Đề tài Nhà ở thấp tầng sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo tại Hà Nội

sống của người dân, đặc trưng cho hệ sinh thái thôn xóm. Ao đã góp phần tích cực trong bố cục khuôn viên của ngôi nhà, thông thường ao đặt ở phía trước hay cạnh sườn ngôi nhà để thuận tiện cho sinh hoạt và khi ao đặt đầu gió sẽ tạo điều kiện thông gió cho sân, các phòng ngủ cũng như các bộ phận khác của ngôi nhà. Vườn cây cũng là một nhân tố quan trọng đã góp phần tích cực chống trả bão lụt, tạo cho ngôi nhà một môi trường vi khí hậu thuận lợi: Mùa hè cho gió mát, mùa đông chắn gió lạnh. Ao, vườn kết hợp với nhau tạo nên điều kiện tiện nghi cho môi trường khí hậu nóng ẩm như nước ta. Chúng đã hút bớt năng lượng nhiệt và bức xạ tạo ra một không khí trong lành, mát mẻ. Cây xanh còn có tác dụng lọc bụi, giảm độ ô nhiễm không khí. [1] Chọn hướng xây dựng ngôi nhà truyền thống: Chọn hướng xây dựng ngôi nhà là một việc làm đầu tiên và rất quan trọng trong quá trình xây dựng ngôi nhà truyền thống Việt Nam. Khí hậu vùng Hà Nội nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới nóng ẩm có mùa đông rõ rệt, mùa hè nóng có gió mát thổi từ biển vào(gió nam, đông nam), mùa đông có gió lạnh từ lục địa (gió bắc, đông bắc). Để đón được gió mát từ mùa hè và tránh gió lạnh mùa đông cũng như tránh được nắng tây và chịu được gió bão lớn, nhà ở truyền thống thường được quay về hướng nam hoặc đông nam.[6] Khai thác vật liệu tại chỗ: Trong kiến trúc truyền thống dân gian Việt Nam, tất cả các vật liệu cho một ngôi nhà đều được khai thác tại chỗ, tận dụng được những vật liệu có sẵn của thiên nhiên(đất, tre, rơm rạ, vỏ sò hến...) hay ít ra cũng có thể sản xuất tại chỗ và bằng kinh nghiệm xử lý vật liệu, nhờ lựa chọn và sơ chế đã khắc phục được nhiều nhược điểm công trình lên gấp nhiều lần. Không những vậy những vật liệu này sử dụng hiệu quả về mặt năng lượng nếu xét về mặt năng lượng hàm chứa. [22] Cấu trúc tường mái: Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm nhưng nước ta cũng có những vùng khí hậu không hoàn toàn giống nhau ví dụ như khí hậu miền bắc nước ta là khí hậu nóng ẩm có một mùa đông lạnh. Ứng với mỗi miền khí hậu ông cha ta có những kinh nghiệm riêng trong sử dụng vật liệu cấu trúc tường mái...nhưng tựa chung lại có một số đặc điểm sau: + Tường nhà dù xây gạch hay đắp bằng đất trình đều rất dày, ngăn cách nhiệt độ trong nhà với ngoài trời để luôn giữ trong nhà có ôn độ vừa phải. Những mảnh tường trực tiếp hấp nắng chiếu lại càng dày. + Cũng như tương, mái để chống nóng, lạnh, chống mưa. Nếu là mái ngói có ngói bản do kĩ thuật đan cài và ngói âm dương có gắn vôi vữa liên kết với nháu chắc chắn, phía dưới được độn khá dày để tạo ra một khoảng xốp cách nhiệt. Mái nhà truyền thống bao giờ cũng dốc để thoát nước nhanh. + Nội thất trong nhà là cả một không gian liền khối thông thoáng, việc phân ra các khu chỉ là có tính quy ước mà không có tường vách, chỗ nào cũng có sự lưu thông không khí khiến người ở trong nhà dễ chịu. + Bằng kinh nghiệm cảm quan trực tiếp, trong điều kiện vật liệu và kinh tế hạn chế những tấm giại và liếp sáo đã là cái điều hòa lý thú. Những thanh tre nữa đan thưa của ngại và