Key takeaway
Kỹ thuật thụ động trong sử dụng năng lượng hiệu quả là các phương pháp thiết kế và xây dựng nhằm giảm thiểu nhu cầu sử dụng năng lượng cơ học (như hệ thống điều hòa không khí hoặc sưởi ấm) bằng cách tận dụng các yếu tố tự nhiên như ánh sáng mặt trời, gió và nhiệt độ của đất. Các kỹ thuật này thường sử dụng các công nghệ đơn giản, ít bộ phận chuyển động và có chi phí bảo trì thấp.
Các thành phần chính của thiết kế năng lượng mặt trời thụ động:
- Aperture (Khẩu độ): Các bề mặt trong công trình cho phép ánh sáng mặt trời chiếu vào, như cửa sổ.
- Absorber (Bộ hấp thụ): Bề mặt tối màu, thường là của vật liệu lưu trữ nhiệt, hấp thụ ánh sáng mặt trời.
- Thermal mass (Khối nhiệt): Các vật liệu lưu trữ nhiệt từ ánh sáng mặt trời.
- Distribution (Phân phối): Các phương tiện để phân phối nhiệt trong công trình, có thể bằng cách đối lưu, bức xạ, hoặc dẫn nhiệt.
- Control (Kiểm soát): Các phương tiện để điều chỉnh lượng nhiệt mặt trời đi vào tòa nhà tùy theo mùa và thời gian trong ngày.
Các kỹ thuật thụ động trong sử dụng năng lượng hiệu quả bao gồm:
- Định hướng công trình:
- Tối ưu hóa hướng của công trình để tận dụng ánh sáng mặt trời vào mùa đông và giảm thiểu ánh nắng trực tiếp vào mùa hè. Ví dụ, cửa sổ hướng về phía nam sẽ nhận được nhiều ánh sáng mặt trời hơn vào mùa đông, trong khi cửa sổ hướng về phía bắc nên nhỏ hơn để giảm thiểu mất nhiệt.
- Cân nhắc các yếu tố tự nhiên hoặc nhân tạo có thể cản trở ánh sáng mặt trời như vách đá hoặc tòa nhà cao tầng ở phía nam.
- Tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích:
- Thiết kế công trình với tỷ lệ diện tích bề mặt ngoài trên thể tích thấp giúp giảm thiểu sự mất và tăng nhiệt. Các công trình có hình khối đơn giản thường có hiệu quả cao hơn trong việc kiểm soát nhiệt độ so với các công trình có hình dạng phức tạp.
- Cửa sổ và kính:
- Sử dụng kính cách nhiệt (kính hai lớp hoặc ba lớp) để giảm thiểu mất nhiệt và tăng nhiệt.
- Chọn kính có lớp phủ low-e để phản xạ ánh sáng hồng ngoại, giúp giảm thiểu sự tăng nhiệt mà không làm giảm độ sáng.
- Lắp đặt các tấm che nắng, mái hiên hoặc cây rụng lá để kiểm soát lượng ánh sáng mặt trời chiếu vào cửa sổ.
- Vật liệu cách nhiệt:
- Sử dụng các vật liệu cách nhiệt hiệu quả như bông thủy tinh, xốp phun hoặc các vật liệu sinh học để giảm thiểu sự truyền nhiệt qua tường, mái và sàn.
- Các loại xốp phun có thể có R-value cao hơn so với các loại bông thủy tinh.
- Mái nhà mát:
- Sử dụng vật liệu có độ phản xạ cao cho mái nhà để giảm thiểu sự hấp thụ nhiệt.
- Mái nhà xanh (mái nhà có lớp phủ thực vật) cũng giúp giảm sự tăng nhiệt của mái nhà.
- Tường Trombe:
- Tường Trombe là một biến thể của hệ thống mặt trời thụ động, trong đó một lớp tường lớn có khối nhiệt được đặt song song với một lớp kính. Không khí bị mắc kẹt giữa các lớp này sẽ cách nhiệt khối nhiệt và giữ nhiệt cho công trình.
- Thông gió và lưu thông không khí:
- Tận dụng thông gió tự nhiên bằng cách sử dụng các cửa sổ, giếng trời và ống khói mặt trời để lưu thông không khí.
- Ống khói mặt trời có thể giúp hút không khí nóng ra ngoài và hút không khí mát từ dưới lên.
- Thiết kế các khu vực có độ cao khác nhau để tận dụng hiệu ứng ống khói tự nhiên để thông gió
- Sử dụng gió tự nhiên kết hợp với hiệu ứng ống khói để tối ưu thông gió.
- Nhà thụ động (Passive House):
- Áp dụng các nguyên tắc thiết kế thụ động để tạo ra các tòa nhà siêu cách nhiệt, có thông gió kiểm soát chặt chẽ và hệ thống lọc không khí.
- Mục tiêu là giảm thiểu nhu cầu sử dụng năng lượng cho sưởi ấm và làm mát, thường sử dụng các nguyên tắc cơ bản về định hướng mặt trời và nhiệt động lực học.
- Nhà thụ động có chi phí dài hạn thấp hơn so với các công trình thông thường.
- Berm (đắp đất):
- Xây dựng công trình chìm một phần hoặc toàn bộ dưới lòng đất là một cách hiệu quả để kiểm soát sự biến động nhiệt độ. Tuy nhiên, cần cẩn thận để tránh các nhược điểm thẩm mỹ hoặc tâm lý của việc sống dưới lòng đất.
- Kết hợp với thiết kế cảnh quan:
- Sử dụng cây xanh để che mát và giảm nhiệt cho công trình.
- Cây rụng lá có thể che bóng mát vào mùa hè và cho phép ánh nắng mặt trời vào mùa đông.
- Cây lá kim có thể làm hàng rào chắn gió vào mùa đông.
Các kỹ thuật thụ động này có thể giúp giảm đáng kể nhu cầu sử dụng năng lượng, giảm chi phí vận hành và góp phần bảo vệ môi trường. Việc kết hợp các kỹ thuật này vào thiết kế công trình là một bước quan trọng để xây dựng các công trình bền vững hơn.