Thông gió tự nhiên là cách mà nhiều gia đình, trường học, quán cafe, nhà xưởng,… đang áp dụng để tận dụng gió trời làm mát không gian sinh hoạt, học tập, sản xuất. Vậy hiện nay, có những cách thiết kế thông gió trời tự nhiên nào hiệu quả? Nguyên lý hoạt động là gì? Bài viết sau đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về phương pháp thông gió này.
Tổng quan về thông gió tự nhiên
Nhiều công trình xanh, bền vững đã và đang xây dựng áp dụng thiết kế thông gió trời tự nhiên để tiết kiệm năng lượng. Giải thích về phương pháp thông gió này như sau:
Thông gió tự nhiên là gì?
Thông gió tự nhiên là phương pháp trao đổi không khí giữa bên trong và bên ngoài công trình mà không sử dụng năng lượng cơ học (như quạt thông gió) để làm di chuyển không khí.
Thay vào đó, thông khí tự nhiên tận dụng các lực từ môi trường như lực thổi – hút khí, chênh lệch nhiệt độ – áp suất để hút không khí vào bên trong và đẩy không khí nóng, ẩm ra ngoài.
Điểm nổi bật là nguồn gió trời là vô tận, không phải trả phí điện năng, đồng thời giúp tạo cảm giác xanh, thoáng cho công trình nhà ở, văn phòng, nhà xưởng.
Vai trò trong kiến trúc xanh & tiết kiệm năng lượng
Mục đích thông khí tự nhiên là để tiết kiệm năng lượng và giữ cho môi trường được xanh tự nhiên.
- Giảm tải hệ thống điều hòa: Trong điều kiện thuận lợi, thông khí tự nhiên có thể giảm hoặc thay thế 70% dùng điều hòa, tiết kiệm đáng kể chi phí điện năng. Theo các tài liệu từ WBDG, sử dụng thiết kế thông gió tự nhiên có thể tiết kiệm từ 10 % – 30 % tổng năng lượng cho hệ thống làm mát và thông gió.
- Cải thiện chất lượng không khí: Giúp loại bỏ khí CO₂, hơi ẩm, mùi hôi, bụi bẩn tích tụ trên hệ thống thiết bị thông gió công nghiệp, mang lại môi trường trong lành, thoáng đãng hơn.
- Tăng trải nghiệm người dùng: Luồng gió nhẹ mang lại cảm giác dễ chịu, giảm cảm giác bí bách trong phòng kín. Ngoài ra, khi kết hợp với cây xanh, nước, gạch thông gió,… góp phần làm dịu nhiệt độ quanh công trình, con người được gần gũi với thiên nhiên hơn.
Nguyên tắc hoạt động của thông gió tự nhiên
Để thiết kế hệ thống thông khí tự nhiên hiệu quả, bạn cần nắm ba nguyên lý cơ bản giúp không khí di chuyển từ nơi này sang nơi khác một cách tự nhiên, thuận lợi.
Hiệu ứng chênh lệch nhiệt
Không khí ấm nhẹ hơn không khí lạnh. Khi bên trong công trình nóng, không khí ấm sẽ có xu hướng nổi lên và thoát ra qua cửa sổ cao. Ngược lại, không khí mát bên ngoài sẽ tràn vào qua các cửa thấp hơn để thay thế.
Dựa trên nguyên lý này, các kiến trúc sư đã thiết kế một trục (ống, giếng trời, khe thoát khí) từ thấp lên cao để dẫn dòng không khí ấm lên phía trên và thoát ra.
Chênh lệch áp lực gió
Gió thổi vào bề mặt của công trình sẽ tạo áp suất dương (cạnh đón gió), trong khi phía đối diện – áp suất âm (cạnh thoát gió). Sự chênh lệch áp suất sẽ đẩy không khí thổi xuyên qua công trình (từ cửa vào sang cửa ra).
Khi bố trí cửa đón gió (mở) ở phía đón gió và cửa thoát gió ở phía áp suất thấp, sẽ hình thành dòng khí từ cửa vào → cửa ra, từ đó giúp lưu thông gió tự nhiên.
Lưu ý: Hướng gió thay đổi theo mùa, địa hình xung quanh, độ cao của công trình ảnh hưởng đến áp suất gió.
Hiệu ứng Bernoulli
Theo định luật Bernoulli, khi tốc độ dòng khí tăng, áp suất trong dòng khí giảm. Khi gió thổi nhanh ở phần mái, khe thoát gió thì áp suất bên ngoài thấp hơn, sẽ kéo không khí từ trong ra.
Với nguyên lý thông gió tự nhiên này, công trình nhà ở có thiết kế mái, khe thoát gió, khe thông gió thanh lam (lam chắn nắng, lam gió,…) ở vị trí tốc độ gió cao để tạo vùng hút không khí ra ngoài.
Chủ đề liên quan:
Các giải pháp thông gió tự nhiên hiệu quả, dễ áp dụng
Dưới đây là các phương pháp lưu thông không khí tự nhiên phổ biến. Mỗi phương pháp áp dụng một trong những nguyên lý nói trên để tạo dòng lưu thông không khí trong công trình.
