Trong kiến trúc khí hậu nhiệt đới, một trong những bài toán khó không phải chỉ là đưa được nhiều gió vào nhà.Bài toán thực sự là làm thế nào để công trình có thể trao đổi không khí thường xuyên nhưng vẫn kiểm soát nắng, mưa tạt, riêng tư và cảm giác gió lùa.Cửa sổ lá sách, hay louver window, là một trong những giải pháp đáng nghiên cứu cho mục tiêu này.

Thay vì đóng kín hoàn toàn hoặc mở một khoảng lớn như cửa sổ thông thường, hệ lá sách tạo ra một tập hợp các khe thông khí có hình học được kiểm soát. Chính cấu trúc đó cho phép kiến trúc sư đồng thời xử lý nhiều vấn đề của lớp vỏ công trình: không khí, nước mưa, ánh sáng và tầm nhìn.Nhưng để cửa lá sách thực sự hiệu quả, cần hiểu đúng cơ chế vật lý phía sau nó.

Một ngôi nhà nhiệt đới hiện đại sử dụng hệ cửa lá sách tại mặt đứng. Một phần nan đang mở, thể hiện luồng gió tự nhiên đi từ sân vườn xuyên qua không gian sinh hoạt. Kiến trúc tối giản, nhiều cây xanh, ánh sáng tự nhiên, cảm giác khoa học và hiện đại. — Giải pháp thông gió tự nhiên bằng cửa sổ lá sách trong kiến trúc nhiệt đới.

1. Thông gió tự nhiên bắt đầu từ chênh lệch áp suất

Không khí không tự nhiên đi xuyên qua một căn nhà chỉ vì chúng ta tạo ra một ô cửa.Dòng khí xuất hiện khi tồn tại chênh lệch áp suất giữa hai vùng.Trong công trình, chênh áp tự nhiên chủ yếu hình thành từ hai cơ chế:

Áp suất do gió.
Lực nổi do chênh lệch nhiệt độ, thường gọi là stack effect hoặc hiệu ứng ống khói.

Khi gió tác động lên công trình, mặt đón gió thường hình thành vùng áp suất cao, trong khi mặt khuất gió có thể xuất hiện vùng áp suất thấp.Nếu công trình có những vị trí mở phù hợp, không khí có thể đi từ vùng áp suất cao vào nhà và thoát ra vùng áp suất thấp.

Đó chính là nền tảng của thông gió chéo – cross ventilation. Các tài liệu hướng dẫn về thông gió tự nhiên của WBDG và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đều xem gió và lực nổi nhiệt là hai động lực cơ bản tạo nên thông gió tự nhiên.Ở dạng đơn giản, lưu lượng không khí qua một tiết diện mở có thể được biểu diễn:

Q = Cd × A × √(2ΔP/ρ)

Trong đó:Q là lưu lượng không khí.

Cd là hệ số xả, phản ánh tổn thất khi không khí đi qua khe mở.

A là diện tích mở hữu dụng.

ΔP là chênh lệch áp suất giữa hai phía.

ρ là khối lượng riêng của không khí.

Điều quan trọng nằm ở chữ “hữu dụng”.

Một ô cửa rộng 1 m² không đồng nghĩa với việc chúng ta có 1 m² diện tích thông gió thực tế.Khung, nan chớp, lưới chống côn trùng và hình dạng đường đi của luồng khí đều tạo ra lực cản.Vì vậy, khi lựa chọn cửa lá sách, chỉ nhìn kích thước phủ bì của cửa là chưa đủ.

2. Cửa lá sách điều khiển dòng khí như thế nào?

Một hệ cửa lá sách gồm nhiều nan được bố trí theo một hình học nhất định.Không khí muốn đi từ ngoài vào trong phải thay đổi hướng khi di chuyển qua những khe này.Chính quá trình đó tạo ra ba tác động.

Thứ nhất: thay đổi hướng dòng khí

Nan nghiêng có thể làm thay đổi hướng của luồng không khí trước khi đi vào phòng.Điều này cho phép kiến trúc sư kiểm soát tương đối vùng mà luồng khí tác động.Ví dụ, cửa đặt cao có thể hướng dòng khí vào vùng phía trên không gian trước khi hòa trộn với không khí trong phòng.

Ngược lại, khe lấy gió thấp có thể đưa dòng khí gần vùng hoạt động của con người hơn.Tài liệu thiết kế thông gió tự nhiên cho thấy vị trí và hình học của cửa lấy gió có thể ảnh hưởng đáng kể đến đường đi và vận tốc không khí bên trong phòng.

Thứ hai: giảm tầm nhìn trực tiếp

Các nan chồng lên nhau tạo thành một đường nhìn bị gián đoạn. Nhờ đó, không gian vẫn có thể trao đổi không khí trong khi hạn chế tầm nhìn trực tiếp từ ngoài vào.

