TRÌNH PHƯƠNG QUÂN
VÍ DỤ ỨNG DỤNG ECOTECT THÔNG QUA VÍ DỤ TRÊN BIỆT THỰ ĐÀ LẠT
10/2016
Trình Phương Quân
Lời nói đầu Chuùng ta thöôøng ñöôïc nghe noùi veà “thieát keá xanh”, “thieát keá beàn vöõng” trong nhöõng naêm gaàn ñaây. Moät coâng trình ñöôïc thieát keá goïi laø thaønh coâng: khoâng nhöõng ñeïp, kinh teá maø coøn phaûi ñaûm baûo sao cho hôïp lyù, haøi hoøa vôùi caûnh quan vaø thaân thieän vôùi moâi tröôøng. Ngöôøi kieán truùc sö giôø ñaây coøn phaûi gaùnh vaùc theâm moät traùch nhieäm: phaûi ñaûm baûo sao cho taùc phaåm cuûa mình taän duïng vaø khai thaùc toát nhöõng yeáu toá töï nhieân, bieán caùi baát lôïi thaønh caùi coù lôïi. Coù nhö theá, taùc phaåm kieán truùc môùi mang ñöôïc “hôi thôû cuoäc soáng” vaøo trong mình, ñeå ñöôïc hoøa vaøo vaø toàn taïi cuøng vôùi thôøi gian. Vaäy neân, neáu töø xa xöa, “kieán truùc” ñöôïc ñònh nghóa nhö söï hoøa troän cuûa khoa hoïc vaø ngheä thuaät, thì giôø ñaây, kieán truùc coøn phaûi mang trong mình söù meänh laâu daøi: tieát kieäm naêng löôïng vaø baûo veä moâi tröôøng. Coù theå noùi, thieát keá beàn vöõng ñang vaø seõ trôû thaønh moät xu höôùng taát yeáu cuûa ngaønh kieán truùc. Ñieàu naøy buoäc ngöôøi thieát keá phaûi thay ñoåi phöông phaùp laøm vieäc, aùp duïng khoa hoïc kyõ thuaät vaøo trong tính toaùn vaø ñöa ra giaûi phaùp phuø hôïp vôùi töøng hoaøn caûnh. Theo nghieân cöùu cuûa Boä Naêng löôïng Hoa Kyø, moät phaàn ba khí thaûi gaây hieäu öùng nhaø kính xuaát phaùt töø nhaø ôû .Thöû laøm moät pheùp tính, neáu moãi gia ñình taét bôùt moät boùng ñeøn, moät quaït maùy hay ñieàu hoøa nhieät ñoä thì vôùi khoaûng 20 trieäu hoä gia ñình ôû Vieät Nam, chuùng ta seõ tieát kieäm ñöôïc bao nhieâu naêng löôïng vaø goùp phaàn ñaùng keå theá naøo trong vieäc baûo veä maùi nhaø xanh chung cuûa nhaân loaïi. Laø moät sinh vieân Ñaïi hoïc kieán truùc, toâi luoân töï hoûi, coù caùch naøo – vaø laøm ra sao ñeå thieát keá ñöôïc nhöõng coâng trình thaân thieän vôi moâi tröôøng? Sau thôøi gian tìm hieåu vaø ñöôïc ngöôøi coù chuyeân moân giôùi thieäu, toâi bò thuyeát phuïc bôûi tính öùng duïng cuûa phaàn meàm Autodesk Ecotect Analysis trong coâng taùc thieát keá. Ñaây laø moät chöông trình tính toaùn, phaân tích döïa treân soá lieäu cuûa ngöôøi thieát keá vaø thoâng tin khí haäu saün coù nhaèm giuùp cho ngöôøi kieán truùc sö coù theå ñònh höôùng vaø kieåm tra thieát keá cuûa mình treân moâi tröôøng moâ phoûng, töø ñoù coù theå nhanh choùng ñöa ra nhöõng chænh söûa phuø hôïp. Ñeà taøi naøy seõ ñöa ra nhöõng nghieân cöùu veà phaàn meàm Autodesk Ecotect Analysis vaø nhöõng giaù trò maø noù mang laïi cho ngöôøi kieán truùc sö vôùi chuû ñeà gaàn guõi laø nhaø vaø bieät thöï taïi Laâm Ñoàng döïa treân yeáu toá quan troïng vaø deã kieåm chöùng nhaát : aùnh saùng, boùng ñoå, böùc xaï beà maët.
Ñeà taøi seõ bao goàm caùc phaàn nhö sau:
Phaàn 1: Thoâng tin toång hôïp 1.1 Caáu truùc vaø ñaëc ñieåm Autodesk Ecotect Analysis. 1.2 Khaûo saùt caùc tính naêng treân moâ hình phoøng hoïc ñôn giaûn vaø hoaøn chænh quy trình BIM thoâng qua vieäc Import moâ hình töø Autodesk Revit. 1.3 Phaân tích caùc yeáu toá khí haäu aûnh höôûng ñeán thieát keá kieán truùc nhaø ôû Quaûn lyù vaø xaây döïng döõ lieäu khí haäu vuøng mieàn vôùi Ecotect Weather Tool Phaàn 2: Ñieån cöùu (Case Study) 2.1 ÖÙng duïng khaûo cöùu vaø kieåm ñònh tính chính xaùc cuûa phaàn meàm Ecotect treân 2 maãu nhaø, bieät thöï taïi Laâm Ñoàng : 14 Nguyeãn Du (Ñaø Laït) 2.2 Ñaùnh giaù keát quaû thu thaäp ñöôïc. Keát luaän giaûi phaùp TAØI LIEÄU THAM KHAÛO: Green your design with Autodesk Ecotect and Revit – Autodesk University. Maãu nhaø daân töï xaây – Boä Xaây döïng, vieän nghieân cöùu kieán truùc. Building Simulation http://www.gard.com/ml/bldg-sim.htm
2
Trình Phương Quân
Tác giả: Trình Phương Quân Tốt nghiệp đại học kiến trúc TP HCM khoá 20092014. Hiện đang là du học sinh ngành kiến trúc, đồng thời là người sáng lập trang Ecotect và kiến trúc bền vững Đề tài được thực hiện vào tháng 7 năm 2010, được hiệu đính và xuất bản online vào tháng 10 năm 2016 Mọi ý kiến đóng góp xin liên hệ qua email: trinhphuongquan05@yahoo.com hoặc facebook.com/ecotect.tiengviet
3
Trình Phương Quân
1.1
CẤU TRÚC VÀ ĐẶC ĐIỂM AUTODESK ECOTECT ANALYSIS 2010
Autodesk® Ecotect™ là phần mềm tổng hợp các chức năng phân tích trong quá trình thiết kế kiến trúc. Với một lượng lớn các lệnh tính toán, biểu đồ, minh họa và cơ sở dữ liệu về thời tiết, địa điểm… Ecotect cho phép các kiến trúc sư kiểm định mô hình của mình trên máy tính nhằm đảm bảo các yêu cầu sử dụng như : nhiệt độ, thông gió, âm thanh, bóng đổ… và đưa ra giải pháp chỉnh sửa phù hợp trước khi hoàn tất bản thiết kế.