liếp sáo đã cản độ sáng chói chuyển thành sáng dịu trong nhà, cùng với những khoảng trống hẹp khác ở xung quanh nhà vẫn làm cho không khí trong nhà luôn chuyển động khiến ngôi nhà luôn được thoáng đãng và chống được ẩm mốc. + Hệ thống cách nhiệt được tạo bởi các lỗ rỗng của vật liệu và khe hở của xây cất những mái nhà tranh, tường vách đất, giại và liếp sáo bằng tre. + Hiên ở mặt nước nhà đóng vai trò như một không gian đệm, một sự chuyển nối giữa trong nhà và ngoài trời, đồng thời cũng là không gian sinh hoạt gia đình hàng ngày. [1] Nhà ở thời kì thuộc Pháp: Sự thích ứng điều kiện khí hậu: Các giải pháp thiết kế theo sinh khí hậu đó là những giải pháp về kiến trúc, cấu tạo, vật liệu, thiết bị, công nghệ do những người thiết kế đề xuất sao cho thích ứng với khí hậu, văn hóa, lao động, tập quán, lối sống phong tục của mỗi vùng và chức năng của mỗi công trình. Đó là những nguyên tắc đã được người Pháp áp dụng một cách triệt để. Hình 1-16. Nhà ở thời Pháp thuộc. Thoạt đầu đặt chân lên nước ta thực dân đã du nhập một cách thô cứng hai kiểu mẫu kiến trúc có sẵn :kiến trúc trại lính và kiến trúc tòa nhà công sở. Qua thời gian họ đã nhận ra và xác định rõ những khác biệt giữa khí hậu giữa những vùng nhiệt đới cũng ở gần đường xích đạo nhưng ở bờ Nam Địa Trung Hải là nóng-khô còn Đông Dương là nóng ẩm và kiến trúc bản địa khác nhau tương ứng. Mọi sự tìm tòi của họ hướng vào sự đối phó với độ ẩm cao, với bức xạ, với nóng nực, với những cơn mưa rào nhiệt đới. Hình 1-17. Một góc Hà nội xưa nhìn từ trên cao Chính vì vậy họ đã sử dụng các phương pháp như: giải pháp thông gió tự nhiên; che nắng, tạo bóng, cây xanh; làm mát; cách nhiệt được thể hiện qua các đặc điểm sau: + Sử dụng hệ hành lang, cửa chớp nhằm chống bức xạ và tránh mưa hắt. Thời kì đầu họ làm hành lang bao quanh nhà sau này họ đã biết chỗ nào cần bố trí hành lang, chỗ nào thì hiên hoặc ban công. Hành lang nhà cũng có chức năng tương tự như hiên nhà truyền thống Việt Nam. + Những cửa chớp bằng gỗ lần đầu tiên được xuất hiện tại Việt Nam, ngày nay đã được áp dụng rộng rãi trong các công trình kiến trúc. Tuy chưa hoàn hảo nhưng đã thích hợp một phần với yêu cầu thông thoáng cho các phòng trong điều kiện nóng ẩm do điều kiện phương tiện kĩ thuật và vật liệu kiến trúc hạn chế , nhưng dần đã trở lên hoàn chỉnh và là một phần không thể thiếu được trong công trình kiến trúc. [15] Hình 1-18. Biệt thự phong cách miền Trung nước Pháp trên phố Lê Hồng Phong + Việc bố trí cửa và cửa sổ các phòng hai bên hành lang khéo léo đảm bảo thoáng gió trong điều kiện gió mùa ở Việt Nam. Thường mở nhiều về hướng Nam, Đông Nam để đón gió tốt vào phòng. + Cửa sổ thường làm hai lớp, bên ngoài cửa chớp, bên trong cửa kính để vừa chống bức xạ mặt trời vừa đảm bảo thông thoáng. Những mái hiên trên cửa sổ đã thực sự che cho phòng khỏi bức xạ của mặt trời chiếu vào nhà và chống mưa hắt vào cửa rất công hiệu. +Ô văng trên cửa, cửa hãm để chống mưa nắng và thông gió xuyên phòng. + Cửa đi, cửa sổ cao giúp thông gió tốt. + Tường dày bao che, cách nhiệt tốt. Hình 1-19. Biệt thự Tân cổ điển đế chế trên phố Trần Hưng Đạo 1.4 Phương pháp luận nghiên cứu Luận văn sử dụng