Luận án Cấu trúc mặt đứng đa lớp nhà phố thích ứng với điều kiện khí hậu Thành phố Hồ Chí Minh ứng dụng phương pháp tham số

TPN (Bảng 1.5) và 9 TPĐ (Bảng 1.6). Tuy nhiên, dựa vào khảo sát và đánh giá tính nổi trội, có thể gộp các thành phần tương tự nhau và bỏ bớt các thành phần không nổi trội để rút ra được 8 thành phần cần quan tâm (3 TPN và 5 TPĐ) của mặt đứng, có ảnh hưởng đáng kể đến vi khí hậu bên trong công trình như thể hiện trong Hình 2.18. Hình 2.18: 8 thành phần cần được quan tâm của mặt đứng nhà phố THÀNH PHẦN NGANG Lối đi bộ Sân trống Bồn hoa Thảm cỏ Ban công Lô gia Phần mái tại cao độ chuẩn Sân thượng Ô văng, mái hắt THÀNH PHẦN ĐỨNG Vòm lá cây xanh Tường ngoài Cửa sổ Cửa đi Cổng rào Bồn cây ban công Hệ lam che Hệ khung quảng cáo Vật dụng nội thất Thành phần quan tâm MĐĐL Sân trống Vòm lá cây xanh Hệ khung quảng cáo Ban công và lô gia Tường mặt đứng Cửa sổ và cửa đi Phần mái tại cao độ chuẩn Hệ lam đứng 68 8 thành phần cần quan tâm (Hình 2.13) được khảo sát dựa trên dữ liệu thực tế của 201 căn nhà, nhằm đánh giá một cách cụ thể về cấu tạo, vật liệu, khoảng cách, vị trí. Qua đó có thể rút ra được các đặc điểm chung và mối quan hệ giữa các thành phần với nhau để làm cơ sở cho quá trình cấu trúc hóa mặt đứng nhà phố Tường mặt đứng, trong luận án này, được quy ước trùng với ranh lộ giới do không nhiều công trình nhà phố lấn ra hoặc lùi vào so với ranh lộ giới (Bảng 1.4). Đặc điểm nổi trội của tường mặt đứng bao gồm cấu tạo, vật liệu và độ rỗng mặt tường. Trong đó quy ước các công trình nhà phố sử dụng vật liệu gạch nung truyền thống cho tường và sơn nước sáng màu là chủ yếu. Độ rỗng mặt tường là đại lượng biểu diễn tỉ lệ phần trăm giữa lỗ tường (bao gồm cửa sổ, cửa đi, lỗ thông gió) và diện tích tường. Kết quả khảo sát cho thấy đa số công trình sử dụng tường dày 200mm cho mặt tiền và số nhà có độ rỗng mặt tường 55% là nhiều nhất (Hình 2.19). Hình 2.19 Số lượng nhà phố theo độ rỗng và các kiểu cấu tạo tường mặt đứng Hầu như tất cả công trình được khảo sát đều có cửa sổ và cửa đi ở mặt tiền. Thành phần cấu trúc này ngoài việc ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng KGSD bên trong nhà còn có vai trò quan trọng trong vấn đề thoát hiểm. Hình 2.20 Số lượng nhà phố theo các loại vật liệu lỗ cửa Có những công trình bảng quảng cáo được phủ kín mặt đứng nhưng vẫn có ban công và cửa ra ban công nhằm tạo nên khoảng đệm phía trước KGSD. Các đặc 0 50 100 150 200 250 1 lớp gạch 200 1 lớp gạch 100 2 lớp gạch 100 Khác Cấu tạo 0 20 40 60 80 0% ~ 25% ~ 55% ~ 75% ~ 95% Độ rỗng 0 50 100 150 200 Kính 1 lớp Kính 2 lớp Lá sách gỗ 2 Lớp gỗ kính Khác Vật liệu lỗ cửa sổ 0 50 100 150 200 Kính 1 lớp Kính 2 lớp Lá sách gỗ 1 lớp gỗ Khác Vật liệu lỗ cửa đi 69 điểm quan trọng của thành phần cấu trúc này bao gồm vật liệu lỗ cửa (Hình 2.20), độ rỗng của ô văng hay mái hắt (Hình 2.21), vị trí cửa trên mặt đứng (Hình 2.22). Việc phân mặt đứng ra thành các ô ABCD là để xác định các thành phần kiến trúc thường ở vị trí các ô nào trên mặt