Vào mùa mưa, nhiều người dân ở các thành phố lớn khi đi qua hoặc đứng gần những tòa cao ốc thường bị những cơn gió mạnh, xoáy bất ngờ không biết từ đâu đến. Ngoài việc di chuyển khó khăn, nhiều người đã bị đổ xe, làm bể đồ đạc, gây nguy hiểm tới tính mạng. Sự an toàn của người dân đang bị thách đố, khi nhà đã xây xong, gió xoáy cứ ào tới bất thình lình, mà các nhà chuyên môn dường như chưa để tâm đến!
Thực tế, hiệu ứng này đã gây ra nhiều vụ người đi đường bằng xe máy ngã khi đi qua ngang các cao ốc Hoàng Anh Gia Lai, Novotel, RiverSide, Keang Nam, The Manor, Sài Gòn Pearl … gặp lúc trời có gió lớn trong những năm vừa qua. Nhiều người đã khẳng định rằng khi đến gần những tòa cao ốc họ thường bị những cơn gió mạnh không biết từ đâu thổi đến. Những cơn gió này không những rất to, mà còn hay đến một cách bất ngờ và từ khắp bốn phía.
Giải thích chung dễ hiểu là:
“Hiệu ứng gió nhà cao tầng - skyscraper wind effect (SWE)” mà hầu hết người dân không hoặc chưa biết chính là hiệu ứng gây ra khi áp lực gió gặp vật cản lớn sẽ làm cho áp suất các mép của vật cản tăng lên (tuỳ theo diện tích vật cản). Đối với công trình xây dựng, “mép” của vật cản ở đây chính là các cạnh góc nhà đón gió và khuất gió, sê nô và bao gồm cả cạnh tiếp giáp với mặt đất (chân công trình). Vì vậy khuyến cáo đến tất cả mọi người những lưu ý sau khi mùa mưa bão đã đến, phòng tránh những nguy hiểm gây ra do hiệu ứng gió này là "Không nên hay hạn chế đi xe máy hay dừng xe lại tại các vị trí chân công trình nhà cao tầng rất nguy hiểm. Nếu gặp gió lớn, nên tránh tạm vào những vị trí khác"
Trên thực tế điều này chẳng có gì mới mẻ. Ở những thành phố san sát nhà cao chọc trời, khi gió nhà cao phát sinh sẽ làm cho người bị nạn nhiều vô kể. Vậy loại gió này được hình thành như thế nào? Khoa học đã chứng minh rằng: chất khí hoặc chất lỏng chảy trong đường ống, áp suất ở chỗ bị thu nhỏ lại làm cho tốc độ tăng lên. Hiện tượng này gọi là “hiệu ứng ống thắt”. Kinh nghiệm cuộc sống cho ta biết, hình dạng của vật thể có thể làm thay đổi hướng của tốc độ gió chạy qua nó. Tục ngữ có câu “Chỗ phễu gió to”, nguyên lý chính là ở đó.
Nói chung khi luồng gió gặp phải các công trình kiến trúc hoặc mặt đất ngăn chặn thì tốc độ gió giảm xuống, hướng gió cũng thay đổi, chỗ gần mặt đất thường sản sinh ra các luồng khí nhiễu loạn và chen lấn nhau. Trong thành phố nhà cao dày đặc, dòng khí nhiễu loạn này thường bốc cao lên đến 500 - 600 m, sau đó có thể nó sẽ chuyển động trở xuống. Khi luồng không khí ùa vào lối hẹp giữa hai nhà lầu sẽ sản sinh ra “hiệu ứng ống thắt”, sau đó tràn xuống tầng hầm nhà lầu, đi men theo khe hở giữa các công trình, các ngõ hẻm, đến chỗ gập quanh luồng gió chuyển thành xoáy, lực gió bỗng nhiên tăng mạnh. Nếu gặp chỗ quanh trũng xuống có thể biến thành tốc độ gió tuy nhỏ nhưng áp suất trên mặt đất mạnh như gió bão. Nó không những đẩy ngã người mà còn có thể lật đổ xe, xô sập công trình.
