quản lý tòa nhà

Đó là: Công thức tính Nhiệt độ thao tác của phòng; công thức tính tổng lượng nhiệt bức xạ mặt trời chiếu vào nhà qua cửa sổ có kết cấu che nắng; Điều kiện tiện nghi nhiệt tổng thể và điều kiện tiện nghi nhiệt cục bộ của phòng, mà nghiên cứu sinh Phạm Ngọc Đăng đã đưa ra và bảo vệ thành công luận án PTS năm 1973 và luận án TS (nay là TSKH) vào năm 1978 tại trường Đại học Quốc gia Xây dựng Moskva, Liên Bang Nga, do Viện Sỹ GS.TSKH Bogoslopski V.N là cố vấn khoa học.
 

Có thể nói: công trình“Nghiên cứu chế độ nhiệt ẩm của công trình kiến trúc trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm Việt Nam” của GS. Phạm Ngọc Đăng là luận án TSKH đầu tiên của các nước vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm trên thế giới về lĩnh vực này. Luận án này được công bố trong 5 bài báo khoa học trên các tạp chí chuyên môn (1973-1978) và được sử dụng trong giáo trình “Vật Lý Nhiệt Xây dựng” trong trường Đại học của Liên Xô khi đó và trong một số sách  KHKT về “Cơ sở khí hậu học của thiết kế kiến trúc”, “Vật lý Xây dựng -Tập 1- Nhiệt và Khí hậu kiến trúc” ở Việt Nam.

Website của Hội BVTN&MT Việt Nam xin trân trọng giới thiệu những công thức sáng tạo của GS.TSKH Phạm Ngọc Đăng để bạn đọc tham khảo.:

1. Về công thức tính “Nhiệt độ thao tác của phòng:

Để đánh giá trạng thái nhiệt của vi khí hậu công trình hiện có (nóng hay lạnh,  tiện nghi hay không tiện nghi), trước năm 1978, trong các Tiêu chuẩn Xây dựng & Kiến trúc của Liên Xô, của Mỹ, cũng như của tất cả các nước trên thế giới, đều quy định công thức tính “Nhiệt độ thao tác” của phòng (mà các nước phương Tây gọi là “Operative Temperature”- t_o) đơn giản như sau:

t_o  =  (t_a + t_r)/2;     (1)

Trong đó: - t_a là nhiệt độ không khí trong phòng, được đo bằng nhiệt kế thông thưởng hoặc bằng nhiệt kế điện tử; - t_r là nhiệt độ bức xạ trung bình trong phòng, được đo bằng nhiệt kế quả cầu đen treo ở giữa phòng.

Từ công thức (1) ở trên ta thấy: tăng hay giảm t_a hay t_r đều cho hiệu quả cảm giác nhiệt là như nhau.

Theo quan điểm của GS. Phạm Ngọc Đăng  công thức (1) ở trên chỉ phù hợp với trường hợp phòng đóng kín cửa, tốc độ không khí trong phòng xấp xỉ = 0 (phòng sưởi ấm mùa đông hoặc là phòng điều hòa không khí (ĐHKK) mùa hè).

Trong các tài liệu nêu trên GS Đăng  đã trình bày kết quả nghiên cứu giải hệ phương trình trao đổi nhiệt giữa cơ thể con người và môi trường xung quanh bằng các hình thức đối lưu, bức xạ nhiệt và bốc hơi mồ hôi và đã đề xuất công thức tổng quát tính Operative Temperature - t_o như sau:

t_f = k_v.t_k + (1 – k_v).t_r;         (2)

Trong đó:

-   t_f là nhiệt độ thao tác (các nước phương Tây thường ký hiệu là - t_o);

-   t_k là nhiệt độ không khí trong phòng (các nước phương Tây thường ký hiệu là – t_a);

-   t_r là nhiệt độ bức xạ trung bình của các bề mặt trong phòng;

-  k_v là hệ số kể đến ảnh hưởng của tốc độ không khí trong phòng (v_k, m/s) đối với nhiệt độ thao tác của phòng. Trong các tài liệu nêu trên GS Đăng đã cho công thức tính k_v cụ thể, là kết quả giải hệ 3 phương trình trao đổi nhiệt nêu trên, nó phụ thuộc vào tốc độ gió v_k (m/s) và độ ẩm ᵠ (%).