đứng, chia mặt đứng thành các ô càng nhỏ, càng nhiều thì vị trí các thành phần càng chính xác (độ phân giải càng lớn). Diện tích cửa đã được khảo sát ở phần trên liên quan đến độ rỗng tường mặt đứng (Hình 2.19). Hình 2.21 Số lượng nhà phố theo độ rỗng ô văng và mái hắt Hình 2.22 Vị trí cửa sổ và cửa đi trên mặt đứng và số lần xuất hiện tại các ô vị trí Lô gia và ban công là các TPN với các đặc điểm có ảnh hưởng nhiều đến KGSD như độ vươn của ban công, độ lùi của lô gia, vật liệu và độ rỗng của lan can cũng như vị trí của chúng trên mặt đứng. Hình 2.23 Số lượng nhà phố theo độ vươn ban công và độ lùi lô gia 0 100 200 Đặc Rỗng 75% Rỗng 50% Rỗng 25% Không có Ô văng, mái hắt cửa sổ 0 100 200 Đặc Rỗng 75 % Rỗng 50 % Rỗng 25 % Không có Ô văng, mái hắt cửa đi 0 20 40 60 80 0,5 - 0,9 m 1 -1 ,2 m 1,3 - 1,5 m Độ vươn 0 20 40 60 0,5 - 0,9 m 1 -1,2 m 1,3 - 1,5 m 1,6 - 4 m Độ lùi Tầng 6 Cao độ 6 Tầng 5 Cao độ 5 Tầng 4 Cao độ 4 Tầng 3 Cao độ 3 Tầng 2 Cao độ 2 Tầng 1 Cao độ 1 A B C D Tọa độ vị trí mặt đứng 70 Vẫn quy ước lấy ranh lộ giới làm chuẩn theo lý do đã nêu trên, kết quả khảo sát các đặc điểm này được thống kê theo các Hình 2.23, Hình 2.24 và Hình 2.25. Trong 201 căn nhà phố, có ít nhà có ban công hay lô gia vươn ra hay lùi vào một khoảng từ 1,3 – 1,5m. Nguyên nhân chính là không nhiều tuyến đường có bề rộng lớn hơn 20m chịu ảnh hưởng bởi nắng hướng Tây được khảo sát và đa số nhà phố tuân thủ quy định về độ vươn ban công. Hình 2.24 Số lượng nhà phố theo vật liệu và độ rỗng mặt lan can Hình 2.25 Vị trí ban công (/lô gia) trên mặt đứng với số lần xuất hiện tại các ô vị trí Hình 2.26 Số lượng nhà phố theo các kiểu mái che tại cao độ chuẩn mặt tiền Phần mái che tại cao độ chuẩn mặt tiền và mái che sân thượng là thành phần thuộc nhóm TPN cũng có ảnh hưởng đáng kể lên KGSD. Trong đó cao độ chuẩn mặt tiền được nêu rõ trong Quy định số 135/2007/QĐ-UBND về kiến trúc nhà liên kế trong khu đô thị hiện hữu trên địa bàn TP.HCM. Phần mái này thường kết hợp với sê 0 50 100 150 Sắt Inox Kính Gạch Vật liệu 0 20 40 60 80 0% ~ 35 % ~ 65% ~ 95% Độ rỗng 19 47 53 Sê nô BTCT thu nước mưa nhô ra so với ranh lộ giới Mái hắt nhô ra so với ranh lộ giới Không có phần nhô ra 71 nô thu nước và phần mái hắt nhằm chắn nước mưa tạt vào tường mặt đứng (Hình 2.26). Với mái che sân thượng, các đặc điểm về độ rỗng và vật liệu như Hình 2.27. Hình 2.27 Số lượng nhà phố theo độ rỗng và vật liệu mái che Hệ khung quảng cáo là thành phần thuộc nhóm TPĐ với các đặc điểm quan trọng như khoảng cách đến công trình, vật liệu bảng, vị trí trên mặt đứng, độ rỗng. Theo QCVN17:2013/BXD, bảng quảng cáo được xem là phương tiện để thể hiện các sản phẩm quảng cáo trên nhiều chất liệu và kích thước khác nhau, bao gồm bảng, biển, panô và hộp đèn được treo, lắp đặt độc lập hoặc gắn vào công trình xây dựng có sẵn. Bảng quảng cáo tấm lớn có diện tích một mặt từ 40𝑚2 trở lên, bảng quảng cáo tấm nhỏ có diện tích một mặt dưới 40𝑚2. Hình 2.28 Số lượng nhà phố theo khoảng cách xa nhất của hệ khung