KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG - ENERGY EFFICIENT ARCHITECTURE VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀO CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH [PDF]

Zitiervorschau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HỒ CHÍ MINH -----NGUYỄN LÊ MINH QUÂN

KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG - ENERGY EFFICIENT ARCHITECTURE VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀO CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC

TP. HỒ CHÍ MINH - 2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HỒ CHÍ MINH -----NGUYỄN LÊ MINH QUÂN

KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG - ENERGY EFFICIENT ARCHITECTURE VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀO CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành: KIẾN TRÚC Mã số: 8.58.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.KTS. TRƯƠNG THANH HẢI

TP. HỒ CHÍ MINH - 2019

MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................1 2. Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan đến đề tài ........................3 3. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................4 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................5 5. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................6 PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀ CTCC TẠI TP.HCM 1.1 TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG ........7 1.1.1 Khái niệm .................................................................................7 1.1.2 Bối cảnh và sự hình thành ........................................................8 1.1.3 Mục tiêu, ý nghĩa và vai trò của KTHQNL trong việc định hướng kiến trúc ........................................................................9 1.1.4 Các công trình kiến trúc tiêu biểu ..........................................13 1.2 TỔNG QUAN VỀ CTCC TẠI TP.HCM ..........................................15 1.2.1 Khái niệm và phân loại CTCC ...............................................15 1.2.2 Nguyên tắc thiết kế và một số giải pháp tổ hợp “không gian – mặt bằng” CTCC ....................................................................18 1.2.3 Một số đặc điểm tiêu biểu của CTCC ....................................20 1.2.4 Các xu hướng kiến trúc cho CTCC hiện nay .........................21 1.3 TÌNH HÌNH THỰC TIỄN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TRÊN THẾ GIỚI TẠI VIỆT NAM VÀ TP.HCM .........................................................23 1.3.1 Trên thế giới ...........................................................................23 1.3.2 Tại Việt Nam ..........................................................................24 1.3.3 Tại TP.HCM ...........................................................................25 1.3.4 Đánh giá và nhận xét việc ứng dụng thực tiễn .......................27

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ..................................................................28 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀO CTCC TẠI TP.HCM 2.1 CÁC YẾU TỐ VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI, CƠ CHẾ CHÍNH SÁCH CHIẾN LƯỢC, KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT TẠI TP.HCM ...............................................................29 2.1.1 Yếu tố điều kiện tự nhiên .......................................................29 2.1.2 Yếu tố kinh tế - xã hội ............................................................30 2.1.3 Yếu tố cơ chế chính sách chiến lược ......................................33 2.1.4 Yếu tố khoa học công nghệ kỹ thuật ......................................34 2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VIỆC ỨNG DỤNG TẠI TP.HCM ..........................................35 2.2.1 Vật lý kiến trúc .......................................................................35 2.2.2 Các hệ thống đánh giá kiến trúc hiệu quả năng lượng tiểu biểu trên thế giới và Việt Nam.......................................................39 2.2.3 Quan niệm và các xu hướng phát triển của kiến trúc hiệu quả năng lượng .............................................................................43 2.2.4 Những kinh nghiệm truyền thống trong xử lý kiến trúc hiệu quả năng lượng.......................................................................49 2.2.5 Các tiêu chí của kiến trúc hiệu quả năng lượng .....................53 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ..................................................................56 CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TẠI TP.HCM 3.1 CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG............................................................58 3.1.1 Về quy hoạch, kiến trúc ..........................................................58 3.1.2 Về vật liệu xây dựng, vận hành và quản lý thiết bị kỹ thuật ..60 3.2 CÁC GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TẠI TPHCM .................................................61

3.2.1 Giải pháp Quy hoạch tổng thể ................................................61 3.2.2 Giải pháp Kiến trúc ................................................................63 3.2.3 Giải pháp Kỹ thuật – Công nghệ về vật liệu, quản lý và vận hành để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng ................................71 3.2.4 Giải pháp cây xanh .................................................................73 3.3 GIẢI PHÁP BẰNG PHẦN MỀM ĐỂ MINH CHỨNG SỰ HIỆU QUẢ CỦA KTHQNL (Phần mềm ECOTECT) ...............................75 3.3.1 Sự cần thiết của việc sử dụng phần mềm để chứng minh sự hiệu quả và giới thiệu phần mềm ECOTECT ................................75 3.3.2 Tính năng và sự hiệu quả trong phần mềm ECOTECT .........76 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ..................................................................78 PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận ...............................................................................................79 2. Kiến nghị .............................................................................................80 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC 1. Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt Tài liệu nước ngoài Tài liệu Internet 2. Phụ lục

GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ CÓ LIÊN QUAN VÀ VIẾT TẮT A. Các thuật ngữ liên quan Để hiểu rõ các khái niệm nêu trong luận văn có liên quan đến vấn đề năng lượng và HQNL trong công trình: Kiến trúc hiệu quả năng lượng (Energy Efficient Architecture) Năng lượng tái tạo (renewable/regenerative energy), công trình có mức sử dụng năng lượng thấp (low-energy buiding), công trình TKNL (energysaving building), công trình thụ động năng lượng mặt trời (passive solar building), công trình chủ động năng lượng mặt trời (active solar building), công trình trung hòa năng lượng (zero-energy building) và công trình phụ trội năng lượng (plusenergy building). Các thuật ngữ được trình bày dưới đây: - Năng lượng tái tạo (renewable/regenerative energy) là năng lượng được khai thác từ các nguồn có khả năng sớm phục hồi hoặc tồn tại với trữ lượng lớn gần như vô tận trong tự nhiên so với quy mô sử dụng của con người, bao gồm các loại hình sau: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước, sóng biển và thủy triều, năng lượng địa nhiệt và năng lượng sinh học [31]. - Công trình có mức sử dụng năng lượng thấp (low-energy buiding) là công trình có mức sử dụng năng lượng cho việc sưởi ấm và/hoặc làm mát thấp hơn so với các công trình tương tự đã từng hoặc đang được xây dựng, với trị số dao động trong khoảng 55 đến 70 kWh/m2a, tùy thuộc thể loại tính chất sử dụng và đặc điểm của công trình. Ví dụ như tại CHLB Đức, nơi phát triển rất mạnh thể loại công trình có mức sử dụng năng lượng thấp, trị số mức trần 70 kWh/m2a áp dụng cho nhà ở liền kề hoặc nhà ở kiểu chung cư nhiều tầng, trong khi đối với nhà đơn lẻ kiểu biệt thự hoặc nhà nông thôn có sân vườn được quy định là 55 kWh/m2a [29]. Tuy nhiên, theo thời gian, yêu cầu bảo vệ môi trường trở nên nghiêm ngặt hơn thì mức TKNL cao hơn được đề xuất. Theo đó, tại CHLB Đức và Thụy Sỹ, giá trị 30 kWh/m2a cho sưởi ấm đã được áp dụng cho các công trình xây mới từ năm 2012 trở lại đây. Nếu chỉ số này đạt mức dưới 20 kWh/m2a thì công trình được coi là đạt mức sử dụng năng lượng cực thấp (ultra low-energy).

- Công trình tiết kiệm năng lượng (energy-saving building) được hiểu là công trình có mức độ tiện nghi cao hơn với lượng năng lượng tiêu thụ thấp hơn, trong khi công trình có mức sử dụng năng lượng thấp được xem là công trình có mức độ tiện nghi lớn hơn với mức năng lượng tiêu thụ tương đương. Điều đó có nghĩa là yêu cầu (hoặc tiêu chuẩn) đối với công trình TKNL cao hơn so với công trình có mức sử dụng năng lượng thấp và được lý giải như sau: công trình TKNL được thiết kế nhỏ gọn đủ để sử dụng, không có các diện tích hay khối tích thừa. Trong công trình, việc sử dụng năng lượng sạch (hay còn gọi là năng lượng tái tạo) sẽ khiến công trình công trình tự chủ hơn về năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng được cung cấp từ việc đốt cháy một số nhiên liệu hóa thạch như than đá hoặc dầu lửa và do đó sẽ tiết kiệm được nhiều hơn nếu tính gộp năng lượng biểu hiện vào năng lượng cung cấp đến công trình. Một điểm khác biệt nữa giúp phân biệt hai khái niệm là công trình có mức sử dụng năng lượng thấp nếu có hệ thống sưởi ấm và làm mát được thiết kế cũng như vận hành tối ưu thì có thể đạt đến mức độ công trình TKNL [30]. - Công trình thụ động năng lượng mặt trời (passive solar building, ngắn gọn hơn là passive building) – hoặc nhà thụ động (passive house) là thuật ngữ được dùng phổ biến hơn trong các sách chuyên ngành về năng lượng công trình – là công trình đáp ứng được nhu cầu sưởi ấm bằng cách sử dụng chủ yếu bức xạ mặt trời chiếu vào công trình và tận thu lượng nhiệt được sinh ra bên trong công trình cho mục đích này. Theo đó, các cấu kiện sàn, tường, trần, cửa đi, cửa sổ, … tức là các thành phần của lớp vỏ bao che bên ngoài cũng như kết cấu ngăn chia bên trong công trình được chế tạo sao cho giúp việc thu, trữ và phân phối năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt trong công trình vào mùa đông và ngăn cản nhiệt bên ngoài vào mùa hè được thuận lợi. Về lý thuyết, thiết kế thụ động sẽ không cần thiết phải sử dụng hệ thống sưởi ấm/làm mát bằng cơ khí hoặc chạy điện, tuy nhiên trong thực tế những hệ thống này vẫn được lắp đặt để đề phòng các trường hợp thời tiết cực đoan (quá nóng hoặc quá lạnh kéo dài), giúp điều chỉnh môi trường vi khí hậu trong nhà gần với khoảng tiện nghi trên biểu đồ sinh khí hậu. Mức tiêu thụ năng lượng cho

