BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - PHAN TIẾN VINH KHAI THÁC THƠNG GIĨ 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 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KIẾN TRÚC Thành phố Hồ Chí Minh - năm 2019 Cơng trình đư ợc hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Người hướng dẫn khoa học: PGS TS KTS TRỊNH DUY ANH Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH Vào hồi …… ……… ngày …….tháng …… năm …… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH THƯ VIỆN KHOA HỌC TỔNG HỢP TP HỒ CHÍ MINH MỞ ĐẦU 0.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Từ kỷ thứ XX, nhân loại phải đối diện với nhiều thách thức mang tính tồn cầu lượng, tài ngun, mơi trường, nghèo đói, biến đổi khí hậu tồn cầu, Trong bối cảnh đó, phát triển bền vững (PTBV) nói chung bền vững kiến trúc nói riêng trở thành xu hướng tất yếu nhiều quốc gia giới, có Việt Nam Kiến trúc bền vững (KTBV) kiến trúc hướng đến tính thích ứng nhạy cảm với môi trường, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên, lượng, thân thiện góp phần bảo tồn mơi trường sinh thái suốt vòng đời cơng trình xây dựng Có nhiều giải pháp thiết kế hướng đến KTBV, đó, khai thác thơng gió tự nhiên (TGTN) nhằm tiết kiệm lượng, thân thiện môi trường giải pháp bản, hiệu quan trọng Chung cư (CC) loại hình kiến trúc nhà phổ biến đô thị lớn giới Việt Nam Hiện nay, việc khai thác TGTN hiệu cho dự án Nhà cao tầng (NOCT) triển khai xây dựng Việt Nam nhiều hạn chế Vùng Duyên hải Nam trung (DHNTB) vùng có đô thị lớn giai đoạn phát triển, nhiều dự án NOCT triển khai đầu tư xây dựng Đây vùng có tiềm nhu cầu lớn sử dụng TGTN cho NOCT Khai thác TGTN cho cơng trình NOCT cho vùng DHNTB nhằm tiết kiệm lượng góp phần cho PTBV kiến trúc nói riêng PTBV nói chung cho vùng DHNTB Xuất phát từ lý trên, nghiên cứu sinh (NCS) chọn đề tài “Khai thác thơng gió tự nhiên Nhà cao tầng đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ hướng đến tiết kiệm 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 NOCT đô thị DHNTB nhằm tiết kiệm lượng, hướng đến PTBV cho loại hình kiến trúc NOCT nói riêng mục tiêu PTBV nói chung Việt Nam - Mục tiêu nghiên cứu cụ thể luận án: định hướng khai thác, nguyên tắc thiết kế kiến nghị khai thác vận hành TGTN NOCT đô thị DHNTB 0.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Kiến trúc NOCT - TGTN NOCT 0.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Giới hạn không gian: Các đô thị thuộc vùng DHNTB - Giới hạn 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 Đề tài: Luận án đưa phương pháp luận thiết kế, số nguyên tắc chung thiết kế TGTN cho kiến trúc NOCT hướng đến tiết kiệm lượng PTBV Qua đó, góp phần bổ sung cho lý luận thiết kế TGTN cho cơng trình kiến trúc nói chung loại hình kiến trúc NOCT nói riêng - Ý nghĩa thực tiễn Đề tài: ứng dụng vào thực tiễn thiết kế khu vực, góp phần vào việc tiết kiệm lượng, PTBV cho kiến trúc NOCT PTBV chung cho vùng DHNTB Là tài liệu hữu ích cho cơng tác đào tạo kiến trúc sư, tài liệu tham khảo cho nhà quản lý quy hoạch - kiến trúc, nhà thiết kế, nhà đầu tư, … CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC THƠNG GIĨ 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 đời khái niệm Phát triển bền vững Khi phát triển nhân loại dẫn đến thách thức mang tính tồn cầu cho mơi trường sinh thái, phát triển quốc gia, chí ảnh hưởng đến sinh tồn hệ tương lai, … quốc gia giới cần phải có suy nghĩ hành động để cứu trái đất, đảm bảo cho sinh tồn phát triển cho hệ tương lai PTBV phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu mà không làm ảnh hưởng đến khả đáp ứng nhu cầu hệ tương lai PTBV phải đảm bảo cân ba yếu tố: Xã hội - Môi trường - Kinh tế 1.1.2 Kiến trúc bền vững KTBV kiến trúc hướng đến hạn chế tối đa tác động tiêu cực đến môi trường công trình xây dựng việc sử dụng hợp lý hiệu vật liệu xây dựng, lượng không gian chức 1.1.3 Phát triển kiến