quảng cáo đến ranh lộ giới Bảng quảng cáo đặt tại mặt tiền nhà ở được chia làm 2 loại gồm bảng quảng cáo ngang và bảng quảng cáo dọc. Luận án này chỉ xét đến trường hợp bảng quảng cáo ngang do số lượng các nhà phố có loại bảng quảng cáo dọc rất ít. Thêm nữa, loại bảng quảng cáo dọc chỉ được phép nhô ra khỏi tường nhà ở tối đa 0, 2m nên ảnh hưởng không đáng kể đến tác động của khí hậu lên công trình. Theo quy định đối với bảng quảng cáo ngang, mỗi tầng chỉ được đặt 1 bảng với chiều cao tối đa 2m. Đối với chiều ngang, bảng quảng cáo không được vượt quá giới hạn chiều ngang mặt tiền nhà ở và mặt ngoài bảng quảng cáo nhô ra khỏi mặt tường tối đa 0.2m. Về cao độ, các bảng được quy định ốp sát vào ban công, mép dưới trùng với mép 30 32 34 36 0% ~ 35 % ~ 65 % Độ rỗng mái che sân thượng 0 50 100 Tôn Beton cốt thép Khung gỗ Kính cường lực Ngói Vật liệu mái che sân thượng 0 50 100 0,2 - 0,6 m 1,1 - 1,7 m > 1,7 m Khoảng cách xa nhất của hệ khung đến ranh lộ giới 72 dưới của sàn ban công hoặc mái hiên. Số liệu thống kê các đặc điểm của hệ khung quảng cáo được thể hiện qua các kết quả như sau: Hình 2.29 Số lượng nhà phố theo vật liệu bảng quảng cáo Với quy ước lấy mốc là ranh lộ giới để làm chuẩn, tiến hành thu thập số liệu về khoảng cách từ bảng quảng cáo đến ranh lộ giới. Vì ranh lộ giới thường trùng với trục của tường mặt đứng nên khoảng cách này được xem như là khoảng cách từ bảng quảng cáo đến tường mặt đứng. Hình 2.28 cho thấy chỉ có khoảng 10% bảng quảng cáo nằm cách công trình trên 1,7m. Nguyên nhân là theo quy định chung của thành phố thì độ vươn của ban công không vượt quá 1.4m và bảng quảng cáo không nhô ra quá 0.2m so với ban công. Số liệu thống kê còn cho thấy vật liệu cấu tạo nên bảng quảng cáo chủ yếu là hệ khung nhôm ốp tấm alu, không nhiều bảng quảng cáo sử dụng tấm tôn với hệ khung thép và các chất liệu khác như tấm bạt, mica... (Hình 2.29). Hình 2.30 Vị trí bảng quảng cáo trên mặt đứng với số lần xuất hiện tại các ô vị trí Do quy định mép dưới của bảng quảng cáo phải trùng mép dưới tầng 2, cao không quá 2m nên đa số bảng quảng cáo ở vị trí cao độ 4 như Hình 2.30. Độ rỗng bảng quảng cáo từ 0-35%, tuy nhiên hầu hết đều có độ rỗng rất thấp, chủ yếu là đặc. 0 50 100 150 Alu khung nhôm Mica khung gỗ Tôn khung thép Khác Tầng 4 Cao độ 10 Cao độ 9 Cao độ 8 Tầng 3 Cao độ 7 Cao độ 6 Cao độ 5 Tầng 2 Cao độ 4 Cao độ 3 Cao độ 2 Tầng 1 Cao độ 1 A B C D 73 Điều này dẫn đến mức độ đưa gió vào công trình thấp (một số công trình có cửa tầng trệt không mở hết tường mặt đứng nên phần còn lại có gắn quảng cáo ở thấp). Hệ lam che là một TPĐ được khảo sát. Đây là thành phần quan trọng được bố trí bên ngoài hoặc bên trong tường mặt đứng, ảnh hưởng lớn đến cấu trúc nếu có xuất hiện. Theo dữ liệu khảo sát, đa số các nhà phố nếu có hệ lam thì đều được bố trí bên ngoài tường mặt đứng. Hình 2.31 Vị trí hệ lam che trên mặt đứng và số lần xuất hiện tại các ô vị trí Hệ lam che được làm bằng các kiểu dáng (bố trí các thanh lam theo chiều dọc, ngang, gạch