việc sưởi ấm hoặc làm mát trong công trình thụ động do vậy sẽ được giảm thiểu, không cần đến các giải pháp sưởi ấm truyền thống trong đa số thời gian trong năm, và giá trị tối đa cho phép là 15 kWh/m2a được áp dụng một cách nghiêm ngặt [34]. - Công trình chủ động về năng lượng mặt trời (active solar building), trái lại, sử dụng năng lượng cho việc sưởi ấm ở dạng nhiệt bằng cách hấp thụ ánh sáng mặt trời qua thiết bị thu (collector) đấu nối với bộ phận chuyển đổi quang năng thành nhiệt năng, làm luồng không khí mát hoặc luồng nước lạnh (được dùng phổ biến hơn) chạy qua nóng lên đến nhiệt độ cần thiết rồi sẽ theo các đường ống ngầm dưới sàn, trong tường và trên trần tỏa đi khắp công trình, phục vụ cho việc sưởi ấm. Nếu chưa sử dụng ngay, năng lượng nhiệt được lưu trong một thiết bị trữ để tiến hành sưởi ấm sau đó theo nhu cầu thực tế. Trong trường hợp nhu cầu tăng cao vượt quá khả năng cung ứng của hệ thống chính, hệ thống phụ trợ hoặc thiết bị phát dự phòng sẽ được khởi động. Đối với nhu cầu sử dụng nước ấm (khoảng 45oC), hệ thống cung cấp cũng hoạt động trên nguyên lý tương tự [35]. - Công trình trung hòa năng lượng (zero-energy building) là công trình có tổng mức năng lượng sử dụng bằng không, có nghĩa là lượng năng lượng mà bản thân công trình sản sinh ra trong một năm từ các nguồn tái tạo như năng lượng mặt trời hay năng lượng gió đúng bằng tổng năng lượng được tiêu thụ bên trong công trình cho tất cả các mục đích sử dụng (sưởi ấm , làm mát, chiếu sáng, bơm nước, chạy các thiết bị điện tử, …) trong cùng khoảng thời gian, có nghĩa vừa đủ đáp ứng nhu cầu và không phụ thuộc vào nguồn cấp từ bên ngoài, nhất là các hệ thống phân phối tiếp nhận năng lượng từ những trạm phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch, góp phần tích cực làm giảm phát thải CO2 và bảo vệ môi trường tự nhiên [36]. - Công trình phụ trội năng lượng (plus-energy building) là cấp độ phát triển cao hơn và thực sự hiệu quả hơn công trình trung hòa năng lượng, khi công trình sản sinh ra một lượng năng lượng từ các nguồn tái tạo nhiều hơn so với nhu cầu tiêu thụ trong cùng khoảng thời gian (thông thường được tính theo năm). Nguồn năng lượng dư có thể được tích trữ cho bản thân công trình phòng trường hợp xảy ra sự cố ngoài dự kiến ảnh hưởng đến việc tự cung cấp năng lượng hoặc được chuyển

vào mạng điện chung của khu vực để điều tiết năng lượng giữa các công trình với nhau, theo đó công trình dư thừa năng lượng sẽ bù đắp một phần cho công trình thiếu hụt năng lượng [31]. B. Viết tắt ASTN

: Ánh sáng tự nhiên

CSTN

: Chiếu sáng tự nhiên

CTCC

: Công trình công cộng

HQNL

: Hiệu quả năng lượng

HTĐHKK

: Hệ thống điều hòa không khí

HTTG

: Hệ thống thông gió

KTBV

: Kiến trúc bền vững

KTHQNL

: Kiến trúc hiệu quả năng lượng

KTS

: Kiến trúc sư

MPNL

: Mô phỏng năng lượng

QLNL

: Quản lý năng lượng

TCĐG

: Tiêu chuẩn đánh giá

TGTN

: Thông gió tự nhiên

TKNL

: Tiết kiệm năng lượng

VKH

: Vi khí hậu

VLXD

: Vật liệu xây dựng

1

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Thấm thoát thập niên đầu tiên của thế kỷ XXI đã trôi qua, thế giới đã có những bước phát triển nhảy vọt, trong đó quá trình đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ, đặc biệt tại các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam. TP.HCM, với vai trò là trung tâm kinh tế - chính trị - văn hóa quan trọng của Việt Nam. Đô thị phát triển mạnh mẽ kéo theo nhiều hệ lụy như dân số gia tăng nhanh chóng, sự tập trung dân số với mật độ dân cư lớn khiến tổng năng lượng sử dụng cũng tăng theo; các hoạt động thủ công hằng ngày được thay thế bằng máy móc, công nghệ hóa nên năng lượng tiêu thụ cho các thiết bị là rất lớn; cơ sở hạ tầng kỹ thuật cũng như các dịch vụ xã hội không thể đáp ứng trong khi vật giá leo thang không ngừng khiến giá điện tăng cao; biến đổi khí hậu sâu sắc, ô nhiễm thường xuyên, kéo dài làm cho nhu cầu làm mát và sưởi ấm tăng đột biến; nguồn tài nguyên năng lượng ngày một cạn kiệt. Vì thế kiến trúc cần thay đổi để thích ứng với điều kiện mới, mà hai yêu cầu bền vững về mặt sinh thái và thân thiện với môi trường là nền tảng cơ sở và tiên quyết. Từ đó, KTHQNL được hình thành. Với yêu cầu bền vững về mặt sinh thái và thân thiện với môi trường. Hiệu quả về năng lượng là một điểm cốt lõi trong cả hai yêu cầu nói trên. Bởi vì sử dụng năng lượng là một nhu cầu thiết yếu hàng ngày, nếu không muốn nói là hàng giờ, trong cuộc sống của con người và góp phần đảm bảo sự tiện nghi sinh khí hậu cho người sử dụng. Hơn nữa, cũng chính việc sản xuất và sử dụng năng lượng cho đến thời điểm hiện nay tại nhiều quốc gia trên thế giới là nguyên nhân trực tiếp gây ra tình trạng mất cân bằng sinh thái, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường và chất lượng cuộc sống của con người. Đã đến lúc cần phải có sự thay đổi căn bản trong quan niệm thiết kế kiến trúc, khi tính hiệu quả về năng lượng sẽ quyết định cả hình thức lẫn công năng của công trình, nhằm đảm bảo sự tiện nghi bên trong công trình cũng như chất lượng môi trường bên ngoài, tạo được một môi trường bên trong – môi trường VKH – tốt cho con người.

2

Bên cạnh đó, trong một cuộc phỏng vấn tại Bộ Xây dựng năm 2013, bà Wendy Werner - Giám đốc Chương trình tư vấn cải thiện môi trường đầu tư của IFC khu vực Đông Á – Thái Bình Dương cũng cho biết: “Ngành Xây dựng là một trong những ngành tiêu thụ năng lượng nhiều nhất ở Việt Nam, chiếm tới khoảng 36% tổng năng lượng tiêu thụ của cả nước. Nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng sẽ giúp Chủ đầu tư các công trình giảm được chi phí vận hành, đồng thời góp phần giúp Việt Nam đạt mục tiêu giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính 8-10% trong giai đoạn 2011-2020” [59]. Do đó việc nghiên cứu vận dụng KTHQNL cho việc thiết kế các CTCC là một vấn đề thiết thực, một hướng đi đúng đắn, gợi mở tương lai sáng sủa, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới và nền kinh tế đang phát triển thực tiễn của TP.HCM… Tại Việt Nam, KTBV đã trở nên quen thuộc bên cạnh xu hướng khác như kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái thì KTHQNL là một xu hướng tuy cũ mà mới. Ở một mức độ đơn giản hơn, KTBV là nền tảng cho KTHQNL hay cũng có thể nói KTHQNL là yếu tố không thể thiếu trong KTBV. Tuy nhiên, cũng giống như kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái, kiến trúc cộng đồng thì KTHQNL cũng có những đặc điểm nổi bật, sắc thái riêng nhưng tất cả đều có chung một mục đích là mang lại sự bền vững cho các công trình kiến trúc. Hiện nay, các công trình kiến trúc công cộng theo xu hướng KTHQNL được xây dựng tại Việt Nam nói chung và ở TP.HCM nói riêng đã tiếp thu được một phần những thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới về nghệ thuật kiến trúc và kỹ thuật xây dựng, trở thành các nhân tố quan trọng cấu trúc không gian đô thị, xây dựng nên bộ mặt kiến trúc cho không gian đô thị TP.HCM. Đồng thời nói lên sự lớn mạnh về kinh tế và chính trị của Thành phố trong thời kỳ đổi mới. “Hình thức theo đuổi công năng” - “Form follows function” được KTS người Mỹ Louis Sullivan giới thiệy vào năm 1896 đã làm thay đổi nền kiến trúc lúc bấy giờ, sau này đã được KTS Frank Lloyd Wright (trợ lý của KTS Sullivan) quảng bá rộng rãi hơn. Từ đó hình thức này đã trở thành bài học vỡ lòng, hầu hết được giảng dạy trong các trường đào tạo ngành kiến trúc và là kim chỉ nam cho mọi KTS hành

3

nghề. Nhưng để phù hợp với thực trạng thì năng lượng thực sự là một yếu tố chi phối mạnh mẽ cả hình khối lẫn công năng của một công trình kiến trúc nếu được thiết kế trên quan điểm thích ứng với điều kiện khí hậu địa phương và TKNL. Cho nên nhiều KTS đã rút ra được một phương trâm mới phù hợp với thực trạng hiện nay “both form and function follow energy” (Hình thức và công năng theo đuổi sự hiệu quả năng lượng). Với đề tài luận văn: “Kiến trúc hiệu quả năng lượng – Energy Efficient Architecture và khả năng ứng dụng vào các công trình công cộng tại TP.HCM”, tác giả thực hiện với mong muốn qua kết quả nghiên cứu này sẽ tìm hiểu một cách đúng đắn, chính xác mục đích và ý nghĩa của KTHQNL. Ngoài ra, luận văn cũng giớ thiệu xu hướng mới về KTHQNL; đưa ra các tiêu chí đánh giá về khả năng ứng dụng của KTHQNL vào các CTCC phù hợp với các điều kiện thực trạng tại TP.HCM nói riêng và bên cạnh đó có thể mở rộng việc ứng dụng KTHQNL đối với các tỉnh thành khác trên toàn quốc. 2. Tổng quan các đề tài nghiên cứu liên quan Ngày nay, khi mà nhiều người qua tâm đến yếu tố môi trường, xu hướng xanh, KTBV ngày càng phát triển thì vấn đề HQNL trong kiến trúc xây dựng ngày càng được quan tâm và trở nên thịnh hành trên thế giới. Tuy nhiên ở Việt Nam, KTHQNL là một xu hướng mới nhưng lại khá quen thuộc qua KTBV. Các KTS trẻ đã và đang tự tìm tòi nghiên cứu, học tập lẫn nhau nhưng thiếu sự hỗ trợ về mặt chuyên môn cũng như kinh phí để hoàn thành được những công trình nghiên cứu tầm cỡ. Hiện nay các công trình nghiên cứu về KTHQNL trong CTCC trong nước khá khiêm tốn, hầu như chỉ ở mức giới thiệu sơ bộ, cung cấp cho người đọc những thông tin cơ bản, lý thuyết bước đầu tiếp cận, được đề cập một phần như trong: - Kiến trúc nhà công cộng (2006), NXB Xây dựng, GS.TS.KTS Nguyễn Đức Thiềm; - “Kiến trúc sinh khí hậu” (2002) hay “Thiết kế nâng cao chất lượng môi trường và hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà văn phòng ven biển Việt

4

Nam” (2016) hay “Thiết kế công trình có hiệu quả về năng lượng – Hai cách tiếp cận kiến trúc vào khí hậu Việt Nam” (2014) – PGS.TS.Phạm Đức Nguyên; - ”Các giải pháp Kiến trúc Khí hậu Việt Nam”, NXB Khoa học Kỹ thuật (2002) - Phạm Đức Nguyên, Nguyễn Thu Hòa, Trần Quốc Bảo; - “Sổ tay thiết kế kiến trúc hiệu quả năng lượng” – Trường Đại học kiến trúc Tp.HCM; - “Giải pháp thiết kế nhà cao tầng tại thành phố Hồ Chí Minh theo hướng đảm bảo tiện nghi vi khí hậu và sử dụng năng lượng có hiệu quả” - Giang Ngọc Huấn (2007); -