Giao diện bao gồm các thành phần như sau: Menu bar, Tool Bar, Properties Bar, Khung thực thi chính bao gồm các Tab : Project, 3D Editor, Visualise, Analysis, và Reports.
Giao diện Ecotect Analysis 2010
1.Một số thành phần cơ bản 4
Trình Phương Quân
Zone Management: Quản lí thuộc tính các zone, chúng ta có thể nhận xét, phần này khá giống Layers trong Autocad. Material Assignment: Quản lí các vật liệu, chất cảm bề mặt.
Hộp thoại quản lý thông số vật liệu
Display Setting: các thông số, lệnh liên quan đến quá trình hiển thị mẫu. Visualisation Settings: quy định thông số liên quan đến góc nhìn, camera, hiển thị bóng đổ, bóng mờ… Shadow Setting : những thông tin liên quan tới khảo sát bóng đổ của công trình, đường đi biểu kiến của mặt trời… Analysis Grid: Quản lý lưới phân tích. Rays and Particles : Quản lý tia và hạt, ứng dụng đặc biệt quan trọng trong phân tích âm thanh (acoustic). Script and Wizard: Quản lý các lệnh, các đối tượng tham số và trình thuật sỹ. Có thể hiểu đơn giản, đây là nơi chúng ta muốn tạo mái nhà, hình nón, hình xoắn… hay load các lệnh nạp sẵn
Object Transformation: Các thao tác dịch chuyển, xoay, canh chỉnh tỷ lệ… với thông số chính xác được thể hiện tại đây Export Manager : Các định dạng được Ecotect hỗ trợ trong quá trình xuất file c.Khung thực thi chính
5
Trình Phương Quân
Bao gồm các Tab :Project, 3D Editor, Visualise, Analysis, và Reports. Chúng ta sẽ khảo sát từng Tab :
Project: Chứa các thông tin cơ bản về dự án như tên, mô tả, ghi chú… và người dùng cũng có thể định vị trí, hướng trục tọa độ tại đây.
Giao diện tab Project
3D Editor: Trình thiết kế 3D Wire-Frame của Ecotect. Các chi tiết dựng hình được tối giản một cách tối đa nhằm phục vụ cho việc tính toán dễ dàng hơn. Một số thao tác tương tự với các phần mềm Modeling như Autocad hay Revit.
Một khối hộp được thể hiện trong 3D Editor
Visualise: Thể hiện hình ảnh 3D của đối tượng với màu sắc, khối, ánh sáng. Đây là phần giúp cho người sử dụng có thể hình dung tốt hơn về khối, dáng của mẫu trong quá trình thiết kế. Trong Visualise có thêm một loạt nút lệnh phục vụ cho quá trình quan sát bên trái màn hình.
6
Trình Phương Quân
1.2
KHẢO SÁT CÁC TÍNH NĂNG ECOTECT TRÊN MÔ HÌNH PHÒNG HỌC ĐƠN GIẢN VÀ HOÀN CHỈNH QUY TRÌNH BIM THÔNG QUA VIỆC IMPORT MÔ HÌNH TỪ AUTODESK REVIT
Sau khi chúng ta đã khảo sát sơ lược về các công cụ, nhanh chóng nhất để thể hiện khả năng phân tích của Ecotect là ứng dụng trong việc phân tích một mô hình đơn giản với đầy đủ các yêu cầu về ánh sáng, nhiệt lượng, bóng đổ, âm vang. Chúng ta sẽ tạo mẫu trên 2 phương diện: -Mô hình lớp học đơn giản dựng từ 3D Editor của Ecotect -Import từ Autodesk Revit Architecture thông qua định dạng file gbxml (green building xml). Chúng ta giả sử thiết kế một phòng học với những đặc điểm như sau: Kích thước: 6000x8000, chiều cao trần 3000 1 cửa đi rộng 1000, cao 2100 4 cửa sổ bố trí cân đối 2 bên lớp, rộng 1800, cao 1200, bệ cửa cao 600 1 bục giảng cao 300, dài 4500, rộng 700 Mái dốc, nhô ra môi chiều 600, sống mái theo chiều dài phòng học
1. Mô hình lớp học đơn giản dựng từ 3D Editor của Ecotect
Mô hình lớp học được dựng trong 3D Editor và Visualize của Ecotect Trong quá trình phân tích, ngoài hình dáng, cấu trúc… vật liệu cũng là một yếu tố hết sức quan trọng để có được kết quả chính xác cao. Ecotect hỗ trợ sẵn khá nhiều các loại vật liệu với các thông số chi tiết. Chúng ta sẽ xác định các loại vật liệu theo thứ tự sau đây. Mái: Gạch, Tường gạch, bục bêton và sàn lán gạch men với thông số mặc định của Ecotect. 2. Import từ Autodesk Revit Architecture thông qua định dạng file gbxml
7
Trình Phương Quân
Phần dựng hình bằng 3D Editor trong Ecotect tương đối đơn giản. Đối với các công trình phức tạp hơn, chúng ta cũng cần có những công cụ mạnh mẽ hơn. Hơn thế nữa, trong quy trình làm việc, nếu như phải dựng lại mô hình một lần nữa trên Ecotect sẽ mất nhiều thời gian không cần thiết cũng như độ chính xác không đảm bảo. Ecotect được thiết kế để có thể Import các mô hình thiết kế từ các phần mềm khác, ví dụ như Auto Cad, 3DS hay Rhino và đặc biệt là Autodesk Revit – phần mềm chuyên về thiết kế kiến trúc. Việc chuyển đổi từ Revit qua Ecotect thông qua định dạng gbXML (green building studio XML) hết sức thuận tiện. Các thành phần trong công trình được định nghĩa rõ ràng … giúp cho người dùng không cần phải gán vật liệu lại. Việc làm của người dùng lúc này đơn giản chỉ là quan tâm đến vấn đề phân tích và kết quả mà thôi.