hoa gió/hệ lưới) và vật liệu khác nhau (Hình 2.32) làm giảm những tác động xấu lên mặt đứng như bức xạ nhiệt, ánh nắng mặt trời trực tiếp, ô nhiễm tiếng ồn, ô nhiễm ánh sáng, bụi và khói các phương tiện lưu thông trên đường. Bên cạnh đó, hệ lam che có những khoảng hở (độ rỗng) theo chủ đích nhằm đưa những yếu tố có lợi vào công trình như gió, ánh sáng gián tiếp (Hình 2.33). Hình 2.32 Số lượng nhà phố theo các kiểu và vật liệu lam che 0 10 20 30 Dọc Ngang Gạch hoa gió Khác Kiểu lam che 0 10 20 30 Sắt Inox Nhôm Gỗ Beton Dây leo Vật liệu lam che Cao độ 12 Cao độ 11 Tầng 4 Cao độ 10 Cao độ 9 Cao độ 8 Tầng 3 Cao độ 7 Cao độ 6 Cao độ 5 Tầng 2 Cao độ 4 Cao độ 3 Cao độ 2 Tầng 1 Cao độ 1 A B C D 74 Hình 2.33 Số lượng nhà phố theo độ rỗng hệ lam che Sân trống trước nhà (nếu có) là TPN quan trọng vì có khả năng thiết kế để giảm phản xạ các BXMT lên tường mặt đứng nên có tác động lớn đến KGBT. Các đặc điểm của phần sân trống ảnh hưởng đến quá trình phản xạ này là vật liệu bề mặt và độ lùi so với ranh lộ giới (diện tích mặt sân). Đa phần bề mặt sân trống được lát bằng gạch không nung “terrazzo”, số ít dùng bê tông hoặc đá nhám. Dựa trên khảo sát về khoảng lùi (Bảng 1.4), đa số sân trống trước nhà có độ lùi từ 1,4-4m. Hình 2.34 Số lượng nhà phố theo khoảng cách từ vòm lá đến tường mặt đứng Hình 2.35 Vị trí vòm lá trên mặt đứng với số lần xuất hiện tại các ô vị trí 0 50 35 - 50 % >50 - 75 % Độ rỗng lam che 0 50 100 Bồn cây ban công 1,2 - 2 m 2 - 4 m 4 - 5 m Khoảng cách gần nhất từ vòm lá đến tường mặt đứng Cao độ 15 Cao độ 14 Tầng 5 Cao độ 13 Cao độ 12 Cao độ 11 Tầng 4 Cao độ 10 Cao độ 9 Cao độ 8 Tầng 3 Cao độ 7 Cao độ 6 Cao độ 5 Tầng 2 Cao độ 4 Cao độ 3 Cao độ 2 Tầng 1 Cao độ 1 A B C D 75 Trong 201 nhà phố được khảo sát, thành phần cây xanh trồng trên sân trống trước nhà rất ít xuất hiện nhưng cây xanh trên vỉa hè xuất hiện khá nhiều. Do đó, có thể khảo sát các đặc điểm của cây xanh trên vỉa hè để áp dụng chung cho cây xanh trong sân do chúng có tác dụng tương tự nhau trong việc giảm thiểu tác động của môi trường đến mặt đứng. Bộ phận quan trọng của cây xanh là của vòm lá bao gồm vị trí, khối tích, độ rỗng. Thông thường những cây có tán thì độ rỗng thấp còn những cây không có tán thì độ rỗng cao. Độ rỗng vòm lá được lựa chọn trung bình là 55%. Các thông số còn lại cần khảo sát là vị trí vòm lá, thể hiện bằng khoảng cách gần nhất đến mặt đứng và khối tích của vòm lá, thể hiện qua tần suất xuất hiện trên mặt đứng công trình nhà phố. Ngoài ra, thành phần bồn cây ban công cũng ảnh hưởng đến vi khi hậu trong công trình nên cũng được tiến hành khảo sát. Hình 2.34 cho thấy đa phần vòm lá cây xanh (nếu có) cách công trình một khoảng từ 1,2-2m. Điều này có thể được lý giải bởi đa số các tuyến phố đều có độ vỉa hè dưới 6m (như trên). Hơn nữa, trong 201 công trình được khảo sát, có hơn 80 căn nhà có trồng cây tại ban công nhằm trang trí cho công trình cũng như giảm BXMT lên tường mặt đứng. Trên mặt đứng, cao độ của vòm lá cây xanh đa số từ vị trí cao độ 4 đến cao độ 7, không có nhiều cây thấp ngang tầng 1 cũng như tầng 4 hoặc 5 (Hình 2.35). 