“The green building revolution” – Jerry Yudelson & S.Richard

Fedrizzi. - “Greenhouse Solutions with Sustainable Energy”, Mark Diesendorf (2007) Các tài liệu trên mang một khối lượng khá lớn những kiến thức về CTCC, và các yếu tố có liên quan trong KTHQNL. Đây là những tài liệu kiến trúc tham khảo quý báu cho việc nghiên cứu của luận văn. Từ đó đẩy mạnh công tác nghiên cứu KTHQNL để mọi người có thể hiểu được bản chất của kiến trúc này và sẽ đem lại những thành quả to lớn khi được ứng dụng thực tiễn rộng rãi trong giai đoạn phát triển hiện nay. 3. Mục tiêu nghiên cứu Với những phương châm nêu trên, tác giả xác định mục tiêu chính của luận văn là: - Giới thiệu tổng quan về KTHQNL; - Đưa ra các giải pháp KTHQNL áp dụng cho công trình kiến trúc, từ quy hoạch đến thiết kế, từ kỹ thuật đến phi kỹ thuật, với các phạm vi ứng dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực, song hoàn toàn có thể được phối hợp, gắn kết với nhau mang tầm chiến lược có tính thực tiễn và khả năng ứng dụng đối với điều kiện tự nhiên của TP.HCM;

5

- Cập nhật và giới thiệu các giải pháp KTHQNL tiên tiến của thế giới và ứng dụng vào CTCC tại TP.HCM; - Đưa ra các phương pháp phân tích bằng phần mềm một cách khoa học và trực quan để chứng minh cho tính hiệu quả. Tóm lại, tất cả là vì một mục tiêu chung là nâng cao hiệu quả năng lượng đạt mức tối ưu nhất, hiệu quả nhất trong các công trình kiến trúc nói chung và CTCC nói riêng. Từ cơ sở đó để xem xét phạm vi và khả năng ứng dụng thực tiễn của KTHQNL ở TP.HCM nói riêng và cả nước nói chung. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng của luận văn: - Vấn đề lý luận: Các vấn đề về tư duy và lý luận với đối tượng chính là xu hướng KTHQNL trên thế giới, tìm hiểu lịch sử hình thành, những nguyên tắc cơ bản, những giá trị của KTHQNL mang lại, các công trình và các KTS tiêu biểu của xu hướng này trên thế giới. - Vấn đề thực tiễn: CTCC tại TP.HCM và các nghiên cứu bối cảnh xã hội, văn hóa, kỹ thuật, công nghệ, đưa ra nhiều giải pháp KTHQNL có thể ứng dụng một cách, phù hợp, tối ưu nhất tại TP.HCM và xa hơn là các tỉnh thành khác trên cả nước. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: - Giới hạn vấn đề nghiên cứu: Luận văn chỉ giới thiệu, phân tích những yếu tố cơ bản về KTHQNL. Đồng thời vận dụng những kiến thức và hiểu biết đã thu thập được để phân tích phạm vi ứng dụng vào TP.HCM. - Giới hạn về không gian nghiên cứu: CTCC ở Quận 1, TP.HCM. - Giới hạn về thời gian nghiên cứu: Với các tiến bộ khoa học kỹ thuật của thế giới, mọi thứ đang thay đổi từng ngày, TP.HCM cũng đang vươn mình đi lên với việc đẩy nhanh tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa, hiện đại hóa, tập trung tổ chức không gian đô thị hiện đại theo định hướng chung của quốc gia với mốc thời gian năm 2020 và xa hơn nữa TP.HCM sẽ trở thành siêu đô thị vào 2030 với việc nước ta đang được vào danh sách các nước đang phát triển và có xu hướng đô thị

6

hóa nhanh nhất Đông Nam Á. Vì vậy, luận văn nghiên cứu cũng thực hiện trên cơ sở đề xuất các quan điểm, giải pháp tổ chức không gian đối với CTCC đến thời điểm 2020 và tầm nhìn xa hơn trong tương lai. 5. Phương pháp nghiên cứu Tác giả sử dụng các phương pháp khác nhau để tiến hành nghiên cứu này đạt hiệu quả nhất: - Phương pháp, thu thập và xử lý thông tin: có hai nguồn dữ liệu để thu thập, dữ liệu sơ cấp và dữ liệu thứ cấp + Dữ liệu sơ cấp xoay quanh các kiến thức về KTHQNL và biểu hiện của nó + Các dữ liệu thứ cấp được sử dụng dưới hình thức tìm hiểu những nghiên cứu tiền lệ. Những nghiên cứu đã tiến hành trong sách và tạp chí cũng như trên mạng Internet, trong các giấy tờ, bài báo xuất bản. Nghiên cứu tiền lệ rất quan trọng vì cho phép tác giả nắm bắt thông tin và kiến thức nhanh chóng, để có cái nhìn tổng quan và khách quan về vấn đề mình đang tìm hiểu như: lịch sử hình thành cũng như quá trình phát triển của KTHQNL ở trong nước và ngoài nước,… -

Phương pháp hệ thống hóa, phân tích tổng hợp để thu thập và xử lý

thông tin, đồng thời sử dụng phương pháp so sánh để thấy được tính chất của của vấn đề nghiên cứu là KTHQNL cũng như sự khác nhau của nó đối với một vài xu hướng kiến trúc khác đã từng xuất hiện trên thế giới và Việt Nam. - Phương pháp điền giả: đi thực địa nghiên cứu các công trình. - Phần kết quả và đề xuất cho vấn đề nghiên cứu, chủ yếu sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp, phương pháp điều tra khảo sát để thấy được bối cảnh tự nhiên, văn hóa, xã hội cũng như công nghệ tại Việt Nam từ đó đưa ra kết luận và đề xuất thích hợp với thực trạng hiện nay tại

TP.HCM.

7

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀ CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI TP.HCM 1.1 TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG 1.1.1 Khái niệm KTHQNL xét một cách tổng quát và rộng hơn chính là một yếu tố không thể thiếu trong KTBV. Cũng giống như các xu hướng hiện nay như kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái… KTHQNL được hình thành từ KTBV - là nền tảng chính với yêu cầu bền vững về mặt sinh thái và thân thiện với môi trường. Bên cạnh đó, có thể hiểu một cách đầy đủ hơn, KTBV là kiến trúc sử dụng các phương pháp tiếp cận khôn khéo để bảo tồn năng lượng và hệ sinh thái trong việc thiết kế môi trường xây dựng, đem đến sự cân bằng giữa con người với môi trường tự nhiên. Công trình bền vững phải hòa hợp với cảnh quan tự nhiên và ngược lại, thiên nhiên cũng sẽ làm đẹp thêm cho công trình. HQNL, hay còn gọi là sử dụng năng lượng có hiệu quả, tiết kiệm được đặt ra như một mục tiêu cần phấn đấu đạt được, là việc giảm lượng năng lượng cần thiết để sản xuất một sản phẩm hoặc cung ứng một dịch vụ nào đó mà sản phẩm cũng như dịch vụ này vẫn đạt tiêu chuẩn chất lượng sử dụng tương đương. Việc cải thiện HQNL có thể đạt được bằng cách áp dụng một công nghệ mới, hoặc cải tiến một quy trình sản xuất, hoặc sử dụng các phương pháp được chấp nhận rộng rãi để giảm sự tổn thất năng lượng [32]. Lĩnh vực áp dụng “HQNL” trong thực tế rất rộng, mà xây dựng là một trong số đó. Kiến trúc Hiệu quả năng lượng – Energy Efficient Architecture được hiểu một cách ngắn gọn mà đầy đủ ý nghĩa là “quá trình tạo lập các không gian chức năng và vận hành các không gian chức năng đó có áp dụng đồng bộ các giải pháp giảm tiêu thụ năng lượng, từ năng lượng biểu hiện (tức là năng lượng cần thiết cho các hoạt động khai thác và chế biến vật liệu xây dựng, sản xuất cấu kiện xây dựng, vận chuyển và lắp dựng các cấu kiện đó vào vị trí được chỉ định trên công trường) đến năng lượng vận hành (có nghĩa là năng lượng tiêu thụ cho các hoạt động của công

8

trình khi công trình đó được đưa vào sử dụng, chẳng hạn như chiếu sáng, sưởi ấm, làm mát, chạy các thiết bị và dụng cụ phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất) kéo dài suốt vòng đời của công trình”. [37] Ta có thể hiểu một cách đơn giản nhất, KTHQNL là kiến trúc nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường của các tòa nhà bằng hiệu quả (Chiếu sáng, thông gió tự nhiên, khả năng cách nhiệt và tái tạo năng lượng) và sự kiểm soát trong việc sử dụng vật liệu, năng lượng, không gian phát triển và VKH nói chung. KTHQNL sử dụng một cách tiếp cận có ý thức đối với bảo tồn sinh thái và tiết kiệm, HQNL trong việc thiết kế môi trường xây dựng. 1.1.2 Bối cảnh và sự hình thành Những năm gần đây, thế giới đang đối mặt với sự khủng hoảng năng lượng. Các nguồn nhiên liệu truyền thống như than, dầu, khí đốt,… đang dần cạn kiệt. Việc khai thác, sử dụng các nguồn năng lượng không hợp lý đã và đang gây ra những tác hại to lớn về môi trường sinh thái. Bên cạnh đó, quá trình đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ, khoa học công nghệ phát triển kéo theo nhiều hệ lụy nghiêm trọng: - Dân số thế giới gia tăng nhanh và các đô thị ngày càng trở nên đông đúc, khiến tổng năng lượng sử dụng cũng tăng theo; - Con người ngày càng sử dụng nhiều thiết bị tiêu thụ năng lượng thay thế cho các cách thức bằng thủ công như trước kia, khiến tổng năng lượng tiêu thụ theo thời gian gia tăng nhanh hơn tốc độ phát triển dân số cùng kỳ; - Biến đổi khí hậu ngày càng tác động sâu sắc, hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra thường xuyên hơn, kéo dài hơn và khắc nghiệt hơn (nắng nóng trên 40oC hoặc trời lạnh dưới -20oC), khiến nhu cầu làm mát và sưởi ấm tăng đột biến; - Giá điện được sản xuất theo phương pháp nhiệt điện đang leo thang khi chi phí khai thác than đá và dầu mỏ tăng cao. Các vỉa than và túi dầu ở tầng trên và tầng giữa lớp vỏ Trái Đất nhiều nơi đã cạn kiệt; - Theo một thống kê ở châu Âu, hơn 50% chất thải sinh hoạt và 50% các chất gây ô nhiễm đến từ các hoạt động xây dựng, 40% năng lượng tiêu

