Chiến lược kiến trúc xanh cho các công trình vừa và nhỏ

2388

Phần lớn chứng chỉ xanh xuất hiện tại các dự án có mức đầu tư lớn, đặc biệt với các chứng chỉ đã khẳng định đẳng cấp quốc tế như LEED, HQE và trong nước như Lotus. Như vậy, những công trình vừa và nhỏ đang ở đâu? Trường hợp không áp dụng toàn bộ hệ thống chứng chỉ xanh, kiến trúc sư và chủ nhà chỉ áp dụng một vài yếu tố xanh thì nên tập trung vào yếu tố nào? Và câu hỏi mà có lẽ kiến trúc sư thường gặp nhất từ phía chủ nhà: “Tôi và gia đình sẽ được gì khi ứng dụng các yếu tố xanh trong thiết kế”?

Khoảng 10 năm trở lại đây, công trình xanh ngày càng nhận được sự quan tâm tích cực từ phía xã hội, hàng loạt hệ thống cấp chứng chỉ xanh xuất hiện trên thị trường, như LEED, Lotus, Cerway HQE, Edge, Chứng chỉ xây dựng xanh của hội môi trường xây dựng VN, Chứng chỉ kiến trúc xanh của hội kiến trúc sư Việt Nam…

Phần lớn chứng chỉ xanh xuất hiện tại các dự án có mức đầu tư lớn, đặc biệt với các chứng chỉ đã khẳng định đẳng cấp quốc tế như LEED, HQE và trong nước như Lotus. Như vậy, những công trình vừa và nhỏ đang ở đâu? Trường hợp không áp dụng toàn bộ hệ thống chứng chỉ xanh, kiến trúc sư và chủ nhà chỉ áp dụng một vài yếu tố xanh thì nên tập trung vào yếu tố nào? Và câu hỏi mà có lẽ kiến trúc sư thường gặp nhất từ phía chủ nhà: “Tôi và gia đình sẽ được gì khi ứng dụng các yếu tố xanh trong thiết kế”?

Để thuyết phục chủ đầu tư công trình cỡ vừa và nhỏ đồng lòng tham gia vào phương án thiết kế có yếu tố xanh (không nhất thiết phải có chứng chỉ), kiến trúc sư cần chỉ ra lợi ích “sát sườn” của chủ đầu tư cho từng trường hợp cụ thể. Do vậy cách tiếp cận với công trình nhỏ và vừa sẽ khác công trình lớn để có thể đưa yếu tố xanh đi thẳng vào cuộc sống.

Một số kiến trúc sư đã trải qua quá trình nghiên cứu lâu dài về vi khí hậu, qua đó nắm rõ được các vấn đề liên quan giữa tính bền vững của công trình với môi trường xung quanh. Nhờ vậy mà đã thực hành thiết kế bền vững như là tiêu chí tự nhiên trong các sản phẩm của họ. Các cảm nhận và đánh giá tích cực của chủ nhà về độ tiện nghi, sự dễ chịu mà công trình có yếu tố xanh đem lại chính là món quà lớn nhất đối với kiến trúc sư, và cũng là “cái chất” cốt lõi để các yếu tố xanh có thể lan tỏa sâu rộng hơn trong xã hội.

Trong khuôn khổ một bài viết mang tính khoa học, không thể đơn giản chỉ trích dẫn những lời nhận xét của những người chủ nhà từng sống trong các công trình có yếu tố xanh. Việc minh chứng bằng các số liệu có tính khoa học là cần thiết và khi các số liệu tính toán dự báo khớp với các số liệu đo đạc thực tế, thì tiềm năng cho việc tính toán các công trình còn đang thiết kế là rất lớn. Từ đây có thể mở ra một hướng đi mới trong thiết kế nhà ở hay công trình nhỏ. Đối với công trình trung bình, chi phí sử dụng năng lượng sẽ là mối quan tâm tiếp theo vì khi đó công trình vừa là nhà ở, vừa là nhà cho thuê. Tất cả những vấn đề này sẽ được dự báo bằng số liệu thay vì chỉ là ước đoán theo kinh nghiệm như trước đây.

