Nóng từ đâu tới
Nguồn nhiệt lớn nhất trên mặt đất này chính là ánh nắng mặt trời. Vậy trong ánh nắng mặt trời có những gì?
Một mét vuông mặt đất ở vùng xích đạo sẽ nhận được khoảng 1.020W từ ánh nắng. Khi trời có mây, trong không khí có bụi thì giá trị đó có thể giảm bớt 23%, còn 785W/m². Đối với diện tích thẳng đứng (tường, cửa) thì sức nóng mà ánh nắng mang đến trên mỗi m² thay đổi theo phương tia nắng rọi tới (tùy thuộc hướng của bức tường đó và giờ trong ngày) và có thể lên tới 75% sức nóng mà mỗi m² diện tích nằm ngang nhận được. Tính trung bình trong suốt năm (cả ngày lẫn đêm, mùa nắng lẫn mùa mưa) thì ở miền Nam Việt Nam sẽ nhận được khoảng 400W/m² và miền Bắc Việt Nam thì ít hơn một chút: 390W/m². Trong chủ đề chống nóng này thì ta không quan tâm đến giá trị trung bình đó mà quan tâm đến giá trị tối đa trong giờ nắng kia. (Chú ý là tôi không viết sức nóng mỗi giờ hay mỗi giây trong các câu trên vì tự đơn vị Watt đã có nghĩa là số năng lượng mỗi giây.)
Để tính xem có bao nhiêu phần sức nóng rọi bên ngoài tường được truyền vào trong nhà, người ta quan tâm tới hệ số dẫn nhiệt k của vật liệu. Hệ số k cho biết trong điều kiện nhiệt độ giữa hai mặt vật liệu có bề dày 1m chênh lệch 1°C mỗi m² vật liệu sẽ truyền qua bao nhiêu Watt. Hệ số k thay đổi theo chất liệu, cấu tạo và nhiệt độ của vật liệu. Ví dụ hệ số k của gỗ khoảng 0,04-0,4, không khí (không có đối lưu): 0,025, nút bấc: 0,05, cao su: 0,16, thủy tinh: 1,1, sa thạch: 2,4, inox: 15, nhôm: 237, đồng: 401.
Trong thị trường vật liệu xây dựng thì người ta lại dùng chỉ số cách nhiệt R của vật liệu xây dựng, tính bằng bề dày của vật liệu chia hệ số k. Để tính chỉ số R của một bức tường gồm nhiều phần ghép nối tiếp nhau thì người ta lấy tổng số R của từng thành phần, như vậy rất tiện cho việc thiết kế cách nhiệt cho công trình. Khi tính lượng nhiệt truyền qua vách hay trần thì lấy diện tích của vách/trần nhân với độ chênh lệch nhiệt độ rồi chia cho tổng số R. Sau đây là chỉ số R của một số vật liệu ở bề dày 10cm: polystyrene (mớp xốp): 1,057, sợi thuỷ tinh: 0,528, rơm: 0,306, bê tông: 0,019, gạch : 0,075. Ở các nước đã phát triển, chỉ số R tối thiểu của tường và mái nhà ở mỗi vùng khí hậu đều được qui định thành tiêu chuẩn rõ ràng. Cần chú ý là ở Mỹ và các nước dùng hệ đo lường Anh-Mỹ thì R tính theo feet, độ F và Btu/h nên sẽ khác giá trị R tính trong hệ SI.
Chống nóng
Để có một chút cảm nhận cụ thể hơn về sức nóng của ánh nắng và sự hại điện của máy lạnh, ta thử xem một ví dụ sau: Một căn phòng có diện tích 10m² (rất nhỏ) có trần là mái bằng bê tông chịu nắng trực tiếp, gắn một máy lạnh cỡ 9.000BTU/h. Máy lạnh cỡ đó có công suất tiêu thụ gần 1KW điện và chỉ có thể bơm được không quá 3KW sức nóng ra khỏi phòng. Trong khi đó mái bằng nhận từ mặt trời hơn 10KW sức nóng lúc nắng gắt, và truyền vào trong phòng hơn 5KW (giả sử nhiệt độ mặt trên mái bằng lớn hơn mặt dưới 10°C). Đó là chưa kể sức nóng truyền vào phòng qua tường, sức nóng do người và máy móc trong phòng toả ra. Kết quả là vào mỗi buổi trưa, dù cho máy lạnh chạy hết sức, nhiệt độ không khí trong phòng vẫn có thể cao hơn nhiệt độ không khí ngoài trời vài °C. Cứ tưởng tượng như đang ngồi trong phòng đóng kín với một cái bếp điện 2KW được mở suốt vài giờ thì sẽ hiểu tại sao trong phòng có máy lạnh mà vẫn nóng đến như vậy. Nếu phòng được cách nhiệt tốt thì máy lạnh cỡ đó có thể dễ dàng làm mát cho thể tích 90m³ tức là diện tích phòng khoảng 30m². Như vậy mới thấy không phải lúc nào cũng có thể dùng máy lạnh để chống nóng và việc thiết kế chống nóng công trình xây dựng sẽ giúp tiết kiệm điện đến mức nào. Ngày nào ngành điện cũng phát thông điệp hãy sử dụng điện tiết kiệm trên các kênh truyền hình nhưng không chỉ cho người tiêu thụ biết cách tiết kiệm điện cho máy lạnh như thế nào.