9

thụ có liên quan đến ngành xây dựng. ngành công nghiệp xây dựng sử dụng các vật liệu hoặc phương pháp gây hại đến môi trường xung quanh - Khi cuộc sống trở nên hiện đại hơn, con người có xu hướng ỷ lại vào công nghệ, quá phụ thuộc vào thiết bị mà bỏ qua hoặc coi nhẹ yếu tố tự nhiên có lợi. Hậu quả là biến đổi khí hậu càng mạnh mẽ, sự khắc nghiệt của thời tiết càng gia tăng và con người gần như bị kẹt trong một vòng luẩn quẩn xem chừng khó tháo gỡ. Trước những khó khăn đó, đối với ngành kiến trúc nói riêng, thách thức lớn nhất là tìm lại sự cân bằng cho môi trường thiên nhiên, sử dụng một cách tối đa HQNL. Từ đó, xu hướng KTHQNL được hình thành và phát triển với định hướng đem lại sự bền vững cho kiến trúc. Và theo bài báo “Energy Efficient Architecture and Building Systems to Address Global Warming” (tháng 7/2018) của tạp chí “Leadership and Management in Engineering” thì KTHQNL được hình thành vào tháng 2 năm 2007. [60] 1.1.3 Mục tiêu, ý nghĩa và vai trò của KTHQNL trong việc định hướng kiến trúc 1.1.3.1 Mục tiêu của KTHQNL Mọi xu hướng kiến trúc được hình thành đều để phục vụ con người. Cũng như KTBV, KTHQNL mang trên mình mục tiêu là giảm thiểu tác động của kiến trúc và xây dựng đến môi trường xung quanh nhằm đạt tới một giá trị bền vững cho hệ sinh thái VKH và môi trường sống của con người trong hiện tại và tương lai, sử dụng một cách phù hợp và hiệu quả tối đa năng lượng bằng cách vận dụng các giải pháp về kiến trúc, quy hoạch tổng thể, hình khối, thông gió, chiếu sáng, bao che… bên cạnh áp dụng kỹ thuật xây dựng, vật liệu mới, khoa học công nghệ,... Mặt khác, việc sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả trong các công trình kiến trúc không chỉ giúp tránh lãng phí năng lượng mà còn tiết kiệm một khoản đầu tư vào sản xuất năng lượng, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng hóa thạch, giảm khí thải vào môi trường,… góp phần bảo vệ môi trường hướng tới việc phát triển một cách bền vững. 1.1.3.2 Ý nghĩa của KTHQNL

10

Sự hình thành của xu hướng KTBV ở mức độ đơn giản hơn là KTHQNL có vai trò rất quan trọng và cần thiết đối với nền kiến trúc thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Để thấy được tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong kiến trúc, nước ta cũng đã thực hiện ban hành Quy chuẩn xây dựng Việt Nam số QCVN 09:2013/BXD về “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng có hiệu quả” [74]. Đây là bước đầu trong việc bắt kịp xu hướng trên thế giới, cũng là nền tảng cho sự phát triển KTHQNL ở nước ta nói chung và TP.HCM nói riêng. Ngoài ra, KTHQNL còn mang nhiều ý nghĩa như: - Giúp công trình tiêu thụ ít năng lượng hơn so với công trình bình thường cùng loại. Nhiều công trình có thể tiến đến mức zero năng lượng (tổng năng lượng tiêu thụ trong 1 năm cân bằng với tổng năng lượng năng lượng sản sinh trong cùng thời gian) hoặc thặng dư năng lượng. Hiện nay, nhiều công trình zero năng lượng đã được xây dựng chứ không chỉ là những mô hình lý thuyết. - Công trình giảm tiêu thụ năng lượng thì mức độ phát ra khí thải carbon và các tác động môi trường bất lợi cũng được giảm thiểu. Nguồn năng lượng được tái sinh tuần hoàn phục vụ cho chính nhu cầu của công trình. Qua đó, công trình TKNL đóng góp tích cực vào xu hướng phát triển bền vững. - TKNL là tiết kiệm nhiên liệu, vật tư, là bảo vệ quốc gia. Không những vậy còn giảm chi phí đầu tư, quản lý, vận hành và mang lại lợi ích tài chính to lớn lâu dài cho chủ đầu tư công trình. - KTHQNL đa số thường có khả năng thích ứng tốt hơn với các thay đổi thời tiết, với biến đổi khí hậu và thiên tai. - KTHQNL còn có thể biến các nguồn năng lượng thiên nhiên thành năng lượng sạch, tự phục vụ cho bản thân công trình nhờ áp dụng công nghệ khoa học xây dựng tiến bộ. 1.1.3.3 Vai trò của KTHQNL trong việc định hướng kiến trúc Vấn đề về năng lượng và biến đổi khí hậu toàn cầu đã và đang trở thành mối quan tâm lớn của toàn thế giới nói chung và nước ta nói riêng. Từ các quốc gia tiên tiến hàng đầu thế giới, đến các quốc gia có nền kinh tế khoa học kỹ thuật phát triển,

11

đến các quốc gia đang phát triển và chậm phát triển, dù ở mức độ, giai đoạn phát triển nào đi nữa cũng đều đã và đang phải hoạch định các kế hoạch chiến lược quốc gia của mình để sử dụng tiết kiệm HQNL. Bên cạnh đó, các quốc gia cũng đẩy mạnh việc tìm kiếm, phát triển các nguồn năng lượng sạch, mới để thay thế năng lượng cũ đang sử dụng hiện nay. Chính phủ Việt Nam cũng đề cập đến “tiết kiệm năng lượng” ở Điều 6 trong Định hướng Quy hoạch Tổng thể Phát triển Hệ thống Đô thị Việt Nam đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2050 – bản phê duyệt điều chỉnh và coi đó là một trong số những nội dung quan trọng và cấp bách cần triển khai thực hiện [25]. Đặc biệt, tại các thành phố lớn như Hà Nội, TP. HCM, Đà Nẵng… các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại, siêu thị được xây dựng mới ngày càng nhiều. Vì vậy, việc cấp bách hiện nay phải thực hiện là giảm bớt lượng năng lượng tiêu thụ trong CTCC nói riêng và các công trình kiến trúc khác đang rất được mọi người quan tâm. Việc hiệu quả, TKNL là một tiềm năng rẩt lớn trong mọi lĩnh vực, nhất là trong lĩnh vực xây dựng (Biểu đồ 1.1). Ông Xavier Pinchart, Tổng giám đốc khu vực Đông Nam Á, Bodens Engineering chia sẻ về việc ứng dụng KTHQNL vào các công trình kiến trúc xây dựng: “Công ty Bodens Engineering từng thiết kế những tòa nhà không cần phải sử dụng năng lượng làm mát hay sưởi ấm công trình thông qua các giải pháp năng lượng địa nhiệt. Như ở châu Âu, một dự án văn phòng hạng A trên 10 nghìn m2 với mức năng lượng tiêu thụ của tòa nhà gần bằng 0 và dự án xây dựng dùng nước biển làm mát mà không phải sử dụng đến bất kỳ điều hòa không khí nào”. [38] Năm 1987, trong tuyên bố “tư tưởng chung của chúng ta” của Ủy ban môi trường và phát triển thế giới (WCED), lần đầu tiên khái niệm phát triển bền vững đã được định nghĩa một cách hết sức khoa học: “Phát triển bền vững là sự phát triển đáp ứng được nhu cầu của hiện tại mà không ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng nhu cầu của thế hệ tương lai” - đây là định nghĩa được Cộng đồng quốc tế công nhận (Brundland Commission 1987). Ngoài ra, NXB Công viên Quốc gia Mỹ đã đề xuất “Quy định chi tiết thiết kế KTBV” với nội dung liên quan như sau:

12

- Coi trọng sự hiểu biết có tính địa phương, tính khu vực đối với địa điểm thiết kế, tiếp tục ngọn nguồn văn hóa của địa phương nơi thiết kế. - Tăng cường nhận thức về kỹ thuật thích dụng, kết hợp yêu cầu công năng của kiến trúc, chọn dùng kỹ thuật đơn giản thích hợp HQNL, các hệ thống (chiếu sáng, điều hòa không khí, hệ thống bơm/ quạt,..) trong công trình sử dụng năng lượng hiệu quả (Biểu đồ 1.2). - Sử dụng VLXD địa phương có thẻ tuần hoàn tái sinh, tránh VLXD có năng lượng tiềm ẩn cao, phá hoại môi trường, sản sinh phế thải, phóng xạ, tránh sử dụng lại VLXD, cấu kiện cũ [4]. - Tùy vào điều kiện khí hậu ở địa phương, chọn sách lược năng lượng kiểu bị động, ứng dụng năng lượng tái sinh. - Giảm thiểu sự tổn hại môi trường trong quá trình xây dựng, tránh phá hoại môi trường, lãng phí năng lượng và VLXD. Trong những năm qua, Đảng và Chính phủ đã có chủ trương và triển khai nhiều chính sách nhằm thực hiện sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, giảm ô nhiễm môi trường và giảm chi phí sản xuất. Điển hình là năm 2006, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chương trình Mục tiêu Quốc gia về Sử dụng Năng lượng Tiết kiệm và Hiệu quả (VNEEP) giai đoạn 2006-2015 tại Quyết định số 1427/QĐTTg ngày 2 tháng 10 năm 2012 [96]; Và, năm 2010, Quốc hội thông qua “Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả”, Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả có hiệu lực từ năm 2011 [97]. Chương trình Mục tiêu Quốc gia về Sử dụng Năng lượng Tiết kiệm Hiệu quả đã xác định rõ mục tiêu đề ra giải pháp cụ thể để triển khai thực hiện các mục tiêu. Các mục tiêu cụ thể của Chương trình bao gồm: “Đạt mức tiết kiệm 3 - 5% tổng mức tiêu thụ năng lượng quốc gia trong giai đoạn 1 (2006 - 2010) và 5 - 8% trong giai đoạn 2 (2011 – 2015) so với nhu cầu năng lượng theo quy hoạch phát triển điện lực giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030”; “Sử dụng rộng rãi các thiết bị hiệu suất cao, thay thế dần các trang thiết bị có hiệu suất thấp, tiến tới loại bỏ các trang thiết bị có công nghệ lạc hậu. Áp dụng tiêu chuẩn và định mức kỹ thuật

13

tiên tiến nhằm cải thiện hiệu suất năng lượng trong hoạt động xây dựng, sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp, đạt mức ít nhất 10% cường độ năng lượng của các ngành sử dụng nhiều năng lượng: Xi măng, ngành thép, ngành dệt may”.[5] Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09:2017/BXD "Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả", được Bộ Xây dựng và Tổ chức Tài chính Quốc tế (IFC-WB) giới thiệu ngày 28/12/2017 thay thế quy chuẩn xây dựng Việt Nam số QCXDVN 09:2005/BXD ngày 17/11/2005 và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09:2013/BXD ngày 23/10/2013 của Bộ trưởng Bộ Xây dựng. [39] 1.1.4 Sự cộng hưởng KTHQNL với các xu huóng kiến trúc khác trong kiến trúc bền vững Một trong những vấn đề lớn của nước ta trong Thế kỷ 21 là đô thị hoá, làm cho mật độ dân cư tập trung tăng lên, tài nguyên, năng lượng tiêu thụ nhiều hơn, cung cấp nhiều hơn và chất thải cũng tăng lên, sưc ép môi trường (không khí, đất, nước) quá mức. Ðô thị hoá thu hẹp đất cây xanh, đuổi xa các loài sinh vật. Môi trường tự nhiên bị pha vỡ, làm nóng môi trường đô thị, tăng sử dụng năng lượng, ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ người dân. Ði cùng với sự phát triển của xã hội, thế kỷ qua đã lần lượt xuất hiện các xu hướng kiến trúc lớn sau đây: - Kiến trúc khí hậu, Kiến trúc sinh khí hậu (Climatic Architecture, Bioclimatic Architecture) nhấn mạnh sự thích ứng kiến trúc với khí hậu bản địa, tạo môi trường khí hậu trong nhà, nơi ở tiện nghi cho con người. - Kiến trúc môi trường (Environmental Architecture), đòi hỏi công trình kiến trúc phải giảm áp lực lên môi trường, giảm và xử lý chất thải, bảo tồn tài nguyên thiên nhiên. - Kiến trúc sinh thái (Ecological Architecture), đòi hỏi kiến trúc phải không gây hay giảm tối thiểu ảnh hưởng tới hệ sinh thái, bảo đảm đa dạng sinh học. - Kiến trúc hiệu quả năng lượng (Energy - Efficient Architecture) đòi hỏi công trình kiến trúc phải sử dụng tối đa năng lượng thiên nhiên, giảm tối đa năng lượng hóa thạch bằng các chiến lược/ giải pháp kiến trúc (kiến trúc thụ động) hoặc công nghệ (kiến trúc chủ động).

