Vật lý kiến trúc Farming Kingdergarten | Tiểu luận môn vật lý kiến trúc trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh

NGUYỄN THỊ AN ANH MỤC LỤC A. MỞ ĐẦU
Lời mở đầu – Lý do chọn đề tài B. NỘI DUNG
Tổng quan về công trình
1. Xác định vị trí địa lý của công trình
2. Đưa ra biểu kiến mặt trời và hoa gió
3. Tìm hiểu, báo cáo yếu tố trong công trình: 3.1.
Ảnh hưởng của quy hoạch khu đất, cảnh quan xung quanh 3.2.
Chiến lược thiết kế sơ bộ 3.3. Thông gió 3.4. Lớp vỏ bao che:
3.4.1. Kết cấu che nắng
3.4.2. Thiết kế cách nhiệt, truyền nhiệt qua kết cấu 3.5. Chiếu sáng 3.6.
Cách nhiệt, truyền nhiệt qua công trình C. KẾT LUẬN A. MỞ ĐẦU
Nhà trẻ Farming Kindergarten đã được công ty kiến trúc Võ Trọng Nghĩa thiết kế như là một nguyên mẫu cho loại hình
nhà trẻ bền vững, nơi mà trẻ con có thể học hỏi và tìm hiểu cách tự trồng và cung cấp thức ăn. Mái nhà xanh hình xuyến
được thiết kế là một đường chạy dài liên tục tạo ra ba sân trong vui chơi cho trẻ. Từ sân chơi không những thầy cô giáo
mà cả trẻ cũng có thể chạy nhảy dễ dàng lên phía mái nhà trồng rau, mặc dù vườn trồng rau có độ dốc cao dần lên đến độ
cao tầng hai. Một vườn rau xanh chính là nơi để trẻ có thể hiểu được tầm quan trọng của nông nghiệp và có được sự kết
nối với thiên nhiên. Công trình Farming Kindergarten Nhà trẻ xanh của VTN Architects (Vo Trong Nghia Architects)
vinh dự nhận giải Danh dự (Honourable Mentions) ở thể loại Công trình (Buildings) của Zumtobel Group Award 2017.
Và đây cũng là lý do chọn đề tài của nhóm. B. NỘI DUNG Tổng quan công trình:
1. Xác định vị trí địa lý của công trình
Địa điểm: BienHoa, DongNai, VietNam
Diện tích khu đất: 10.650 m2 GPA: 3.800 m2
Công ty: Vo Trong Nghia Architects
Kiến trúc sư chính: Võ Trọng Nghĩa, Takashi Niwa, Masaaki Iwamoto
Kiến trúc sư: Trần Thị Hằng, Kuniko Onishi
Nhà thầu: Công ty cổ phần Gió và Nước
Khách hàng: PouChen VietNam
Ví trí của công trình: WRP6+M59, Nguyễn Thị Tồn, Hoà An, Thành phố Biên Hòa, Đồng Nai, Việt Nam
Vĩ độ: 10,9363842 Kinh độ: 106,8107741
2. Đưa ra biểu đồ mặt trời và hoa gió Biểu kiến mặt trời:
- Có thể thấy từ biểu đồ (đường đi của mặt trời) rằng mặt trời mọc ở hướng Đông Bắc (phương vị = 60) vào lúc
05:31. Hoàng hôn xảy ra lúc 18:17 khi mặt trời ở hướng Tây Bắc (phương vị = 300).
- Đặt công trình vào biểu đồ thì ta có thể thấy hướng chiếu mặt trời từ Tây sang Đông, vì thế công trình nhận rất
nhiều ánh sáng nóng , chiếu vào lối vào chính và các phòng học. Chính vì thế mà KTS. Võ Trọng Nghĩa đã sử
dụng rất nhiều cây xanh quanh công trình và mái công trình cũng sử dụng mảng xanh để giảm thiểu nhiệt độ và
làm mát cho các trẻ nhỏ trong phòng học. Biểu đồ hoa gió:
Gió phần lớn thường thổi từ hướng Bắc và hướng Tây
25% tổng thời gian gió thổi theo hướng Bắc
5.5% tổng thời gian gió thổi theo hướng Tây Bắc
9.5% tổng thời gian gió thổi theo hướng Đông
8.1% tổng thời gian gió thổi theo hướng ĐôngNam
7.6% tổng thời gian gió thổi theo hướng Nam
13.5% tổng thời gian gió thổi theo hướng Tây Nam
23.8% tổng thời gian gió thổi theo hướng Tây
- Khí hậu nóng ẩm ở Đồng Nai sẽ xuất hiện vào khoảng giữa tháng 4 và đầu tháng 5. Đây là kiểu khí hậu ứng với kiểu thời tiết gió Tây khô
nóng ở Bắc Trung Bộ và phía Bắc nước ta.
