BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, TIỆN NGHI SINH HỌC VÀ NĂNG LƯỢNG TIÊU THỤ: NHỮNG THÁCH THỨC CỦA THIẾT KẾ TRONG THẾ KỶ 21

Nguyễn Anh Tuấn, TS. KTS. – Khoa Kiến trúc, Đại học Bách khoa Đà Nẵng

Tạp chí Kiến trúc. Số: 245 – 9-2015. Trang: 25. Năm 2015.

1.      Bối cảnh của biến đổi khí hậu ở Việt Nam và các tác động đến môi trường xây dựng

Cách đây ít ngày, nhiều trang web đưa bức ảnh do Kerstin Langenberger chụp 1 con gấu Bắc cực gầy trơ xương (Hình 1) do không kiếm đủ thức ăn (có thể do biến đổi khí hậu) khiến cộng đồng quốc tế lại dậy sóng về vấn đề biến đổi khí hậu (BĐKH).

1

Hình 1: Con gấu cái Bắc Cực gầy trơ xương do băng tan nhanh ở vùng cực. Ảnh: Kerstin Langenberger (nguồn:vnexpress.net – ngày 24/9/2015)

Ở Việt Nam, tác động của BĐKH cũng đã được ghi nhận ở nhiều nơi qua nhiều hiện tượng thiên nhiên bất thường. Những diễn biến bất thường của thời tiết, khí hậu trong nhiều năm gần  đây dường như có liên quan đến sự biến đổi của các hệ thống hoàn lưu khí quyển, đại dương trên qui mô lớn và sự thay đổi trong hoạt động của gió mùa trong khu vực. Bão, áp thấp nhiệt đới có xu hướng dịch chuyển về phía Nam, có cường độ mạnh hơn và có quĩ  đạo phức tạp, khó dự báo hơn. Hạn hán, lũ lụt xảy ra bất thường hơn. Các đợt nắng nóng có xu hướng gia tăng cả về cường  độ, tần suất và  độ dài mỗi đợt. Số ngày rét  đậm, rét hại giảm  đi nhưng mức  độ khắc nghiệt và sự kéo dài của mỗi đợt có dấu hiệu gia tăng. Nói chung, BĐKH làm gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan, tác động mạnh mẽ đến con người và hệ sinh thái, nhất là các thành phần dễ bị tổn thương [1].

BĐKH đã tác động mạnh mẽ đến mọi mặt của môi trường xây dựng trên các khía cạnh: không khí nóng hơn, ngập lụt, ảnh hưởng nguồn nước, sức khỏe cư dân, đa dạng sinh học, giao thông, tài chính và lối sống của cư dân. Thách thức đặt ra cho các nhà thiết kế công trình là làm sao giảm nhẹ các tác động song song với việc cắt giảm phát thải khí nhà kính từ việc xây dựng và vận hành các công trình kiến trúc.

2. Khí hậu và tiện nghi sinh học trong kiến trúc

3.1 Những thay đổi về cách thức sử dụng Khí hậu trong thiết kế công trình

BĐKH như đã nói ở trên đã tạo ra những biến động đáng kể về khí hậu cũng như các tác động đến công trình xây dựng. Công trình xây dựng vừa là một phần tác nhân của BĐKH thông qua việc phát thải các khí gây hiệu ứng nhà kính, vừa là “nạn nhân” của BĐKH. Theo các nghiên cứu của nhiều học giả, công trình là tác nhân của khoảng 30% tổng năng lượng tiêu dùng trên toàn cầu và do đó rất cần được quan tâm thiết kế để giảm thiểu phát thải khí nhà kính. Mặt khác, BĐKH khiến cho thời tiết diễn biến bất thường, khắc nghiệt hơn và khó dự báo hơn trước đây đòi hỏi công trình phải có những điều chỉnh cần thiết. Một trong số đó là việc mùa hè thường nóng hơn và kéo dài hơn, khiến thời gian sử dụng các công cụ làm mát cơ học tăng lên, kéo theo việc sử dụng nhiều năng lượng hơn. Thách thức được đặt ra cho các nhà thiết kế kiến trúc là làm sao phải giảm mạnh năng lượng tiêu thụ trong công trình, đồng thời với việc vẫn đảm bảo tiện nghi sinh học cho con người.

