Phân tích khí hậu
Điều kiện bầu trời và Lượng mưa
Mô tả giải pháp
Khi chuyển động, mặt trời có thể gặp phải các điều kiện bầu trời làm tăng cường ánh sáng hoặc che khuất nó. Điều quan trọng là cần phải hiểu rõ những yếu tố này và xét tới chúng khi thiết kế các công trình không tiêu hao năng lượng.
Mây
Để đảm bảo đưa ra các thiết kế thụ động hiệu quả, cần phải mô hình hóa tần suất và độ chắn sáng của các đám mây che phủ.
Việc chiếu nắng cho một vị trí nhất định trong suốt cả năm, trong điều kiện không có mây (theo lý thuyết) và trong điều kiện có xuất hiện mây
Mây không chỉ chặn ánh sáng mặt trời chiếu đến công trình, mà cũng có thể khuếch tán nó. Điều này đặc biệt quan trọng đối với chiếu sáng tự nhiên bởi nó sẽ làm thay đổi sự phân bố ánh sáng chiếu đến một không gian.
Mây là một nhân tố tối quan trọng trong “các điều kiện chiếu rọi bầu trời” vốn được sử dụng để mô hình hóa ánh sáng mặt trời và ánh sáng ban ngày.
Ủy ban Chiếu sáng quốc tế (CIE) đã đưa ra các tiêu chuẩn để xác định các kiểu bầu trời là trong xanh, bình thường hay u ám.
Thường sẽ chọn kiểu bầu trời u ám làm tiêu chí thiết kế bởi vì chúng đại diện cho các tình huống bất lợi nhất. Tuy nhiên, đối với các công trình xây dựng gần đường xích đạo, chọn kiểu bầu trời bình thường có thể chính xác hơn
Dữ liệu đám mây che phủ thường sẽ có trong các tệp dữ liệu định dạng .WEA hoặc .EPW cùng với các dữ liệu thời tiết khác. Thông thường dữ liệu về bức xạ mặt trời sẽ tự động có thông tin về các tác động của đám mây che phủ.
Độ sáng của bầu trời quay 180° trong điều kiện trời trong xanh, bình thường và u ám, mỗi điều kiện đều có 2 giá trị về độ sáng và mã màu để có thể phân biệt dễ dàng hơn.
Bức xạ mặt trời trực tiếp và khuyếch tán
Cường độ chiếu sáng của mặt trời thường được gọi là “chiếu nắng” (đây là viết tắt của ” bức xạ mặt trời chiếu tới” và hoàn toàn khác với cách nhiệt) và chúng đóng một vai trò quan trọng trong các chiến lược thiết kế thụ động và sản xuất năng lượng.
Giá trị bức xạ mặt trời chiếu tới phụ thuộc vào 2 yếu tố chính: bức xạ trực tiếp từ mặt trời và bức xạ khuếch tán được phân tán bởi những đám mây và bầu khí quyển (và lớp mặt đất ở phía trước của bề mặt tiếp xúc).
Bầu trời nhiều mây sẽ làm giảm lượng tia bức xạ trực tiếp và tăng lượng bức xạ khuếch tán lên bầu trời.
Số liệu bức xạ mặt trời thường có sẵn trong các tệp dữ liệu thời tiết (định dạng .wea hoặc .epw). Để tìm hiểu thêm về những giá trị này, vui lòng xem trang về số liệu bức xạ mặt trời.
Lượng mưa
Mưa và tuyết ảnh hưởng đến rất nhiều yếu tố trong công trình xanh như tiện nghi nhiệt, chiếu sáng tự nhiên, sản xuất điện năng mặt trời, thu nước mưa và các yếu tố khác.
Thậm chí ngay cả kết cấu của công trình cũng có thể phụ thuộc vào lượng mưa. Đặc biệt ở nhiều vùng khí hậu trên núi thường phải hứng chịu các trận mưa tuyết nặng nề nên sẽ cần loại mái và tường chắc chắn hơn so với vùng không có tuyết.
Gió và Hoa Gió
Mô tả giải pháp
Gió tạo ra thông gió tự nhiên và thường làm mát công trình và con người bởi chúng tăng tốc độ truyền nhiệt. Tốc độ và hướng gió thay đổi trong ngày và quanh năm, và khó dự đoán hơn so với chuyển động của mặt trời.
Hiểu về mô hình gió ở vị trí của bạn sẽ ảnh hưởng đến các xem xét về môi trường và kết cấu.