các phương pháp luận sau: - Thu thập những thông tin về vấn đề thiết kế và xây dựng, vi khí hậu , mức độ tiêu thụ điện và gas trong nhà ở thấp tầng. - Khảo sát thống kê số liệu tiêu thụ năng lượng của một số nhà ở thấp tầng tại Hà Nội. - Phương pháp nội suy, phương pháp chuyên gia. - Lựa chọn một khu vực minh họa cho kết quả nghiên cứu - Tổng hợp, phân tích, đề xuất kiến nghị. Những vấn đề cần nghiên cứu cần đặt ra Tóm lại, qua những phân tích, đánh giá những thuận lợi và tồn tại của nhà ở thấp tầng sử dụng năng lượng tái tạo ở Hà Nội. Qua đó có thể thấy những vấn đề sau cần được nghiên cứu: -Những giải pháp quy hoạch, kiến trúc sử dụng năng lượng hiệu quả ít tốn kém đối với người ở tạo ra môi trường vi khí hậu tiện nghi phù hợp với người ở. Giải quyết hài hòa giữa các vấn đề đã nêu trên như vấn đề quản lý, giá thành... - Giải pháp kiến trúc sử dụng công nghệ năng lượng sạch, năng lượng tái tạo, tận dụng triệt để năng lượng từ thiên nhiên như : nắng, gió, mặt trời, nước mưa,. Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn các giải pháp này chỉ ở mức độ lựa chọn thiết bị công nghệ năng lượng hiệu quả. - Các giải pháp kiến trúc đa dạng trong đó mục tiêu quan trọng nhất là kết hợp bảo vệ môi trường với những công nghệ mới tạo ra môi trường sống sử dụng năng lượng hiệu quả.Và bảo vệ môi trường sinh thái. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC THIẾT KẾ NHÀ Ở THẤP TẦNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TỰ NHIÊN VÀ TÁI TẠO 2.1 Nhà ở sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo, nhà ở hiệu suất năng lượng 2.1.1 Kiến trúc nhà ở sinh thái và bền vững Là kiến trúc đảm bảo mối quan hệ hài hoà giữa “ con người - kiến trúc – thiên nhiên – môi trường” ( tức là kiến trúc có tính đến điều kiện khí hậu của con người ). Kiến trúc sinh thái: Xem xét tổng quan hơn và rộng hơn về ảnh hưởng của kiến trúc đến hệ sinh thái khu vực cũng như một vùng lãnh thổ, một quốc gia hay toàn cầu. Trong hệ sinh thái người ta có thể xét đến cả yếu tố tinh thần, tập quán, nếp sống, văn hoá xã hội trong kiến trúc. Trong sự phát triển kinh tế, văn hoá, xã hội của loài người con người đang phải đối mặt với những biến đổi lớn lao về sinh khí hậu trên toàn cầu, đặt con người trước những bài toán thiết kế cần giải quyết, làm sao để phát triển phù hợp, tiện nghi và bền vững. Trước thực tế đó, đã xuất hiện một số quan điểm về kiến trúc sinh thái của các kiến trúc sư nổi tiếng trên thế giới… . [1], [11], [23] Theo quan niệm của kiến trúc sư Kênnth Yeang ( kiến trúc sư sinh thái nổi tiếng trên thế giới người Malaysia) kiến trúc sinh thái phải: Tạo ra môi trường vi khí hậu, tiện nghi bằng cách tận dụng các yếu tố tự nhiên giảm bớt các tác động xấu của khí hậụ ngoài nhà đến công trình và môi trường trong nhà. Công trình không phải là gánh nặng cho môi trường xung quanh mà hoà nhập với thiên nhiên. Giảm năng lượng tiêu thụ trong nhà, tận dụng năng lượng tự nhiên như là một mũi tên nhắm tới hai đích. * Khái niệm năng lượng tiêu hao trong công trình Một công trình tiêu hao năng lượng theo hai cách: Năng lượng hoạt động hay năng lượng dùng cho vận hành (operating energy) Là năng lượng sử