- Thời tiết dịu khô sẽ xuất hiện gió Bắc đến Đông Bắc cảm nhận rõ thời tiết se lạnh vào nửa đêm và gần sáng độ ẩm trung bình 65 - 70%, thấp
nhất xuống dưới 50%. Đây là kiểu thời tiết mát, khô khá là dễ chịu.
3. Tìm hiểu, báo cáo yếu tố trong công trình: 3.1.
Ảnh hưởng của quy hoạch khu đất, cảnh quan xung quanh Ả
nh hưởng của quy hoạch: -
Đô thị hóa, các thành phố ở Việt Nam ngày càng có sự khác biệt rõ rệt so với tính nhiệt đới ẩm gió mùa vốn có của
mình. Việc thiếu hụt cây xanh đã gây ra nhiều vấn đề xã hội khác nhau như ô nhiễm không khí do lượng xe máy
quá nhiều, ô nhiễm không khí, lũ lụt và hiệu ứng đảo nhiệt. -
Nhà trẻ được xây dựng ngay cạnh nhà máy của công ty pouchen và được thiết kế cho 500 con em công nhân của
nhà máy, công trình này được thiết kế như một mái nhà xanh nhằm cung cấp thực phẩm và giáo dục trẻ em về tầm
quan trọng của nông nghiệp cũng như tăng diện tích vui chơi cho trẻ.
MẶT BẰNG TỔNG THỂ THỰC TẾ
Ảnh hưởng khu đất: -
Khu đất nằm bên cạnh nhà máy giày lớn, đối diện là khu dân cư sinh sống , đăng sau công trình là một thảm thực
vật xanh, lối vào công trình là một đường hẻm nhỏ vào khu dâ
Ảnh hưởng của cảnh quan tới công trình : -
Kích thước khu đất : 10.650m 2 -
Nắng, Gió: phía tây, Đông nam có thảm thực vật xanh
 Có luồng gió mát mẻ trong lành, vì là gần thảm thực vật khá lớn nên là không bị ảnh hưởng với mật độ bê tông hóa -
Giao Thông : cách xa trục đường chính nơi giao thông liên tục gây ô nghiễm tiếng ồn
 Công trình khá yên tĩnh cho nhóm trẻ, công trình cũng được chia thành 3 lối tiếp cận -
Cảnh quan xung quanh : cây xanh lớn ở phía sau , mắt trước cổng chính là nhà máy giày lớn, bên cạnh là đường
khu dân cư mà kiến trúc nhà ở và nhà trọ. 3.2.
Chiến lược thiết kế sơ bộ
Trường Farming Kindergarten ở thành phố Biên Hòa, Đồng Nai, có tổng diện tích 3.800 m2, theo thông tin trên Arch
Daily. Tọa lạc gần một nhà máy sản xuất giày lớn, nhà trẻ được thiết kế cho 500 trẻ em là con của các công nhân làm việc tại đây.
Kiến Trúc sư : KTS Võ Trọng Nghĩa Takashi Niwa, Masaaki Iwamoto
Diện tích mặt sàn : 3.800 m2
Tổng diện tích khu đất : 10.650 m2 Nhóm thiết kế:  Trần Thị Hằng,  Kuniko Onishi Giải thưởng : -
Giải thưởng Kiến trúc ARCASIA -
Giải thưởng Thiết kế Xanh Green Good Design
Ý tưởng của công trình này là “Nhà trẻ bền vững Farming Kindergarten” với mái nhà xanh trồng rau, cung cấp thực
phẩm và những trải nghiệm nông nghiệp cho trẻ con Việt Nam cũng như tạo ra sân chơi ngoài trời có tính an toàn. Mái
nhà được thiết kế dựa trên hình xuyến ba là một đường chạy dài liên tục tạo ra ba sân trong vui chơi cho trẻ.
 PHÂN KHU CHỨC NĂNG 1. Lối vào 7. Phòng giáo viên
2. Phòng học cho trẻ sơ sinh
8. Phòng học nghệ thuật
3. Xưởng nghệ thuật 9. Lớp học trước 4. Lớp học trước 10. Sân trong 5. Phòng tập thể dục 6. Lớp học trước
CÁC CHIẾN LƯỢC THIẾT KẾ SINH KHÍ HẬU ĐƯỢC ÁP DỤNG
Bằng các giải pháp kiến trúc - xây dựng để tận dụng tối đa khí hậu thiên nhiên thuận lợi, đưa thiên nhiên tươi mát,
trong lành vào trong công trình, khắc phục những điều kiện không thuận lợi, giảm bớt việc sử dụng các thiết bị nhân
tạo, tạo môi trường tốt nhất, vệ sinh nhất trong nhà để con người sinh sống, làm việc, nghỉ ngơi và phục hồi sức khỏe.
