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

an 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 động rất lớn trong việc làm giảm nhẹ ảnh hưởng của khí hậu bên ngoài đến công trình. Hình dáng của công trình cũng ảnh hưởng đến tiêu thụ nhiệt của công trình bởi vì mối quan hệ giữa tường ngoài và diện tích sàn. Màu sắc vật liệu lớp vỏ công trình có thể tăng cường phản xạ ánh sáng mặt trời và sự hấp thụ của vật liệu và do đó kết quả là nhiệt được truyền qua. Có ba yếu tố được xem xét dưới đây: Mức độ cách nhiệt: Sự kết hợp một cách đặc biệt giữa các thành phần kết cấu cùng với những ô thoáng thông gió sẽ giúp công trình sử dụng năng lượng có hiệu quả (ấm hơn vào mùa đông và mát hơn vào mùa hè) Cách nhiệt cho lớp vỏ công trình là một phần quan trọng trong thiết kế nhà ở thấp tầng sử dụng năng lượng hiệu quả. Nhà nghiên cưu Victoria cho rằng những công trình được cách nhiệt luôn ấm hơn vào mùa đông và mát hơn vào mùa hè so với những công trình bình thường. Cách nhiệt cho mái hết sức quan trọng bởi mái nhà là kết cấu chịu bức xạ mặt trời lớn nhất so với các tường cả về trị sỗ lẫn thời gian. Theo số liệu thực tế, lượng nhiệt truyền qua mái vào trong phòng có thể gấp từ 5 đến 9 lần qua tường. Vì vậy giải quyết tốt cách nhiệt cho mái có ý nghĩa rất lớn đối với chế độ vi khí hậu trong các phòng tầng trên cùng. Một lớp phản xạ cách nhiệt dưới lớp mái thông thường chỉ làm giảm sự truyền nhiệt vào trong nhà vào mùa hè nhưng có rất ít tác dụng vào mùa đông bởi vì lớp phản xạ cách nhiệt này có tác dụng ngăn ánh sáng mặt trời vào trong nhà nhiều hơn là ngăn sự truyền nhiệt từ trong nhà ra ngoài vào mùa đông. Theo Givoni (1994) một lớp cách nhiệt nên đặt bên trên trần với một lớp đệm không khí bên trên, điều này sẽ cách nhiệt hiệu quả hơn mùa đông lẫn mùa hè. Tuy nhiên, bằng cách đó sẽ làm giảm sự truyền nhiệt nóng từ trong nhà ra ngoài trời vào buổi tối mùa hè. Cách nhiệt cho tường cũng là một phần quan trọng trong công trình. Vai trò chịu bức xạ mặt trời của tường theo các hướng khác nhau không giống nhau. Các tường đông và tây chịu bức xạ mặt trời lớn nhất, bức xạ mặt trời trên tường bắc và nam thay đổi theo vĩ độ. Cũng giống như với mái nhà, tường cần cách nhiệt tốt , không giữ nhiệt và thải nhiệt nhanh. Đồng thời cũng cần giảm bức xạ mặt trời chiếu lên mặt tường để giảm nhiệt độ tổng trên mặt tường đó. Sự truyền nhiệt qua cửa sổ sẽ giảm đáng kể khi sử dụng kính phản xạ nhiệt hoặc kính hai lớp (Pupilli 1993). Sự truyền nhiệt qua cửa kính còn phụ thuộc vào bóng đổ xung quanh cửa kính. Bóng đổ ngoài công trình, một phần không thể thiếu của vỏ ngoài của công trình, với mái hiên sẽ tạo ra một hình thức linh hoạt của bóng đổ ngoài công trình. Hình dáng công trình: Hình dáng công trình là kết quả của ảnh hưởng lẫn nhau giữa những sự xem xét về công năng, kĩ thuật và thẩm mĩ và đôi khi bao gồm những cân nhắc về môi trường. nếu như những cân nhắc về môi trường được kết hợp chặt chẽ một cách thành công vào hình thức công trình, theo European Commission Directorate General XV 11(1999), chiến dịch làm lạnh thụ động phải được đưa vào trong những cân nhắc trong lớp vỏ công trình ở giai đoạn đầu tiên. Màu sắc công trình: Màu sáng phản xạ nhiệt và hơi nóng, màu sẫm hấp thụ nhiệt. Cole (1997) đã chỉ ra sự ảnh hưởng của màu sắc đến hiệu suất của lớp vỏ công trình khi thiết kế hiệu quả năng lượng. Màu ánh sáng tăng cường ảnh hưởng ánh nắng mặt trời ở mái hoặc tường vào mùa hè bằng cách tăng thêm phản xạ. mặt khác, vào mùa đông màu sắc của bề mặt của sàn lát và bóng đổ xung quanh cửa sổ cũng tăng thêm lượng ánh sáng phản xạ qua cửa sổ. 2.3.6 Sử dụng năng lượng tái tạo: Năng lượng mặt trời , năng lượng gió, địa nhiệt, biogas 2.4 Cơ sở pháp lý, quy chuẩn tiêu chuẩn về tiết kiệm năng lượng Phát triển bền vững đã được quan tâm ở Việt Nam từ đầu những năm 1990. Chính phủ đã ban hành "kế hoạch Quốc gia về môi trường và phát triển bề vững giai đoạn 1991-2000 tại quyết định số 187-CT ngày 12/6/1991. Cùng trong mối quan tâm chung với cộng đồng thế giới, Việt Nam tham gia hội nghị thượng đỉnh ở Rio và cam kết thực hiện chương trình nghị sự 21 ở Việt Nam. Đối với vấn đề tiết kiệm năng lượng, ủy ban thường vụ Quốc hội khóa X đã ban hành Pháp lệnh số 02/1998/PL-UBTVQH10 ngày 26/2/1998 về việc thực hành tiết kiệm chống lãng phí. Pháp lệnh quy định "Mọi công dân có nghĩa vụ thực hành tiết kiệm trong sản xuất tiêu dùng ". Chính phủ đã có nghị định số 102/2003/NĐ-CP ngày 3/9/1003 về " sử dụng năng lượng tiết kiệm và có hiệu quả ". Trong đó đối với lĩnh vực xây dựng:"Tổ chức cá nhân tham gia tư vấn thiết kế, đầu tư, xây dựng có trách nhiệm tận dụng các điều kiện tự nhiên hoặc các giải pháp cấu tạo kiến trúc thích hợp, bố trí hợp lý các trang thiết bị nhằm giảm tiêu hao năng lượng". Luật điện lực đã được quốc hội khóa IX thông qua, có hiệu lực thi hành từ 1/7/2005 trong đó đã dành một chương (chương III)quy định về tiết kiệm trong phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng. Trong lĩnh vực kiến trúc Bộ Xây Dựng đã ban hành Quy chuẩn QCXDVN 09:2005 "Quy chuẩn xây dựng Việt Nam - các công trình sử dụng năng lượng có hiệu quả ". Bên cạnh đó, Bộ xây dựng cũng có một số quy định tiêu chuẩn về một số vấn đề cụ thể như: Thông gió- điều tiết không khí - sưởi ấm(TCXD VN 5937:1995), nhà ở và công trình công cộng - các thông số vi khí hậu trong vùng (TCXDVN 306:2004). Tóm lại, hệ thống các văn bản quy phạm và các quy chuẩn về các vấn đề thiết kế kiến trúc tiết kiệm năng lượng, thiết kế kiến trúc bảo vệ môi trường sinh thái còn chưa đâỳ đủ dẫn đến còn nhiều khó khăn trong thực tiễn phát triển kiến trúc hiệu