Khi thiết kế, xây dựng nhà cao tầng, các kỹ sư và kiến trúc sư đều quan tâm đến ảnh hưởng của gió tới công trình và các vùng lân cận. đặc biệt là khi có nhiều dãy nhà cao tầng gần nhau có thể xuất hiện những cơn gió xoáy bất lợi, gây nguy hiểm. Muốn chế ngự luồng gió này phải nhờ đến các chuyên gia công trình về gió. Sau khi thiết kế sơ bộ các công trình kiến trúc, phải làm mô hình giữa công trình này với các công trình chung quanh, đặt sa bàn vào chỗ hiệu ứng mặt đất của công trình, tạo gió thổi, dự báo được tốc độ gió và ở đâu luồng gió mạnh nhất để sửa đổi thiết kế hoặc đặt thêm những thiết bị khử gió ở những chỗ thích hợp hoặc tăng thêm cự ly giữa các ngôi nhà nhằm giảm thấp hiệu ứng ống thắt. Nghĩa là phải đòi hỏi các thiết bị đo đạc hiện đại, phải làm thí nghiệm mô hình công trình thu nhỏ rất tốn kinh phí ... dẫn đến ấn đề gió xoáy xuất hiện tại các tòa nhà cao tầng chưa được quan tâm
Trong khi chờ các quy định pháp quy, đành lượm lặt vài dòng cho những ai cần tìm hiểu về SWE, về những cơn gió mạnh va vào những tòa nhà chọc trời và bất chợt chuyển hướng đột ngột, bay lên hoặc di chuyển hình chữ Z một cách nhanh chóng.
(Nguồn https://lghvac.vn/lg/chi-tiet/13/hie...ang-luong.html)
Điều gì dẫn đến hiệu ứng Gió nhà cao tầng?
Một số người có thể cho rằng tốc độ của gió sẽ giảm ở vùng trũng thấp, nơi những tòa nhà nằm gần nhau, nhưng thật ra, những cơn gió này trở nên nhanh hơn và mạnh hơn khi va phải một tòa nhà.
Hiện tượng này khá dễ hiểu khi bạn nghĩ về định lý Bernoulli, một lý thuyết vật lý về áp suất gió giảm và gia tốc tăng lên khi nó di chuyển từ không gian lớn đến không gian chật hẹp. Nó tương tự như dòng nước chảy nhanh hơn ở các thung lũng hẹp so với các con sông rộng lớn.
SWE tạo ra dòng không khí mạnh hơn nhiều so với chúng ta nghĩ, tốc độ lên đến 20 – 30 mét trên giây (m/s). So với tốc độ gió mà một người lớn khỏe mạnh có thể chịu được là 24m/s, gió tạo ra bởi SWE thực sự có khả năng "cuốn bạn đi xa".
Thông tin thêm: Tốc độ gió ảnh hưởng thế nào đến chúng ta
Ở mức 10.8-13.8m/s: Khó cầm dù khi đi ngược hướng gió
Ở mức 13.9-17.1m/s: Khó đi bộ và các tòa nhà có dấu hiệu bắt đầu bị phá hủy
Ở mức 17.2-20.7m/s: Cành cây nhỏ bị bẻ gãy
Ở mức 20.8-24.4m/s: Con người không di chuyển được và cây bị bật gốc.
Nhiều quốc gia tiến hành kiểm tra SWE với các tiêu chuẩn nghiêm ngặt trong khi đưa ra các biện pháp phòng ngừa, vì hiệu ứng gió nhà cao tầng có thể tạo ra các cơn gió đột ngột, đủ mạnh để phá huỷ các gian hàng bên đường và thậm chí làm lật xe.
Ý tưởng để chống lại Hiệu ứng Gió nhà cao tầng
Các kiến trúc sư đã đưa ra rất nhiều ý tưởng để ngăn ngừa những thiệt hại có thể xảy ra do SWE. Những ý tưởng bao gồm làm tròn các góc của tòa nhà, tạo ra các đường hầm gió ở giữa tòa nhà, và cài đặt hàng rào hoặc lưới chắn gió.