Đây là lý do cửa lá sách đặc biệt hữu ích tại:Phòng vệ sinh.

Khu giặt phơi.

Hành lang.

Cầu thang.

Phòng kỹ thuật.

Kho.

Mặt đứng cần thông khí nhưng vẫn cần riêng tư.

Thứ ba: tạo lực cản khí động

Mỗi lần dòng khí đổi hướng hoặc đi qua khe hẹp sẽ phát sinh tổn thất áp suất. Do đó, càng nhiều lớp nan hoặc đường đi càng phức tạp thì khả năng chắn mưa có thể tăng, nhưng khả năng lưu thông không khí chưa chắc tăng theo.Đây là một đánh đổi kỹ thuật quan trọng:Cản nước càng mạnh không có nghĩa là thông gió càng tốt.Một thiết kế tốt phải tìm được điểm cân bằng giữa hai yêu cầu này.

Infographic mặt cắt ngôi nhà. Phía đón gió thể hiện vùng áp suất dương, phía khuất gió là vùng áp suất âm. Các mũi tên cho thấy không khí đi qua cửa lá sách và xuyên qua không gian trước khi thoát ra phía sau. — Nguyên lý chênh lệch áp suất tạo thông gió chéo qua cửa lá sách.

3. Cửa lá sách có thực sự chống được mưa tạt?

Câu trả lời chính xác là:Có khả năng hạn chế nước mưa xâm nhập, nhưng không phải mọi loại cửa lá sách đều chống mưa như nhau và không nên xem chúng là hệ kín nước tuyệt đối.

Đây là điểm rất quan trọng trong thiết kế.Mưa trong điều kiện có gió không rơi hoàn toàn theo phương thẳng đứng.Khi vận tốc gió tăng, các giọt nước có thể di chuyển theo phương xiên hoặc gần như ngang.Do đó, một nan nghiêng đơn giản có thể xử lý tốt mưa nhẹ nhưng chưa chắc kiểm soát được mưa lớn đi kèm gió mạnh.Các tiêu chuẩn thử nghiệm của AMCA vì vậy phân biệt rõ khả năng water penetration và khả năng chống wind-driven rain của louver.

4. Ba cơ chế giúp lá sách hạn chế nước mưa

4.1 Thay đổi quỹ đạo của giọt nước

Không khí có khối lượng riêng rất thấp và có thể đổi hướng tương đối dễ khi đi qua các khe.Giọt nước có khối lượng và quán tính lớn hơn nhiều.Khi hỗn hợp gió và nước gặp hệ nan có đường đi ngoằn ngoèo, luồng khí có thể tiếp tục đổi hướng trong khi một phần giọt nước va vào bề mặt nan.Đây là một trong những cơ chế quan trọng giúp tách nước khỏi dòng khí.

4.2 Thu nước trên bề mặt nan

Sau khi va vào bề mặt louver, nước có thể hình thành màng hoặc giọt.Hình học của nan sau đó dẫn nước về mép thoát thay vì để nước tiếp tục đi sâu vào trong.Một số hệ louver chuyên dụng còn có rãnh thu nước và hệ thống thoát nước riêng.

4.3 Tạo đường đi dạng mê cung

Khi các nan được bố trí chồng lấn phù hợp, nước khó có đường đi trực tiếp xuyên qua hệ cửa.Không khí vẫn có thể chuyển hướng qua khe, trong khi quỹ đạo của nhiều giọt nước bị chặn bởi các bề mặt trung gian.Các loại louver chống mưa do gió chuyên dụng vì vậy thường có hình học nan phức tạp hơn cửa lá sách truyền thống, kết hợp các rãnh thu nước và cấu tạo thoát nước.

5. Không có một “góc lá sách lý tưởng” cho mọi công trình

Một quan niệm khá phổ biến là nan lá sách chỉ cần nghiêng khoảng 30–45 độ là sẽ vừa thông gió vừa chống mưa tốt.Thực tế phức tạp hơn.Góc nan chỉ là một biến số.

Hiệu quả tổng thể còn phụ thuộc vào:Chiều sâu nan.

Khoảng cách giữa các nan.

Độ chồng mí.

Hình dạng tiết diện.

Kích thước cửa.

Diện tích thoáng thực tế.

Hướng gió.

Vận tốc gió.

Áp suất hai bên cửa.

Cấu tạo rãnh thu nước.

Lưới côn trùng.

Vật cản phía trước và phía sau cửa.