quả năng lượng trong xã hội. [4], [5] Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả số 502010QH12 ngày 28/06/2010 (Luật số: 50/2010/QH12). Luật này quy định về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; chính sách, biện pháp thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; quyền, nghĩa vụ, trách nhiệm của tổ chức, hộ gia đình, cá nhân trong sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Luật này áp dụng đối với tổ chức, hộ gia đình, cá nhân sử dụng năng lượng tại Việt Nam. 2.5 Yếu tố văn hoá xã hội - Thói quen làm việc và giao tiếp của người Hà Nội: Trong quá trình phát triển nhà ở thấp tầng, người ta đã hình thành ý thức về yếu tố văn hoá truyền thống tại địa phương, trong việc xác lập hình thức kiến trúc nhà ở với tư cách là một thể loại công trình quan trọng trong đô thị hiện đại. Mối liên hệ với truyền thống có thể được biểu hiện dưới nhiều hình thức khác nhau như tổ chức không gian, khai thác đặc điểm kiến trúc đặc trưng hay tông mầu trong cơ cấu đô thị sẵn có..... Ngoài ra phong tục tập quán và lối sống cũ cũng ảnh hưởng đến thiết kế kiến trúc nhà ở, đặc biệt là trong cách thức tổ chức không gian giao thông, không gian giao lưu văn hoá.... Lối sống quen thuộc cổ truyền của người Việt, cũng giống như các cộng đồng dân cư khác là theo phương ngang, với các quan hệ xóm giềng, làng xã, họ mạc. Nhà ở không chỉ là nơi trú mưa che nắng, mà còn là nơi tư duy, sáng tạo, nơi giao lưu cùng bạn bè, làng xóm, nơi mà con người ta được quyền thể hiện rõ cái tôi của mình; là nơi thư giãn, nghỉ ngơi sau những giờ làm việc căng thẳng ngoài xã hội. Đó là nơi cần có những không gian tràn đầy thiên nhiên, giúp thư giãn tâm hồn. Nhà ở là nơi gắn bó thân thiết với con người, nơi mà họ sống, gắn bó phần lớn thời gian của cuộc đời mình ở đó. Chính vì vậy nhà ở cần phải thiết kế sao cho hoà nhập tối đa với thiên nhiên, thân thiện với môi trường và bà con lối xóm. Hà Nội có lịch sử hình thành và phát triển từ khá lâu, nhưng quá trình hình thành đô thị hoá thực sự mới bắt đầu. Quy hoạch tổng thể phát triển đô thị Hà Nội chủ yếu mới dựa trên cơ sở đáp ứng các mục tiêu kinh tế văn hoá xã hội, và hoạch định không gian hành chính mà chưa thực sự dựa trên các yếu tố phát triển bền vững trong quá trình đô thị hoá. Hà Nội đang chuyển từ một thành phố tiêu dùng sang một thành phố công nghiệp – dịch vụ. Kết quả điều tra một mẫu 70 gia đình, được chọn ngẫu nghiên cho thấy 5 nhóm nghề nghiệp chính: thợ thủ công ( 8,5%), người làm dịch vụ và buôn bán ( 40%), công nhân viên chức nhà nước (31%), người về hưu và các ngành nghề khác (20%). Tóm lại, đặc điểm của cư dân Hà Nội là có rất nhiều nguồn gốc xuất xứ khác nhau, nhưng trong quá trình sinh sống, hoà nhập, lâu dần cũng ảnh hưởng lẫn nhau. Những dị biệt, có nguồn gốc địa phương, như thổ ngữ, tác phong cách ăn mặc.... nhanh chóng bị mai một; những tính trội như lối sống phong cách ứng xử, phong tục tập quán, được tiếp thu, phát triển thành thói quen, lâu dần trở thành tính cách chung của đa số người dân đô thị ở Hà Nội, trong đó có thói quen gắn bó với thiên nhiên, với cảnh quan bên ngoài nhà, thích tiếp xúc tiếp cận với cây xanh, mặt nước, luôn tìm mọi cách đưa cây xanh mặt nước gia cầm muông thú vào nơi ở. Quá trình đô thị hoá làm cho thiên nhiên ngày càng xa rời con người, làm con người nảy sinh tâm lý khao khát thiên nhiên, muốn được trở lại sống trong lòng thiên nhiên. 2. 6 Một số công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo 2.6.1 Công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời: Về nguồn năng lượng mặt trời, do có vị trí địa lý thuận lợi, Việt Nam nằm trong khoảng 80-230 vĩ độ Bắc thuộc khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa. Số giờ nắng trung bình khoảng 2000 ÷ 2500 giờ/năm, tổng năng lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150kCal/cm2.năm, tiềm năng lý thuyết được đán/852dh giá khoảng 43,9 tỷ TOE/năm. Có thể sử dụng năng lượng mặt trời theo các dạng như: Pin mặt trời để phát điện, hệ thống đun nước nóng mặt trời, lò sấy bằng năng lượng mặt trời... Điều đó làm giảm tải cho điện lưới quốc gia, và tiết kiệm chi phí cho người tiêu dùng và nhà nước cho việc sản xuất điện vào giờ cao điểm. Pin năng lượng mặt trời Hình 2-3. Các ứng dụng của pin năng lượng mặt trời. Ngày nay nguồn năng lượng sạch là năng lượng mặt trời được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các thể loại công trình xây dựng. Vì công nghệ sản xuất pin năng lượng mặt trời không còn khó và chi phí không còn đắt như trước nữa, Trong một tương lai gần. Pin năng lượng mặt trời sẽ được ứng dụng để tiết kiệm năng lượng trong các công trình xây dựng. Trong số các hệ thống sản xuất điện năng từ năng lượng mặt trời hiện có thì công nghệ sử dụng pin quang điện là tiên tiến nhất. Pin quang điện là các thiết bị phi cơ học chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành điện năng có thể sử dụng trực tiếp. Hình 2-3. Ứng dụng của pin năng lượng mặt trời Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này được dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hoà tự động các quá trình nạp điện vào ắc-quy và phóng điện từ ắc-quy ra các thiết bị điện một chiều (DC). Trường hợp công suất giàn pin đủ lớn, trong mạch điện sẽ được lắp thêm bộ đổi điện để chuyển dòng một chiều thành dòng xoay chiều (AC), chạy được thêm nhiều thiết bị điện gia dụng (đèn, quạt, radio, TV…). Phần lớn pin quang điện làm bằng silicon, va co 3 loại pin quang điện chính dùng trong thương mại hiện có trên thị trường hiện nay: đơn tinh thể, đa tinh thể, màng phim mỏng. Bình thái dương năng: Nguyên lý hoạt động: Bình hoạt động theo nguyên lý tuần hoàn tự nhiên. Bình bảo ôn được đặt cao hơn dàn ống hấp thụ năng lượng mặt trời. Khi bức xạ mặt trời chiếu vào ống hấp thụ, nhiệt độ nước nằm bên trong ống tăng lên nhanh chóng, mật độ các phân tử nước dãn ra làm cho trọng lượng riêng của phần nước nóng này giảm xuống. Nước nóng nhẹ hơn này sẽ tự chuyển động lên phía đầu trên của ống hấp thụ và đi sang bình bảo ôn. Đồng thời lúc này phần nước lạnh, có tỷ trọng lớn hơn nằm ở phía đáy bình bảo ôn sẽ chyển động sang ống và di chuyển về phía đáy của ống để lấp chỗ trống. Phần nước lạnh này đến lượt mình lại được làm nóng nhờ bức xạ mặt trời do ống hấp thụ thu được và chuyển động lên trên đầu ống và về trở lại bình bảo ôn. Lưu chuyển nước nóng-lạnh như trên diễn ra một cách tự nhiên, liên tục làm nước lạnh chứa trong bình bảo ôn được đun nóng. Nguyên lý tuần hoàn tự nhiên được mô phỏng trong mô hình sau: Hình 2-4. Nguyên lý hoạt động của bình thái dương năng. 2. 6.2 Công nghệ sử dụng năng lượng gió Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời kỳ Cổ đại. Năng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay. Con người đã dùng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ra năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió. Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi bộ môn cơ học dòng chảy tiếp tục phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh quạt cũng được chế tạo đặc biệt hơn. Ngày nay người ta gọi đó tuốc bin gió, khái niệm cối xay gió không còn phù hợp nữa vì chúng không còn có thiết bị nghiền. Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các tuốc bin gió hiện đại. Vì gió không thổi đều đặn nên năng lượng điện phát sinh từ các tuốc bin gió chỉ có thể được sử dụng kết hợp chung với các nguồn năng lượng khác để cung cấp năng lượng liên tục. Chúng ta cần kết hợp với dự trữ bằng cách tích trữ năng lượng gió tạo ra bằng các thiết bị lưu trữ như: dùng gió để bơm nước lên các hồ chứa nước, hoặc nén khí vào bình sử dụng khi cần lại xả khí để tạo ra nguồn năng lượng cần thiết, hoặc lưu vào ắc quy...... Hình 2-5. Cấu tạo tuabin gió Cấu tạo tuabin gió:       Bao gồm các phần chính sau đây: - Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu khiển. - Blades: Cánh quạt. Gió thổi qua các cánh quạt và là nguyên nhân làm cho các cánh quạt chuyển động và quay. - Brake: Bộ hãm (phanh). Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng điện, bằng sức nước hoặc bằng động cơ. - Controller: Bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió khoảng 8 đến 14 dặm/giờ tương ứng với 12 km/h đến 22 km/h và tắc động cơ khoảng 65 dặm/giờ tương đương với 104 km/h bởi vì các máy phát này có thể phát nóng. - Gear box: Hộp số. Bánh răng được nối với trục có tốc độ thấp với trục có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/ phút, tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản xuất ra điện. Bộ bánh răng này rất đắt tiền nó là một phần của bộ động cơ và tuabin gió. - Generator: Máy phát. Phát ra điện - High - speed shaft: Trục truyền động của máy phát ở tốc độ cao . - Low - speed shaft: Trục quay tốc độ thấp . - Nacelle: Vỏ. Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ được dặt trên đỉnh trụ và bao gồm các phần: gear box, low and high - speed shafts, generator, controller, and brake. Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ. Một số vỏ phải đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc. - Pitch: Bước răng. Cánh được xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay trong gió không quá cao hay quá thấp để tạo ra điện. - Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục. - Tower: Trụ đỡ Nacelle. Được làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn bằng thép. Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn. - Wind vane: Để xử lý hướng gió và liên lạc với "yaw drive" để định hướng tuabin gió. - Yaw drive: Dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự thay đổi hướng gió.- Yaw motor: Động cơ cung cấp cho "yaw drive" định được hướng gió. Các tuabin gió hiện nay được chia thành hai loại: - Một loại theo trục đứng giống như máy bay trực thăng.- Một loại theo trục ngang .       Các loại tuabin gió trục ngang là loại phổ biến có 2 hay 3 cánh quạt. Tuabin gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hướng về chiều gió đang thổi. Ngày nay tuabin gió 3 cánh quạt được sử dụng rộng rãi. Nguyên lý hoạt động của các tuabin gió: Các tuabin gió tạo ra điện như thế nào?      Các tuabin gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản. Năng lượng của gió làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 rotor. Mà rotor được nối với trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục quay máy phát để tạo ra điện.     Các tuabin gió được đặt trên trụ cao để thu hầu hết năng lượng gió. Ở tốc độ 30 mét trên mặt đất thì các tuabin gió thuận lợi: Tốc độ nhanh hơn và ít bị các luồng gió bất thường. 2.6.3 Hầm biogas Biogas hay khí sinh học là sản phẩm của quá trình lên men phân động vật và các phế thải hữa cơ khác. Thành phần chủ yếu của biogas gồm khoảng 50-70% Metan và 30 - 45% CO2 và một phần nhỏ chất lưu huỳnh. Tỷ lệ giữa các chất trong hỗn hợp phụ thuộc vào loại nguyên liệu và diễn biến của quá trình sinh học. Nguồn Biogass: gỗ, thân cây, cành cây, rơm rạ, phân gia súc, Các quá trình chế biến: nhiệt phân, lên men, yếm khí, … Nhiên liệu trung gian: than củi, khí tổng hợp, khí metan, nhiên liệu lỏng, etanol, … Nhiên liệu Biomass Nhiệt năng Điện năng Cơ năng Động cơ nhiệt Máy phát điện Hình 2-6. Quá trình hình thành khí biogas. Hình 2-7. Cấu tạo hầm biogas Hình 2-8. Ứng dụng khí biogas trong đời sống 2. 