Các phương pháp thân thiện với môi trường như lắp máy phát điện trên cùng hoặc giữa các tòa nhà để tận dụng những cơn gió tiềm ẩn sự nguy hiểm thành nguồn năng lượng đang trở nên phổ biến gần đây. Trung tâm Thương mại Thế giới ở Bahrain đã lắp đặt tuabin gió giữa hai tòa nhà để tạo ra năng lượng từ gió mạnh thổi ở độ cao 240 mét. Các tuabin này có thể tạo ra khoảng 1.300 MWh mỗi năm, chiếm khoảng 15% tổng chi phí của tòa nhà.
Một ví dụ khác từ toà nhà Strata SE1 ở London, nơi có ba lỗ trên cùng với tuabin để phát điện. Các tuabin này nằm trên tòa nhà cao 148m chiếm 8% tổng chi phí năng lượng, đồng thời tạo ra một thiết kế rất đặc biệt, bắt mắt.
Gió nhà cao tầng cũng ảnh hưởng đến mái nhà. Đôi khi các dàn nóng ngoài trời gặp sự cố xuống cấp khi gió mạnh ngăn chúng thoát hơi nóng. Điều này dẫn đến giảm hiệu quả làm mát và chi phí điều hòa không khí tăng cao.
LG đã đưa ra ý tưởng tuyệt vời để ngăn ngừa thiệt hại có thể gây ra bởi SWE. Phần phía dưới của dàn nóng sẽ hút gió vào, sau đó chuyển hướng nó qua mặt trái và phải phía trên. Do góc được giữ ở 45°, hiệu ứng nhà cao tầng không còn ảnh hưởng đến hiệu suất của dàn nóng.
Kết luận
Chúng ta đã biết được SWE là gì, phương pháp nào được áp dụng cho các tòa nhà và sản phẩm để giảm thiểu thiệt hại do Gió nhà cao tầnggây ra. Vẫn còn khá nhiều vấn đề cần giải quyết như tiếng ồn, hướng gió không thể đoán trước, và khả năng các dòng gió mạnh có thể đẩy các thiệt bị rơi khỏi tòa nhà.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn tin vào triển vọng sử dụng năng lượng gió của hiệu ứng gió này. Tiếng ồn có thể được khắc phục thông qua các thiết kế và kỹ thuật sản xuất tốt hơn, các vấn đề gây ra bởi gió đổi hướng có thể được giải quyết bằng cách xây dựng tuabin trục đứng thay vì các tuabin trục ngang. Vì vậy, chúng tôi đều mong có được nhiều ý tưởng hơn để ngăn ngừa thiệt hại SWE và tối đa hóa các giải pháp tận dụng năng lượng từ SWE.
Thực tế, hiệu ứng này đã gây ra nhiều vụ người đi đường bằng xe máy ngã khi đi qua ngang các cao ốc Hoàng Anh Gia Lai, Novotel, RiverSide, Keang Nam, The Manor, Sài Gòn Pearl … gặp lúc trời có gió lớn trong những năm vừa qua. Nhiều người đã khẳng định rằng khi đến gần những tòa cao ốc họ thường bị những cơn gió mạnh không biết từ đâu thổi đến. Những cơn gió này không những rất to, mà còn hay đến một cách bất ngờ và từ khắp bốn phía.
Giải thích chung dễ hiểu là:
- Nguyên nhân khiến những cơn gió bên các tòa cao ốc không thổi theo một quy luật nào, chủ yếu là vì các luồng không khí trong quá trình chuyển động đã bị tòa nhà cao tầng cản trở, khiến chúng phải chuyển hướng.
- Nguyên nhân là gió ở trên cao sau khi thổi vào tòa nhà thì một phần gió chuyển động dọc theo tòa nhà đi xuống dưới mặt đất và thổi ngang tại phần sân dưới chân tòa nhà. Tốc độ gió này phụ thuộc các yếu tố như chiều cao tòa nhà và diện tích mặt đứng, càng cao thì gió dưới phần chân tòa nhà càng lớn; cấu tạo mặt đứng; địa hình khu vực dưới chân tòa nhà. Còn một nguyên nhân khác là do những luồng không khí có tốc độ di chuyển chậm, trong lúc len lỏi vào những khoảng trống của các tòa nhà, tốc độ di chuyển bỗng tăng lên. Vì vậy những cơn gió đi ra từ những khoảng trống của các tòa nhà cao ngất bao giờ cũng lớn hơn những nơi khác.
