Tường kính hai lớp - giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà cao tầng

Đúng như tên gọi, hệ thống tường kính hai lớp gồm hai lớp kính cường lực đặt song song nhau tạo nên khoang trung gian (vùng đệm) ở giữa có tác dụng ngăn cản tiếng ồn và hấp thụ nhiệt. Vùng đệm này có thể rộng từ 20cm cho tới vài mét, hoạt động như một lớp ngăn cách nắng nóng, gió và tiếng ồn bên ngoài, từ đó điều hòa nhiệt độ bên trong công trình. Một trong những ví dụ kinh điển nhất về ứng dụng tường bao hai lớp là tòa nhà 30 St Mary Axe (hay "The Gherkin" - quả dưa chuột) của kiến trúc sư đại tài Norman Foster cùng các cộng sự.

Tòa nhà 41 tầng hình quả dưa chuột sử dụng ít năng lượng hơn các công trình tương tự nhờ tường kính 2 lớp.

Luồng không khí đi qua khoang trung gian một cách tự nhiên hoặc được điều khiển bằng cơ học; trong khi đó, hai lớp tường kính có thể được tích hợp thêm các thiết bị chống nắng.

Dù ý tưởng về tường kính hai lớp không phải là quá mới mẻ nhưng ngày càng có nhiều các kiến trúc sư, kỹ sư ứng dụng tường kính hai lớp cho những công trình mà họ đảm nhiệm. Đặc biệt trong thiết kế nhà chọc trời, tường kính hai lớp càng được ưa chuộng bởi đặc tính trong suốt, khả năng cách nhiệt, cách âm tuyệt vời, từ đó làm giảm chi phí điện cho điều hòa không khí và loại bỏ nhu cầu về công nghệ dành riêng cho cửa sổ.

Đặc tính trong suốt của tường kính cho phép con người cảm nhận rõ nét quang cảnh xung quanh.

Thêm vào đó, cấu trúc tường kính hai lớp còn rất linh hoạt, dễ dàng thích ứng với mọi điều kiện thời tiết dù lạnh giá hay nắng nóng. Chính sự linh hoạt này khiến tường kính hai lớp trở nên hấp dẫn các kiến trúc sư. Dưới đây là những ưu điểm và nhược điểm của tường kính hai lớp:

Lợi ích:

• Giảm nhu cầu sử dụng năng lượng để làm mát và sưởi ấm;
• Không che chắn tầm nhìn và ánh sáng tự nhiên;
• Tăng cường cách nhiệt, cách âm;
• Cho phép thông gió tự nhiên diễn ra và làm mới không khí, tạo ra một môi trường sống lành mạnh hơn.

Nhược điểm:

• Chi phí xây dựng ban đầu cao hơn nhiều so với phương thức truyền thống;
• Tốn nhiều không gian hơn;
• Yêu cầu bảo trì thường xuyên;
• Có thể hoạt động không đúng thiết kế khi bối cảnh xung quanh thay đổi đáng kể.

Bằng cách thay đổi các chi tiết nho nhỏ, chẳng hạn như đóng, mở các lỗ thông gió ở hai đầu tường kính hoặc kích hoạt thiết bị luân chuyển không khí, cơ chế hoạt động của tường kính hai lớp sẽ thay đổi theo.

Ở những vùng khí hậu lạnh, các lỗ thông gió sẽ được đóng kín. Lúc này, vùng đệm không khí ở giữa hoạt động như một hàng rào ngăn cản quá trình thất thoát nhiệt ra bên ngoài. Lượng nhiệt mặt trời chứa trong khoang trung gian có thể sưởi ấm vùng không khí lân cận, từ đó làm giảm nhu cầu sử dụng điện cho hệ thống sưởi ấm trong nhà.

Cơ chế hoạt động của tường kính hai lớp tại vùng khí hậu lạnh.

Tại vùng khí hậu nóng, các lỗ thông gió ở hai đầu sẽ được mở ra. Khi đó, khoang trung gian được thông hơi với bên ngoài tòa nhà nhằm giảm thiểu hấp thụ nhiệt mặt trời và giảm tải làm mát. Lượng nhiệt dư thừa sẽ thoát ra ngoài dựa theo hiệu ứng ống khói, trong phương pháp này khí lạnh sẽ gây áp lực với khí nóng, buộc nó phải di chuyển lên trên. Khi khí nóng bay lên sẽ tạo ra áp lực kéo khí tươi (không khí lạnh mới) ở bên ngoài vào thế chỗ cho khí nóng vừa bay lên, từ đó làm mát vùng không khí xung quanh.

Ở vùng khí hậu nóng, khoang trung gian thông hơi với bên ngoài.

Thậm chí, lớp tường kính bên trong cũng được để mở nhằm thúc đẩy hiệu ứng ống khói diễn ra.

Như vậy, cơ chế hoạt động của tường kính hai lớp phụ thuộc rất nhiều vào các điều kiện bên ngoài (bức xạ mặt trời, nhiệt độ bên ngoài…), ảnh hưởng trực tiếp đến sự thoải mái và chất lượng không khí bên trong. Do đó, tùy từng trường hợp mà tường kính hai lớp sẽ được tinh chỉnh linh hoạt cho phù hợp. Điều này đòi hỏi kiến trúc sư phải có kiến thức vững chắc về hướng di chuyển của mặt trời, hoàn cảnh, bức xạ địa phương, điều kiện nhiệt độ, mật độ xây dựng và nhiều yếu tố liên quan khác. 

Minh Châu