Sinh khí hậu còn gọi là khí hậu sinh vật là khoa học nghiên cứu khí hậu trong tác động đối với con người, gây ảnh
hưởng tới sức khỏe và công việc.
Cũng như vậy, kiến trúc khí hậu đã xem xét tác động này của khí hậu khi tìm các giải pháp kiến trúc phù hợp với khí
hậu địa phương, bởi vì công trình là chiếc áo thứ ba (bộ da, áo quần, vỏ nhà và khí quyển là bốn chiếc áo) che chở con
người. Vì vậy gọi tên kiến trúc sinh khí hậu chỉ là để nhấn mạnh thêm tác động khí hậu tới con người, đưa nó lên
thành một khoa học với các nghiên cứu sâu sắc những vấn đề cơ bản về quan hệ khí hậu - vi khí hậu (VKH) - con
người, xác định các điều kiện tiện nghi khí hậu và tiện nghi VKH khi đưa ra các chiến lược thiết kế kiến trúc kiểm
soát khí hậu, các giải pháp kiến trúc hợp lý cho mỗi vùng khí hậu.
A. CÁCH NHIỆT CHO KẾT CẤU:
Sử dụng mái xanh cách nhiệt cho kết cấu mái , hệ số tản nhiệt của mái bê tông thấp nên nhiệt độ mái sẽ tăng cao khi vào
hè. Hơn nữa do Việt Nam có khí hậu nhiệt đới, mưa nhiều, nhiệt độ chênh lệch giữa ban ngày và ban đêm, lúc nắng và lúc
mưa rất lớn do vậy gây co ngót mạnh cho mái bê tông.
B. GIẢM THIỂU NHẬN NHIỆT MẶT TRỜI:
Bức xạ mặt trời chiếu lên kết cấu, nung nóng kết cấu rồi truyền vào phòng hoặc trực tiếp qua cửa sổ (có kính hoặc không
kính) vào phòng, nung nóng phòng. Áp dụng trong mùa nóng với việc sử dụng các kỹ thuật che nắng, tạo bóng, phản xạ, v.v…
Các tấm lam chắn nắng của công trình và hệ thống hành lang bên dọc theo hình dạng của ngôi trường được thiết kế để
giảm thiểu ánh nắng trực tiếp của Mặt Trời tác động lên công trình. Vị trí các tấm lam chắn nắng được đặt tại tầng hai và
tại các mặt tiếp xúc với ánh nắng Mặt Trời nhiều nhất (cánh phía Bắc), chủ yếu bố trí tại hướng Đông và Tây.
Thêm vào đó, việc sử dụng các lam tránh nắng và dẫn gió trong thiết kế hành lang bên với chiều rộng lên đến 2.5m đã
giảm thiểu tối đa ánh nắng trực tiếp chiếu vào công trình.
C. TĂNG CƯỜNG THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN:
Đưa không khí mát và trong sạch vào phòng thay thế cho không khí đã bị nung nóng và ô nhiễm hay ẩm mốc trong
phòng. Chiến lược này có ý nghĩa rất lớn về vệ sinh và cải tạo vi khí hậu, đặc biệt đối với khí hậu nóng ẩm. Khi đó giải
pháp thông gió xuyên phòng trở thành một yêu cầu gần như bắt buộc.
Tòa nhà được thiết kế như một dải hẹp liên tục với cửa sổ có thể mở ra hai bên giúp tối đa hóa hệ thống thông gió và chiếu sáng tự nhiên.
Điều kiện để đạt được thông gió tự nhiên trong công trình nhà trẻ này phụ thuộc vào hai yếu tố sau:
- Hình dáng: thiết kế để tận dụng tối đa thông gió tự nhiên, giảm thiểu thông gió cưỡng bức để tiết kiệm năng lượng.
Chiều sâu tối thiểu của các phòng là 8-10m, mở rộng đều hai phía mặt đứng và hành lang bên để đón gió.
- Các khoảng phân chia: công trình được tạo ra với chỉ một “nét vẽ”, nét vẽ này phân chia công trình thành ba không gian
sân vườn khác nhau nhưng có sự liên hệ nhất định.