Minh họa cho quá trình làm việc Revit – Ecotect
Đây chính là ưu điểm của Ecotect so với các phần mềm mô phỏng khác, chính vì điều này, Ecotect được hãng Autodesk xem như mắc xích hoàn chỉnh quy trình BIM. 3. Các tính năng phân tích của Ecotect Chúng ta sẽ ứng dụng Ecotect - khả năng phân tích qua các phương diện : phân tích nhiệt độ phòng theo ngày, giờ; phân tích phân bổ nhiệt lượng trong công trình; phân tích bóng đổ; đường đi biểu kiến của mặt trời; đường đi của tia sáng và phản xạ âm trong công trình.Trước tiên chúng ta cần nạp dữ liệu khí hậu, vị trí xây dựng công trình. Dữ liệu thời tiết đã được nạp vào chương trình. Điều này hết sức quan trọng, với những địa điểm khác nhau, thời tiết khác nhau, kết quả phân tích hiển nhiên sẽ có sự chênh lệch rất lớn. a.Phân tích bóng đổ . Nhấp chuột chọn thẻ Shadow Setting Nhấp chọn Display Shadows. Trên màn hình xuất hiện ngay bóng của công trình.
8
Trình Phương Quân
Đây chỉ là bóng mặc định vào thời điểm 12h trưa. Chúng ta thay đổi các giá trị tháng, ngày, giờ trên thanh công cụ phía trên màn hình . Ngoài ra chúng ta còn có thể khảo sát vào các thời điểm đặc biệt trong năm như : Xuân Phân, Thu Phân, Hạ Chí, Đông Chí.
Để trực quang và dễ dàng hơn trong việc minh họa, Ecotect cho phép người dùng ẩn, hiện đường biểu kiến của mặt trời trong ngày và trong năm thông qua 2 lựa chọn Daily Sun Path và Annual Sun Path
Daily Sun Path và Annual Sun Path Tuy nhiên chỉ khảo sát bóng đổ vào một thời điểm nhất định trong ngày vẫn chưa đủ. Đôi khi một công trình cần có sự khảo sát phạm vi bóng đổ trong một khoảng thời gian. Chúng ta sử dụng Shadow Range cho việc thể hiện này
Chúng ta cũng có thể phân tích đường đi của tia sáng trong công trình thông qua Solar Rays. Lấy ví dụ tia sáng đi qua cửa sổ rồi phản xạ với sàn nhà hoặc có thể phân tích những chi tiết nhỏ như hệ lam nắng, lá sách...
9
Trình Phương Quân
Chúng ta cũng có thể xem biểu đồ đường đi của mặt trời một cách chi tiết hơn thông qua hộp thoại Sun Path Diagram.
Thiết kế ô-văng thỏa yêu cầu được chiếu sáng bằng Shading Design Giả sử khi thiết kế phòng học có một yêu cầu được đặt ra là: hãy thiết kế ô-văng sao cho cửa sổ luôn được che nắng vào tất cả các ngày mùa hạ trong năm (nhằm mục đích tránh nóng). Thường thì người thiết kế hay thợ xây thường dùng kinh nghiệm hay thói quen để xây dựng. Tuy nhiên độ chính xác chắc chắn là không cao. Để làm được điều này, Ecotect có công cụ Shading Device. Chúng ta chọn cửa sổ cần thiết kế ô-văng. Trong mục Shading Design, chọn Generate Optimised Shading Device , mục Date Range chọn Summer, khoảng thời gian từ 9h sáng tới 15h chiều (lúc nóng nhất). Kết quả chúng ta thu được hình dạng và kích thước ô-văng như sau:
10
Trình Phương Quân
Thử kiểm tra lại bằng công cụ khảo sát bóng đổ, chúng ta nhận thấy rằng, trong các tháng mùa hè (tháng 6, tháng 7 và tháng 8); từ khoảng thời gian 9h sáng tới 15h chiều, phần cửa sổ luôn được che bằng bóng của ô-văng)
b.Phân tích nhiệt độ lớp học Ecotect cho phép chúng ta lựa chọn nhiều phương diện phân tích khác nhau, bao gồm thể hiện nhiệt độ trong/ ngoài phòng, nhiệt độ nhận/tiêu hao, so sánh số liệu… Bảng số liệu cho ta các thông tin khá chi tiết về diện tích bề mặt, nhiệt độ trung bình, nhiệt độ của bên trong và bên ngoài trong các khoảng thời gian trong ngày cũng như so sáng sự chênh lệch giữa chúng. Zone: Zone 1 Avg. Temperature: 26.6 C (Ground 23.9 C) Total Surface Area: 165.300 m2 (344.4% flr area). Total Exposed Area: 66.550 m2 (138.6% flr area). Total South Window: 0.000 m2 (0.0% flr area). Total Window Area: 10.800 m2 (22.5% flr area). Total Conductance (AU): 151 W/°K Total Admittance (AY): 517 W/°K Response Factor: 3.15 HOUR ----00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
INSIDE OUTSIDE (C) (C) ------- -------27.5 24.7 27.4 24.5 27.3 24.3 27.2 24.1 27.2 24.1 27.2 24.1 27.2 24.1 29.0 25.2 30.3 26.3 30.6 27.4 29.9 28.1 29.3 28.9 29.3 29.6 30.3 30.5 31.1 31.5 31.4 32.4 31.1 30.8 29.4 29.8 29.3 28.5 29.4 28.1 28.9 27.6 28.3 27.2 28.1 27.0 28.0 26.8
TEMP.DIF (C) --------2.8 2.9 3.0 3.1 3.1 3.1 3.1 3.8 4.0 3.2 1.8 0.4 -0.3 -0.2 -0.4 -1.0 -0.3 -0.4 0.8 1.3 1.3 1.1 1.1 1.2
Dựa vào biểu đồ chúng ta nhận thấy nhiệt độ của mái có biên độ nhiệt khá lớn trong ngày, khá nóng, đặc biệt vào giữa trưa. Trong lúc đó bục giảng nhiệt độ khá ổn định. Nhiệt độ phòng tăng nhẹ vào hai khoảng thời gian 9h sáng và 3 h chiều.
