The use of masonry in passive solar design, a research papers by Tien Duong, AIA. Cách dùng gạch trong sáng tạo thụ động thu năng lượng mặt trời. KTS Dương mạnh Tiến.

.
.

.
My research papers in the Department of Architecture, University of Oregon in 1982. One requirement to obtain the Master of Architecture degree which I graduated in that summer.
.
.
Tôi là teaching assistant (phụ tá cho giáo sư, phụ giảng dậy) môn học Structure III là môn cao nhất về kiến tạo bê tông và sườn sắt trong trường Kiến Trúc của Viện Đại Học Oregon. Giáo sư là ông Steve Tang. Ngoài ra tôi còn phụ trong các môn kiến tạo bằng gạch, Masonry. Nên khi làm tài liệu khảo cứu bắt buộc để lấy bằng Master of Architecture (chương trình của 6 năm học), tôi đã chọn đề tài: The Use of Masonry in Passiveve Solar Design. Tạm dịch là: Cách dùng gạch trong sáng tạo thụ động thu năng lượng của mặt trời.
..
Teaching assistant là một học bổng Graduate Teaching Fellowship, trong đó tôi không phải trả tiền học, với điều kiện phải học trên 9 graduate credits mỗi khóa học, được trả thêm lương nữa. Đây là một học bổng mà ông giáo sư Tang và Ban Kiến Trúc của Viện Đại Học yêu cầu tôi nạp đơn vì họ hài lòng và thích thành tích của tôi khi đã học qua những môn này.
.
.
Trong thời gian đó, tôi đang lấy nhiều môn học về watercolor, mầu nước, vẽ kiến tạo kiến trúc và passive sollar design, nên tôi cộng chung các môn lại thành một đồ án nhỏ: Một nhà gạch thụ động thu năng lượng mặt trời. Một phần đưa vào trong tập khảo cứu nói trên, các phần còn lại dùng trong các môn học liên quan.
.
.


.
.
Including in the research, I had a small study project, a case study, A Masonry Passive Solar Design House, using all the application of masonry products at that time, 1982. After the oil crisis in 1979 that drove many researchers into the use of passive heating and passive cooling to reduce the energy uses in the US.
.
.
Today, many decades later, we run repeatedly into the same situation. Hoping that, the Americans don't forget all about the learned lessons many years ago about oil shortage, oil crisis, but as same as the past, when the price of oil goes down, the people here in the state will be back to the bad habit of oil consumption as monsters. Americans have only 2% of the world population, but they consume 25% of the whole world's oil production. That is unfair to the other people in other countries who now enjoy to have cars, having air condition for the first time in their life.
.
.

.
.
Trong thời gian 1979, nước Mỹ lúc đó lâm vào trong tình trạng khủng hoảng dầu xăng, không những tăng giá mà còn không có để mua như ở California. Tình trạng này đã khởi đầu từ năm 1972, và tới thời ông TT Carter, đã không cho xe chạy nhanh hơn 55 miles/giờ để tiết kiệm xăng. Sau đó có những phong trào tiết kiệm năng lượng, tìm kiếm phương pháp giảm tiêu thụ dầu, quay trở về thiên nhiên. Trong ngành Kiến trúc có nhiều nghiên cứu dùng năng lượng mặt trời thụ động thâu vào để sưởi ấm nhà hay làm mát nhà mà không cần đến tiêu thụ năng lượng như điện gas và dầu.
.
Nhưng mỗi khi gia dầu di đuống, thì người Mỹ lại quên hết mọi chuyện, cứ xe to lớn, chạy nhanh, nhà càng ngày rộng cứ thế mà tiêu thụ năng lượng điện gas làm mát sưởi nhà. Cho dù chu kỳ khủng hoảng năng lượng đã xẩy ra nhiều lần. Điếu này không công bằng trên qủa địa cầu. Người Mỹ chỉ chiếm 2% dân số thế giới, những họ tiêu thụ tới 25% tổng sản lượng dầu của thế giới trong nhiều chục năm qua, dành hết dầu của thế giới còn lại, bây gìờ mới bắt đầu có xe và xài máy lạnh lần đầu tiên.
.
.
.

.
.


.