D. SỬ DỤNG CÂY XANH:
Chiến lược này không chỉ có ý nghĩa về mặt cải tạo khí hậu, nâng cao điều kiện vệ sinh, bảo vệ sức khỏe, mà còn có ý
nghĩa lớn hơn về bảo vệ môi trường địa phương và quốc gia.
Khoảng 70% diện tích ngôi trường là cây xanh và riêng phần nước tưới cây được lấy từ nước tái sử dụng của nhà máy
bên cạnh. Màu xanh gần như bao phủ toàn bộ phần mái giúp giảm thiểu hiệu ứng đảo nhiệt, giảm nhu cầu sử dụng điều
hòa không khí, tăng tính đa dạng sinh học.
E. SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHỦ ĐỘNG:
Ngoài ra, các phương pháp tiết kiệm năng lượng kiến trúc và cơ học được áp dụng toàn diện bao gồm nhưng không giới
hạn như: mặt tiền xanh làm bóng râm và nước nóng năng lượng mặt trời. Những thiết bị này được thiết kế dễ nhìn và
đóng một vai trò quan trọng trong việc giáo dục về tính bền vững cho trẻ em. Nước thải của nhà máy được tái chế để tưới
cho cây xanh và dội nhà vệ sinh.
THIẾT KẾ ĐẠT ĐƯỢC CÁC MỤC TIÊU SAU:
• Phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, lợi dụng được thuận lợi của thiên nhiên. Công trình không những
tạo ra không gian vui chơi linh hoạt cho trẻ qua ba sân trong và mái xanh chạy dài liên tục mà còn cho trẻ em năng động,
hiểu rõ về thiên nhiên, gần gũi với thiên nhiên để tồn tại trong thế kỉ 21.
• Công trình vận hành với chi phí thấp, sử dụng vật liệu địa phương đảm bảo được ánh sáng thông gió tự nhiên cho các phòng học.
• Bảo vệ môi trường như: tái chế vật liệu, tái sử dụng nước để tưới cây xanh, sử dụng hệ thống bình năng
lượng mặt trời để đun nước nóng… vừa giúp nhà trường tiết kiệm được năng lượng vừa giúp các cháu nhận thức, gần gũi
với môi trường ngay từ khi còn nhỏ. 3.3 Thông gió
 THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN:
Thông gió tự nhiên trong nhà đang là một vấn đề to lớn và nhức nhối đối với mọi người hiện nay, đặc biệt hơn
hết là khi không gian nhà ở ngày càng bị thu hẹp lại về diện tích, kèm theo đó là những vấn đề về thiếu ánh nắng
và thiếu gió. Chính vì vậy những giải pháp thông gió tự nhiên được đưa lên hàng đầu mà ta sẽ được thấy qua
công trình của KTS Võ Trọng Nghĩa “ Farming Kindergarten”.
Những phương pháp giúp không khí bên ngoài được lưu chuyển vào trong nhà một cách tự nhiên mà không cần
sử dụng các thiết bị bổ trợ như quạt. Các dạng của thông gió tự nhiên bao gồm: thông gió từ áp lực nhiệt, thông gió từ áp lực gió.
 THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TỪ ÁP LỰC NHIỆT( THERMAL FORCE)
Đây là giải pháp thông gió tự nhiên bằng cách đối lưu không khí trong phòng. Đây là dạng thông gió bằng tự
nhiên cơ bản nhất mà được áp dụng nhiều ở các dạng thiết kế nhà ống hiện nay. Đối lưu không khí sẽ được tạo ra
nhờ vào sự chênh lệch của áp suất không khí. Gió được đưa vào bên trong ngôi nhà chính là sự dịch chuyển của
các luồng từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp.
Do có con người sinh sống và hoạt động ở bên trong mà sản sinh ra nhiệt độ. Nhiệt độ này sẽ truyền sang không
không khí làm tăng nhiệt độ của không khí trong phòng. Không khí có nhiệt độ cao sẽ giãn nở, trở nên nhẹ hơn
và bay lên trên cao – tạo nên một vùng có khí áp thấp. Điều này khiến cho không khí lạnh ở bên ngoài môi
trường tràn vào và thế chỗ hình thành nên gió. Do đó, nhà thường được thiết kế có giếng trời để áp dụng phương pháp này
 THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN DỰA VÀO ÁP LỰC GIÓ (WIND FORCE)
Thông gió tự nhiên dựa vào áp lực gió chính là thông gió xuyên phòng. Tốc độ và lưu lượng gió của phương
pháp này cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi hệ thống cửa hút và cửa thoát gió. Đây là giải pháp thông gió được đánh giá
khá tốt. Bởi khi tính toán thông gió tự nhiên người ta nhận thấy việc thông gió bằng cách sử dụng áp lực nhiệt
chỉ tạo ra được tốc độ gió khoảng 0,3m/s. Với tốc độ gió này chưa đủ để tạo ra cảm giác có sự thay đổi nhiệt.