Phương pháp chủ động dựa vào thiết kế cửa mở
Phương pháp này dựa vào việc mở cửa lớn hoặc cửa sổ theo hướng hợp lý để lấy gió, thoát khí. Đây là cách đơn giản nhất để thông gió tự nhiên.
Mở cửa sổ / cửa ra vào thông minh
Tùy vào diện tích và không gian nhà, nhà sẽ có 5 cửa, 6 cửa,… gồm cửa chính lớn, cửa sổ, cửa chớp trên cao.
- Để thông gió tự nhiên bằng cửa, bạn cần chọn loại cửa mở linh hoạt (cửa hất, cửa lật, cửa trượt) để điều chỉnh góc mở gió.
- Diện tích cửa mở nên chiếm tỉ lệ hợp lý so với diện tích mặt tường – thông thường 20 %–30 %.
- Mở nhiều cửa cùng lúc để tạo luồng thông không khí chéo, không nên chỉ mở một cửa đơn độc.
Thiết kế cửa sổ đối lưu chéo
Cơ chế thông gió tự nhiên dựa trên thiết kế cửa sổ đối lưu chéo: Gió từ cửa đón gió → xuyên qua không gian → thoát ra cửa ở phía đối diện (hoặc lệch vị trí). Cơ chế này áp dụng nguyên lý chênh lệch áp suất khí.
- Bố trí cửa sổ ở hai bên tường đối diện hoặc xéo vị trí để gió không bị cản dòng lưu thông.
- Tạo đường dẫn gió xuyên phòng, hạn chế vách ngăn, xuyên thông không gian nội thất.
- Với ban công, hành lang hở hoặc lối thẳng giữa cửa ra/vào sẽ giúp luồng gió lưu thông.
Phương pháp kiến trúc hỗ trợ thông gió
Những giải pháp này thường được thiết kế sẵn trong cấu trúc công trình, để hỗ trợ hoặc tăng cường hiệu quả thông gió tự nhiên.
Thiết kế kiến trúc giếng trời
Giếng trời như ống hút dọc giúp không khí ấm phía trong nổi lên và thoát ra, dẫn luồng gió mới từ tầng thấp lên thay thế. Kiến trúc sư thường đặt giếng trời xuyên các tầng, có cửa thoát khí phía đỉnh, giúp tạo áp suất âm và dòng thoát khí mạnh. Vì thiết kế giếng trời nên sẽ hợp mái kính hoặc mái có lớp cách nhiệt để giảm bức xạ nhiệt, nhưng vẫn cho ánh sáng và dòng gió hấp thụ qua.
Vách ngăn nội thất thông thoáng
Nhiều công trình xây dựng nhà cửa, chung cư,… sử dụng vách lửng, lam gió, nan gỗ, vách perforated, vách kính có khe hút để không khí di chuyển, trao đổi lưu thông trong và ngoài nhưng vẫn đảm bảo riêng tư.
- Vách ngăn không nên cao kín hết từ sàn lên trần, nên có khe để nối thông luồng gió (cửa transom, khe trên cửa, lỗ thông gió nhỏ).
- Thiết kế vách theo hướng cho dòng gió đi xuôi dòng, tránh cản gió giúp gió xuyên qua dễ dàng.
Sử dụng vật liệu thông gió tự nhiên
Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu giúp làm mát nhà, lưu thông khí dễ dàng, nổi bật là:
- Gạch thông gió tạo lỗ nhỏ cho khí lưu thông thuận tiện nhưng vẫn che nắng, tạo bóng mát.
- Bê tông rỗng, gạch rỗng, khối bê tông có lỗ thông, vật liệu vi khí hậu (các lớp vật liệu có khả năng thoát hơi nước, hút ẩm) giúp giảm bức xạ nhiệt, hỗ trợ luồng gió di chuyển nhẹ nhàng trong cấu trúc.
- Khi kết hợp với lam chắn nắng, các khe nhỏ giữa vật liệu sẽ giúp hướng gió, tô điểm kiến trúc, đồng thời hỗ trợ thông gió.
Các giải pháp truyền thống – bổ sung hiện đại
Tại Việt Nam và nhiều nước trên thế giới, nhiều kiểu công trình có thiết kế hiện đại, tận dụng được nguồn gió tự nhiên rất tốt nhờ cách thiết kế:
- Tháp gió / tháp hút: truyền thống ở vùng Trung Đông, chuyển hướng gió cao vào trong công trình, kết hợp với một phần mái kính để ngôi nhà được đón nắng tự nhiên, tạo cảm giác thông thoáng.
- Lam gió, Louver, cửa chớp: lam chắn nắng vừa ngăn bức xạ nhiệt vừa tạo áp suất gió chênh lệch để thông gió. Còn hệ thống lam gió, cửa chớp giúp vừa chắn nắng, vừa tăng cường lưu thông gió.
