TKKT với vật liệu Kính đáp ứng QCVN 09:2013/BXD về các công trình xây dựng SD năng lượng hiệu quả

Viện trưởng Viện Kiến trúc Nhiệt đới.
Tòa nhà FPT đã áp dụng thiết kế hiệu quả năng lượng.
Tòa nhà FPT đã áp dụng thiết kế hiệu quả năng lượng.

A1134-tckt-03Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành Xây dựng ở Việt Nam trong những năm gần đây thì kính là vật liệu được sử dụng nhiều trong các công trình kiến trúc. Tuy nhiên, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm Việt Nam, kính xây dựng không phải lúc nào cũng phát huy hết ưu điểm và được sử dụng hợp lý. Bên cạnh tính năng vượt trội mà các vật liệu khác không có được, cần chú ý đến những tác động ngược chiều của kính như hiện tượng hiệu ứng nhiệt hay sự thiếu an toàn của vật liệu kính. Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 09:2013/BXD về “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả” được Bộ Xây dựng ban hành theo Thông tư số 15/2013/TT-BXD ngày 26/ 9/2013. Bộ Quy chuẩn này bao trùm lên nhiều khía cạnh của tiết kiệm năng lượng. Bài viết này chỉ bàn một khía cạnh nhỏ, đó là cách lựa chọn các thông số của vật liệu kính cho công trình xây dựng đáp ứng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09:2013/BXD.

Xem thêm: Kính Glasso và các giải pháp thiết kế tiết kiệm năng lượng

Kính là vật liệu có vị trí đặc biệt trong kiến trúc hiện đại vì những đặc tính vượt trội mà các vật liệu khác không thể thay thế được. Xu hướng sử dụng kính trong công trình xây dựng ngày càng lan rộng trên khắp thế giới, việc sử dụng kính trong ngành công nghiệp xây dựng đã được ứng dụng ở rất nhiều quốc gia. Tại Việt Nam, kính đã góp phần làm thay đổi bộ mặt kiến trúc đô thị, tạo bước chuyển biến lớn trong hiện đại hóa công trình xây dựng.

VNEEP 14092010
Dolphin Plaza

Tuy nhiên, tùy theo từng vùng khí hậu, việc sử dụng và khai thác thế mạnh của vật liệu kính cần được chú trọng. Tại các vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm như Việt Nam, nơi có ánh nắng mặt trời quanh năm, việc lạm dụng vật liệu kính trong lớp vỏ công trình sẽ gây ra nhiều bất lợi trong sử dụng và tiêu tốn nhiều năng lượng…

Chính vì vậy, ngày 17/11/2005, Bộ Xây dựng ban hành Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam QCXDVN 09:2005 “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng có hiệu quả” theo Quyết định số 40/2005/QÐ-BXD. Trong quá trình triển khai, Bộ Quy chuẩn này bộc lộ một số bất cập, khó áp dụng vào thực tế cuộc sống. Với sự hỗ trợ của một số tổ chức quốc tế, Bộ Quy chuẩn này đã được điều chỉnh lại theo hướng dễ tiếp cận hơn. Ngày 26/ 9/ 2013, Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 09:2013/BXD về “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả” được Bộ Xây dựng ban hành theo Thông tư số 15/2013/TT-BXD.

Việc ban hành Quy chuẩn này mở ra một trang mới cho các công trình tiết kiệm năng lượng tại Việt Nam. Biểu đồ dưới đây cho thấy tác động của chính sách tiết kiệm năng lượng trong các công trình kiến trúc tại Đan Mạch – một quốc gia đang đi tiên phong trong tiết kiệm năng lượng.

A1134-tckt-04
Biểu đồ tiêu thụ năng lượng tại Đan Mạch (Nguồn: I.E.N consultant)

Trong những năm 70 thế kỷ 20, cuộc khủng hoảng năng lượng diễn ra, khiến chính phủ Đan Mạch phải có những chiến lược giảm thiểu tiêu thụ năng lượng, trong đó giảm đến 50% từ năng lượng sưởi ấm các tòa nhà. Với nhiều nỗ lực, trong đó có đóng góp của Quy chuẩn tiết kiệm năng lượng trong xây dựng đã giúp cho Đan Mạch làm chủ được mức tiêu thụ năng lượng. Mong rằng QC 09-2013 cũng sẽ có những đóng góp như vậy cho Việt Nam.

Việc lựa chọn và thiết kế với vật liệu kính luôn là câu hỏi đặt ra đối với mỗi chủ đầu tư, người thiết kế cũng như các nhà quản lý xây dựng: Làm sao lựa chọn và thiết kế vật liệu kính với giá thành phù hợp, thẩm mỹ, tiện nghi… cho người sử dụng? Và trên hết là phải đáp ứng được các thông số trong Quy chuẩn kỹ thuật QCVN 09:2013/BXD.

Những thách thức của sử dụng vật liệu kính trong xây dựng

  • Xu hướng tăng cường sử dụng kính cho bề mặt tòa nhà “trong suốt” hiện nay làm tăng tải trọng năng lượng làm mát trong các tòa nhà.
  • Việc lựa chọn kính cần phù hợp, không làm ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng năng lượng, tầm nhìn và tiện nghi nhiệt của các tòa nhà.

