Giới thiệu giải pháp thiết kế mặt đứng hai lớp

Mặt đứng hai lớp là xu hướng kiến trúc được hình thành ở châu Âu bởi: - nhu cầu thẩm mỹ của tất cả những façade mặt đứng bằng kính trong suốt. - ứng dụng sự cải tiến hệ thống cửa sổ trong các điều kiện khí hậu. - cải tiến vấn đề cách âm trong những vùng có cường độ âm thanh cao - tiết kiệm năng lượng trong quá trình sử dụng

Mặc dù vậy, ý tưởng sử dụng mặt đứng hai lớp không phải là mới. Trước đây, đã có những nhà thầu, kiến trúc sư, kỹ sư xây dựng ứng dụng sử dụng phương pháp này nhưng dường như việc này chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng, hầu như nó vẫn nằm trong những đề tài khoa học… 

Trước đây, người ta chỉ quan tâm đến giải pháp thiết kế mặt đứng 2 lớp ở những điểm cụ thể: - Hình thức kiến trúc - Điều hoà khí hậu - Năng lượng - Và những vấn đề như giá thành, cháy nổ, bảo dưỡng mặt đứng.

Định nghĩa và khái niệm

Một façade mặt đứng hai lớp bao gồm hai lớp kính mà không khí có thể lưu thông được trong những khoảng trống đó. Hệ thống thông gió trong những khoang này có thể là tự nhiên, bằng quạt hay những kỹ thuật khác. Mỗi phần của khoang trống có thể rất khác nhau phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết, địa phương, mục đích sử dụng, thời gian sử dụng trong ngày… và chiến lược HVAC. Lớp kính sử dụng có thể 1 lớp, 2 lớp với khoảng cách từ 20cm đến 2m. Trong nhiều trường hợp, để bảo vệ và làm ấm công trình (chống lại thời tiết giá lạnh của châu Âu) người ta dùng hệ thống tấm chớp cửa sổ ngay bên trong những khoang trống này…

Ảnh hưởng của ánh nắng mặt trời đối với façade mặt đứng hai lớp là không có sự khác biệt so với façade mặt đứng một lớp. Tuy nhiên lớp mặt đứng thêm này có tác dụng như một vùng đệm làm giảm khả năng mất nhiệt và cho phép hấp thụ ánh nắng mặt trời. Trong thời gian có ánh nắng mặt trời, không khí được làm nóng lên làm cho toà nhà được thông gió một cách tự nhiên và được cung cấp bầu khí hậu dễ chịu. Nhưng mặt khác, trong mùa hè cũng nảy sinh vấn đề nhiệt độ quá cao vì façade mặt đứng đã làm hạn chế khả năng thông gió. Việc sử dụng kết cấu, hình dạng façade khác nhau sẽ tạo ra những hệ thống đa dạng để thích ứng với những vùng khí hậu và những địa phương khác nhau. 

Theo một nghiên cứu của Viện Nghiên cứu xây dựng Bỉ (”"Source book for a better understanding of conceptual and operational aspects of active facades”) thì các lớp của façade bao gồm: - Lớp kính lắp bên ngoài: thường thường đó là một lớp kính dày, cứng. Lớp façade bên ngoài này có thể làm hoàn toàn bằng kính. - Lớp kính bên trong: (insulating double glazing unit) một lớp kính bên trong nữa, tạo nên một façade hai lớp mặt kính, có khoảng trống ở giữa. Trong đại đa số trường hợp lớp façade bên trong này không làm hoàn toàn bằng kính. - Không khí được lưu thông giữa hai lớp này. Có thể là không khí hoàn toàn tự nhiên, được cung cấp gió, hoặc thông gió nhờ hệ thống quạt hoặc máy móc. Độ rộng của khoảng thông gió này có thể từ 200 mm đến hơn 2 mét tuỳ thuộc chức năng của lớp façade. - Có thể làm thêm các cửa sổ bên trong để cho văn phòng được thông gió tự nhiên. - Tuỳ thuộc vào chức năng của façade mặt đứng hai lớp và kiểu mặt kính, có thể lắp đặt thêm bộ phận bức xạ nhiệt bên cạnh façade.

 Phân tích về những lợi ích và bất lợi của giải pháp:

CÁC LỢI ÍCH CHÍNH:

- Cách âm tốt: nhiều chuyên gia đã nhận định rằng để có thể cách âm tốt nhất thì sử dụng façade mặt đứng hai lớp là một trong những giải pháp tối ưu.