Có cách chống nóng ít hại điện hơn cách dùng máy Điều hoà nhiệt độ, đó là ngăn không cho sức nóng vào nhà. Đối với các công trình xây dựng, diện tích nằm ngang nhận ánh nắng là mái. Có nhiều cách để chống nóng từ trên mái xuống. Mái bằng thì làm thành hồ nước, hoặc vườn cây. Mái tôn thì dùng tôn có lớp xốp cách nhiệt, thông gió trên plafond…
Ngoài việc chống nóng từ trên mái, còn phải chống nóng từ vách. Ở Việt Nam, cách chống nóng xuyên qua tường phổ biến nhất vẫn là xây tường dầy lên. Theo kinh nghiệm của tôi thì tường gạch ống dầy 20cm vẫn chưa đủ để cản sức nóng của nắng hướng Tây vào nhà. Những vật liệu xây dựng mới như panel 3D cũng rất tốt cho việc chống nóng.
Kính ngày càng được dùng nhiều cho cửa sổ và cửa đi. Đối với cửa kính thì ngoài việc dẫn nhiệt qua thuỷ tinh, nhiệt còn được truyền qua sự bức xạ (tia nắng). Như đã viết ở trên, chỉ có ánh sáng thấy được và UVA đi qua cửa kính vào nhà. Chỉ hai thành phần này cũng đã là quá nhiều để làm nóng nhà của chúng ta. Các loại cửa kính hộp (2 lớp kính) có tính cách âm và cách nhiệt tốt nhưng không thể ngăn được sức nóng đi vào nhà qua ánh nắng loại kính này chỉ thích hợp khi dùng ở các xứ ôn đới: ngăn không cho hơi ấm trong nhà truyền ra ngoài qua cửa kính trong mùa đông. Cách đơn giản và ít tốn kém nhất để chống nóng đi qua cửa kính là che nắng: trồng cây hoặc làm mái che hướng nắng. Để có tác dụng chống nóng thì phải che nắng bên ngoài cửa kính, còn rèm treo bên trong cửa kính chỉ làm đỡ chói mắt chứ tác dụng chống nóng rất kém khoảng 15%-30%. Ở những văn phòng hay chung cư cao tầng, không thể dùng cách che nắng đơn giản trên, thì có thể dùng kính phản quang hoặc các tấm phim dán kính. Các loại kính phản quang được tráng một lớp kim loại thật mỏng, có tác dụng phản xạ một phần ánh sáng nhưng không ngăn được phần UVA đi vào nhà. Tuỳ theo công nghệ sản xuất, lớp kim loại tráng mỏng đó có thể rất dễ bị hỏng khi lau kính không đúng cách.
Phim dán kính thì có rất nhiều loại sự phân loại film dựa chủ yếu vào công nghệ sản xuất ra màng film
Có 4 công nghệ chính để sản xuất ra màng film chống nóng
1. Công nghệ nhuộm mầu
2. Công nghệ tráng phủ kim loại
3. Công nghệ phún xạ
4. Công nghệ lai
Đa phần film dùng cho nhà kính sử dụng công nghệ tráng phủ kim loại (coating film) đây là công nghệ tạo lên film có giá thành hợp lý và chất lượng tương đối tốt
Film sử dụng công nghệ này thường có độ phản xạ gương lớn, màng film dầy và chống nóng tốt dựa vào cơ chế phản xạ và hấp thụ nhiệt lượng
Ngoài việc lựa chọn vật liệu cách nhiệt để xây nhà, ta còn phải để ý đến việc kiểm soát không khí ra vào nhà. Phải làm các khe cửa thật khít để khi đóng cửa thì rất ít không khí ra vào được, tránh sự truyền nhiệt bằng đối lưu qua các khe đó. Không khí đối lưu thì truyền nhiệt tốt hơn gấp 5 lần không khí lặng. Nhà được cách nhiệt tốt và có ít khe hở thì tốt cho việc chống nóng cũng như sưởi ấm. Vài chục năm trước, khi khí hậu ở miền Nam còn chưa quá nóng, thì dân ta vẫn quan niệm rằng nhà ở miền Nam không cần làm kín. Bây giờ máy lạnh đang trở nên phổ biến trong nhiều nhà ở, văn phòng thì quan niệm đó cần phải thay đổi.
|