TÀI NGUYÊN

Thiết kế với mảng kính lớn – liệu có thực sự giúp người ở gần thiên nhiên hơn

Khi thực hiện công tác chấm giải Green Build of the Year 2022, EDEEC nhận thấy có nhiều công trình sử dụng kính chưa thật sự hiệu quả, khiến cho công trình không đi xa hơn qua vòng loại. Đó là lỗi về sử dụng vật liệu kính.

Khi thực hiện công tác chấm giải Green Build of the Year 2022, EDEEC nhận thấy có nhiều công trình sử dụng kính chưa thật sự hiệu quả, khiến cho công trình không đi xa hơn qua vòng loại.

Kính là vật liệu ngày càng phổ biến và được ưa chuộng hơn bao giờ hết. Có một mong muốn rất chính đáng của người ở và người thiết kế đó là: được gần với thiên nhiên nhiều hơn nữa, đặc biệt là với những công dân thành phố ngột ngạt. Chúng ta đều có mong muốn không còn khoảng cách nào giữa không gian sống của chúng ta và thiên nhiên bên ngoài. Khi đó một mảng kính lớn hướng ra khu rừng, cảnh biển hay mây trời sẽ giúp người thiết kế đạt được điều này.

Tuy nhiên đúng như kiến trúc là gạch nối giữa nghệ thuật và khoa học, có cái này không thể thiếu cái kia, nếu không cái đẹp sẽ không được tận hưởng trọn vẹn như nó nên thế vì thiếu ứng dụng khoa học chuẩn xác. Mời bạn cùng EDEEC tìm hiểu về chủ đề thiết kế không gian sống với mảng kính lớn mà vẫn đảm bảo tiện nghi và hiệu quả năng lượng trong bài viết dưới đây.

Kính là vật liệu đặc biệt so với tường, nếu là kính trắng thì nó sẽ nhận một lượng nhiệt lớn gấp 30 lần so với tường gạch đỏ 220mm.

Nhiệt nhận qua kính trắng vào nhà cao gấp hàng chục lần so với tường gạch 220mm

Ngoài ra kính còn gây ra hiệu ứng nhà kính, nhiệt bức xạ mặt trời một khi đã đi vào rồi thì sẽ bị bẫy lại không ra được nữa.

Hiệu ứng nhà kính: nhiệt nhận từ mặt trời sẽ thành bức xạ hồng ngoại sóng dài không quay trở ra được bị bẫy lại trong nhà

Vì vậy mặt kính lớn đặc biệt là kính trắng vào mùa hè thông thường sẽ tạo thành một không gian bẫy nhiệt như một lò nướng. Hệ thống điều hòa cần phải có công suất rất lớn để đảm bảo tiện nghi nhiệt cần thiết so với được thiết kế có tính toán để giảm hiệu ứng nhà kính ngay từ ban đầu.

Một điểm lưu ý là nhiệt bức xạ mặt trời qua kính không phải chỉ có bức xạ nhiệt trực tiếp từ mặt trời mà còn từ tia tán xạ từ mây, từ bầu trời qua kính (có thể lên tới 300W/m2 so với tia trực xạ 800- 900 W/m2) và tia phản xạ từ bề mặt bê tông ngoài đường hay từ các mặt tường từ công trình lân cận.

Ba loại bức xạ nhiệt tới kính: tia trực xạ, tia tán xạ và tia phản xạ

Một lưu ý khác là việc lắp rèm bên trong kính gần như không có tác dụng cản bức xạ mặt trời vì nhiệt một khi đã qua kính thì sẽ bị bẫy lại không quay trở ra được và sẽ dần dần làm nóng rèm. Tấm rèm sau đó sẽ phát ra bức xạ nhiệt hồng ngoại làm nóng không gian bên trong, dĩ nhiên rèm sẽ có tác dụng giữ nhiệt ở không gian giữa kính và rèm, làm chậm quá trình nóng lên của không gian sử dụng. Nhưng toàn bộ phòng sẽ vẫn nhận tổng một lượng nhiệt không đổi. Rèm lắp bên trong nhà có tác dụng chống chói, nhưng vào ban ngày cũng đồng thời cản luôn ánh sáng tự nhiên và view đẹp hướng ra thiên nhiên bên ngoài.

Nhiệt vào qua kính sẽ không quay ngược ra ngoài được, sẽ làm nóng rèm và làm nóng không khí giữa rèm và kính

Hậu quả mang lại khi thiết kế không xem xét đặc tính của kính

Nhiều trường hợp thực tế diễn ra trái ngược hoàn toàn với mong muốn ban đầu. Thay vì mở rèm hoàn toàn và tận hưởng thiên nhiên bên ngoài qua lớp kính thì người ở phải kém rèm kín để chống chói, chống nóng. Đây là thực trạng phổ biến được ghi nhận ở cả các nước phát triển và tại Việt Nam đặc biệt với các công trình cao tầng nhiều kính, đặc biệt là văn phòng và oái oăm hơn là với nhà ở…cao cấp bọc kính.