2.4.2 Tham số hóa cấu trúc (biểu diễn cấu trúc thành tham số) Với PPTS, kiến trúc cần được tham số hóa (biểu diễn) thành 1 HTTS. Thay đổi giá trị các tham số sẽ làm kiến trúc thay đổi trạng thái. Giá trị của các tham số khi kiến trúc đạt trạng thái mong muốn gọi là giá trị tham số tối ưu hoặc hoàn thiện. Hệ thống kiến trúc (trong giới hạn của luận án) là một hệ thống gồm công trình kiến trúc và môi trường khí hậu quanh nó (mục 2.2). Đây là một hệ thống có nhiều thành phần gồm các thành phần nội tại (thành phần kiến trúc: tường, cửa sổ, mái...) và thành phần ngoại vi (các yếu tố khí hậu: nắng, gió, mưa...). Các thành phần này có các đặc điểm riêng và có mối quan hệ bên trong và bên ngoài khác nhau được chia làm 2 loại gồm các mối quan hệ ngoại vi và các mối quan hệ nội tại (Hình 2.36). Các mối quan hệ ngoại vi là các mối quan hệ của kiến trúc với các yếu tố khí hậu. Các mối quan hệ nội tại là các mối quan hệ bên trong bản thân kiến trúc, là quan hệ giữa 76 các thành phần kiến trúc với nhau. Các đặc điểm và mối quan hệ ngoại vi được biểu diễn bởi HTTS tác động, các đặc điểm và mối quan hệ nội tại được biểu diễn bởi HTTS nội tại. Một HTTS của cấu trúc kiến trúc là sự kết hợp giữa HTTS tác động và HTTS nội tại (Hình 2.37). Hình 2.36 Mối quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống kiến trúc Hình 2.37 Xây dựng hệ thống tham số cho cấu trúc Tham số kiến trúc là các cơ sở dữ liệu về bản thân công trình kiến trúc như kích thước tổng, số tầng cao, độ nghiêng, độ vặn xoắn hoặc các dữ liệu về tính chất, đặc điểm của các thành phần, cấu kiện kiến trúc như vật liệu, màu sắc, hình dáng, khả năng cách nhiệt... Ngoài ra, tham số kiến trúc có thể là một dạng dữ liệu biểu diễn mối quan hệ giữa các thành phần kiến trúc như khoảng cách giữa các cấu kiện, tỉ lệ lỗ cửa và mặt tường, độ rỗng hệ chắn nắng Tham số khí hậu là các cơ sở dữ liệu về khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, lượng nắng, tốc độ gió xuất hiện trong thời gian dài ở một vùng miền xác Ngoại vi (khí hậu) (Tham số khí hậu) Nội tại (kiến trúc) (Tham số kiến trúc) (thành phần kiến trúc) (yếu tố khí hậu) (kiến trúc) (khí hậu) Biểu diễn Biểu diễn Biểu diễn 77 định. Theo tổ chức Khí tượng Thế giới (World Meteorological Organization - WMO), khí hậu trong nghĩa hẹp thường định nghĩa là "thời tiết trung bình" trong khoảng thời gian truyền thống là 30 năm, các số liệu thường xuyên được đưa ra là các biến đổi về nhiệt độ, lượng mưa và gió. Khí hậu trong nghĩa rộng hơn là một trạng thái, gồm thống kê mô tả của hệ thống khí hậu. Trong giới hạn của luận án, việc thay đổi giá trị các tham số để tìm ra kết quả chỉ diễn ra đối với các tham số kiến trúc, các tham số khí hậu được cho là cố định. Hệ thống tham số tác động (HTTSTĐ) là HTTS của những yếu tố ảnh hưởng đến các thành phần kiến trúc gồm (i) yếu tố tự nhiên, (ii) xã hội, (iii) công nghệ, (iv) quy hoạch và (v) thẩm