Xét công thức tính hệ số k_v thấy rằng khi tốc độ gió trong phòng rất nhỏ (v_k < 0,1 m/s), như là ở trong các phòng đóng kín cửa mùa đông hay ĐHKK mùa hè thì k_v = 0.5, có nghĩa là t_f = t_o = ½. (t_a + t_r), đó là công thức  kinh điển (1) cho ở trên. Khi v_k càng lớn (phòng có thông gió tốt) thì hệ số k_v càng lớn và nhiệt độ thao tác của phòng (hay cảm giác nhiệt của người ở trong phòng) càng phụ thuộc vào nhiệt độ không khí trong phòng và ít phụ thuộc vào nhiệt độ bức xạ của các bề mặt kết cấu bao che của phòng.

Trong thời gian gần đây TS.GVCC Nguyễn Văn Muôn đã phát hiện thấy trong Tiêu chuẩn mới của Hoa kỳ: “ANSI/ASHRAE Standard 55-2013: Thermal Enviromental Conditions for Human Occupancy [4], đã được ASHRAE thẩm định và thông qua ngày 3 tháng 4 năm 2017, tại trang 3, Mục FOREWORD, Addendum to Standard 55-2013, đã được bổ sung thêm công thức tính mới đối với Nhiệt độ thao tác của phòng (Operative Temperature) hoàn toàn giống công thức (2) của GS Đăng nêu trên, cụ thể là: t_o = A.t_a + (1 – A).t_r. So sánh công thức này với công thưc (2) thấy rằng chúng chỉ khác nhau về ký hiệu hệ số ảnh hưởng của tốc độ gió, GS Đăng ký hiệu là “k_v”, còn ASHRAE Standard ký hiệu là “A”.  

Tương tự, cũng đã phát hiện ở Liên Bang Nga trong sách tái bản [7] đã bổ sung nguyên văn công thức (2) vào sách và trong Tiêu chuẩn “ГОСТ 30494-2011, Nhà ở và nhà công cộng- Tham số vi khí hậu trong nhà” [8], của Liên Bang Nga đã bổ sung công thức mới tính  Nhiệt độ “Operation Temperature” t_su như sau: Khi v < 0,2 m/s thì t_su = (t_p + t_r) / 2, giống công thức (1) ở trên; Khi v= 0,2 - 0,6m/s thì  t_su = 0,6t_p + 0,4t_r.   Trong đó: t_p  - là t_a, nhiệt độ không khí, ^oC; t_r  - nhiệt độ bức xạ trung bình, ^oC, - t_su – là t_o, nhiệt độ thao tác ^oC. Như vậy Tiêu chuẩn ГОСТ 30494-2011 cũng sử dụng công thức (2) với điều kiện cụ thể: khi cho v < 0,2 m/s lấy k_v = 0,5; khi cho v= 0,2 - 0,6m/s thì lấy k_v = 0,6.  

2. Về công thức tính tổng lượng nhiệt bức xạ mặt trời (BXMT) chiếu vào nhà qua cửa sổ có kết cấu che nắng (KCCN)

Trước năm 1978 (năm mà GS Đăng đề xuất công thức mới), trong Tiêu chuẩn Quốc gia ở tất cả các nước trên thế giới đều sử dụng công thức đơn giản để tính tổng lượng BXMT chiếu qua cửa sổ vào nhà như sau:

Q_o = F_cs.C..I_o,  W;         (1.1)

Trong đó: F_cs: diện tích mặt kính cửa sổ (m²); C – hệ số che lấp của khung và đố cửa sổ; τ_k – hệ số xuyên BXMT của kính cửa sổ; I_o là tổng xạ của BXMT chiếu đến mặt kính cửa sổ; I_o =  S_đ + D_đ;  S_đ và D_đ: là cường độ trực xạ và tán xạ mặt trời chiếu tới mặt cửa sổ (W/m²). Tức là tính BXMT chiếu qua cửa sổ vào nhà không xét đến tác dụng của KCCN, đối với cửa sổ không có và  có KCCN là như nhau.

