Lam chắn nắng trong kiến trúc nhiệt đới. Khi mặt đứng trở thành lớp phòng vệ nhiệt của công trình
Trong một công trình ở khí hậu nhiệt đới, tiện nghi nhiệt không nên bắt đầu bằng câu hỏi:“Cần lắp điều hòa bao nhiêu HP?”Câu hỏi nên đặt sớm hơn là:Bao nhiêu bức xạ mặt trời đang được cho phép đi vào công trình ngay từ lớp vỏ bao che?
Kính, tường, mái và các khoảng mở đều tham gia vào quá trình trao đổi nhiệt giữa môi trường bên ngoài và không gian bên trong. Trong đó, cửa kính và các mặt đứng chịu nắng trực tiếp thường là những vị trí cần được kiểm soát đặc biệt.
Một khi bức xạ mặt trời đã xuyên qua kính hoặc làm nóng mạnh bề mặt công trình, hệ thống điều hòa phải xử lý lượng nhiệt đã đi vào không gian.Bởi vậy, trong thiết kế sinh khí hậu, một nguyên tắc rất quan trọng là:Nếu có thể, hãy chặn bức xạ mặt trời trước khi nó chạm tới kính.
Đây chính là vai trò của mái đua, ban công, brise-soleil, màn chắn và hệ lam chắn nắng bên ngoài.ASHRAE xem việc ngăn bức xạ trực tiếp trước khi tới hệ kính là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để giảm tải nhiệt mặt trời qua cửa sổ.

1. Lam chắn nắng không phải là chi tiết trang trí
Trong nhiều công trình hiện nay, lam được đưa vào mặt đứng như một ngôn ngữ tạo hình.Điều đó không sai.Nhưng nếu một hệ lam chỉ đẹp trên phối cảnh mà không tương ứng với hướng nắng thực tế, nó có thể trở thành một lớp trang trí tốn kém nhưng hiệu quả nhiệt rất thấp.
Thiết kế lam đúng bản chất phải giải quyết đồng thời ít nhất bốn bài toán:Giảm bức xạ mặt trời trực tiếp.Kiểm soát chói.Duy trì ánh sáng tự nhiên cần thiết.Không làm suy giảm quá mức thông gió và tầm nhìn.Vì vậy, hình dạng, chiều sâu, khoảng cách và góc xoay của lam không nên được quyết định chỉ bằng cảm quan thẩm mỹ.Chúng cần xuất phát từ hình học mặt trời.
2. Muốn thiết kế lam đúng, trước hết phải hiểu mặt trời đang ở đâu
Vị trí mặt trời đối với một công trình có thể được mô tả bằng hai đại lượng cơ bản.
Góc cao độ mặt trời – Solar Altitude
Góc cao độ là góc giữa tia mặt trời và mặt phẳng nằm ngang.Khi mặt trời ở cao, tia nắng có xu hướng chiếu từ phía trên xuống.Khi mặt trời ở thấp, tia nắng đi xiên và có thể xuyên sâu vào cửa kính.Điều này lý giải vì sao ánh nắng buổi sáng sớm hoặc cuối buổi chiều thường khó kiểm soát bằng một mái đua ngang đơn giản.
Góc phương vị mặt trời – Solar Azimuth
Góc phương vị mô tả hướng của mặt trời trên mặt phẳng ngang.Nó cho kiến trúc sư biết tại một thời điểm nhất định, bức xạ đang tác động lên mặt đứng nào và với hướng xiên ra sao.Hai thông số này luôn thay đổi theo:Vĩ độ địa điểm.
Ngày trong năm.
Thời gian trong ngày.
Hướng thực tế của mặt đứng.
Do đó, một hệ lam tốt tại TP.HCM chưa chắc có hình học tối ưu giống một hệ lam tại Hà Nội, Đà Nẵng hoặc một địa điểm khác.Đặc biệt, Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới và cận nhiệt nên không nên sao chép máy móc các quy tắc thiết kế mặt đứng được xây dựng cho những vùng khí hậu ở vĩ độ cao hơn.