.
.
Dự án của tôi, không nhất thiết rẻ tiền, vì nhà xây toàn bằng gạch, gạch bê tông blóc bên ngoài và gạch nung nhẵn nhụi không tô hồ bên trong. Sàn nhà cũng đổ bê tông lót các viên gạch sàn nung, bên trong có lỗ hổng để dẫn hơi và làm nhẹ kiến tạo của sàn bê tông.
.
Nguyên tắc chính để thu nhận năng lượng mặt trời là cho tia nắng đi qua khung cửa kiếng hai lớp cách nhiệt, hay qua các khung có gạch kiếng, glass blocks, cỡ lớn 12inX12in (1in=2.54 cm). Vì đây là dự án trình bầy luôn các cách kiến tạo bằng gạch, từ móng sàn lên tới tường mái, nên xử dụng các vật liệu từ gạch một cách tối đa, một đề án nặng phần khảo cứu hơn là về kinh tế thực dụng. Tuy nhiên, với vật liệu vững bền, thì theo thời gian sự tiết kiệm kinh tế sẽ được hoàn trả lại, và đồng thời, dĩ nhiên, sự tận dụng tiện ích sẽ cao hơn, thỏa mãn cao hơn cho nhu cầu sinh sống hàng ngày.
.
.
.

.
.
Ở tầng chính, giữa nhà là phòng khách, phía sau của nhà kiếng trồng cây. Tường và sàn gạch dầy sẽ thu nhận hơi nóng của mặt trời đi qua hệ thống kiếng hai lớp cách nhiệt. Tia mặt trời sẽ hâm nóng các khối gạch giữ nhiêt lại, có bốn ống thông khí bằng kim loại dẫn hơi nóng xuống hầm chứa vào trong bồn đá. Bên dưới lớp kiếng mái là các miếng lam che bóng và cách nhiệt, tự động đóng hay mở ra tùy theo nhiệt độ thay đổi làm cho các ống hơi freon trên cạnh các miếng lam sẽ nhẹ đi hay nặng, từ đó sẽ tự quay đóng hay mở cho ánh mặt trời vào.
.
Khi đêm đến, các lam che mái lại không cho hơi nóng thoát đi ra bên ngoài nhà, các khối gạch sẽ từ từ tỏa hơi nóng ra điều hòa với hơi lạnh của ban đêm xâm nhập từ ngoài nhà vào.
.
.
Đến mùa hè, thì ban đêm, các khe gió, cửa được mở ra cho hơi lạnh vào, làm lạnh tường gạch, hơi lạnh được dẫn xuống hầm chứa đá. ban ngày, khi nắng lên, các tấm màn che hạ xuống che nắng, tấm lam mái đóng lại chận nắng. Khi nhiệt độ trong nhà nóng lên, thì hơi lạnh giữ trong các khối năng lượng lại tỏa ra làm mát nhà. Passive solar không nhất thiết chỉ làm ấm nhà, mà ngược lại còn dùng làm mát nhà. Nói chung, nhà bằng đá lại mát vào mùa hè.
.
.
.

.
.
.

.
.
The passive solar collector methods, using the "trombe" wall collectors behind the glass block walls and the green house in the house's center. Absorted energy for heating or cooling sources being stored as the thermal masses in the house's heavy block walls, floors and the rock bin down in the basement. The passive air transfer system of vertical and horizontal openings in walls, floor and air ducts are transferred gained energy into the thermal mass for storage, then they release them out later in the temperature balancing cycle. This system is passive heating and cooling. The masonry thermal mass heats the house in the winter and reverses to cool the house in the summer.
.
.

.
.
Trombe wall, tường Trombe, phát minh từ nước Pháp nhiều năm trước, mang tên ông Trombe', một hệ thống cửa kiếng thâu ánh nắng mặt trời làm nóng bức tường dầy phía sau bằng gạch hay đá để giữ lại nhiệt trong đó. Khi tường ấm lên sẽ tỏa nhiệt ra cho phòng ngay kế bên. Đến khi hết ánh nắng mặt trời, tường lại tỏa độ ấm ra lại làm ấm không khí chung quanh phòng.
.
Đến mùa hè, ban đêm, cửa mở ra cho gió lạnh, hơi lạnh vào làm mát tường, giữ lạnh trong đó. Khi ban ngày nhiệt độ tăng lên, cửa kiếng được che lại hay mái hiên che nắng không rọi vào tường, và hơi lạnh từ tường tỏa ra cho đến khi đều hòa với nhiệt độ trong phòng. Sự hoán chuyển nhiệt độ này xầy ra thụ động không cần máy thổi hay dùng năng lựợng nào, mà chỉ dùng sự di chuyển của hơi nóng tự đi lên cao, theo các quạt gió thổi hơi nóng ra ngoài, hút hơi lạnh từ bên dưới lên, tạo thành một luồng khí di chuyển từ dưới lên cao. Các khe thông khí bên duới thấp gần sàn nhà sẽ đưa khí mát từ ngoài nhà vào và thoát hơi nóng ra trên cao.
.
.
Hoặc khí lạnh dự trữ trong các tường gạch dầy, và bồn chứa đá dưới hầm sẽ tự đông làm mát hơi nóng của nhà bốc lên do ánh mặt trời và nhiệt độ cao bên ngoài vào ban ngày. Cho đến khi nhiệt độ bên ngoài trời và bên trong nhà bằng nhau, thì các khe gió dưới thấp mới mở ra, khi hơi nóng trên cao thoát ra bên ngoài qua quạt gió và ke thông gió, thì sẽ kéo hơi mát từ bên dưới lên, gìữ cho nhiệt độ trong nhà không cao quá hơn bên ngoài khi nắng nung nhà gạch nóng lên.
.
.