Còn khi sử dụng phương pháp áp lực gió sẽ tạo được tốc độ gió trong khoảng 0,5 – 2m/s.
Tuy nhiên, Việc thiết kế hệ thống cửa thoát gió như trường hợp thứ 2 là điều khó có thể thực hiện được do diện
tích vấn đề diện tích xây dựng có giới hạn. Rất hiếm có ngôi nhà nào sở hữu hai mặt tiền hoặc có mặt hậu đủ
rộng để có thể thoát khí.
Trở lại với công trình của KTS Võ Trọng Nghĩa, đội ngũ thiết kế đã nhìn thấy được lợi ích của giải pháp Wind
Force, và cũng chính vì tên của công trình là Farming Kindergarten cho nên Võ Trọng Nghĩa không sử dụng
nhiều về thông gió cưỡng bức như quạt.
KTS Võ Trọng Nghĩa lợi dụng hình khối kiến trúc của đường cong để tạo ra được những khoảng không lớn liên
kết vái các khối khu vực, những khoảng trống lớn này kết hợp với nhiều mảng xanh tạo nên áp lực gió mạnh mẽ
thông thoáng qua các dãy phòng. Cũng đã chú tâm đếm vật liệu trong công trình, ông sử dụng dạng lam bê tông
cốt thép xếp theo một modul nhất định, giúp giảm thiểu được ánh nắng trực tiếp vào các phòng bên trong nhưng
lại không làm mất đi sự riêng tư hay cản trở đến thông gió tự nhiên trong công trình. 3.4. Lớp vỏ bao che
3.4.1. Kết cấu che nắng
 Sử dụng nhiều cây xanh
Cây xanh được trồng xung quanh công trình, trong sân chơi và kết hợp các loại cây leo trên các mảng tường. Việc sử
dụng cây xanh giúp tránh ánh nắng trực tiếp vào công trình. Khoảng 70% công trình được phủ kín bằng cây xanh, hệ
thống kết cấu mái xanh là giải pháp tuyệt vời vừa tiết kiệm chi phí, vừa mang lại nhiều lợi ích cho công trình.
 Sử dụng lam che nắng
Hệ thống lam che nắng khá phổ biến trong các công trình Việt Nam hiện nay, lam che nắng được sử dụng bao quanh công
trình có chức năng che nắng, ngăn ngừa ánh nắng mặt trời tác động trực tiếp vào cửa sổ. Công trình sử dụng loại lam dọc
có khung xương được liên kết chắc chắn với nhau. Ngoài công dụng che nắng thì đây cũng được đánh giá cao về tính
thẩm mỹ làm nổi bật công trình song song nó cũng được tích hợp làm hàng rao xung quanh hành lang công trình.
 Sử dụng kết cấu mái che bê tông dọc khắp hành lang
Đây là một phong cách thiết kế của KTS Võ Trọng Nghĩa là sử dụng bê tông làm kết cấu che nắng mà không sử dụng vật
liệu khác, đề cao sự tối giản.
3.4.2. Thiết kế cách nhiệt, truyền nhiệt qua kết cấu
Cách nhiệt và truyền nhiệt trong công trình ở khí hậu Việt Nam rất là quan trọng đặc biệt là ở miền Nam Việt Nam thường
nắng nóng quanh năm nên các kiến trúc sư đã có những cách giải quyết triệt để và rất sáng tạo như cách mà Kts Võ Trọng
Nghĩa và VTN architects đã mang lại Công trình farming kindergarten là một công trình công cộng quy mô lớn nhầm để
phục vụ cho trẻ em học mẫu giáo nên đã có những giải pháp mang tính thẩm mĩ và tối giản nhưng đầy đủ công năng cho công trình.
Từ bên ngoài công trình đã dc bố trí rất nhiều cây xanh mà trong cả 3 sân trong đều có sự có mặt của cây xanh cao và đủ
mát làm giảm nhiệt cho công trình. Đi theo con đường dẫn lên mái tầng 2 và lên mái tầng thượng có một hệ thống vườn
rau trên mái và có cả hệ thống tưới nước tự động cho từng khu vực rau, việc bơm nước và vường rau trên mái giúp tránh