NAM HOUSE- Kiến trúc hiện đại nhiệt đới
- BỐI CẢNH:
Vị trí : Công trình nằm trong thành phố Thủ Đức, thuộc Thành Phố Hồ Chí Minh, một trong những thành phố lớn nhất trong cả nước. Theo các nghiên cứu khoa học đã chứng minh gần đây, nhiệt độ trong thành phố cao hơn từ 8-11 độ so với vùng nông thôn có cùng điều kiện khí hậu.
Đời sống : Một chu kì cuộc sống thường nhật của chúng ta bao gồm ba trạng thái : Hoạt động – Mệt mỏi- Hồi phục. Trong đó sự hồi phục tinh thần và thể chất thông qua việc giải trí, nghỉ ngơi và giấc ngủ hết sức quan trọng để lấy lại sự cân bằng cho cơ thể sau một ngày hoạt động vất vả. Nhưng chu kì này thường bị cản trở bởi các điều kiện khí hậu không thuận lợi và kết quả là xảy ra những cú sốc (stress) thể chất và tinh thần do mất tiện nghi dẫn đến mất hiệu năng và có thể dẫn tới suy nhược cơ thể.
Khí hậu: Nhiệt độ trái đất ngày càng nóng lên, năm vừa qua ở Việt Nam đã xác lập kỷ lục nhiệt độ cao nhất là 44.1°c. Trong khi đó tiện nghi nhiệt của con người chỉ từ 24-28°c, từ 28-32°c bắt đầu đổ mồ hôi, và trên 32°c thì bắt đầu có dấu hiệu sốc nhiệt. Với điều kiện thời tiết như hiện nay, cứ qua vài năm nhiệt độ cao nhất này sẽ liên tục bị phá vỡ. Thủ Đức nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mỗi năm có 2 mùa mưa nắng, với mùa mưa rất nhiều và mùa nắng rất nóng.
Chính vì vậy mối quan tâm hàng đầu khi thiết kế công trình kiến trúc hiện đại nhiệt đới là sự tiện nghi khí hậu
- Ý TƯỞNG :
Khu đất của Nam House nằm trong hẻm nhỏ, được ông bà truyền lại lâu đời, hàng xóm xung quanh hầu hết là họ hàng thân thiết. Nhà bên hông là nhà của mẹ ruột chủ nhà, bên còn lại cũng là khu đất của họ hàng. Nên khi đặt vấn đề, chủ nhà rất muốn ngôi nhà mới kết nối được với những nhà xung quanh, đặc biệt là nhà của mẹ bên cạnh.
Chính vì vậy, khi nghiên cứu lên ý tưởng thiết kế mọi người đã đề xuất ra giải pháp tách ngôi nhà ra làm 3 khối với hai khối đặc nằm trước sau liên kết lại với nhau bằng khối rỗng ở giữa:
+ Khối trước bố trí gara, phòng vệ sinh, lối vào, phòng ngủ và phòng học. Đây đều là các không gian riêng tư nên khối này được bao bọc phần lớn bởi các mảng tường đặc.
+ Khối sau bố trí 2 phòng ngủ, phòng vệ sinh, và khu giặt phơi, đây cũng là các không gian riêng tư nên khối này cũng được bao bọc phần lớn bởi các mảng tường đặc.
+ Khối ở giữa bố trí khách bếp ăn, đây là các không gian chung nên khối này được xử lí mở ra 2 bên để kết nối với thiên nhiên và kết nối với nhà của mẹ ở bên cạnh. Bên cạnh đó, do mở ra cả hai mặt nên ánh nắng mặt trời tác động vào rất nhiều nên hai khối trước sau lúc này có tác dụng che chắn bớt ánh nắng.
- GIẢI PHÁP THIẾT KẾ KIẾN TRÚC SINH KHÍ HẬU :
5 chiến lược thiết kế kiểm soát khí hậu nhằm đạt mục tiêu tiện nghi nhiệt độ trong kiến trúc hiện đại nhiệt đới.
- Cách nhiệt cho kết cấu:
Nhiệt truyền qua kết cấu nhà có thể chia làm 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1 mặt ngoài công trình nhận nhiệt từ bức xạ mặt trời hoặc truyền nhiệt từ môi trường xung quanh.