- Nguyên nhân là ở các tòa nhà cao tầng, gió sẽ sinh ra hiện tượng khí động học, tức là gió xoáy phía trước là áp lực dương, phía sau là áp lực âm, chúng tác động với nhau sẽ khiến lực gió rất mạnh, hay có thể hiểu là đằng trước tòa nhà có sức đẩy, đằng sau nhà có sức hút nên gió trở nên mạnh hơn bình thường.
....
- Nguyên nhân là gió ở trên cao sau khi thổi vào tòa nhà thì một phần gió chuyển động dọc theo tòa nhà đi xuống dưới mặt đất và thổi ngang tại phần sân dưới chân tòa nhà. Tốc độ gió này phụ thuộc các yếu tố như chiều cao tòa nhà và diện tích mặt đứng, càng cao thì gió dưới phần chân tòa nhà càng lớn; cấu tạo mặt đứng; địa hình khu vực dưới chân tòa nhà. Còn một nguyên nhân khác là do những luồng không khí có tốc độ di chuyển chậm, trong lúc len lỏi vào những khoảng trống của các tòa nhà, tốc độ di chuyển bỗng tăng lên. Vì vậy những cơn gió đi ra từ những khoảng trống của các tòa nhà cao ngất bao giờ cũng lớn hơn những nơi khác.
- Nguyên nhân là ở các tòa nhà cao tầng, gió sẽ sinh ra hiện tượng khí động học, tức là gió xoáy phía trước là áp lực dương, phía sau là áp lực âm, chúng tác động với nhau sẽ khiến lực gió rất mạnh, hay có thể hiểu là đằng trước tòa nhà có sức đẩy, đằng sau nhà có sức hút nên gió trở nên mạnh hơn bình thường.
....
“Hiệu ứng gió nhà cao tầng - skyscraper wind effect (SWE)” mà hầu hết người dân không hoặc chưa biết chính là hiệu ứng gây ra khi áp lực gió gặp vật cản lớn sẽ làm cho áp suất các mép của vật cản tăng lên (tuỳ theo diện tích vật cản). Đối với công trình xây dựng, “mép” của vật cản ở đây chính là các cạnh góc nhà đón gió và khuất gió, sê nô và bao gồm cả cạnh tiếp giáp với mặt đất (chân công trình). Vì vậy khuyến cáo đến tất cả mọi người những lưu ý sau khi mùa mưa bão đã đến, phòng tránh những nguy hiểm gây ra do hiệu ứng gió này là "Không nên hay hạn chế đi xe máy hay dừng xe lại tại các vị trí chân công trình nhà cao tầng rất nguy hiểm. Nếu gặp gió lớn, nên tránh tạm vào những vị trí khác"
Trên thực tế điều này chẳng có gì mới mẻ. Ở những thành phố san sát nhà cao chọc trời, khi gió nhà cao phát sinh sẽ làm cho người bị nạn nhiều vô kể. Vậy loại gió này được hình thành như thế nào? Khoa học đã chứng minh rằng: chất khí hoặc chất lỏng chảy trong đường ống, áp suất ở chỗ bị thu nhỏ lại làm cho tốc độ tăng lên. Hiện tượng này gọi là “hiệu ứng ống thắt”. Kinh nghiệm cuộc sống cho ta biết, hình dạng của vật thể có thể làm thay đổi hướng của tốc độ gió chạy qua nó. Tục ngữ có câu “Chỗ phễu gió to”, nguyên lý chính là ở đó.
Nói chung khi luồng gió gặp phải các công trình kiến trúc hoặc mặt đất ngăn chặn thì tốc độ gió giảm xuống, hướng gió cũng thay đổi, chỗ gần mặt đất thường sản sinh ra các luồng khí nhiễu loạn và chen lấn nhau. Trong thành phố nhà cao dày đặc, dòng khí nhiễu loạn này thường bốc cao lên đến 500 - 600 m, sau đó có thể nó sẽ chuyển động trở xuống. Khi luồng không khí ùa vào lối hẹp giữa hai nhà lầu sẽ sản sinh ra “hiệu ứng ống thắt”, sau đó tràn xuống tầng hầm nhà lầu, đi men theo khe hở giữa các công trình, các ngõ hẻm, đến chỗ gập quanh luồng gió chuyển thành xoáy, lực gió bỗng nhiên tăng mạnh. Nếu gặp chỗ quanh trũng xuống có thể biến thành tốc độ gió tuy nhỏ nhưng áp suất trên mặt đất mạnh như gió bão. Nó không những đẩy ngã người mà còn có thể lật đổ xe, xô sập công trình.
