Chống nóng - nguyên nhân và giải pháp

08/12/2016 08:18 | 1546 Lượt xem

Trong tình hình trái đất ngày càng nóng lên và mật độ dân cư ở các đô thị ngày càng tăng thì việc chống nóng cho nhà ở và nơi làm việc là một việc rất cần thiết, dù cho ở vùng nhiệt đới hay ôn đới.

Ở vùng nhiệt đới thì phải chống nóng quanh năm còn ở vùng ôn đới thì chống nóng vào mùa hè. Trong tự nhiên, sức nóng (hay là nhiệt năng) truyền từ nơi có nhiệt độ cao hơn sang nơi có nhiệt độ thấp hơn. Sức nóng truyền đi theo ba cách tuỳ thuộc vào vật chất mà nó truyền qua. Ba cách đó là dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Dẫn nhiệt là cách truyền nhiệt qua sự tiếp xúc của các phân tử nằm cạnh nhau trong vật chất. Đối lưu là cách truyền nhiệt bằng sự chuyển động của chất lỏng hay chất khí. Bức xạ là cách truyền năng lượng qua sóng điện từ, có thể truyền qua chân không. Chống nóng là cản không cho nhiệt năng truyền vào nơi sinh hoạt.

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? Nhiệt độ bề mặt Mặt trời khoảng 5780°K, mặt trời phát (bức xạ) ra không gian chung quanh nó ánh sáng thấy được, tử ngoại (UV) và hồng ngoại.

Sơ đồ giảm nhiệt khi sử dụng phương pháp chống nóng hiệu quả

Đồ thị trên, cho thấy cường độ của bức xạ mặt trời ở từng bước sóng, và sự hấp thụ năng lượng đó của tầng khí quyển. Phần lớn năng lượng của ánh nắng nằm trong dải hồng ngoại, một ít nằm trong dải tử ngoại, phần còn lại là ánh sáng thấy được. Khi các tia đó chạm xuống mặt đất hay bất cứ thứ gì trên trái đất, một phần bị phản xạ trở lại (mắt người nhìn thấy các thứ chung quanh là do nhận được phần phản xạ của ánh sáng thấy được), phần còn lại sẽ làm nóng thứ đó lên. Ngoài việc làm nóng, UV còn làm biến đổi các chất hữu cơ: làm hỏng các phân tử DNA, gây lão hoá và ung thư da, lão hoá mắt, phá hủy các loại nhựa, các chất màu (làm bạc màu). Phần UV gần với ánh sáng thấy được nhất gọi là UVA. UVA có thể đi xuyên qua thủy tinh, tức là cũng vào nhà qua cửa kính giống như ánh sáng thấy được (mặc dù người ta không nhìn thấy nó).

Xem thêm sản phẩm: Bông thủy tinh, Cao su non, Bông khoáng

Một mét vuông mặt đất (nằm ngang) 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℃ 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

Cách chống nóng hiện đại (hại điện) nhất trong phần lớn các công trình xây dựng ở Việt Nam hiện nay là dùng máy lạnh. Xem bài viết về máy lạnh và những điều cần biết.
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℃). 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 ℃. 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.

Xem thêm: Giải pháp chống nóng công trình xây dựng

Có cách chống nóng ít hại điện hơn cách dùng máy điều hòa không khí, 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, mút 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). 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; chúng 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. Khi tia nắng đã đi qua cửa kính vào nhà, nó làm nóng vật trong nhà lên. Vật nóng lên sẽ phát ra tia hồng ngoại có bước sóng dài, tia này bị phản xạ ở bề mặt kính nên không thoát ra ngoài nhà được làm cho nhà mau nóng hơn. 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.

Ở những văn phòng hay chung cư cao tầng, không thể dùng cách che nắng bên ngoài, 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: loại phim màu không có hoa văn, loại có hoa văn không màu, loại phản quang-chống nóng. Loại phim hoa văn không màu không có tác dụng chống nóng. Loại phim màu sẽ hấp thụ một phần ánh sáng, nhiều hay ít tuỳ theo màu đậm hay nhạt. Khi hấp thụ ánh sáng thì năng lượng của ánh sáng sẽ giảm đi nhưng chính tấm phim sẽ nóng lên, hơi nóng đó sẽ truyền một phần nhỏ ra ngoài qua tấm kính và một phần ở lại trong phòng. Loại phim phản quang thì kết hợp cả hai tác dụng: phản xạ một phần ánh sáng ra ngoài và hấp thụ một phần ánh sáng cho nên nó giảm năng lượng ánh sáng vào phòng mà tự nó không nóng lên nhiều như loại phim màu. Có loại phim còn được trộn chất ngăn tia UV trong lớp keo dán để bảo vệ keo dán không bị lão hoá theo thời gian và đồng thời ngăn tia UV vào nhà.