11
Trình Phương Quân
c.Phân tích ánh sáng Để trực quang, Ecotect hỗ trợ cho chúng ta một dạng Analysis Grid hay có thể nói nôm na là lưới phân tích. Kết quả sẽ được thể hiện ngay trên Grid với các màu sắc khác nhau tượng trưng cho giá trị khác nhau. Sau khi đợi máy tính toán, kết quả sẽ được hiển thị trên Analysis Grid như sau
Mạng lưới thưa
Mạng lưới dày
Cũng sử dụng Analysis Grid nhưng với kiểu Fit to Object là Within và lượng ô lưới dày hơn, chúng ta được kết quả như trên. e.Phân tích tiềm năng nhiệt
Từ Menu Caculate chọn Solar Access Analysis Chọn Incident Solar Radiation, sau đó nhấp Next. Tiếp tục chúng ta chọn khoảng thời gian cần phân tích sau đó nhấn OK. Trong ví dụ này chúng ta sẽ khảo sát trong một năm. Vì vậy xác định khoảng thời gian từ ngày 1 tháng 1 cho đến ngày 31 tháng 12. Nhấp OK Kết quả thu được như sau.
Tiềm năng nhiệt
Số giờ được chiếu sáng
Tương tự chúng ta cũng thống kê được số giờ được chiếu sáng của từng bộ phận trong phòng học bằng cách chọn Sun Light Hours trong trình thuật sỹ.
12
Trình Phương Quân
f.Khảo sát các yếu tố liên quan đến gió, độ ẩm…
Với file dữ liệu thời tiết được nạp vào trong chương trình, Ecotect cũng cho phép người sử dụng kiểm tra các thông tin liên quan tới tần số gió, nhiệt độ, độ ẩm… Vào menu Calculate – Prevailing Winds g.Phân tích các yếu tố về âm thanh
Để phân tích, trước hết chúng ta cần có một nguồn âm được đặt vào vị trí phù hợp trong công trình. Đối với một mô hình lớp học, tiếng giảng bài của giáo viên có thể được xem là nguồn âm Chọn 2 điểm đầu và điểm cuối sao cho vector chỉ hướng có gốc ngay giữa bục giảng và quay về cuối lớp. Một nguồn âm được tạo thành, tuy nhiên, cao độ mặc định nằm ngay sàn nhà. Chúng ta cần chỉnh lại cho phù hợp với cao độ người nói. Ecotect hỗ trợ cho chúng ta quan sát sự “bắn” ra của các tia sau đó phản xạ, dội lại… ngay trên mô hình.
Ngoài ra chúng ta có thể phân tích trên hình ảnh tĩnh với số lượng tia ít hơn thông qua các tùy chọn khác trong phần Display Rays và Generate Rays. Dựa vào kiến thức chuyên môn, Ecotect sẽ giúp cho người sử dụng là các kiến trúc sư, kỹ sư… đưa ra những nhận xét và chỉnh sửa phù hợp cho công trình, đặc biệt đối với các thiết kế : phòng hòa nhạc, hội trường hsay sân vận động.
13
Trình Phương Quân
3
XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ NHÀ, BIỆT THỰ TẠI LÂM ĐỒNG DỰA TRÊN VIỆC ỨNG DỤNG ECOTECT
Sau khi kiểm chứng khả năng của Ecotect dựa trên mô hình nhà 14 Nguyễn Du, chúng ta sẽ đưa ra quy trình thiết kế như sau: QUY TRÌNH LÀM VIỆC DỰA TRÊN ECOTECT
Ý tưởng hình khối (Ecotect, Revit...)
Kiểm tra sơ bộ tính đúng đắn bằng Ecotect
Đạt
Không đạt
Thiết kế chi tiết (Autocad, RAC...)
Kiểm tra chi tiết bằng Ecotect
Không đạt
Thi công
Đạt
Thiết kế kỹ thuật, (Autocad, Revit Structure...), tính toán bằng máy tính.
Ý tưởng hình khối: đảm bảo về hướng công trình phù hợp với địa hình, vị trí địa lí của khu vực xây dựng. Tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên, hạn chế sử dụng ánh sáng nhân tạo. Trên cơ sở phân tích tiềm năng nhiệt cho phép đánh giá xác định vị trí của từng phòng trong căn nhà. Kiểm tra sơ bộ tính đúng đắn bằng Ecotect: kiểm tra xem ý tưởng hình khối có chính xác với tính toán hay không. Thay đổi các yếu tố tự nhiên cũng là một biện pháp đánh giá để có hình khối phù hợp Thiết kế chi tiết : dựa trên hình khối có sẵn, tiến hành thêm những chi tiết phụ cần có của một căn nhà: ví dụ như ô-văng, sê nô, cửa sổ, cửa đi... nhằm tạo hình dáng công trình. Kiểm tra chi tiết bằng Ecotect: trên cơ sở đã thiết kế, tiến hành kiểm tra toàn bộ mô hình xem những thiết kế chi tiết có làm ảnh hưởng tới mục tiêu ban đầu hay không. Đồng thời có thểm tiến hành thêm bớt, chỉnh sửa những chi tiết cho hợp lí nhằm đem lại cho con người sinh sống bên trong những lợi ích thiết thực nhất. Thiết kế kỹ thuật: Cách thức làm việc như từ trước đến nay.
14
Trình Phương Quân
So sánh với quy trình làm việc truyền thống: QUY TRÌNH LÀM VIỆC TRUYỀN THỐNG Ý tưởng hình khối (Kinh nghiệm bản thân)
Thiết kế chi tiết (Autocad, vẽ tay...)
Thiết kế kỹ thuật (Autocad, vẽ tay...)