3. Từ quỹ đạo mặt trời đến “mặt nạ bóng đổ”
Trong thiết kế chuyên sâu, kiến trúc sư không chỉ hỏi:“Mặt đứng này hướng Tây hay hướng Nam?”Câu hỏi chính xác hơn là:Trong khoảng thời gian nào chúng ta muốn ngăn ánh nắng trực tiếp đi qua cửa?Từ mục tiêu đó có thể xây dựng vùng che nắng hay Shading Mask.
Hai đại lượng thường rất hữu ích trong quá trình này là:HSA – Horizontal Shadow Angle: liên quan nhiều đến hiệu quả của các phần tử che nắng theo phương đứng.VSA – Vertical Shadow Angle: liên quan nhiều đến hình học của các phần tử che nắng theo phương ngang.
Nói đơn giản, thay vì vẽ lam trước rồi xem nó có che nắng hay không, tư duy đúng nên đảo lại:Xác định vùng mặt trời cần loại bỏ trước, sau đó mới tạo hình lam tương ứng.Đây là điểm khác biệt giữa một hệ lam được “trang trí lên mặt tiền” và một hệ lam được “thiết kế cho khí hậu”.
4. Lam ngang phù hợp khi nào?
Lam ngang hoặc mái đua hoạt động hiệu quả khi cần kiểm soát ánh nắng có góc cao.Các bản lam nhô ra phía ngoài tạo bóng đổ lên bề mặt kính phía dưới.Vì vậy chúng thường phù hợp với những mặt đứng và thời điểm mà mặt trời ở tương đối cao trên bầu trời.
Ưu điểm của lam ngang là vẫn có khả năng duy trì tầm nhìn ra ngoài và ít cản trở luồng không khí theo phương ngang nếu được thiết kế hợp lý.Tuy nhiên, lam ngang không phải “thuốc chữa mọi hướng”.
Đối với nắng có góc rất thấp vào buổi sáng hoặc chiều, một phần tử ngang có thể phải vươn ra rất sâu mới đủ khả năng che chắn, dẫn đến cấu kiện lớn và kém hiệu quả về mặt kiến trúc.Các hướng dẫn thiết kế thụ động cũng cho thấy nắng thấp từ phía Đông và Tây thường khó kiểm soát chỉ bằng phần che ngang thông thường.
5. Vì sao mặt đứng Đông và Tây thường khó xử lý hơn?
Nắng phía Đông xuất hiện vào buổi sáng.Nắng phía Tây xuất hiện vào buổi chiều, khi nhiệt độ môi trường và nhiệt tích lũy của công trình thường đã tương đối cao.
Điểm khó chung của hai hướng này là góc chiếu thấp.Tia mặt trời có thể đi gần ngang, xuyên sâu vào cửa kính và không gian nội thất.Đây cũng là lý do các mặt đứng phía Đông và đặc biệt phía Tây thường cần được xem xét rất kỹ ngay từ giai đoạn tổ chức mặt bằng và tỷ lệ cửa kính.
Không phải lúc nào giải pháp tốt nhất cũng là “thêm thật nhiều lam”.Đôi khi giải pháp tốt hơn là:Giảm diện tích kính.
Lùi cửa vào phía trong mặt đứng.
Dùng loggia hoặc ban công làm vùng đệm.
Bố trí không gian phụ ở phía chịu nắng mạnh.
Kết hợp cây xanh.
Sau đó mới dùng hệ lam để hoàn thiện chiến lược che nắng.
US Department of Energy cũng lưu ý rằng kính phía Đông và Tây thường khó che nắng và có thể tạo ra tải nhiệt mặt trời cũng như chất lượng ánh sáng không đồng đều.
6. Khi nào nên sử dụng lam dọc?
Lam dọc đặc biệt hữu ích khi cần xử lý bức xạ chiếu xiên từ một phía của cửa.Thay vì chỉ quan tâm đến chiều sâu của lam, kiến trúc sư cần xác định:Góc xoay của bản lam.
Khoảng cách giữa các lam.
Chiều rộng bản lam.
Vị trí tương quan giữa lam và mặt kính.
Khoảng thời gian cần che nắng.