trúc bền vững Việt Nam Trong kiến trúc nhà truyền thống Việt Nam, từ xa xưa, cha ông ta đúc kết 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 yếu tố xanh mặt nước để cải thiện vi khí hậu nhà, … Trong lĩnh vực xây dựng, quan quản lý nhà nước xây dựng ban hành nhiều văn pháp quy, triển khai hoạt động hướng đến PTBV Nhiều tổ chức nghiên cứu hoạt động lĩnh vực KTBV thành lập Việt Nam 1.2 KIẾN TRÚC NHÀ Ở CAO TẦNG 1.2.1 Nhà cao tầng NOCT CC cao tầng phức hợp kiến trúc cao tầng có chức nhà ở, có từ tầng đến 40 tầng Ưu điểm: Tiết kiệm đất; mật độ xây dựng thấp; hệ số sử dụng đất cao; đại; phù hợp lối sống đô thị, đại;… Nhược điểm: thoát người, kết cấu phức tạp; gây số tác động tiêu cực môi trường trạng thái tâm lý tiêu cực cho cư dân 1.2.2 Kiến trúc nhà cao tầng giới, Việt Nam đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ Từ cuối kỷ XIX, với phát triển kinh tế - xã hội - khoa học - kỹ thuật, bùng nổ dân số đặc biệt q trình thị hóa, kiến trúc cao tầng trở thành trào lưu kiến trúc giới Trong loại hình Nhà ở, theo “Chiến lược phát triển Nhà quốc gia đến năm 2020 tầm nhìn đến năm 2030”, nhà CC - có NOCT- loại hình “chú trọng phát triển” đô thị Việt Nam Tại thành phố thuộc khu vực DHNTB - đặc biệt thành phố lớn, như: Đà Nẵng, Nha Trang, Quy Nhơn, - nhiều dự án NOCT đầu tư xây dựng 1.3 1.3.1 THƠNG GIĨ TỰ NHIÊN TRONG CƠNG TRÌNH Thơng gió cơng trình Thơng gió (TG) cơng trình có chức làm cho mơi trường khơng khí bên cơng trình - với thơng số về: nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ chuyển động khơng khí, thành phần khơng khí,… - đáp ứng u cầu tiện nghi người sử dụng Các hệ thống TG, gồm: TGTN TG nhân tạo 1.3.2 Thơng gió tự nhiên cơng trình TGTN tượng chuyển động khối khơng khí cơng trình tác dụng áp lực gió sức đẩy khơng khí Gió tượng vật lý có thay đổi liên tục khơng theo qui luật Giá trị vận tốc gió thay đổi theo chiều cao xác định theo quy luật hàm logarit quy luật hàm số mũ Các hình thức TGTN: TG nhờ áp lực khí động (wind driven ventilation); TG nhờ chênh lệch nhiệt độ (stack ventilation) Vai trò TGTN: tăng lưu lượng khơng khí trao đổi; tiết kiệm lượng; tăng tốc độ chuyển động khơng khí; hạn chế gió thổi vào phòng điều kiện khơng đảm bảo; tăng tỷ lệ diện tích phòng có gió thổi qua; tạo mơi trường thân thiện; … 1.4 1.4.1 TIỆN NGHI NHIỆT TRONG CƠNG TRÌNH Phương trình cân nhiệt thể mơi trường Trong thể người, hầu hết trình sinh hóa liên quan đến sản sinh tế bào, chuyển hóa lượng làm việc bắp sinh nhiệt Các hình thức trao đổi nhiệt thể môi trường: đối lưu; dẫn nhiệt; xạ bay Sự cân nhiệt thể mơi trường thể qua phương trình: M = NBH ± NĐL ± NDN± NBX± NT 1.4.2 Khái niệm tiện nghi nhiệt Tiện nghi nhiệt (TNN) “điều kiện cảm giác thể thõa mãn với môi trường nhiệt định đánh giá chủ quan người” Các yếu tố ảnh hưởng đến tiện nghi nhiệt: nhiệt độ khơng khí, nhiệt độ xạ, áp suất nước, vận tốc chuyển động khơng khí, nhiệt trở quần áo, mức nhiệt sinh lý, độ tuổi, giới tính, chủng tộc, độ cao, thời gian ngày, vị trí địa lý, chế độ ăn uống, … 1.4.3 Các mơ hình dự đốn tiện nghi nhiệt: Mơ hình trạng thái tĩnh; mơ hình hai cực; mơ hình thích ứng 1.5 KHAI THÁC TGTN TRONG CƠNG TRÌNH HƯỚNG ĐẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG - PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 1.5.1 Năng lượng sử dụng cơng trình Năng lượng sử dụng cơng trình bao gồm lượng sử dụng suốt vòng đời cơng trình: giai đoạn xây dựng; giai đoạn sử dụng; giai đoạn phá hủy 1.5.2 Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu cơng trình xây dựng Việc sử dụng lượng tiết kiệm hiệu cơng trình xây dựng trở nên cấp thiết xu hướng tất yếu phát triển xây dựng nhằm hướng đến PTBV 1.5.3 Vấn đề tiết kiệm lượng phát triển bền vững xây dựng Tiết kiệm lượng có vai trò quan trọng, góp phần bảo đảm an ninh lượng, giảm phát thải khí nhà kính, bảo vệ mơi trường sinh thái, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên lượng quốc gia Do đó, tiết kiệm lượng giải pháp then chốt chiến lược PTBV quốc gia nói chung lĩnh vực xây dựng nói riêng 1.5.4 Khai thác thơng gió tự nhiên cơng trình hướng đến tiết kiệm lượng - phát triển bền vững Khai thác TGTN NOCT hướng đến tiết kiệm lượng PTBV, bao gồm bước lựa chọn vị trí xây dựng, đưa giải pháp thiết kế (quy hoạch kiến trúc) cơng trình, lựa chọn chiến lược TG cho cơng trình giải pháp vận hành trình sử dụng cơng trình nhằm khai thác tối đa nguồn lực tự nhiên 1.6 TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU ĐÃ CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI 1.6.1 Trên báo khoa học, đề tài nghiên cứu khoa học tham luận hội thảo khoa học nghiên cứu lý thuyết bản, mô hình, giải pháp thiết kế tiêu chuẩn, ứng dụng TGTN 1.6.2 Các luận án Tiến sĩ nghiên cứu vấn đề bản; nguyên tắc mơ hình; tiện nghi nhiệt; hiệu tiết kiệm lượng; khuyến cáo thiết kế khai thác; sử dụng mơ hình phương pháp nghiên cứu TGTN; 1.6.3 Đánh giá chung cơng trình nghiên cứu có liên quan đề tài: Chưa có nghiên cứu nước vấn đề “Khai thác thơng gió tự nhiên Nhà cao tầng đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ hướng đến tiết kiệm lượng - phát triển bền vững” 1.7 CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI CẦN ĐƯỢC NGHIÊN 1.7.1 Những vấn đề tồn khai thác thơng gió tự nhiên Nhà cao tầng đô thị Duyên hải Nam Trung - Khai thác TGTN chưa thật quan tâm - Đánh giá tiềm khai thác TGTN - Định hướng khai thác TGTN NOCT - Các nguyên tắc thiết kế nhằm khai thác hiệu TGTN cho NOCT - Các giải pháp vận hành hệ thống TGTN cho loại hình NOCT 1.7.2 Những vấn đề nghiên cứu Luận án - Định hướng khai thác TGTN cho NOCT đô thị DHNTB - Đề xuất số nguyên tắc thiết kế quy hoạch kiến trúc nhằm khai thác hiệu TGTN cho NOCT đô thị DHNTB - Đề xuất số giải pháp vận hành hệ thống TGTN NOCT đô thị DHNTB 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 DHNTB 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Sử dụng phương pháp: khảo sát - quan trắc thực tế; điều tra xã hội học; phân tích - tổng hợp; mơ hình hóa; mơ máy tính; khảo sát thực nghiệm 2.2 CÁC CƠ SỞ KHOA HỌC 2.2.1 Cơ sở pháp lý gồm văn pháp quy PTBV, văn pháp quy thiết kế kiến trúc hướng đến hiệu lượng, Quy chuẩn Tiêu chuẩn thiết kế NOCT 2.2.2 Cơ sở lý luận gồm vấn đề thiết kế kiến trúc NOCT, tính tốn TGTN, mơ hình tiện nghi nhiệt, phân tích khí hậu thiết kế kiến trúc, số giải pháp thiết kế kiến trúc kỹ thuật, tiện nghi gió vận tốc gió, phương pháp Computational Fluid Dynamics sử dụng phần mềm mô nghiên cứu 2.2.3 Cơ sở thực tiễn gồm vị trí địa lý, đặc điểm địa hình đặc điểm khí hậu, định hướng phát triển NOCT quy hoạch chung, thực trạng khai thác TGTN NOCT, áp dụng số cơng cụ đánh giá Cơng trình Xanh 2.2.4 Một số học kinh nghiệm khai thác TGTN kiến trúc nhà Việt Nam, Trung Quốc Singapore 11 + Bước 1: phân tích hoạt động biểu kiến mặt trời địa phương Lựa chọn hướng nhà để hạn chế ánh nắng mặt trời + Bước 2: chọn hướng CC để tổng trực xạ tổng tán xạ mặt đứng CC nhỏ + Bước 3: Đề xuất hướng CC để tổng tần suất xuất gió mặt CC lớn giá trị góc gió đến α tối ưu + Bước 4: Tổng hợp lựa chọn bước 1, để lựa chọn hướng tối ưu cho NOCT - Theo nghiên cứu minh họa, hướng nhà cho NOCT Đà Nẵng lựa chọn theo thứ tự: (1) Từ Nam Tây Nam - Nam - Nam Đông Nam; (2) Từ Nam Đông Nam đến Đông Nam Xác định vùng quẩn gió sau khối nhà cao tầng Bằng phương pháp Computational Fluid Dynamics (CFD), Luận án đưa liệu cho việc xác định vùng quẩn gió đề xuất cơng cụ tính kích thước vùng quẩn gió sau khối NOCT Ngun tắc chung định hướng thiết kế tổng mặt khu nhà cao tầng nhằm khai thác hiệu TGTN - Các hình thức bố cục tổng mặt (TMB) định hướng thiết kế nhằm tăng cường hiệu TGTN: bố cục dạng đơn khối (gồm khối đơn độc lập); bố cục dạng tuyến (các đơn nguyên xếp thành tuyến, liên tục tách rời); bố cục dạng nhóm (hình thức xếp hàng song song; hình thức so le; hình thức chu vi; hình