Kém rèm bật đèn vào ban ngày: hiện tượng phổ biến các nhiều công trình bọc kính

2. Tiện nghi nhiệt không đảm bảo: Trong nhiều trường hợp khi bức xạ mặt trời chiếu qua một mảng kính lớn vào nhà, người trong nhà sẽ bị ảnh hưởng nắng nóng dưới dạng tia bức xạ. Dù có chạy điều hòa công suất lớn thì cũng không đảm bảo tiện nghi nhiệt. Những người sinh hoạt gần cửa kính sẽ có một nửa người có gió mát điều hòa phả vào, nửa người còn lại vẫn cảm thấy nóng bởi ảnh hưởng bức xạ nhiệt mặt trời chiếu qua kính vào trong. Nhiều người sẽ gặp tình trạng gáy thấy lạnh vì gió điều hòa, mặt thấy nóng vì bức xạ mặt trời. Khi đó sẽ không có trạng thái tiện nghi nhiệt thực sự.

3. Tiện nghi chiếu sáng không đảm bảo: trong nhiều trường hợp mảng kính lớn không được che chắn sẽ dẫn tới hiện tượng chói, lóa mắt gây nhiều bất tiện cho sinh hoạt.

4. Và cuối cùng công trình phải tốn nhiều chi phí điện năng hơn vì điều hòa sẽ phải chạy liên tục để giải một lượng nhiệt lớn nhận qua kính.

Nhiều công tình gặp phải tình trạng chói, lóa bởi diện kính lớn

Giải pháp cần lưu ý xem xét bởi người thiết kế

Phải nói rằng, sáng tạo của kiến trúc sư chính là chủ lực cho những giải pháp không gian “gần thiên nhiên bằng mảng kính lớn mà vẫn đảm bảo tiện nghi và hiệu quả năng lượng”. Người thiết kế cần nắm vững nguyên lý: ”hạn chế tối đa bức xạ nhiệt chiếu tới kính đi vào trong nhà, đặc biệt là kính trắng” để có thể sáng tạo theo bối cảnh riêng của mỗi dự án.

Tuy nhiên trong bài viết này EDEEC cũng sẽ giới thiệu một số gợi ý giải pháp và công trình áp dụng để người làm nghề có thêm các gợi mở và ví dụ tham khảo:

Nếu vì lý do nào đó mong muốn sử dụng nhiều kính, thậm chí bọc kính, cần xem xét đặc biệt tới các đặc tính nhiệt của kính, thông thường nôm na hay gọi là kính hộp low-E. Nhưng nôm na thì thường không chính xác, và cách hiểu đôi khi lại là cứ kính hộp thì sẽ là low-E và thế là…tốt rồi. Hoàn toàn không phải như vậy, cần xem xét kỹ các chỉ số kỹ thuật của kính, đặc biệt là chỉ số nhận nhiệt mặt trời SHGC để đảm bảo có được thiết kế hiệu quả.
Xem xét tỉ lệ kính trên tường vừa đủ thay vì mảng kính lớn

Tỷ lệ kính trên tường hợp lý giúp công trình giảm bức xạ nhiệt vào trong

Tỉ lệ kính thay đổi (trục hoành) khiến nhiệt nhận vào công trình thay đổi tương ứng (trục tung, đồ thị chỉ là tương đối để có hình dung sơ bộ)

Bố trí tổng mặt bằng hay hình khối công trình giúp diện kính được che bóng với các giải pháp như:
- - Bố trí tổng mặt bằng xem xét đổ bóng lên nhau giữa các công trình trong khu đất

- - Tận dụng che nắng từ chính hình khối công trình

Thiết kế lưu ý đảm bảo hạn chế bức xạ mặt trời mùa nóng chiếu lên mảng kính bằng các giải pháp che nắng cho diện kính như

- - Có không gian đệm có mái che đủ lớn giúp cản bức xạ mặt trời chiếu lên diện kính, đặc biệt với hướng Đông và Tây khi mà góc chiếu của mặt trời thấp, thiết bị che nắng ngang sẽ không thể cản được bức xạ mặt trời

Không gian đệm lớn trước diện kính

- - Sử dụng thiết bị che nắng ngang, dọc cố định… có xem xét hướng công trình và góc chiếu bức xạ mặt trời lên mảng kính. Một lưu ý là với mảng kính lớn chếch nhiều về phía đông hay phía tây, che nắng ngang không có nhiều tác dụng bởi góc chiếu mặt trời xuống thấp.

Sử dụng thiết bị che nắng xem xét hướng góc chiếu mặt trời tới kính

Một số phương án che nắng theo các hướng khác nhau: tấm che nắng ngang, tấm louvre theo phương ngang, tấm louvre theo phương đứng kết hợp che nắng ngang.

