thuộc rất nhiều vào tự nhiên Chính vì thế, trong cách ứng xử với môi trường

tự nhiên, cha ông ta luôn có ý thức tôn trọng và ước mong sống hài hòa với tự nhiên [23]

Quan niệm và cách ứng xử này được thể hiện rất rõ qua các đặc trưng cơ bản của kiến trúc truyền thống Việt Nam, đó là: kiến trúc được thiết kế hài hòa, thích ứng và thân thiện với môi trường; các công trình kiến trúc là một yếu tố hữu cơ của cảnh quan

tự nhiên, hòa quyện vào tự nhiên thành một thể thống nhất; tận dụng các yếu tố có lợi

và hạn chế các yếu tố bất lợi của tự nhiên để tạo ra môi trường tiện nghi nhất cho con người; … Đây cũng chính là những nguyên tắc cơ bản của khái niệm KTBV hiện nay Như vậy, KTBV đã được hình thành và phát triển từ hàng ngàn năm trong kiến trúc truyền thống Việt Nam

Trong kiến trúc nhà ở truyền thống Việt Nam, từ xa xưa, cha ông ta đã đúc kết

được nhiều kinh nghiệm như: “Lấy vợ hiền hòa, làm nhà hướng Nam”, “trước trồng

cau, sau trồng chuối”, sử dụng phên dậu để che nắng, hiên nhà làm không gian chuyển

tiếp, khai thác các yếu tố cây xanh mặt nước để cải thiện vi khí hậu trong nhà, … [39]

Thực trạng và xu hướng phát triển kiến trúc bền vững tại Việt Nam

Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề PTBV và sự nhạy cảm của môi trường Việt Nam đối với các thách thức toàn cầu, chính phủ Việt Nam luôn tích cực tham gia

và thực hiện đúng các cam kết và tuyên bố của các Hội nghị thượng đỉnh thế giới về PTBV Theo Quyết định số 153/2004/QĐ-TTg ngày 17 tháng 8 năm 2004, Thủ tướng

Chính phủ đã ban hành “Định hướng chiến lược PTBV ở Việt Nam” (Chương trình Nghị

sự 21 của Việt Nam)

Trong lĩnh vực xây dựng, các cơ quan quản lý nhà nước về xây dựng đã ban hành nhiều văn bản pháp quy, triển khai các hoạt động hướng đến PTBV, như:

- Chính phủ ban hành Nghị định số 102/2003/NĐ-CP về việc “Sử dụng năng lượng

tiết kiệm và hiệu quả” (trong đó - ở chương III - nêu vấn đề sử dụng năng lượng trong

các tòa nhà)

- Bộ Xây dựng ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09: 2017/BXD “Các

công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả”

- Bộ Xây dựng đã ban hành “Chương trình hành động của ngành xây dựng ứng

phó với biến đổi khí hậu và nước biển dâng” vào năm 2011; giao cho Hội môi trường

xây dựng Việt Nam (VACEE) “Xây dựng chiến lược quốc gia về phát triển công trình

xanh đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030” [9]

Cùng với sự phát triển về cơ chế chính sách, các tổ chức nghiên cứu và hoạt động trong lĩnh vực KTBV - KTX đã được thành lập tại Việt Nam, như: Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam (năm 2007); Hội đồng Xây dựng Xanh Việt Nam (năm 2011); Hội đồng KTX Việt Nam (năm 2012)

Hoạt động hướng đến sự bền vững trong kiến trúc thời gian qua diễn ra vô cùng sôi nổi: tập huấn nâng cao nhận thức về PTBV trong kiến trúc; các cuộc thi và giải thưởng KTX; các chính sách của các địa phương thúc đẩy KTBV phát triển; các chương trình hành động và các nghiên cứu liên quan đến KTBV; …

Trong “Tuyên ngôn KTX Việt Nam” của Hội Kiến trúc sư Việt Nam (ngày

27/4/2011) đã nhấn mạnh: “KTX là con đường để tạo lập môi trường sống bền vững

cho con người Đó là hướng phát triển của KTX Việt Nam vì cuộc sống tốt đẹp hôm nay, không tổn hại đến cuộc sống mai sau và vì sự phát triển trường tồn của đất nước”

Như vậy, KTBV hay KTX - hiện nay đã thực sự trở thành một trào lưu, một xu thế phát triển tất yếu của kiến trúc Việt Nam