Để giải quyết thách thức kép này, công tác dự báo là hết sức quan trọng. Trước đây, khí hậu của một địa phương thường được đánh giá và vận dụng vào trong thiết kế bằng các giá trị khí tượng lịch sử trung bình. Cách tiếp cận này đã được Victor Olgyay lần đầu tiên giới thiệu vào năm 1953 [2] và được sử dụng rộng rãi trong các giáo trình Kiến trúc sinh khí hậu, kiến trúc khí hậu.

Ngày nay, mọi chuyển đã có những thay đổi lớn. Cụ thể là khí hậu giờ đây được dùng để đánh giá hiệu quả năng lượng của công trình và hệ thống HVAC đi cùng. Ở khía cạnh này, phương pháp tiếp cận hiệu quả nhất là sử dụng các chương trình mô phỏng trên máy tính. Các chương trình thường phải có khả năng dự đoán năng lượng tiêu dùng của công trình trong trọn một năm và chi tiết đến từng giờ.

Để giảm bớt những ảnh hưởng của biến trình tự nhiên của thời tiết, Tổ chức Khí tượng Thế giới WMO định nghĩa khí hậu là quy luật diễn biến của thời tiết trong một khoảng thời gian 30 năm, trong khi các nhà thiết kế, KTS sử dụng dữ liệu thời tiết của một năm duy nhất cho mô phỏng. Do đó, điều quan trọng là năm được chọn phải tiêu biểu cho thời tiết trong một số năm (thường phải 20 năm trở lên). Một năm như vậy thường được gọi là Năm tham chiếu điển hình (Test reference year). Các phương pháp sử dụng để lựa chọn TRY là không giống nhau giữa các quốc gia (xem ví dụ CIBSE 2002 [4]); Tuy nhiên, mục tiêu là như nhau: xây dựng một tập hợp gồm thời tiết của 12 tháng là tiêu biểu của thời tiết trong quá khứ (thường là 20 năm). Điều này có nghĩa rằng một Năm tham chiếu điển hình TRY dường như không bao gồm các dạng thời tiết cực đoan và do đó, chỉ thích hợp để dự báo tiêu thụ năng lượng, nhưng không phù hợp với việc đánh giá hiệu quả hoạt động của các công trình trong điều kiện khắc nghiệt. Để khắc phục điều này cần một năm có chứa các thời kỳ nơi có nhiệt độ cao hơn so với trung bình. Hiện nay, nhiều nước đã có những cách khắc phục bằng cách sử dụng các Năm tham chiếu điển hình với thời tiết mùa hè rất nóng DSY (Design summer year – đặc trưng cho hiện tượng BĐKH).

2

Hình 2: Khí hậu Luân Đôn tại 3 lát cắt thời gian theo kịch bản biến đổi khí hậu UKCIP02 phát thải trung bình cao cho thấy tần suất xuất hiện các giá trị nhiệt độ cao ngày càng lớn (nguồn: [3]).

Đối với các thiết kế cần sự bền vững lâu dài, điều quan trọng là phải dự đoán được công trình sẽ hoạt động như thế nào trong suốt vòng đời của nó. Để làm điều này cần thiết phải có các dữ liệu khí hậu đại diện cho tương lai. Do đó, TRY cần thiết phải tính đến BĐKH bằng cách vi biến (morph) tiến trình BĐKH vào trong dữ liệu thời tiết bằng máy tính, sử dụng các kịch bản phát thải khác nhau ở các quốc gia. Ví dụ ở Việt Nam có kịch bản BĐKH do Bộ tài Nguyên Môi trường thực hiện năm 2009 ứng với 3 kịch bản phát thải: cao, trung bình và thấp (xem ví dụ Hình 2).

