GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH - Chương 2: Phân tích khí hậu và địa điểm xây dựng (tập 3)

Độ ẩm

Mô tả giải pháp

Độ ẩm cũng quan trọng như nhiệt độ đối với tiện nghi của con người. Độ ẩm quá cao có thể khuếch đại nhiệt và làm cho không khí trở nên oi bức, trong khi độ ẩm thấp có thể tạo sự khô hanh khó chịu.

Không khí ấm chứa nhiều hơi ẩm hơn không khí lạnh, nhưng con người không thể cảm nhận được độ ẩm tuyệt đối (tương ứng số lượng phân tử nước tuyệt đối trong không khí, được đo như mật độ), họ cảm nhận độ ẩm tương đối, được tính là phần trăm hơi nước trong không khí.

Biểu đồ so sánh nhiệt độ ướt và nhiệt độ khô ; từ đó giúp hiểu về độ ẩm. Chênh lệch giữa nhiệt độ ướt và khô càng lớn, không khí càng khô và độ ẩm tương đối càng thấp. Bạn có thể thấy Copenhagen khá ẩm vì nhiệt độ là khá tương đương về kích thước và sự phân bố cho nhiệt độ khô và ướt.

Con người thường cho rằng độ ẩm tương đối 40-55% là tiện nghi. Dưới 40% sẽ cảm nhận là khô, trên 55% sẽ cảm nhận là oi và ẩm ướt (trừ khi thời tiết lạnh).

Độ ẩm cũng ảnh hưởng đến hiệu quả của các chiến lược sưởi ấm hoặc làm mát thụ động. Ví dụ như làm mát bay hơi hiệu quả hơn nhiều trong môi trường khô.

Điều khiển và kiểm soát độ ẩm cũng là một chức năng quan trọng của hệ thống điều hòa không khí chủ động. Trong nước chứa rất nhiều nhiệt ẩn và việc khử ẩm không khí đòi hỏi phải làm mát nước – điều có thể yêu cầu nhiều năng lượng cho làm mát.

Độ ẩm có thể được xác định bằng cách so sánh nhiệt độ khô và nhiệt độ ướt. Ở độ ẩm 100% không khí hoàn toàn bão hòa và nhiệt độ khô sẽ bằng nhiệt độ ướt. Trong tất cả các kịch bản khác, nhiệt độ ướt luôn luôn thấp hơn nhiệt độ khô do làm mát bằng hơi nước. Chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ bầu khô và ướt càng lớn, không khí càng khô và độ ẩm tương đối càng thấp.

Dữ liệu độ ẩm thường được trình bày trong biểu đồ nhiệt ẩm.

Giống như nhiệt độ, độ ẩm thay đổi liên tục trong ngày và quanh năm, và thiết kế bền vững yêu cầu thiết kế cho một phạm vi độ ẩm. Bạn có thể vẽ biểu đồ sự biến thiên độ ẩm để giúp đưa ra  các yêu cầu trong  thiết kế của bạn.

                                           

                                                      Biến thiên độ ẩm trong năm tại một khu đất

Biểu đồ trên cho thấy độ ẩm trung bình vào buổi sáng và buổi chiều từ ghi chép quá khứ, với một dải tô màu đậm mô tả phạm vi trung bình hàng ngày của độ ẩm. Dải trong suốt rộng hơn được giới hạn bởi các đường chấm thể hiện đầy đủ vùng biến thiên độ ẩm cực đại và cực tiểu trong quá khứ. Tương ứng với biến thiên nhiệt độ, những cực trị này không diễn ra thường xuyên nhưng cần xem xét chúng trong thiết kế bền vững.

Bên cạnh việc tác động đến nhu cầu về năng lượng làm mát, độ ẩm cũng có thể ảnh hưởng đến các nhân tố thiết kế bền vững khác như sử dụng nước và đặc biệt là tưới tiêu cảnh quan.

Nhiệt độ

Mô tả giải pháp

Nhiệt độ biến thiên liên tục trong ngày và quanh năm và là thước đo rõ ràng nhất để xem xét thiết kế sưởi ấm và làm mát thụ động cho công trình.

Hai khái niệm cơ bản của nhiệt độ là nhiệt độ khô và nhiệt độ ướt. Từ những đại lượng này chúng ra có thể hiểu về cả nhiệt độ và độ ẩm không khí.

                                             

                                             

           Biến thiên nhiệt độ điển hình ở một khu đất cho sẵn, cả theo quanh năm và theo một vài ngày

Nhiệt độ khô

 Nhiệt độ khô đơn giản là nhiệt độ không khí, không xét đến độ ẩm. Nó được đo theo độ Celcius, độ Fahrenheit, hoặc Kelvin và có thể được đo bằng nhiệt kế tiếp xúc với không khí. Nó thường được gọi là nhiệt độ không khí và được thông báo trong các bản tin dự báo thời tiết thường ngày.

 Nhiệt độ ướt

 Nhiệt độ ướt là nhiệt độ không khí có tính đến tiềm năng làm mát của sự bay hơi. Nó được đo bằng cách cho nhiệt kế được làm ẩm tiếp xúc với luồng không khí (bọc bầu nhiệt kế trong vải ướt và lắc nó trong không khí).

Sự bay hơi của hơi ẩm phụ thuộc vào độ ẩm của không khí (tương tự việc chờ tóc ướt khô lâu như thế nào trong một ngày ẩm ướt). Giống như nhiệt độ khô, nhiệt độ ướt có thể được đo theo độ Celcius, độ Farenheit, hoặc Kelvin.