14

- Kiến trúc thích ứng/ mềm dẻo (Adaptable Architecture). Công nghệ đang tiến nhanh đến mức không thể dự báo chính xác được. Vì vậy công trình kiến trúc phải làm sao không cần phá dỡ, chỉ cần cải tạo (càng ít càng tốt) là đáp ứng được. Chính vì vậy Kiến trúc Thế kỷ 21 theo đuổi là KTBV (Sustainable Architecture) là điều đúng đắn và cần thiết, phù hợp với giai đoạn hiện nay và tương lai. KTBV bao trùm các xu hướng kiến trúc nêu trên (Hình 1.1). "Kiến trúc bền vững” chính là kiến trúc đáp ứng được sự “Phát triển bền vững/ Sustainable Development” của nhân loại và là cách ứng xử có văn hóa của những người thiết kế đối với sự biến đổi khí hậu Trái đất. Kiến trúc khí hậu - thích ứng với khí hậu - được đặt ở giữa, như là cái nhân của KTBV, bởi lẽ khi kiến trúc thích ứng với khí hậu, thiên nhiên thì sẽ giảm bớt tiêu thụ năng lượng nhân tạo trong xây dựng và vận hành (KTHQNL), thân thiện với môi trường (KT môi trường), tạo thuận lợi cho phát triển các hệ sinh thái (KT sinh thái), tiên nghi và sức khoẻ cho con người (KT sinh khí hậu). 1.1.5 Các công trình kiến trúc tiêu biểu Nhiều công trình kiến trúc trên thế giới đã và đang đặt vấn đề TKNL trở thành một trong những tiêu chí quan trọng trong thiết kế và xây dựng. Những công trình kiến trúc tiêu biểu như: Khu ở Vauban (Đức) (Hình 1.2), Hội trường Noail City (Tây Ban Nha) (Hình 1.3), Tòa nhà Diamond (Malaysia) (Hình 1.4), Quán cà phê Gió và nước, Việt Nam (Hình 1.5) thu được nhiều hiệu quả thiết thực về TKNL. Khu ở Vauban tại thành phố Freiburg, CHLB Đức: Đức là quốc gia luôn dẫn đầu thế giới về công nghệ TKNL ứng dụng trong xây dựng. Vauban với 5.700 cư dân thuộc thành phố Freiburg – tiểu bang Baden Württemberg là khu ở đầu tiên tại CHLB Đức có toàn bộ nhà ở và CTCC trong khu vực được thiết kế xây mới hoặc cải tạo đạt tiêu chuẩn nhà ở thụ động (passive house) hoặc nhà ở có mức năng lượng tiêu thụ siêu thấp (ultra low-energy house), đặc biệt có 60 căn nhà trong giai đoạn phát triển sau thừa hưởng thành tựu khoa học kỹ thuật mới nhất trong lĩnh vực công nghệ năng lượng được thẩm định và công nhận là phụ trội năng lượng (plus-energy

15

house), tức là loại hình nhà ở tiên tiến về năng lượng hiện nay. Thêm 40 căn nhà thể loại này sẽ tiếp tục được triển khai xây dựng trên phần đất dự trữ còn lại. Đồng thời Vauban Freiburg được xem là Sdự án mẫu mực trên thế giới về khai thác và sử dụng năng lượng tái tạo vì mục đích dân sinh, khi 100% năng lượng được cung cấp từ các tấm pin năng lượng mặt trời lắp đặt trên các mái nhà. Đây còn là một ví dụ hiếm hoi về khu ở không xe hơi trên thế giới. [40] Tòa nhà Diamond, Trụ sở Ủy ban Năng lượng Malaysia: thiết kế có hình dáng của một viên kim cương với 7 tầng, 4 mặt là kính. Tòa nhà tận dụng tốt nguồn ASTN và chỉ tiêu thụ mức năng lượng bằng 1/3 các tòa nhà thông thường khác. Tòa nhà được thiết kế với nguyên tắc bền vững và TKNL. Thiết bị trong tòa nhà đều được làm từ những vật liệu bền vững và TKNL như lắp đặt kính TKNL, sử dụng hệ thống máy tính TKNL, hệ thống thu nước mưa, giúp tiết kiệm khoảng 70 - 80% lượng nước sử dụng và lắp đặt hệ thống pin quang điện trên mái, giúp sản xuất được 10% năng lượng sử dụng. Tòa nhà đã được nhận giải thưởng Năng lượng ASEAN và giải thưởng Tòa nhà xanh – Chứng nhận Bạch kim của Singapore. [98] 1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 1.2.1 Khái niệm và phân loại công trình công cộng 1.2.1.1 Khái niệm a. Kiến trúc công cộng (KTCC) (Hình 1.6) Khái niệm về kiến trúc công cộng là một khái niệm tuy cũ mà mới. Vì vậy, ở mỗi góc nhìn khác nhau sẽ có một khái niệm khác về thể loại này. Trước tiên, về việc định nghĩa “kiến trúc công cộng” là gì? Thuật ngữ này hiểu theo nghĩa một cách bao quát: KTCC bao gồm mọi hoạt động về kiến trúc - quy hoạch, gồm một hoặc tổ hợp công trình kiến trúc phục vụ nhu cầu sinh hoạt, giao tiếp xã hội mang tính tập thể, cộng đồng (theo định nghĩa của Wikipedia: một cộng đồng là một thể thống nhất các đối tượng sống trong cùng một môi trường). [41] Nói một cách tổng quát, Kiến trúc công cộng là một công trình dùng để phục vụ thường xuyên hay định kì cho các sinh hoạt văn hoá, tinh thần và các hoạt động

16

trong xã hội [28]. Không gian công cộng cần phải thu hút được các tầng lớp xã hội, giai cấp, tôn giáo, nếu có sự phân biệt nào ở khu vực này thì công trình đó được xem là không thành công. Sự tiện nghi, hiện đại chính là những gì mà CTCC phải có để đảm bảo tiêu chí phục vụ cho mọi người. Trong một không gian công cộng cần phải có nhà vệ sinh, chỗ ngồi, thùng rác… Những yếu tố này sẽ giúp nâng cao ý thức và góp phần mang lại sự tiện nghi cho mọi người. b. Công trình công cộng (CTCC) Theo GS.TS.KTS Nguyễn Đức Thiềm, “nhà công cộng là loại nhà dân dụng được thiết kế xây dựng nhằm phục vụ các hoạt động chuyên môn nghề nghiệp, hay để thỏa mãn các nhu cầu sinh hoạt văn hóa, tinh thần cũng như vui chơi giải trí của con người. Đó là các loại nhà trẻ, trường học, cửa hàng, trung tâm công cộng, các văn phòng, cơ quan hành chính, bệnh viện, nhà ga,…”. [21] Ngoài ra, theo một khái niệm khác thì CTCC là bộ phận quan trọng chiếm phần lớn cơ sở hạ tầng xã hội của một vùng lãnh thổ có người cư trú, đặc biệt ở các thành phố lớn. CTCC gồm tổng thể các công trình xây dựng, các hệ thống dịch vụ phục vụ các nhu cầu của đời sống dân cư ở các điểm quần cư đô thị và nông thôn như hệ thống giao thông, cấp điện, cấp nước sinh hoạt, các công trình dịch vụ, văn hoá, y tế, giáo dục, công viên, hệ thống khách sạn, nhà nghỉ, khu du lịch, các khu nhà ở tập thể,... Việc bố trí các CTCC ở đô thị tuỳ thuộc vào quy mô đô thị và phân bố đồng đều trên địa bàn dân cư để việc phục vụ được thuận tiện. Các kiểu dạng nhà công cộng một mặt vốn đã đa dạng và phong phú hơn so với các dạng nhà ở và các công trĩnh công nghiệp về mặt công năng; mặt khác do những tiến bộ về khoa học kỹ thuật, đời sống lại luôn được nâng cao về vật chất và tinh thần, cho nên xã hội luôn luôn đẻ thêm ra những dạng kiểu nhà công cộng có công năng mới hoặc làm cho các công năng sử dụng của các công trình cũ sớm bị lỗi thời, mất hiệu quả và cần phải được đổi mới hoàn toàn hoặc cải tiến thì mới có thể phát huy được tác dụng kinh tế xã hội. [21] Để việc thiết kê các CTCC ngày càng tốt hơn bảo đảm được các yêu cầu của kiến trúc, phát huy được các hiệu quả kinh tế xã hội thì các công trình này cần

17

được phân loại, sắp xếp theo từng nhóm, theo những tiêu chí nhất định, để có những chỉ dẫn nghiên cứu sáng tác phù hợp. [21] 1.2.1.2 Phân loại CTCC [20] Dựa theo đặc điểm chức năng các CTCC chia thành 12 nhóm sau (Hình 1.7): 1 - Nhóm các công trình giáo dục và đào tạo: bao gồm tất cả các nhà trẻ, trường học mẫu giáo, trường phổ thông cơ sở, trường đại học, trung tâm dạy nghề, học viện… 2 - Nhóm các cơ quan hành chính và văn phòng: bao gồm trụ sở cơ quan từ thấp đến cao, từ trung ương đến địa phương, các viện nghiên cứu. các viện thiết kế, các văn phòng đại diện, các trung tâm giao dịch… 3 - Nhóm các công trình y tế: các loại phòng khám, trạm y tế, các bệnh viện từ địa phương đến trung ương, các trung tâm điều dưỡng, các loại nhà hộ sinh và phòng khám đa khoa… 4 - Nhóm các công trình giao thông: các loại bên bãi đậu xe, dợi tàu, các ga sông, ga biển, ga hàng không, ga xe lửa… 5 - Nhóm các loại cứa hàng, xí nghiệp ăn uống: các phòng trà, tiệm giải khát, tiệm cà phê, nhà ăn công cộng… 6 - Nhóm các công trình thương mại: các cửa hàng buôn bán. các cửa hàng bách hóa, các trung tâm thương mại, các loại chợ và siêu thị… 7 - Nhóm các công trình văn hóa và hiểu diễn nghệ thuật: rạp chiếu bóng, nhà hát, câu lạc bộ, thư viện, bảo tàng, triển lãm… 8 - Nhóm các công trình thể thao: các loại sân bãi tập luyện, thi đấu, sân vận động, khán đài, bể bơi, trung tâm thể thao, học viện thể dục, các câu lạc bộ bơi thuyền… 9 - Nhóm các công trình dịch vụ đời sống: các loại nhà trọ, khách sạn, các cửạ hàng sửa chữa phục vụ may mặc, các cửa hàng cắt tóc, gội đầu và một số dịch vụ khác… 10 - Nhóm các công trình giao liên: các loại nhà bưu điện từ địa phương đến trung ương, các trung tâm phát thanh truyền hình, xưỏng phim, các dạng nhà ngân hàng, các trung tâm xổ sô, các nhà xuất bản…