3.2 Những thay đổi trong quan niệm về tiện nghi sinh học và các cách tiếp cận mới nhằm giảm thiểu tiêu thụ năng lượng:

Các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng khi con người ít có cơ hội kiểm soát điều kiện môi trường sinh hoạt, tiện nghi nhiệt chỉ có thể đạt được trong một phạm vi nhiệt độ rất hẹp. Lý thuyết khởi xướng bởi cố Giáo sư người Đan Mạch – Povl Ole Fanger [4] – thường được vận dụng trong trường hợp này để xác định điều kiện tiện nghi và thiết lập chế độ làm mát công trình – thường quanh ngưỡng 25 ºC.

Thiết kế công trình tiết kiệm năng lượng lại có xu hướng thoát khỏi các điều kiện cố định và thường cho phép người sử dụng để có nhiều cơ hội kiểm soát môi trường trong công trình. Ví dụ một tòa nhà vận hành theo chế độ hỗn hợp sẽ hoạt động theo kiểu thông gió tự nhiên cho đến khi nào thấy cần thiết phải vận hành máy lạnh. Trong những công trình như vậy, nếu người ta có các “cơ hội thích nghi” họ sẽ cảm thấy tiện nghi trên một phạm vi rộng lớn hơn nhiều. Nhiệt độ mà con người cảm thấy tiện nghi thường cao hơn đáng kể (thường từ 2 đến 3 ºC) so với tiêu chuẩn mà Fanger đã đề xuất trước đó. Tiêu chuẩn của ASHRAE 55 dành cho công trình thông gió tự nhiên là một ví dụ [5], theo đó nhiệt độ mà con người cảm thấy tiện nghi tăng nếu nhiệt độ trung bình ngoài trời tăng (xem Hình 3).

Trong một nghiên cứu gần đây [6], tác giả phát hiện rằng phần lớn người Đông Nam Á cảm thấy hoàn toàn thoải mái ở 27.9 ºC, cao hơn hơn 2 ºC so với lý thuyết của Fanger đề xuất. Mối quan hệ được biểu diễn qua biểu thức 2'. Ví dụ, Hà Nội có nhiệt độ trung bình tháng Ba là 20°C, theo công thức trên, nhiệt độ tổng hợp tiện nghi tương ứng cho người Hà Nội trong tháng Ba là 25.7°C.

3

Hình 3: Các cách dự đoán nhiệt độ tiên nghi trong nhà theo nhiệt độ trung bình hàng tháng ngoài trời (của ASHRAE – trái) và (của tác giả dành cho khu vực Đông Nam Á – phải) (nguồn: [5] và tác giả)

Hình 4 biểu diễn dải nhiệt độ tiện nghị kiến nghi cho Hà Nội và TP HCM. Nhiệt độ trung bình tháng (trung bình của trung bình cực đại và trung bình cực tiểu) lấy từ Quy chuẩn Việt Nam QCVN 02: 2009/BXD. Độ rộng của dải tiện nghi thay đổi từ 5.0°C đến 3.2°C khi nhiệt độ trung bình tháng thay đổi từ 16.5°C đến 29.1°C (Nhiệt độ trung bình càng cao, bề rộng của dải tiện nghi càng thu hẹp). Qua đó có thể thấy trong muà nóng, công trình có thể được làm mát ở gần 29 °C cùng với các cơ hội thích nghi cho con người. Việc các công trình sử dụng điều hoà thiết lập chế độ làm mát 23 – 24°C mà bỏ qua các cơ hội thích nghi của người sử dụng là một sự lãng phí năng lượng và gây bất tiện nghi.

4

Hình 4: Dải nhiệt độ tổng hợp tiện nghi kiến nghị cho Hà Nội và TP HCM (nguồn: tác giả)

Tóm lại, về sự tiện nghi, thiết kế tiết kiệm năng lượng đòi hỏi phải xem xét cẩn thận về cách thức công trình được sử dụng. Nói một cách đơn giản, nếu có một yêu cầu bắt buộc về trang phục (ví dụ áo complet và cà vạt) và người sử dụng công trình không thể mở cửa sổ hoặc thay đổi môi trường quanh họ (quạt), thì sẽ rất khó để họ tiện nghi mà không cần điều hòa.