+ Giai đoạn 2 nhiệt truyền từ bề mặt ngoài sang bề mặt trong qua hình thức dẫn nhiệt.
+ Giai đoạn 3 nhiệt truyền từ bề mặt trong ra không gian trong nhà dưới hình thức đối lưu và bức xạ nhiệt.
Giải pháp tách lớp tường nhằm ngăn sự truyền nhiệt qua bề mặt kết cấu. Vỏ ngoài của công trình được bảo bọc bởi một lớp tường dày 250mm, có cấu tạo từ 3 lớp :
+ Lớp thứ nhất : là lớp gạch đặc làm nhiệm vụ ngăn chặn phần lớn lượng nhiệt từ ánh nắng mặt trời. Lớp này có ưu điểm cản nhiệt lớn nhưng nhược điểm là thời gian lưu nhiệt lâu.
+ Lớp thứ hai: là lớp không khí giúp cách biệt hoàn toàn lớp tường trong với lớp tường ngoài đang liên tục bị mặt trời đốt nóng. Qua đó hạn chế tối đa hiện tượng truyền nhiệt từ tường ngoài vào tường trong.
+ Lớp thứ ba : là lớp tường trong được xây tường gạch 4 lỗ. Với cấu tạo 4 lỗ rỗng làm tăng lớp đệm không khí giúp giảm hiện tượng truyền nhiệt ( lúc này nhiệt xuất hiện do lớp không khí bị nung nóng do tiếp cận gần với lớp tường ngoài . Mặc dù không khí giúp ngăn chặn hiện tượng truyền nhiệt. Nhưng bản thân không khí khi tiếp xúc thời gian dài với lớp tường ngoài đang liên tục bị ánh nắng mặt trời đốt nóng thì không khí cũng bị nóng lên, hiện tượng này lượng nhiệt được truyền tải ít hơn nhiều so với hiện tượng dẫn nhiệt trực tiếp).
Đi qua ba lớp cấu tạo từ như vậy nhiệt từ ánh nắng mặt trời đã bị ngăn lại hầu như hoàn toàn. Giúp không khí trong nhà không bị nóng lên. Đồng thời với cấu tạo ba lớp tách ra như vậy, lớp tường ngoài có cấu tạo đặc giúp cản nhiệt tốt nhưng lớp này chỉ dày 80mm. Với chiều dày như vậy, tường sẽ thải nhiệt rất nhanh khi trời tắt nắng.
- Giảm thiểu nhận nhiệt mặt trời :
Bề mặt tường ngoài là bề mặt nhận nhiều ánh nắng mặt trời trực tiếp nhất. Nên muốn giảm lượng nhiệt chiếu vào nhà ta cần giảm diện tích này lại.
Giải pháp giảm diện tích nhận nhiệt mặt trời bằng ron gạch âm : Tường ngoài được xây bằng các viên gạch đinh kích thước 40 * 80 *180. Các viên gạch này được liên kết bằng lớp vữa dày 10mm. Lớp vữa này được xây âm khỏi bề mặt 10mm. Với việc xây âm như vậy, khi mặt trời chiếu vào ở các góc khác nhau tạo một vùng có bóng độ trên bề mặt tường. Diện tích lớp vữa này chiếm khoảng 20 % diện tích bề mặt tường. Nếu xây âm ron như vậy, diện tích ron này có thể được che mát từ 70 đến 80 % diện tích. Chỉ với giải pháp nhỏ như vậy, cũng đã giúp cho tường giảm từ 14% đến 16% lượng nhiệt chiếu trực tiếp lên tường.
- Tăng cường thông gió tự nhiên:
Cửa sổ và thói quen sử dụng : Do yếu tố trong sinh hoạt hằng ngày, mọi người thường rất lười mở cửa sổ, chủ yếu là vì rất hay quên đóng cửa sổ, hoặc do lo ngại vấn đề mất an toàn do tính chất an ninh khu vực mình đang sống. Vì vậy, mặt dù nhà có nhiều cửa sổ nhưng chúng bị đóng cả ngày. Lúc này cửa sổ chỉ đóng vai trò lấy sáng chứ hầu như không làm nhiệm vụ thông gió. Chính vì thế hệ thống thông thoáng tự nhiên trong nhà hầu như bị tê liệt.