6.4 Công nghệ sử dụng năng lượng địa nhiệt Địa nhiệt được coi là nguồn năng lượng tái tạo và sạch đã được sử dụng phổ biến trên thế giới, song tại Việt Nam, nguồn năng lượng này đang bị bỏ quên, chưa được tận dụng và khai thác một cách có hệ thống. Ở Việt Nam, theo ước tính của Viện Địa Chất, tiêu thụ cho điều hòa không khí đạt 2,5 tỷ kWh. Nếu khai thác địa nhiệt bằng công nghệ bơm nhiệt đất, ít nhất sẽ tiết kiệm được 1/3 lượng điện trên. Nếu giá điện là 2.000 đồng một kWh, mỗi năm sẽ tiết kiệm được 1.600 tỷ đồng. Tuy nhiên, chỉ duy nhất tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia Mỹ Đình đang sử dụng một phần rất nhỏ nguồn địa nhiệt để làm lạnh. Việc sử dụng địa nhiệt còn giảm phát thải ít nhất 250.000 tấn CO2 mỗi năm. Hơn nữa, địa nhiệt không chỉ được sử dụng vào mục đích trung hòa nhiệt, đáp ứng nhu cầu nghỉ dưỡng mà còn có thể dùng cho mục đích phát điện.     Phương pháp khai thác nguồn năng lượng quý giá này cũng không hề phức tạp. Chỉ cần khoan vào lòng đất tới tầng trung hòa, đưa các thiết bị để cộng hưởng không khí làm lạnh xuống đối với quy mô làm lạnh lớn. Sau đó, bơm ép không khí từ phía trên xuống tầng này và đưa trở lại phòng sử dụng.  Hình 2-9. Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện địa nhiệt Tại Hà Nội, tầng sâu từ 15 – 80 m dưới mặt đất có nhiệt độ ổn định quanh năm từ 25 – 27 độ C và không bị ảnh hưởng bởi thời tiết và nhiệt độ đang có bên ngoài. Ví dụ mùa hè nhiệt độ trung bình là 32oC, việc điều tiết nhiệt độ phòng ở tới 26oC chỉ đơn giản là bơm nhiệt đất bình thường. Khi yêu cầu nhiệt độ phòng ở hoặc phòng thí nghiệm cần thấp hơn 26 độ C, sẽ phải có chế độ điều biến tương tự như hệ thống điều hòa truyền thống, song sẽ đơn giản và tiêu hao nhiên liệu ít hơn hệ điều hòa không khí đang được sử dụng phổ biến ở các tòa nhà hiện nay. Đối với công nghệ phát điện nhiệt độ thấp, công suất nhỏ, chỉ cần nhiệt độ khoảng 100 độ C. Trong khi ở nhiều vùng, có địa nhiệt nhiệt độ đạt tới 160 độ C, hoàn toàn có thể xây dựng các nhà máy phát điện. Thêm vào đó nhà máy địa nhiệt chiếm diện tích xây dựng ít hơn gần ba lần so với nhà máy nhiệt điện chạy bằng than có cùng công suất. CHƯƠNG 3: KIẾN NGHỊ CÁC GIẢI PHÁP QUY HOẠCH, KIẾN TRÚC NHÀ Ở THẤP TẦNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TỰ NHIÊN VÀ TÁI TẠO TẠI HÀ NỘI. 3.1 Quan điểm cần phát triển nhà ở sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo Các chương 1 và 2 luận văn đã lần lượt phân tích các khái niệm và thực tiễn về nhà ở sử dụng năng lượng tái tạo, nhà ở năng lượng bằng không, các biện pháp thiết kế thụ động, nhà ở sử dụng năng lượng hiệu quả và cuối cùng là các tiêu chí thiết kế nhà ở sử dụng năng lượng tái tạo. Qua những phân tích trên có thể thấy rằng nhà ở sử dụng năng lượng tái tạo nếu xét ở nhiều khía cạnh khác nhau sẽ có những góc độ nhìn nhận rất đa dạng. Tuy nhiên, tựu chung lại nhà ở sử dụng năng lượng tái tạo là căn nhà tiêu thụ mức năng lượng thấp, tác động đến môi trường thấp nhất, giảm chi phí dành cho năng lượng, giảm tải nhu cầu năng lượng cho đất nước nhưng lại tạo cho con người ở một mức tiện nghi, vi khí hậu tốt nhất. sẽ dễ dàng hơn nếu như đưa ra một "mô hình" lý thuyết kiến trúc cho nhà ở hiệu quả năng lượng, điều này như một tham khảo khi áp dụng vào thiết kế cũng như thi công, bao gồm toàn bộ các vấn đề đã nêu ở trên. Mặt khác khi ta quan tâm nhiều hơn và sử dụng năng lượng tự nhiên năng lượng tái tạo thì có nghĩa chúng ta đã góp phần vào vấn đề sử dụng tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành tạo ra năng lượng điện, bảo vệ môi trường, giảm phát thải khí CO2, dẫn đến giảm tác động đến vấn đề biến đổi khí hậu. Theo quan niệm của đề tài mô hình kiến trúc nhà ở sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo tại Hà Nội chính là mô hình kiến trúc phải đáp ứng 3 yếu tố sau: Tận dụng năng lượng tự nhiên thông qua các giải pháp thiết kế thụ động, tổ chức thông gió tự nhiên, tận dụng nước mưa. Áp dụng các công nghệ năng lượng tái tạo trong nhà ở để hạn chế tiêu thụ điện năng trong sinh hoạt. Kết hợp các giải pháp quy hoạch, kiến trúc và sử dụng các trang thiết bị có hiệu suất năng lượng. 3.2 Đề xuất các giải pháp quy hoạch, kiến trúc nhà ở thấp tầng sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo Trên cơ sở kinh nghiệm trong nước và trên thế giới, đối chiếu 8 chỉ tiêu đã nêu ở chương 2, đối chiếu các vấn đề nhà ở, sử dụng năng lượng và đối tượng sử dụng năng lượng hiệu quả tại Hà Nội Những nguyên tắc chung được chia làm hai mức độ: + Những nguyên tắc thiết kế được phát triển dựa trên những nguyên tắc thiết kế truyền thống. Những nguyên tắc thiết kế này nhằm đáp ứng các tiêu chí về thiết kế bị động(passive design) + Sử dụng công nghệ sử dụng được nguồn năng lượng tái tạo , năng lượng sạch cho hoạt động của căn nhà(trang thiết bị). Những nguyên tắc thiết kế nhằm đáp ứng các tiêu chí thiết kế chủ động (active design). 3.2.1 Giải pháp quy hoạch, cây xanh và khoảng trống Nguyên tắc thiết kế: + Giải quyết tốt thông gió tự nhiên trong quy hoạch nhóm nhà ở thấp tầng bao gồm các nguyên tắc sau: - Cần nghiên cứu quỹ đạo mặt trời để định hướng công trình để giảm thiểu bức xạ mặt trời lên công trình vào mùa hè. - Xác định khoảng cách giữa các công trình hợp lý để vừa thỏa mãn yêu cầu kinh tế, vừa thỏa mãn yêu cầu sử dụng, đảm bảo về mặt thông gió. - Nên tổ chức mặt bằng các công trình theo kiểu cài răng lược song song với góc độ gió thổi, với cách bố trí này việc thông gió sẽ đạt hiệu quả cao. - Lợi dụng mạng lưới giao thông làm đường thông gió. - Bố trí ao, hồ đầu hướng gió để tạo gió mát. - Khai thác các kinh nghiệm truyền thống trong tổ chức sân trong, ao trong mỗi căn hộ để tạo vi khí hậu tốt nhất. - Tận dụng đặc điểm vị trí xây dựng tổ chức các không gian đều có thể đón gió mát (sapodila house) -Thiết kế hướng và vị trí công trình kết hợp với đặc điểm khu đất tạo hiệu quả thông gió. - Bố trí cây xanh trong quy hoạch nhà ở thấp tầng nên dựa trên các cơ sở như: che nắng cho công trình, giảm bức xạ có hại, tọa bóng mát, giảm nhiệt độ cho công trình, không cản gió mát vào mùa hè và chắn gió lạnh vào mùa đông - Những mặt có hướng gió mát như nam, đông nam nên trồng cây có tán lá cao hớn để không cản gió và ngược lại với phía bắc và đông bắc. Giải pháp quy hoạch: Nếu như có giải pháp thiết kế quy hoạch, cây xanh khoảng trống tốt sẽ: - Giảm năng lượng tiêu thụ để làm lạnh vào mùa hè và làm sưởi ấm vào mùa đông. - Giảm thiểu tác động của gió lạnh mùa đông và nắng mùa hè - Kiểm soát được tiếng ồn và ô nhiễm không khí Các giải pháp thiết kế quy hoạch, không gian và khoảng trống: Giải pháp bố cục hợp khối và tổ chức không gian: Bố cục các công trình quan trọng trong sự ảnh hưởng đến môi trường xung quanh và ngược lại. Bằng vị trí của mình, công trình gây ra vận tốc và cấu trúc chuyển động khí đặc trưng khi chúng đi lệch xung quanh nó. Không gian giữa các tòa nhà tác động lên luồng không khí di chuyển dọc theo mặt đất thành những dải hẹp. do đó những công trình nối tiếp nhau không nhận được gió đáng kể. vậy giải pháp bố cục hợp khối tốt nhất là : - Tổ hợp hình khối công trình để không tạo cản trở gió lưu thông khu vực và gây hiệu ứng gió quẩn, hạn chế tối thiểu bức xạ nhiệt thu nhiệt và đón gió tối đa về mùa hè. Giảm tối đa gió lạnh làm thất thoát nhiệt về mùa hè. Hình 3-1. Giải pháp bố cục xen kẽ sân trong trong nhà ở ghép hộ. - Sử dụng sân vườn cho mỗi công trình phía nam hoặc đông nam có hướng gió vào mùa hè tốt - Hướng công trình là nam hoặc đông nam để giảm thiểu bức xạ nhiệt nhưng chiếu sáng tự nhiên tốt nhất để giảm tiêu thụ năng lượng chiếu sáng ban ngày. - Giải pháp bố cục , hướng mặt tiền công trình đón gió đông nam hoặc nam -Giải pháp bố cục kiểu cài răng lược -Giải pháp bố cục xem kẽ sân trong nhà ghép hộ Hình 3-2. Tạo không gian sân trong và trồng cây xanh cho công trình Giải pháp sử dụng các yếu tố cây xanh mặt nước: Sử dụng yếu tố cây xanh: Sử dụng cây xanh để tạo bóng đổ ngoài nhà nhưng cần cho ánh nắng mặt trời xuyên qua vào mùa đông. Lựa chon cây xanh thích hợp để đáp ứng mục đích cải thiện vi khí hậu. Giảm sự phản xạ nhiệt và nhiệt độ trên mặt đất. Sử dụng bề mặt phản xa nhiệt thấp như thảm cỏ, cây bụi….. Tránh bố trí sân rộng trong quy hoạch khu nhà, đặc biệt là phía cửa sổ hướng nam và đông nam. Kết hợp mặt nước và cây xanh, để làm mát, tạo sự chênh lệch áp suất không khí, tạo luồng gió mát vào nhà, giảm phản xạ nhiệt. Sử dụng bóng mát của cây. Hình 3-3. Cách bố trí cây trước nhà a) Cây có tán cao rông; b) cây có tán hình trụ tròn; c) phối hợp giữa cây thấp và cây cao Điều khiển gió. Bố trí cản gió lạnh tốt nhất khi vuông góc với hướng gió. Bố trí cây xanh trong tổng thể hợp lý để ngăn gió lạnh vào mùa đông và tăng cường gió mát vào mùa hè. Hình 3-4. Sự tác động của cây xanh tới nhiệt độ của công trình. [23] Bố trí hàng rào cạnh nhà có thể tạo bóng đổ cách nhiệt cho tường. 3.2.2 Giải pháp thiết kế thụ động Giải pháp thông gió tự nhiên: + Cửa thông gió trong nhà nên hướng tới không gian cộng đồng, kể cả không gian giao thông nhằm tạo điều kiện liên thông thông gió. Hình 3-5. Bố trí cửa và vách ngăn đảm bảo thông gió xuyên phòng - Những không gian liền kề nhau không nên khép kín , có thể để cho dòng khí tự do đi từ không gian này đến không gian khác (ví dụ như phòng khách, phòng sinh hoạt chung, phòng ăn, bếp, phòng phục vụ...) nhằm tạo ra chuyển động khí lớn nhất trong những không gian đó. Nghiên cứu tổ chức thông gió có lợi nhất về thông gió. Một không gian rộng có thể chia thành nhiều không gian khác nhau một cách linh hoạt. - Phòng tắm nên bố trí ít nhất hai cửa gió ra vào mới đủ tiện nghi thông thoáng - Mỗi phòng nên bố trí 2 cửa không kề nhau trực tiếp ra bên ngoài. - Không bố trí những không gian làm tắc nghẽn luồng gió . khi bắt buộc có kết cấu cản trở phải có hành lang dẫn gió. - Phải có cửa đón gió (cửa gió vào) và cửa thoát gió(cửa gió ra) - Tổ hợp không gian, cấu trúc không gian hợp lý sẽ khai thác năng lượng gió tự nhiên tốt nhất, tạo tiện nghi vi khí hậu cho toàn nhà. Hình 3-6. Ảnh hưởng của việc bố trí hàng rào tới việc gió vào nhà Mặt bằng nhiều hiên, ban công, lôgia và các loại không gian trung gian, vừa che/giảm bức xạ môi trường, vừa thoáng gió, tạo lớp đệm không gian. Hình 3-7. Khoảng mở thông gió tự nhiên: sân trong và giếng trời. Tầng 1 nên để trống hoặc một phần tạo không gian mở có thể kết hợp cây xanh giúp thông gió xuyên nhà, góp phần thay đổi vi khí hậu cho khu vực. Hình 3-8. Thông gió kết hợp lấy sáng cho công trình. Hình 3-9. Khoảng mở thông gió tự nhiên: sảnh và hiên. - Ngoài các không gian sinh hoạt/làm việc, sảnh tầng và hệ thống giao thông đứng, giao thông ngang đều được tiếp xúc với ánh sáng tự nhiên. Hình 3-10. Các kiểu gió xuyên phòng khi thay đổi vị trí và độ rộng cửa thoát gió. Hình 3-11. Thông gió từ hướng Nam sang hướng bắc thông qua giếng trời và không có giếng trời. - Bố trí linh hoạt các vách ngăn trong nhà để đảm bảo thông gió xuyên phòng. - Tổ chức các khe thông gió hở - lấy sáng trên mặt đứng và mặt cắt tạo “hiệu ứng ống khói”. - Tổ chức tạo hình kiến trúc trên mặt đứng theo tổ chức mặt bằng với các khe thông gió. Trên vỏ nhà, cửa sổ phải có kết cấu che nắng: các loại che nắng cố định hoặc di động. Vỏ ngoài thoáng hở để đón được nhiều không khí mát mẻ, trong lành từ khác khu cây xanh, mặt nước quanh nhà… thổi tới. Hình 3-12. Thông gió theo trục đứng của công trình Các bức tường ngoài cần được coi như “cái sàng” chứ không phải là lớp vỏ kín đặc, như bức mành cản nắng, lọc gió và có thể điều chỉnh độ mở. Giảm diện tích vỏ nhà phơi nắng đến tối đa. Giải pháp chiếu sáng tự nhiên: “Ánh sáng tự nhiên là nguồn năng lượng tái tạo tự nhiên thường bị bỏ qua các vùng nhiệt đới” (Peter Woods- Universiti Malaya, Malaysia) Sử dụng lô gia, tạo không gian trống, tạo khoảng âm, tạo bóng râm trên công trình. Tận dụng bóng đổ lên công trình để giảm sức nóng mặt trời. Dùng không gian chuyển tiếp để che nắng. Phối hợp ánh sáng tự nhiên và nhân tạo ở không gian sân trong. Dùng kết hợp kết cấu che nắng thoáng hở, mở rộng kết cấu bao che, Dùng kết cấu chắng nắng ngang đứng, kết hợp, có đô nghiêng tương ứng với quỹ đạo mặt trời. Căn cứ dịch chuyển quỹ đạo mặt trời, tính toán che nắng, và chiếu sáng tự nhiên hợp lý. Hình 3-13. Chọn kết cấu che nắng cho tám hướng ở Hà Nội. Dùng tấm che nắng vừa che nắng trực tiếp, giảm chói và bổ sung ánh sáng vào phòng, nhờ ánh sáng phản xạ từ trên tấm che nắng. Sử dụng các chi tiết chắn nắng cho các diện tường, mành chắn nắng, hoặc nan chắn nắng hunter… Hình 3-14. Bố trí sân vườn phía trước và cây xanh phía trên ban công. Sử dụng vườn nhỏ và hiên trước làm phần không gian đệm cho không gian sinh hoạt chung hoặc phòng khách. Hình 3-15. Giải pháp lấy sáng tự nhiên. 3.3 Kiến nghị một số giải pháp sử dụng năng lượng tái tạo 3.3.1 Ứng dụng công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời cho nhà ở thấp tầng Về nguồn năng lượng mặt trời, do có vị trí địa lý thuận lợi, Việt Nam nằm trong khoảng 80-230 vĩ độ Bắc thuộc khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa. Hà Nội nằm ở vùng nhiệt đới gió mùa thể hiện khá rõ ràng Số giờ nắng trung bình khoảng 2000 ÷ 2500 giờ/năm, tổng năng lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150kCal/cm2.năm, tiềm năng lý thuyết được đánh giá khoảng 43,9 tỷ TOE/năm. Có thể sử dụng năng lượng mặt trời theo các dạng như: Pin mặt trời để phát điện, hệ thống đun nước nóng mặt trời, lò sấy bằng năng lượng mặt trời... Điều đó làm giảm tải cho điện lưới quốc gia, và tiết kiệm chi phí cho người tiêu dùng và nhà nước cho việc sản xuất điện vào giờ cao điểm. Hình 3-16. Góc di chuyển của mặt trời trong một năm. Bức xạ mặt trời trực tiếp trên mặt ngang tính trung bình theo mỗi giờ và mỗi tháng được thể hiệntrong bảng dưới đây. Bảng cũng phân thành 3 mức về độ lớn của BXMT: Bảng 3-17. Bức xạ mặt trời trực tiếp trên bề mặt ngang tại Hà Nội Pin năng lượng mặt trời: Pin năng lượng mặt trời giờ đây là một giải pháp khá hữu hiệu để hấp thụ và chuyển hoá năng lượng mặt trời thành năng lượng điện năng để ta sử dụng. Với các kỹ thuật hiện nay ta có thể lắp tấm pin năng lượng mặt trời trên mái nhà hoặc lắp các panel chắn nắng trên đó có tích hợp pin năng lượng mặt trời (điều này có 2 tác dụng: vừa hấp thụ, chuyển hoá năng lượng mặt trời thành điện, vừa chống nắng cho công trình) Hình 3-18. Cách lắp pin năng lượng mặt trời trên mái và các phương án bố trí pin lưu trữ điện mặt trời. Hình 3-18. Giải pháp lam che nắng cho mặt đứng. Chúng ta sử dụng kết hợp những lam che nắng kết hợp gắn vơi pin mặt trời, để tận thu nguồn năng lượng sạch, đồng thời cũng tạo một hình thức ấn tượng cho mặt đứng. Hình 3-19. Các phương pháp dùng lam che nắng gắn pin năng lượng mặt trời. Bình thái dương năng: Sử dụng bình đun nước bằng năng lượng mặt trời là một trong những giải pháp hữu hiệu nhằm giải quyết nhu cầu năng lượng của người dân, đồng thời giảm tải cho năng lượng quốc gia. Với công nghệ hiện nay, có rất nhiều chủng loại, và kiểu dáng để lựa chọn. Chúng ta có thể gắn chúng trực tiếp trên mái nhà, hoặc để trên sân thượng, không ảnh hưởng nhiều đến kiến trúc ngôi nhà. Hình 3-20. Bố trí pin năng lượng mặt trời một cách linh hoạt. Không chỉ dùng pin năng lượng mặt trời một cách đơn thuần, với công nghệ hiện nay chúng ta có thể kết hợp việc tạo ra một công nghệ tích hợp cả việc sư dụng pin năng lượng mặt trời và đun nước nóng. Điều này làm giảm chi phí đầu tư, tăng hiệu suất sử dụng thiết bị, làm giảm diện tích chiếm dụng…. Hình 3-21. Pin năng lượng mặt trời tích hợp đung nước nóng kết hợp chiếu sáng tự nhiên 3.3.2 Ứng dụng công nghệ sử dụng năng lượng gió cho nhà ở thấp tầng Gió là nguồn tài nguyên vô tận có thể sử dụng để tạo ra năng lượng điện cho nhà ở. Chúng ta sử dụng gió để tạo ra điện bằng nhiều cách: Hình 3-22. Lắp đặt tuabin gió trên nóc nhà Lắp đặt toubin gió trên vị trí cao nhất của mái nhà để thu gió trời. Hoặc kết hợp sử dụng việc thông gió với việc tạo ra điện năng bằng cách gắn toubin gió ở ngay phía trên giếng trời. Hình 3-23. Lắp đặt tuabin gió kết hợp cầu hút nhiệt Việc kết hợp việc thông gió với tuabin điện giúp cho việc thiết kế của kiến trúc sư trở nên ít phụ thuộc vào công nghệ hơn, bên cạnh đó vẫn đạt được hiệu quả về sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo một cách dễ dàng. Không những vậy, nó còn có thể kết hợp với những công nghệ ứng dụng năng lượng tái tạo khác như: năng lượng mặt trời, địa nhiệt…. để cung cấp đủ nhu cầu năng lượng. Hình 3-24. Hệ thống thông gió kết hợp tuabin điện 3.3.3 Ứng dụng công nghệ sử dụng năng lượng Biogas cho nhà ở thấp tầng Công nghệ này phù hợp với những vùng nông thôn trang trại, chăn nuôi, hầm biogas giúp giảm thiểu khí gây hiệu ứng năng lượng, giảm sự ô nhiễm do không khí, tạo ra năng lượng, cho con người ( như: chất đốt để đun nấu, chạy máy phát điện…) bên cạnh đó tạo ra