3. Những chiến lược và cách tiếp cận trong thiết kế thích ứng với BĐKH

Mục tiêu chính của thiết kế kiến trúc là nhằm tạo ra môi trường tiện nghi cho hoạt động của con người, chống lại các tác động bất lợi của thời tiết. Ngày nay công trình kiến trúc vừa phải thích ứng với các BĐKH, vừa phải góp phần hạn chế BĐKH thông qua việc cắt giảm năng lượng tiêu thụ. Để đáp ứng các yêu cầu đó, dựa trên các kết quả trước đây, chúng tôi đã nghiên cứu và đề xuất 22 chiến lược thiết kế thụ động cho công trình trong điều kiện khí hậu Việt Nam. Thiết kế thụ động (passive design) là một thuật ngữ dùng phổ biến trong thiết kế kiến trúc ở các nước phương Tây, để chỉ các giải pháp thiết kế (thông qua giải pháp quy hoạch, kiến trúc, cấu tạo, sử dụng vật liệu…) phù hợp với điều kiện tự nhiên và khí hậu của địa điểm xây dựng nhằm đảm bảo tối đa tiện nghi trong công trình xây dựng và sự vận hành của nó, đồng thời giảm thiểu việc sử dụng năng lượng để công trình có thể vận hành bình thường. Các giải pháp thiết kế thụ động hoàn toàn dựa vào các nguồn năng lượng có sẵn trong tự nhiên như gió, Mặt trời và các yếu tố thiên nhiên như cây xanh, mặt nước, đất. Các nghiên cứu của tác giả cho thấy chỉ riêng các giải pháp thiết kế thích ứng với khí hậu (một phần của thiết kế thụ động) cũng đã có thể giúp giảm lượng năng lượng tiêu thụ trong công trình tới 15% đến 30%, tùy thuộc vào vùng khí hậu [7]. Các lợi ích mà thiết kế thụ động mang lại bao gồm:

  • Đảm bảo tiện nghi sử dụng mà không dùng năng lượng hóa thạch,
  • Tạo ra môi trường sống gần gũi với thiên nhiên, tránh các bệnh do phòng đóng kín chạy điều hòa (sick building syndrome),
  • Tạo ra các loại hình kiến trúc mang sắc thái địa phương do phản ánh điều kiện tự nhiên và khí hậu của từng vùng,
  • Bảo vệ môi trường và tài nguyên, chống BĐKH.

Do đó thiết kế thụ động là giải pháp đáp ứng nhiều tiêu chí của phát triển bền vững, cần được khuyến khích và nhân rộng trong giới KTS. Hai mươi hai (22) chiến lược thiết kế thụ động được đề xuất bao gồm:

  • Cách nhiệt cho vỏ bao che,
  • Giảm hấp thu bức xạ mặt trời,
  • Sử dụng khối nhiệt trong nhà và thông gió đêm,
  • Sử dụng vỏ bao che mỏng nhẹ, cách nhiệt tốt,
  • Kiểm soát thời gian trễ của dòng nhiệt qua kết cấu,
  • Thông gió tự nhiên,
  • Tạo gió cục bộ và thông gió cưỡng bức bằng quạt,
  • Làm mát bằng bay hơi trực tiếp,
  • Làm mát bằng bay hơi gián tiếp,
  • Nhà âm trong lòng đất hoặc nhà mái đất,
  • Thông gió qua ống trao đổi nhiệt dưới đất,
  • Trữ nhiệt mặt trời bằng tường Trombe,
  • Vách kính hướng về xích đạo,
  • Phòng Mặt trời (Sunroom),
  • Bơm địa nhiệt (geothermal heat pump),
  • Xanh hóa không gian xung quanh công trình,
  • Chiếu sáng tự nhiên trực tiếp,
  • Chiếu sáng tự nhiên gián tiếp,
  • Chống chống đọng sương trên bề mặt kết cấu,
  • Chống ngập lụt,
  • Chống bão và gió lốc,
  • Che mưa, thu gom và tổ chức thoát nước mưa.

