Sử dụng vật liệu kính hướng tới tiết kiệm năng lượng trong công trình kiến trúc ở Việt Nam

Đăng lúc 8/6/2020 12:00:00 AM

Sử dụng vật liệu kính cho công trình kiến trúc  đang là xu thế trên toàn thế giới nói chung cũng như ở Việt Nam nói riêng. Ngày càng nhiều các công trình kiến trúc, đặc biệt là các công trình nhà cao tầng, sử dụng kính làm kết cấu bao che thay cho vật liệu truyền thống khác như bê tông, gạch, kim loại, gỗ…Trong các công trình kiến trúc hiện đại, tổn thất nhiệt qua phần vật liệu bằng kính chiếm tỷ trọng lớn nhất trong các dạng tổn thất nhiệt qua lớp vỏ bao che công trình. Nếu sử dụng kính không hợp lý rất dễ dẫn đến những bất lợi cho công trình kiến trúc, nóng vào mùa hè lạnh vào mùa đông, hoặc phải tốn rất nhiều năng lượng trong quá trình vận hành. Theo các tiêu chuẩn Kiến trúc xanh, việc tiết kiệm năng lượng trong các công trình luôn luôn được chú trọng, đặc biệt là các công trình có sử dụng kính. Vì vậy, xu hướng sử dụng vật liệu kính hướng tới tiết kiệm năng lượng trong công trình kiến trúc là cực kỳ cần thiết, với hai nội dung chính cần quan tâm là: sử dụng linh hoạt bề mặt kính trong công trình kiến trúc và lựa chọn kính tiết kiệm năng lượng phù hợp với khí hậu Việt Nam.

Tòa nhà Central Park Mall, Sydney. Australia với lớp vỏ lưới xanh

1. Linh hoạt sử dụng vật liệu kính thích ứng với điều kiện khí hậu hướng tới mục tiêu tiết kiệm năng lượng

Với công dụng là vật liệu bao che, vật liệu kính cần được sử dụng sao cho có thể tận dụng những ưu điểm và hạn chế những bất lợi của điều kiện khí hậu một cách tối đa nhất. Tùy thuộc vào vùng khí hậu mà việc sử dụng kính sẽ rất khác nhau. Đối với các nước có khí hậu ôn đới, việc sử dụng kính giúp tạo thành các bẫy nhiệt để sưởi ấm không khí bên trong nhà, hạn chế tiêu thụ năng lượng. Nhưng tại các vùng khí hậu nhiệt đới, kính cần được sử dụng linh hoạt, đúng chỗ, tùy thuộc vào vị trí tương đối của bề mặt kính với mặt trời.

Tại các vị trí ít chịu tác động trực tiếp của ánh nắng mặt trời (ví dụ hướng Bắc trong điều kiện khí hậu Việt Nam) có thể tương đối thoải mái sử dụng các bề mặt kính lớn để lấy sáng vào không gian bên trong công trình, tạo môi trường tiện nghi về ánh sáng và giảm tiêu thụ điện chiếu sáng nhân tạo, ví dụ như công trình Thư viện Surry Hill ở Sydney.

 

Tại các vị trí mà nhu cầu đón ánh nắng mặt trời thay đổi theo mùa (ví dụ hướng Nam trong điều kiện khí hậu miền Bắc Việt Nam) mùa nóng cần chắn nắng để hạn chế bức xạ mặt trời, mùa đông lạnh lại cần bẫy nhiệt để sưởi ấm không gian bên trong thì kính nên được phối hợp với các chi tiết chắn nắng một cách linh hoạt để khai thác sự khác biệt lớn giữ mùa đông và mùa hè theo hướng có lợi, giảm sử dụng năng lượng cho công trình. Có thể sử dụng các kết cấu che nắng ngang phía trên bề mặt kính để tạo bóng đổ che nắng vào mùa hè, nhưng không cản trở ánh sáng mùa đông chiếu vào trong nhà, ví dụ như Tòa nhà Water Tower, Tây Ban Nha (hình 2) và Đại học Tổng hợp Stanford, Mỹ (Hình 3). Việc hạn chế ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp vào không gian bên trong cũng có thể được thực hiện nhờ giải pháp tạo ra bề mặt kính nghiêng, ví dụ Toà nhà ST. 

kính luôn cần được sử dụng kết hợp với hệ thống che nắng, giúp làm giảm ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp vào cửa kính nhưng vẫn tạo được không gian và không hạn chế tầm nhìn. Trước đây, các công trình kiến trúc thường sử dụng hệ thống kết cấu che nắng cố định (kết cấu che nắng ngang, che nắng đứng hoặc hỗn hợp), phụ thuộc vào hướng của bề mặt vỏ công trình. Gần đây, các giải pháp che nắng di động, linh hoạt ngày càng được ưa chuộng. Giải pháp này dựa trên cơ sở hệ thống các tấm chắn có thể thay đổi trạng thái đóng mở, góc quay tùy thuộc vào cường độ và góc chiếu của mặt trời nhờ các cảm biến ánh sáng hoặc hệ thống điều khiển tự động. Với các hướng này có thể tạo ra hệ thống vỏ bao che 2 lớp, lớp trong bằng kính, còn lớp ngoài có thể sử dụng nhiều vật liệu và hình thức khác nhau, chẳng hạn thép lưới hoặc mảng định hình hoặc lưới xanh (cây leo bám trên lưới thép). 

2. Lựa chọn kính tiết kiệm năng lượng phù hợp với khí hậu nhiệt đới

Hiện nay việc phát triển các công trình xanh đang dần trở thành xu hướng tất yếu và việc sử dụng vật liệu kính có tính năng tiết kiệm năng lượng là một trong những giải pháp có vai trò rất quan trọng giúp giảm thiểu những tác hại trực tiếp từ môi trường đến người sử dụng, đồng thời tối ưu hóa tính hiệu quả năng lượng của công trình đó. Việc cải thiện công năng của kính theo hướng tiết kiệm năng lượng đã được ngành xây dựng thế giới tập trung nghiên cứu và phát triển, trong đó công nghệ phủ màng mỏng trên kính đã được ứng dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới. Sự ra đời của công nghệ này giúp sản phẩm kính tiết kiệm năng lượng có nhiều tính năng ưu việt như: kính có hệ số phát xạ thấp, giúp giảm sự truyền nhiệt từ bên ngoài vào bên trong hoặc sự thất thoát nhiệt từ bên trong ra bên ngoài công trình; hệ số hấp thụ nhiệt (SHGC) nhỏ sẽ giúp ngăn cản phần lớn năng lượng nhiệt truyền từ mặt trời thông qua vách kính; ngăn chặn tối đa các tia bức xạ, tia cực tím có hại cho sức khoẻ con người xuyên qua kính, tuy nhiên vẫn cho phép ánh sáng tự nhiên truyền qua, hoặc có khả năng tự làm sạch, chống bám bụi và đọng sương…. Nhờ đó, loại kính này giúp tiết kiệm chi phí năng lượng cho hệ thống điều hòa không khí mà vẫn đảm bảo duy trì hiệu quả làm mát vào mùa nóng và sưởi ấm vào mùa lạnh.

Một vài năm gần đây, kính xây dựng tiết kiệm năng lượng đang dần được sử dụng khá phổ biến trong công trình, cả trên thế giới lẫn tại Việt Nam. Tính chất cách nhiệt và kiểm soát năng lượng đã trở thành một trong những yếu tố quan trọng để lựa chọn sản phẩm kính, bên cạnh việc xem xét các yêu cầu về kháng tải trọng gió, an toàn, an ninh, chống cháy, tầm nhìn…Một số sản phẩm kính tiêu biểu được nhiều chuyên gia lựa chọn, đó là: kính Solar Control và kính Low-E.