Xin được giới thiệu 1 vài công trình được lồng ghép các yếu tố xanh tại Việt Nam

Các công trình lồng ghép yếu tố xanh

1 – Nhà ở kết hợp văn phòng –Công trình đã xây dựng
Ảnh công trình và ảnh mô hình tính dự báo môi trường

Đây là công trình vừa là nhà ở tại tầng 1 và tầng 2 được sử dụng như văn phòng. Công trình được thiết kế với tiêu chí passive house, tức là dạng nhà hoàn toàn không sử dụng thiết bị làm mát hay sưởi. Kiến trúc sư chủ yếu sử dụng vật liệu địa phương, có sẵn, trải qua ít các quá trình chế tạo cần sử dụng nhiều năng lượng.

Cấu tạo hệ cửa tầng 1 và tầng 2

Việc vận hành công trình một cách hợp lý để đảm bảo tiện nghi trong nhà cũng là một yếu tố rất quan trọng, vì vậy kiến trúc sư, cũng chính là chủ nhà hướng dẫn gia đình biết cách điều chỉnh hệ thống cửa cho phù hợp với điều kiện tiết. Cách vận hành này cũng cần được đưa vào trong quá trình tính mô phỏng, ngắn gọn như sau:

  1. a) Cửa tầng 1: Nhiệt độ bên ngoài nằm trongkhoảng 17-33 thì mở hoàn toàn các khe gió
  2. b) Cửa tầng 2: Phần kính ở trên, khi nhiệt độ bên ngoài vượt quá 32oC thì sẽ kéo màn chắn.
  3. c) Phần thông gió cửa sổ thấp tại tầng 2: Mở cửa trong khoảng 17-30oC. Khi nhiệt độ ngoài cao hơn 30oC và nhiệt độ bên trong cao hơn bên ngoài thì sẽ mở cửa.

Kết quả tính

Nhiệt độ cả năm trong phòng khách (tím đỏ) và nhiệt độ thời tiết bên ngoài (đỏ)
Nhiệt độ trong phòng khách và nhiệt độ bên ngoài, tháng 1
Nhiệt độ trong phòng khách và nhiệt độ bên ngoài, tháng 7

Nhiệt độ trong tháng 1, tháng lạnh nhất, bên ngoài có thể xuống tới gần 7oC, nhiệt độ trong nhà khoảng 14oC

Nhiệt độ trong tháng 7, tháng nóng nhất, nhiệt độ bên ngoài 37oC, trong nhà khoảng 33oC.

Đây là khảo sát nhiệt độ trung bình trong phòng, khi khảo sát chi tiết phân bổ nhiệt độ bằng cách sử dụng CFD (tính toán động lực học dòng khí) tại thời điểm nóng nhất trong năm cho thấy, tại các vị trí giáp cửa bên ngoài nhiệt độ cao hơn, nhiệt độ không khí trong phòng chỉ rơi vào khoảng 30-31oC. Các bề mặt bê tông khá mát, 28oC. Do vậy nhiệt độ cảm nhận thực tế sẽ ở mức trung bình của 2 khoảng trên và chỉ cần có quạt nhỏ là đủ đảm bảo tiện nghi trong nhà.

Chi tiết phân phối hiệt độ trong phòng tính bằng CFD
Nhiệt độ trong phòng ngủ và nhiệt độ bên ngoài
Nhiệt độ trong phòng ngủ và nhiệt độ bên ngoài, tháng 7
Chi tiết phân phối nhiệt độ trong phòng tính bằng CFD

Tương tự như vậy, trong phòng ngủ tầng 1, bạn đọc có thể thấy rõ hơn nhiệt độ cao được phân phối chủ yếu ở phía tường ngoài và lớp không khí tại khu vực cửa, nhiệt độ trong phòng khoảng 29.2oC, đủ tạo ra vi khí hậu dễ chịu chỉ với 1 quạt nhỏ.

  1. Nhà ở cao cấp – Nghiên cứu khả năng xây dựng nhà ở zero energy tại tp.HCM

Đây là công trình nhà ở cao cấp, có suất đầu tư cao và dự kiến trở thành công trình zero enegy, quá trình nghiên cứu thực hiện diễn ra khá thuận lợi về mặt phối hợp thiết kế giữa các đơn vị. Kết quả nghiên cứu ban đầu cũng rất khả thi về mặt năng lượng. Một vài giải pháp đơn giản ban đầu đã cho thấy công trình đạt tới mức năng lượng của công trình passive (dưới 15 kWh/m2.năm), kết quả đạt được 4.75 kWh/m2.năm. Do các nguyên nhân khác, nằm ngoài quá trình thiết kế mà quá trình nghiên cứu sâu, cũng như triển khai thi công đã tạm dừng. Nhưng về mặt chuyên môn, nhóm thiết kế cho rằng thực hiện nhà ở tư nhân tới 8 tầng đạt zero energy không phải là quá khó để thực hiện tại Việt Nam.