Trong một nghiên cứu công phu trên tập hợp một số ngôi nhà ở dân gian Việt Nam chúng tôi đã phát hiện ra các chiến lược ưu tiên mà cha ông chúng ta đã ứng dụng trong công trình như giới thiệu trong Hình 5.

5

Hình 5: Tần suất sử dụng của các giải pháp thiết kế thụ động ở Việt Nam (nguồn: tác giả)

6
Hình 6: Con đường tiến tới kiến trúc zero năng lượng (nguồn: tác giả)

Trong những năm gần đây, trong giới nghiên cứu đang đẩy mạnh các kỹ thuật nhằm biến công trình kiến trúc thành những đối tượng không sử dụng năng lượng có nguồn gốc hóa thạch (than, dầu, khí đốt…) và do đó không phát thải khí nhà kính gây BĐKH. Đó là những ngôi nhà zero năng lượng. Năng lượng thường được tạo ra tại chỗ thông qua một sự kết hợp giữa công nghệ sản xuất năng lượng như năng lượng mặt trời và gió, trong khi giảm thiểu việc sử dụng năng lượng công trình do sử dụng công nghệ  HVAC, chiếu sáng có hiệu quả cao. Hầu hết các tòa zero-năng lượng sử dụng lưới điện để lưu trữ năng lượng, nhưng một số độc lập với lưới điện. Mục tiêu công trình zero-năng lượng đang dần thực tế hơn khi các chi phí cho công nghệ khai thác năng lượng tái sinh giảm và chi phí nhiên liệu hóa thạch truyền thống tăng. Hình 6 giới thiệu một cách tiếp cận điển hình có tính khả thi nhằm đạt mục tiêu công trình zero năng lượng.

4.      Những công trình điển hình trong việc tích hợp các giải pháp thiết kế tiên tiến

Trong phần này, chúng tôi giới thiệu 3 công trình hiệu quả năng lượng điển hình cũng như các giải pháp cụ thể đã được sử dụng, một ở Anh, một ở Hoa Kỳ và còn lại ở Việt Nam.

  • London 2012 Velodrome, London, UK

London 2012 Velodrome là hạng mục nhà thi đấu xe đạp 6000 chỗ, nằm trong quần thể Công viên Olympic 2012 ở Luân Đôn. Nó được coi là biểu tượng của Công viên Olympic, không chỉ vì hình thức kiến trúc hoàng tráng và ấn tượng mà còn vì tính bền vững môi trường đặc biệt của nó. Công trình được trao giải của Viện kiến trúc sư hoàng gia Anh (RIBA), giải Thủ tướng 2011 cho công trình công cộng tốt nhất, Giải thưởng Công nghệ xây dựng Anh, Công trình của năm 2011 của tạp chí Architects’ Journal, và đặc biệt được chứng nhận BREEAM xuất sắc (công trình xanh ở Anh) ở giai đoạn thiết kế.

7

Hình 7: Chiến lược thông gió của công trình (nguồn: [8], http://www.dezeen.com)

Chiến lược thông gió tự nhiên là giải pháp quan trọng giúp công trình tiết kiệm năng lượng (xem Hình 7). Hình dáng công trình đã được tối ưu bằng mô phỏng CFD, giúp gió dễ dàng đi vào phía bên dưới và gió nóng bốc lên ra ngoài trên đỉnh. Hệ thống lam thông gió bằng gỗ được thiết kế khéo léo, hòa nhập với toàn bộ mặt đứng. Những chiến lược tiết kiệm năng lượng quan trọng khác bao gồm:

  • Khối nhiệt trong nhà và thông gió đêm thông qua hệ thống thông gió cơ khí, điều khiển bởi BMS (hệ thống quản lý công trình tự động), giúp cải thiện tiện nghi nhiệt mùa hè;
  • Vỏ công trình được cách nhiệt tốt (ví dụ, với cách nhiệt dày 300 mm, chỉ số dẫn nhiệt toàn phần của lớp mái chỉ là 0.15 W/m2.°C) [9];
  • Chất lượng hoàn thiện tốt giúp công trình rất kín khí (giúp tiết kiệm nhiệt sưởi mùa Đông), đạt mức rò chỉ 5m3/h.m2 khi chênh lệch áp suất trong ngoài là 50 Pascal;
  • Sử dụng loại đèn có hiệu suất sáng cao (66.7 – 104.4 lm/W, hiệu suất cao hơn cả đèn huỳnh quang) và điều khiển thông minh (phân vùng chiếu sáng, cảm biến người, cảm biến ánh sáng, lập trình chiếu sáng…);
  • Tạo điều kiện tối đa cho việc điều khiển các hệ thống kỹ thuật theo khu vực nhỏ (chiếu sáng, điều hòa, thông gió, sưởi…), giúp tắt hoặc giảm bớt nhu cầu năng lượng ở những chỗ không cần thiết;
  • Giảm thiểu tổn thất áp lực trên đường ống thông gió bằng cách giảm thiểu chiều dài (dùng tới 20 cụm AHU, mỗi cụm phụ trách một khu vực nhỏ thay vì chỉ 2 đến 4 AHU như bình thường);
  • Giảm tiêu thụ nước 40%, trong đó 20% do thiết bị tiết kiệm nước, 20% do thu nước mưa và sử dụng lại;
  • Chiếu sáng tự nhiên từ mái nhà rất hiệu quả;
  • Giám sát chất lượng thi công nghiêm ngặt;
  • Công trình được lắp đặt hệ thống đồng hồ đo dày đặc, giúp chủ đầu tư biết được mức tiêu hao tài nguyên của từng thiết bị tiêu thụ chính.

Công trình được thiết kế với rất nhiều giải pháp mô phỏng (mô phỏng gió, khí động học, chiếu sáng tự nhiên, năng lượng…), giúp đạt được hiệu quả năng lượng tối ưu.

8

Hình 8: Qua mô phỏng CFD, nhóm thiết kế điều chỉnh mái vểnh lên cao nhằm tạo áp lực gió lớn nhất (vùng màu đỏ – bố trí lỗ thông gió) trên bề mặt công trình, giúp tối ưu thông gió tự nhiên. Mô hình CFD cho thấy sự phân bố nhiệt độ tại các mặt cắt khác nhau (nguồn: [8])

9

Hình 9: Các kết quả nhiệt độ và vận tốc gió mô phỏng với CFX (nguồn: [8])

Kết quả so sánh với mục tiêu giảm thải quốc gia: Các kết quả mô phỏng ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật của London Velodrome so với mô hình của một công trình tiêu chuẩn được nêu trong Hình 10. So sánh cho thấy công trình này đã giảm 35% CO2, vượt mức yêu cầu 15% của mục tiêu quốc gia. Dự kiến công trình chỉ phát thải 45% CO2 so với công trình tiêu chuẩn (Hình 10).

91

Hình 10: Lượng phát thải CO2 của nhà thi đấu London Velodrome (dữ liệu từ [10, 8, 9])

So sánh lượng phát thải carbon của London Velodrome 2012 với các công trình Olympic khác (Hình 11) cho thấy đó là công trình phát thải ít nhất, thân thiện môi trường nhất. Sân vận động tổ chim Bắc Kinh 2008 là công trình kém thân thiện môi trường nhất do sử dụng quá nhiều thép cho vỏ bao che.