- Giảm bớt mức độ tiếng ồn bên trong toà nhà văn phòng: Nhờ sử dụng façade mặt đứng hai lớp có thể làm giảm bớt được vấn đề ô nhiễm tiếng ồn gây ra từ bên ngoài và từ các văn phòng bên trong toà nhà. - Cách nhiệt: Trong mùa đông lớp mặt đứng bên ngoài chính là yếu tố làm tăng sự cách nhiệt. Sự giảm tốc độ của luồng không khí lưu thông và nhiệt độ được tăng lên trong khu vực thông giữa hai lớp của façade mặt đứng sẽ làm giảm sự mất nhiệt trên bề mặt của lớp kính và do đó làm giảm sự mất nhiệt của cả khu vực. Còn trong mùa hè luồng không khí nóng bên trong khu vực thông giữa hai lớp của façade mặt đứng sẽ được rút bớt ra nhờ hệ thống quạt gió hoặc nhờ việc thông gió tự nhiên. Vấn đề nhiệt độ tăng quá cao có thể xảy ra trong mùa hè nhưng cũng sẽ được giải quyết nhờ giải pháp sử dụng một lớp ngoài có cửa sổ có thể hoàn toàn mở ra được (a completely openable outer), mặc dù giải pháp này sẽ làm giá xây dựng tăng lên đáng kể.

- Sự thông gió vào ban đêm: trong những ngày hè nóng nực, khoảng không gian bên trong toà nhà có thể bị quá nóng. Giải pháp sử dụng façade mặt đứng hai lớp sẽ tiết kiệm được năng lượng trong việc làm mát văn phòng, nhờ thông gió tự nhiên nhiệt độ của bên trong toà nhà nhờ đó sẽ trở nên thấp hơn vào ban đêm và sáng sớm, đồng thời chất lượng không khí cũng được cải thiện tốt hơn.

- Tiết kiệm năng lượng và giảm bớt ảnh hưởng của môi trường: về nguyên tắc façade mặt đứng hai lớp sẽ tiết kiệm năng lượng nếu được thiết kế và xây dựng đúng cách.

- Hỗ trợ việc bảo vệ các thiết bị chiếu sáng hoặc che nắng: Nếu các thiết bị này được lắp đặt trong khu vực thông giữa hai lớp của façade mặt đứng thì sẽ được bảo vệ tốt hơn do tránh được mưa, gió.

- Giảm bớt ảnh hưởng của gió: façade mặt đứng hai lớp của những toà nhà cao tầng sẽ làm giảm rất nhiều áp lực của gió thổi.

- Trường phái thiết kế kiến trúc rõ ràng, sáng sủa: nhiều tài liệu nghiên cứu đã đề cập đến việc sử dụng façade mặt đứng hai lớp là một kiểu thiết kế kiến trúc sáng sủa, rõ ràng.

- Thông gió tự nhiên: Một trong những lợi ích chính của giải pháp sử dụng hệ thống façade mặt đứng hai lớp là cho phép thông gió một cách tự nhiên (hoặc sử dụng quạt gió). Tuỳ thuộc vào điều kiện khác nhau của khí hậu, mục đích, vị trí và kiểu của toà nhà để xây dựng các giải pháp façade mặt đứng hai lớp khác nhau để có thể cung cấp không khí tươi, tự nhiên cho toà nhà trước và trong giờ làm việc. Việc lựa chọn kiểu cho façade mặt đứng hai lớp sẽ có tầm quan trọng đặc biệt đối với chất lượng không khí và nhiệt độ bên trong toà nhà. Nếu thiết kế đúng cách, sự thông gió tự nhiên sẽ giúp làm giảm tiêu thụ nhiên liệu và tăng sự thuận lợi cho người sử dụng.

- Sự thuận lợi cho người sử dụng toà nhà do nhiệt độ mang lại: Ưu việt hơn so với sử dụng façade mặt đứng một lớp vì nhiệt độ tại khu vực thông giữa hai lớp của façade cao hơn nhiệt độ không khí bên ngoài, và phần mặt đứng bên trong của façade có thể duy trì được mức nhiệt độ gần với nhiệt độ thích hợp cho người sử dụng trong thời điểm mùa hè nhiệt độ cao. Mặt khác trong mùa hè sẽ thấy rất rõ tầm quan trọng đặc biệt của việc thiết kế đúng cách vì nó sẽ làm cho nhiệt độ tại khu vực thông khí giữa hai lớp mặt đứng không bị tăng lên.

- Lối thoát hiểm, thoát hoả hoạn: Khoảng không gian giữa hai lớp của façade mặt đứng hai lớp có thể sử dụng thành lối thoát hiểm khi hoả hoạn xảy ra.

NHỮNG ĐIỂM BẤT LỢI: - Giá thành xây dựng cao hơn so với giải pháp mặt đứng thông thường.

- Chống hoả hoạn: hiện vẫn chưa có câu trả lời thoả đáng liệu giải pháp sử dụng façade mặt đứng hai lớp sẽ tốt hơn cho việc phòng chống hoả hoạn cho toà nhà hay không.