Do vậy, với những vị trí chịu mưa gió trực tiếp, thiết kế không nên chỉ dựa vào một góc nghiêng kinh nghiệm.Nếu yêu cầu chống mưa cao, cần xem xét thông số thử nghiệm của chính hệ louver được lựa chọn.AMCA thậm chí quy định các phép thử riêng để đánh giá lượng nước xuyên qua hệ cửa trong điều kiện gió và mưa mô phỏng.

6. Muốn cửa lá sách hiệu quả, phải thiết kế cả đường đi của không khí

Một cửa lấy gió tốt nhưng không có đường thoát khí thì hiệu quả thông gió vẫn hạn chế.Hãy hình dung không khí đi qua công trình như một dòng chảy.

Muốn dòng chảy hình thành liên tục cần đồng thời có:Điểm vào → đường đi → điểm ra.Vì vậy, trong nhà ở, nên xem xét hệ thống thông gió dưới góc độ toàn bộ mặt bằng thay vì xử lý từng cửa riêng lẻ.

7. Thông gió chéo: bố trí cửa quan trọng hơn kích thước cửa

Cross ventilation thường được tạo ra khi công trình có các cửa mở tại hai vùng có chênh lệch áp suất.Điển hình là cửa lấy gió tại phía đón gió và cửa thoát tại phía còn lại của công trình.Nhưng hai cửa không nhất thiết phải nằm đối diện tuyệt đối.

Điều quan trọng hơn là chúng phải nằm trong các vùng áp suất khác nhau và tạo được đường khí đi xuyên qua khu vực cần thông gió.Hướng gió cũng không cố định.ASHRAE lưu ý rằng gió có thể hỗ trợ, cản trở hoặc thậm chí đảo chiều dòng thông gió dự kiến tùy điều kiện áp suất xung quanh công trình.

Đó là lý do một giải pháp thông gió tốt cần nghiên cứu:Hướng gió chủ đạo.

Các công trình xung quanh.

Hình dạng mặt đứng.

Sân trong.

Giếng trời.

Vị trí cửa.

Cao độ cửa.

Vật cản nội thất.

Mặt cắt phóng to của hệ nan lá sách. Không khí đổi hướng đi xuyên qua khe trong khi các giọt nước va vào bề mặt nan, được thu lại và dẫn ra phía ngoài. Thể hiện rõ cấu tạo chồng mí và đường thoát nước. — Cơ chế hạn chế mưa tạt của cửa sổ lá sách.

8. Cửa lá sách và hiệu ứng ống khói

Ngoài gió, công trình còn có thể sử dụng sự chênh lệch nhiệt độ.Không khí nóng có xu hướng nhẹ hơn và di chuyển lên cao.Nếu công trình có cửa lấy khí thấp và cửa thoát khí cao, một dòng đối lưu tự nhiên có thể hình thành.

Nguyên lý này thường được khai thác tại:Giếng trời.

Khoảng thông tầng.

Cầu thang.

Mái thông gió.

Sân trong.

Các khe thoát khí cao.

Kết hợp cửa lá sách ở cao độ thích hợp có thể giúp duy trì trao đổi khí mà không cần mở toàn bộ cửa.Tuy nhiên, trong khí hậu nóng ẩm, hiệu ứng nhiệt không phải lúc nào cũng đủ mạnh để tạo cảm giác mát. Gió tự nhiên thường vẫn là một động lực quan trọng của chuyển động không khí.

9. Thông gió tự nhiên không đồng nghĩa với làm lạnh không khí

Đây là một khác biệt rất quan trọng.

Thông gió tự nhiên không phải máy lạnh.

Nó chủ yếu giúp:Đưa khí ngoài trời vào.

Đẩy khí tù đọng ra ngoài.

Tăng chuyển động không khí quanh cơ thể.

Giảm tích tụ nhiệt trong một số điều kiện.

Hỗ trợ kiểm soát một số chất ô nhiễm phát sinh trong nhà.

Nhưng thông gió tự nhiên không tự loại bỏ độ ẩm khỏi không khí ngoài trời.

Ở khí hậu nóng ẩm như Việt Nam, có những thời điểm không khí bên ngoài vừa nóng vừa ẩm. Khi đó, mở nhiều cửa hơn chưa chắc giúp công trình dễ chịu hơn.WBDG cũng lưu ý rằng khả năng làm mát của thông gió tự nhiên bị giới hạn trong điều kiện độ ẩm ngoài trời cao.

Vì vậy, kiến trúc nhiệt đới hiện đại không nên đặt mục tiêu:Tự nhiên hoặc máy lạnh.Một chiến lược hợp lý hơn thường là:Thông gió tự nhiên khi điều kiện ngoài trời phù hợp + cơ khí khi môi trường vượt khỏi vùng tiện nghi.Đó chính là tư duy mixed-mode ventilation.