Như một tài nguyên, gió có thể tạo điều kiện cho thông gió tự nhiên và tăng sự tiện nghi của người sử dụng một cách thụ động – hãy nghĩ về một làn gió mát vào một ngày nóng bức. Gió cũng có thể được khai thác để tạo ra điện thông qua cối xay gió, mặc dù điều này thường không hiệu quả bằng năng lượng mặt trời cho các ứng dụng quy mô nhỏ.
Như một trở ngại, gió có thể đưa hơi ẩm và nước qua các lỗ hổng nhỏ trong vỏ công trình, dẫn đến khả năng phá hoại nếu như không được kiểm soát.
Dự đoán hành vi gió
Không khí di chuyển từ áp suất cao đến áp suất thấp. Điều này rất quan trọng vì đây là nguyên tắc cơ bản của thông gió ngang và thông gió đứng. Khi gió gặp một vật cản, nó sẽ thổi quanh vật cản và tiếp tục di chuyển theo cùng hướng. Điều này cũng tương tự như dòng chảy của nước (cả nước và không khí là chất lưu).
Điều quan trọng cần lưu ý là nếu gió bị chặn lại bởi một địa hình hay tòa nhà xung quanh, gió không dừng lại mà chỉ chệch hướng đi.
Tốc độ gió thay đổi theo độ cao và địa hình. Khi độ cao tăng, tốc độ gió cũng tăng. Địa hình thô hơn, độ tăng tốc độ gió chậm lại. Điều này có nghĩa là tốc độ gió trong một môi trường mở như ở ngoại ô/nông thôn sẽ tăng theo chiều cao nhanh hơn nhiều so với tốc độ gió trong một trung tâm đô thị dày đặc. Tỷ lệ này tăng được biết đến như một gradient gió, hoặc tiết diện gió. Kết quả là, tốc độ gió có thể khác nhau giữa các địa hình khác nhau ở cùng độ cao.
Trong môi trường đô thị dày đặc, gió sẽ đạt 100% vận tốc ở độ cao lớn hơn nhiều so với một môi trường mở không có các tòa nhà. Điều này được minh họa trong hình dưới đây.
Gió chưa đạt được tốc độ tối đa đến khi lên một độ cao nhất định khỏi mặt đất; chiều cao này phụ thuộc vào các vật cản ở đó.
Gió và vi khí hậu
Môi trường bao quanh có thể tạo ra vi khí hậu với khả năng thay đổi đáng kể mô hình gió trên khu đất. Hướng gió chủ đạo có thể thay đổi do địa hình lân cận, các tòa nhà, và / hoặc các đối tượng khác.
Nếu bạn đang ở trong một vi khí hậu khác với các trạm thời tiết gần nhất, bạn không thể chắc chắn về việc sử dụng dữ liệu có sẵn để định hướng thiết kế. Các đặc điểm cần chú ý đến là các vùng nước lớn và những thay đổi về độ cao.
Mô hình hóa các khu vực xung quanh, và xem xét các điều kiện trên khu đất thực tế, có thể cung cấp thông tin tốt hơn về các điều kiện gió chính xác của khu đất đó.
Mặc dù yếu tố vi khi hậu có thể dẫn đến việc khó đoán được hành vi của luồng gió, tuy nhiên vẫn có thể đưa ra được những phỏng đoán chung nhất định.
Gần các vùng nước, đất trở nên nóng hơn trong ngày, do đó, không khí trên đất nóng lên và bay lên, nó được thay thế bởi không khí lạnh từ mặt nước – như vậy gió thổi từ mặt nước vào đất liền. Vào ban đêm, hiệu ứng này được đảo ngược. Nước ấm hơn đất, do đó, không khí trên mặt nước ấm hơn và tăng và được thay thế bởi không khí lạnh đến từ hơn đất – vì vậy gió thổi từ đất liền ra mặt nước.
Tại một thung lũng, trong một ngày, gió sẽ thổi lên đồi vì mặt trời làm ấm không khí và làm nó bay lên. Vào ban đêm, gió sẽ thổi xuống dốc vì không khí được làm mát bởi bề mặt mặt đất lạnh, làm cho nó chìm xuống thung lũng.
Vận tốc gió
Hiểu về vận tốc gió là cũng quan trọng như hiểu về nguồn gốc gió. Gió có thể nhẹ nhàng xào xạc lá trên cây, hoặc nó có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng về kết cấu công trình. Tất cả phụ thuộc vào tốc độ nó đang chuyển động.
Vận tốc gió thường được đo bằng hải lý, dặm trên giờ, mét trên giây, hoặc feet trên giây. Hiện cũng có một loạt các công cụ chuyển đổi đơn vị trực tuyến (ví dụ: NOAA Conversion Tool).
