Bố trí ô cửa cho sưởi ấm và làm mát

Cửa sổ và các ô cửa khác mang nhiệt mặt trời vào phòng nhưng cũng có thể làm mất nhiệt do làm mát phát xạ và  dẫn nhiệt cao hơn hầu hết các kết cấu tường hay mái.

Các ô cửa và mái hắt phải được bố trí một cách thông minh nhằm tận dụng ưu thế nhiệt mặt trời ở vùng và mùa có khí hậu lạnh trong khi đó tránh quá nhiệt vào mùa khí hậu nóng.

Vị trí bố trí ô cửa có tác động tới hiệu quả sưởi ấm và làm mát tương tự như vấn đề lấy sáng tự nhiên.

Các lỗ mở hướng về đường mặt trời hay nằm trên đỉnh công trình có thể mang lại lượng lớn nhiệt – thường nhiều hơn cả so với các ô cửa quay về hướng đông và tây

Cũng như với lấy sáng tự nhiên, kính có tính chất phù hợp phải được lựa chọn cho phù hợp với các hướng.

Ví dụ, một cửa sổ mang lại nhiều nhiệt có ích bố trí ở một mặt nào đó của công trình có thể cũng làm mất nhiều nhiệt nếu đặt ở một mặt nào đó khác.

Tuy nhiên, có một số khác biệt cần xem xét khi thiết kế ô cửa để đạt tiện nghi nhiệt. Ô cửa không hướng theo đường mặt trời thường mất nhiệt ra bên ngoài.

Ở nhiều vùng khí hậu, cửa sổ hướng đông có thể được ưa chuộng nhằm làm ấm không gian vào sáng sớm sau một đêm lạnh lẽo. Ở những vùng khí hậu ấm hơn, cửa sổ hướng tây có thể đối mặt với việc quá nóng.

Sưởi ấm mặt trời thụ động thường kết hợp hấp thu nhiệt mặt trời với khối nhiệt bên trong công trình nhằm thu và chứa nhiệt mặt trời để phát xạ từ từ trở ra vào ban đêm.

Che nắng và chuyển hướng ánh sáng mặt trời

Mô tả giải pháp

Che nắng là việc sử dụng các yếu tố công trình nhằm tránh ánh sáng mặt trời trực tiếp nhằm tránh hấp thu quá nhiều ánh sáng hay nhiệt mặt trời. Chuyển hướng ánh sáng là việc sử dụng các yếu tố công trình để đưa ánh sáng đến những vị trí mong muốn ánh sáng nhiều hơn trong công trình.

Che nắng là một tập hợp các chiến lược nhằm đạt được tiện nghi thị giác và tiện nghi nhiệt. Như vậy, hiệu quả che nắng chính bằng hiệu quả tổng hợp của tiện nghi thị giác và tiện nghi nhiệt.

Các chiến lược che nắng bao gồm ô văng, mái hắt và tấm chắn dọc. Chiến lược chuyển hướng ánh sáng bao gồm kệ hắt sáng và các vách hướng ánh sáng. Tất cả các chiến lược này có thể thiết kế bên ngoài hoặc bên trong công trình và có thể cố định hay di động.

Một số kết cấu có cả hai công năng chắn nắng và chuyển hướng ánh sáng cùng lúc. Cả hai yếu tố tiện nghi thị giác và tiện nghi nhiệt phải được xem xét đồng thời khi thiết kế các kết cấu này bởi vì chúng có thể tác động đến cả hai yếu tố.

Che nắng

Các tấm che có thể giữ được nhiệt và ánh sáng chói trực tiếp của mặt trời đi qua cửa sổ, trong khi đó vẫn cho phép ánh sáng tán xạ đi vào phòng và khả năng quan sát.

Chúng có thể che ánh sáng mặt trời trực tiếp cho tường và mái từ đó giảm tải lượng làm mát. Tấm che thiết kế bên trong không chắn được nhiệt hấp thu mặt trời nhưng có thể chắn chói và phân phối ánh sáng đồng đều.

Tấm che bên trong có thể làm tăng tiện nghi thị giác nhưng không chắn được nhiệt hấp thu mặt trời.

Thiết kế tấm che thông dụng nhất là các tấm ô văng nằm ngang lắp cố định bên ngoài. Những tấm che này được sử dụng ở mặt hứng ánh sáng mặt trời, đôi khí bao gồm cả các mặt hướng đông và tây.

Tuy nhiên, các mặt hướng đông và tây thường đòi hỏi thiết kế kiểu khe chắn dọc nhằm tránh mặt trời ở góc thấp.

Mặt công trình xoay về hướng xích đạo không cần chắn nắng, ngoại trừ gần xích đạo khi đó mặt trời có thể nằm ở hướng bắc hay nam tùy theo mùa.

Có nhiều dạng thiế kế tấm che cố định đặt ngoài nhằm giảm bóng và/hoặc nhằm lấy nhiều ánh sáng tán xạ vào phòng hơn.

                              

                                                               Các chiến lược thiết kế chắn nắng thông dụng

Ở các vùng khí hậu nóng, sẽ cực kỳ có ích khi chắn nắng cho mái công trình để tránh nhiệt hấp thu mặt trời.