Khi thiết kế, xây dựng nhà cao tầng, các kỹ sư và kiến trúc sư đều quan tâm đến ảnh hưởng của gió tới công trình và các vùng lân cận. đặc biệt là khi có nhiều dãy nhà cao tầng gần nhau có thể xuất hiện những cơn gió xoáy bất lợi, gây nguy hiểm. Muốn chế ngự luồng gió này phải nhờ đến các chuyên gia công trình về gió. Sau khi thiết kế sơ bộ các công trình kiến trúc, phải làm mô hình giữa công trình này với các công trình chung quanh, đặt sa bàn vào chỗ hiệu ứng mặt đất của công trình, tạo gió thổi, dự báo được tốc độ gió và ở đâu luồng gió mạnh nhất để sửa đổi thiết kế hoặc đặt thêm những thiết bị khử gió ở những chỗ thích hợp hoặc tăng thêm cự ly giữa các ngôi nhà nhằm giảm thấp hiệu ứng ống thắt. Nghĩa là phải đòi hỏi các thiết bị đo đạc hiện đại, phải làm thí nghiệm mô hình công trình thu nhỏ rất tốn kinh phí ... dẫn đến ấn đề gió xoáy xuất hiện tại các tòa nhà cao tầng chưa được quan tâm
Trong khi chờ các quy định pháp quy, đành lượm lặt vài dòng cho những ai cần tìm hiểu về SWE, về những cơn gió mạnh va vào những tòa nhà chọc trời và bất chợt chuyển hướng đột ngột, bay lên hoặc di chuyển hình chữ Z một cách nhanh chóng.
(Nguồn https://lghvac.vn/lg/chi-tiet/13/hie...ang-luong.html)
Điều gì dẫn đến hiệu ứng Gió nhà cao tầng?
Gió thường yếu đi (đường màu xanh lá cây) khi nó va vào một tòa nhà, nhưng có thể tạo ra một cơn gió mạnh đột ngột (đường màu đỏ) xung quanh khoảng không hẹp như góc hay giữa hai tòa nhà. (Nguồn: NASA Ames NAS)
Một số người có thể cho rằng tốc độ của gió sẽ giảm ở vùng trũng thấp, nơi những tòa nhà nằm gần nhau, nhưng thật ra, những cơn gió này trở nên nhanh hơn và mạnh hơn khi va phải một tòa nhà.
Hiện tượng này khá dễ hiểu khi bạn nghĩ về định lý Bernoulli, một lý thuyết vật lý về áp suất gió giảm và gia tốc tăng lên khi nó di chuyển từ không gian lớn đến không gian chật hẹp. Nó tương tự như dòng nước chảy nhanh hơn ở các thung lũng hẹp so với các con sông rộng lớn.
“Cẩn thận những cơn Gió nhà cao tầng!”
SWE tạo ra dòng không khí mạnh hơn nhiều so với chúng ta nghĩ, tốc độ lên đến 20 – 30 mét trên giây (m/s). So với tốc độ gió mà một người lớn khỏe mạnh có thể chịu được là 24m/s, gió tạo ra bởi SWE thực sự có khả năng "cuốn bạn đi xa".
Thông tin thêm: Tốc độ gió ảnh hưởng thế nào đến chúng ta
Ở mức 10.8-13.8m/s: Khó cầm dù khi đi ngược hướng gió
Ở mức 13.9-17.1m/s: Khó đi bộ và các tòa nhà có dấu hiệu bắt đầu bị phá hủy
Ở mức 17.2-20.7m/s: Cành cây nhỏ bị bẻ gãy
Ở mức 20.8-24.4m/s: Con người không di chuyển được và cây bị bật gốc.