18

11 - Nhóm các công trình thị chính: bao gồm các kiến trúc nhỏ trong công viên, các trạm xăng, trạm cứu hỏa. các nhà máy nước, các trung tâm xử lý chất thải, các gara, các bến đỗ xe con. xe lớn trong thành phố, các khu vệ sinh… 12 - Nhóm các cõng trình tôn giáo và kỷ niệm: các loại đình, chùa, đền miếu, các nhà tưởng niệm, lăng mộ, tượng đài… 1.2.2 Nguyên tắc thiết kế và một số giải pháp tổ hợp “không gian – mặt bằng” CTCC [23] 1.2.2.1 Nguyên tắc thiết kế CTCC Nguyên tắc lựa chọn khu đất và vị trí xây dựng: - Diện tích khu đất xây dựng (Theo tiêu chuẩn xây dựng) - Vị trí khu đất xây dựng (Đảm bảo về yêu cầu sử dụng: Vị trí theo quy hoạch, Giao thông, Tầm nhìn, Hạ tầng kỹ thuật; Phù hợp với nội dung sử dụng; Đảm bảo về yêu cầu thẩm mỹ: Hài hoà với cảnh quan thiên nhiên, Hài hoà với các công trình xung quanh). Nguyên tắc thiết kế các không gian chức năng trong CTCC: - Các thành phần tạo nên không gian kiến trúc (tường, trần, mái, cửa, vách ngăn, công trình Kiến trúc, các thành phần thiên nhiên,…) - Các loại không gian trong CTCC (Theo tính chất sử dụng: Không gian chính, không gian phụ, không gian phụ trợ; Theo đặc điểm: Không gian trong nhà, không gian ngoài trời, không gian bán lộ thiên). - Yêu cầu thiết kế với các không gian kiến trúc công cộng (Không gian chính: Đảm bảo yêu cầu công năng, dễ nhận biết, dễ tiếp cận, ưu tiên thiết về các mặt; Không gian phụ: Đảm bảo yêu cầu công năng, không lấn át không gian chính; Không gian phụ trợ: Đảm bảo yêu cầu công năng, không ảnh hưởng đến các không gian sử dụng). - Tổ chức không gian chức năng trong CTCC (Khái niệm tổ chức không gian: bố cục không gian, sắp đặt không gian, trong tổng thể công trình, mục đích đảm bảo yêu cầu sử dụng, thẩm mỹ; Sơ đồ dây chuyền công năng; Phân khu chức năng trong CTCC; Liên hệ giữa các không gian chức năng, tổ chức giao thông

19

trong CTCC; Lựa chọn giải phấp kết cấu: lựa chọn lưới cột, bước cột, giải pháp; Nguyên tắc thiết kế nội ngoại thất trong CTCC; Thiết kế ánh sáng: CSTN, chiếu sáng nhân tạo; Màu sắc; Vật liệu), ngoại thất (Hình khối; Mảng,miếng; Vật liệu; Màu sắc; Ánh sáng); Trang thiết bị công trình trong CTCC: thang máy, điều hoà, an ninh, hệ thống quản lý toà nhà; Thiết kế thoát người trong CTCC; Thiết kế nghe nhìn trong phòng khán giả: thiết kế nhìn rõ trong phòng khán giả). 1.2.2.2 Một số giải pháp tổ hợp không gian - mặt bằng CTCC Với từng loại công năng riêng biệt người thiết kế đều cần phải tìm ra được mối quan hệ trong từng nhóm hoạt động ,từ đó thiết lập nên các hồ sơ lưu tuyến. Tuỳ theo tính chất và cấp độ của mối quan hệ, dưới đây là những kiểu tổ hợp: a. Phòng lớn được quây quanh bằng các không gian nhỏ (Hình 1.8 và 1.9) Giải pháp này thường được áp dụng cho các công trình đơn năng và các công năng chính diễn ra trong không gian lớn đó, còn các không gian nhỏ chỉ là phòng bé, phụ thuộc vào phục vụ cho không gian chính đó. Mối quan hệ giữa không gian chính và phụ ở đây chủ yếu là mối quan hệ mạnh, trực tiếp. Ví dụ ; Phòng triển lãm công nghiệp, các công trình văn hóa, biểu diễn, nghệ thuật, trung tâm hội nghị, các chợ có mái, siêu thị, các tiền sảnh trong các nhà ga, nhà thi đấu… b. Dùng hành lang làm phương tiện liên hệ không gian (Hình 1.10) Có thể là hành lang bên này hay hành lang giữa. Các phòng ốc sẽ được tập trung quanh hai phía hoặc một phía của hành lang. Các hành lang này cần nối liền với các nút giao thông và hệ thống sảnh. Hệ thống chuỗi gian phòng này thường tạo nên các không gian đơn điệu cứng nhắc nhưng rành mạch và liên hệ khúc triết rõ rang tuy có lãng phí diện tích phụ (15% - 30% tổng diện tích sàn). Giải pháp này thích hợp với các công trình có nhiều phòng và từng phòng cần có yêu cầu cách li mới có thể hoạt động được. Ví dụ: bệnh viện, trường học, cơ quan hành chính,… c. Kiểu đơn nguyên phân đoạn (Hình 1.11) Được áp dụng nếu như việc hợp nhóm có thể tạo nên những khu vực có tính chất lặp lại nhiều lần hoặc những khu vực hoạt động mang tính điển hình nhưng cần có sự độc lập tương đối. Toàn ngôi nhà là sự tập hợp của nhiều đợn nguyên và mỗi đơn

20

nguyên sẽ gồm một số phòng điển hình với mối liên hệ hoạt động trực tiếp có sự cách li tương đối, tạo khả năng tổ hợp đa dạng để thích ứng với nhiều điều kiện quy hoạch. Có hai dạng tổ hợp thường gặp là tập hợp theo tuyến hoặc kiểu chum. 1.2.3 Một số đặc điểm tiêu biểu của CTCC [22] 1.2.3.1 Tính dây truyền rất rõ, nghiêm ngặt tạo sự phong phú đa dạng của loại hình Mỗi CTCC thường chỉ là sự đáp ứng một tính dây chuyền rất đặc thù, đặc trưng riêng của nhà công cộng, vì thế phải nghiên cứu từ sự tìm hiểu nắm vững công năng (lập nên những sơ đồ dây chuyển công năng), từ đó lập nên sơ đồ tổ hợp không gian - mặt bằng - hình khối đáp ứng đặc thù của công năng đó vói ngôn ngữ, diện mạo riêng phù hợp, tạo tính đa dạng cho hệ thống công trình. 1.2.3.2 Tính “tầng bậc – hệ thống” của nhà công cộng Nhà công cộng không chỉ được tập hợp phân loại theo từng tính chất dựa theo chức năng mà thường trong một nhóm loại hình còn được phân loại theo hệ thông tầng bậc, nghĩa là các CTCC trực thuộc một ngành dọc quản lý (như của Bộ giao thông, Bộ đại học, Bộ y tế…), còn được phân cấp thành những cấp độ từ thấp đến cao. Ví dụ: Cấp cơ sở: nhà trẻ, trường tiểu học, bưu điện…; Cấp quốc gia: Nhà quốc hội, ga hàng không, ga xe lửa, trụ sở hành chính các bộ. Cấp độ nhà công cộng thể hiện ở tầm ảnh hưởng, bán kính phục vụ, ở tần suất xuất hiện các nhu cầu đời sống. 1.2.3.3 Tính quảng dại quần chúng Nhà công cộng dùng để phục vụ chủ yêu đông đảo và quảng đại quần chúng, vì vậy khi thiết kế nó cần quan tâm sao cho địa điểm phải thuận tiện cho việc lui tới và tìm kiếm của quần chúng. Vì vậy tính quần chúng còn đòi hỏi phải đặc biệt lưu ý đến vấn đề nhìn rõ, nghe rõ và tốt cho không gian phòng khán giả, phải chú ý ctếp việc thiết kế nền dốc, đến cách âm chông ồn và trang bị kỹ thuật âm thanh để bảo đảm chất lượng nghe tốt cho khán giả đông đảo. 1.2.3.4 Yêu cầu nghệ thuật kiến trúc cao So với các loại công trình khác thì CTCC có yêu cầu rất cao về mặt hình tượng nghệ thuật. Vì thế thiết kế CTCC về mặt hình khối bên ngoài, hình tượng nghệ thuật

21

kiến trúc phải được đặc biệt xử lý vấn đề chất lượng nghệ thuật kiến trúc cao đe kiên trúc vừa tiên tiến hiện đại vừa đậm đà bản sắc dân tộc. Thường CTCC được bố trí đầy hấp dẫn, vừa phong phú chi tiết, vừa tạo được ấn tượng thẩm mỹ đẹp, độc đáo thông qua các mảng chất liệu, các mảng màu sắc và các hiệu quả vể ánh sáng. 1.2.3.5 Hệ thống không gian – kết cáu phong phú da dạng Nhà công cộng thường là một hệ thông chuỗi không gian phong phú phức hợp, đan xen cùng thống nhất trong một hệ kêt cấu. Hệ kết cấu thường lại là các dạng khung chịu lực kết hợp vối các dạng mái có khẩu độ lớn. Khung chịu lực trong nhà công cộng thường có những lưới cột mang khẩu độ lớn từ 6 đến 9m. Các không gian lớn của nhà công cộng để bảo đảm yêu cầu nhìn rõ thường không bao giò có cột chống trung gian ở giữa phòng. Các ban công khán giả cũng vậy, được cấu tạo theo kiểu dầm côngxôn có thể vươn ra từ 4 đến 6m mà không cần cột chống gây được ấn tượng lạ lùng, mới mẻ đầy sức truvền cảm cấu trúc. 1.2.3.6 Tính sớm lỗi thời Công năng CTCC thường thay đổi rất nhanh cùng với thời gian do các ảnh hưởng tác động trực tiêp của khoa học kỹ thuật tiến bộ (làm cho công năng sớm lỗi thời), vì vậy khi thiết kế nó người ta có xu thế thiết kế kiểu vạn năng (với các không gian kiến trúc linh hoạt, mềm dẻo, dễ thay đổi), hay thiết kế liên hợp đa năng (tổ hợp nhiều công năng trong cùng một ngôi nhà) để công trình đó không sớm bị lỗi thời và tiết kiệm thời gian trong khai thác sử dụng. 1.2.4 Các xu hướng kiến trúc cho CTCC hiện nay Ngày càng có nhiều KTS, kĩ sư và các nhà xây dựng đang đáp ứng với sự thay đổi nhận thức về tính bền vững, hiêu quả năng lượng, xanh hóa trong CTCC, rằng tất cả đều có kết nối với nhau. Dưới đây là một số xu hướng kiến trúc cho CTCC hiện nay và hướng tới tương lai: Tăng không gian xanh nhưng không tăng diện tích đất sử dụng: Trong không gian đô thị chật hẹp, việc tăng diện tích không gian xanh dường như là điều không thể. Tuy nhiên, việc tạo ra thảm cây xanh trên mái (sân thượng) các tòa nhà lại là giải pháp giải quyết tất cả các vấn đề trên. Trồng cây trên sân thượng giúp tiết kiệm