thức hỗn hợp; hình thức tự do) - Một số nguyên tắc chung thiết kế TMB: phù hợp, khai thác có hiệu có tính thích ứng với tự nhiên; hài hòa với cảnh quan; đáp ứng ý đồ tổ chức không gian; tạo khoảng cách hợp lý khối nhà; đáp ứng yêu cầu thẩm mỹ tiện nghi khác, như: nhiệt độ, ánh sang, âm thanh, chất lượng khơng khí, … - Định hướng thiết kế hình thức bố cục TMB: 12 + Bố cục dạng đơn bố cục dạng tuyến: điều kiện tự nhiên địa điểm xây dựng ý tưởng thiết kế để chọn hướng Với tuyến có hướng khơng tốt cho TGTN sử dụng giải pháp: tách rời khối, chỉnh hướng nhà cho tối ưu, mở khoảng trống thân CC, + Bố cục dạng nhóm: hình thức xếp hàng song song chọn α có giá trị từ 22.5° đến 45°, tốt α = 22.5°; hình thức so le chọn α có giá trị từ 45° đến 90°, tốt α = 67.5°; hình thức chu vi chọn α có giá trị từ 67.5° đến 90°, khoảng mở khối hướng hướng gió chủ đạo, tăng kích thước khoảng mở, …; hình thức hỗn hợp hình thức tự kết hợp hình thức xếp hàng song song, hình thức so le hình thức chu vi Một số giải pháp tăng cường hiệu TGTN TMB - Tạo khoảng rỗng khối nhà - Tạo khối đế cho cơng trình, bo (tròn vát xéo) góc mặt cơng trình, … - Giải pháp quy hoạch chiều cao, bố trí khối nhà so le, chọn giá trị góc gió thổi đến phù hợp với đặc điểm bố cụ TMB, … - Giải pháp khai thác yếu tố xanh - mặt nước - Giải pháp khai thác yếu tố địa hình 3.2.5 Thiết kế vỏ bao che Sử dụng vỏ bao che theo yêu cầu TGTN cần đảm bảo yêu cầu chiếu sáng tự nhiên, tầm nhìn cho hộ thẩm mỹ kiến trúc cho ngoại thất cơng trình; độ rỗng lớp VBC giảm dần theo độ cao cơng trình - đề xuất biến đổi theo nhóm tầng; độ rỗng thay đổi hình dạng theo ý tưởng thiết kế; … Với trường hợp vỏ bao che có hình dạng khác nhau, cần sử dụng phần mềm CFD để đánh giá hiệu TGTN đưa giải pháp cụ thể 13 3.2.6 Giải pháp cửa cho hộ Cửa mặt hộ - Cửa sổ: sử dụng giải pháp bố trí cửa mặt mặt cắt phân tán, vị trí thấp Góc xoay cánh cửa nên chọn từ 45° đến 75° - Cửa đi: mở cánh bố trí vị trí biên phòng; mở nhiều cánh bố trí tập trung vào vị trí cửa phân tán biên cửa - Diện tích cửa lấy gió: cần có thay đổi theo chiều cao cơng trình Nhà cao 40 tầng có lần thay đổi diện tích cửa nhóm tầng N1 (diện tích S1), N2, N3, N4, N5, N6, N7 N8 Diện tích tương đối nhóm tầng N2, N3, N4, N5, N6, N7 N8 là: 76%; 69%; 64%; 61%; 59%; 57%; 55% so với S1 Cửa bên hộ - Vị trí cửa: có tác dụng tạo nên trường gió phòng ảnh hưởng đến vận tốc gió phòng Khi dòng khơng khí xun suốt vận tốc cao trường hợp khơng khí phải chuyển động quanh co - Diện tích cửa tính tốn để điều tiết trường gió vận tốc gió phòng Với diện tích cửa gió vào khơng đổi, để trường gió phòng rộng cần tăng diện tích cửa Để vận tốc gió xun phòng lớn cần giảm diện tích cửa gió 3.3 CÁC KIẾN NGHỊ VỀ KHAI THÁC VẬN HÀNH TGTN TRONG NOCT TẠI CÁC ĐÔ THỊ DHNTB 3.3.1 Lựa chọn giải pháp vận hành khai thác Có hai giải pháp vận hành hệ thống TGTN cho cơng trình: vận hành thủ cơng vận hành tự động Đối với loại hình NOCT, Luận án đề xuất sử dụng giải pháp vận thành thủ cơng để đóng mở hệ thống loại cửa (khoảng mở) đón gió gió cơng trình 14 3.3.2 Các giải pháp quản lý - Việc khai thác sửa chữa, vận hành hệ thống kỹ thuật, bảo dưỡng cơng trình nói chung giao cho Ban quản lý CC - Việc vận hành đóng mở cửa không gian riêng tư: cư dân hộ thực theo nhu cầu cá nhân - Việc vận hành đóng mở cửa không gian công cộng: Ban quản lý CC có tham gia người dân - Việc vận hành hệ thống đóng mở cửa thơng minh (nếu có): đội ngũ kỹ thuật thuộc Ban quản lý CC thực 3.3.3 Một số giải pháp nâng cao nhận thức cho cư dân Để khai thác vận hành TGTN cho NOCT đạt hiệu cao, đặc biệt chọn giải pháp vận hành thủ công, việc nâng cao nhận thức người dân có ý nghĩa vơ quan trọng Một số giải pháp: Cung cấp thông tin, kiến thức bản; tư vấn cho người dân; nói chuyện chuyên đề kết hợp sinh hoạt cộng đồng; giới thiệu hộ điển hình khai thác TGTN; tư vấn cho người dân giải pháp vận hành TGTN cho hộ; … 15 CHƯƠNG 4: BÀN LUẬN VỀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 4.1 KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN VÀO THỰC TIỄN THIẾT KẾ KIẾN TRÚC NOCT TẠI CÁC ĐÔ THỊ DHNTB Tiềm khai thác TGTN cho thiết kế NOCT vùng DHNTB lớn Khảo sát thực tế cho thấy, cư dân có nhu cầu cao việc sử dụng TGTN cho NOCT Luận án đưa số nguyên tắc mang tính khái quát chung giải pháp TGTN cụ thể, phương pháp luận cho việc thiết kế TGTN cho kiến trúc NOCT Các nguyên tắc phương pháp luận nêu - tùy vào đặc thù dự án - dễ dàng áp dụng vào q trình thiết kế thực tế để đưa phương án thiết kế ban đầu đạt hiệu cao khai thác TGTN 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 Số năm đạt tiện nghi thành phố Đà Nẵng, Qui Nhơn Nha Trang là: 3.207 giờ, 3.626 4.137 Thêm vào đó, áp dụng giải pháp TG hiệu quả, số năm đạt tiện nghi thành phố Đà Nẵng, Qui Nhơn Nha Trang tăng thêm là: 1.917 giờ, 2.441 2.726 Đây thời gian tiết kiệm lượng tiêu thụ cho thiết bị làm mát Loại hình kiến trúc NOCT có xu hướng phát triển mạnh có số lượng dự án đầu tư xây dựng lớn đô thị DHNTB Với việc áp dụng hợp lý kết nghiên cứu Luận án vào trình thiết kế kiến trúc vận hành khai thác TGTN NOCT, hiệu tiết kiệm lượng lớn tăng tỷ lệ thuận với số lượng hộ 16 4.3 KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO CÁC ĐÔ THỊ KHÁC Ở VIỆT NAM Các thị Việt Nam có nhiều điểm tương đồng Vì vậy, sở khoa học, nguyên tắc thiết kế chung đặc biệt phương pháp luận thiết kế Luận án đề xuất hồn tồn vận dụng cho thiết kế thiết kế NOCT đô thị khác Việt Nam Để việc áp dụng phương pháp luận kết nghiên cứu Luận án cho thị khác Việt Nam có tính hợp lý đạt hiệu tối ưu, cần có nghiên cứu bổ sung vị trí địa lý, đặc điểm tự nhiên, khí hậu, … thị (địa điểm xây dựng) 4.4 KẾT HỢP THƠNG GIĨ 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 TGTN giải pháp thiết kế thụ động Vì vậy, giải pháp thiết kế nhằm khai thác TGTN cho hộ không đạt hiệu thiết kế số thời điểm ngày số vị trí hộ Để tăng cường hiệu thời gian áp dụng giải pháp TGTN túy cho hộ, giải pháp kết hợp TGTN với việc sử dụng thiết bị làm mát có định mức tiêu thụ lượng thấp (như: quạt bàn, quạt trần, …) giải pháp hợp lý khai thác TGTN cho NOCT Thời điểm sử dụng thiết bị NOCT - với chiến lược TG ngày liên tục 12 tháng năm - liên tục quanh năm 4.5 NHỮNG HẠN CHẾ CỦA KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU - Các nghiên cứu thực điều kiện biên định Vì vậy, áp dụng vào thực tế, kết sai số so với thực tế - Kết nghiên cứu đạt dựa số liệu đô thị vùng DHNTB (3 thành phố lớn: Đà Nẵng, Qui Nhơn Nha Trang) Vì 17 áp dụng cho đô thị khác, cần tiếp tục nghiên cứu bổ sung vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, khí hậu, xã hội, văn hóa, … - Luận án đề xuất VTGTN cho vùng DHNTB - điều kiện nhiệt độ độ ẩm cao - 2.1m/s đến 2.4m/s Dải vận tốc phù hợp với cư dân sinh lớn lên vùng DHNTB Trong điều kiện vận tốc gió lớn (lớn 2m/s), cần lưu ý tình trạng nước thể xảy cư dân mơi trường có vận tốc gió cao thời gian dài Vì vậy, cần có nghiên cứu giới hạn thời gian tiện nghi ứng với giá trị VTGTN điều kiện cụ thể nhiệt độ độ ẩm 18 KẾT LUẬN Tiềm khai thác TGTN cho kiến trúc NOCT đô thị DHNTB hướng đến tiết kiệm lượng Các đô thị vùng DHNTB có tiềm lớn việc khai thác TGTN cho cơng trình NOCT Thời gian năm cơng trình đạt điều kiện TNN thời gian cần TG để đạt TNN thành phố lớn vùng DHNTB lớn - xem Bảng KL1 Bảng KL1: Tổng số tiện nghi năm Đà Nẵng, Qui Nhơn Nha Trang S T T Thành phố Số vùng tiện nghi (TN) Số cần TG để tiện nghi (TG) Tổng số tiện nghi (TN + TG) Đà Nẵng Qui Nhơn Nha Trang 3.207 3.626 4.137 1.917 2.441 2.726 5.124 6.067 6.863 Tỉ lệ thời gian tiện nghi năm có TG 58.5% 69.3% 78.3% Bằng giải pháp thiết kế TGTN hợp lý, số năm đạt tiện nghi cơng trình NOCT vùng DHNTB cao Qua đó, mang lại kết cao TKNL sử dụng cơng trình hướng đến PTBV cho kiến trúc NOCT vùng DHNTB Chiến lược TGTN cho cơng trình NOCT vùng DHNTB TG ngày