Nhiều quốc gia tiến hành kiểm tra SWE với các tiêu chuẩn nghiêm ngặt trong khi đưa ra các biện pháp phòng ngừa, vì hiệu ứng gió nhà cao tầng có thể tạo ra các cơn gió đột ngột, đủ mạnh để phá huỷ các gian hàng bên đường và thậm chí làm lật xe.
Ý tưởng để chống lại Hiệu ứng Gió nhà cao tầng
Các kiến trúc sư đã đưa ra rất nhiều ý tưởng để ngăn ngừa những thiệt hại có thể xảy ra do SWE. Những ý tưởng bao gồm làm tròn các góc của tòa nhà, tạo ra các đường hầm gió ở giữa tòa nhà, và cài đặt hàng rào hoặc lưới chắn gió.
Tuabin gió ở Trung tâm Thương mại Thế giới Bahrain (từ ⓒflickr của abcdz2000)
Các phương pháp thân thiện với môi trường như lắp máy phát điện trên cùng hoặc giữa các tòa nhà để tận dụng những cơn gió tiềm ẩn sự nguy hiểm thành nguồn năng lượng đang trở nên phổ biến gần đây. Trung tâm Thương mại Thế giới ở Bahrain đã lắp đặt tuabin gió giữa hai tòa nhà để tạo ra năng lượng từ gió mạnh thổi ở độ cao 240 mét. Các tuabin này có thể tạo ra khoảng 1.300 MWh mỗi năm, chiếm khoảng 15% tổng chi phí của tòa nhà.
Khung cảnh của Strata SE1 (từ ⓒWikimedia của Colin/Cmglee)
Một ví dụ khác từ toà nhà Strata SE1 ở London, nơi có ba lỗ trên cùng với tuabin để phát điện. Các tuabin này nằm trên tòa nhà cao 148m chiếm 8% tổng chi phí năng lượng, đồng thời tạo ra một thiết kế rất đặc biệt, bắt mắt.
Gió nhà cao tầng cũng ảnh hưởng đến mái nhà. Đôi khi các dàn nóng ngoài trời gặp sự cố xuống cấp khi gió mạnh ngăn chúng thoát hơi nóng. Điều này dẫn đến giảm hiệu quả làm mát và chi phí điều hòa không khí tăng cao.
Công nghệ để ngăn chặn Gió tháp cao
LG đã đưa ra ý tưởng tuyệt vời để ngăn ngừa thiệt hại có thể gây ra bởi SWE. Phần phía dưới của dàn nóng sẽ hút gió vào, sau đó chuyển hướng nó qua mặt trái và phải phía trên. Do góc được giữ ở 45°, hiệu ứng nhà cao tầng không còn ảnh hưởng đến hiệu suất của dàn nóng.
Công nghệ E.S.P (External Static Pressure) tiên tiến cũng giúp cho dàn nóng không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi áp suất không khí khi lắp đặt trên cao. Vỏ quạt của Multi V S tăng cường RPM để thổi ra một lượng không khí lớn hơn 7m/s. Những yếu tố đó giúp giảm thiểu thiệt hại có thể gây ra bởi SWE một cách đáng kể.
Kết luận
Chúng ta đã biết được SWE là gì, phương pháp nào được áp dụng cho các tòa nhà và sản phẩm để giảm thiểu thiệt hại do Gió nhà cao tầnggây ra. Vẫn còn khá nhiều vấn đề cần giải quyết như tiếng ồn, hướng gió không thể đoán trước, và khả năng các dòng gió mạnh có thể đẩy các thiệt bị rơi khỏi tòa nhà.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn tin vào triển vọng sử dụng năng lượng gió của hiệu ứng gió này. Tiếng ồn có thể được khắc phục thông qua các thiết kế và kỹ thuật sản xuất tốt hơn, các vấn đề gây ra bởi gió đổi hướng có thể được giải quyết bằng cách xây dựng tuabin trục đứng thay vì các tuabin trục ngang. Vì vậy, chúng tôi đều mong có được nhiều ý tưởng hơn để ngăn ngừa thiệt hại SWE và tối đa hóa các giải pháp tận dụng năng lượng từ SWE.
