Năm dạng truyền nhiệt qua kính

Tại sao Quy chuẩn 09 lại yêu cầu tính toán tỷ lệ WWR và chỉ số SHGC, hệ số nhận nhiệt mặt trời của kính ? Đơn giản là vì tại khí hậu nhiệt đới, nhiệt truyền qua kính thường chiếm tỷ lệ lớn nhất, nên chi phí hệ thống kỹ thuật, tiện nghi nhiệt, chi phí vận hành liên quan trực tiếp tới chất lượng kính và tỉ lệ kính trên tường WWR. Ngoài ra ở miền bắc Việt Nam thì chỉ số U Value hệ khung kính thấp cũng giúp cho căn nhà ít phải dùng sưởi hơn trong mùa đông.

Kính là loại vật liệu ngày càng quan trọng trong thiết kế kiến trúc hiện đại, được sử dụng phổ biến cho mọi loại hình công trình đặc biệt các tòa nhà cao ốc. Với tư vấn thiết kế kiến trúc, cơ điện, môi trường, hiểu về nhiệt truyền qua kính sẽ rất quan trọng khi muốn theo đuổi một công trình hiệu quả năng lượng và tiện nghi. Bởi ảnh hưởng của kính lên nhiệt truyền vào công trình là rất lớn. Những sự lựa chọn kính khác nhau mang lại kết quả khác biệt lớn.

Bài viết này tập trung giới thiệu năm dạng nhiệt truyền qua kính theo ngôn ngữ hình ảnh dễ hiểu nằm trong series các chỉ số kỹ thuật công trình xanh.

Năm dạng nhiệt truyền qua kính bao gồm:

Dạng 1: Truyền Nhiệt Do Bức Xạ Mặt Trời

Bức xạ mặt trời tới kính có thể dưới dạng tia trực xạ từ mặt trời, tia tán xạ từ mây và tia phản xạ từ bề mặt xung quanh công trình. Dạng truyền nhiệt này liên quan tới chỉ số: SHGC

Khi chiếu tới kính, nhiệt bức xạ mặt trời sẽ chia làm 3 phần:

• Một phần bức xạ mặt trời truyền qua
• Một phần phản xạ lại
• Một phần hấp thụ sau đó phát xạ ra 2 bên kính dưới dạng bức xạ nhiệt sóng dài

Dạng truyền nhiệt này cần được quan tâm hơn tại các vùng khí hậu nóng có bức xạ mặt trời lớn. Các giải pháp kiến trúc liên quan tới việc giảm nhiệt bức xạ mặt trời qua kính với vùng khí hậu nóng có thể bao gồm:

• Giảm tỉ lệ kính trên tường WWR
• Sử dụng kính có chỉ số SHGC thấp
• Che nắng cho cửa sổ

Tới đây cần hiểu kỹ hơn quang phổ mặt trời truyền qua kính như thế nào:

Bức xạ mặt trời chiếu tới kính là sóng điện từ có bước sóng từ  0.3-2.5 micromet bao gồm 3 thành phần:

• Tia cực tím, hay còn gọi là tia UV (chiếm 3%)
• Ánh sáng nhìn thấy, là sóng điện từ mà mắt người có thể cảm nhận (chiếm 42-44%)
• Bức xạ nhiệt sóng ngắn (53%-55%)

Khi ta nói kính cho bức xạ mặt trời truyền qua, hấp thụ hay phản xạ là cho lần lượt 3 thành phần này truyền qua, hấp thụ hay phản xạ. Kính khác nhau sẽ cho tỉ lệ 3 thành phần riêng rẽ này truyền qua, phản xạ hay hấp thụ khác nhau.

Dạng 2: Truyền Nhiệt Bức Xạ Từ Vật Thể Nóng

Các vật thể nóng như người, đèn, lò sưởi hoặc các bức tường, vỉa hè bị nung nóng đều phát ra bức xạ nhiệt sóng dài tới kính. Nhiệt truyền qua phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt vật thể nóng và khoảng cách tới kính. Dạng truyền nhiệt này liên quan tới chỉ số U-Value

Khác bức xạ nhiệt mặt trời bức xạ nhiệt sóng dài hầu hết bị hấp thụ bởi kính rồi phát xạ thứ phát ra 2 bên tùy theo nhiệt độ chênh lệch 2 bên kính.

Dạng truyền nhiệt này cần được quan tâm chú ý tại các vùng khí hậu cần giữ ấm trong nhà vào mùa lạnh như vùng núi phía bắc, (thành phố Sapa, tỉnh Yên Bái, Hà Giang…) hay vào mùa đông tại các vùng đồng bằng bắc bộ, cao nguyên Lâm Đồng. Các giải pháp kiến trúc bao gồm:

• Giảm tỉ lệ kính trên tường WWR
• Sử dụng kính có chỉ số U thấp (cho cả kính và khung)
• Tấm cách nhiệt linh động cho kính vào ban đêm tại khí hậu lạnh (như dạng cửa sổ cánh, cửa cuốn đóng kín lắp bên ngoài cửa kính, có lớp cách nhiệt)

Các vật thể nóng (lò sưởi, người, đèn, bức tường, sân nung nóng…) cũng phát ra bức xạ hồng ngoại với bước sóng trên 2.5 micromet.