Năm 1978 GS  Đăng đã nghiên cứu thiết lập công thức tính tổng lượng nhiệt BXMT chiếu qua cửa sổ có KCCN vào nhà, gồm 2 thành phần tách riêng: Trực xạ  và tán xạ có xét đến tác dụng che trực xạ và che tán xạ bầu trời của KCCN theo công thức sau:

Q_o = F_cs.C..(K_cn.S_đ + K_bt.D_đ),  W,       (1.2)

Trong đó: K_cn, - hệ số chiếu nắng, là hệ số xét đến tác dụng của KCCN che trực xạ (tia nắng) chiếu vào bề mặt cửa sổ, nó phụ thuộc vào góc cao và góc phương vị của Mặt trời biến thiên theo từng giờ một, phụ thuộc vào hướng nhà, phụ thuộc vào hình thức và kích thước của KCCN (K_cn ≤ 1).

K_bt - hệ số chiếu tán xạ bầu trời của cửa sổ có KCCN, nó là hệ số xét đến tác dụng của KCCN che khuất bầu trời (che tán xạ), nó chỉ phụ thuộc vào hình thức và kích thước của KCCN (K_bt ≤ 1).

Đồng thời, GS. Đăng đã thiết lập công thức tính các hệ số chiếu nắng (K_cn) và các hệ số chiếu tán xạ bầu trời (K_bt) đối với KCCN là tấm nằm ngang dài liên tục, tấm thẳng đứng dài liên tục và che nắng hình hộp (vừa đứng vừa ngang).   Năm 2017, trong luận án Tiến sỹ Kiến trúc của mình (tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội) Phạm Thị Hải Hà (con gái GS Đăng) đã đề xuất hệ thống các công thức tính các hệ số chiếu nắng (K_cn) và các hệ số chiếu tán xạ bầu trời (K_bt) đối với KCCN là tấm nằm ngang dài hữu hạn, đã được trình bày và in ấn công bố tại Hội thảo

Ở Liên Bang Nga, cũng như ở nhiều nước trên thế giới, trước những năm thập niên 80 của thế kỷ 20, trong các tài liệu Tiêu chuẩn về xây dựng (СНиП), khi tính BXMT chiếu qua cửa sổ kính vào nhà hầu như không xét đến che chắn bức xạ của KCCN.

Trong thời gian gần đây TS.GVCC. Nguyễn Văn Muôn đã phát hiện  trong tài liệu [7] đã bổ sung công thức (1.2) vào sách và Tiêu chuẩn Промстройпроект пособие 2.91 к СНиП 2.04.05-91 "Расчет поступления теплоты солнечной радиации в помещения".Москва 1993 г, [10] của Liên Bang Nga, năm 1993, cũng đã đưa vào công thức tính tổng lượng BXMT chiếu qua cửa sổ có KCCN vào nhà, cũng phân thành tính riêng bức xạ trực tiếp và tán xạ của bầu trời tương tự như công thức (1.2) nêu trên. Phương pháp tính trực xạ xuyên qua cửa sổ và hệ số chiếu nắng của KCCN (được ký hiệu là K₁) giống như phương pháp xác định và công thức tính K_cn của Phạm Ngọc Đăng, hệ số chiếu nắng của KCCN hỗn hợp cũng = K_1.ng x K_1.đ, giống như công thức của GS Đăng, còn cách tính tán xạ của bầu trời chiếu vào nhà về cơ bản cũng tương tự như phương pháp của Phạm Ngọc Đăng, nhưng hệ số chiếu tán xạ của bầu trời (ký hiệu là K₂) thì phụ thuộc một số góc che của KCCN, còn công thức tính hệ số chiếu tán xạ của bầu trời (K_bt) của Phạm Ngọc Đăng thì phụ thuộc vào hình thức và kích thước đua ra tùy ý của KCCN.

Đồng thời, các chuyên gia ở nước ta cũng mới phát hiện trong Sổ tay Thiết kế của Mỹ “ASHRAE Handbook - Fundamentals (I-S), Edition 2005. Chapter 31. Fenestration” [5] cũng mới bổ sung mô hình tính tổng lượng nhiệt BXMT chiếu qua cửa sổ có KCCN vào nhà, mô hình tính toán này cũng tương tự như phương pháp của Phạm Ngọc Đăng, cách tính trực xạ chiếu qua cửa sổ vào nhà và phương pháp xác định hệ số chiếu nắng của KCCN cũng giống như phương pháp của Phạm Ngọc Đăng, còn phương pháp tính tán xạ bầu trời chiếu vào nhà của Mỹ thì vẫn không xét đến tác dụng che tán xạ bầu trời của KCCN (tức là coi tán xạ chiếu vào nhà qua cửa sổ không có KCCN và cửa sổ có KCCN là như nhau).