Thi công
Keát luaän giaûi phaùp 1.Đối với người thiết kế:
Chúng ta nhận thấy được quy trình làm việc truyền thống nặng về kinh nghiệm bản thân hơn. Khi thiết kế từ lúc tìm ý tưởng vẫn chưa chủ động trong việc thiết kế bền vững, tiết kiệm năng lượng – là xu hướng của tương lai. Hơn thế nữa, khi ứng dụng thiết kế sử dụng Ecotect, chúng ta hoàn toàn có thể chủ động hơn ngay từ khi hình thành ý tưởng. Chúng ta có thể dễ dàng thay đổi các yếu tố phương hướng hay hình khối... mà không phải mất công thiết kế lại từ đầu. Sau đó đi đến thiết kế chi tiết hơn, và kiểm tra lại một lần nữa xem thiết kế chi tiết của mình có đảm bảo được mục tiêu ban đầu đã đặt ra hay không.Cuối cùng mới là bước thiết kế kỹ thuật từng thành phần một – khi đã biết chắc công trình của mình đảm bảo: bền vững, xanh, thân thiện với môi trường. Nắm được điều này, những công trình xây dựng sẽ ngày càng thân thiện với môi trường hơn, giúp đem lại sự thoải mái cho gia chủ, và hơn nữa- tiết kiệm năng lượng: xu hướng của thế kỷ XXI. 2.Đối với địa phương Lâm Đồng:
Lâm Đồng là một tỉnh có khí hậu khá đặc biệt so với các vùng miền còn lại ở Việt Nam, vì vậy việc thiết kế nhà ở tại Đà Lạt nói riêng và Lâm Đồng nói chung mang những yếu tố đặc trưng. Khi ứng dụng phần mềm Ecotect vào thiết kế tại địa phương, chúng ta sẽ có những ngôi nhà hài hòa hơn, tiết kiệm năng lượng, điện năng hơn, góp phần bảo vệ cảnh quan tỉnh nhà. Hơn thế nữa, đây cũng là tiền đề cho ngành du lịch nghỉ dưỡng tại địa phương: đem lại cho du khách một môi trường sống lí tưởng, không những nhờ cảnh quan thiên nhiên mà còn nhờ bàn tay con người. Thông qua ví dụ đơn giản về nhà biệt thự tại Đà Lạt, chúng ta cũng cảm nhận được sự tài hoa, khéo léo của người thiết kế của thế hệ trước, khi họ vừa đảm bảo ngôi nhà đẹp, trang nhã mà vẫn đảm bảo thân thiện với con người. Đây cũng là đặc điểm mà chúng ta cần học hỏi và phát huy trong tương lai.
15
Trình Phương Quân
1.3
ÖÙNG DUÏNG KHAÛO CÖÙU VAØ KIEÅM ÑÒNH TÍNH CHÍNH XAÙC CUÛA PHAÀN MEÀM ECOTECT TREÂN MAÃU NHAØ, BIEÄT THÖÏ TAÏI LAÂM ÑOÀNG
14 NGUYEÃN DU (ÑAØ LAÏT)
Nhö ñaõ trình baøy ôû caùc phaàn tröôùc, chuùng ta ñaõ hình dung ñöôïc khaû naêng vaø öùng duïng cuûa phaàn meàm Ecotect vaøo trong quaù trình thieát keá. Trong phaàn naøy chuùng ta seõ tieán haønh khaûo cöùu treân coâng trình thöïc teá taïi Ñaø Laït nhaèm moät laàn nöõa kieåm ñònh tính chính xaùc cuûa Ecotect vaø khaû naêng aùp duïng vaøo ñôøi soáng taïi ñòa phöông Laâm Ñoàng. Coâng trình ñöôïc choïn trong quaù trình khaûo cöùu laø maãu bieät thöï 14 Nguyeãn Du. 1.Ñaëc ñieåm cuûa bieät thöï 14 Nguyeãn Du Naèm treân khu bieät thöï ñang ñöôïc caûi taïo vaø naâng caáp, ñoái dieän khu resort Hoaøng Anh Gia Lai. Coâng trình toïa laïc treân moät loâ ñaát thoaùng vaø baèng phaúng, maët tieàn höôùng ra phía ñöôøng Nguyeãn Du. Coâng trình coù caáu truùc ñôn giaûn nhöng hieäu quaû, goàm 1 treät 1 laàu, 1 gaùc xeùp, maùi doác hình chöõ A. Ñöôïc xaây döïng töø thôøi kyø Phaùp thuoäc, coâng trình ban ñaàu ñöôïc söû duïng laøm nôi nuoâi naáng treû em do caùc Sô quaûn lyù. Nay coâng trình thuoäc quaûn lyù cuûa UBND tænh Laâm Ñoàng.
Maët phía tröôùc höôùng ra phía ñöôøng Nguyeãn Du
16
Trình Phương Quân
Đối với thành phố Đà Lạt, trải qua trên 100 năm hình thành và phát triển (1893), Đà Lạt có khí hậu ông đới, cảnh quan đẹp với các dinh thự, biệt thự theo phong cách Pháp với số lượng khoảng 1500.
Đặc điểm chính:
-Khu đất dành cho biệt thự có tiêu chuẩn lớn sơ với các đô thị khác ở Việt Nam -Mức độ sang trọng của biệt thự tỷ lệ với diện tích khu đất -Các biệt thự hầu hết đều cao không quá 3 tầng (kể cả tầng trệt); vì vậy kiến trúc không phá vỡ cảnh quan thiên nhiên đẹp ở Đà Lạt. -Mật độ xây dựng thấp, vườn cây nhiều, cây cối, vườn hoa, đồi núi làm nền xanh cho biệt thự. -Kiến trúc biệt thự ở Đà Lạt chịu ảnh hưởng của nhiều phong các kiến trúc địa phương Pháp. Sự phân biệt đó thẻ hiện rõ ở độ dốc mái, ở xử lí hình thức cửa sổ và các họa tiết trang trí trên bề mặt công trình -Mái nhà ở các biệt thự Đà Lạt hết sức đa dạng: nhiều nhà có mái dốc xiên trong sử dụng tầng hầm. Trên mái nhà ngoài cửa sổ mái còn có các ống khói của lò sưởi nhô lên. Số lượng ống khói trên mái biểu thị mức độ tiện nghi của biệt thự. Ở các biệt thự Đà Lạt, do khí hậu có bốn mùa trong một ngày nên các phòng chính của biệt thự đều có lò sưởi đốt bằng củi. Vị trí lò sưởi thường sát tường, chính giữa tường dài nhất của phòng hoặc đặt ở góc tường đảm bảo cho khi đốt lò hơi ấm được lan tỏa khăp phòng; các lò sưởi được thiết kế trang trí đẹp góp phần thẩm mỹ, tạo ra nét đặc trưng cho hình khối nhà Đà Lạt. Các biệt thự Đà Lạt gắn bó hữu cơ với địa hình thiên nhiên; dựa vào thế đất của khu vực và tạo ra các sân, vườn hoa cao thấp khác nhau góp phần làm phong phú cho vẻ đẹp công trình.
