Nhà mái tôn nóng hầm hập vì nhiệt đi vào nhà bằng đủ cả ba con đường. Nắng chiếu lên mái bằng bức xạ, tấm tôn mỏng dẫn nhiệt từ mặt trên xuống mặt dưới gần như tức thì, rồi mặt dưới nóng rực vừa toả nhiệt thẳng xuống người bên dưới bằng bức xạ, vừa hâm nóng lớp không khí sát mái. Muốn chống nóng, phải chặn từng con đường một.
Chào bạn, đây là Nhà Vật Lý. Nhà trọ, nhà xưởng, quán ăn, phần lớn đều lợp tôn vì nhẹ và rẻ, rồi mùa hè ai ở trong cũng than như ngồi trong lò. Tập này mình dùng ba cách truyền nhiệt trong sách vật lý lớp tám để giải thích, và để bạn chọn cách chống nóng có cơ sở chứ không theo lời quảng cáo.
Ba con đường của nhiệt
Dẫn nhiệt là khi nhiệt truyền qua vật chất bằng cách các hạt rung lắc va vào hạt bên cạnh. Cầm thìa inox khuấy nồi canh, một lúc sau cán thìa nóng lên: đó là dẫn nhiệt. Kim loại dẫn nhiệt rất tốt, gỗ, xốp, không khí đứng yên dẫn nhiệt kém.
Đối lưu là khi nhiệt đi theo dòng chất lỏng hoặc chất khí. Không khí nóng nhẹ hơn nên bốc lên, không khí mát tràn vào thế chỗ. Nồi nước đun sôi cuộn từ đáy lên, khói bếp bốc lên trần, gió biển thổi vào đất liền ban ngày, đều là đối lưu.
Bức xạ là khi nhiệt đi bằng sóng điện từ, chủ yếu là tia hồng ngoại, không cần vật chất ở giữa. Nhờ vậy nhiệt Mặt Trời vượt qua khoảng không vũ trụ trống rỗng tới được Trái Đất. Đứng cạnh bếp than, mặt bạn nóng ran dù không khí xung quanh không nóng lắm, đó là bức xạ.
Mọi vật ấm đều phát bức xạ nhiệt, vật càng nóng phát càng mạnh. Chính cơ thể bạn cũng đang phát ra tia hồng ngoại, thứ mà camera đo nhiệt nhìn thấy được.
Một tấm tôn mỏng làm gì khi nắng chiếu?
Trưa hè, ánh nắng mang năng lượng chiếu thẳng lên mái. Tôn màu sẫm hấp thụ phần lớn, tôn màu sáng hắt trả lại nhiều hơn. Phần hấp thụ biến thành nhiệt, làm mặt trên tấm tôn nóng lên rất nhanh.
Tấm tôn là kim loại và chỉ dày chưa tới một ly. Nhiệt dẫn từ mặt trên xuống mặt dưới gần như ngay lập tức. Mặt dưới tấm tôn nóng gần bằng mặt trên, có thể nóng tới mức chạm tay vào thấy bỏng.
Mặt dưới nóng rực ấy trở thành một tấm lò sưởi treo trên đầu bạn. Nó phát bức xạ hồng ngoại thẳng xuống, nên bạn thấy nóng ran ở mặt, ở đầu dù quạt vẫn quay. Đồng thời nó hâm nóng lớp không khí sát mái.
Không khí nóng bốc lên tụ ở dưới mái. Nếu mái không có chỗ thoát, lớp khí nóng đó cứ dày dần, đẩy xuống dần tới tầm người ngồi. Ban đêm, tấm tôn nguội nhanh nhưng tường gạch, sàn bê tông đã tích nhiệt cả ngày lại toả ra, nên nhà mái tôn thường oi tới khuya.
Chặn bức xạ: màu sáng và lớp phản xạ
Cách rẻ nhất để giảm lượng nắng hấp thụ là làm mặt trên mái sáng màu. Mái tôn trắng hay sơn phủ loại phản xạ nhiệt hấp thụ ít nắng hơn hẳn mái tôn đỏ sẫm, xanh sẫm. Đây cũng là lý do người ở vùng nắng gắt mặc áo trắng.
Ở mặt dưới, những tấm cách nhiệt có một mặt tráng nhôm sáng bóng hoạt động theo cách khác. Bề mặt kim loại sáng bóng phát bức xạ nhiệt rất kém. Nên dù tấm đó có nóng, nó toả hồng ngoại xuống phòng ít hơn nhiều so với mặt tôn trần.