mỹ. Nghiên cứu này chỉ xem xét một số yếu tố khí hậu (ánh sáng, bức xạ). Do đó, có thể gọi các tham số trong HTTSTĐ là tham số khí hậu. HTTSTĐ được xác định như sau: Bảng 2.2 Các nguồn tác động trong dạng tác động Bảng 2.3 Tham số hóa đặc tính nổi trội các nguồn tác động Bảng 2.4 Biểu diễn các dạng tác động thành hệ thống tham số tác động (HTTSTĐ) - Xác định các nguồn tác động nổi trội (nguồn tác động 1, nguồn tác động 2, nguồn tác động 3) trong các dạng tác động (Bảng 2.2); Tên các HTTSTĐ Các dạng tác động Nguồn tác động 1 Nguồn tác động 2 Nguồn tác động 3 HTTSTĐ 1 Dạng tác động 1 x x x HTTSTĐ 2 Dạng tác động 2 x x Không có HTTSTĐ 3 Dạng tác động 3 Không có x x Tên tham số Yếu tố tác động 1 Yếu tố tác động 2 Yếu tố tác động 3 ... Tham số đặc trưng tsA x Không có x Tham số đặc trưng tsB x x x Tham số đặc trưng tsC Không có x x ... Tên HTTSTĐ Dạng tác động Nguồn tác động 1 Nguồn tác động 2 Nguồn tác động 3 HTTSTĐ 1 Dạng tác động 1 tsa tsb tsb tsc tsa tsb tsc HTTSTĐ 2 Dạng tác động 2 tsa tsb tsb tsc HTTSTĐ 3 Dạng tác động 3 tsb tsc tsa tsb tsc 78 - Xác định đặc tính nổi trội của các nguồn tác động và tham số hóa các đặc tính đó thành các tham số đặc trưng (tsA, tsB, tsC) (Bảng 2.3) - Biểu diễn các dạng tác động thành HTTS tác động dựa vào kết quả 2 bước ở trên gồm các dạng tác động và các tham số đặc trưng (Bảng 2.4). Hệ thống tham số nội tại (HTTSNT) là các mối quan hệ và các đặc tính nổi trội của các thành phần bên trong bản thân của kiến trúc. Các mối quan hệ và đặc tính này được biểu diễn bằng một hệ thống gồm một số lượng các tham số gọi là HTTSNT. Các tham số trong HTTSNT có thể được gọi là tham số kiến trúc. Mỗi dạng kiến trúc có HTTSNT khác nhau. Khi cho giá trị các tham số này thay đổi thì kiến trúc cũng thay đổi và dạng kiến trúc cũng thay đổi theo. HTTSNT được xác định như sau: Bảng 2.5 Các thành phần nổi trội trong từng dạng kiến trúc Bảng 2.6 Các các tham số đặc trưng của thành phần kiến trúc Bảng 2.7 Hệ thống tham số nội tại (HTTSNT) ứng với từng dạng - Phân dạng kiến trúc cho phù hợp với mục đích nghiên cứu. - Lập bảng các thành phần nổi trội trong từng dạng (Bảng 2.5) - Lập bảng đặc trưng của các thành phần nổi trội và biểu diễn các đặc trưng đó thành các tham số đặc trưng (ví dụ ts1, ts2, ts3 ) (Bảng 2.6) - Lập bảng HTTSNT tương ứng với từng dạng Tên HTTSNT Tên dạng Thành phần 1 Thành phần 2 Thành phần 3 Thành phần 4 ... HTTSNT1 Dạng kiến trúc 1 x x Không có Không có HTTSNT2 Dạng kiến trúc 2 Không có x x x HTTSNT3 Dạng kiến trúc 3 x x x x ... Tên tham số Thành phần 1 Thành phần 2 Thành phần 3 Thành phần 4 ... Tham số đặc trưng ts1 x x x x Tham số đặc trưng ts2 x x Không có Không có Tham số đặc trưng ts3 x Không có x Không có ... Tên HTTSNT Tên dạng Thành phần 1 Thành phần 2 Thành phần 3 Thành phần 4 ... HTTSNT1 Dạng kiến trúc 1 ts1 ts2 ts3 ts1 ts2 HTTSNT2 Dạng kiến trúc 2 ts1 ts2 ts1 ts3 ts1 HTTSNT3 Dạng kiến trúc 3 ts1 ts2 ts3 ts1 ts2 ts1 ts3 ts1 79 Hệ thống tham số chung cho hệ thống kiến trúc là sự kết