liên tục 12 tháng năm Vận tốc gió tiện nghi cho người dân vùng DHNTB NCS đề xuất giá trị VTGTN cho khu vực DHNTB - điều kiện nhiệt độ độ ẩm cao - dải vận tốc từ 2.1m/s đến 2.4 m/s Một số nguyên tắc thiết kế NOCT nhằm khai thác hiệu TGTN 19 - Thiết kế mặt bằng: + Chọn nhóm mặt có dạng hình chữ nhật cho NOCT để đạt hiệu cao khai thác TGTN + Giải pháp phân khu chức theo tầng nhà, MBTĐH hộ phụ thuộc đặc điểm cụ thể dự án + Tương quan kích thước K phòng hình chữ nhật (là tỷ số chiều sâu chiều ngang) thiết kế NOCT nên chọn 1.5 lân cận giá trị + Hình thức MBTĐH phù hợp thiết kế NOCT cho điều kiện thị DHNTB nói riêng (và áp dụng cho thị Việt Nam nói chung) hình thức Hành lang - mở Tùy theo điều kiện yêu cầu thực tế dự án, tăng mức độ mở mặt hay kết hợp giếng trời cho Hình thức hành lang - mở + Trong thiết kế NOCT, nên bố trí lơ gia cho hộ Vận tốc gió trung bình cửa vào VTBx giải pháp thiết kế có lơ gia cao giải pháp khơng có lơ gia tăng tỷ lệ thuận với chiều cao cơng trình + Định hướng sử dụng vách ngăn không gian hộ: hạn chế tối đa việc sử dụng tường để ngăn chia không gian; ưu tiên tổ chức không gian dạng mở; sử dụng vách ngăn thoáng; trường hợp phải dùng vách ngăn kín, cần tổ chức cửa sổ vị trí hợp lý với u cầu cơng năng, yêu cầu thẩm mỹ vị trí hợp lý cho TGTN + Định hướng bố trí trang thiết bị nội thất hộ: hạn chế việc bố trí sử dụng vật dụng tạo mảng có diện tích lớn; 20 cần ý luồng gió vào phòng; sử dụng vật dụng có khoảng trống; … - Thiết kế hình khối: + Chọn hình khối dạng để đạt hiệu TGTN cao cho NOCT + Sử dụng giải pháp tổ hợp hình khối sau: tổ hợp từ khối đơn; tổ hợp từ nhiều khối đơn; tổ hợp khối theo trật tự hay hình ảnh tượng trưng; tổ hợp khối cách ngẫu nhiên - Thiết kế quy hoạch tổng mặt bằng: + Góc gió thổi đến bề mặt CC (α) mang lại hiệu TGTN cao cho NOCT có giá trị từ 67.5° đến 78.75° + Lựa chọn hướng cho NOCT thực qua bước: phân tích hoạt động biểu kiến mặt trời; xác định tổng trực xạ tổng tán xạ mặt đứng CC; đề xuất hướng CC theo tổng tần suất xuất gió mặt CC; tổng hợp lựa chọn bước để lựa chọn hướng tối ưu Theo nghiên cứu minh họa, hướng nhà tối ưu cho NOCT Đà Nẵng là: từ Nam Tây Nam - Nam - Nam Đông Nam từ Nam Đông Nam đến Đông Nam + Chiều rộng L vùng quẩn gió sau khối NOCT trường hợp thay đổi kích thước khối nhà thể Bảng 3.14, Bảng 3.15 Bảng 3.16 Từ đó, Luận án đề xuất cơng cụ tính chiều rộng L Excel + Có hình thức bố cục TMB bản, gồm: bố cục dạng đơn, bố cục dạng tuyến bố cục dạng nhóm (gồm hình thức xếp hàng song song; hình thức so le; hình thức chu vi; hình thức hỗn hợp; hình thức tự do) Việc lựa chọn hình thức bố cục TMB cần điều kiện tự nhiên, cảnh quan kiến trúc khu vực, đặc điểm cơng trình, ý 21 tưởng thiết kế, …Góc gió đến bề mặt khu NOCT có ảnh hưởng khác hình thức bố cục TMB, cụ thể là: hình thức xếp hàng song song có trường gió mặt tốt α có giá trị từ 22.5° đến 45°, tốt α = 22.5°; hình thức so le có trường gió mặt tốt α có giá trị từ 45° đến 90°, tốt α = 67.5°; hình thức chu vi có hiệu TGTN tốt α có giá trị từ 67.5° đến 90°, khoảng mở khối hướng hướng gió chủ đạo, tăng kích thước khoảng mở, …; + Một số giải pháp tăng cường hiệu TGTN TMB: tạo khoảng rỗng khối nhà để hạn chế vùng quẩn gió sau NOCT; xử lý tượng bất tiện nghi TMB cho cơng trình, như: tạo khối đế cho cơng trình, bo (tròn vát xéo) góc mặt cơng trình, …; giải pháp quy hoạch chiều cao cho khối nhà cụm NOCT là: phía gió chủ đạo năm bố trí cơng trình thấp tầng tăng dần độ cao tầng để hạn chế thấp vùng lặng gió cho khối nhà nằm phía sau; khai thác yếu tố xanh - mặt nước; khai thác yếu tố địa hình; … - Thiết kế vỏ bao che: + Đặc điểm hình dáng kích thước VBC định đến đặc điểm trường gió sau lớp VBC + Vận tốc gió trung bình VTB tỷ lệ thuận với độ rỗng phụ thuộc vào độ dày lớp VBC + Thiết kế VBC cho NOCT theo yêu cầu TGTN cần đảm bảo yêu cầu chiếu sáng tự nhiên, tầm nhìn thẩm mỹ kiến trúc cho ngoại thất cơng trình; độ rỗng lớp