Giải pháp tiết kiệm năng lượng luôn là giải pháp được tìm kiếm cho các công trình xây dựng. Đối với các tòa nhà cao tầng nhu cầu này càng cấp bách. Và chúng cần đảm bảo an toàn và chất lượng tối ưu. Giải pháp tường kính hai lớp đang là giải pháp được đề xuất khá nhiều. Đã có nhiều tòa nhà cao tầng sử dụng công nghệ này. Vậy giải pháp tường kính này có những ưu điểm và nhược điểm nào? Và có những công nghệ nào khác giúp tiết kiệm năng lượng ở các tòa nhà cao tầng hay không?
Ứng dụng công nghệ tường kính hai lớp vào xây dựng
Đặc tính cách nhiệt, cách âm, không ngăn cản ánh sáng tự nhiên. Hay hạn chế tầm nhìn khiến tường kính hai lớp. Ngày càng được nhiều kiến trúc sư ứng dụng cho công trình mà họ đảm nhiệm.
Đúng như tên gọi, hệ thống tường kính hai lớp gồm hai lớp kính cường lực đặt song song nhau. Tạo nên khoang trung gian (vùng đệm) ở giữa. Có tác dụng ngăn cản tiếng ồn và hấp thụ nhiệt. Vùng đệm này có thể rộng từ 20cm cho tới vài mét. Hoạt động như một lớp ngăn cách nắng nóng, gió và tiếng ồn bên ngoài. Từ đó điều hòa nhiệt độ bên trong công trình. Một trong những ví dụ kinh điển nhất về ứng dụng tường bao hai lớp là tòa nhà 30 St Mary Axe (hay “The Gherkin” – quả dưa chuột) của kiến trúc sư đại tài Norman Foster cùng các cộng sự.
Một số đặc tính của tường kính hai lớp
Luồng không khí đi qua khoang trung gian một cách tự nhiên hoặc được điều khiển bằng cơ học. Trong khi đó, hai lớp tường kính có thể được tích hợp thêm các thiết bị chống nắng.
Dù ý tưởng về tường kính hai lớp không phải là quá mới mẻ. Nhưng ngày càng có nhiều các kiến trúc sư, kỹ sư ứng dụng tường kính hai lớp. Cho những công trình mà họ đảm nhiệm. Đặc biệt trong thiết kế nhà chọc trời, tường kính hai lớp càng được ưa chuộng. Bởi đặc tính trong suốt, khả năng cách nhiệt, cách âm tuyệt vời. Từ đó làm giảm chi phí điện cho điều hòa không khí và loại bỏ nhu cầu về công nghệ dành riêng cho cửa sổ.
Thêm vào đó, cấu trúc tường kính hai lớp còn rất linh hoạt. Dễ dàng thích ứng với mọi điều kiện thời tiết dù lạnh giá hay nắng nóng. Chính sự linh hoạt này khiến tường kính hai lớp trở nên hấp dẫn các kiến trúc sư.
Những ưu điểm và nhược điểm của tường kính hai lớp
Ưu điểm của tường kính hai lớn
- Giảm nhu cầu sử dụng năng lượng để làm mát và sưởi ấm
- Không che chắn tầm nhìn và ánh sáng tự nhiên
- Tăng cường cách nhiệt, cách âm
- Cho phép thông gió tự nhiên diễn ra và làm mới không khí. Tạo ra một môi trường sống lành mạnh hơn
Nhược điểm khi sử dụng tường kính hai lớp
- Chi phí xây dựng ban đầu cao hơn nhiều so với phương thức truyền thống
- Tốn nhiều không gian hơn
- Yêu cầu bảo trì thường xuyên
- Có thể hoạt động không đúng thiết kế khi bối cảnh xung quanh thay đổi đáng kể
Cơ chế hoạt động
Bằng cách thay đổi các chi tiết nho nhỏ. Chẳng hạn như đóng, mở các lỗ thông gió ở hai đầu tường kính hoặc kích hoạt thiết bị luân chuyển không khí. Cơ chế hoạt động của tường kính hai lớp sẽ thay đổi theo.