hợp của 1 HTTSTĐ và 1 HTTSNT như Bảng 2.8. Trong luận án này, các tham số khí hậu được quy ước là cố định và chỉ xét đến sự biến đổi giá trị của các tham số kiến trúc để đánh giá hiệu quả vi khí hậu bên trong. Do đó, xây dựng HTTS cho cấu trúc mặt đứng nhà phố được hiểu là xây dựng HTTSNT cho cấu trúc đó. Bảng 2.8 Biểu diễn hệ thống tham số của kiến trúc ứng với dạng kiến trúc 1 kết hợp với dạng tác động 2 Cơ sở đề xuất các giá trị khảo sát của tham số để tìm giá trị thích hợp PPTS là phương pháp thử với hàng loạt các giá trị khác nhau của tham số để tìm giá trị thích hợp nhất. Dưới sự trợ giúp của máy tính và phần mềm lập trình, quá trình thử các giá trị này diễn ra một cách liên tục và tuyến tính để thu được giá trị tối ưu của tham số. Tuy nhiên, do giới hạn về tài nguyên và thời gian nghiên cứu, luận án chỉ tiến hành thử một số giá trị khảo sát của tham số. Các giá trị tham số được lựa chọn khảo sát bao gồm các giá trị cực đoan và giá trị hiện trạng. Bảng 2.9 Đặc điểm chung của 8 thành phần mặt đứng nhà phố Cấu trúc HTTSNT1/dạng kiến trúc 1 HTTSTĐ2/dạng tác động 2 Thành phần 1 Thành phần 2 Yếu tố tác động 1 Yếu tố tác động 2 Hệ thống tham số ts1 ts2 ts3 ts1 ts2 tsa tsb tsb tsc Thành phần Đặc tính Tường mặt đứng Cửa sổ và cửa đi Ban công và lô gia Phần mái sân thượng hoặc mái che tại cao độ chuẩn Hệ khung quảng cáo Hệ lam che Sân trống Vòm lá cây xanh Độ vươn và độ lùi Lan can Khoảng cách Độ rộng 0,5 – 0,9 m Từ bảng quảng cáo đến tường 1,1 – 1,7 m Độ lùi 1,4-4m Từ cây đến tường 1,2-2m 1–1,2 m 0,2–0,6 m 4-6m 2 – 4 m Vật liệu Gạch nung Kính 1 lớp Kim loại Bê tông cốt thép Tấm nhựa mạ kim loại Bê tông gạch không nung Gạch Kim loại Độ rỗng 55% 65% 65% 0% 35 – 50% 55% 75% 35% 0% 50 -75% Cấu tạo 1 lớp gạch 200 Không có ô văng Ngang Dọc Ghi chú Nổi trội thứ 1 Nổi trội thứ 2 Không nổi trội Thành phần đứng Thành phần ngang 80 Giá trị hiện trạng của tham số thu được qua quá trình khảo sát hiện trạng và phân tích số liệu về mặt đứng nhà phố tại các khu vực ở TP.HCM để rút ra đặc điểm chung như Bảng 2.9. Các đặc điểm này được dùng làm cơ sở để phân tích và nhận định hệ thống mặt đứng nhà phố trên hiện trạng, xây dựng HTTS phù hợp và tính toán mô phỏng để tìm ra giá trị hiệu quả nhất. Các bước tham số hóa cấu trúc: - Xác định HTTSTĐ - Xác định HTTSNT - Kết hợp HTTSTĐ và HTTSNT thành HTTS cho cấu trúc (trong giới hạn của luận án, HTTSNT chính là HTTS của cấu trúc kiến trúc). - Chọn các giá trị khảo sát cho tham số trong HTTS. 2.4.3 Mô phỏng trên máy tính Phần mềm EnergyPlus được USDOE (Bộ Năng lượng Hoa Kỳ) bắt đầu phát triển từ 1996 và ra mắt vào năm 2001. Có thể xem đây là phần mềm tính toán và mô phỏng năng lượng toàn diện, bao gồm mô phỏng bức xạ nhiệt, hoạt động của các hệ thống HVAC, dự tính tổng năng lượng tiêu thụ, mô phỏng chi phí và vòng đời dự án, mô phỏng ánh sáng tự nhiên để TKNL, dự đoán lượng khí thải CO2, NOx, CO Tuy nhiên, EnergyPlus không có giao diện sử dụng thân thiện và được xem như một nền tảng bao gồm các phương