Giải pháp lai kết hợp tự nhiên & cơ học
Khi điều kiện tự nhiên không đủ (gió yếu, chênh lệch nhiệt độ nhỏ), hệ thống hỗ trợ quạt thông gió, ống thông gió được lắp đặt để đảm bảo thông gió liên tục trong nhà xưởng lớn.
- Kiến trúc kết hợp mở cửa có kiểm soát + hệ thống quạt thông gió để vào – ra khí khi cần.
- Dùng quạt hút gắn tường, quạt hút áp mái, quạt trần để tăng lưu lượng khi thông gió tự nhiên yếu.
- Sử dụng cảm biến gió, cảm biến nhiệt độ, điều khiển tự động cửa mở/đóng để tối ưu lưu thông không khí mà tiết kiệm điện nhất.
Bí quyết để lưu thông gió tự nhiên hiệu quả
Hệ thống thông gió trời tự nhiên thực sự hiệu quả, bạn cần chú ý nhiều chi tiết nhỏ trong kiến trúc và cách bố trí.
- Bố trí cửa sổ & cửa mở hợp lý: Tìm hướng gió mùa chính của khu vực (từ hướng nào thường có gió) để đặt cửa đón gió. Cửa thoát gió nên đặt ở phía áp suất thấp hoặc phía cao hơn cửa đón gió.
- Hạn chế vật cản trong luồng gió: Bố trí không đặt nhiều vật chắn, tường chắn, cây rậm quá sát cửa. Trong nhà, hạn chế vách ngăn kín, để luồng gió xuyên qua dễ dàng.
- Kết hợp cây xanh & bể nước: Cây xanh làm mát, giảm nhiệt độ bên ngoài, làm tăng chênh lệch áp suất trong và ngoài. Mặt nước (hồ, bể cá, tiểu cảnh nước) giúp tăng độ ẩm cho không gian nhà.
- Theo dõi & điều chỉnh theo mùa, thời tiết: Mở – đóng cửa hợp lý theo ngày, theo chiều gió, theo nhiệt độ. Bạn chú ý vệ sinh cửa, khe thoát, đảm bảo không bị bít bởi bụi, cây cối, lưới chắn.
Không gian nào sử dụng thông gió tự nhiên?
Trên thực tế, hầu hết các công trình xây dựng đều có thể ứng dụng các phương pháp trên để không khí được lưu thông dễ dàng:
- Nhà ở dân dụng (nhà phố, biệt thự, nhà vườn): giúp giảm dùng điều hoà, tạo cảm giác thoáng mát, và giải pháp áp dụng phổ biến là dùng lam gió, giếng trời, cửa chéo.
- Trường học, lớp học: cần thông khí tốt để loại CO₂, bụi, mùi, đảm bảo sức khỏe học sinh. Các giải pháp trường hợp thường áp dụng là dùng lam gió, hệ thống cửa đối lưu, trồng cây xanh.
- Nhà hàng, quán cà phê, không gian mở: khách thích không khí trong lành, gió nhẹ tự nhiên tạo trải nghiệm dễ chịu nên có thể lắp đặt các rèm cửa chớp, giếng trời, gạch thông gió.
- Văn phòng mở, coworking space: nếu bố trí theo mặt bằng hẹp, có cửa hai phía, thông gió chéo giúp giảm chi phí lắp đặt hệ thống thông gió công nghiệp.
- Nhà xưởng, kho chứa hàng: khu vực sản xuất, kho thường phát sinh nhiệt, hơi ẩm, khí ô nhiễm – thông gió tự nhiên kết hợp giải pháp quạt hút mái, quạt thông gió gắn tường là phù hợp.
Xem thêm:
Hệ thống thông gió công nghiệp nhà xưởng
Trong môi trường công nghiệp, áp lực về nhiệt lượng, khí thải, chi phí vận hành cao đòi hỏi các giải pháp thông gió tự nhiên tiên tiến và kết hợp thông gió công nghiệp. Và hệ thống thông gió công nghiệp áp dụng phổ biến hiện nay là sử dụng quạt thông gió.
Quạt thông gió, hút mùi công nghiệp có nhiều loại khác nhau:
- Quạt thông gió vuông vỏ thép, inox 304, composite
- Quạt thông gió tròn, thiết kế nối ống gió
- Quạt hướng trục, quạt ly tâm
- Quạt hút thổi dạng con sò
Tùy vào công trình, khách hàng liên hệ Tổng kho Quạt công nghiệp Lucky để được tư vấn dòng quạt hút, thông gió phù hợp. Việc sử dụng cảm biến, đóng mở tự động sẽ tối ưu hoá hiệu quả điện năng sử dụng hệ thống thông gió công nghiệp trong các nhà xưởng.
Thông gió tự nhiên là một phương pháp hiệu quả để giảm tiêu thụ năng lượng điều hòa và các thiết bị quạt thông gió. Tuy nhiên, để đạt hiệu quả thực sự, cần thiết kế bố trí cửa, sử dụng lam, giếng trời,… phù hợp.