Ngôi nhà liên tục bị nung nóng bởi nhiệt độ môi trường cộng với hiệu ứng nhà kính, và sự tích nhiệt của tường, sàn, mái,… Quá trình này làm nhiệt độ trong nhà liên tục tăng lên đốt nóng không khí, trong khi đó hệ thống thông gió tự nhiên đã bị tê liệt nên luồng khí nóng vẫn không thoát ra ngoài mà bị kẹt lại trong các ngóc ngách trong nhà. Quá trình này diễn ra liên tục từ 8h sáng tới 5h tối, làm nhiệt độ trong nhà có thể nóng hơn nhiệt độ bên ngoài từ 8-15 độ.
Để không khí trong nhà không bị đốt nóng lên như vậy thì hệ thống thông thoáng tự nhiên phải hoạt động liên tục 24/24, chứ không phụ thuộc vào sự đóng mở cửa người sử dụng.
Để giải quyết triệt để vấn đề này, tất cả các hệ cửa bao gồm cửa sổ và cửa đi đều được tích hợp lam Z thông gió, được bố trí dưới thấp để hút khí lạnh và trên cao để thoát khí nóng. Bên cạnh đó, mỗi không gian đều được bố trí ít nhất 2 hệ thống cửa (ngoại trừ cửa đi ) để giúp không khí mới vào và khí nóng thoát ra một cách dễ dàng.
Thông gió và hiệu ứng nhà kính: Theo các nguồn nghiên cứu khoa học đã được chứng minh, nguyên nhân dẫn đến hiệu ứng nhà kính là sự truyền nhiệt bức xạ mặt trời vào trong phòng và sự ngăn cản truyền nhiệt từ phòng ra ngoài bằng đối lưu. Như vậy, mọi ngôi nhà dù có tất cả kết cấu bao che bằng kính nhưng nếu mở cửa để thông thoáng đối lưu thì không còn hiệu ứng nhà kính nữa.
Áp dụng nguyên lý này vào cho khu vực không gian chung. Khu vực này diện tích kính rất nhiều do mở ra với mục đích thông thoáng và kết nối với hàng xóm xung quanh. Với việc kính nhiều như vậy, để hiệu ứng nhà kính không diễn ra, trên tất cả các cửa đều có thiết kế hệ lam Z nhằm mục đích đối lưu không khí 24/24, để triệt tiêu hiệu ứng nhà kính cho không gian này.
- Điều khiển độ trễ của dòng nhiệt trong chu kỳ mùa nóng:
Nhằm mục đích để những thời điểm nhiệt độ mặt trong của kết cấu (mái và tường) cao nhất trong ngày không rơi vào khung thời gian hoạt động chủ yếu của con người, áp dụng tùy theo đặc điểm hoạt động của con người trong các không gian chức năng khác nhau.Trường hợp đối với nhà Nam House, độ trễ pha của dòng nhiệt được ứng dụng để tăng tính tiện nghi khí hậu cho con người được sử dụng như sau:
- Khu vực số 1 : là không gian khách bếp ăn và sinh hoạt chung, không gian này hầu như được sử dụng xuyên suốt cả ngày cho tới 9 – 10h tối. Với tính chất xuyên suốt như vậy, nên không gian này được bố trí ở khu vực có pha trễ nhất .
Lượng nhiệt từ bức xạ mặt trời hai hướng đông tây phải qua lớp trường ngoài, tới không gian phòng ngủ, tường trong, không gian học tập, tường trong thứ cấp thì mới bắt đầu tác dụng lên đến không gian số 1. Qua nhiều lớp tường và lớp không gian liên tiếp như vậy. Độ trễ của bức xạ nhiệt làm cho lượng nhiệt trực tiếp từ bức xạ mặt trời hầu như không còn.