3. Về điều kiện tiện nghi nhiệt tổng thể và điều kiện tiện nghi nhiệt cục bộ của phòng

Trong Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam “TCXDVN 306:2004- Nhà ở và công trình công cộng- Các thông số vi khí hậu trong phòng” [3] đã lựa chọn  kết quả nghiên cứu thực nghiệm về cảm giác tiện nghi nhiệt đối với 1100 người Việt Nam của GS Đăng làm số liệu cơ sở để xây dựng các bảng tiêu chuẩn vi khí hậu cho nhà ở và nhà công cộng trong mùa đông và trong mùa hè của Việt Nam, đồng thời cũng chấp nhận công thức xác định “Điều kiện tiện nghi nhiệt cục bộ” của Phạm Ngọc Đăng đưa vào Tiêu chuẩn này.

Cũng cần phải nói thêm rằng chỉ có trong TCXDVN 306:2004 nêu trên mới có ghi rõ là Tiêu chuẩn đã sử dụng các tài liệu và công thức của Phạm Ngọc Đăng. Còn các công thức tính tổng lượng nhiệt bức xạ mặt trời chiếu qua cửa sổ có KCCN vào nhà cho trong СНиП 2.04.05-91 của Liên Bang Nga, và trong tài liệu “ASHRAE Handbook - Fundamentals (I-S), Edition 2005. Chapter 31. Fenestration” của Mỹ,  cũng như công thức tính Nhiệt độ thao tác của phòng cho trong Tiêu chuẩn ANSI/ASHRAE Standard 55-2013 của Hoa kỳ , và cho trong Tiêu chuẩn “ГОСТ 30494-2011” của Liên Bang Nga đều không ghi rõ là các công thức đó là của ai, nhưng thực tế nó rất giống công thức của Phạm Ngọc Đăng như trên đã trình bày, như vậy có thể là họ đã tham khảo tài liệu của Phạm Ngọc Đăng để biên soạn các Tiêu chuẩn này, hoặc là họ  tham khảo tài liệu của người nước họ nào đó cũng nghiên cứu ra kết quả tương tự kết quả nghiên cứu của Phạm Ngọc Đăng, giả dụ có như vậy thật thì kết quả nghiên cứu của họ cũng đều công bố sau Phạm Ngọc Đăng công bố nhiều năm, và như vậy thì không thể phủ định được sự cống hiến sáng tạo khoa học và quyền tác giả của GS Phạm Ngọc Đăng.  

        Đây không chỉ là niềm tự hào của cá nhân, của Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, mà còn là niềm tự hào chung của tất cả đội ngũ chuyên gia Môi trường-Vật lý Kiến trúc của Việt Nam.

Tài liệu tham khảo

1.  Phạm Ngọc Đăng. Cơ sở khí hậu học của thiết kế kiến trúc”, nhà Xuất bản KH&KT, Hà Nội-1981

2.  Phạm Ngọc Đăng. Vật lý Xây dựng -Tập 1- Nhiệt và Khí hậu kiến trúc. Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội-1981

3.  Tiêu chuẩn Xây dựng Việt Nam “TCXDVN 306:2004- Nhà ở và công trình công cộng- Các thông số vi khí hậu trong phòng” – 2004

4. ANSI/ASHRAE Standard 55-2013: Thermal Enviromental Conditions for Human Occupancy.  ISSN 1041- 2336.     ASHRAE – 2017

5.    ASHRAE Handbook - Fundamentals (I-S), E. Chapter 31. Fenestration”. Edition 2005

6. Pham Thi Hai Ha. “Method of calculating solar heat penetrated through shaded windows” Proceedings of International Conference on Indoor air and environmental quality, Piera, Greece, Published by Volgagrad University, ISBN: 987-5-98276-831-5, pp. 232-244.

7. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (Теплофизические основы, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха)

8.    Издание 2-е. Переработанное и Дополненное

9.    Издательство «Высшая школа», Москва-1982

10. ГОСТ 30494-2011. "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях"

11. Фам Нгок Данг, В.Н.Богословский, “ Расчет суммарного теплопоступления в помещение через окно”. “Водоснабжение и Сан.Техника”' CCCP, No 1, 1973 г.

12. Промстройпроект пособие 2.91 к СНиП 2.04.05-91 "Расчет поступления теплоты солнечной радиации в помещения".Москва 1993 г