pháp tính toán và các phương pháp mô phỏng để các bên khác sử dụng và tạo nên phần mềm của riêng mình. Hiện nay, rất nhiều phần mềm mô phỏng năng lượng danh tiếng sử dụng mã nguồn của EnergyPlus để làm lõi tính toán như DesignBuilder, Openstudio Phần mềm DesignBuilder được lựa chọn để làm giao diện người dùng trong việc mô phỏng. Phần mềm này hỗ trợ rất tốt cho giới KTS vì tính trực quan, dễ sử dụng và các gói lập trình cộng thêm. Giá trị đầu vào bao gồm dữ liệu về khí hậu địa phương và mô hình năng lượng (mô hình định lượng) của tòa nhà, kết quả đầu ra là rất nhiều các giá trị về năng lượng. Tuy nhiên, trong luận án này, chỉ có lượng BXMT, thông gió và ánh sáng tự nhiên được tập trung nghiên cứu. 81 Mô phỏng nhiệt: phần mềm Energy Plus có khả năng cho ra các giá trị về BXMT bao gồm lượng nhiệt xuyên qua lỗ rỗng trên lớp vỏ, lượng nhiệt truyền qua kết cấu, tổng lượng nhiệt nhận được bên trong công trình Mô phỏng ánh sáng tự nhiên ban ngày: phần mềm Energy Plus có khả năng cho ra các giá trị về ánh sáng tự nhiên ban ngày như độ rọi, cường độ ánh sáng trong các tòa nhà. Ngoài ra, đường chuyển động biểu kiến của mặt trời và bóng đổ cũng được mô phỏng và tính toán để cho ra các kết quả trực quan. Đối với nghiên cứu này, ánh sáng ban đêm không được xem xét. Mô phỏng sự thông gió: phần mềm DesignBuilder (với module CFD) có thể biểu diễn sự thông gió rất chính xác và trực quan thông qua các vector gió hoặc màu sắc khác nhau. Các dữ liệu về vận tốc gió tại điểm khảo sát, áp lực gió lên tường, hướng gió được thể hiện cụ thể và chính xác dựa số lần thực hiện mô phỏng và độ phân giải khác nhau. Các bước mô phỏng: - Nhập vị trí địa điểm và dữ liệu thời tiết của địa điểm (tải về từ trang web của các tổ chức thu thập dữ liệu uy tín) vào phần mềm. - Nhập mô hình năng lượng của công trình bao gồm các vùng không gian khảo sát, vỏ bao che, vách ngăn chia, vật liệu, hệ thống HVAC, mẫu hoạt động của con người trong vùng không gian khảo sát - Phát lệnh cho máy tính chạy mô phỏng để thu được các kết quả về ánh sáng, nhiệt, năng lượng, thông gió, nhiệt, dự toán chi phí - Xuất kết quả mô phỏng vào các phần mềm phân tích dữ liệu và lưu trữ. 2.4.4 Xử lý dữ liệu mô phỏng Các dữ liệu được xuất ra từ các phần mềm mô phỏng như lượng BXMT (kW), vận tốc gió (m/s) hay độ rọi (lux) được gọi là những dữ liệu thô. Dữ liệu ở dạng thô không đem lại nhiều giá trị hữu ích đối với tổ chức/doanh nghiệp hay KTS mà cần xử lý thông qua quá trình thu thập và chuyển nó thành thông tin có thể sử dụng được. Sau khi thu thập, dữ liệu lần lượt trải qua các bước lọc, sắp xếp, phân tích, lưu trữ và sau đó được trình bày ở định dạng có thể đọc được. Có ba phương pháp xử lý dữ liệu phổ biến – thủ công, cơ học và điện tử: 82 Xử lý dữ liệu thủ công - Trong phương pháp này, dữ liệu được xử lý thủ công. Toàn bộ quá trình thu thập dữ liệu, lọc, sắp xếp, tính toán và phân tích đều được thực hiện với sự can thiệp của con người mà không sử dụng bất kỳ thiết bị điện tử hay phần mềm tự động