- Phức hợp kiến trúc cao tầng có chức năng nhà ở là các công trình kiến trúc đa chức năng, gồm: trung tâm thương mại, văn phòng cho thuê, khách sạn, … kết hợp với nhà ở

Ưu nhược điểm

a Ưu điểm

- Tiết kiệm đất xây dựng trong đô thị

- Mật độ xây dựng thấp, tạo được các không gian thoáng cho đô thị và tăng diện tích cho các yếu tố cảnh quan (cây xanh, mặt nước, không gian công cộng, …)

- Hệ số sử dụng đất cao

- Tạo sự hiện đại và điểm nhấn cảnh quan cho kiến trúc đô thị

- Tập trung các hoạt động của con người; tiết kiệm không gian và thời gian đi lại; tăng hiệu suất làm việc, tiết kiệm kinh phí đầu tư, khai thác tối đa hạ tầng kỹ thuật, …

- Thuận lợi cho việc phát triển các tòa nhà đa chức năng trong đô thị

- Phù hợp với lối sống đô thị, hiện đại

b Nhược điểm

- Khó khăn trong việc tổ chức thoát người khi có sự cố

- Tính toán kết cấu phức tạp

- Gây nên một số tác động tiêu cực về môi trường trong nhà ở và trong đô thị: môi trường không khí loãng (ở trên cao) ảnh hưởng đến sức khỏe; hấp thụ nhiều bức xạ mặt trời (BXMT); tải trọng gió theo phương ngang lớn; …

- Gây nên một số trạng thái tâm lý tiêu cực cho cư dân, như: lo lắng về vấn đề an toàn, chóng mặt, lo sợ, cảm giác cô đơn, [12], [24]

1.2.2 Kiến trúc nhà ở cao tầng trên thế giới, Việt Nam và các đô thị Duyên

hải Nam Trung Bộ

Thực trạng xây dựng và xu hướng phát triển nhà ở cao tầng tại các đô thị trên thế giới

Từ cuối thế kỷ XIX, cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội - khoa học - kỹ thuật,

sự bùng nổ dân số và đặc biệt là quá trình đô thị hóa, kiến trúc cao tầng đã bước vào giai đoạn phát triển mạnh mẽ và trở thành một trào lưu kiến trúc thế giới Công trình đầu tiên xuất hiện năm 1885 tại thành phố Chicago (Mỹ) là Ngôi nhà Công ty bảo hiểm gia đình có 10 tầng và cao 55m

Sang thế kỷ XX, kiến trúc cao tầng trở thành yếu tố tượng trưng cho các đô thị hiện đại Chicago (Mỹ) là nơi phát sinh và mở đầu cho kỷ nguyên kiến trúc nhà cao tầng Theo thống kê, từ năm 1990, các công trình kiến trúc nhà cao tầng của Thế giới tập trung chủ yếu ở Mỹ Trong sau năm 1990 và đặc biệt là trong những thập niên đầu của thế kỷ XXI đã chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ của kiến trúc cao tầng tại các quốc gia Châu Á và Trung Cận Đông, như: Các tiểu vương quốc Ả rập thống nhất (Burj Dubai, cao 828 m), Hàn Quốc (Lotte World II Tower, cao 510 m), Đài Loan (Taipei

101, cao 508 m), Trung Quốc, Malaysia, …

Các kiến trúc cao tầng chủ yếu là các công trình đa chức năng, với các công năng chủ yếu như: văn phòng, khách sạn, nhà ở, thương mại, …

Một số công trình NOCT (hoặc các phức hợp có chức năng nhà ở) trên thế giới, như: Price Tower (Mỹ, năm 1956, 19 tầng, cao 58m); John Hancok Center (Mỹ, năm

1970, 100 tầng, cao 343.5m); St Luke’s Garden (Nhật, năm 1994, 51 tầng, cao 220.63 m); Petronas Tower (Malaysia, 1998, 88 tầng, cao 451.9m); Highcliff Tower (Hồng Kông, 2002, 73 tầng, cao 253.4m); 21st Century Tower (Các tiểu vương quốc Ả rập

Thống nhất, 2003, 55 tầng, cao 270m); Q1 Tower (Úc, 2005, 79 tầng, cao 322.5m); … [12], [15]

