Hình khối kiến trúc và sự tương tác luồng gió trong công trình

Hình khối kiến trúc và luồng gió là hai yếu tố có mối quan hệ chặt chẽ trong quá trình thiết kế công trình. Một công trình không chỉ cần có hình thức đẹp, tỷ lệ cân đối mà còn phải được tổ chức sao cho phù hợp với điều kiện khí hậu, hướng gió và khả năng thông thoáng tự nhiên.

Đặc biệt tại Việt Nam, nơi có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, việc tận dụng gió tự nhiên có thể góp phần cải thiện sự tiện nghi trong nhà ở, giảm cảm giác nóng bức và hạn chế sự phụ thuộc vào thiết bị làm mát. Vì vậy, nghiên cứu hình khối kiến trúc và luồng gió ngay từ giai đoạn đầu là một trong những nội dung quan trọng của tư duy thiết kế kiến trúc theo hướng khí hậu.

Hình khối kiến trúc ảnh hưởng đến luồng gió như thế nào?

Khi một luồng gió tiếp cận công trình, nó không di chuyển theo một đường thẳng đơn giản mà sẽ bị tác động bởi hình dạng, kích thước, vị trí và cách tổ chức các khối tích. Tường đặc, ban công, mái đua, khoảng lùi, sân trong, giếng trời hay các khối công trình nhô ra đều có thể làm thay đổi hướng và tốc độ của dòng khí.

Do đó, khi nghiên cứu hình khối kiến trúc và luồng gió, cần xem xét công trình như một hệ thống tương tác với môi trường xung quanh. Khi gió gặp mặt đứng công trình, phía đón gió thường hình thành vùng có áp suất cao. Luồng khí sau đó có thể chuyển hướng, đi vòng qua các cạnh công trình hoặc đi vào bên trong thông qua các khoảng mở.

Ở phía khuất gió, dòng khí có thể hình thành vùng xoáy và áp suất thấp. Nếu được khai thác hợp lý, sự chênh lệch áp suất giữa các vị trí có thể hỗ trợ quá trình trao đổi không khí. Vì vậy, hình khối công trình không chỉ là vấn đề tạo hình mà còn là một công cụ để kiểm soát môi trường vi khí hậu.

Hình khối công trình đặc và tác động đến thông gió

Một công trình có hình khối lớn, liên tục và ít khoảng mở thường tạo ra sự cản trở lớn đối với luồng gió.

Khi gió tiếp cận một mặt đứng kín, dòng khí bị chặn lại và phải chuyển hướng sang hai bên hoặc phía trên công trình. Nếu phía sau công trình không có khoảng mở phù hợp, không khí bên trong khó được trao đổi hiệu quả.

Điều này thường dễ nhận thấy ở những căn nhà phố có chiều sâu lớn, xây dựng kín theo ranh đất và chỉ có một mặt thoáng phía trước.

Trong trường hợp này, việc chỉ mở rộng cửa mặt tiền chưa chắc giải quyết được toàn bộ vấn đề thông gió. Không khí cần có đường đi tiếp tục vào bên trong và có vị trí thoát ra. Đây là lý do hình khối kiến trúc và luồng gió cần được nghiên cứu đồng thời với tổ chức mặt bằng.

Một số giải pháp có thể được cân nhắc gồm:

• Tạo khoảng sân trước hoặc sân sau.
• Bố trí giếng trời.
• Tạo khoảng thông tầng.
• Tách công trình thành các khối nhỏ.
• Tạo khe thông gió giữa các khối.
• Tăng diện tích các khoảng mở tại những vị trí phù hợp.
• Tổ chức cửa lấy gió và cửa thoát gió.

Chia nhỏ hình khối để tạo khoảng rỗng

Một phương pháp thường được sử dụng trong thiết kế thông gió tự nhiên là tổ chức công trình thành nhiều khối thay vì một khối tích quá lớn và kín. Khi giữa các khối xuất hiện khoảng rỗng, luồng khí có thêm không gian để di chuyển.