- Làm giảm diện tích sử dụng: Chiều rộng của khu vực trung gian thông giữa hai lớp của façade có thể giao động từ 20 cm - 2 mét, đó là yếu tổ làm giảm không gian sử dụng của toà nhà. Thông thường chiều rộng này sẽ ảnh hưởng tới phần bên trong toà nhà (khu vực này càng rộng thì càng làm giảm khả năng mất nhiệt do luồng không khí lưu thông gây ra) và đôi khi khu vực này càng rộng thì càng làm tăng sự thuận lợi về nhiệt độ mang lại. Vì vậy việc quyết định chiều rộng giữa hai lớp của façade là rất quan trọng nhằm đạt được mục đích có được một không gian hẹp nhất đủ để tiết kiệm diện tích đồng thời lại tối ưu hoá được những hiệu quả do façade mặt đứng hai lớp mang lại. - Tăng chí phí vận hành và sử dụng toà nhà: do phải tăng chi phí làm sạch, chi phí hoạt động, chi phí bảo vệ, dịch vụ và bảo dưỡng.

- Vấn đề nhiệt độ tăng quá cao: Nếu hệ thống façade mặt đứng hai lớp không được thiết kế đúng thì khu vực trung gian thông giữa hai lớp của façade lại trở thành nơi làm tăng nhiệt độ phần bên trong toà nhà.

- Làm tăng tốc độ lưu thông khí trong khu vực thông giữa hai lớp của façade, nhất là tại những toà nhà cao tầng.

- Tăng tải trọng xây dựng của toà nhà và tăng giá thành xây dựng.

- Ban ngày: hệ thống façade mặt đứng hai lớp cũng tương tự như các mặt façade kính khác (ví dụ façade mặt đứng một lớp), tuy nhiên nó sẽ phần nào làm giảm lượng ánh sáng vào toà nhà.

- Cách âm: vấn đề cách âm giữa các phòng và giữa các tầng có thể xảy ra nếu hệ thống façade mặt đứng hai lớp không được thiết kế và xây dựng đúng cách.

KẾT LUẬN: Hệ thống façade mặt đứng hai lớp trong các toà nhà văn phòng đã được xây dựng chủ yếu tại châu Âu với mục đích tăng cường sự hoà hợp giữa môi trường bên trong đồng thời với việc giảm bớt sử dụng nhiên liệu. Tuy nhiên một số tài liệu lại cho rằng điểm bất lợi chủ yếu của hệ thống này là tại một số nước nhiều nắng là trong thời điểm mùa hè nắng nóng, nhiệt độ không khí tại khu vực thông giữa hai lớp của façade cao hơn đã gây ra vấn đề toà nhà bị quá nóng. Điều này lại dẫn đến nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng lên để làm mát. Vì vậy, theo một số ý kiến thì façade mặt đứng hai lớp là không hiệu quả về mặt sử dụng năng lượng.

Sự thật là façade mặt đứng hai lớp phụ thuộc rất nhiều vào đìều kiện bên ngoài (nhiệt độ, ánh nắng mặt trời…) vì chúng cho phép những điều kiện bên ngoài ảnh hưởng đến khí hậu bên trong toà nhà. Vì vậy hệ thống façade mặt đứng hai lớp phải được thiết kế riêng phù hợp với từng toà nhà tại từng địa phương khác nhau.

Một số thông số bắt buộc phải tính đến trong giai đoạn đầu tiên trước khi thiết kế façade mặt đứng hai lớp là: - Khí hậy (điều kiện ánh nắng, nhiệt độ ngoài trời…) - Vị trí và những sự cản trở đối với toà nhà (vùng khí hậu, điều kiện nắng, không khí, ground reflectance…) - Mục đích sử dụng toà nhà (thời gian sử dụng, công năng…) - Các quy định về xây dựng và thiết kế Những yếu tố bắt buộc phải nghiên cứu khi thiết kế façade mặt đứng hai lớp để tạo nên chất lượng tốt nhất, đảm bảo giảm thiểu nhu cầu sử dụng năng lượng và duy trì được môi trường bên trong toà nhà ở điều kiện tốt bao gồm: - Thiết kế hình dáng kiểu façade/ loại façade - Thiết kế kết cấu của façade - Hình dáng của khu vực thông khí - Việc sử dụng không khí trong khu vực thông khí - kiểu dáng, chiến lược sử dụng - Những nguyên tắc mở của khu vực thông khí, phần mặt đứng bên ngoài và bên trong của façade. - Kiểu của mặt kính, loại che nắng và che ánh sáng. - Lựa chọn vật liệu cho tấm mặt đứng và tấm che sáng. - Vị trí đặt tấm che nắng

Yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng của mặt đứng hai lớp là tìm hiểu về mặt vật lý khu vực khoảng trống giữa hai lớp mặt đứng. Hình dạng của façade, những cửa sổ của façade sẽ ảnh hưởng đến luồng không khí và qua đó ảnh hưởng đến nhiệt độ tại những độ cao khác nhau của khu vực khoảng không gian này. Tóm lại ngoài yếu tổ thẩm mỹ, mục đích chủ yếu của việc sử dụng façade mặt đứng hai lớp là cải thiện môi trường bên trong toà nhà và giảm bớt tiêu thụ năng lượng.

(theo WAGNER-DOAN)