phân bón cho người nông dân. Không những vậy, do nó nằm dưới đất nên, nó không làm ảnh hưởng đến cảnh quan xung quanh công trình. Hầm biogas được bố trí dưới chuồng chăn nuôi, hoặc ngoài vườn. Ở các nhà trong khu đô thị cũng có thể làm được hầm biogas, nó sử dụng rác thải hữu cơ và những chất có thể phân huỷ để tạo ra khí đốt, điều này cũng có tác động rất tốt: + Cung cấp khí đốt để đun nấu, + Chạy máy phát điện trong một thời gian ngắn, do tình trạng cắt điện bất thường hiện nay gây ra. + Giải quyết một phần lớn lượng rác thải hữu cơ do đô thị thải ra. Hình 3-25. Bố trí tận dụng phân, rác thải hữu cơ tạo ra khí biogas, phục vụ cho sinh hoạt. 3.3.4 Ứng dụng công nghệ sử dụng năng lượng địa nhiệt Chi phí ban đầu cho hệ thống bơm địa nhiệt đối với một ngôi nhà thông thường khá cao, khoảng 7.500 USD. Nhưng chi phí vận hành lại tương đối rẻ, chỉ mất vài ngày là lắp đặt xong. Có thể đặt chúng ở bên dưới thảm cỏ, đường lái xe vào nhà hoặc bên dưới ngôi nhà. Hiệp hội Hệ thống Bơm địa nhiệt Quốc tế ước tính, người mua có thể lấy lại vốn đầu tư trong 3 năm. Hình 3-26. Làm mát và sưởi ấm bằng năng lượng địa nhiệt à kết luận: để có một ngôi nhà sử dụng 100% năng lượng tái tạo, một cách và có thể cung cấp năng lượng cho điện lưới quốc gia, chúng ta có thể sử dụng kết hợp các nguồn năng lượng tái tạo trong ngôi nhà của mình: Các nguồn năng lướng sẽ liên tục bổ sung cho nhau trong những điều kiện bất lợi, ví dụ như: Khi mặt trời không đủ năng lượng cung cấp cho thiết bị ( lúc tối, trời âm u, mưa gió….) Năng lượng gió, địa nhiệt sẽ tham gia cung cấp năng lượng, Khi năng lượng gió không đủ sức cung cấp năng lượng ( gió yếu, không đủ khả năng tạo năng lượng thì có năng lượng mặt trời và năng lượng địa nhiệt cung cấp năng lượng. Hình 3-27. Giải pháp kết hợp năng lượng mặt trời, năng lượng gió, và thu nước mưa. Ngoài ra còn có nhiều cách kết hợp khác: như kết hợp giữa địa nhiệt và năng lượng mặt trời, thông gió, phong điện, biogas….. 3.3.5 Một số đề suất ứng dụng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo vào trong nhà lô: Chúng ta thấy rằng việc sử dụng năng lượng tái tạo trong đời sống ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Nó nhằm giải quyết rất nhiều vấn đề bức xúc hiện nay như: giảm thiểu ô nhiễm môi trường, giảm thiểu chi phí sản xuất điện, đảm bảo một cuộc sống tiện nghi cho mọi người. Đối với mặt bằng nhà Lô thi không có gì thay đổi nhiều: + Thứ nhất là hệ thống kỹ thuật, + Thứ hai là bố trí mặt tiền. Bố trí hệ thống lưu trữ và hoạt động ngay dưới chân cầu thang làm giảm diện tích, và không ảnh hưởng tới mỹ quan. Điều thay đổi rõ nét nhất là hệ thống kỹ thuật được mở rộng hơn rất nhiều so với hộp kỹ thuật trước. Hộp kỹ thuật Hình 3-28. Mặt bằng tầng 1 nhà lô ứng dụng năng lượng tái tạo Hộp kỹ thuật là nơi chứa hệ thống địa nhiệt và năng lượng mặt trời. Và các đường ống khác. Ngoài ra dưới chân cầu thang chúng ta có thể bố trí các thiết bị công nghệ, và cũng là nơi tích trữ năng lượng do các công nghệ cung cấp. Lam chắn năng lượng mặt trời Hộp kỹ thuật Hình 3-29. Mặt bằng tầng 2,3 nhà lô ứng dụng năng lượng tái tạo Đối với mặt bằng tầng 2 và 3 thì sử dụng lam chắn nắng có sử dụng công nghệ pin năng lượng mặt trời. Lam chắn năng lượng mặt trời Việc này giúp cho ngôi nhà giảm được nắng chiếu trực tiếp vào nhà, và cũng làm cho hình thức mặt đứng phong phú và hiệu quả hơn. Hộp kỹ thuật Hình 3-30. Mặt bằng tầng 4 nhà lô ứng dụng năng lượng tái tạo Trên mái chúng ta bố trí những giàn pin năng lượng mặt trời, hoặc panel đun nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời, hoặc tuabin điện bằng năng lượng gió sử dụng cho những ngày mưa, tốc độ gió lớn và thiếu ánh sáng mặt trời. Hộp kỹ thuật Hình 3-30. Mô hình tuabin gió có thể tạo ra điện trong điều kiện tốc độ gió thấp ( nguồn: internet) Hộp kỹ thuật Hình 3-31. Mô hình nhà lô sử dụng năng lượng mặt trời, địa nhiệt, và năng lượng gió. Hình 3-31. Những nhà sử dụng lam chắn nắng tạo cho mặt đứng một độc đáo riêng,và tạo khá nhiều ấn tượng.(hình ảnh sưu tầm) PHẦN B: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Đề tài nêu ra những vấn đề chính sau: Các yếu tố tiêu thụ năng lượng cần quan tâm trong kiến trúc nhà ở thấp tầng. Các vấn đề ứng dụng công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo bao gồm: năng lượng gió, mặt trời, địa nhiệt, biogas. Từ phân tích, đánh giá trên đồng thời dựa trên những kinh nghiệm truyền thống và Quốc tế để chỉ ra rằng: việc thiết kế sử dụng vận hành ngôi nhà một cách hợp lý, khoa học và tiện nghi là rất quan trọng, cần phải được nghiêm túc quan tâm. Căn cứ các nghiên cứu trên, đề tài đưa ra quan niệm về nhà ở thấp tầng sử dụng năng lượng tự nhiên và năng lượng tái tạo. Đáp ứng các tiêu chí của thiết kế bị động, hướng tới nhà ở tiêu thụ năng lượng bằng không(Zero energy building) , lấy giải pháp thiết kế truyền thống làm tiền đề Sự kết hợp hài hòa giữa thiết kế bị động và chủ động trong đó thiết kế bị động là thế mạnh, chỉ thực sự sử dụng thiết kế chủ động khi cần thiết. Đề tài đưa ra các giải pháp chung thiết kế kiến trúc hiệu quả năng lượng dựa trên hai mức độ: - Những nguyên tắc thiết kế được phát triển dựa trên những nguyên tắc thiết kế truyền thống - Sử dụng công nghệ sử dụng được nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sạch cho hoạt động của căn nhà (trang thiết bị). Căn cứ vào các giải pháp chung đề tài đưa ra các giải pháp chi tiết thiết kế thụ động, chủ động. Các giải pháp kiến trúc đề tài nhằm tìm những cách đơn giản nhất tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng mà không nhất thiết phải cần đến những công nghệ quá cao để giảm