- Khu vực số 2: tương tự khu vực số một. Để bức xạ mặt trời tác động tới người sử dụng thì phải qua hàng loạt bức tường rồi mới tới không gian phòng ngủ sau đó mới tới không gian chung. Qua đó độ trễ của dòng nhiệt gần như đã triệt tiêu hầu hết các tác động của bức xạ mặt trời.
- Khu vực số 3 : phòng ngủ 3, khu vực này có thời gian sử dụng từ 09h tối tới 08h sáng. Nằm ở hướng nam nên tác động của bức xạ nhiệt hầu hết nằm ở hai góc tường . Đầu giường được bố trí tựa vào tường hướng nam, nên sẽ không nhận bức xạ mặt trời trực tiếp. Vì vậy mặc dù có độ trễ thấp chỉ qua lớp kết cấu, nhưng khu vực tường nhận nhiệt không có tiếp xúc trực tiếp với giường (là không gian sử dụng chính).
Nhờ đó mà độ trễ dòng nhiệt cũng đã triệt tiêu phần lớn lượng nhiệt tác dụng trực tiếp lên giường. Và với lượng nhiệt còn lại ít cùng với quãng thời gian sử dụng trễ pha so với thời gian đốt nóng của bức xạ mặt trời nên phòng ngủ này cũng đáp ứng tiện nghi khí hậu.
- Khu vực số 4: phòng ngủ 2 nằm chếch theo hướng Tây của ngôi nhà, thời gian tác động của mặt trời từ 12h- 17h chiều, quãng thời gian này có độ trễ khá ngắn, đến lúc sử dụng từ 21h tối- 10h sáng chỉ cách có 4 tiếng. Khoảng thời gian này khá sít sao để lượng nhiệt đốt nóng từ bức xạ mặt trời có thể thoát đi. Nên giải pháp ở đây là quay hướng giường ra khỏi khu vực tác động của bức xạ mặt trời.
Qua đó tăng độ trễ của dòng nhiệt tác động lên đầu giường, làm giảm nhiệt độ tác động đến khu vực này . Bên cạnh đó độ trễ của dòng nhiệt còn được xử lý trong hệ kết cấu của tường ngoài vấn đề này đã được phân tích trong một số 1-cách nhiệt cho kết cấu.
- Khu vực số 5: phòng ngủ master, khu vực này nằm ở hướng đông, mặc dù đầu giường được bố trí giáp tường ngoài nhưng do nằm ở hướng đông nên bức xạ mặt trời chỉ tác động lên khu vực này trong khoảng thời gian từ 08h – 12h trưa trong khi thời gian sử dụng từ 21h- 08h sáng.
Với độ trễ tới 9 giờ như vậy có đủ thời gian để lượng nhiệt bị triệt tiêu không tác động trực tiếp lên người sử dụng. Bên cạnh đó hệ tường phía đầu giường cũng đã được xử lý trễ giòng nhiệt qua kết cấu, qua đó không gian này cũng đã đáp ứng được tiện nghi khí hậu cho người sử dụng.
- Sử dụng cây xanh mặt nước :
Thực tế cho thấy nhiệt độ trong khu vực có cây xanh có thể thấp hơn nhiệt độ khu vực xây dựng từ 6 đến 8 °C.
Ở Nam House có một mảng cây xanh được bố trí ở hướng Tây Nam, hướng này có bị ảnh hưởng bởi nắng hướng Tây nên việc trồng cây bàng Đài Loan có tán rộng giúp che bớt ánh nắng mặt trời tác động đến công trình.
Hồ nước được bố trí ở hướng Đông Bắc nhằm tăng độ ẩm và giảm nhiệt độ xung quanh nhờ quá trình bốc hơi nước qua đó điều tiết được khí hậu quanh nhà về vùng tiện nghi.
Sự phối hợp của năm chiến lược thiết kế kiểm soát khí hậu đã loại bỏ được hầu hết các vấn đề thiếu tiện nghi khí hậu của môi trường , qua đó thiết lập được một khu vực vi khí hậu tiện nghi góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và giảm thiểu stress cho gia chủ đây chính là kết quả của một công trình kiến trúc hiện đại nhiệt đới đang hướng tới.