Một số ví dụ công trình có phương án che nắng cho diện kính lớn (ảnh bên phải Vo Trong Nghia and partners)

- - Sử dụng rèm gỗ, rèm cuốn, rèm nhựa, mành tre không cố định… phía ngoài kính, có thể mở ra đóng vào linh hoạt theo điều kiện thời tiết. Lưu ý nếu đặt các vật liệu này phía trong kính không có tác dụng cản nhiệt bức xạ mặt trời. Điểm thú vị của việc sử dụng vật liệu mành rèm là ngay cả khi đóng vào vẫn có thể cảm nhận thấp thoáng thiên nhiên bên ngoài nhưng cũng hạn chế được một phần đáng kể bức xạ mặt trời

Ví dụ công trình sử dụng tấm mành rèm đóng ra kéo vào linh hoạt theo điều kiện thời tiết để cản bức xạ nhiệt mặt trờii khi cần (ảnh dưới nhà Gentle House của V-Architecture)

- - Sử dụng các vật liệu bao ngoài lớp kính như một lớp vỏ áo thứ hai cho công trình

Tấm xenlulo xi măng như một lớp vỏ thứ hai cho công trình giúp hạn chế bức xạ nhiệt qua kính vào công trình (công trình the Mesh của V-Architecture)

Sử dụng vật liệu thô mộc như các cành cây với khung thép có thể thành lớp vỏ áo thứ hai cho công trình (công trình nhà Gi văn phòng V-Architecture)

Một điểm quan trong khi sử dụng các phương án che nắng khác nhau là các vật liệu, thiết bị che nắng sẽ bị mặt trời nung nóng sau một thời gian. Vì vậy các thiết bị, vật liệu che nắng nên được tạo điều kiện để có thể dễ dàng nhanh chóng giải nhiệt nhận từ mặt trời chiếu lên. Như là thiết kế sao cho gió có thể dễ dàng thổi qua các tấm, thiết bị che nắng và mang lượng nhiệt này đi. Sử dụng sơn trắng, mầu sáng hoặc bề mặt vật liệu có độ phản xạ lớn cũng là một cách giúp hạn chế nhiệt nhận lên bề mặt thiết bị che nắng mà phản xạ ngược lại ra ngoài. Thiết bị che nắng nhanh chóng được giải nhiệt góp phần giúp giảm tải nhiệt nhận lên công trình.

Thiết kế cửa linh hoạt xem xét sự thay đổi của điều kiện thời tiết thay vì là một mảng kính lớn cố định.

Các thiết kế cửa (trong kính ngoài chớp) với các lớp cửa được vận hành một cách linh hoạt sẽ không tạo thành hiệu ứng nhà kính, nhưng khi cần mở ra hoàn toàn vẫn giúp người ở có thể sống gần với thiên nhiên bên ngoài (công trình Nhà hồng xiêm của V-Architecture)

Cửa kính không chỉ giữ cố định mà còn có thể mở ra vào linh hoạt nhờ đó vừa giúp con người có thể sống gần với thiên nhiên cây xanh bên ngoài như không có khoảng cách nào, nhưng không có tình trạng mảng kính lớn bẫy nhiệt vào nhà bởi hiệu ứng nhà kính (công trình Nhà theo mùa của V-Architecture)

Xem xét chọn kính hiệu quả năng lượng: cản đáng kể bức xạ mặt trời mà cho đủ ánh sáng tự nhiên đi qua thay vì kính trắng đơn thuần. Khi chọn kính cần xem xét chỉ số nhận nhiệt bức xạ mặt trời SHGC và chỉ số cho ánh sáng tự nhiên đi qua VLT. SHGC cần càng nhỏ càng tốt và chỉ số VLT cần đủ lớn để không gian nhận đủ ánh sáng tự nhiên.

Tỷ lệ chỉ số VLT / SHGC càng cao thì càng khó sản xuất và đắt tiền hơn – low-E phủ mềm thường là lựa chọn tốt nhất cho kính tại khí hậu nhiệt đới. Gọi là phủ mềm vì tại mặt trong của lớp kính ngoài sẽ được phủ vài lớp nano kim loại, chủ yếu dùng kẽm và bạc để tạo hiệu ứng lựa chọn quang phổ điện từ đi xuyên qua kính, phần hồng ngoại mang nhiều nhiệt sẽ bị phản xạ ra ngoài, trong khi phần ánh sáng nhìn thấy được đi xuyên 1 phần qua kính. Các lớp nano này được phủ lên kính sau khi tấm kính đã đúc xong và rất nhanh bị ô-xi hoá, nên các lớp này được bảo vệ giữa 2 lớp kính hộp. Đây là lý do chính để sử dụng kính hộp, một tác dụng khác của kính hộp là giảm hệ số truyền nhiệt Uvalue, nhưng đây chỉ là tác dụng thứ yếu.