Mối quan hệ giữa hấp thu nhiệt mặt trời và lấy ánh sáng tự nhiên sẽ liên quan mật thiết tới các giải pháp thiết kế công trình sử dụng vật liệu kính.

Sử dụng vật liệu kính đạt hiệu quả năng lượng trong xây dựng tại Việt Nam

Để có thể sử dụng vật liệu kính đáp ứng QCVN09-2013/BXD về hiệu quả năng lượng cần nắm vững về đặc điểm bức xạ mặt trời (BXMT) tại các vùng khí hậu của Việt Nam và đặc điểm nhiệt quang của kính.

Biểu đồ mặt trời tại Việt Nam (Nguồn: PGS.TS. Phạm Đức Nguyên)
Biểu đồ mặt trời tại Việt Nam (Nguồn: PGS.TS. Phạm Đức Nguyên)

Đặc điểm bức xạ mặt trời (BXMT) tại Việt Nam: Có thể tóm lược một số nét chính như sau:

BXMT quanh năm cao, đặc biệt là trực xạ mặt trời (TXMT), tính định hướng của TXMT rất rõ rệt, trị số độ rọi cao vào ban ngày kể cả đầu giờ sáng và cuối giờ chiều, độ rọi khuếch tán khá đồng đều trên toàn lãnh thổ, độ rọi phân bố đều quanh năm theo thời gian trong ngày. Điều này cho thấy tiềm năng sử dụng ánh sáng tự nhiên (ASTN) ở Việt Nam là rất dồi dào. So với nhiều nước khác tại Việt Nam có thể sử dụng ASTN nhiều giờ trong ngày. Nắm vững đặc điểm đặc điểm BXMT và tiềm năng sử dụng ASTN tại Việt Nam sẽ giúp ích cho người thiết kế có nhưng lựa chọn đúng đăn về hướng công trình, có giải pháp che nắng phù hợp, giúp khai thác tối ưu ASTN cho công trình. Tránh được việc sử dụng kính theo kinh nghiệm hay cảm tính như là hướng Nam thì nên thế này hay hướng Bắc thì nên thế kia…

Nhiều nghiên cứu cho thấy sử dụng vật liệu kính xoay về hướng tránh đường mặt trời thay vì hướng xích đạo sẽ tạo ra độ chiếu sáng đồng đều nhất, mặc dù không phải là sáng nhất. Bố trí kính ở hướng Đông và Tây có thể cho ánh sáng rất sáng vào buổi sáng hay tối nhưng lại thiếu sáng nhiều thời điểm khác trong ngày và rất dễ bị chói. Bố trí kính hướng về đường mặt trời nhận được ánh sáng sáng nhất; chúng cũng có thể bị chói nhưng độ chói dễ dàng kiểm soát hơn so với tường hướng Đông và Tây. Ở vùng vĩ độ trung bình và vùng gần với xích đạo, giếng trời sẽ tạo ra độ chiếu sáng ổn định và sáng nhất, nhưng ở những vĩ độ gần cực sẽ ít sáng hơn và ít ổn định hơn.

A1134-tckt-07
Tòa nhà President Place

A1134-tckt-08

Đặc điểm nhiệt quang của kính: Bao gồm các yếu tố sau: Giá trị U (U), hệ số hấp thu nhiệt mặt trời (SHGC), hệ số truyền ánh sáng nhìn thấy (VLT), hệ số che nắng (SC), hệ số phản xạ ánh sáng nhìn thấy (VLR)…

  • Đặc trưng cho khả năng truyền nhiệt của kết cấu, trị số U càng nhỏ càng có ý nghĩa trong việc cách nhiệt qua kết cấu.
  • Hệ số hấp thụ nhiệt mặt trời của kính SHGC (Solar heat gain coefficiency) có ý nghĩa trong việc ngăn nhiệt truyền qua kính vào nhà. Kính có SHGC càng nhỏ càng có giá thành cao.
  • Trường hợp công trình có kết hợp che nắng, ta cần cân nhắc đến hệ số che nắng SC (Shading Coefficient). Trong quy chuẩn QCVN 09:2013/BXD chính là hệ số A.
  • Hệ số xuyên ánh sáng của kính VLT (Visible Light Transmission) biểu diễn tỉ lệ phần trăm của phần năng lượng ánh sáng xuyên qua kính so với phần năng lượng ánh sáng chiếu tới bề mặt kính.

Sử dụng vật liệu kính trong xây dựng đáp ứng QCVN09-2013/BXD

A1134-tckt-09
Các công trình áp dụng thiết kế kế hiệu quả năng lượng.

QCVN09-2013/BXD đưa ra 3 nội dung tác động đến lớp vỏ công trình trong như sau:

  1. BE01: Cách nhiệt tường bao ngoài;
  2. BE02: Cách nhiệt mái;
  3. BE03: Hệ số SHGC của kính, phụ thuộc tỉ lệ diện tích cửa sổ tường WWR và kết cấu che nắng.

