Nguyên tắc thiết kế thụ động tăng hiệu quả năng lượng

Tôi nhớ lại ngày đại học của tôi tại Geelong, tỉnh dậy trong căn nhà khiêm tốn vào một buổi sáng mùa đông. Khát khô họng sau giấc ngủ dài, tôi vươn người với ly nước bên cạnh giường. Sự lạnh lẽo của chiếc cốc như vừa được lấy ra từ tủ lạnh khiến tôi tê người! Rất nhiều nơi nhiệt độ trong nhà thậm chí thấp hơn bên ngoài vào mùa đông và ngược lại vào mùa hè oi bức.

Như vậy, thiết kế năng lượng mặt trời thụ động là gì, và nó có giúp khắc phục tình trạng nhiệt độ nóng lạnh trái ngược của căn phòng trong các mùa như thế nào? Về cơ bản, thiết kế năng lượng mặt trời thụ động là việc tạo ra một môi trường trong nhà duy trì một nhiệt độ phù hợp, dễ chịu quanh năm, sử dụng các nguồn tài nguyên miễn phí từ mặt trời, gió thông qua một thiết kế định trước. Nó có thể giảm đáng kể sự phụ thuộc vào hệ thống sưởi và làm mát cơ khí, chưa kể làm giảm hóa đơn tiền điện của bạn.

Không tốn quá nhiều tiền khi thiết kế công trình dựa trên địa điểm và các điều kiện khí hậu của vùng hoặc việc tạo ra một tiện nghi nhiệt trong nhà. Úc có tám vùng khí hậu khác nhau nên không có một kiểu kiến trúc chung cho tất cả các tòa nhà trên cả nước mà mỗi thiết kế lại phù hợp với đặc điểm riêng từng khu vực. Trong bài viết này, tác giả sẽ chia sẻ với bạn đọc các nguyên tắc cơ bản thiết kế năng lượng mặt trời thụ động và lý giải cách chúng tạo sự khác biệt cho sự tiện nghi trong nhà.

Hướng công trình

Bước đầu xem xét việc thiết kế nhà ở, quan tâm hàng đầu của người kiến trúc sư là hướng nhà, hướng nhà và hướng nhà. Hãy xem xét địa thế ngôi nhà, tìm hiểu về đặc trưng khí hậu để từ đó tận dụng lợi thế của mặt trời và hướng gió.

Không gian ở lý tưởng nhất của bạn nên được đặt theo hướng bắc, ngoại trừ vùng khí hậu nhiệt đới. Thiết kế trong ảnh của Melbourne Design Studios được đánh giá 10 sao mức thân thiện sinh thái theo các tiêu chí của Đề án Đánh giá Năng lượng Công trình Quốc gia Úc, ngôi nhà có hướng phía Bắc với các không gian ở (tầng một) và các phòng ngủ phía trên cho phép tiếp xúc tối đa với mặt trời và dễ dàng che nắng cho tường và cửa sổ vào mùa hè. Còn phòng tắm và phòng giặt là các không gian không cần được sưởi ấm nên được đặt ở hướng ngược lại.

Sưởi ấm tự nhiên

Phần lớn các nhà Úc nằm trong vùng khí hậu hưởng lợi từ hệ thống sưởi năng lượng mặt trời thụ động. Đây là nơi bạn có thể đón các tia mùa đông ấm áp trong ngôi nhà của bạn, sưởi ấm một cách tự nhiên. Điều này có thể đạt được khi mặt trời ở vị trí hơn thấp trên bầu trời vào mùa đông, cho phép ánh sáng mặt trời xâm nhập sâu vào nhà, đặc biệt là trên mặt nhà hướng về phía Bắc, như trường hợp ở căn nhà này. Ngôi nhà có cửa sổ lớn hướng về phía bắc trong các phòng nghỉ và phòng khách đã tận dụng triệt để nhiệt mặt trời.

Che nắng

Ánh nắng mặt trời trực tiếp vào cửa sổ có thể là nguồn nhiệt thừa thãi trong căn nhà vào mùa hè. Tuy nhiên, bằng cách hiểu về góc độ của ánh nắng mặt trời, bạn có thể giảm thiểu nhiệt vào nhà của bạn trong những tháng nóng hơn. Hãy xem xét ví dụ dưới đây, ví trí mái hiên, mái đua và dàn cây pengola sẽ che nắng cho cửa sổ (và tường) vào mùa hè nhưng không che trong mùa đông, từ đó tạo ra một nhiệt độ tiện nghi và giảm nhu cầu điều hòa không khí.

Thực vật

Bóng cây và thảm thực vật cũng là một phần tạo ra thiết kế năng lượng mặt trời thụ động. Hãy xem xét việc bố cục khu vườn của bạn và trồng cây cao có thể cải thiện tính năng công trình. Trồng cây rụng lá, có tán lá xanh tươi trong mùa hè, có thể tạo ra bóng đổ cho không gian ngoài trời và nhà của bạn. Sau đó, khi những cây rụng lá vào mùa đông, ánh sáng mặt trời có thể xuyên vào vào không gian sống của bạn.