Ví dụ, một ngôi nhà có thể được tổ chức thành: Khối phòng khách – sân trong – khối phòng ngủ

Khoảng sân trong lúc này không chỉ đóng vai trò lấy sáng mà còn trở thành vùng đệm khí hậu, giúp kết nối các không gian và tạo điều kiện cho không khí lưu thông. Đối với những công trình có diện tích lớn, cách tổ chức này còn giúp giảm cảm giác nặng nề của hình khối và tạo ra nhiều lớp không gian chuyển tiếp.

Tuy nhiên, việc chia nhỏ hình khối không có nghĩa là cứ tạo càng nhiều khoảng trống càng tốt. Kích thước, vị trí và hướng của khoảng rỗng cần phù hợp với hướng gió thực tế, mặt bằng và các công trình xung quanh.

Hình khối lõm, lồi và sự thay đổi dòng khí

Các thành phần nhô ra hoặc lõm vào trên mặt đứng đều có thể tác động đến luồng gió. Ban công, logia, mái đua, lam che nắng, tường chắn hay những khối phòng nhô ra có thể làm dòng khí đổi hướng.

Một mặt đứng phẳng thường tạo ra dòng khí tương đối đơn giản. Trong khi đó, một mặt đứng có nhiều lớp và nhiều hình khối lồi lõm sẽ tạo ra hệ thống dòng khí phức tạp hơn. Điều này có thể tạo ra cả lợi ích và bất lợi.

Nếu được tổ chức hợp lý, các khoảng lõm có thể tạo ra vùng đệm, giảm tác động trực tiếp của gió hoặc hỗ trợ đưa gió vào không gian bên trong. Ngược lại, nếu bố trí thiếu tính toán, những khối nhô ra có thể tạo ra vùng xoáy hoặc làm giảm khả năng thông thoáng tại một số vị trí.

Vì vậy, khi nghiên cứu hình khối kiến trúc và luồng gió, cần đánh giá cả mặt đứng và không gian xung quanh công trình thay vì chỉ nhìn vào mặt bằng.

Hiệu ứng Venturi trong tổ chức hình khối

Một nguyên lý đáng chú ý trong thiết kế thông gió tự nhiên là hiệu ứng Venturi. Khi dòng khí đi qua một khu vực bị thu hẹp, tốc độ dòng khí có thể tăng lên. Trong kiến trúc, nguyên lý này có thể được cân nhắc khi tạo các khe thông gió hoặc khoảng không gian giữa những khối công trình.

Ví dụ, hai khối nhà được bố trí tạo thành một khoảng dẫn gió có thể giúp định hướng dòng khí qua khu vực này. Tuy nhiên, không nên hiểu rằng khe càng hẹp thì hiệu quả thông gió càng cao.

Nếu khoảng mở quá nhỏ, bị chắn ở hai đầu hoặc không phù hợp với hướng gió chủ đạo, hiệu quả thực tế có thể không đạt như mong muốn. Vì vậy, hình khối công trình cần được thiết kế dựa trên điều kiện cụ thể của khu đất thay vì áp dụng máy móc một nguyên lý riêng lẻ.

Tổ chức cửa mở và thông gió xuyên phòng

Hình khối bên ngoài chỉ là lớp đầu tiên của bài toán. Để luồng khí có thể đi sâu vào công trình, cần kết hợp hình khối với hệ thống cửa và không gian bên trong. Một trong những giải pháp phổ biến là thông gió xuyên phòng.

Nguyên tắc cơ bản là tạo ra đường đi tương đối thông suốt: Cửa đón gió → không gian sử dụng → cửa thoát gió.

Khi có sự chênh lệch áp suất giữa các vị trí, không khí có thể di chuyển từ khu vực này sang khu vực khác. Đối với nhà ở, cửa đón gió và cửa thoát gió có thể được bố trí ở hai mặt khác nhau nếu điều kiện khu đất cho phép.