Để đạt mục tiêu Net Zero Energy, một chiến lược thích hợp cho giai đoạn thiết kế là rất cần thiết, các chiến lược được vạch ra ban đầu bao gồm những điểm sau:

– Độ trễ nhiệt của khối tường nặng được tận dụng nhằm làm mát cho thời điểm nóng ban ngày

– Xem xét sử dụng địa nhiệt trong trường hợp khối nhiệt và cách nhiệt không đáp ứng đủ nhu cầu tiện nghi. Không khí đi vào nhà sẽ được dẫn dưới đất nhằm trao đổi nhiệt trước khi đi vào nhà

– Kính hộp Low-g, cách âm cách nhiệt:  Các công trình tại VN chủ yếu sử dụng kính low-g cấp thấp, khó đảm bảo tiện nghi, chỉ kính low-e cao cấp mới cản bức xạ nhiệt hiệu quả nhưng vẫn cho nhiều ánh sáng nhìn thấy xuyên qua.

– Đóng mở cửa và chớp che nắng tự động: Các thành phần điều khiển thông minh sẽ được lập trình dựa trên kết quả tối ưu hóa khi mô phỏng năng lượng với nhiều kịch bản vận hành khác nhau

– Phát điện gió từ thiết bị Maglev: Thiết bị phong điện thế hệ mới sử dụng trục quay đứng có đệm từ nên vận hành với hiệu suất rất cao do hầu như không có ma sát trục quay

– Hệ thống pin mặt trời: Tận dụng tối đa năng lượng từ mặt trời và số giờ nắng cực cao tại tp.HCM để tạo ra điện năng, có thể kết hợp với hệ thống quay chỉnh hướng

– Hệ thống chiếu sáng tiên tiến: Sử dụng hệ thống đèn LED chất lượng cao để chiếu sáng. Hệ thống này kết hợp với cảm biến và điều khiểnthông minh nhằm tối ưu hóa chiếu sáng, tối thiểu sửdụng điện

– Quạt trần điều khiển tự động: Giải pháp đơn giản, nhưng hiệu quả cao để đảmbảo tiện nghi sử dụng

– Hệ thống điều hòa nhỏ có hiệu suất cao, có kết hợp với hệ đun nước nóng

Mô hình tính dự báo nhiệt và năng lượng

Ngay từ quá trình nghiên cứu ban đầu với các dạng cách nhiệt khác nhau, phối hợp với khối nhiệt đã cho thấy nhiệt độ bên trong nhà (với thiết lập không dùng điều hòa) có sự điều chỉnh rất rõ ràng.

Nhiệt độ tại tầng 6, phòng ngủPhòng thư viện tại tầng 6 có sự thay đổi nhiệt độ rõ ràng khi tận dụng cách nhiệt và khối nhiệt. Khi không cách nhiệt như cách xây dựng thông thường, nhiệt độ cao nhất trong phòng là 34.8 C, lần lượt áp dụng kiểu 1 và 2 trong tính toán, nhiệt độ thay đổi lần lượt xuống 33 và 30.7oC. Kiểu 2 là cách nhiệt nhưng đồng thời tận dụng khối nhiệt. Các tính toán sâu hơn bằng CFD cho thấy nhiệt độ không khí trong phòng rơi vào khoảng 29oC

Nhiệt độ tại tầng 3,thư viện
Khảo sát CFD phòng thư viện

Tầng 3, phòng thư viện có nhiệt độ cao nhất trong năm hạ từ 36.2 tới 32.2oC, khảo sát CFD cho thấy nhiệt độ không khí rơi vào khoảng 31.5oC

Tương quan sử dụng năng lượng và tiềm năng năng lượng tái tạo được thể hiện ở hình bên dưới, công trình có mức sử dụng điện khoảng 4.75 kWh/m2.năm là mức đủ thấp để nghiên cứu sâu hơn nhằm tiến tới công trình zero energy.