92

Hình 11: So sánh lượng phát thải carbon của các công trình Olympic (nguồn dữ liệu [11])

  • Ngôi nhà cây bền vững (The Sustainability Treehouse), Tây Virginia, Hoa Kỳ

Được hoàn thành vào năm 2013 tại Tây Virginia, The Sustainability Treehouse không chỉ là nơi gặp gỡ giao lưu của mọi người, mà còn là không gian tương tác giữa con người với tự nhiên. Đây là địa điểm lý tưởng dành cho những ai đam mê các chuyến dã ngoại, quan tâm đến các vấn đề môi trường và kiến trúc sinh thái. Bên cạnh đó, đây còn là “mái trường” góp phần giáo dục sự hiểu biết của chúng ta về cuộc sống tự nhiên và gợi nhớ về một thời xa xưa của cha ông, khi không gian sống được tổ chức dưới những tán rừng, trong những hang đá và trên những cành cây. Với chi phí đầu tư xây dựng khoảng 7,7 triệu USD, công trình đáp ứng các tiêu chí về quản lý và tái sử dụng các nguồn năng lượng tự nhiên, cùng hệ thống quản lý vận hành công trình hiện đại.

Cấu trúc độc đáo cao hơn 38m này được nâng đỡ bởi hệ thống khung thép, cho phép các bộ phận liên kết với nhau rất ngẫu hứng. Không gian trong nhà gồm các phòng trưng bày và lớp học, nơi giới thiệu cho khách tham quan về những giải pháp thiết kế bền vững, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc tận dụng lợi thế của khu vực. Các không gian bên ngoài được tổ chức thành các lối đi, bậc thang, và những khu vực nghỉ ngơi, giúp người tham quan trải nghiệm các cao độ khác nhau và đắm mình trong không gian thiên nhiên trong lành tinh khiết.

Lấy ý tưởng về “ngôi nhà của chim bồ câu”, The Sustainability Treehouse được thiết kế hòa mình dưới những tán lá của khung cảnh núi rừng. Sự che chắn của những vòm cây xung quanh khiến cho những vệt nắng in bóng trên nền nhà và mảng tường. Điều đặc biệt là tất cả các không gian đều được thiết kế nhằm cung cấp cho du khách góc nhìn chân thực nhất về cuộc sống tự nhiên.

The Sustainability Treehouse đã chứng minh tính hiệu quả của các giải pháp thiết kế tiết kiệm năng lượng khi tận dụng tối đa những lợi thế của khu vực: vỏ bao che được cách nhiệt hợp lý, tối ưu hóa phương vị công trình, khai thác hiệu quả ánh sáng tự nhiên, vật liệu địa phương có khả năng chống chịu thời tiết,… Ngoài ra, các giải pháp công nghệ cao như: sử dụng pin năng lượng mặt trời, tua-bin gió, và hệ thống địa nhiệt đã giúp giảm 69% năng lượng tiêu thụ (so với mô hình tiêu chuẩn của ASHRAE). Hơn 6,5 kW điện năng từ pin năng lượng mặt trời và 4 kW từ hệ thống năng lượng tua-bin gió giúp công trình gần như không dùng điện lưới. Công trình còn là một hình mẫu thành công về việc sử dụng và quản lý nước với toàn bộ lượng nước mưa được tích trữ và tái sử dụng một cách hiệu quả; và gần như không sử dụng nguồn nước của thành phố.

93

Hình 12: Đến với The Sustainability Treehouse để cảm nhận và học hỏi về thế giới tự nhiên nhìn từ trên cao. – Ảnh: Joe Fletcher.

  • Trường Mầm non Thế giới Xanh Pou Chen [12]

Các KTS của Võ Trọng Nghĩa Architects đã tạo một ngôi trường mẫu giáo với các không gian đầy hấp dẫn, nhưng kiến trúc vẫn đáp ứng hoàn hảo với các tiêu chí của xây dựng bền vững (Hình 13). Các nguyên tắc thiết kế thụ động đã được áp dụng triệt để, bao gồm mái trồng cây xanh hạn chế bức xạ, lam che nắng, thông gió và chiếu sáng tự nhiên. Bên cạnh đó, công trình còn sử dụng vật liệu tái chế, tái sử dụng nước, sử dụng bình nước nóng năng lượng mặt trời và các giải pháp bền vững khác. Công trình đã được trao chứng nhận Lotus bạc.