 Ở độ ẩm 100%, không khí hoàn toàn bão hòa và nhiệt độ khô sẽ bằng nhiệt độ ướt. Trong tất cả các trường hợp khác, nhiệt độ ướt luôn luôn thấp hơn nhiệt độ khô do làm mát bay hơi. Sự chênh lệch giữa nhiệt độ khô và ướt càng lớn, không khí càng khô và độ ẩm tương đối càng thấp.

  Ngày mức độ

Để có được một khái niệm về yêu cầu sưởi ấm và làm mát cho khu đất được xây dựng, một phạm vi nhiệt độ tiện nghi cần được đặt ra. Phạm vi này, thường đươc gọi là vùng tiện nghi, sau đó có thể so sánh với nhiệt độ thực tế theo thời gian của khu đất xây dựng. Khi nhiệt độ khu đất nằm ngoài vùng tiện nghi, nó được đo theo “ngày mức độ”  sưởi ấm hoặc làm mát.

Ví dụ

Nếu thời tiết ấm hơn trung bình 1 độ so với mức tiện nghi trong một ngày, chúng ta nói rằng công trình cần một ‘ngày mức độ’ làm mát để giữ tiện nghi.

Nếu thời tiết ấm hơn trung bình 10 độ trong một ngày, hoặc ấm hơn một độ trong 10 ngày, từ đó công trình cần 10 ngày mức độ làm mát.

Nếu nhiệt độ thấp hơn 10 độ mức tiện nghi tối thiểu trong một ngày, từ đó công trình cần 10 ngày mức độ sưởi ấm.

        

                    Ngày mức độ là nhiệt độ vượt ngưỡng, nhân lên theo thời gian

Ngày mức độ không chỉ hữu ích để dự toán nhu cầu sưởi ấm và làm mát; chúng cũng giúp việc so sánh giữa các công trình một cách công bằng hơn. Một công trình ở khí hậu ôn hòa như San Francisco sẽ cần ít năng lượng sưởi ấm và làm mát hơn so với một công trình ở khí hậu lạnh như Moscow, ngay cả khi công trình ở Moscow được xây tốt hơn nhiều.

So sánh cường độ năng lượng của các tòa nhà khác nhau với các ngày mức độ sưởi ấm và làm mát ở mỗi khu đất sẽ làm những so sánh này thể hiện chính xác hơn sự hiệu quả thiết kế của công trình.

                                               

                        Biểu đồ này từ Montreal cho thấy rằng tháng 1 có gần 800 ngày mức độ để duy trì tiện nghi.

Đọc biểu đồ nhiệt độ

 Nhiệt độ thiết kế theo tháng

 Dĩ nhiên, nhiệt độ không luôn luôn cố định trong 1 ngày hay 1 năm. Thiết kế hợp lý là thiết kế có xem xét cho cả những tình trạng bất thường cũng như các điều kiện trung bình.

                                    

                                                         Biểu đồ dữ liệu thiết kế nhiệt độ theo tháng

Biểu đồ trên không chỉ chỉ ra nhiệt độ trung bình hàng tháng từ dữ liệu nhiệt độ lịch sử, mà còn chỉ ra 2 mức độ sai lệch.

Các hộp màu xanh lá cây thể hiện giá trị trung bình theo lịch sử của nhiệt độ khô cao nhất và thấp nhất theo tháng; khu đất của bạn hầu như sẽ phải trải qua những nhiệt độ trong những tháng này, do đó cần thiết kế phù hợp với chúng.

Khoảng mở rộng của các hộp thể hiện các nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất chỉ được ghi lại trong 1% thời gian của dữ liệu lịch sử. Khu đất của bạn sẽ không trải qua chúng thường xuyên, nhưng trong thiết kế hợp lý, người thiết kế nên xem xét cả nhiệt độ đạt mức cực tiểu và cực đại này.

                                 

          Bạn có thể thấy rằng khu đất này có ít biến thiên về nhiệt độ hơn biểu đồ trước một cách đáng kể.

Trong tháng tư, nhiệt độ đỉnh 64oF xảy ra, nhưng nói chung phạm vi nhiệt độ sẽ ở khoảng giữa 48o và 57oF trong tháng.

Thời tiết trung bình ban ngày

Dữ liệu nhiệt độ ban ngày thể hiện chu kỳ thay đổi của nhiệt độ và bức xạ hàng ngày trên khu đất. Dữ liệu điển hình bao gồm nhiệt độ khô, nhiệt độ ướt, bức xạ mặt trời trực tiếp và tán xạ như là một giá trị trung bình ngày cho mỗi tháng.

Từ dữ liệu này bạn có thể nghiên cứu về sự chênh lệch giữa nhiệt độ khô và nhiệt độ ướt (chỉ số độ ẩm tương đối), sự chênh lệch giữa nhiệt độ ban đêm và ban ngày và các dữ liệu bức xạ mặt trời phụ khác.                                               

                    

                                           Biểu đồ thời tiết ban ngày từ Revit của Nashville, TN.

Nhiệt độ thiết kế theo năm

Với một số khu đất, sưởi ẩm sẽ là yêu cầu chủ yếu quanh năm, một số khác thì yêu cầu làm mát sẽ là chính.

Bạn có thể dễ dàng xem nhiệt độ biến đổi thế nào ở khu đất của mình thường xuyên nhất bằng cách xem biểu đồ nhiệt độ quanh năm.

                            

                              Nhiệt độ hàng năm tại một khu đất vùng khí hậu lạnh, chủ yếu có yêu cầu về sưởi ấm.

                    Biểu đồ còn thể hiện tần suất của nhiệt độ khô và ướt, gợi ý rằng vùng khí hậu không có mùa hè ẩm.