Một hệ lam dọc xoay đúng hướng có thể cắt tia nắng trực tiếp nhưng vẫn duy trì khoảng nhìn giữa các bản lam.Ngược lại, xoay sai góc có thể tạo ra một mặt tiền rất dày đặc mà nắng vẫn xuyên qua.Vì vậy:Mật độ lam nhiều không đồng nghĩa với hiệu quả che nắng cao.Hiệu quả nằm ở hình học.
7. Lam hỗn hợp và hệ Egg-crate
Khi một mặt đứng phải chịu bức xạ từ nhiều cao độ và nhiều phương vị khác nhau, một hệ thống chỉ theo một phương đôi khi không đủ.Khi đó có thể sử dụng giải pháp kết hợp giữa:Lam ngang.
Lam dọc.
Hốc cửa sâu.
Khung bao che nắng.
Hệ lưới hoặc Egg-crate.
Hệ Egg-crate tạo ra vùng bóng đổ theo cả phương ngang và phương đứng nên có khả năng kiểm soát bức xạ đa hướng tốt hơn.Đổi lại, kiến trúc sư phải kiểm soát cẩn thận độ sâu và tỷ lệ rỗng.Nếu thiết kế quá dày, công trình có thể:Thiếu ánh sáng ban ngày.
Giảm tầm nhìn.
Cản trở dòng khí.
Làm mặt đứng nặng nề.
Tăng chi phí kết cấu và bảo trì.
Một giải pháp sinh khí hậu tốt không phải giải pháp “chặn được nhiều nhất”.Nó là giải pháp chặn đúng phần năng lượng không mong muốn nhưng vẫn cho công trình nhận được ánh sáng, gió và tầm nhìn cần thiết.

8. Lam cố định hay lam điều chỉnh?
Đây là một quyết định đáng cân nhắc.
Lam cố định
Ưu điểm:Kết cấu đơn giản.
Ít hư hỏng.
Chi phí vận hành thấp.
Dễ bảo trì.
Nếu được tính toán tốt, lam cố định có thể xử lý rất hiệu quả một vùng thời gian và góc nắng xác định.Nhược điểm của nó là không thể thích nghi khi vị trí mặt trời thay đổi.
Lam điều chỉnh
Các bản lam có thể xoay theo góc cho phép hệ thống thích ứng tốt hơn với:Thời gian trong ngày.
Mùa.
Mức chói.
Nhu cầu nhìn ra ngoài.
Nhu cầu lấy sáng.
Với công trình lớn, hệ thống có thể kết hợp cảm biến bức xạ và điều khiển tự động.Đổi lại là motor, hệ điều khiển, chi phí đầu tư, khả năng hư hỏng và yêu cầu bảo trì cao hơn.Vì vậy, “công nghệ cao hơn” không mặc nhiên đồng nghĩa với “kiến trúc tốt hơn”.Trong nhiều nhà ở nhiệt đới, một hệ che nắng cố định được tính toán đúng đôi khi hợp lý hơn một hệ facade kinetic phức tạp.
9. Vật liệu làm lam: đừng chỉ hỏi vật liệu nào ít dẫn nhiệt hơn
Đây là một điểm thường bị hiểu sai.Đối với lam che nắng ngoài trời, không nên chỉ so sánh vật liệu bằng một thông số dẫn nhiệt rồi kết luận vật liệu nào “mát hơn”.Hiệu quả nhiệt của cả hệ phụ thuộc mạnh vào:Mức độ phản xạ và hấp thụ bức xạ mặt trời của bề mặt.
Màu sắc.
Diện tích phơi nắng.
Khối lượng nhiệt.
Khả năng thoát nhiệt bằng đối lưu.
Khoảng cách với lớp kính hoặc tường phía sau.
Hình học lam.
Và đặc biệt là tỷ lệ bức xạ đã được ngăn trước khi tới cửa kính.
Nhôm
Nhôm nhẹ, ổn định kích thước và dễ tạo nhiều dạng tiết diện.Đây là vật liệu rất phù hợp với hệ lam lớn hoặc lam điều chỉnh.Nhược điểm là khả năng dẫn nhiệt cao.Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa lam nhôm luôn làm công trình nóng hơn.