Ở những vùng khí hậu lạnh
Các lỗ thông gió sẽ được đóng kín. Lúc này, vùng đệm không khí ở giữa hoạt động như một hàng rào ngăn cản quá trình thất thoát nhiệt ra bên ngoài. Lượng nhiệt mặt trời chứa trong khoang trung gian có thể sưởi ấm vùng không khí lân cận. Từ đó làm giảm nhu cầu sử dụng điện cho hệ thống sưởi ấm trong nhà.
Tại vùng khí hậu nóng
Các lỗ thông gió ở hai đầu sẽ được mở ra. Khi đó, khoang trung gian được thông hơi với bên ngoài tòa nhà nhằm giảm thiểu hấp thụ nhiệt mặt trời và giảm tải làm mát. Lượng nhiệt dư thừa sẽ thoát ra ngoài dựa theo hiệu ứng ống khói, trong phương pháp này khí lạnh sẽ gây áp lực với khí nóng, buộc nó phải di chuyển lên trên. Khi khí nóng bay lên sẽ tạo ra áp lực kéo khí tươi (không khí lạnh mới) ở bên ngoài vào thế chỗ cho khí nóng vừa bay lên, từ đó làm mát vùng không khí xung quanh.
Như vậy, cơ chế hoạt động của tường kính hai lớp phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện bên ngoài (bức xạ mặt trời, nhiệt độ bên ngoài…). Ảnh hưởng trực tiếp đến sự thoải mái và chất lượng không khí bên trong. Do đó, tùy từng trường hợp mà tường kính hai lớp sẽ được tinh chỉnh linh hoạt cho phù hợp. Điều này đòi hỏi kiến trúc sư phải có kiến thức vững chắc. Về hướng di chuyển của mặt trời, hoàn cảnh, bức xạ địa phương, điều kiện nhiệt độ, mật độ xây dựng và nhiều yếu tố liên quan khác.
Những giải pháp khác để tiết kiệm năng lượng cho nhà cao tầng
Về công nghệ
Thứ nhất có thể lắp đặt cửa sổ các tòa nhà bằng kính năng lượng thấp. Để giảm truyền nhiệt từ trong ra ngoài và từ ngoài vào trong tòa nhà. Hoặc kính khống chế ánh nắng, phản xạ hầu hết bức xạ mặt trời. Loại kính này giúp tiết kiệm được 5% năng lượng.
Thứ hai là sử dụng phim cách ly khống chế cho ánh nắng đi qua. Phản xạ lại các tia cực tím (UV), ánh sáng chói và hơi nóng.
Thứ ba là sử dụng sơn phản xạ nhiệt để giúp cải thiện cách nhiệt của các tòa nhà theo hướng thân thiện với môi trường. Loại sơn này có thể phản xạ tới 80% bức xạ mặt trời. Nếu sơn lên mái hoặc các bề mặt của tòa nhà. Thì chúng sẽ phản xạ nhiệt mặt trời và giữ mát cho ngôi nhà.
Về thiết bị
Có thể sử dụng máy biến áp hiệu quả năng lượng với lõi thép silic. Được sử dụng cho lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất trong máy đến 50% so với máy biến áp thông thường. Cùng với đó, có thể dùng hệ thống quản lý thông minh tòa nhà (BMS). Tiết kiệm 12% lượng điện tiêu thụ.
Chiếu sáng bằng đèn LED T5 tiết kiệm điện năng khoảng 30-40% so với đèn huỳnh quang T8, T10. Bên cạnh đó, dùng cảm biến quang điện để điều khiển hệ thống chiếu sáng trong tòa nhà. Tự động bật, tắt đèn khi có hoặc không có đối tượng chuyển động. Sử dụng thu hồi nhiệt từ các hệ thống thông gió và điều hòa không khí để tiết kiệm 5-20% điện năng. Đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời, tiết kiệm điện năng 70-85% so với sử dụng điện trở…