17
Trình Phương Quân
Maët phía sau
Coâng trình coù caáu truùc ñôn giaûn nhöng vaãn mang nhöõng yeáu toá caàn coù cuûa bieät thöï thôøi Phaùp ñöôïc xaây döïng taïi Ñaø Laït vôùi ban coâng, gaùc xeùp vaø loø söôûi ñöôïc boá trí beân trong. 2.Quaù trình thöïc hieän khaûo saùt -Ño ñaït taïi hieän traïng vaøo ngaøy 31 thaùng 7 naêm 2010. Caùc thoâng soá ñöôïc ño ñaït vaø thu thaäp laø : Kích thöôùc toång quaùt cuûa caên nhaø, kích thöôùc caùc cöûa soå vaø chi tieát moät soá thaønh phaàn ñaëc bieät. Toïa ñoä caên nhaø (theo kinh ñoä vaø vó ñoä thaønh phoá Ñaø Laït). Höôùng cuûa caên nhaø, höôùng maët trôøi moïc vaø laën (söû duïng la baøn chuyeân duïng) Chuïp laïi hình (phaàn boùng ñoå vaø aùnh saùng) vaøo 2 thôøi ñieåm xaùc ñònh laø 9h saùng vaø 12 h tröa.
Tieán haønh ño ñaït kích thöôùc
-Moâ hình hoùa treân maùy tính söû duïng 3D Editor cuûa Ecotect. -Tieán haønh theå hieän vaø khaûo saùt caùc yeáu toá: boùng ñoå, aùnh saùng, phaân boå böùc xaï trong caên nhaø treân maùy tính. 18
Trình Phương Quân
2.2
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THU THẬP ĐƯỢC SAU QUÁ TRÌNH PHÂN TÍCH
1.Tính chính xác của Ecotect
Dựa trên hình ảnh đối chiếu giữa hình chụp thực tế và mô hình mô phỏng trên máy tính, chúng ta có thể kết luận như sau: -Các mô phỏng và tính toán của Ecotect (nhất là về phần bóng đổ và mặt trời) khá chính xác (khoảng 90%). Chúng ta hoàn toàn có thể chủ động hơn để nâng tính chính xác này lên. Thực tế khi đo đạt vì nhiều lí do khách quan lẫn chủ quan, chúng ta vẫn chưa có được số liệu chính xác tuyệt đối. -Các tính toán dựa trên nhiệt độ, độ ẩm cần có tập tin dữ liệu khí hậu chi tiết đến từng giờ trong năm, đối với Đà Lạt là địa phương có vi khí hậu đặc trưng và thay đổi liên tục, để tính toán chính xác, chúng ta cần dữ liệu đo đạt đầy đủ hơn.
2.Các yếu tố liên quan về ánh sáng, bóng đổ và nhiệt lượng bức xạ mặt trời
Dựa trên hình chiếu quỹ tích của bóng đổ ngôi nhà vào 4 ngày đặc biệt trong năm (Xuân phân, Hạ chí, Thu phân, Đông chí), chúng ta có thể nhận thấy: 1. Bóng đổ vào ngày Xuân phân và Thu phân hướng theo chiều Đông – Tây. Riêng bóng đổ vào ngày Hạ chí và Đông chí đối xứng với nhau theo hướng Đông – Tây. 2. Bóng đổ của công trình có sự thay đổi tuần hoàn theo chu kỳ 1 năm, sự di chuyển lệch so với hướng Đông- Tây là tương đối lớn (khác với suy nghĩ trước đây, bóng mang tính tuần hoàn theo ngày)
3. Giả thiết có 3 địa điểm A,B,C trên mặt bằng tổng thể như sau. Ta có nhận xét:
19
Trình Phương Quân
-Khu vực A hầu hêt được che bóng vào các buổi chiều trong năm. -Khu vực B luôn luôn được chiếu sáng trực tiếp (không bị bóng của ngôi nhà ảnh hưởng). -Khu vực C có sự thay đổi (vào buổi chiều mùa hè nằm trong bóng nhưng vào chiều mùa đông được chiếu sáng). Điều này mang lại những ý nghĩa hết sức thiết thực : giả sử chúng ta muốn đặt một bàn ăn ngoài trời hoặc nơi trồng các loài cây ưa bóng như phong lan... thì địa điểm A là phù hợp nhất (không bị ánh sáng chiếu trực tiếp vào trong hầu hết ). Hay địa điểm C có thể đặt ghế đá hay xích đu (mùa hè mát nhưng mùa đông lại có nắng ấm). Địa điểm B có thể thích hợp là vườn trồng cây ưa sáng hoặc là nơi phơi đồ... Đối với những thiết kế như sân vận động - mái che và bóng râm cho khán giả chiếm vai trò quan trọng. Việc sử dụng công cụ khảo sát bóng đổ ở đây là hết sức cần thiết. Hơn thế nữa, một khi đã chủ động về việc khảo sát bóng đổ, người kiến trúc sư có thể quyết định dễ dàng và chính xác hơn : liệu khu vực đó có cần làm mái che hay không. Điều này sẽ giúp tiết kiệm một khoản chi phí lớn khi xây dựng cũng như hạn chế trường hợp – xây dựng mái che nhưng không đáp ứng được mục đích. Đối với những khu vực có thời tiết khắc nghiệt (nắng nóng...), chúng ta còn có thể ứng dụng để hạn chế tia trực tiếp chiếu vào trong công trình. Để ứng dụng điều này chúng ta có thể sử dụng thông qua việc minh họa đường đi tia sáng. Ví dụ như trên hình bên, chúng ta thấy số lượng tia chiếu trực tiếp vào công trình quá nhiều,giả sử có ô-văng thì sẽ hạn chế được bớt tia trực tiêp chiếu vào hơn Nhìn vào các biểu đồ thể hiện bóng của công trình, ta có thể rút ra được các nhận xét: -Phần trăm công trình được đổ bóng trong cả năm vào khoảng 70% - một con số khá phù hợp, chứng tỏ công trình không quá khuất sáng hay được chiếu sáng quá nhiều. -Dựa vào biểu đồ, ta có thể xác định vào một thời điểm xác định, toàn thể công trình có bao nhiều % diện tích được đổ bóng. Ví dụ vào ngày Xuân Phân, vào lúc 8h sáng có khoảng 60% diện tích công trình được phủ bóng, 40% còn lại được chiếu sáng trực tiếp.