dụng cho việc vận hành toà nhà, ví dụ như: Sưởi ấm, làm mát, thắp sáng … , là hình thức năng lượng thu hút được nhiều sự chú ý nhất của các nhà nghiên cứu và các kiến trúc sư. Những lợi ích của lớp cách nhiệt, của thiết kế phù hợp với thiên nhiên, sử dụng năng lượng mặt trời trực tiếp hay gián tiếp, hướng nhà và thông gió tự nhiên đã được nghiên cứu kỹ càng. 2.1.2 Kiến trúc nhà ở hiệu suất năng lượng Khái niệm công trình có hiệu suất năng lượng hoặc còn gọi là " công trình sinh thái" được sử dụng để mô tả các công trình xây dựng quy hoạch thiết kế, thi công và trang thiết bị nội ngoại thất sử dụng tiết kiệm năng lượng mà vẫn đảm bảo những yêu cầu về tiện nghi sử dụng và các chức năng hoạt động theo yêu cầu. Mặt khác, không ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường. [23] Những giải pháp để nâng cao hiệu suất sử dụng bên trong công trình xây dựng bao gồm: -Giải pháp thiết kế sinh khí hậu học ( Bioclimatic Design) - làm mát thụ động (Passive cooling) tạo thông thoáng tự nhiên, tranh thủ ánh sáng tự nhiên, trên cơ sở khai thác những kiến trúc truyền thống. -Sử dụng kết cấu che chắn nắng rọi xuyên phòng, để hạn chế ảnh hưởng của bức xạ nhiệt mặt trời. -Sử dụng trang thiết bị trong công trình có hiệu suất năng lượng cao trên 20-30%) dễ sử dụng và vận hành, không gây tác nhân ảnh hưởng đến môi trường. 2.1. 3 Kiến trúc nhà ở năng lượng thấp Khái niệm nhà ở năng lượng thấp (Low energy house) Cùng với sự chú ý ngày càng cao đến việc bảo vệ môi trường và giá cả năng lượng, những nhóm nhà ở năng lượng thấp đang ngày càng phổ biến ở Châu Âu. Hiện tại, có khoảng 6000 nhà ở năng lượng thấp ở Đức, Thụy Sỹ và Australia. Tuy nhiên, cụm từ "nhà ở năng lượng thấp" bao gồm những khái niệm rất rộng: Theo PassivHaus nhà ở được gọi là nhà ở năng lượng thấp (passive house) khi nó đáp ứng được các yêu cầu: Hình 2-1. Nhu cầu tiêu thụ năng lượng của các loại nhà trong 1 năm. + Giữ được tiện nghi khí hậu trong nhà mà không cần sử dụng hệ thống điều hòa nóng hoặc lạnh. Yêu cầu năng lượng sưởi ấm cho căn nhà do đó phải ít hơn 15 Kwh/m2/ năm. + Tiện nghi nhiệt phải được quan tâm ở mỗi phòng trong căn nhà, bao gồm cả mùa đông và mùa hè. Do đó phải xác định được khả năng cách nhiệt của mỗi cấu kiện xây dựng. - Đối với bề mặt ngoài công trình thì giá trị U phải thấp hơn 0,15 W/(m2K). - Đối với cửa sổ giá trị U phải thấp hơn 0,8 W/(m2K) cùng với những giới hạn liên quan đến bề mặt cửa sổ. Ví dụ như giới hạn ở hướng, bề mặt, độ mở và đóng của các thành phần bao che phụ thuộc vào hướng và kết cấu của nhà ở. Tỷ lệ thông gió được kiểm soát một cách chặt chẽ. - Tổng mức tiêu thụ năng lượng nguyên sinh cho việc sử dụng kết hợp ( sưởi ấm, đun nước và tiêu thụ điện) không vượt quá 120 KWh/m2/năm Từ những năm 1980 khi có khái niệm này đã có hơn 5000 dự án được thực hiện ở Đức, 1000 ở Australia và gần đây, hơn 100 ở Benenux.