Lưu ý là lớp nhôm phản xạ chỉ phát huy tác dụng khi phía mặt sáng có một khoảng không khí. Ép sát lớp nhôm vào một vật khác, nhiệt sẽ đi bằng dẫn nhiệt qua chỗ tiếp xúc và ưu điểm của bề mặt sáng gần như mất đi.
Bụi bẩn bám dày làm mặt sáng bớt sáng, khả năng phản xạ giảm theo thời gian. Mái sơn trắng cũng cần được làm sạch, sơn lại sau nhiều năm.
Chặn dẫn nhiệt và tận dụng đối lưu
Lớp xốp, bông thuỷ tinh, tôn mát có lớp xốp ở giữa đều làm một việc: đặt thật nhiều không khí đứng yên vào giữa đường đi của nhiệt. Không khí đứng yên dẫn nhiệt rất kém, nên nhiệt từ mặt tôn phải bò qua lớp này rất chậm.
Trần nhà là một lớp chặn nữa. Khoảng không giữa mái và trần như một tấm đệm không khí, nhưng chỉ hiệu quả khi lớp khí nóng ở đó được thoát ra ngoài. Nếu không, tấm trần cũng bị nung nóng và toả xuống.
Đó là vai trò của đối lưu có chủ đích: chừa khe thông gió ở đỉnh mái và ở hai đầu hồi, hoặc lắp quả cầu hút gió. Không khí nóng tự bốc lên thoát qua đỉnh mái, không khí mát hơn tràn vào thế chỗ từ phía dưới.
Trong phòng, mở cửa sổ ở hai phía đối diện để gió xuyên phòng, mở cửa phía trên cao để khí nóng thoát. Cây xanh che nắng cho mái và tường phía tây là cách chặn bức xạ ngay từ đầu.
Chọn giải pháp nào trước?
Nếu chỉ làm được một việc, hãy làm cái chặn được nhiều nhiệt nhất trước khi nó chạm vào nhà: làm mái sáng màu và che nắng. Chặn từ ngoài luôn hiệu quả hơn đuổi nhiệt ra khi nó đã vào trong.
Việc thứ hai là cách nhiệt cho mái: tôn có lớp cách nhiệt, hoặc thêm tấm cách nhiệt có lớp phản xạ, chừa khoảng không khí. Việc thứ ba là cho lớp khí nóng dưới mái có đường thoát.
Phun nước lên mái tôn làm mát được, vì nước bay hơi mang theo rất nhiều nhiệt, nhưng tốn nước và chỉ hiệu quả khi đang phun. Lưu ý điện và trơn trượt khi lắp đặt trên mái.
Câu hỏi để bạn nghĩ tiếp: nước bay hơi làm mát mái tôn, mồ hôi bay hơi làm mát cơ thể. Vậy vì sao những ngày nồm ẩm, mồ hôi cứ nhớp nháp mà không thấy mát chút nào?
Câu hỏi thường gặp
Sơn chống nóng mái tôn có thật sự hiệu quả không?
Sơn màu sáng có khả năng phản xạ nắng tốt giúp mái hấp thụ ít nhiệt hơn, đó là cơ chế có thật. Mức hiệu quả cụ thể phụ thuộc loại sơn, độ sạch bề mặt và cách thi công, nên hãy hỏi kỹ thông số và kết quả thực tế trước khi mua.
Tôn xốp và tôn thường khác nhau thế nào?
Tôn xốp có thêm lớp xốp cách nhiệt dán ở mặt dưới, làm chậm dẫn nhiệt từ tấm tôn xuống phòng và giảm tiếng ồn khi mưa. Tôn thường chỉ có một lớp kim loại mỏng nên nóng và ồn hơn.
Vì sao phích nước giữ nóng lâu?
Phích có hai lớp thuỷ tinh ở giữa là khoảng chân không chặn dẫn nhiệt và đối lưu, mặt thuỷ tinh tráng bạc sáng bóng chặn bức xạ, còn nút đậy ngăn hơi nóng bay ra. Nó chặn cả ba con đường truyền nhiệt.
Quạt có làm giảm nhiệt độ phòng không?
Quạt không làm không khí lạnh đi, nó tạo gió giúp mồ hôi bay hơi nhanh và đưa lớp khí nóng quanh da đi chỗ khác. Đặt quạt hút khí nóng ra ngoài cửa sổ mới giúp giảm nhiệt độ phòng.
Trồng cây leo trên mái có giúp mát không?
Có. Lá cây chặn nắng trước khi nó chạm mái và còn làm mát nhờ hơi nước thoát ra từ lá. Cần chú ý tải trọng, độ ẩm và việc thoát nước để không làm hỏng mái.