.

.
.
Trong phòng khách bên cạnh tường cao là lò sưởi đốt củi bằng sắt cho tỏa nhiệt ra, gọi là wood stove. Đốt củi khi cần thiết để tăng nhiệt độ lên và coi như là hệ thống sưởi dự phòng trong những ngày không có nắng mưa hay âm u. Ngoài ra, một máy sưởi đốt bằng hơi gas cũng được đặt ở dưới hầm như thêm một hệ thống sưởi dự phòng khác, cung cấp tiện nghi cho ngôi nhà. Cộng với passive heating, thì sự xử dụng hai hệ thống sưởi có thêm tùy theo nhu cầu tiêu khiển của người xử dụng trong nhà thôi.
.
.

.
The green house is next to the living room with a glazing system of slope roof, high above on the second floor is the solarium, all of them will collect heat from the sun in the winter daytime. There are ducts to transfer the heat air down to the storage thermal bin rock in the basement. All masonry walls, floor slabs are also the dierectly contact thermal mass. To control the heat loss at night, there are insulated shade fins system, automatically open or closed accordingly to the change of temperature in that area.
.
A woodstove is the central source of heat to warm the house in those dark days. A natural furnace may be needed as a backup heating system.
.
During the winter heat gain daytime, all the thermal masses are warm up, store the heat soures in masory mass and rock bin, then at night fall, those shade fins are at the closed position to stop the heat loss. Now the warm stored heat in those thermal masses be released by radiant out or by air ducts back to the living area.
.
In the summer, the passive cooling is the same but at reversed mode. At night, vents are opened to let the cool air get in, be stored in the masonry mass. During the day, temperature raise up, the upper vents are open for warm air to escape out. Shade fins are closed to block the sun rays. The thermal masses are realeasing the cool to balance the room temperature. Two turbine vents on the roof at the highest ceiling will draw the hot air outside and also draw a circulated air moving from the lowest cool vent at bottom floor up to the upper area then to the outside, create some air movements will cool the resident bodies down.
.


.
.
.

.
.
Xứ Mỹ và các nước Bắc Âu, xứ lạnh, ánh nắng mặt trời vào mùa đông rất thấp chỉ khoảng trên 30 độ, đi góc độ ngắn coi như chỉ rọi vào hướng Nam với góc độ không quá 120 độ mở rộng. Đến mùa hè, tia mặt trời chỉ cao đến 70 độ (không như ở gần đưòng xích đạo, 90 độ thẳng góc), và tia nắng đi rất xa vòng từ đông bắc qua tới tấy bắc, trên 200 đô mở rộng, trên nửa vòng tròn. Còn các xứ nhiệt đới thì mặt trởi coi như suốt năm đi từ đông qua tây, góc mặt trời 90 độ ở chính giũa.
.
Ở xứ lạnh, mùa đông thời gian có mặt trởi rất ngắn, vào mùa hè thì trái lại có mặt trời từ 4 giờ sáng cho tới gần 9 giờ đêm.
.

.
.

.

.
.
.

.
.
.
Of course, the cost of this masonry house is higher than the convention wood frame house, but for the long term, the saving cost of heating and cooling, the building maintenance and replacing building materials will balance the initial up front cost. The masonry house with non combustible roof such as metal or tile roof system will add more value to the fire prevention and may save in the insurance cost.
.
.

I will come back and cont. to write ... sẽ trở lại viết tiếp phần tiếng Việt và hoàn tất ...
.
Bài này có thể sẽ có thêm bài thứ hai cho đủ mọi khía cạnh kỹ thuật. Còn nhiều hình ảnh và các lời dẫn giải.
.
duong manh tien aia, tien duong aia, the use of masonry in passive solar design, trombe wall, ... duongtiden, duongtiman.
.
.