Tương quan sử dụng năng lượng
Tiềm năng về năng lượng tái tạo khi lắp đặt PV và turbine gió

Kết luận

Với những công trình lớn, công trình công cộng dạng văn phòng, khách sạn, bệnh viện…chi phí vận hành sẽ là số tiền lớn, nên khi tư vấn tính toán vấn đề này thường nhận được sự quan tâm đúng mức và chủ đầu tư có sự cân nhắc đầu tư lớn hơn cho thực hành tiết kiệm năng lượng.

Đối với hạng mục nhà ở vừa và nhỏ, việc công trình đạt chứng chỉ xanh hay không thường không phải là mối quan tâm của chủ nhà do giá điện ở Việt Nam thấp, đầu tư vào năng lượng tái tạo và thiết kế giảm sử dụng năng lượng thường có thời gian thu hồi vốn rất dài. Vì vậy vận động thiết kế công trình tiết kiệm năng lượng để giảm khoảng 500 000 đồng hay ngay cả 2 000 000 đồng mỗi tháng khó có thể đưa chủ đầu tư đến với các yếu tố xanh trong thiết kế. Tuy vậy, quay trở lại câu hỏi ban đầu, lợi ích “sát sườn” của chủ nhà khi thiết kế công trình có yếu tố xanh là gì: Đó là tiện nghi nhiệt.

Việc một công trình không có cách nhiệt và cách nhiệt tốt giảm nhiệt độ từ 35oC xuống đến dưới 30oC vào thời điểm nóng nhất trong năm sẽ làm cho giá trị của công trình tăng vọt, nhưng không dễ gì định giá được giá trị này. Chỉ có những người thực sự đã sống, đã trải nghiệm những công trình này mới có thể hiểu giá trị của nó.

Không phải tự nhiên người Việt Nam vẫn rất yêu những ngôi nhà người Pháp thiết kế và xây tại Đông Dương từ thời thuộc địa. Nhưng mấy người được trải nghiệm cảm giác sống trong đó ra sao, cảm giác mát “âm” ở trong nhà khi ngoài trời nóng “đổ lửa” luôn luôn gây ấn tượng với những ai đã từng thử. Nó hoàn toàn khác với cảm giác khi sử dụng điều hòa trong nhà nhiều cửa kính với tường mỏng. Cảm giác này chỉ có thể có được khi các bề mặt tường bên trong của công trình đủ mát, nhiệt bức xạ từ bề mặt da truyền thẳng tới bề mặt tường. Tiếc là việc thiết kế những công trình kiểu Pháp tại Đông Dương mới chỉ dừng lại ở việc nhái lại hình thức, còn giá trị lớn nhất là tiện nghi nhiệt thì khó thực hiện hơn nhiều. Việc này xảy ra vì nhiều nguyên nhân, mà nguyên nhân đầu tiên là do giá đất cao, khó có thể xây tường dày tới 600mm thậm chí 800mm như trước đây … Với công nghệ và kỹ thuật mới, việc giảm độ dày nhưng đảm bảo mát cho bề mặt tường là khả thi, giống như trường hợp phòng ngủ tầng 6 của ví dụ 2 cho thấy vào thời điểm nóng nhất trong năm nhiệt độ phòng giảm từ 34.8 xuống 30.2oC, tính toán chi tiết với CFD cho thấy chỉ là 29oC trong nhà.

Xã hội càng phát triển thì nhu cầu của con người càng cao, việc thiết kế nhà ở đi kèm với các yếu tố xanh chỉ có thể thực hiện thông qua việc đưa tiện nghi sống của chủ nhà lên hàng đầu, cũng nhờ đó mà giảm sử dụng năng lượng cho gia đình. Thực hiện được mỗi ngày một nhiều, mỗi kiến trúc sư góp 1 chút trên diện rộng sẽ góp phần giảm phát thải CO2 và giảm nhu cầu xây dựng nhà máy điện trên quy mô quốc gia, có như vậy mới có thể giữ được cam kết với quốc tế về giảm phát thải vì thực chất năng lượng cấp cho nhà ở tại Việt Nam chiếm tới 90% sản lượng của lĩnh vực năng lượng công trình.

Trần Thành Vũ