94

Hình 13: Toàn cảnh công trình từ trên cao (ảnh: VGBC)

Các chỉ số hiệu năng chính của công trình gồm: Giảm sử dụng 40% năng lượng; Giảm sử dụng 40% nước thông qua các thiết bị tiết kiệm nước; 70% diện tích tổng mặt bằng có thảm thực vật; 100% diện tích sử dụng có tầm nhìn ra bên ngoài; 90% diện tích sử dụng được thông gió tự nhiên; 100% nhu cầu tưới tiêu sử dụng nước tái chế; 80% diện tích sử dụng được chiếu sáng tự nhiên.

5.      Kết luận

Từ trước đến nay, giới KTS vẫn quen sử dụng phương pháp thiết kế dựa trên công năng (function-based design method) vốn đã và đang được áp dụng trong đào tạo KTS. BĐKH và các thách thức về môi trường đã và đang thúc đẩy mạnh mẽ các KTS và kỹ sư công trình hướng các thiết kế của mình theo hướng bền vững và hiệu quả năng lượng hơn trước. Đây là cách tiếp cận dựa trên hiệu năng (performance-based approach). Bài tham luận giới thiệu những thay đổi chính trong các vấn đề liên quan đến khí hậu và tiện nghi sinh học con người, qua đó đề xuất các chiến lược thiết kế nhằm thích ứng với BĐKH và nâng cao hiệu quả năng lượng công trình. Qua đây, tác giả muốn gởi gắm một thông điệp rõ ràng đối với lối suy nghĩ của giới KTS trong việc hành động có trách nhiệm hơn với môi trường; đó là vì nền Kiến trúc Việt Nam tiên tiến, góp phần bảo đảm một tương lai bền vững cho các thế hệ tiếp theo.

6.      Tài liệu tham khảo

[1] V. T. Phan and Đ. T. Ngo, “Biến đổi khí hậu ởViệt Nam: Một số kết quả nghiên cứu, thách thức và cơ hội trong hội nhập quốc tế,” Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Các Khoa học Trái đất và Môi trường, vol. 29, no. 2, pp. 42-55, 2013.
[2] V. Olgyay, Design with climate – Bioclimatic approach to architectural regionalism, New Jersey: Princeton University Press, 1963.
[3] M. J. Holmes and J. N. Hacker, “Climate change, thermal comfort and energy: Meeting the design challenges of the 21st century,” Energy and Buildings, vol. 39, no. 7, pp. 802-814, 2007.
[4] P. O. Fanger, Thermal comfort, Copenhagen: Danish Technical Press, 1970.
[5] ASHRAE, ASHRAE standard 55-2004: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy, Atlanta GA: ASHRAE, Inc., 2004.
[6] A. T. Nguyen, M. K. Singh and S. Reiter, “An adaptive thermal comfort model for hot humid South-East Asia,” Building and Environment, vol. 56, pp. 291-300, 2012.
[7] A. T. Nguyen, S. Reiter and P. Rigo, “A review on simulation-based optimization methods applied to building performance analysis,” Applied Energy, vol. 113, pp. 1043-1058, 2014.
[8] A. Harries, G. Brunelli and I. Rizos, “London 2012 Velodrome–integrating advanced simulation into the design process.,” Journal of Building Performance Simulation, vol. 6, no. 6, pp. 401-419, 2013.
[9] R. Arnold, C. Banister, A. Weir, D. Dabasia and D. Goodliffe, “Delivering London 2012: the Velodrome,” in Proceedings of the ICE-Civil Engineering, 2011.
[10] BBC, “London 2012 Olympics ‘to miss renewable energy target,” 2011.
[11] C. Wise, “An Amphitheatre for cycling: The design, analysis and construction of the London 2012 Velodrome,” The Structural Engineer, vol. 90, no. 6, p. 13, 2012.
[12] VGBC, “Dự án Lotus,” VGBC, 2015. [Online]. Available: http://www.vgbc.org.vn/index.php/du-an-lotus/004-NR-11-NC—Truong-Mam-non-The-gioi-Xanh-Pou-Chen-3. [Accessed 27 9 2015].

 

 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s