Các tấm năng lượng mặt trời nếu được bố trí đúng có thể hoạt động như các tấm che nắng và do đó chúng thực hiện hai nhiệm vụ cùng lúc đó là thiết bị tạo năng lượng và thiết bị giảm thiểu năng lượng tiêu thụ.

Các tấm che thích ứng

Chắn nắng có thể được thiết kế sao cho ánh sáng mặt trời và nhiệt có thể đi vào công trình tại một số thời điểm trong năm và ngăn cản chúng ở các thời điểm khác.

Phương pháp đơn giản nhất là sử dụng ô văng nằm ngang cố định với chiều rộng được thiết kế sao cho che chắn được trong suốt các tháng mùa hè khi mặt trời ở vị trí cao và cho phép ánh sáng mặt trời vào phòng trong các tháng mùa đông khi mặt trời ở vị trí thấp.

                     

                                Ô văng che nắng vào mùa hè nhưng cho phép hấp thu nhiệt vào mùa đông

Thiết kế chắn nắng thích ứng bằng cách cho nó di động – vận hành thủ công hay điều khiển tự động.

Những hệ thống như vậy có thể điều chỉnh để phản ứng tốt, nhưng chúng hơi đắt tiền và cần phải được bảo dưỡng và sữa chữa qua các năm.

Hệ thống vận hành bởi người dùng cần có sự huấn luyện và thường không được sử dụng đúng cách.

Các kệ hướng và vách hướng ánh sáng

Để phân phối ánh sáng đều, cần phản xạ ánh sáng trên các bề mặt. Ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp lên các bề mặt làm việc thường gây ra chói.

Kệ hắt sáng là các thiết bị che cho cửa sổ không bị chói và chuyển hướng ánh sáng lên trên nhằm tăng cường phân phối ánh sáng sâu vào trong phòng.

Một kệ hắt sáng nói chung là một thiết bị được đặt bên trên tầm mắt chia cửa sổ thành một phần để quan sát nằm bên dưới và một phần cho chiếu sáng tự nhiên bên trên. Nó có thể được đặt bên ngoài, trong hay cả hai và có thể tích hợp vào công trình hay được lắp bên trên công trình.

                                                            

                                                  Kệ hắt sáng tránh chói và cho phép chiếu sáng tự nhiên sâu vào trong phòng

Kệ hắt sáng hoạt động hiệu quả nhất ở những bề mặt tường hướng về đường mặt trời; đối với tường hướng cực chúng chỉ đóng vai trò là tấm che. Các kệ hắt sáng ở phía đông và tây có thể không phản xạ ánh sáng sâu hơn được nữa vào phòng, nhưng lại là một biện pháp hữu hiệu nhằm giảm thiểu nhiệt thu trực tiếp và chói.

Kệ hắt sáng bên ngoài làm giảm ánh sáng tự nhiên gần cửa sổ nhưng cải thiện tính tương đồng của ánh sáng. Chiều sâu đề nghị cho kệ hắt sáng ngoài tương đương với chiều cao của nó trên mặt phẳng làm việc.

Để giảm tải lượng làm mát và nhiệt thu mặt trời thì kệ hắt sáng ngoài là lựa chọn tốt nhất đáp ứng được cả 2 yêu cầu chắn nắng và phân bố ánh sáng.

Bởi vì chúng chỉ là các tấm che nên chúng không thay đổi tỉ lệ ánh sáng và nhiệt, nhưng sự phân bố ánh sáng tốt hơn cũng sẽ làm giảm lượng ánh sáng cần cho phòng do đó giúp làm mát.

Kệ hắt sáng có thể được xây dựng bằng nhiều loại vật liệu như gỗ, tấm kim loại, thủy tinh, nhựa, sợi hay các vật liệu trần cách âm.

Yếu tố xem xét cho việc lựa chọn vật liệu bao gồm độ bền kết cấu, dễ bảo trì, chi phí và tính thẩm mỹ.

Các kệ hắt sáng và khe dọc không cần phải mờ; khi chúng trong suốt nhưng có tán xạ thì chúng cũng giúp phân phối áng sáng đồng đều mà không làm giảm tổng lượng ánh sáng đáng kể.          

            

Tấm kính tán xạ lắp trên tường hướng tây giúp phân bố ánh sáng đồng đều mà không làm giảm ánh sáng tới.

Kích thước kệ hướng sáng

Hướng, chiều cao, vị trí (bên trong, ngoài hay cả hai), và chiều sâu của kệ rất quan trọng. Nguyên tắc chính là chiều sâu của kệ trong có thể xấp xỉ chiều cao của cửa sổ phía trên kệ.

Chiều rộng tối ưu và vị trí lắp đặt kệ hắt sáng phụ thuộc vào vị trí và khí hậu tại công trình.

Các vách hướng ánh sáng

Khi kệ hắt sáng được đặt hướng thẳng đứng, chúng trở thành các vách hướng ánh sáng. Chúng thường được sử dụng cùng với giếng trời hay mái vòm nhằm phân bố ánh sáng tốt hơn và tránh chói. Thiết kế chiều cao và vị trí đặt tối ưu cho các vách hướng ánh sáng được thực hiện tương tự với cách thiết kế các kệ hắt sáng.

                 

       Các vách hướng đặt trên mái vòm giúp tránh chói đồng thời mang lại độ sáng toàn bộ của mặt trời