Một lam nhôm đặt hoàn toàn bên ngoài công trình, có bề mặt hoàn thiện phù hợp và được thông gió tốt vẫn có thể là một thiết bị chắn nắng hiệu quả vì phần lớn năng lượng bị chặn trước khi tới kính.
Gỗ tự nhiên hoặc gỗ biến tính
Gỗ https://vatlieukinhban.vn/thu-vien-kien-thuc/kien-thuc-san-go mang lại cảm giác gần gũi và có độ dẫn nhiệt thấp hơn kim loại.Nhưng điều kiện ngoài trời đặt ra yêu cầu nghiêm ngặt đối với:Độ ổn định kích thước.
UV.
Ẩm.
Nấm mốc.
Mối mọt.
Liên kết kim loại.
Bảo trì bề mặt.
Do đó, vẻ đẹp ban đầu không nên là tiêu chí duy nhất.
WPC
Gỗ nhựa có lợi thế về khả năng tạo hình và mức độ bảo trì trong một số ứng dụng ngoài trời.Tuy nhiên, không nên mặc định rằng tất cả WPC đều “không hấp thụ nhiệt”.Nhiệt độ bề mặt còn phụ thuộc rất mạnh vào màu sắc, công thức vật liệu, bức xạ hấp thụ và điều kiện thông gió.
Khi sử dụng ngoài trời cần kiểm tra tối thiểu:Khả năng chịu UV.
Độ giãn nở nhiệt.
Khoảng cách gối đỡ.
Hệ liên kết.
Độ ổn định màu.
Khuyến cáo của nhà sản xuất cho điều kiện mặt đứng.
GFRC và vật liệu khoáng
GFRC cho phép tạo các tấm hoặc hình thức che nắng có kích thước lớn, bề mặt khoáng và độ bền ngoài trời cao nếu hệ cấu tạo đúng.
Đổi lại, hệ thống nặng hơn lam nhôm và cần tính toán kỹ:Tải trọng bản thân.
Tải gió.
Liên kết.
Chuyển vị.
Thoát nước.
Bảo trì.
Ở đây, khối lượng nhiệt không nên được hiểu đơn giản là “hấp thụ nhiệt rồi tự động làm công trình mát hơn”.Nếu cấu kiện hấp thụ bức xạ lớn và nằm quá gần kính mà không được giải nhiệt tốt, chính nó cũng có thể trở thành một nguồn trao đổi nhiệt với môi trường phía sau.
10. Màu của lam cũng là một quyết định vật lý kiến trúc
Hai hệ lam cùng kích thước nhưng khác màu bề mặt có thể có nhiệt độ bề mặt rất khác nhau khi phơi nắng.Bề mặt tối thường hấp thụ bức xạ mặt trời nhiều hơn các bề mặt có độ phản xạ cao.Tuy vậy, không thể vì thế mà kết luận mọi lam phải làm màu trắng.Kiến trúc vẫn cần giải quyết đồng thời:Thẩm mỹ.
Phản xạ gây chói cho công trình xung quanh.
Độ bền màu.
Bám bẩn.
Nhiệt độ bề mặt.
Độ phản xạ bức xạ.
Bối cảnh đô thị.
Đây là lý do lựa chọn finish của lam cũng cần được coi là một phần của thiết kế môi trường chứ không chỉ là quyết định phối màu.
11. Khoảng cách giữa lam và kính quan trọng hơn một con số cố định
Lam chắn nắng bên ngoài thường hiệu quả vì nhiệt được chặn trước lớp kính.Nhưng nếu lam đặt sát kính và khoảng không phía sau gần như kín, năng lượng hấp thụ bởi lam có thể làm nóng lớp không khí nằm giữa hai bề mặt.Do đó nên hình thành một khoảng đệm có khả năng trao đổi khí với môi trường.Không có một kích thước “150 mm, 200 mm hay 300 mm” có thể áp dụng cho mọi mặt đứng.
Khoảng cách phù hợp phụ thuộc vào:Kích thước lam.
Chiều cao mặt đứng.
Độ rỗng.
Hướng gió.