Bảng dưới đây mô tả vận tốc gió thành hình ảnh chuyển động trên mặt đất. Nó đã được chuyển thể từ Thang gió Beaufort, một thang điểm chung để so sánh tốc độ gió được sử dụng ở nhiều nước.
Biểu đồ hoa gió
Biểu đồ hoa gió sẽ giúp bạn hình dung ra các kiểu hình gió tại khu vực công trình. Sử dụng biểu đồ hoa gió có thể dễ dàng đưa ra các quyết định về thiết kế nhưng cũng cần phải lưu ý đến các hình thái vi khí hậu đặc trưng và địa hình khu đất mà biểu đồ hoa gió không thể mô tả rõ ràng.
Trong Revit, bạn có thể tạo ra các biểu đồ hoa gió hàng tháng để quan sát các kiểu hình gió thay đổi trong suốt cả năm như thế nào.
(Nhưng cần đảm bảo các dữ liệu này phù hợp với khu vực công trình của bạn. Gió có thể thay đổi theo từng khu công trình khác nhau và các dữ liệu thời tiết đã cung cấp có thể sẽ không chính xác đối với khu công trình của bạn)
Biểu đồ “hoa gió” là phương thức phổ biến nhất để hiển thị các dữ liệu về gió và có thể được xác định theo kiểu “Phân bố tốc độ gió” hoặc kiểu “Phân bố tần suất gió”. Các biểu đồ hoa gió có thể được lập trung bình theo năm hoặc theo các mùa cụ thể; thậm chí một số biểu đồ hoa gió còn chứa các thông tin về nhiệt độ không khí.
Mô hình phía dưới, từ trung tâm hỗ trợ của Revit, sẽ giải thích cách đọc và hiểu biểu đồ hoa gió.
Hoa gió (Phân bố tốc độ gió)
Biểu đồ này cho thấy tần suất và tốc độ gió thổi từ từng hướng khác nhau.
Khi bạn di chuyển dần ra ngoài theo tỷ lệ bán kính, tần suất của luồng gió từ hướng chuyển động đó sẽ tăng lên. Mỗi nan hoa được chia ra theo các màu để biểu thị các vùng tốc độ gió khác nhau. Chiều dài tính từ tâm của mỗi nan hoa quanh vòng tròn là tỷ lệ phần trăm thời gian gió thổi từ hướng đó tới.
Trong các mẫu hoa gió – phân bố tốc độ gió (mẫu hoa gió hàng năm từ Boston, Massachusetts), gió từ hướng Tây Bắc và Nam Tây Nam là phổ biến nhất (chiếm hơn 10% số giờ gió thổi hàng năm). Đối với gió từ hướng Nam Tây Nam, tốc độ gió thường xuyên trong điểm nút 6-9 và 9-11 (màu vàng và màu xanh nhạt).
Hoa gió (Phân bố tần suất gió)
Hoa gió theo dạng này cũng đưa ra các số liệu tương tự như hoa gió – phân bố tốc độ gió, ngoại trừ việc tỷ lệ bán kính hiện sẽ đặc trưng cho tốc độ gió chứ không phải là phần trăm thời gian.
Ngoài ra, các phân đoạn màu của mỗi nan hoa cũng đại diện cho số giờ chứ không còn cho tốc độ gió nữa.
Dữ liệu gió
Mặc dù dữ liệu thời tiết từ các công cụ phần mềm có thể cung cấp đủ các kiến thức cơ bản về các kiểu hình gió thì biện pháp tốt nhất để có được các số liệu chính xác nhất là thông qua việc thực hiện các phép đo thực tế ngay tại khu vực công trình.
Dữ liệu khí hậu, bao gồm cả kiểu hình gió, chủ yếu bắt nguồn từ các sân bay.
Thông thường các kiểu hình gió đo được tại sân bay sẽ rất khác so với các kiểu hình gió tại các khu vực xung quanh khu công trình.
Tuy nhiên, qua những hiểu biết khái niệm cơ bản về sự chuyển động không khí, bạn có thể điều chỉnh các số liệu gió để phù hợp hơn với địa điểm khu công trình và mô phỏng các trường hợp chính xác hơn.
Khi thu thập được các dữ liệu về gió tại các sân bay, nên đo ở khoảng cách 10 m (30 ft) so với mặt đất. Yếu tố này và yếu tố địa hình cần được xem xét khi thiết kế với gió ở độ cao cho người đi bộ.
Từ khóa