Theo thống kê của [115], “100 Công trình nhà ở có chiều cao lớn nhất thế giới

hiện nay” là các tòa nhà siêu cao tầng và tập trung nhiều nhất tại các quốc gia với số

lượng như sau: Các tiểu vương quốc Ả rập Thống nhất (27 tòa nhà); Hàn Quốc (20 tòa nhà); Hồng Kông (8 tòa nhà); Úc, Panama (7 tòa nhà); Singapore (5 tòa nhà); …

Xu hướng phát triển của NOCT trên thế giới sẽ tiếp tục phát triển trong những thập niên tiếp trên thế giới, đặc biệt tại các nước như: Trung Quốc, Các tiểu vương quốc

nhiều NOCT được đầu tư và xây dựng Theo “Chiến lược phát triển Nhà ở quốc gia

đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030”, tỷ lệ nhà ở CC trong các dự án phát triển

nhà ở đô thị đến năm 2020 được quy định từ 40% đến 90% tùy theo loại đô thị [26] Như vậy, cùng với sự phát triển của các đô thị, sự phát triển kinh tế - văn hóa - xã hội, nhu cầu ở của người dân đô thị, chiến lược phát triển loại hình kiến trúc nhà ở, … nhà CC - trong đó có CC cao tầng hay NOCT - sẽ có xu hướng phát triển mạnh trong thời gian tới tại các đô thị Việt Nam, đặc biệt là tại các đô thị lớn (đô thị loại đặc biệt,

đô thị loại I và đô thị loại II)

Thực trạng phát triển của nhà ở cao tầng tại các đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ

Từ những năm cuối thế kỷ XX, các thành phố thuộc khu vực DHNTB - đặc biệt

là tại các thành phố lớn, như: Đà Nẵng, Nha Trang, Quy Nhơn, - đã có những bước phát triển mạnh mẽ về quy hoạch, xây dựng và phát triển đô thị Nhiều khu dân cư mới

- với nhiều loại hình nhà ở đa dạng như: CC, nhà liên kế, biệt thự - được hình thành, đáp ứng nhu cầu ở và tiện nghi ngày càng cao của người dân đô thị Nhiều dự án NOCT

đã và đang được đầu tư xây dựng

Một số dự án tiêu biểu tại các đô thị:

- Thành phố Đà Nẵng: CC Azura (34 tầng, hoàn thành xây dựng vào năm 2012),

CC Đà Nẵng Plaza (18 tầng, năm 2010), CC Indochina Tower (Tháp căn hộ cao 25 tầng, năm 2008), CC Vĩnh Trung Plaza (20 tầng, năm 2007), CC HAGL-LakeView (32 tầng, năm 2013), CC Làng cá Nại Hiên Đông (12 tầng, năm 2013), CC Blue House (9 tầng, năm 2011), CC Blooming Tower (35 tầng, đang xây dựng), CC Fhome (27 tầng, năm 2016), CC Mường Thanh - Sơn Trà (40 tầng, năm 2017), Vinpearl Condotel

Riverfront Đà Nẵng (36 tầng, năm 2018), …

- Thành phố Quy Nhơn: CC Hoàng Anh - Đầm sinh thái Đống Đa (15 tầng, năm 2011); CC Long Thịnh (10 tầng, năm 2016); CC Simona Home (9 tầng, năm 2017); …

- Thành phố Nha Trang: Khu phức hợp Nha Trang Center (19 tầng, năm 2011);

CC tại Khu đô thị Vĩnh Điềm Trung (9 tầng, năm 2014); CC CT1 - Khu đô thị VCN Phước Hải (9 tầng, năm 2017); CC HQC (15 - 18 tầng); Dự án CC Mường Thanh Thiên Triều (45 tầng); Dự án CC Syrena Nha Trang Bay (20 tầng); Dự án CC Butterfly Nha Trang (19 tầng); …

- Thành phố Phan Thiết: theo thống kê của NCS, hiện nay chỉ có 1 dự án NOCT được xây dựng tại khu vực này là CC Phú Tài (14 tầng, năm 2017)

1.3 THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG CÔNG TRÌNH

1.3.1 Thông gió trong công trình

Đặc tính lý hóa của môi trường không khí

b Các thông số vật lý của không khí ẩm:

Không khí ẩm là hỗn hợp không khí hoàn toàn khô và hơi nước

- Độ ẩm tuyệt đối của không khí là lượng hơi nước tính bằng kg chứa trong 1m3

không khí ẩm

Ký hiệu: D; đơn vị: kg/m3

- Độ ẩm tương đối (hay mức độ no hơi nước) của không khí là tỷ số của Độ ẩm

tuyệt đối D và Độ ẩm tuyệt đối bão hòa Dbh ở cùng nhiệt độ

Ký hiệu: RH; đơn vị: %

- Dung ẩm là lượng hơi nước tính bằng gam trong một khối không khí ẩm có trọng

lượng phần khô là 1kg

Ký hiệu: d; đơn vị: g/kg k.k.khô

- Trọng lượng riêng của không khí ẩm là trọng lượng không khí (bao gồm phần

khô và hơi nước) trên một đơn vị thể tích

Ký hiệu: ρ, đơn vị: kg/m3 [6], [22]

Thông gió trong công trình

TG là lĩnh vực khoa học kỹ thuật có liên quan đến nhiều ngành, như: kiến trúc, xây dựng, nhiệt kỹ thuật, thủy khí động lực, an toàn lao động, cơ khí chế tạo, …

TG trong công trình có chức năng làm cho môi trường không khí bên trong công trình - với các thông số về: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ chuyển động của không khí, thành phần không khí, … - đáp ứng được yêu cầu về tiện nghi của người sử dụng

Khai thác các yếu tố tự nhiên để TG cho công trình hướng đến tiện nghi cho người

sử dụng đã được nhiều dân tộc trên thế giới áp dụng phổ biến từ hàng ngàn năm nay Tùy theo đặc điểm tự nhiên của các vùng miền, họ đã có những giải pháp thiết kế khác nhau, như: vị trí xây dựng, hướng nhà, bố trí không gian chức năng, cấu tạo cửa đi - cửa

sổ, tháp đón gió, … Tuy nhiên, các giải pháp trên chỉ là những kinh nghiệm được đúc kết qua nhiều thế hệ

Đến thế kỷ XVIII, khi nền sản xuất công nghiệp ra đời và phát triển - đánh dấu bằng sự xuất hiện của máy hơi nước - thì TG mới trở thành đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới và trở thành một ngành chuyên môn riêng biệt Một số nhà khoa học có nhiều cống hiến và đặt nền tảng cho lĩnh vực chuyên môn TG phải kể đến: N A Lovou, A A Xablukov (người đầu tiên chế tạo ra quạt máy vào thế kỷ 19);

I I Flavisky (người đầu tiên nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số môi trường không

khí đến cảm giác nhiệt của con người); A K Pavlosky; V M Traplin; A N Xeliverstov; A V Nhesterenko; G Kraft; K Petsold; V Keys; … [6]

Như vậy, TG trong công trình là lĩnh vực khoa học kỹ thuật nghiên cứu về sự chuyển động của không khí bên trong công trình hay sự trao đổi không khí giữa bên trong và bên ngoài công trình nhằm đáp ứng các yêu cầu về tiện nghi cho người sử dụng

Hệ thống TG trong công trình gồm 2 loại:

- Hệ thống TGTN: là hệ thống TG dựa vào các nguồn lực tự nhiên (như: áp lực gió hoặc sức đẩy nổi của không khí)

- Hệ thống TG nhân tạo (TG cơ khí): là hệ thống TG dựa vào các thiết bị nhân tạo

(như: quạt hút, quạt thổi, thiết bị lọc bụi, thiết bị sấy - làm mát không khí, …)

Hai hệ thống TG trên đều có những ưu điểm và nhược nhất định Trong các công trình kiến trúc, tùy theo đặc điểm, tính chất và yêu cầu cụ thể để chọn một trong hai hệ thống hoặc kết hợp cả hai hệ thống trên

1.3.2 Thông gió tự nhiên trong công trình

Khái niệm

TGTN là hiện tượng chuyển động của khối không khí trong công trình dưới tác dụng của các lực tự nhiên như áp lực của gió hoặc áp lực nhiệt của không khí

Gió và sự biến thiên vận tốc gió theo chiều cao

a Đặc điểm của gió ở lớp biên khí quyển:

Gió là một hiện tượng vật lý có sự thay đổi liên tục và không theo qui luật Đặc điểm ngẫu nhiên đó của gió là do chuyển động rối (turbulence) của các phần tử không khí Ở lớp biên khí quyển, các vật cản trên bề mặt trái đất và các luồng gió do hiệu ứng đẩy nổi của nhiệt tạo nên chuyển động rối Càng lên cao, độ rối càng giảm

Vận tốc gió tức thời v tại một thời điểm (t) được xác định bằng công thức:

v(t) = 𝑣 + v’(t) (1) Trong đó: 𝑣 : giá trị vận tốc trung bình

v’(t) : đại lượng biến thiên của gió [41]

Giá trị vận tốc gió thay đổi theo chiều cao và được xác định theo quy luật hàm logarit hoặc hàm số mũ Độ cao, mà từ đó vận tốc gió không thay đổi, gọi là độ cao Gradient - ký hiệu HG HG phụ thuộc vào đặc điểm của địa hình - xem Hình 1.1

Hình 1.1 Sự biến thiên của vận tốc gió theo chiều cao của các dạng địa hình [87] Vận tốc gió VH tại độ cao H (m) được xác định theo công thức:

Trong đó: + VH là vận tốc gió ở cao độ H (m)

+ Vz là vận tốc gió ở cao độ tham chiếu Hz + δ: chiều dày lớp biên khí quyển

+ a: hệ số mũ (được xác định bằng thực nghiệm) [44]

(Xem Phụ lục 1)

b Đặc điểm luồng gió xung quanh công trình:

Khi thổi đến công trình, gió sẽ bị phân tán tại các cạnh của của công trình tạo nên các vùng đón gió có áp lực dương (+), vùng quẩn gió có áp lực âm (-) Hình 1.2 thể hiện đặc điểm luồng gió khi thổi đến một công trình có dạng khối hộp chữ nhật

Các hình thức thông gió tự nhiên

a TG nhờ áp lực khí động (wind driven ventilation):

Chuyển động của khối không khí được tạo ra do sự chênh lệch áp suất giữa mặt đón gió (áp lực +) và mặt khuất gió (áp lực -) Khi gió thổi đến công trình sẽ tạo ra áp lực gió dương (+) trên mặt đón gió và áp lực gió âm (-) trên mặt khuất gió của công trình Nếu trên các bề mặt công trình có khoảng mở (cửa, khe hở, …), theo nguyên lý cân bằng áp suất, gió sẽ đi xuyên qua

Hình 1.2 Đặc điểm luồng gió khi thổi đến công trình [44]

Đặc trưng cho độ lớn áp lực gió (do gió thổi đến gây ra tại các điểm trên bề mặt công trình) là hệ số áp lực gió (wind pressure coefficient) Cp Cp phụ thuộc vào vị trí của cửa (trên phương đứng và phương ngang của công trình), góc gió đến, tương quan kích thước công trình Cp được xác định bằng thực nghiệm trên ống khí động hoặc mô phỏng [112]

Lưu lượng TG Gw do áp lực khí động - trong trường hợp TG xuyên phòng - phụ

thuộc vào diện tích cửa và độ chênh áp suất ΔPw

Δ𝑃𝑤 =12𝜌0𝑣2Δ𝐶𝑝 (3)

Trong đó: 𝜌0: khối lượng riêng của không khí (kg/m3)

𝑣 : vận tốc gió đến (m/s)

Δ𝐶𝑝 = Cpi - Cpo (với Cpi, Cpo là hệ số áp lực gió vào và ra) [112]

b TG nhờ áp lực nhiệt (stack ventilation, buoyancy driven ventilation):

Chuyển động của khối không khí được tạo ra do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong và bên ngoài công trình; không khí ở nơi có nhiệt độ cao (+) sẽ chuyển động lên cao và không khí ở nơi có nhiệt độ thấp (-) hơn tràn vào chiếm chỗ

Lưu lượng TG Gb - do áp lực nhiệt - phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ, diện tích cửa, vật cản và độ chênh lệch áp suất ΔPb

Δ𝑃𝑏 = 𝜌0𝑔∆𝑇𝑇

𝑖 ∆𝐻 (4) Trong đó: g: gia tốc trọng trường

ΔH: Khoảng cách theo phương đứng của cửa trên và cửa dưới

ΔT = Ti - To (với Ti, To là nhiệt độ trong và ngoài nhà) [112]