Để tuân thủ QCVN 09:2013/BXD liên quan đến sử dụng vật liệu kính thiết kế cần đáp ứng một số điều kiện sau:

  • Cân đối tỷ lệ diện tích cửa sổ – tường WWR (Window to Wall Ratio) thông qua cách bố trí và diện tích ô cửa trong công trình kiến trúc. Thông số này rất quan trọng, bởi vì việc sử dụng khéo léo cửa sổ kính và giếng trời có thể mang lại tiện nghi nhiệt và thị giác thụ động, giúp tiết kiệm năng lượng và chi phí. Ô cửa lớn hơn không hẳn là tốt hơn, chúng có thể gây ra tổn thất nhiệt hay hấp thu nhiệt quá lớn hoặc quá sáng và chói. Lựa chọn kích thước ô cửa hợp lý là yếu tố quyết định. Cửa sổ và các ô cửa khác mang nhiệt mặt trời vào phòng nhưng cũng có thể làm mất nhiệt do làm mát phát xạ và dẫn nhiệt cao hơn hầu hết các kết cấu tường hay mái. Cũng như lấy sáng tự nhiên, kính có tính chất phù hợp phải được lựa chọn cho phù hợp với các hướng. Một cửa sổ kính mang lại nhiều nhiệt có ích được bố trí ở một mặt nào đó của công trình có thể cũng làm mất nhiều nhiệt nếu đặt ở một mặt nào đó khác.
  • Dung hòa các yêu cầu về VLT, SHGC và giá trị U để đảm bảo các yêu cầu về chiếu sáng tự nhiên và yêu cầu cách nhiệt của công trình: Lựa chọn hệ số SHGC thích hợp thay thế cho việc xác định chỉ số OTTV của tường. Một thước đo khác cần được chú ý nhằm lựa chọn kính phù hợp từ cửa sổ bên là tỉ số cửa sổ và sàn (WFR). Nguyên tắc tính ngưỡng chiếu sáng mặt bên đó là tỉ số cửa sổ và sàn, nhân cho hệ số truyền ánh sáng thấy được (VLT hay Tvis) của cửa sổ, nên là: 0.15 < VLT x WFR < 0.18. SHGC của kính phải nhỏ hơn hoặc bằng giá trị tối đa cho phép, đồng thời VLT của kính không được thấp hơn giá trị VLTmin cho trong bảng dưới đây:
Bảng 2.3 trong QCVN 09:2013/BXD
Bảng 2.3 trong QCVN 09:2013/BXD

Trong trường hợp mặt tiền kính được sử dụng kết hợp với các hệ thống che nắng thì ta có thể nhân thêm với hệ số A trong Quy chuẩn QCVN 09:2013/BXD để tính toán hệ số SHGC cho hệ mặt dựng kính kết hợp kết cấu che nắng.

Có thể thấy Quy chuẩn QCVN 09:2013/BXD đã đưa ra nhiều công cụ giúp việc tính toán lựa chọn và thiết kế sử dụng vật liệu kính. Để đáp ứng yêu cầu tối thiểu một công trình xây dựng sử dụng kính tiết kiệm năng lượng, người thiết kế cần nắm vững những nội dung của Quy chuẩn này.

VNEEP 14092010
Một ngôi nhà xanh

Kết luận

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm Việt Nam, kính – loại vật liệu rất phổ biến trong ngành xây dựng không phải lúc nào cũng phát huy hết ưu điểm và được sử dụng hợp lý. Bên cạnh tính năng vượt trội của các vật liệu khác không có được, cần chú ý đến những tác động ngược chiều của kính như hiện tượng hiệu ứng nhiệt hay sự thiếu an toàn của vật liệu kính.

Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 09:2013/BXD được Bộ Xây dựng ban hành theo Thông tư số 15/2013/TT-BXD ngày 26/9/2013 là làn gió mới cho các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả.

Để đáp ứng yêu cầu một công trình xây dựng sử dụng kính tiết kiệm năng lượng, người thiết kế cần nắm vững về đặc điểm bức xạ mặt trời (BXMT) tại các vùng khí hậu của Việt Nam và đặc điểm nhiệt quang của kính được nêu trong nội dung của QCVN 09:2013/BXD.

Cần nhanh chóng xây dựng một nguồn dữ liệu thông số kỹ thuật của các chủng loại kính tại Việt Nam để việc áp dụng QCVN 09:2013/BXD thuận lợi hơn.


Tài liệu tham khảo:

  • Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 09:2013/BXD về Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả.
  • Robyn Pender, Rodney Bender 2012, Practical Building Conservation: Glass and Glazing.
  • Viện Kiến trúc nhiệt đới – 2011, Kỷ yếu Hội thảo Kiến trúc xanh – Tương lai xanh.
  • BS EN 1096 Glass in building. Coated glass.
  • ASHRAE Handbook 2011, Fundamentals.
  • Bộ Xây Dựng, 2015. Tài liệu tập huấn về áp dụng Qui chuẩn quốc gia 09-2013/BXD về Các công trình xây dựng năng lượng hiệu quả.

TS.KTS Hoàng Mạnh Nguyên (Đại học Kiến trúc Hà Nội)

(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 07-2016)

Xem thêm: