Hình ảnh phòng thử nghiệm ngoài trời của VIBM đặt tại Hạ Long (Quảng Ninh)
Tại nhiều quốc gia, thử nghiệm ngoài trời là phương pháp duy nhất để hiểu biết sâu sắc hơn về đặc tính nhiệt ẩm của vật liệu và công trình xây dựng. Nằm trong khuôn khổ dự án hợp tác nghiên cứu giữa Việt Nam và CHLB Đức “Nghiên cứu vật liệu thích ứng với khí hậu trong bối cảnh kinh tế xã hội của Việt Nam” (Climate-Adapted Material Research for the Socio-Economic Context of Vietnam – CAMaRSEC), Viện Vật liệu xây dựng (VIBM) đã được những chuyên gia hàng đầu từ các tổ chức nghiên cứu danh tiếng như Trường Đại học Stuttgart (Đức); Trường Đại học Hamburg (Đức); Viện Vật lý công trình Fraunhofer (Đức) hỗ trợ thành lập phòng thí nghiệm ngoài trời (PTN) ứng dụng nghiên cứu đặc tính nhiệt ẩm của vật liệu xây dựng (VLXD) đầu tiên tại Việt Nam.
Phòng thí nghiệm được thiết kế gọn trong một container 40 feet, gồm 8 khoang tường, mỗi khoang được làm từ 8 loại kết cấu vật liệu bao gồm cả vật liệu truyền thống như gạch đất sét sung, gạch bê tông bọt, gạch AAC,... và các loại vật liệu mới trong và ngoài nước được thử nghiệm. Trên mỗi khoang tường cả bên trong và bên ngoài các lớp vật liệu được lắp đặt rất nhiều cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, dòng nhiệt,… để thu thập dữ liệu về thành phần nhiệt ẩm, độ ẩm tương đối, nhiệt độ bên trong, bên ngoài kết cấu tường, lượng nhiệt truyền qua bề mặt, lượng mưa hắt vào tường theo thời gian thực. PTN được lắp đặt tại TP.Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh. Vị trí này được lựa chọn vì khí hậu khá khắc nghiệt với mùa đông lạnh và lượng mưa cao so với các vùng khí hậu khác tại Việt Nam. Các dữ liệu về khí tượng được thu thập bởi một trạm thời tiết tự động ghi lại liên tục tất cả các dữ liệu thời tiết cần thiết, cung cấp bộ dữ liệu thời tiết dài hạn rất chi tiết tại vị trí thử nghiệm.
Hình ảnh mô hình vị trí cảm biến và thiết bị bên trong PTN
Hình ảnh mô hình vị trí cảm biến lắp đặt trên các khoang tường bên ngoài PTN
Mục tiêu chính của các thí nghiệm là nghiên cứu các đặc tính liên quan đến độ ẩm của VLXD và ảnh hưởng của chúng đối với kết cấu xây dựng và các điều kiện trong nhà. Các thử nghiệm này có thể đại diện cho điều kiện sử dụng trong thực tế hơn là các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm mà mức độ phù hợp thực tế phần lớn không được biết đến. Nghiên cứu cũng nhằm đánh giá ảnh hưởng của nhiệt trở đến đặc tính nhiệt ẩm của các thành phần trong công trình xây dựng. Điều này có nghĩa là vấn đề ngưng tụ bề mặt bên trong và sự phát triển của nấm mốc chỉ có thể được giải quyết bằng cách yêu cầu nhiệt trở tối thiểu cho các thành phần kết cấu bao che trong công trình xây dựng.
PTN Ngoài trời tại Viện Vật lý công trình Fraunhofer (nguồn: https://www.ibp.fraunhofer.de/)
Phòng thử nghiệm ngoài trời tại Đức được thành lập đầu tiên từ năm 1951 và tồn tại tới ngày nay. Hình ảnh PTN ngoài trời tại Viện Vật lý công trình Fraunhofer sau hơn 70 năm thành lập đã được mở rộng gấp ba lần so với lúc ban đầu cho thấy những vấn đề nghiên cứu cần giải quyết đối với thử nghiệm điều kiện thời tiết thực ngày càng tăng và là xu hướng nghiên cứu không thể thiếu đối với lĩnh vực VLXD và công trình xây dựng. Các nghiên cứu hiện trường được thực hiện tại các PTN ngoài trời tại Đức cho thấy những kết cấu ngoài trời bảo vệ chống mưa gió truyền thống là không đủ. Lớp vữa lót nền phải phù hợp với lớp nền bên dưới, nhưng không có lớp vữa lót nền nào phù hợp với nhiều loại vật liệu tường khác nhau. Lớp vữa trát chống nước bên ngoài có thể được đánh giá bằng độ hút nước, hệ số kháng khuếch tán hơi nước hiện nay là những thông số kỹ thuật tiêu chuẩn tại Đức. Những nghiên cứu này đã tạo ra sự phát triển của ngành công nghiệp vữa khô trộn sẵn tại nhiều quốc gia trong đó có cả Việt Nam. Bên cạnh đó, hệ tường ngoài cách nhiệt ngày càng trở nên phổ biến vì hiệu suất năng lượng và độ bền của kết cấu vật liệu. Tuy nhiên, ngoài vấn đề chống cháy thì đặc trưng nhiệt ẩm vẫn là những vấn đề thách thức và đang được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu trong những năm gần đây. Ví dụ như gây ố bề mặt do sự phát triển của vi sinh vật như nấm mốc và rêu tảo, sự rò rỉ nước mưa tại các mối nối hoặc sự xâm nhập rò rỉ nước vào bên trong đặc biệt là xung quanh cửa sổ, vấn đề kiểm soát độ ẩm với vật liệu cách nhiệt tái tạo hoặc vật liệu cách nhiệt nano thay thế các loại vật liệu xốp, bông khoáng cũng như thay thế các vật liệu bên ngoài như gạch men, tấm kính hoặc gạch ốp.
Một chủ đề nghiên cứu tại các PTN ngoài trời, bên cạnh vữa xây và vữa trát, sự tác động của tấm thạch cao, lớp phủ nội thất đến không khí trong nhà. Nghiên cứu độ ẩm tương đối trong nhà bị ảnh hưởng bởi sự hấp thụ hơi ẩm và giải hấp thụ hơi ẩm khuếch tán của bề mặt trong nhà và của đồ nội thất. Vật liệu hấp thụ hơi ẩm làm giảm sự dao động độ ẩm trong nhà bằng cách loại bỏ hơi nước từ không khí trong nhà phát sinh từ các quá trình sử dụng, ví dụ như do nấu nướng, tắm giặt, dọn dẹp và nhả ra khi điều kiện không khí khô chiếm ưu thế (ví dụ: khi cửa sổ được mở).
Từ những năm 1973, cuộc khủng hoảng năng lượng đã tác động mạnh mẽ đến nhu cầu nghiên cứu trong lĩnh vực sử dụng năng lượng hiệu quả như các yêu cầu về cách nhiệt tăng lên, hệ thống điều hòa không khí hiệu quả, sự rò rỉ thất thoát năng lượng do thông gió,… Các nhiệm vụ nghiên cứu được thực hiện phản ánh sự phát triển trong lĩnh vực kiểm soát nhiệt, không khí và ẩm trong lĩnh vực xây dựng. Các nỗ lực nghiên cứu nhằm tiết kiệm năng lượng đã khá thành công dẫn đến việc tạo ra các tòa nhà “zero energy” hoặc thậm chí là sinh thêm năng lượng. Trong khi vẫn còn một lượng lớn tòa nhà sử dụng ít hoặc không có lớp cách nhiệt, năng lượng cần thiết để vận hành các tòa nhà mới hiện giờ đã trở nên nhỏ hơn so với lượng năng lượng cần thiết để xây dựng và sản xuất vật liệu. Do đó, trọng tâm nghiên cứu trong lĩnh vực xây dựng đang dần chuyển dịch theo hướng sử dụng cấu trúc nhẹ sử dụng ít năng lượng hơn, tốt hơn là được làm bằng vật liệu tái tạo hoặc tái chế. Bên cạnh đó nhu cầu về các tòa nhà ngày nay rất đa dạng: Tiết kiệm năng lượng đồng thời tăng yêu cầu về tính an toàn, vệ sinh, tiện nghi và ngày càng sử dụng nhiều năng lượng và nguyên liệu tái tạo hơn hướng đến tính bền vững với môi trường đang là xu hướng chung của toàn thế giới. Ngoài ra, các yêu cầu gia tăng về ngăn ngừa hư hỏng và độ bền lâu của các sản phẩm xây dựng. Những nghiên cứu thử nghiệm ngoài trời này tạo cơ sở cho việc tối ưu hóa sản phẩm để có thể sử dụng và đảm bảo độ bền. Phát triển các giải pháp dựa trên phân tích nhiệt ẩm để cải thiện sự thoải mái nhiệt ẩm và để giảm tiêu thụ năng lượng và điều kiện độ ẩm trong các tòa nhà.
Một số hình ảnh quá trình thi công và lắp đặt PTN ngoài trời:
Vận chuyển và lắp đặt PTN ngoài trời
Xây kết cấu tường thử nghiệm bằng các vật liệu phổ biến trên thị trường
Gắn các cảm biến đo bên trong kết cấu tường
Trát vữa hoàn thiện các khoang kết cấu thử nghiệm
Kết nối cảm biến vào hệ thống thu thập dữ liệu
Chuyên gia Đức kiểm tra dữ liệu
PTN ngoài trời hoàn thiện
Dữ liệu thu thập liên tục theo thời gian thực, dự kiến đến tháng 6/2023
Trung tâm Thiết bị Môi trường & An toàn Lao động - VIBM là một trong những đơn vị đi đầu trong nghiên cứu thử nghiệm đặc tính nhiệt ẩm của vật liệu; mô phỏng khí hậu và nghiên cứu thực địa, thử nghiệm sản phẩm mới để kiểm tra sản phẩm của khách hàng trong quá trình sử dụng thực tế ngoài trời và trong điều kiện khắc nghiệt tại phòng thí nghiệm; Thử nghiệm và đánh giá các đặc tính cao cấp của sản phẩm và VLXD như đặc tính kháng khuẩn, kháng nấm mốc, đặc tính tiết kiệm năng lượng ứng dụng trong các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả, công trình xanh tại Việt Nam.
Chi tiết liên hệ:
TRUNG TÂM THIẾT BỊ, MÔI TRƯỜNG & AN TOÀN LAO ĐỘNG - VIBM
Địa chỉ: 235 đường Nguyễn Trãi, Thanh Xuân Trung, Thanh Xuân, Hà Nội
Điện thoại: 024 3.558.5928; 0915.502.834; 0912.181.479; Fax: 024 3.858.1112;
Email: tbmt.atld@gmail.com
Website: http://vibm.vn
Trung tâm Thiết bị, môi trường và An toàn lao động