An ninh năng lượng và kiểm soát năng lượng công trình từ bước thiết kế

103

Trong khoảng vài năm trở lại đây, các phương tiện truyền thông trong nước cũng như quốc tế nói rất nhiều đến vấn đề tiết kiệm năng lượng và sử dụng năng lượng hiệu quả, kèm theo đó là việc cắt giảm khí thải gây hiệu ứng nhà kính. So với các nước tiên tiến thì việc thực hiện ở Việt Nam chưa có nhiều chuyển biến, nguyên nhân được cho là do những cản trở công nghệ và nguồn vốn đầu tư. Ngành kiến trúc cũng không phải là một ngoại lệ trong xu hướng chung.

chinatrust-ed05
Toà nhà Chinatrust Bank, Đài Loan

Đã từ lâu nay chúng ta vẫn đang tìm tòi để có một hướng đi riêng – một chủ đề hao tổn giấy mực mà dường như việc định hướng vẫn còn xa vời. Đây thực sự là một chủ đề mang tính mỹ thuật, lời giải không nằm trên những dữ liệu có thể cân, đo, đong, đếm được như con số, biểu đồ mà nằm trong giá trị thẩm mỹ, phụ thuộc vào cách cảm nhận của từng người, của từng vùng miền. Vậy thì lẽ nào những kiến trúc sư Việt của thế kỷ 21 lại nằm ngoài trào lưu chung của thế giới để mãi loay hoay đi tìm những thứ còn mơ hồ chưa có định hướng.

Tại Đại hội Kiến trúc sư năm 2009 diễn ra ở TP.HCM, Ông Trưởng Khoa Kiến trúc của trường ĐH Kiến trúc TPHCM đã phát biểu một bài rất dài về kiến trúc truyền thống Việt, có nhiều ví dụ đã được đưa ra để minh chứng cho việc cha ông chúng ta đã rất quan tâm đến vấn đề chiếu sáng, thông gió tự nhiên, làm mát… Bài nói chuyện đã nêu lên vai trò của kiến trúc là phục vụ tiện nghi và môi trường cho con người. Trở lại với sự phát triển của nền kiến trúc Việt hiện nay, lẽ nào chúng ta lại lao theo trào lưu thẩm mỹ (đã cũ) của thế giới mà dựng lên mỗi ngày một nhiều những tòa nhà bọc kính từ trên xuống dưới ko có lấy 1 tấm chắn nắng với điều hòa chạy suốt ngày đêm, đi ngược lại với chức năng chính của kiến trúc như đã đề cập ở trên. Những tòa nhà văn phòng như thế tiêu thụ năng lượng không thua kém gì một nhà máy. Lấy ví dụ rất đơn giản: một chiếc xe ô tô để dưới nắng khoảng 1h-2h không bật điều hòa, nhiệt độ trong xe có thể dễ dàng lên tới 40-50 độ C, 1 toà nhà bọc kính cũng không khác nhiều !!!

Toà nhà Chinatrust Bank, Đài Loan
Toà nhà Chinatrust Bank, Đài Loan

Hệ quả của việc này đã góp phần vào vấn đề lãng phí năng lượng của nước ta. Theo thống kê của AAA, Việt Nam đang tiêu dùng năng lượng gấp 2.5 lần những nước xung quanh và người dân đang cùng chia sẻ những buổi tối mùa hè nóng nực, mất điện trong tối tăm và oi bức. Đất nước đang phát triển mạnh và những toà nhà bọc kính đang được xây dựng với tốc độ chóng mặt, kèm theo đó là hàng loạt dự án nhà máy điện. Câu hỏi đặt ra là: Bao giờ cho đủ nhà máy điện? Một phần của câu trả lời là: Tới lúc những ý tưởng tiết kiệm điện được hiện thực hóa một cách triệt để bằng văn bản, bằng luật lệ, được như vậy sẽ góp phần giải quyết ổn thỏa bài toán phát triển mạnh đi đôi với cân bằng năng lượng.