Kính Solar Control:  được gia công bề mặt với các lớp phủ siêu mỏng có thành phần từ kim loại hoặc oxit kim loại. Nhờ đó, kính có khả năng phản xạ lại phần lớn bức xạ mặt trời, ngăn không cho nhiệt từ mặt trời truyền vào trong phòng - tác nhân làm gia tăng nhiệt độ bên trong toà nhà. Nhờ đặc điểm này, kính Solar Control giúp tiết kiệm đáng kể lượng điện năng trong vận hành máy điều hòa không khí làm mát trong phòng, vì các hệ thống này chỉ phải vận hành ở công suất thấp hơn. Kính Solar Control còn có khả năng ngăn cản hầu hết các tia cực tím có hại cho sức khoẻ con người. Dòng kính Solar Control có độ truyền sáng thấp, ở khoảng 35-50%, không gây cảm giác chói nắng, phù hợp với những vùng khí hậu nóng và nhiều nắng, như các tỉnh khu vực phía Nam Việt Nam. Kính Solar Control có thể sử dụng được ở các dạng tấm đơn lớp, cường lực, kính dán, kính hộp, có thể thay thế hoàn toàn cho sản phẩm kính thông thường tại các công trình xây dựng thương mại và dân dụng.

Kính Low – E: được gia công với một hệ thống các lớp phủ siêu mỏng có thành phần từ kim loại hoặc oxit kim loại, trong cơ cấu lớp phủ này còn có chứa một lớp bạc, góp phần làm giảm hệ số phát xạ của tấm kính (e < 0.04). Đây cũng là ưu điểm của Kính Low – E so với các kính xây dựng tiết kiệm năng lượng khác. Hợp chất phủ bề mặt đặc biệt giúp kính Low – E có tính năng phát xạ nhiệt chậm, làm giảm sự phát tán, hấp thụ nhiệt lượng chậm và làm chậm quá trình truyền tải nhiệt, ngăn cản sự truyền nhiệt từ ngoài vào trong hay từ trong ra ngoài, giữ cho căn phòng luôn ở nhiệt độ ổn định, ấm áp vào mùa đông và mát mẻ vào mùa hè. Bên cạnh việc tiết kiệm tối đa chi phí cho công viêc giữ nhiệt trong phòng, kính Low - E vẫn giữ được độ sáng và nét thẩm mỹ tối đa.

Kính Low-E  phù hợp sử dụng cho các vùng khí hậu lạnh, bởi đặc điểm ngăn cản sự thất thoát nhiệt từ môi trường bên trong ra môi trường bên ngoài. Ngoài ra, với độ truyền sáng cao 60-70%, sử dụng kính Low-E sẽ mang nhiều ánh sáng và năng lượng từ mặt trời hơn vào trong phòng, giúp căn phòng luôn ấm áp vào mùa đông. Nếu sử dụng kính Low-E ở khu vực có số giờ nắng cao sẽ có thể tạo cảm giác chói mắt, khó chịu vì đặc tính độ truyền sáng cao.

Trong công trình có thể sử dụng kính đơn Low-E  hoặc là kính hộp Low-E. Tuy nhiên, lớp bạc của kính Low-E rất mỏng vì vậy để bảo vệ lớp bạc này nên kính Low-E được khuyến cáo gia công làm kính hộp với ví trí của lớp phủ ở vị trí thứ 2,3 của tấm kính hộp để đảm bảo phát huy hiệu quả tốt nhất của tấm kính. Các chủng loại kính tiết kiệm năng lượng Low-E gồm có: Kính phủ cứng Low-E, Kính phủ cứng Low-E với tính năng kiểm soát nhiệt, Kính phủ mềm Low-E, Kính phủ mềm Low-E với tính năng kiểm soát nhiệt.

Ở Việt Nam hiện nay theo mục tiêu quốc gia về tiết kiệm năng lượng và thiết kế công trình xanh, vấn đề về sử dụng hiệu quả năng lượng trong công trình xây dựng được nhiều sự quan tâm của các tổ chức, cá nhân và xã hội. Việc sử dụng vật liệu bao che cho công trình, đặc biệt là các vật liệu kính theo các chỉ tiêu đánh giá tiết kiệm năng lượng đã và đang ngày càng được khuyến khích. Công nghệ sản xuất kính ngày càng phát triển với rất nhiều sản phẩm kính cao cấp đang được nghiên cứu ứng dụng. Trong tương lai các loại kính tiết kiệm năng lượng cao cấp có giá thành hợp lý sẽ áp dụng rộng rãi ở Việt Nam, trở thành vật liệu không thể thiếu cho công trình kiến trúc hiện đại.

T.H