10. Những vị trí cửa lá sách phát huy hiệu quả

Cửa lá sách đặc biệt có giá trị ở những khu vực cần duy trì trao đổi khí trong thời gian dài:Phòng vệ sinh cần thoát ẩm.

Khu giặt phơi.

Cầu thang.

Giếng trời.

Hành lang.

Phòng kho.

Phòng kỹ thuật.

Không gian phụ phía sau nhà.

Khu vực bán ngoài trời.

Các mặt đứng cần che tầm nhìn.

Trong phòng ngủ hoặc phòng sinh hoạt chung, cửa lá sách vẫn có thể được sử dụng nhưng cần cân nhắc thêm tiếng ồn, bụi, côn trùng, riêng tư, an ninh và khả năng điều hòa không khí.

11. Năm yếu tố cần kiểm tra trước khi ứng dụng

Một hệ cửa lá sách tốt không nên được lựa chọn chỉ vì “nhìn thoáng”.Cần kiểm tra ít nhất năm yếu tố:

1. Diện tích thoáng hữu dụng

Không chỉ đo kích thước phủ bì của cửa.

Cần quan tâm lượng diện tích thực sự cho phép không khí đi qua.

2. Tổn thất áp suất

Nan càng dày đặc hoặc đường khí càng ngoằn ngoèo thì lực cản càng tăng.

3. Khả năng chống mưa do gió

Các vị trí chịu mưa trực tiếp nên ưu tiên hệ đã có dữ liệu thử nghiệm phù hợp thay vì chỉ dựa vào kinh nghiệm.

4. Thoát nước

Nước bị giữ lại phải có đường thoát ra ngoài.Nếu thiết kế chi tiết thoát nước không tốt, chính khung cửa có thể trở thành điểm tích nước.

5. Điều kiện sử dụng thực tế

Cần xem xét đồng thời:Gió.

Mưa.

Bụi.

Tiếng ồn.

An ninh.

Côn trùng.

Điều hòa không khí.

Bảo trì.

Kiến trúc tốt không phải tối ưu một biến số, mà là cân bằng nhiều biến số cùng lúc.

12. Cửa lá sách không chỉ là một loại cửa

Nhìn dưới góc độ kiến trúc khí hậu, louver thực chất là một thiết bị điều tiết môi trường nằm trên lớp vỏ công trình.Nó nằm tại ranh giới giữa hai môi trường:Ngoài trời và trong nhà.

Tại vị trí nhỏ bé đó, kiến trúc phải giải quyết đồng thời nhiều dòng vật chất và năng lượng:Không khí cần đi qua.

Nước cần bị kiểm soát.

Ánh sáng cần được điều tiết.

Tầm nhìn đôi khi cần được hạn chế.

Tiếng ồn cần được cân nhắc.

Nhiệt cần được quản lý.

Đó là lý do một chi tiết tưởng như rất đơn giản lại có thể ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng vi khí hậu của toàn bộ công trình.

Mặt cắt nhà ở hai tầng có cửa lấy khí thấp, cửa lá sách ở các mặt đứng và ô thoát khí cao gần giếng trời. Mũi tên thể hiện gió đi ngang và không khí nóng đi lên. — Thông gió chéo kết hợp hiệu ứng ống khói trong nhà ở nhiệt đới.

Tại Kiến Trúc KINH BAN,https://kientruckinhban.vn/thu-vien/giai-phap-thiet-ke chúng tôi cho rằng một công trình xanh không bắt đầu từ việc gắn thêm thật nhiều thiết bị hay sử dụng một vài vật liệu được gọi là “xanh”.Nó bắt đầu từ việc hiểu nắng đi đâu, gió đến từ đâu, nhiệt tích tụ ở đâu và con người thực sự cần gì trong từng không gian.Cửa lá sách chỉ là một chi tiết nhỏ, nhưng nếu được đặt đúng hướng, đúng cao độ và đúng trong hệ thống thông gió của toàn công trình, nó có thể trở thành một thành phần hiệu quả của kiến trúc thụ động.Quan điểm của Kiến Trúc KINH BAN là:Không thiết kế cửa trước rồi mới tìm luồng gió.Hãy nghiên cứu luồng gió trước, sau đó mới quyết định công trình cần loại cửa nào.Đó cũng là cách chúng tôi tiếp cận kiến trúc: kiến tạo không gian sống bằng khoa học, trách nhiệm và giá trị bền vững.

KIẾN TRÚC KINH BAN
Kiến tạo từ trật tự-Bền vững từ trí tuệ
Điện thoại: 0978.727.986 và 0938.863.401
Website: kientruckinhban.vn
Email: kinhban.com@gmail.com
Địa chỉ: 496 Lý Thái Tổ, phường Vườn Lài, TP.HCM