Kích thước cửa.
Khả năng vệ sinh.
Kết cấu đỡ.
Yêu cầu bảo trì.
Nguyên tắc quan trọng hơn con số là:Nhiệt bị chặn phải có đường thoát ra môi trường bên ngoài, thay vì bị giữ lại giữa lam và kính.
12. Lam chắn nắng phải làm việc cùng kính
Một sai lầm khác là coi lam và kính như hai hệ thống độc lập.Thực tế chúng phải được thiết kế cùng nhau.Đối với kính, một thông số rất quan trọng trong khí hậu nóng là SHGC – Solar Heat Gain Coefficient.SHGC biểu thị tỷ lệ năng lượng mặt trời đi qua hệ cửa kính và trở thành nhiệt bên trongU-factor lại mô tả khả năng truyền nhiệt do chênh lệch nhiệt độ.
Visible Transmittance – VT cho biết lượng ánh sáng nhìn thấy có thể đi qua kính.Do đó, một hệ kính tốt cho công trình nhiệt đới không thể chỉ dựa vào một câu quảng cáo như “kính Low-E”.Kiến trúc sư cần cân bằng:SHGC.
U-factor.
VT.
Màu kính.
Tỷ lệ kính/tường.
Hướng mặt đứng.
Và hệ che nắng bên ngoài.
US Department of Energy cũng khuyến nghị đối với khí hậu nóng cần ưu tiên kiểm soát SHGC để hạn chế lượng nhiệt mặt trời không mong muốn đi vào công trình.

13. Che nắng và chiếu sáng tự nhiên phải được giải cùng một bài toán
Nếu mục tiêu duy nhất là chống nóng, giải pháp dễ nhất có thể là xây một bức tường đặc.Nhưng con người cần ánh sáng tự nhiên.Cần nhìn ra ngoài.
Và trong nhiều công trình còn cần thông gió tự nhiên.Vì vậy thiết kế facade là bài toán tối ưu nhiều biến chứ không phải bài toán cực đại hóa bóng râm.
Lam có thể được thiết kế để:Chặn ánh nắng trực tiếp gây nhiệt và chói.
Cho ánh sáng khuếch tán đi vào.
Hướng ánh sáng lên trần.
Giữ tầm nhìn ở cao độ mắt.
Cho phép mở cửa thông gió.
ASHRAE cũng xem shading, daylighting và fenestration là các thành phần có quan hệ trực tiếp với hiệu quả năng lượng của công trình.
14. Đừng làm lam quá kín rồi gọi đó là kiến trúc xanh
Trong khí hậu nóng ẩm, gió tự nhiên là một nguồn tài nguyên.Một facade che nắng rất tốt nhưng bịt kín gần toàn bộ cửa có thể đồng thời làm suy giảm khả năng thông gió.Vì vậy khi thiết kế cần đánh giá:Tỷ lệ rỗng của hệ lam.
Hướng gió chủ đạo.
Vị trí cửa hút gió.
Vị trí cửa thoát gió.
Sự liên tục của đường gió qua phòng.
Sức cản của màn chắn.
Khả năng thoát khí nóng ở cao độ cao.Một công trình sinh khí hậu tốt không tối ưu từng hệ thống riêng lẻ.Nó tạo ra sự hợp tác giữa bóng râm, gió và ánh sáng.

15. Một trình tự thiết kế lam khoa học hơn
Thay vì bắt đầu bằng việc chọn mẫu lam, có thể đi theo trình tự sau.
Bước 1: Xác định vị trí địa lý của công trình.Vĩ độ và điều kiện khí hậu là dữ liệu đầu vào.
Bước 2: Xác định chính xác hướng từng mặt đứng.Không chỉ Đông, Tây, Nam, Bắc mà cần biết góc phương vị thực tế.
Bước 3: Phân tích quỹ đạo mặt trời.Xem Solar Altitude và Solar Azimuth theo mùa và theo giờ.
Bước 4: Xác định thời gian cần che nắng.Không nhất thiết phải loại bỏ toàn bộ ánh nắng trong mọi thời điểm.