Xin nêu lên một trường hợp đã dùng phim phản quang NV15 của 3M. Theo giới thiệu của 3M, phim này ngăn được 99% UV, 85% ánh sáng thấy được, 75% năng lượng trong ánh nắng. Nhìn từ trong nhà ra ngoài qua cửa kính có dán phim vẫn thấy màu sắc tự nhiên nhưng không chói mắt. Tia nắng xuyên qua cửa kính vào nhà vẫn rọi thành vệt trên sàn nhà nhưng vệt nắng đó không còn nóng nữa và không có thành phần UV (kính đeo mắt đổi màu - photochromic lense không bị sẫm màu trong vệt nắng đó). Một căn chung cư có trần cao 4,8m, tường hướng Bắc dài 11,6m, tường hướng Tây dài 7,2m, tường gạch và beton dầy 30cm, tổng diện tích cửa kính 14m². Trước khi dán phim lúc trời nắng nhất thì nhiệt độ trong nhà cao hơn ngoài trời 1-2℃, sau khi dán phim lên cửa kính thì nhiệt độ trong nhà bằng hoặc thấp hơn 1-2℃ so với bên ngoài lúc trời nắng.

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. Nhà phải thoáng khi mở cửa nhưng khi đóng cửa thì phải kín.

Một điều quan sát được về nhiệt độ không khí nhà chung cư: nhiệt độ không khí trong nhà chung cư rất ít thay đổi trong suốt ngày. Ví dụ trong tháng 3 năm 2008, nhiệt độ không khí ở thành phố Hồ Chí Minh thay đổi từ 23℃ đến 33℃, nhiệt độ trong nhà đóng kín cửa (cửa có dán phim chống nóng 3M) và không mở máy lạnh luôn luôn ở khoảng 29℃. Đó là nhờ căn nhà này không bị nắng rọi trên mái, cửa sổ và cửa đi rất kín; việc trao đổi nhiệt giữa bên trong và bên ngoài nhà rất ít nên nhiệt độ bên trong ít thay đổi theo nhiệt độ bên ngoài.

Độ Ẩm

Một yếu tố khí hậu khác ảnh hưởng đến cảm giác nhiệt độ của người là độ ẩm không khí. Độ ẩm không khí thường được chỉ thị qua độ ẩm tương đối. Độ ẩm không khí ảnh hưởng đến cảm giác nhiệt độ của người vì người tự làm mát mình bằng cách tiết mồ hôi, mồ hôi bay hơi sẽ mang theo nhiệt năng làm người mát. Mồ hôi tiết ra mà không bay hơi được thì người không mát. Để cho mồ hôi bay hơi được thì không khí phải còn chứa thêm được hơi nước tức là độ ẩm tương đối trong không khí phải đủ thấp. Người ta cảm thấy thoải mái dễ chịu khi độ ẩm tương đối không khí trong khoảng 40% tới 60%. Độ ẩm tương đối cao thì mồ hôi khó bay hơi, cảm giác nóng của người càng tăng, mồ hôi đổ ra càng nhiều. Nhưng độ ẩm thấp quá cũng không dễ chịu: người ta bị khô da, khô mắt, tĩnh điện dễ tích lại đến một điện thế cao. Cảm giác nóng kết hợp giữa nhiệt độ và độ ẩm cũng được ghi với đơn vị ℃. Có một số công thức để tính cảm giác nóng đó. Để cho mọi người dễ hiểu, cảm giác nóng cũng được ghi hẳn vào trong các dự báo thời tiết ở nhiều nơi; ở Việt Nam chưa ghi như vậy.

Xem thêm: Một số lưu ý trong quá trình thi công lắp đặt điều hòa

Bảng dưới đây cho thấy ảnh hưởng của cảm giác nóng lên cơ thể người

Cảm giác nóng            Ảnh hưởng
27–32℃   Chú ý: gây mệt khi ở lâu trong cảm giác này
32–41℃                       Chú ý đặc biệt: có thể say nắng, chuột rút
41–54℃   Nguy hiểm: say nắng dễ dàng
trên 54℃      Đặc biệt nguy hiểm

Cảm giác nóng ở miền Nam Việt Nam thường trong khoảng 32-41℃. Độ ẩm tương đối của không khí trong nhà thường cao hơn không khí ngoài trời vì người trong nhà sinh ra hơi nước qua mồ hôi và hơi thở. Để giảm độ ẩm không khí trong nhà một cách ít tốn kém thì làm thông gió cho nhà. Nhưng nếu ngoài trời đang nóng thì việc làm thông gió cũng không làm dễ chịu cho người trong nhà. Tốn kém hơn thì có thể dùng máy hút ẩm. Máy hút ẩm là một cái máy lạnh thật nhỏ, nó hút không khí qua giàn lạnh nhỏ để hơi nước trong không khí ngưng tụ lại thành nước, nước đó được hứng trong một thùng chứa, người dùng phải nhớ đổ thùng nước đó đi để lấy chỗ hút ẩm. Nếu trong nhà có gắn máy lạnh thì không cần mua thêm máy hút ẩm mà dùng ngay máy lạnh để hút ẩm.