[27] Khái niệm nhà ở năng lượng bằng không (Zero energy house) Sự tiêu thụ điện không trả phí(Net zero cost) ở mức độ đơn giản nhất "năng lượng bằng không" liên quan đến giá của năng lượng. Trong những tòa nhà như vậy giá của việc mua năng lượng được cân bằng bởi thu nhập từ việc bán điện vào lưới điện tại chính tòa nhà. Để phân biệt với các tòa nhà năng lượng bằng không khác cụm từ "Net zero energy Building" được sử dụng với tên viết tắt là ZEB + (Net off-site zero energy use) Sự thay đổi của công trình năng lượng bằng không (Zero energy building ) được xem xét là sự mua năng lượng bởi công trình 100% từ nguồn năng lượng tái tạo, thậm chí có thể sinh ra năng lượng ngay tại công trình đủ để tạo thành công trình năng lượng bằng không (Zero energy building ) . Suốt ba thập niên, thiết kế thụ động sử dụng năng lượng mặt trời (Passive solar building design) đã chứng minh sự giảm tiêu thụ năng lượng từ 70-90% ở nhiều khu vực mà không sử dụng hệ thống máy phát điện. Với chuyên gia thiết kế, điều này có thể được hoàn thành cộng thêm chi phí nhỏ cho hệ thiết bị lắp đặt thêm so với toàn bộ chi phí công trình. Tuy nhiên có rất ít chuyên gia có đủ kỹ năng kinh nghiệm để thực hiện điều này. Những thiết kế thụ động sử dụng năng lượng mặt trời như vậy hiệu quả về mặt kinh tế hơn so với sử dụng những tấm pannen mặt trời trên mái nhà của những công trình bình thường. Thiết kế này có thể giảm từ 20% đến 30% tổng mức năng lượng sử dụng trong công trình. Tuy nhiên với năng lượng này không thể đủ để sử dụng độc lập vào buổi tối. Thiết kế làm lạnh thụ động (Passive cooling) và hệ thống công nghệ xây dựng có thể giảm nhu cầu sử dụng máy điều hòa từ 70% đến 90%. 2.1.4 Nhà ở sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo – tiết kiệm năng lượng. " Thiết kế thụ động bản chất là thiết kế đạt được hiệu quả năng lượng thấp không chỉ bằng các phương thức cơ khí mà còn bằng cách tổ chức hình thái học của công trình. Hệ thống thụ động là những công nghệ làm nóng hoặc mát có khả năng làm thay đổi nhiệt độ không khí trong nhà của công trình thông qua tự nhiên và các nguồn tài nguyên xung quanh trong môi trường tự nhiên" Yeang (1999,p 202). Yeang (1999) cho rằng tòa nhà thụ động được biểu hiện thông qua hình dáng, hướng. Thiết kế thụ động liên quan đến sự xem xét hình dáng của công trình và mối quan hệ với khí hậu. Quyết định này thường được thực hiện đầu tiên trong tiến trình thiết kế. Thiết kế thụ động bao gồm: - Hướng công trình : Hướng cho phép công trình có điều kiện vi khí hậu và bảo tồn năng lượng tốt nhất trong cả mùa hè và mùa đông. - Sử dụng năng lượng mặt trời; dùng các panne sử dụng năng lượng mặt trời để đun nước nóng. - Sử dụng các thành phần cấu trúc công trình(lớp vỏ, kết cấu...)ví dụ như mái che hiên rộng hạn chế ánh sáng mặt trời vào mùa hè. - Vị trí đặt và cấu tạo lớp kính cửa sổ. - Thông gió : vị trí, kích thước cửa và hình dáng công trình ảnh hưởng đến thông gió trong công trình. - Cách nhiệt : sử dụng vật liệu cách nhiệt nhằm giảm thiểu tổn thất năng lượng tiêu thụ trong công trình. Một số nguyên tắc của thiết kế thụ động cho khí hậu nhiệt đới nóng ẩm: + Bố trí mặt bằng và hình thức công trình liên quan đến đường dịch chuyển của mặt trời và sự vận động của gió (Keneally, 1995;Prasad,1995a; Todesco, 1998; Yeang, 1999). + Hướng chính của mặt tiền và độ mở của cửa phụ thuộc vào thời gian chiếu nắng của mặt trời trong ngày và trong năm (Prasad,1995a; Todesco, 1998; Yeang, 1999). +Cung