VBC giảm dần theo độ cao công trình - đề xuất biến đổi theo nhóm tầng (có thể tầng/nhóm); độ rỗng thay đổi hình dạng theo ý tưởng thiết kế; 22 hình dạng VBC độ rỗng thay đổi nhờ hệ thống trục xoay; … - Thiết kế cửa mặt ngồi hộ: + Cửa sổ: trường gió giá trị vận tốc gió thay đổi phụ thuộc vào đặc điểm hộ, vị trí hộ, góc gió đến, vị trí cửa gió, vị trí mở cửa mặt bằng, … Khi bố trí cửa phân tán mặt bằng, có trường gió đều, vận tốc gió trung bình thấp Trên mặt cắt cửa, chọn phần mở vị trí thấp để có hiệu người sử dụng phòng chọn cách bố trí phân tán để tạo trường gió cho phòng Trong trường hợp cửa lật, chọn góc xoay cánh cửa từ 45° đến 75° + Cửa đi: đặc điểm trường gió phụ thuộc vào góc gió đến vị trí mở cửa Trong trường hợp cửa mở cánh, bố trí cửa tập trung phân tán, phòng có trường gió đều; mở cửa vị trí biên phòng, vận tốc đạt cực đại thổi vào phòng Trong hợp cửa mở cánh, trường gió phụ thuộc vào góc gió đến vị trí mở cửa; mở cửa vị trí biên, vận tốc đạt cực đại thổi vào phòng Đề xuất giải pháp bố trí cửa NOCT: bố trí biên phòng cửa mở cánh; bố trí tập trung cửa phân tán biên cửa cửa mở nhiều cánh + Diện tích cửa: Đối với NOCT, độ chênh lệch giá trị Vv tầng lớn Khi thiết kế cửa cần có thay đổi diện tích phần cửa lấy gió (Ac) theo thay đổi chiều cao cơng trình Nhà cao 40 tầng thiết kế lần thay đổi diện tích cửa theo nhóm tầng N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7 N8 Lấy diện tích cửa nhóm tầng N1 A1 làm sở, diện tích tương đối (so với A1) nhóm tầng 100%, 76%, 69%, 64%, 61%, 59%, 57% 55% - Thiết kế cửa bên hộ: 23 + Vị trí tương đối cửa gió so với cửa gió vào có tác dụng tạo nên trường gió phòng ảnh hưởng đến vận tốc gió phòng Khi dòng khơng khí xun suốt vận tốc dòng khơng khí cao trường hợp dòng khơng khí phải chuyển động quanh co Trong q trình bố trí cửa, cần ý vị trí tương đối cửa gió so với cửa đón gió - xem Bảng 3.36 + Diện tích cửa ảnh hưởng đến lưu lượng TG phòng, vận tốc dòng khơng khí xun qua phòng Trong thiết kế, diện tích cửa gió tính tốn để điều tiết trường gió vận tốc gió phòng: với diện tích cửa gió vào khơng đổi, để trường gió phòng rộng cần tăng diện tích cửa ra; để vận tốc gió xun phòng lớn cần giảm diện tích cửa gió + Định hướng thiết kế số loại cửa hộ: cửa thường có ảnh hưởng định đến giải pháp TG cho hộ TG mặt hay TG xun phòng Vì vậy, cửa nên có cấu tạo lớp, gồm: lớp thống lớp kín Các lớp cửa đóng mở cách linh hoạt theo mục đích sử dụng để tạo TG xuyên phòng cho hộ Các cửa sổ hướng giếng trời hành lang cửa có vai trò gió giải pháp TG phòng áp lực khí động chênh lệch nhiệt độ Các cửa nên có cấu tạo lớp cửa để linh hoạt sử dụng khai thác hiệu TGTN cho hộ Các cửa vách ngăn phòng cần bố trí hợp lý để đón gió vào, điều tiết trường gió vận tốc gió phòng, … Giải pháp vận hành - khai thác: - Có hai giải pháp vận hành hệ thống TGTN cho cơng trình: vận hành thủ cơng vận hành tự động Đối với NOCT vùng DHNTB, Luận án đề xuất sử dụng giải pháp vận hành thủ công 24 - Các giải pháp quản lý: cần phân biệt nhóm cửa cần vận hành NOCT là: cửa không gian chung cư dân (không gian công cộng) cửa hộ (không gian riêng tư) Các không gian riêng tư người dân vận hành không gian công cộng do đội ngũ nhân viên Ban quản lý CC (hoặc có tham gia người dân) vận hành - Để vận hành khai thác có hiệu TGTN NOCT, vấn đề nâng cao nhận thức cho người dân có vai trò vơ quan trọng KIẾN NGHỊ - Tiếp tục thực nghiên cứu đề xuất VTGTN cho vùng địa lý khác Việt Nam Từ đó, đề xuất VTGTN cho người Việt ứng với vùng khí hậu địa lý khác Việt Nam - Tiếp tục có nghiên cứu đặc trưng khí hậu vùng đồng Bắc Bộ, Nam Bộ, … để áp dụng kết nghiên cứu Luận án vào thực tế thiết kế xây dựng NOCT đô thị lớn vùng, như: Hà Nội, Hải Phòng, thành phố Hồ Chí Minh, Bình Dương, Cần Thơ, … - Các quan quản lý sớm đưa văn pháp qui việc áp dụng giải pháp thiết kế TGTN cho NOCT nhằm tiết kiệm lượng vào thực tế, làm sở cho nhà thiết kế triển khai