Trong trường hợp chỉ có một mặt thoáng, có thể kết hợp cửa, giếng trời, sân trong hoặc khoảng thông tầng để tạo thêm đường trao đổi không khí. Đây là điểm cho thấy mối liên hệ giữa hình khối kiến trúc và luồng gió không thể tách rời khỏi cách tổ chức mặt bằng.

Giếng trời và thông tầng trong tổ chức luồng gió

Đối với nhà phố có chiều sâu lớn, khu vực giữa nhà thường khó tiếp cận trực tiếp với gió và ánh sáng tự nhiên. Giếng trời và thông tầng có thể được sử dụng để tạo thêm khoảng không gian theo phương đứng.

Ngoài khả năng lấy sáng, giếng trời còn có thể hỗ trợ trao đổi không khí nếu được kết hợp với các cửa mở phù hợp. Không gian thông tầng cũng có thể tạo ra sự liên kết giữa nhiều tầng trong công trình. Khi kết hợp với các vị trí lấy gió thấp và thoát khí cao, nó có thể hỗ trợ quá trình dịch chuyển của không khí.

Tuy nhiên, cần tránh quan niệm rằng cứ có giếng trời thì công trình chắc chắn thông thoáng. Hiệu quả thực tế phụ thuộc vào kích thước giếng trời, vị trí, hướng gió, các cửa mở và cách tổ chức không gian xung quanh.

Hình khối mái và khả năng thoát khí nóng

Khi nghiên cứu hình khối kiến trúc và luồng gió, phần mái cũng cần được quan tâm. Không khí nóng có xu hướng di chuyển lên cao. Vì vậy, việc tạo các khoảng thoát khí tại vị trí cao có thể hỗ trợ quá trình đưa khí nóng ra khỏi công trình.

Một số giải pháp có thể được sử dụng gồm:

• Khoảng thông tầng.
• Cửa thoát khí ở vị trí cao.
• Khoảng rỗng dưới mái.
• Mái có lớp đệm thông gió.
• Ô thông gió.
• Cửa chớp.
• Không gian cao tầng kết hợp giếng trời.

Những giải pháp này có thể được kết hợp để hình thành hệ thống thông gió theo phương đứng. Đặc biệt với nhà ở có không gian thông tầng, việc tổ chức cửa lấy gió ở thấp và cửa thoát khí ở cao có thể hỗ trợ quá trình trao đổi không khí.

Hình khối kiến trúc cần kết hợp với hướng gió

Một trong những nguyên tắc quan trọng là không thể đánh giá hình khối công trình một cách độc lập với vị trí xây dựng. Cùng một hình khối nhưng đặt tại hai khu đất khác nhau có thể tạo ra hiệu quả thông gió khác nhau.

Các yếu tố cần xem xét gồm:

• Hướng gió chủ đạo.
• Hướng nắng.
• Địa hình.
• Mật độ xây dựng xung quanh.
• Chiều cao công trình lân cận.
• Khoảng cách giữa các công trình.
• Cây xanh.
• Tường rào.
• Mặt nước.
• Các khoảng sân và khoảng lùi.

Vì vậy, trước khi quyết định hình thức công trình, kiến trúc sư cần phân tích điều kiện thực tế của khu đất. Đây là nền tảng của kiến trúc thích ứng khí hậu, trong đó công trình được thiết kế dựa trên mối quan hệ giữa con người, không gian và môi trường tự nhiên.

Không phải cứ nhiều cửa là thông thoáng

Một quan niệm khá phổ biến là càng có nhiều cửa thì công trình càng thông thoáng. Trên thực tế, số lượng cửa không phải yếu tố duy nhất quyết định hiệu quả thông gió.

Một căn phòng có nhiều cửa nhưng tất cả đều nằm trên cùng một mặt có thể vẫn không tạo được dòng khí xuyên phòng. Ngược lại, việc bố trí một cửa lấy gió và một cửa thoát gió ở những vị trí phù hợp có thể tạo ra đường lưu thông không khí hiệu quả hơn.