22

đến 15% năng lượng tiêu thụ cho việc làm mát. Mặt khác, các thảm thực vật được tạo ra trên mái của các tòa nhà cũng được chứng minh là có thể làm tăng tuổi thọ của mái nhà do nó làm giảm tác động của môi trường đến phần mái. Ví dụ: Chung cư Interlace, Singapore (Hình 1.12 và 1.13) Tiết kiệm năng lượng: Sử dụng ánh sáng từ đèn LED có rất nhiều lợi ích: giảm chi phí bảo trì, tuổi thọ sử dụng kéo dài và tiết kiệm đến 50% năng lượng tiêu thụ. Bên cạnh đó, sử dụng địa nhiệt cũng được nhiều đất nước sử dụng. Hạn chế sử dụng năng lượng không tái tạo được và tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo: Như năng lượng mặt trời, gió, nước... Các tấm pin mặt trời (hoặc quang điện) được lắp trên mái nhà, những cánh quạt gió khổng lồ được sử dụng ở những không gian phù hợp và các hệ thống mái nhà dốc để tích trữ nước mưa làm quay tua bin điện chính là cách để tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. [42] Bảo tồn và phục hồi nguồn nước: Khủng hoảng nguồn nước trên quy mô toàn cầu hiện đang được nâng cao, do đó việc sử dụng công nghệ tiết kiệm nước trong xây dựng được quan tâm. Bên cạnh các thiết bị lưu lượng sử dụng thấp và các biện pháp bảo tồn thông thường, hiện nay nhiều KTS và kĩ sư đang hướng tới việc thu – xử lý – tái sử dụng ngay tại chỗ. Điển hình như công trình tại New York và Tòa nhà C.K. Choi tại Đại học British Columbia (Hình 1.14) đã sử dụng kết hợp nhiều công nghệ như: vệ sinh tự hoại, hệ thống nước xám, bể chứa nước mưa, vườn mưa và vùng ngập nước để duy trì việc sử dụng nước có trách nhiệm. [42] Vật liệu sáng tạo: Hiện không còn bị giới hạn bởi các vật liệu thông thường được đặt hàng từ các xưởng sản xuất hay nhà máy. KTS ngày càng có nhiều sự lựa chọn, từ vật liệu tự nhiên như rơm, vật liệu tái chế hay các container (Hình 1.15) vận chuyển cũ cho tới các vật liệu tiên tiến sử dụng công nghệ chuyển pha. Bất cứ là gì, miễn là vật liệu đó thỏa mãn tiêu chí thẩm mỹ và hiệu quả sử dụng. Mái xanh: Nhìn ngắm nội thành Mỹ từ trên không, bạn sẽ nhận thấy điều mà bạn khó có thể thấy cách đây 10 năm: những mảng màu xanh lá cây mọc lên không chỉ xung quanh, xen kẽ mà còn lên cả trên mái những tòa nhà. Mái xanh – mái công trình được phủ bởi lớp đất mỏng và thực vật – một xu hướng đang phát triển mạnh

23

mẽ trong xây dựng bền vững. Điều này hoàn toàn dễ hiểu khi nó giảm chi phí cho việc sưởi ấm, làm mát, lọc nước mưa, giảm tốc độ dòng chảy, cải thiện chất lượng không khí và đồng thời kéo dài tuổi thọ cho kết cấu mái. Ngoài ra, mái xanh còn đóng góp không nhỏ vào tính thẩm mỹ cho công trình (Hình 1.16). [42] Tích hợp nông nghiệp – đô thị: Sự gia tăng nhu cầu sản phẩm địa phương ngẫu nhiên đã dẫn tới việc khám phá ra nhiều phương thức để tích hợp giữa sản xuất thực phẩm với môi trường đô thị, điều này được thực hiện ngay trong chính bản thân ngôi nhà. Những khu vực vườn, nông trại trên mái ngày càng trở nên phổ biến. Khu vườn đô thị tại Chicago của O’Hare đã chứng minh rằng một trang trại có thể đủ đẹp và sang trọng để sử dụng cho mục đích trang trí nội thất (Hình 1.17). [42] Tự động hóa cho công trình: Khi xét đến hiệu năng sử dụng, công tác vận hành và bảo dưỡng công trình có vai trò quan trọng tương đương với bản thân kết cấu công trình. Hệ thống điều khiển máy tính đang được sử dụng ngày càng rộng rãi để theo dõi và kiểm soát các hệ thống bên trong công trình, bao gồm HVAC, chiếu sáng, hệ thống cơ khí và kiểm soát độ ẩm. Lợi ích từ những hệ thống này là vô cùng to lớn, bao gồm cả TKNL, phát hiện sớm hơn và giải quyết các vấn đề, đồng thời giảm nhu cầu sử dụng lao động cho bảo dưỡng, giảm cả chi phí bảo hiểm (Hình 1.18). [42] 1.3 TÌNH HÌNH THỰC TIỄN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TRÊN THẾ GIỚI, TẠI VIỆT NAM VÀ TP.HCM 1.3.1 Trên thế giới Với lợi ích to lớn đã được chứng thực và khẳng định, KTHQNL đã trở thành một trào lưu thiết kế ngày càng phát huy tầm ảnh hưởng sâu rộng trên thế giới ngày nay. Các quốc gia tiên tiến tập trung phát triển KTHQNL công nghệ cao trong khi KTHQNL công nghệ thấp là sự lựa chọn phù hợp hơn đối với những quốc gia còn gặp nhiều khó khăn về kinh tế, tài chính và khoa học kỹ thuật. Các công trình tiêu biểu như: The Crystal (Anh) (Hình 1.19), The Edge (Hà Lan) (Hình 1.20), Trung tâm Bullitt (Mỹ) (Hình 1.21), Power House Kjørbo (Nauy) (Hình 1.22).

24

Trung tâm Bullitt (Seattle, Mỹ), được thiết kế để không phát phải CO2, không sử dụng năng lượng từ bên ngoài và đặc biệt là tái sử dụng nước thải của tòa nhà. Tạp chí HPB (High Performance Building - Tạm hiểu là Tạp chí của Những tòa nhà Tính năng cao) đã dùng những tư như “Mức tiêu thụ năng lượng bằng không”, “Mức tiêu thụ nước bằng không”, “tự chiếu sáng ban ngày”, “Thông gió tự nhiên và Làm lạnh thụ động”, “vật liệu tiên tiến” để mô tả trung tâm này. Với cách thiết kế độc đáo, toàn bộ năng lượng tiêu thụ của tòa nhà một năm cỡ 50kW/m2 được cấp bởi hệ thống phát điện sử dụng hệ thống 242kW pin mặt trời. Lớp phủ bên ngoài có khả năng hấp thụ nhiệt tốt hơn 30% so với tiêu chuẩn của Bang Seatle; hệ thống bình phong phủ nhôm 3 lớp cho phép chiếu sáng ngay cả trong những điều kiện thiếu ánh sáng mặt trời. Hệ thống cơ khí của tòa nhà vừa có khả năng làm mát vừa có khả năng cấp nước nóng cho tòa nhà. Nước sinh hoạt của trung tâm được đảm bảo nhờ hệ thống bể chứa nước mưa 212 khối nằm dưới móng của tòa nhà. Hệ thống cửa sổ điều khiển tự động thông qua bộ điều khiển số để làm mát cho tầng 1 của trung tâm. [44] Power House Kjørbo (Oslo, Nauy), tòa nhà tại thủ đô của Na Uy được cải tạo lại có khả năng sinh ra năng lượng nhiều hơn mức tiêu thụ. Powerhouse là hiệp hội những công ty hướng tới phát triển ngành xây dựng với năng lượng dương (năng lượng sinh ra nhiều hơn tiêu thụ). Trước khi cải tạo mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà là 650,000 kWh mỗi năm. Sau khi cải tạo, con số này là khoảng100,000 kWh mỗi năm. Năng lượng cho tòa nhà được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời với sản lượng khoảng 200,000 kWh/năm, nghĩa là cao hơn nhu cầu tiêu thụ. Tổn hao nhiệt được giảm xuống mức tối thiểu nhờ sử dụng các bức tường kín, trần, cửa sổ và các phần cách nhiệt khác. [45] 1.3.2 Tại Việt Nam Cùng với xu hướng kiến trúc xanh, kiến trúc cộng đồng, kiến trúc sinh thái thì KTHQNL ngày càng được quan tâm và phổ biến ở nước ta. Từ đó, chúng ta có thể trau dồi và với những điều kiện thuận lợi sẵn có ở nước ta như nguồn vật tư, nhiên liệu, công nghệ - khoa học, nhân lực là cơ sở để nước ta phát triển xu hướng kiến

25

trúc này. Ngoài ra, để đẩy mạnh việc xây dựng các công trình KTHQNL, mới đây Bộ Xây dựng cũng đã ban hành Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 09:2013/BXD “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả” thay thế quy chuẩn QCXDVN09:2005 [3]. Các công trình tiêu biểu như: Trường mần non Farming Kindergarten (Đồng Nai) (Hình 1.23), Nhà thờ Ka Đơn, xã Ka Đơn (Lâm Đồng) (Hình 1.24), Trường THCS & PTTH Phan Chu Trinh (Bình Dương) (Hình 1.25). Trường mần non Farming Kindergarten, Đồng Nai, ngôi trường với mái nhà xanh được tạo hình từ ba đường cong này đã giành giải nhì trong cuộc thi thiết kế xanh FuturArc Prize năm 2013 và lọt top 30 công trình vào vòng chung kết cuộc thi "Công trình đẹp nhất thế giới" của Viện Kiến trúc Hoàng gia Anh - RIBA (Royal Institute of British Architects) [46]. Mái vòm không chỉ là nơi vui chơi và học tập cho trẻ em, thiết kế này còn giúp TKNL khi các căn phòng ở đây đều được thiết kế thoáng mát, tận dụng gió trời và cây xanh để không phải sử dụng điều hòa. Các thiết bị như pin năng lượng mặt trời, máy lọc nước, cửa thông gió... được tận dụng để mang lại tính bền vững cao nhất cho công trình. Sau 10 tháng hoạt động, công trình đã tiết kiệm được 25% lượng năng lượng so với bình thường. Nhà thờ Ka Đơn, xã Ka Đơn, huyện Đơn Dương, Lâm Đồng, nằm ẩn mình giữa những rừng thông, gió cao nguyên lồng lộng, ít ai nghĩ rằng, với kiến trúc đơn sơ ấy, nhà thờ Ka Đơn đã giành giải Nhì trong Cuộc thi Kiến trúc Thánh quốc tế lần thứ sáu – (2016) được công bố tại thành phố Pavia (Italy) [47]. Từ năm 2011, khi còn trên giấy, bản thiết kế của nhà thờ cũng đã nhận được giải thưởng Kiến trúc Thánh châu Âu. Tường bao và trần nhà là hệ thống thanh gỗ thông xếp song song nhau tạo được không gian linh thiêng, thoáng rộng nhưng gần gũi. Các thiết bị sử dụng pin năng lượng mặt trời, hệ thống chủ yếu ban ngày là ASTN, thông gió tốt nên năng lượng được giảm thiểu một cách đáng kể khi vận hành. Công trình vận dụng hài hòa kiến trúc xanh và KTHQNL. 1.3.3 Tại TP.HCM TP.HCM là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, xã hội lớn nhất cả nước nên nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng cao trong khi nguồn nguyên nhiên liệu