Sự khác biệt giữa bức xạ nhiệt mặt trời sóng ngắn (<2.5 micromet) và bức xạ nhiệt sóng dài (>2.5 micromet) là rất quan trọng trong lĩnh vực kiến trúc vì 2 sóng này có ứng xử hoàn toàn khác biệt với kính. Trong khi kính có thể cho các tia bức xạ mặt trời truyền qua (bước sóng ngắn) thì lại hấp thụ hoặc phản xạ phần lớn bức xạ nhiệt từ vật thể nóng (bước sóng dài) – đây chính là hiệu ứng nhà kính mà ta hay nói đến, hiệu ứng này cũng là nguyên nhân gây biến đổi khí hậu nếu xét trên bình diện cả hành tinh thay vì chỉ 1 ngôi nhà.

Dạng 3: Truyền Nhiệt Tiếp Xúc Do Chênh Lệch Nhiệt Độ Không Khí

Đây là dạng nhiệt truyền qua kính từ không khí ở phía nóng hơn sang phía lạnh hơn. Dạng truyền nhiệt này phụ thuộc vào mức độ chênh lêch nhiệt không khí giữa hai bên kính và liên quan tới chỉ số: U-value

Dạng truyền nhiệt này cần được quan tâm lưu ý hơn tại các vùng khí hậu cần sưởi ấm, có chênh lệch nhiệt độ lớn trong nhà và ngoài nhà vào mùa lạnh như vùng núi phía bắc, (thành phố Sapa, Đà Lạt…) hay vào mùa đông tại các vùng núi, đồng bằng bắc bộ. Các giải pháp kiến trúc bao gồm:

• Giảm tỉ lệ kính trên tường WWR
• Sử dụng kính có chỉ số U thấp (cho cả kính và khung)
• Tấm cách nhiệt linh động cho kính vào ban đêm tại khí hậu lạnh (như dạng cửa sổ cánh, cửa cuốn đóng kín lắp bên ngoài cửa kính, có lớp cách nhiệt) 

Dạng 4: Truyền Nhiệt Do Không Khí Chuyển Động Đối Lưu Trên Bề Mặt Kính 

Đây là dạng nhiệt truyền bởi dòng không khí chuyển động đối lưu trên bề mặt kính, góp phần mang nhiệt đi khỏi kính. Nhiệt truyền qua phụ thuộc vào tốc độ gió: tốc độ gió càng cao thì mức độ trao đổi nhiệt tăng lên. Dạng truyền nhiệt này liên quan tới chỉ số U-Value.

Truyền nhiệt từ bề mặt kính tới lớp không khí xung quanh sẽ do cả truyền nhiệt tiếp xúc và đối lưu. Đối với kính 2 lớp, không khí giữa 2 lớp kính chuyển động đối lưu cũng làm gia tăng mức độ truyền nhiệt từ bề mặt nóng hơn sang bề mặt lạnh hơn.

Dạng truyền nhiệt này cần lưu ý hơn tại vùng khí hậu cần sưởi ấm vào mùa đông. Giải pháp kiến trúc bao gồm chọn kính 2 lớp có không khí giữa 2 mặt kính bằng khí trơ Argon, Kyrton hay chân không. Khu vực bắc Âu thậm chí dùng tới hệ kính 3 lớp.

Dạng 5: Rò Rỉ Không Khí

Nguyên nhân dạng truyền nhiệt này bởi khung kính không kín hoàn toàn, các khe hở khiến không khí lạnh bị rò rỉ ra ngoài (mùa hè) và không khí lạnh tràn vào nhà (mùa đông). Nhiệt truyền qua phụ thuộc vào chênh lệch áp suất giữa trong và ngoài nhà và diện tích khe hở.  Dạng truyền nhiệt này liên quan chỉ số AL (Air leakage)

Dạng truyền nhiệt này thường xảy ra tại công trình dân dụng, nhà riêng. Để tránh hiện tượng rò rỉ khí qua kính cần lưu ý:

●       Sử dụng kính có gioăng cao su

●       Sử dụng kính hộp IGU (Insulating Glazing Unit)

●       Quy trình lắp dựng đảm bảo của được thi công kín khít

Bài viết nằm trong chuỗi các bài viết các thông số kỹ thuật công trình xanh bằng hình ảnh, nhằm mang lại kiến thức kỹ thuật cho người làm nghề theo cách dễ hiểu. Mời các bạn đón đọc các bài tiếp theo trong series tìm hiểu chi tiết các chỉ số kỹ thuật công trình cho lớp vỏ bao che kính, tường mái, hệ thống kỹ thuật công trình.