cấp khoảng mở cho thông gió tự nhiên(Loftness et al; Yeang, 1999). + Bố trí chiều sâu và tổng mặt bằng, không gian đệm để tăng thêm ánh sáng ban ngày và thông gió tự nhiên (Loftness et al, 1999; Yeang, 1999). + Thiết kế mặt tiền tối ưu nhiệt bằng cách cân nhắc tỷ lệ tường và cửa sổ, vị trí bố trí cửa sổ (liên quan đến hướng) sự lựa chọn vật liệu (Prasad, 1995a; Todesco, 1998; Yeang, 1999). + Những không gian chuyển tiếp đóng vai trò như những không gian đệm giữa không gian trong và ngoài nhà ví dụ như : hiên, ban công và sân trong. (Yeang 1999). + Cho phép ánh sáng ban ngày chiếu sáng qua cửa sổ mái, xép (Prasad, 1995a; Todesco, 1998;Yeang, 1999). + Kiểm soát chiếu sáng mặt trời bằng bóng đổ bên ngoài bề mặt công trình và cửa sổ (Prasad, 1995a; Todesco, 1998;Yeang, 1999). 2.2 Điều kiện tự nhiên tại Hà Nội Điều kiện địa lý của Hà Nội: Vị trí địa lý: Hà Nội nằm ở đồng bằng Bắc bộ, tiếp giáp với các tỉnh: Thái Nguyên, Vĩnh Phúc ở phía bắc; phía nam giáp Hà Nam và Hoà Bình; phía đông giáp các tỉnh Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên; phía tây giáp tỉnh Hoà Bình và Phú Thọ. Hà Nội nằm ở phía hữu ngạn sông Đà và hai bên sông Hồng, vị trí và địa thế thuận lợi cho một trung tâm chính trị, kinh tế, vǎn hoá, khoa học và đầu mối giao thông quan trọng của Việt Nam. Khí hậu: Khí hậu Hà Nội khá tiêu biểu cho kiểu khí hậu Bắc bộ với đặc điểm của khí hậu nhiệt đới gió mùa ấm, mùa hè nóng, mưa nhiều và mùa đông lạnh, mưa ít. Nằm trong vùng nhiệt đới, Hà Nội quanh nǎm tiếp nhận được lượng bức xạ mặt trời rất dồi dào và có nhiệt độ cao. Lượng bức xạ tổng cộng trung bình hàng nǎm ở Hà Nội là 122,8 kcal/cm2 và nhiệt độ không khí trung bình hàng nǎm là 23,6ºC. Do chịu ảnh hưởng của biển, Hà Nội có độ ẩm và lượng mưa khá lớn. Ðộ ẩm tương đối trung bình hàng nǎm là 79%. Lượng mưa trung bình hàng nǎm là 1.800mm và mỗi nǎm có khoảng 114 ngày mưa. Hình 2-2. Biểu đồ mặt trời tại Hà Nội V=21,1độ Bắc Ðặc điểm khí hậu Hà Nội rõ nét nhất là sự thay đổi và khác biệt của hai mùa nóng, lạnh. Từ tháng 5 đến tháng 9 là mùa nóng và mưa. Nhiệt độ trung bình mùa này là 29,2ºC. Từ tháng 11 đến tháng 3 nǎm sau là mùa đông thời tiết khô ráo. Nhiệt độ trung bình mùa đông 15,2ºC. Giữa hai mùa đó lại có hai thời kỳ chuyển tiếp (tháng 4 và tháng 10) cho nên Hà Nội có đủ bốn mùa Xuân, Hạ, Thu, Ðông. Bốn mùa thay đổi làm cho thời tiết Hà Nội mùa nào cũng có vẻ đẹp riêng. Mùa tham quan du lịch thích hợp nhất ở Hà Nội là mùa thu. Phần địa hình của Hà Tây (cũ) sáp nhập với Hà Nội, có những đặc điểm riêng nên hình thành những tiểu vùng khí hậu: vùng núi, vùng gò đồi và đồng bằng. Nhưng nói chung sự khác biệt thời tiết và chênh lệch về nhiệt độ giữa các địa phương của Hà Nội hiện nay không lớn.   