Do đó, cần quan tâm đến: Vị trí cửa + hướng cửa + diện tích cửa + hình dạng không gian + đường đi của không khí.

Đây cũng là lý do hình khối kiến trúc và luồng gió cần được nghiên cứu từ tổng thể đến chi tiết.

Những sai lầm thường gặp khi thiết kế hình khối và thông gió

Chỉ chú trọng hình thức

Một hình khối đẹp chưa chắc tạo ra môi trường sống tiện nghi. Nếu tạo hình khiến công trình quá kín, thiếu khoảng rỗng hoặc cản trở đường đi của không khí, khả năng thông thoáng tự nhiên có thể bị hạn chế.

Bố trí cửa nhưng không tạo đường thoát gió

Có cửa lấy gió nhưng không có cửa thoát gió sẽ khiến hiệu quả trao đổi không khí bị hạn chế.

Lạm dụng giếng trời

Giếng trời cần được tính toán về kích thước, vị trí và mối quan hệ với các không gian xung quanh. Việc tạo quá nhiều giếng trời có thể làm tăng bức xạ nhiệt hoặc gây bất tiện trong sử dụng nếu không được xử lý tốt.

Không xem xét công trình xung quanh

Nhà bên cạnh, tường rào hoặc công trình cao tầng có thể làm thay đổi hướng và tốc độ gió tại khu đất.

Chỉ nghiên cứu mặt bằng

Thông gió là hiện tượng xảy ra trong không gian ba chiều. Vì vậy, cần xem xét cả mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt và hình khối tổng thể.

Hình khối kiến trúc và luồng gió trong nhà phố Việt Nam

Nhà phố là loại hình công trình đặc biệt cần quan tâm đến hình khối kiến trúc và luồng gió. Do đặc điểm thường có chiều ngang hẹp, chiều sâu lớn và bị giới hạn bởi các công trình lân cận, nhà phố dễ gặp vấn đề về thông gió và chiếu sáng ở khu vực giữa nhà.

Giải pháp không nên chỉ tập trung vào mặt tiền.

Thay vào đó, có thể tổ chức công trình thành nhiều lớp không gian: Mặt tiền → phòng khách → khoảng thông tầng → bếp → sân sau

hoặc: Mặt tiền → không gian sinh hoạt → giếng trời → phòng ngủ → sân sau.

Cách tổ chức này tạo thêm những khoảng chuyển tiếp và giúp không khí có nhiều cơ hội di chuyển hơn. Đồng thời, hình khối mặt tiền có thể được xử lý bằng ban công, logia, lam hoặc khoảng lùi để tạo lớp đệm giữa không gian bên trong và môi trường bên ngoài.

Hình khối kiến trúc và luồng gió có mối quan hệ mật thiết trong việc tạo nên môi trường sống tiện nghi. Hình dạng công trình, khoảng rỗng, sân trong, giếng trời, thông tầng, cửa mở và mái đều có thể tác động đến hướng đi cũng như khả năng trao đổi của không khí.

Đối với nhà ở Việt Nam, đặc biệt là nhà phố có diện tích hạn chế, việc nghiên cứu hình khối kiến trúc và luồng gió ngay từ giai đoạn đầu giúp kiến trúc sư chủ động hơn trong việc tổ chức không gian, tăng khả năng thông thoáng và cải thiện điều kiện vi khí hậu.

Việt Kiến Trúc hướng đến tư duy thiết kế kết hợp giữa công năng, thẩm mỹ và điều kiện khí hậu thực tế, từ đó tạo nên những không gian sống phù hợp với nhu cầu sử dụng và đặc điểm từng công trình. Liên hệ Việt Kiến Trúc để được tư vấn phương án thiết kế phù hợp với nhu cầu và điều kiện thực tế của công trình nhé!