Nhìn ra thế giới, các nước như Úc, Mỹ, Nhật, Tây Âu là những nước phát triển, đi tiên phong trong vấn đề tiết kiệm năng lượng, họ đang đặc biệt chú trọng đến tiết kiệm năng lượng trong mọi ngành nghề, trong đó có kiến trúc. Điều này được nhìn nhận và hiện thực hóa rất sớm – Ở Mỹ, vào khoảng những năm 70, trong khuôn khổ dự án hợp tác của Đại học Winsconsin và Đại học Colorado về ứng dụng năng lượng mặt trời, trường Wisconsin đã đóng góp một chương trình máy tính để dự đoán việc sử dụng năng lượng trong kiến trúc, song hành với nó là một ngôi nhà được xây ở Colorado nhằm mục đích thực hành, đo đạc và kiểm chứng các kết quả tính toán mô phỏng. Ngay sau đó một nghiên cứu sinh đã tận dụng chương trình này để thực hiện luận án tiến sỹ với việc chỉnh sửa để tạo ra chương trình mô phỏng hệ thống lưu nhiệt. Qua một quá trình phát triển hơn 25 năm, phần mềm có tên gọi là TRNSYS được hoàn thiện để tính toán và dự báo mọi vấn đề về nhiệt độ và năng lượng, khí thải CO2 trong kiến trúc. Hiện nay chương trình này được phân phối trên toàn cầu và đặc biệt được sử dụng rộng rãi tại các nước phát triển. Một ứng dụng điển hình là tính toán mô phỏng cho tòa nhà văn phòng của công ty hàng không vũ trụ châu Âu (EADS) tại Toulouse (Pháp), tiêu thụ năng lượng cho tòa nhà ở mức rất thấp (~35kWh/m2/năm) sai số so với tính toán vào khoảng 5%. Lý do sai số là do người sử dụng mở cửa sổ không hoàn toàn đúng với nguyên tắc hoạt động trong tính toán mô phỏng.

df_geo2

Chúng ta thấy gì ở ví dụ này? Điều đầu tiên là tầm nhìn, cách đây 40 năm họ đã nghĩ đến việc sử dụng và dự báo sử dụng năng lượng sao cho hiệu quả và chính xác. Thứ hai là sự kết hợp chặt chẽ giữa ứng dụng khoa học kỹ thuật trong thiết kế để tạo ra hiệu quả sử dụng tốt, kinh tế nhất và đảm bảo các tiêu chuẩn môi trường.

Quay trở lại với năm 2010, hiện nay các khóa học ngắn với mục đích bổ sung kiến thức về môi trường, về tối ưu hóa thiết kế, về tận dụng các điều kiện tự nhiên cho kiến trúc sư đang trở thành “mốt” và là một phần không thể thiếu trong chương trình đào tạo kiến trúc sư ở châu Âu, Mỹ. Tất cả những vấn đề này đều được kiếm soát bằng số liệu và biểu đồ cụ thể. Ở nước ta những điều này còn quá mới mẻ, vai trò của môn vật lý kiến trúc còn rất hạn chế, những kiến thức về môi trường được áp dụng trong thiết kế kiến trúc chỉ là kinh nghiệm và cảm tính, từ thông gió, cách nhiệt, chiếu sáng, âm thanh… Tuy vậy kinh nghiệm chỉ áp dụng hiệu quả cho những công trình đã từng làm và lặp lại vài lần. Vậy thì đối với những loại công trình mới, những tòa nhà chưa bao giờ thực hiện, cơ sở nào cho các kiến trúc sư thiết kế để đảm bảo các vấn đề về môi trường? Đây là một câu hỏi chưa có lời đáp.

Tòa nhà Viện hàn lâm Mont-Cenis tại Đức
Tòa nhà Viện hàn lâm Mont-Cenis tại Đức

Một phần hệ quả của cách làm này là các công ty kiến trúc Việt, kiến trúc sư Việt, kỹ sư Việt đang dần mất đi chỗ đứng. Những dự án quan trọng hầu hết đều yêu cầu có tư vấn thiết kế nước ngoài, đặc biệt trong kiến trúc và thiết kế M&E (Mechanical and Electrical – cơ điện). Tuy nhiên các công ty kiến trúc nước ngoài cũng có những vấn đề của riêng họ, không phải mọi công ty hoạt động ở Việt Nam đều có thể thực hiện đầy đủ những vấn đề của thiết kế, đặc biệt là các vấn đề liên quan đến ứng dụng khoa học kỹ thuật nhằm tạo ra môi trường hoạt động tốt cho con người nhưng vẫn đảm bảo được mục tiêu sử dụng năng lượng hiệu quả.

Vấn đề đầu tiên nên đề cập đến là vấn đề năng lực thiết kế. Một số công ty nước ngoài ở Việt Nam thường chỉ có một đến ba người là kiến trúc sư nước ngoài phụ trách và dẫn hướng ý tưởng, vấn đề triển khai công việc sẽ được thực hiện bởi kts Việt nam. Nhưng 1 đến 3 người kiến trúc sư thì không thể bao quát hết mọi việc, đặc biệt là các công trình lớn thường cần đội ngũ mạnh ở nhiều lĩnh vực. Những công ty này về thực chất, sử dụng chất xám Việt là nguồn lực chính, giả sử nếu có một Ban quản lý dự án hiểu biết sâu về nhiều vấn đề chuyên môn chất vấn thiết kế, M&E, môi trường thì họ sẽ phải xin hỗ trợ, có thể từ nước ngoài hoặc thuê trực tiếp trong nước. Giải pháp thuê tư vấn nước ngoài luôn luôn là một phương án đắt đỏ, vì thế những vấn đề phức tạp, đặc biệt là về môi trường, M&E lại được thực hiện bởi các công ty Việt.