Địa hình: Hà Nội có hai dạng địa hình chính là đồng bằng và đồi núi. Địa hình đồng bằng chủ yếu thuộc địa phận Hà Nội cũ và một số huyện phía đông của Hà Tây (cũ), chiếm khoảng 3/4 diện tích tự nhiên, nằm bên hữu ngạn sông Đà, hai bên sông Hồng và chi lưu các sông. Phần lớn địa hình đồi núi thuộc địa phận các huyện Sóc Sơn, Ba Vì, Quốc Oai, Mỹ Đức. Một số đỉnh núi cao như: Ba Vì 1.281m; Gia Dê 707m; Chân Chim 462m; Thanh Lanh 427m; Thiên Trù 378m; Bà Tượng 334m; Sóc Sơn 308m; Núi Bộc 245m; Dục Linh 294m… Sông ngòi: Hà Nội nằm cạnh hai con sông lớn ở miền Bắc: sông Đà và sông Hồng. Sông Hồng dài 1.183km từ Vân Nam (Trung Quốc) xuống. Ðoạn sông Hồng qua Hà Nội dài 163km (chiếm khoảng 1/3 chiều dài trên đất Việt Nam, khoảng 550km. Ngoài hai con sông lớn, trên địa phận Hà Nội còn có các sông: Đuống, Cầu, Cà Lồ, Đáy, Nhuệ, Tích, Tô Lịch, Kim Ngưu, Bùi.       Hồ đầm ở địa bàn Hà Nội có nhiều. Những hồ nổi tiếng ở nội thành Hà Nội như hồ Tây, Trúc Bạch, Hoàn Kiếm, Thiền Quang, Bảy Mẫu. Hàng chục hồ đầm thuộc địa phận Hà Nội cũ: hồ Kim Liên, hồ Liên Đàm, đầm Vân Trì... và nhiều hồ lớn thuộc địa phận Hà Tây (cũ): Ngải Sơn - Đồng Mô, Suối Hai, Mèo Gù, Xuân Khanh, Tuy Lai, Quan Sơn...       2.3 Những yếu tố cơ bản trong thiết kế nhà ở thấp tầng sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo 2.3.1 Hướng công trình Hướng công trình là một trong những tiêu chí quan trọng trong thiết kế kiến trúc. Về mặt kinh tế, chọn hướng nhà sai sẽ dẫn đến sự tốn kém do phải chi phí nhiều cho kết cấu che nắng cũng như vật liệu tường. Về mặt nhiệt kỹ thuật chọn hướng sai sẽ đón được ít gió tốt vào nhà. Điều đó dẫn đến điều kiện vi khí hậu kém bên trong các phòng , đặc biệt về ban đêm, khi gió tự nhiên yếu và các kết cấu bao che của tòa nhà tỏa nhiệt đã hấp thụ trong suốt thời gian ban ngày. Ở những địa phương có mùa đông lạnh, kèm theo gió lạnh, giá buốt, chọn hướng nhà sai sẽ dẫn đến sự tổn thất nhiệt của nhà. Vì vậy, việc chọn hướng nhà phải được nghiên cứu kĩ dựa trên cơ sở chế độ bức xạ mặt trời và chế độ gió ở từng địa phương cụ thể. Hướng nhà tốt nhất cần đảm bảo sự cân đối trong các điều kiện sau: - Đảm bảo hạn chế mức tối đa bức xạ mặt trời chiếu lên các bề mặt của nhà, chiếu vào trong các bề mặt của nhà và chiếu vào trong các phòng về mùa nóng và đảm bảo về mùa lạnh nắng chiếu được nhiều nhất để sưởi ấm phòng. - Đảm bảo thông gió tự nhiên tốt cho tất cả các phòng vào mùa nóng và tránh được gió lùa và gió lạnh.[21] - Việc xác định hướng nhà là rất quan trọng trong việc bố trí các trang thiết bị hấp thu và chuyển hoá năng lượng tái tạo nhằm mục đích sử dụng. 2.3.2 Sự đối lưu không khí – Tổ chức thông gió tự nhiên Thông gió tự nhiên là quá trình trao đổi không khí liên tục từ ngoài vào trong, và từ trong ra ngoài. Mục đích của việc tổ chức quá trình này là thay đổi không khí nóng và nhiễm bẩn do quá trình công nghệ và hoạt động của con người sinh ra bằng không khí mát sạch lấy từ môi trường bên ngoài nhưng đảm bảo yêu cầu vệ sinh bên trong công trình. Nhà ở thông gió tốt sẽ cải thiện cuộc sống bên trong cấu trúc ở bao gồm những thuận lợi sau: + Chất lượng không khí được cải thiện rõ rệt thông qua sự khuyếch tán và di chuyển đi những chất gây ô nhiễm trong nhà. + Tiêu thụ năng lượng trong nhà ở, chi phí hoạt động được giảm bớt do giảm nhiệt thừa và gia tăng mất nhiệt trong những tháng nóng và ngược lại, trong những tháng lạnh. + Đạt được mức độ tiện nghi cao cho người ở, cả hai yếu tố vật chất và tinh thần thông qua việc gia tăng đối lưu và tỷ lệ bay hơi. + Thông gió làm nguội khối kiến trúc và làm mát, giữ ấm trong