bớt năng lượng tiêu thụ trong nhà ở thấp tầng, trong đó chú trọng những giải pháp thiết kế thụ động hiệu quả ít tốn kém. Bên cạnh đó, đề tài cũng đề cập đến một vấn đề hết sức nhạy cảm hiện nay, đó là nguồn năng lượng tự nhiên sẵn có. Chúng ta có thể ứng dụng những công nghệ từ đơn giản đến phức tạp để tạo nên một cuộc sống tiện nghi, phù hợp với từng đối tượng sử dụng. KIẾN NGHỊ Cần sớm xây dựng và ban hành các tiêu chuẩn kỹ thuật hướng dẫn cụ thể về kiến trúc sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo trong nhà ở thấp tầng trong giai đoạn phát triển hiện nay cũng như trong tương lai, theo định hướng phát triển chung của quốc gia đối với kiến trúc bền vững nói chung và kiến trúc sử dụng năng lượng tự nhiên và năng lượng tái tạo nói riêng. Đưa việc thiết kế kiến trúc nhà ở sử dụng năng lượng tự nhiên và tái tạo trở thành một phần trong nội dung giáo trình giảng dạy và nghiên cứu. Cần nghiên cứu và áp dụng vào thực tiễn nhà ở mẫu, cũng như các thiết bị kỹ thuật vì lợi ích giảm tiêu thụ năng lượng được tạo bởi năng lượng truyền thống, không ảnh hưởng đến môi trường địa điểm xây dựng, giảm chi phí xây dựng, linh hoạt, khả năng thay thế, tái sử dụng cao. Cần có những chính sách hỗ trợ cho việc ứng dụng các công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo, nhằm kích thích sự quan tâm cũng như nhận thức về tâm quan trọng của năng lượng tự nhiên và tái tạo trong tương lai. PHỤ LỤC Tài liệu tham khảo tiếng Việt Nguyễn Hữu Dũng ( 2004): Cần sớm xây dựng chính sách và tiêu chuẩn sử dụng tiết kiệm năng lượng trong các công trình xây dựng tại đô thị (Tạp chí xây dựng số 5/97). GS.TS.KTS Nguyễn Hữu Dũng; Th.s KTS Lê Vũ Cường (05/2009): Hướng dẫn thiết kế nhà ở thấp tầng sử dụng năng lượng hiệu quả tại các đô thị Việt Nam. Nguyễn Bá Đang ( 1998): Diện mạo kiến trúc đương đại Việt Nam, tạp chí Kiến trúc Việt Nam số 2/2003. GS.TS Phạm Ngọc Đăng, PGS.TS Lê Vân Trình, GS.TS Nguyễn Hữu Dũng, GS.TS Trần Ngọc Chấn, PGS.TS Phạm Đức Nguyên, TS Đỗ Trần Hải, TS. Nguyễn Văn Muôn, Ths. Nguyễn Ngọc Hoàn (2007): Báo cáo hội thảo khoa học Quốc Gia về môi trường – sức khỏe, hiệu quả năng lượng trong xây dựng, biến đổi khí hậu, NXB xây dựng – Hà Nội. TSKH Phạm Ngọc Đăng, Ths Phạm Hải Hà (2002): Nhiệt và khí hậu kiến trúc, NXB xây dựng, Hà Nội. Đặng Thái Hoàng (2002): Kiến trúc Hà Nội thế kỷ XIX-XX (NXB văn hóa, Hà Nội. Đặng Thái Hoàng (2002): Hà Nội nghìn năm xây dựng NXB văn hóa, Hà Nội. Đặng Thái Hoàng (2006): Kiến trúc nhà ở , NXB xây dựng, Hà Nội Đinh Xuân Lâm (2002): Kiến trúc Việt Nam qua các triều đại , NXB Bộ xây dựng, Hà Nội. Viện nghiên cứu kiến trúc (2002): Bảo tồn di sản kiến trúc cảnh quan Hà Nội bộ xây dựng, Hà Nội. Phạm Đức Nguyên ( 2002): Kiến trúc sinh thái khí hậu – Thiết kế sinh khái hậu trong kiến trúc Việt Nam, NXB xây dựng, Hà Nội. Phạm Đức Nguyên ( 2002): Các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt Nam, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội. Phạm Đức Nguyên, Nguyễn Thu Hòa, Trần Quốc Bảo (2002): các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt Nam, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội. Nguyễn Trọng Phượng (2002): Sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả trong các công trình kiến trúc. Tạp chí xây dựng số 11/2003. Ngô Huy Quỳnh (1998): Lịch sử kiến trúc Việt Nam, NXB Văn hóa thông tin. Nguyễn Duy Thiện (2001). Kỹ thuật sử dụng năng lượng mặt trời. Hoàng Huy Thắng (2002): Kiến trúc nhiệt đới ẩm. NXB xây dựng, Hà nội Tiêu chuẩn TCVN 408885 (1992): Số liệu khí hậu dùng trong thiết kế xây dựng trong tiêu chuẩn Việt Nam về xây dựng. Tập 1 Kiến trúc nhiệt đới ẩm, NXB xây dựng, Hà Nội. Hoàng Huy Thắng (2003): Một số kiến trúc đương đại với khí hậu nóng ẩm. Tạp chí xây dựng số 11/2003. Nguyễn Hồng Thục (2002): Kế thừa và phát huy tính hiệu quả trong việc khai thác cách ứng xử cân bằng và bền vững của kiến trúc với điều kiện tự nhiên, Bài giảng cao học kiến trúc khóa CH 05K- Trường ĐH KT Hà Nội Viện nghiên cứu kiến trúc (1997): Kiến trúc và khí hậu nhiệt đới Việt Nam, NXB xây dựng Hà Nội Chu Quang Trứ (1999): Kiến trúc dân gian truyền thống Việt Nam , NXB mỹ thuật, Hà Nội. PGS.TS Ngô Thám, Ths Nguyễn Văn Điền, GS-TS Nguyễn Hữu Dũng, PGS.TS Nguyễn Khắc Sinh (2007): Kiến trúc năng lượng và môi trường , NXB xây dựng, Hà Nội. Hà Nhật Tân ( biên dịch 2006): Thông gió tự nhiên trong nhà ở , NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội. Nguyễn Tăng Nguyệt Thu, Việt Hà, Nguyễn Ngọc Giả (2007): Kiến trúc hướng dòng thông gió tự nhiên, NXB xây dựng – Hà Nội. Trần Quốc Thái (2006): 5 nguyên tắc chung và 10 tiêu chí thiết kế kiến trúc bền vững thích ứng khí hậu – lấy vùng khí hậu Hà Nội làm địa bàn nghiên cứu , Tạp chí kiến trúc Việt Nam số 5/2006. Trần Quốc Thái (2006): Những giải pháp khiêm tốn cho một tương lai bền vững – kinh nghiệm và giải pháp kiến trúc thích ứng điều kiện khí hậu tại Hà Nội 30 năm trở lại đây. Tạp chí kiến trúc Việt Nam số 12 + 1/2006. Tài liệu tham khảo tiếng Anh Brenda and Robert Vale: Green Architecture-Design for a sustainable future, Thames and Hudson, Lon Don, 1996. G.Z. Brown Mark Dekay (1980): Sun, Win & Light-architecture design Strategies, Long man Group Limited, Lon Don. The 2005 Word Sustainable Building Conference in Tokyo: Sustainable building design book, SB05 Tokyo, Japan. Tata Energy Research Institute (2002): Sustainable energy perspective for Asia , Multiplexus, Delhi, India. Kaus Daniel (2002): The Technology of Ecological Building, Multiplexus, Delhi India. ABCB Australia Building codes Board (1996): Building code of Australia, CCH Australia, Canberra.