Ngôi nhà thụ động ở Darmstadt Kranichstein được xây dựng năm 1990/91 bởi các kiến trúc sư Bott, Ridder, Westermeyer
Ngôi nhà thụ động ở Darmstadt Kranichstein được xây dựng năm 1990/91 bởi các kiến trúc sư Bott, Ridder, Westermeyer

Một hình thức công ty nước ngoài khác xuất phát từ những tập đoàn đã có lịch sử, uy tín từ các nước phát triển. Họ đến Việt nam ở thời điểm này một phần vì lợi nhuận, một phần muốn hiện diện và tạo dựng uy tín trong khu vực. Công việc được thực hiện tại trụ sở chính ở nước ngoài hoặc chuyên gia từ nước ngoài thường xuyên bay sang làm việc với nhân viên tại Việt Nam. Đặc điểm của những công ty này là thiết kế phí cao và rất cao, ít mặn mà với những công trình nhỏ. Tuy nhiên chất lượng thế kế tốt nếu như …
Vâng, ở đây có một chữ “nếu như”, đây là một điểm dừng quan trọng mà các đơn vị quản lý dự án và chủ đầu tư cần nhận rõ. Các dự án sẽ tốt hơn nếu chủ đầu tư cho tư vấn thiết kế đủ thời gian cũng như các yêu cầu cụ thể về hiệu quả năng lượng và bền vững môi trường, theo xu hướng toàn cầu. Thực trạng hiện nay trong thiết kế kiến trúc tại Việt nam là sau khi kết thúc một cuộc thi , chủ đầu tư chọn ra một phương án và thúc giục đơn vị thiết kế làm thật nhanh để có thể sớm đưa ra công trường. Đôi khi một công trình lớn cỡ tháp đôi Vincom được yêu cầu làm thiết kế cơ sở trong vòng 1 tháng, trong khi đó ở Nhật giai đoạn này được thực hiện trong 1 năm. Cách làm này chỉ tốt khi ta quan niệm thiết kế kiến trúc đơn giản là dây chuyền công năng và thẩm mỹ, hoàn toàn không còn thời gian cho việc thiết kế ứng dụng vật liệu, thiết bị mới, tính toán đánh giá hiệu quả cụ thể các phương án vật liệu, lắp đặt thiết bị, tấm che nắng… xa hơn nữa là năng lượng gió, năng lượng mặt trời, địa nhiệt…

Vincom Center – TPHCM
Vincom Center – TPHCM

Về cơ bản, hai chủ đề bền vững môi trường và hiệu quả năng lượng khi được nghiên cứu sâu sẽ có nhiều tính toán phức tạp về khoa học kỹ thuật, nhưng kết quả cuối cùng lại đơn giản và liên quan trực tiếp đến vấn đề tài chính. Kết quả cần thiết của một nghiên cứu sâu trong thiết kế kiến trúc và năng lượng chính là chi phí đầu tư và chi phí vận hành, bảo dưỡng công trình, kết hợp với doanh thu dự kiến sẽ tính ra được hiệu quả kinh doanh dài hạn (ở đây không tính đến trường hợp thiết kế nhà ở để bán). Những tính toán dài hạn dạng này được gọi là tính toán vòng đời sản phẩm (life cycle cost – LCC). Đây chính là những con số mà chủ đầu tư và ban quản lý dự án nên đề nghị tư vấn thiết kế đưa ra và rất nên đòi hỏi số liệu cho vài trường hợp nghiên cứu khác nhau. Ví dụ, sau khi đã chọn ra được phương án thiết kế sơ bộ thì cần nghiên cứu đánh giá các loại tường cách nhiệt khác nhau, các giải pháp kính khác nhau, có và không có tấm che nắng, tấm che nắng có độ vươn dài và mật độ khác nhau – tất cả những điều này đều ảnh hưởng tới chi phí đầu tư thiết bị và chi phí hoạt động. Thực chất chỉ có các công ty tư vấn đủ mạnh và làm việc trách nhiệm mới đưa được ra kết quả bằng số liệu và biểu đồ cụ thể, đặc biệt với những trường hợp thay đổi đơn giản nhưng nhạy cảm và hiệu quả như thay đổi giải pháp che chắn nắng.