Trồng thảm thực vật dày ở phía tây của nhà bạn để che nắng cho tường và cửa sổ từ mặt trời lúc lặn. Buổi chiều là thời gian nóng nhất trong ngày và không thể ngăn chặn, trừ khi bạn sử dụng một thiết bị thẳng đứng – cây là một giải pháp tự nhiên.

Kính

Kính là một yếu tố không thể tiết kiệm trong việc thiết kế một ngôi nhà. Chúng ta nên sử dụng hệ thống kính tốt nhất trong khả năng tài chính của mình. Kính có tác động lớn nhất đến truyền nhiệt và có thể chiếm hơn 40 phần trăm thất thoát nhiệt ra bên ngoài và lên đến 87 phần trăm thu nhiệt. Cần xem xét kĩ lưỡng cả kích thước và hướng của tất cả các cửa sổ cho vùng khí hậu đặc trưng mà bạn đang sống. Các cửa sổ trong phòng khách này là kính đôi uPVC, giúp cho căn nhà tiết kiệm năng lượng hơn và là một lựa chọn tuyệt vời trong một môi trường ven biển khắc nghiệt như Lorne, Victoria.

Làm mát tự nhiên

Các kỹ thuật được sử dụng để làm mát tự nhiên khác nhau trên khắp nước Úc, từ khí hậu nhiệt đới về phía bắc đến các môi trường ôn hoà hơn ở khu vực phía nam. Mô tả dưới đây là một ví dụ hoàn hảo của một ngôi nhà tận dụng lợi thế của không khí bên ngoài – không gian sống theo chiều đứng được phân chia để đón những làn gió qua các bề rộng ngắn, từ những khoảng mở lớn của cửa hai cánh đến các cửa sổ có mái hắt cao đối diện. Làm mát được cải thiện bằng cách cài đặt một quạt trần tre Haiku để lưu thông không khí nhẹ nhàng.

Nhiệt khối

Vật liệu có nhiệt khối thường dày đặc và có thể lưu trữ nhiệt bên trong và, gồm bê tông, gạch, đá và đất nện. Giữ nhiệt trong nhiệt khối là phù hợp nhất với khu vực có những ngày nắng nóng và đêm lạnh. Nhiệt khối hoạt động như một ngân hàng nhiệt, lưu trữ sự ấm áp từ mặt trời trong ngày. Vào buổi tối, khi nhiệt độ giảm xuống, hơi nóng tỏa dần ra ra duy trì một nhiệt độ tiện nghi và giảm nhu cầu sưởi ấm cơ khí.

Ngôi nhà này được thiết kế bởi Swell Homes, sử dụng gạch dán ngược (RBV) và một tấm bê tông tiếp xúc làm nhiệt khối. RBV là nơi mà các bức tường bên trong là gạch và bên ngoài được phủ bằng vật liệu khác như xi măng, gỗ hoặc render. RBV là một hệ thống tường nhiệt hiệu quả rất hiệu quả khi kết hợp với cách nhiệt và ốp mặt ngoài thích hợp.

Cách nhiệt

Cách nhiệt là một hệ thống ngăn cách dòng nhiệt và tạo ra một sự khác biệt lớn trong vùng tiện nghi và nhiệt độ ngôi nhà. Nếu bạn sống trong một ngôi nhà cũ, hãy lắp đặt trần và sàn cách nhiệt. Có nhiều công ty cung cấp dịch vụ cải tạo cách nhiệt tường trên một công trình hiện hữu bằng cách tạo ra các lỗ nhỏ trên tấm thạch cao và chèn / thổi cách nhiệt vào trong lỗ.

Các tấm ốp tường được sử dụng trong cải tạo nhà tạo ra rào cản chống thấm nước bên ngoài và cách nhiệt trong cùng một hệ thống. Được làm từ nhẹ bọt polystyrene, nó là một hình thức cách nhiệt hiệu suất cao với trở nhiệt tuyệt vời. Cách nhiệt bổ sung cũng có thể được thêm vào khoang của một bức tường khung đóng đinh, tăng gấp đôi hiệu quả hoạt động so với một ngôi nhà khung gỗ.

Gioăng cao su

Sử dụng Gioăng cao su là một trong nhiều cách có thể được áp dụng dễ dàng cho cả công trình có sẵn giảm thiểu tác động của thời tiết lên ngôi nhà. Bạn có thể mất đến 20 phần trăm nhiệt lượng chỉ vì các lỗ nhỏ xung quanh cửa ra vào và cửa sổ. Lắp đặt rèm cửa và mành giúp giảm gió lùa không mong muốn và giữ lại nhiệt trong ngôi nhà của bạn.

Một thiết kế năng lượng mặt trời thụ động tuyệt vời sẽ xem xét tất cả trong số chín nguyên tắc nói trên để tạo ra một ngôi nhà độc đáo phù hợp với các vùng khí hậu. Nó cũng sẽ làm giảm hoặc loại bỏ sự phụ thuộc của bạn vào hệ thống sưởi và làm mát cơ khí, cũng là tốt hơn cho môi trường và túi tiền của bạn.