20
Trình Phương Quân
Chúng ta còn kiểm chứng được sự chính xác của câu : “Đêm tháng năm chưa nằm đã sáng, Ngày tháng mười chưa cười đã tối” – với diện tích phần màu trắng (được chiếu sáng) được mở rộng vào ngày Hạ Chí và thu hẹp cực tiểu vào mùa đông (Đông Chí). HOURLY SOLAR EXPOSURE <WorldMap>, VIETNAM (Direct Only) Objects: 75 (Exposed Area: 24584.141 m2) Date: 21st March HOUR ------1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 ------TOTALS
BEAM (W/m2) ------45 118 252 161 122 127 105 -------
DIFFUSE (W/m2) -------332 459 458 498 439 304 160 --------
SUN ANGLE -----69.54 72.42 73.58 74.25 73.88 74.37 75.89 ------
SOLAR SHADE -----66% 70% 72% 72% 70% 69% 69% ------
REFLECT (W/m2) -------0 0 0 0 0 0 0 -------0
INCIDENT (W/m2) W -------------5 132290 11 266846 20 482015 12 302286 10 245766 11 258881 8 195250 -------------77 1883333
ABSORBED (W/m2) W -------------3 75155 6 151098 11 272367 7 170553 6 138783 6 146020 4 109611 -------------43 1063586
TRANSMITTED (W/m2) W ------------0 2693 0 5433 0 9813 0 6154 0 5003 0 5270 0 3975 ------------2 38342
Ngoài ra dựa vào bản số liệu, ta cũng có thể biết được vào thời điểm xác định trong ngày, tia mặt trời cho năng lượng trung bình bao nhiêu Wh/ m2; bức xạ khuếch tán là bao nhiêu, góc chiếu của mặt trời so với mặt đất, phần trăm công trình được đổ bóng cũng như các yếu tố hấp thụ, truyền tải... nhằm đáp ứng cho nhu cầu thiết kế (VD: Sân vận động ngoài trời cần diện tích được chiếu sáng lớn hơn nhưng vẫn đảm bảo có bóng râm cho khán giả).
Dựa trên biểu đồ “Tổng bức xạ mặt trời theo tháng”, ta có nhận xét: Tháng 9 là tháng trung bình nhận được nhiều bức xạ mặt trời nhất, tháng giêng là tháng nhận được ít bức xạ mặt trời nhất. Càng về trưa thì bức xạ có năng lượng càng
21
Trình Phương Quân
lớn (đặc biệt vào các tháng 9, 10, 11) . Trong khi đó vào tháng 2, tháng 3, sự chênh lệch về năng lượng bức xạ mặt trời vào giữa trưa so với buổi sáng và buổi chiều không đáng kể. Tính trung bình, trong một năm tổng bức xạ mà một m2 công trình nhận được là 966650 Wh hay 966 kWh xấp xỉ 3.479.940.000J , một con số khá lớn.
Điều này còn được thể hiện dựa trên các đường đồng mức cho biết nhiệt lượng mà tưng khu vực nhận được trong cả năm. Dựa trên những tính toán này, chúng ta có thể áp dụng để đưa ra quyết định phù hợp, ví dụ: Phòng làm việc nên để ở đâu, liệu có cần lắp thêm điều hòa nhiệt độ cho căn phòng hay không... hay việc đặt một chậu cây cảnh trong nhà ở nơi nào là phù hợp nhất (Khu vực A nằm trong nhà và nhận được tương đối nhiều nhiệt lượng). Hay khu vực D là nơi có thể đặt thêm lò sưởi ( nhận được ít nhiệt lượng – và thực tế là công trình 14 Nguyễn Du được thiết kế lò sưởi bằng củi tại đây). Theo sơ đồ về bức xạ mặt trời hấp thụ được vào 4 ngày đặc biệt trong năm, chúng ta thấy được: Mùa đông tuy lạnh nhưng vì mặt trời mọc lệch so với hướng Đông – Tây khiến cho phần bề mặt phía sau nhà và bên hông nhận được nhiều nhiệt lượng hơn => nhiệt độ trong nhà được điều chỉnh theo hướng tích cực hơn (giải thích vì sao nhà 14 Nguyễn Du trổ nhiều cửa sổ, cửa đi và lan can về phía sau) . Ngược lại vào mùa thu, khi nhiệt lượng từ mặt trời nhận được giảm xuống, sự phân bổ nhiệt lượng hết sức đồng đều trong nhà. Riêng vào mùa hạ, mặt phía trước nhà nhận được nhiều nhiệt lượng hơn hẳn so với mặt phía Nam (giải thích được nguyên nhân tại sao nhà 14 Nguyễn Du trổ ít cửa hơn về phía mặt tiền – để tránh nóng) . Đồng thời những vị trí như phòng khách, phòng làm việc, tổng nhiệt hấp thụ chỉ ở mức trung bình trong thang minh họa (đây là đặc điểm khá lí thú khi phân tích về bức xạ mặt trời tại công trình 14 Nguyễn Du). Riêng vào mùa xuân thì mặt trước và mặt sau công trình cũng như bên trong nhà tương đối cân bằng.
Xuân
Hạ
Thu
Đông
Dựa trên phân tích trên, khi thiết kế, chúng ta hoàn toàn có thể chủ động hơn trong việc sắp xếp vị trí phòng ngủ, phòng khách, phòng làm việc ; vừa đảm bảo sự thoải mái cho gia chủ mà các đặc điểm vi khí hậu bên trong nhà vẫn được đảm bảo thoải mái, đồng nghĩa với tiết kiệm năng lượng do việc sử dụng máy điều hòa, quạt, đèn điện ... gây ra. Tương tự, Tầng 1 của công trình (nơi đặt phòng khách, phòng sinh hoạt chung ) nhận được nhiều ánh sáng hơn so với tầng 2 (phòng ngủ..)