Nhà hát Esplanade (Singapore)
Nhà hát Esplanade (Singapore)

Các công ty trong nước khi thuê tư vấn thiết kế nước ngoài với giá cao mà không đòi hỏi những tính toán sâu nêu trên thì thực chất đó là những cuộc mua bán đắt đỏ và lãng phí. Lãng phí về tiền bạc là một phần, phần quan trọng hơn là lãng phí sự tiến bộ trong ứng dụng khoa học kỹ thuật mà lẽ ra chúng ta đáng được hưởng. Điều này tạo nên một thói quen khiến cho nền kiến trúc trong nước rất khó tạo nên sự cạnh tranh chất xám cũng như ảnh hưởng không tốt đến sự phát triển lâu dài.

Hiện nay các công ty tư vấn thường xuyên phải làm việc gấp rút để đáp ứng yêu cầu tiến độ đưa ra công trường của chủ đầu tư. Dù tư vấn thiết kế có năng lực cũng không đủ thời gian để nghiên cứu cộng với việc chủ đầu tư không yêu cầu đưa ra những số liệu tính toán cụ thể cho những giải pháp tiết kiệm khác nhau. Lẽ đương nhiên như vậy đơn vị thiết kế sẽ không thực hiện bước tính toán những số liệu về môi trường và năng lượng, không cần nghiên cứu các giải pháp cắt giảm chi phí thiết bị và chi phí hoạt động. Đây là thiếu sót lớn trong công tác quản lý và giám sát thiết kế. Đó chính là điều mà ban quản lý dự án và chủ đầu tư nên kiểm soát để tránh chi phí đầu tư thiết bị, chi phí vận hành công trình bị đẩy lên cao dẫn đến tình trạng đầu tư xây dựng kém hiệu quả về lâu dài. Về phía quản lý đô thị và cấp phép xây dựng cũng nên thiết lập các tiêu chuẩn tiêu thụ năng lượng và quy định thời gian nghiên cứu, nộp hồ sơ theo từng giai đoạn thiết kế phù hợp với quy mô và chủng loại công trình. Như vậy mới dần góp phần đưa đất nước ra khỏi tình trạng thiếu điện như hiện nay.

Nhà hát Esplanade (Singapore)
Nhà hát Esplanade (Singapore)

Hiện tại một tổ chức nước ngoài – VGBC (Vietnam Green Building Council) đang lập hệ thống tiêu chuẩn công trình xanh cho riêng Việt Nam, có sự tham khảo từ các tiêu chuẩn nước ngoài. Nhưng rồi sớm hay muộn chúng ta cũng sẽ phải trả tiền cho việc thẩm định và đánh giá này, vậy thì tại sao lại không tự bắt tay thực hiện dưới dạng quy chuẩn quốc gia?

Tới đây xin dẫn một ví dụ mà giai đoạn nghiên cứu môi trường làm thay đổi kiến trúc: công trình nhà hát Esplanade nổi tiếng được gọi nôm na là “quả sầu riêng” của Singapore. Ban đầu công trình này được thiết kế như 2 khối thủy tinh, sau khi có các kết quả tính toán về môi trường và tiêu thụ năng lượng thì lớp gai phía ngoài có tác dụng che nắng được bổ sung thêm. Các tính toán này được thực hiện bởi đội ngũ kts và kỹ sư của Atelier Ten (Anh quốc). Tuy nhiên đến giai đoạn hiện nay thì các kts đào tạo ở các nước phát triển đã được trang bị tốt hơn các kiến thức về môi trường cũng như các công cụ để tự đánh giá thiết kế trước khi chuyển giao cho kỹ sư. Như vậy sẽ tránh được thay đổi thiết kế, tránh sự khắc phục chắp vá giữa kts và kỹ sư vì 75% công trình và hiệu quả của nó nằm ngay trong những nét vẽ đầu tiên.

Để kết thúc bài viết, thiết nghĩ quá trình đào tạo KTS ở nước ta nên có những điều chỉnh cho phù hợp, theo kịp xu hướng của thế giới. Như vậy cũng là dần đưa kiến trúc về đúng với vị thế mà cha ông đã đặt cho nó là tạo môi trường hoạt động tốt cho con người. Biết đâu trong quá trình tìm tòi và tối ưu hóa các thiết kế theo hướng này chúng ta lại tìm ra một thứ gì đó là biểu hiện, là bản sắc, là ngôn ngữ đặc trưng có tính kết hợp giữa kiến trúc Việt truyền thống và hiện đại.

Mọi thảo luận và chi tiết xin liên hệ : [email protected]
KTS Trần Thành Vũ (Công ty Kume Design Asia)

Nguồn kientruc102.com