thực Đồng thời có chế ưu tiên dự án thiết kế TGTN hiệu cho cơng trình về: giá đất, thuế sử dụng đất, thuế thu nhập doanh nghiệp, … - Đưa nội dung KTBV trở thành học phần bắt buộc đào tạo kiến trúc sư Đây tài liệu tham khảo cho nhà thiết kế, nhà quản lý kiến trúc quy hoạch chủ đầu tư trình triển khai thực dự án DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN Các báo đăng T ạp chí khoa học nước Phan Tien Vinh (2014), “Design solutions to the improvement of natural ventilation for Low-rise apartment buildings in Danang city”, Journal of Science and Technology - The University of Danang (ISSN 1859-1531), Vol I, Issue 6(79), pp 7276 Phan Tiến Vinh, Trịnh Duy Anh, Nguyễn Anh Tuấn (2016), “Đánh giá hiệu thơng gió tự nhiên nhà Khu chung cư giai đoạn thiết kế Tổng mặt bằng phương pháp CFD”, Tạp chí Xây dựng Đơ thị (ISSN 1859-3119), Số 48 2016, tr 80-84 Phan Tiến Vinh, Trịnh Duy Anh, Nguyễn Anh Tuấn (2016), “Lựa chọn hướng nhà thiết kế chung cư cao tầng Đà Nẵng theo hướng kiến trúc bền vững”, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ ĐHĐN (ISSN 1859-1531), Số 11(108), Quyển 2, tr 269 -273” Nguyễn Anh Tuấn, Lê Thị Kim Dung, Phan Tiến Vinh (2016), “Ứng dụng phương pháp tối ưu hóa thiết kế cơng trình hiệu lượng”, Chun san Kỹ thuật Cơng nghệ - Tạp chí Phát triển Khoa học Công nghệ - Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh (ISSN 1859-0128), Số 19(3), tr 98 -106 Nguyễn Anh Tuấn, Lê Thị Kim Dung, Phan Tiến Vinh (2016), “Đánh giá chất lượng môi trường hộ chung cư thu nhập thấp Đà Nẵng vào mùa Hè”, Tạp chí Khoa học Kiến trúc Xây dựng - ĐH Kiến trúc Hà Nội (ISSN 1859-350X), Số 23, tr 20-25 Phan Tiến Vinh (2017), “Đề xuất tương quan kích thước phòng nhằm nâng cao hiệu thơng gió tự nhiên cho hộ chung cư cao tầng”, Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng (ISSN 1859-1531), Số 11(120), Quyển 3, tr 117-121 I Các báo đăng K ỷ yếu Hội thảo quốc tế Tien Vinh PHAN, Duy Anh TRINH, Anh Tuan NGUYEN (2018), “Comparing the natural ventilation efficiency of typical floor plan configurations in high-rise apartment buildings in Vietnam”, The VII International Scientific and Technical Conference “THE SOLUTION OF ENVIRONMENTAL PROBLEMS IN THE CONSTRUCTION INDUSTRY AND REAL ESTATE”, no: ISBN 978-5-4323-0261-8, pp 31-32 III Các đề tài Nghiên cứu khoa học thực Đề tài cấp Đại học Đà Nẵng: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp thiết kế theo hướng Kiến trúc xanh cho loại hình nhà chung cư cao tầng thành phố Đà Nẵng - giai đoạn đến năm 2030” Chủ nhiệm: Phan Tiến Vinh Thành viên: Lưu Thiên Hương Mã số: Đ2013-06-09 Năm nghiệm thu: 2013 Đề tài cấp sở (cấp Trường): “Đề xuất giải pháp thiết kế khai thác thơng gió tự nhiên cho chung cư cao tầng thành phố Đà Nẵng” Chủ nhiệm: Phan Tiến Vinh Mã số: T2016 - 06 - 35 Năm nghiệm thu: 2016 Đề tài cấp sở (cấp Trường): “Đánh giá hiệu thơng gió tự nhiên hình thức mặt chung cư cao tầng thiết kế theo hướng kiến trúc bền vững Việt Nam” Chủ nhiệm: Phan Tiến Vinh Mã số: T2017 - 06 - 75 Năm nghiệm thu: 2018 Đề tài cấp Đại học Đà Nẵng: “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp tối ưu hóa vào thiết kế nhà cho người thu nhập thấp” Chủ nhiệm: Nguyễn Anh Tuấn Thành viên: Lê Thị Kim Dung, Phan Tiến Vinh Mã số: Đ2015-02-131 Năm nghiệm thu: 2016 II ... thiết kế, nhà đầu tư, … CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC THƠNG GIĨ 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... vùng DHNTB Xuất phát từ lý trên, nghiên cứu sinh (NCS) chọn đề tài Khai thác thơng gió tự nhiên Nhà cao tầng đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ hướng đến tiết kiệm lượng - phát triển bền vững làm Luận... nghiên cứu nước vấn đề Khai thác thơng gió tự nhiên Nhà cao tầng đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ hướng đến tiết kiệm lượng - phát triển bền vững 1.7 CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI CẦN ĐƯỢC NGHIÊN