Bước 5: Tạo Shading Mask.Xác định vùng góc mặt trời cần bị hệ che nắng loại bỏ.
Bước 6: Chọn hình thức che nắng.Mái đua.
Lam ngang.
Lam đứng.
Egg-crate.
Màn đục lỗ.
Double-skin.
Cây xanh hoặc giải pháp kết hợp.
Bước 7: Kiểm tra daylight.Không để chống nóng bằng cách biến không gian thành quá tối.
Bước 8: Kiểm tra thông gió.Đặc biệt quan trọng với nhà ở nhiệt đới nóng ẩm.
Bước 9: Kiểm tra tải gió và kết cấu.Lam ngoài nhà là cấu kiện chịu thời tiết, không phải đồ trang trí nội thất.
Bước 10: Mô phỏng và hiệu chỉnh.Với công trình có yêu cầu cao, nên kiểm tra bằng mô hình bóng đổ, daylight simulation và energy simulation trước khi chốt mặt đứng.
16. Một công thức hình học đơn giản để hiểu mái che
Đối với bài toán hai chiều đơn giản, giả sử cửa cao một đoạn H cần được che bởi mái đua có chiều sâu D.Nếu tia nắng tạo với phương ngang một góc α, quan hệ hình học cơ bản có thể hình dung:D ≈ H / tan(α)
Điều này cho thấy một quy luật rất quan trọng:Khi mặt trời ở cao, α lớn, chiều sâu cần thiết của mái che giảm.Khi mặt trời xuống thấp, α nhỏ, chiều sâu mái che cần tăng nhanh.
Đây là lý do ánh nắng có góc thấp khó được xử lý bằng một bản che ngang.Tuy nhiên trong công trình thật, bài toán cần tính thêm góc phương vị và hướng mặt đứng nên không thể chỉ sử dụng công thức hai chiều này để thiết kế hoàn chỉnh.

17. Hệ lam hiệu quả nhất đôi khi là hệ lam không cần xuất hiện
Một quan điểm đáng lưu ý:Che nắng tốt nhất không nhất thiết phải bắt đầu bằng việc mua thêm một hệ lam.
Nếu ngay từ đầu công trình đã được tổ chức tốt bằng:Hướng nhà phù hợp.
Tỷ lệ kính hợp lý.
Cửa lùi sâu.
Ban công.
Hiên.
Loggia.
Cây xanh.
Không gian đệm.
Mặt đứng hai lớp.
thì nhu cầu sử dụng một hệ lam dày đặc có thể giảm đáng kể.
Kiến trúc sinh khí hậu không phải nghệ thuật bổ sung thiết bị để sửa những quyết định kiến trúc chưa tốt.Nó là quá trình đưa khí hậu vào ngay từ những nét đầu tiên của mặt bằng và mặt đứng.
18. Từ “mặt tiền đẹp” đến “mặt tiền biết phản ứng với khí hậu”
Một hệ lam có giá trị khi nó trả lời được ba câu hỏi.Nó đang chặn tia nắng nào?Nó chặn vào thời điểm nào?Sau khi chặn nắng, ánh sáng và gió còn đi vào công trình như thế nào?Nếu không trả lời được ba câu hỏi này, lam rất dễ chỉ còn là hình thức.Ngược lại, khi hướng nắng, hình học, vật liệu, tỷ lệ rỗng, kính và thông gió được thiết kế như một hệ thống thống nhất, mặt đứng bắt đầu thực sự trở thành lớp phòng vệ khí hậu của công trình.

Đó cũng là cách Kiến Trúc KINH BAN https://kientruckinhban.vn/thu-vien/giai-phap-thiet-ke tiếp cận thiết kế kiến trúc xanh: không xem “xanh” như một phong cách trang trí, mà xem đó là kết quả của việc hiểu khí hậu, vật lý công trình và nhu cầu sống của con người trước khi tạo hình kiến trúc.Một công trình tốt không chống lại tự nhiên bằng ngày càng nhiều thiết bị.Nó học cách sử dụng bóng râm, ánh sáng và chuyển động của không khí để giảm phần công việc mà thiết bị cơ khí phải đảm nhiệm.
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