nhà. Thông gió tự nhiên cho các công trình ở điều kiện khí hậu nóng ẩm phải thoải mãn các yêu cầu sau: - Đảm bảo yêu cầu vệ sinh cao trong phòng - Có khả năng tăng được vận tốc chuyển động không khí trong phòng (vùng làm việc) và hạn chế gió lùa mùa đông. - Có khả năng tăng được khu vực có gió trong phòng Tổ chức thông gió tự nhiên cho ngôi nhà cần giải quyết tốt những vấn đề cơ bản như: Hướng nhà, bố cục mặt bằng, tỷ lệ kích thước các lỗ cửa, vị trí, diện tích và cấu tạo cửa sổ, bố trí mặt bằng nhóm nhà. 2.3.3 Thiết kế che nắng và chiếu sáng sử dụng ánh sáng tự nhiên Mặt trời có quan hệ chặt chẽ với việc thiết kế kiến trúc, quy hoạch. Chính vì vậy phải hiểu biết đầy đủ về bức xạ và đường chuyển động biểu kiến của mặt trời để vận dụng thành thạo các phương pháp thiết kế che nắng, chiếu nắng và tạo bóng râm trong kiến trúc, đảm bảo che nắng, chiếu nắng hợp lý cho từng loại phòng, tạo điều kiện làm việc và sinh hoạt tốt cho con người. Việc bố trí quy hoạch, thiết kế hình khối kiến trúc và các kết cấu che nắng phải thật hợp lý để khai thác đầy đủ mặt có lợi của bức xạ mặt trời và hạn chế những tác hại của nó. Tác dụng nhiệt và tác dụng chiếu sáng của bức xạ mặt trời được coi là yếu tố khí hậu có ảnh hưởng đến chất lượng của môi trường sinh thái trong nhà. Ảnh hưởng này càng quan trọng tại các vùng nhiệt đới ẩm, ánh sáng tự nhiên ngoài vai trò chính của nó là nguồn cung cấp ánh sáng trong công trình kiến trúc lúc ban ngày, còn có tác dụng phòng bệnh và chữa bệnh có hiệu lực vì tại các vùng nhiệt đới không có vấn đề thiếu ánh sáng tử ngoại [19] Người kiến trúc sư khi thiết kế cần chú ý đầy đủ vai trò của ánh sáng nhiệt đới với những đặc điểm riêng của nó mà các vùng khác không có. Đồng thời cũng phải thấy rõ sự liên quan giữa yêu cầu chiếu sáng tự nhiên và các yêu cầu khác như: chống chói, che mưa, đảm bảo thông thoáng, hạn chế bức xạ và không khí nóng từ ngoài vào nhà….[17] 2.3.4 Khai thác các kinh nghiệm truyền thống Việc phân tích những đặc điểm kiến trúc truyền thống Việt Nam sẽ đem lại cho người thiết kế những kinh nghiệm quý giá. Kiến trúc nhà truyền thống nói chung có những đặc điểm có thể khai thác sau: + Xây dựng nhà trên cột, sử dụng rộng rãi hệ khung bằng gỗ. + Nhà không có tường hoặc sử dụng những kết cấu bao che nhẹ. Sử dụng những tấm chắn nắng mắt cáo được làm bằng cành cây, sợi đan bện lại, tre, nứa hay gốm, gạch hoa để thông gió tự nhiên. + Mái là yếu tố cơ bản nhất của nhà, có dạng hai mái rất dốc với phần diềm mái chừa ra tường. + Các phòng trong nhà và sân luôn được thông thoáng xuyên suốt, kết hợp với hiên nhà, vườn cây ao cá tạo ra môi trường vi khí hậu rất tốt. + Hướng gió nam, đông nam chiếm ưu thế được tính đến khi bố cục căn nhà + Sử dụng rộng rãi những kết cấu biến đổi, những tấm chắn tháo dỡ được bằng gỗ tre ngăn bức xạ mặt trời vào mùa hè...[19] 2.3. 5 Thiết kế lớp vỏ công trình Sự tiêu thụ nhiệt của công trình cũng liên quan đến mức độ cách nhiệt, hình dạng và màu sắc của lớp vỏ công trình. Một trong ba yếu tố trên có sự ảnh hưởng khác nhau không đáng kể lên sự tiêu thụ nhiệt này. Với sự cách nhiệt này, trong mối liên kết với khối nhiệt trong nhà có tác độn