22
Trình Phương Quân
Minh họa đường đi của tia sáng mặt trời vào các thời điểm khác nhau của ngày còn cho ta kết quả thú vị: từ lúc mặt trời mọc cho đến giữa trưa, khi ánh nắng còn dễ chịu, mặt phía sau nhà được chiếu sáng. Tuy nhiên từ lúc 11h15, ánh sáng oi ả bắt đầu chiếu trực tiếp vào mái nhà (phần hấp thụ bức xạ). Tiếp tục cho đến lúc 15h khi ánh sáng đã dễ chịu hơn chiếu trực tiếp vào mặt sau công trình. Đây thật sự là một thiết kế hợp lý: tận dụng ánh sáng êm dịu vào buổi sáng và buổi chiều chiếu trực tiếp vào căn nhà và hạn chế ánh sáng gay gắt chiếu trực tiếp vào nhà trong buổi trưa.
23
Trình Phương Quân
SO SAÙNH ÑOÁI CHIEÁU GIÖÕA HÌNH CHUÏP COÂNG TRÌNH VAØ MOÂ HÌNH DÖÏNG TREÂN MAÙY TÍNH TAÏI CUØNG MOÄT THÔØI ÑIEÅM
Boùng ñoå vaøo thôøi ñieåm 12h tröa ngaøy 31 thaùng 7 naêm 2010 (phaàn boùng ñoå treân hình chuïp thöïc teá ñöôïc nhaán maïnh roõ hôn)
Boùng ñoå döôùi maët ñaát coâng trình vaøo thôøi ñieåm 9h saùng ngaøy 31 thaùng 7 naêm 2010
XUÂN PHÂN (NGÀY ĐÊM DÀI BẰNG NHAU)
HẠ CHÍ (NGÀY DÀI ĐÊM NGẮN)
THU PHÂN (NGÀY ĐÊM DÀI BẰNG NHAU) ĐÔNG CHÍ (NGÀY NGẮN ĐỀM DÀI) PHẦN TRĂM CÔNG TRÌNH ĐƯỢC ĐỔ BÓNG TRONG CẢ NĂM VÀO KHOẢNG 70%)
24
Trình Phương Quân
KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ BÓNG ĐỔ VÀ TỔNG BỨC XẠ HẤP THỤ TRONG 1 NGÀY CỦA NHỮNG THỜI ĐIỂM ĐẶC BIỆT TRONG NĂM
XUÂN PHÂN 21/3
HẠ CHÍ 21/6
THU PHÂN 23/9
ĐÔNG CHÍ 21/12
25
Trình Phương Quân
MINH HỌA ĐƯỜNG ĐI CỦA TIA SÁNG MẶT TRỜI VÀO 3 THỜI ĐIỂM CHUYỂN GIAO (CHIẾU VÀO MẶT PHÍA SAU, CHIẾU TRÊN MÁI VÀ CHIẾU VÀO MẶT PHÍA TRƯỚC TRONG NGÀY 31 THÁNG 7)
8H15
11H15
15H30
TỔNG BỨC XẠ HẤP THỤ TRONG CẢ NĂM VÀ ĐỘ CHE PHỦ CỦA MÂY
(ĐƠN VỊ TÍNH Wh)
( ĐƠN VỊ TÍNH %)
PHÂN BỔ ÁNH SÁNG TRÊN TẦNG 1 VÀ TẦNG 2
26
Trình Phương Quân
TỔNG BỨC XẠ MẶT TRỜI THEO THÁNG
TOTAL MONTHLY SOLAR EXPOSURE <WorldMap>, VIETNAM (Direct Only) AVAIL. MONTH ------Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec ------TOTALS
AVG Wh/m2 ------54760 21786 33127 51626 101578 97953 104695 72993 123577 114863 98391 91301 ------966650
REFLECT INCIDENT SHADE Wh/m2 Wh/m2 ------------------68% 0 9330 69% 0 3641 70% 0 5179 70% 0 7516 71% 0 14597 71% 0 13689 71% 0 14831 70% 0 10686 70% 0 19336 69% 0 18705 68% 0 16652 68% 0 15635 ------------------0 149798
ABSORBED TOT.Wh Wh/m2 --------------9237516 5549 3605066 2254 5127980 3471 7441712 5310 14452399 10319 13553900 9761 14684093 10452 10580702 7381 19144856 12849 18520358 11961 16487641 10154 15479980 9240 --------------148316208
TRANSMITTED TOT.Wh Wh/m2 --------------5494584 1747 2231762 586 3436303 552 5257422 500 10217085 849 9664186 675 10348444 892 7307978 903 12721925 2174 11842898 2667 10053289 2867 9148852 2983 --------------98701 97724720
TOT.Wh --------1729973 580384 546643 495444 840691 667964 883288 894040 2152780 2640164 2838184 2953141 --------17395 17222698
TỔNG BỨC XẠ MẶT TRỜI TRUNG BÌNH THEO NGÀY
AVERAGE DAILY SOLAR EXPOSURE <WorldMap>, VIETNAM (Direct Only) MONTH -----Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov
AVAIL. Wh/m2 ------1413 807 1104 1780 3320 3311 3386 2411 4046 3614 3154
AVG SHADE -----68% 68% 69% 70% 71% 71% 70% 70% 70% 68% 68%
REFLECT INCIDENT Wh/m2 Wh/m2 TOT.Wh ------------------0 239 236471 0 132 131120 0 177 175142 0 260 257714 0 478 472811 0 461 456573 0 483 478342 0 347 343774 0 632 626026 0 594 587731 0 540 534813
27
ABSORBED Wh/m2 TOT.Wh -----------142 140947 84 82895 116 114901 183 180951 337 334012 330 326490 340 336189 242 239473 422 418246 379 375245 327 323497
TRANSMITTED Wh/m2 TOT.Wh ------------44 44058 20 19940 21 21207 19 18823 29 29198 21 21096 30 29594 27 27013 68 67575 85 83919 95 94197
Trình Phương Quân
Tác giả nắm toàn quyền sử dụng tài liệu này. Mọi trích xuất hoặc sử dụng với các mục đích khác xin vui lòng liên hệ tác giả.
28