26

ngày càng cạn kiệt. Nhằm khuyến khích hoạt động sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong tòa nhà thông qua các giải pháp thiết kế, xây dựng, sử dụng công nghệ và thiết bị HQNL, hằng năm Tổng cục Năng lượng - Bộ Công thương phối hợp với Trung tâm tiết kiệm năng lượng TP.HCM (ECC HCMC) tổ chức cuộc thi “Tòa nhà hiệu quả năng lượng”. Đây là cơ hội để các công trình KTHQNL tại Việt Nam nói chung và tại TP.HCM nói riêng nâng cao hình ảnh và uy tín đối với các quốc gia trong khu vực. Qua cuộc thi có thể thấy được, các công trình kiến trúc xây dựng tại TP.HCM rất chú trọng xu hướng KTHQNL và luôn đi đầu cả nước nhất là các CTCC. Công trình tiêu biểu: Trường đại học RMIT (Quận 7) (Hình 1.26, 1.27), Trung tâm thương mại Aeon (Quận Tân Phú) (Hình 1.28), Trung tâm thương mại Diamond Plaza (Quận 1) (Hình 1.29). Trường đại học RMIT, Quận 7, giải pháp của trường tại cơ sở Nam Sài Gòn là KTHQNL và bảo vệ môi trường được ứng dụng trong việc sử dụng vật liệu kết cấu và bề mặt tòa nhà giúp giảm thiểu tiếng ồn, ô nhiễm và hấp thụ nhiệt từ bên ngoài. Nước sau khi sử dụng sẽ được xử lý bằng hệ thống xử lý nước thải tự động nhằm tái sử dụng vào việc tưới cây. Các tòa nhà tận dụng ASTN và lượng gió từ khu vực hành lang để làm mát và hạn chế việc sử dụng điều hòa. RMIT Việt Nam vinh dự nhận giải thưởng Saigon Times Top 40 năm 2010 với chủ đề "Tiết kiệm năng lượng" cảu Báo Saigon Times. Ngoài ra, Tòa nhà giảng đường 1 của trường RMIT đã nhận được Giải thưởng tòa nhà HQNL - loại hình tòa nhà mới do Bộ Công thương trao tặng năm 2010. Tòa nhà giảng đường số 1 của trường đã nhận được Giải thưởng tòa nhà HQNL - loại hình tòa nhà mới do Bộ Công thương trao tặng năm 2010. [48] Trung tâm thương mại Diamond Plaza, Quận 1, theo KTS Khương Văn Mười, tòa nhà Diamond Plaza và Metropolitan có điểm độc đáo là sự kết hợp rất hài hòa với 2 kiến trúc cổ nổi tiếng của TPHCM nằm ngay cạnh đấy là Nhà thờ Đức Bà và Bưu điện thành phố. Công trình sử dụng các biện pháp đơn giản như lắp biến tần cho hệ thống bơm nước, vệ sinh định kỳ các chóa đèn, dàn nóng máy lạnh để nhiệt độ máy lạnh mặc định 250C... giúp tiết kiệm được khoảng 29,29% điện năng tiêu

27

thụ. Ngoài ra, công trình lắp đặt hệ thống QLNL BMS (Building Management System) giúp vận hành toàn bộ hệ thống thiết bị trong tòa nhà, lắp kính TKNL, dán phim cách nhiệt cho cửa sổ, trồng cây xanh để ngăn bức xạ nhiệt… Với những giải pháp đã áp dụng, TTTM Diamond Plaza đã đạt giải Nhì cho Loại hình cải tạo lại trong cuộc thi Tòa nhà sử dụng năng lượng hiệu quả 2013. Trước đó, TTTM Diamond Plaza đã đoạt giải Hệ thống QLNL trong cuộc thi "Tòa nhà HQNL" toàn khu vực Đông Nam Á năm 2007. [49] 1.3.4 Đánh giá và nhận xét việc ứng dụng thực tiễn Theo tác giả, các công trình xây dựng ở Việt Nam nói chung và TP Hồ Chí Minh nói riêng, các giải pháp HQNL phổ biến hiện nay tập trung ở 3 hệ thống kỹ thuật: Hệ thống chiếu sáng (tự nhiên hoặc nhân tạo), cấp thoát nước và thông gió điều hòa không khí. Tuy nhiên, hiện nay Việt Nam chưa thật sự có được lực lượng tư vấn thiết kế như KTS, thiết kế cơ điện, thiết kế hệ thống QLNL… đảm bảo đáp ứng nhu cầu HQNL. Lực lượng tư vấn thiết kế của Việt Nam chưa có nhiều điều kiện để tiếp xúc với các chương trình đào tạo bổ sung, cập nhật kỹ năng thiết kế các công trình HQNL nên hiện nay, nhiều công trình, các chủ đầu tư thường phải thuê tư vấn thiết kế từ nước ngoài. Ngoài ra, hệ thống các văn bản pháp lý về quy định, tiêu chuẩn, đánh giá và công nhận các công trình HQNL của Việt Nam cũng đã có nhưng hiện vẫn chưa thực sự đi vào cuộc sống, không thực tế. Từ những nguyên nhân này, đa số các công trình mới, đặc biệt các CTCC của Việt Nam mặc dù có quan tâm đến việc HQNL nhưng mới chỉ áp dụng HQNL một phần chứ chưa đem lại một cách hệ thống nên chưa đạt hiệu quả tối ưu. Tuy nhiên, xu hướng KTHQNL áp dụng cho các CTCC có sức lan tỏa ngày một sâu rộng trên thế giới, khởi đầu từ các quốc gia tiên tiến có trình độ khoa học công nghệ phát triển cao và tiềm lực kinh tế mạnh tại Bắc Mỹ và Tây Âu. Khu vực Đông Nam Á đã đón nhận xu thế phát triển này một cách tích cực, và Việt Nam cũng đã khởi động lộ trình tiến tới kiến trúc HQNL nói riêng và KTBV nói chung. Chúng ta đã đạt được một số thành tựu nhất định, bằng chứng là các công trình kiến

28

trúc đã được nêu ở trên. Đây sẽ là tiền đề, bước chạy đà hoàn hảo để phát triển xu hướng KTHQNL, từ đó hướng đến sự bền vững trong kiến trúc, mang lại những thành tựu to lớn cho cộng đồng, xã hội và đất nước ta. 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trong các đô thị lớn, CTCC là một thành phần trong hệ thống không gian cần thiết cho cư dân. Tuy nhiên CTCC hiện nay lại rất ít ỏi so với các loại hình khác. Không gian giữa các công trình – một loại không gian tất yếu, có nhiều ý nghĩa, quan trọng trong tổ hợp kiến trúc và tổ chức không gian đô thị với cuộc sống hàng ngày của cư dân đô thị. Trong các không gian CTCC, con người thực hiện được nhiều hơn những nhu cầu sống của mình: giao tiếp, kết bạn, học hỏi, vui chơi – giải trí,… Các không gian CTCC (trong nhà hay ngoài trời) mới thực sự đóng vai trò quan trọng hơn trong sinh hoạt cộng đồng, xã hội và hành vi ứng xử của nười dân. Với nguồn tài nguyên như gió, mặt trời có thể tận dụng cho KTHQNL. Vì thế, KTHQNL là hướng đi tất yếu của kiến trúc Việt Nam, TS.KTS Lê Thị Bích Thuận, Phó Viện trưởng Kiến trúc quy hoạch đô thị, nông thôn khẳng định: “Sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả cũng là một trong những nội dung quan trọng trong chiến lược phát triển năng lượng bền vững của Việt Nam gắn liền với việc bảo đảm phát triển kinh tế, bảo đảm an ninh năng lượng và góp phần bảo vệ môi trường, duy trì mục tiêu phát triển bền vững” [99]. Theo thống kê mới nhất của Ngân hàng Thế giới, nâng cao HQNL trong ngành xây dựng sẽ giúp Việt Nam đạt mục tiêu giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính 8 - 10% trong giai đoạn 2011-2020. Cùng với kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái, kiến trúc cộng đồng, KTHQNL là xu hướng kiến trúc tương lai. Để đạt được hiệu quả về mặt tinh thần lẫn vật chất, đưa các xu hướng kiến trúc vào cuộc sống thì người KTS có vai trò quan trọng. Vì mỗi xu hướng mang đặc trưng riêng nên người KTS phải trau dồi, học hỏi kết hợp với vận dụng những kiến thức đã biết cũng như những kinh nghiệm đã trải qua. Từ đó, sẽ là cầu nối cho các xu hướng kiến trúc để hướng đến lợi ích chung nhất là sự bền vững trong kiến trúc, tạo ra các công trình phục vụ nhu cầu cho người dân, cộng đồng, xã hội nhưng vẫn đảm bảo được việc tối ưu hóa HQNL, bảo vệ môi trường.

Biểu đồ 1.1 Tiềm năng để tiết kiệm và hiệu quả năng lượng theo ngành Nguồn: [100]

Biểu đồ 1.2 Hệ thống sử dụng năng lượng trong công trình Nguồn: [100]

KIẾN TRÚC BỀN VỮNG (SUSTAINABLE ARCHITECTURE)

KIẾN TRÚC MÔI TRƯỜNG (ENVIRONMENTAL ARCHITECTURE)

KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG

KIẾN TRÚC SINH THÁI (ECOLOGIC ARCHITECTURE)

(ENERGY EFFICIENT ARCHITECTURE)

KIẾN TRÚC KHÍ HẬU (CLIMATIC ARCHITECTURE)

KIẾN TRÚC SINH KHÍ HẬU (BIOCLIMATIC ARCHITECTURE)

KIẾN TRÚC THÍCH ỨNG (ADAPTABLE ARCHITECTURE)

Hình 1.1 Mô hình kiến trúc bền vững Nguồn: Tác giả

Hình 1.2 Khu ở Vauban tại thành phố Freiburg, CHLB Đức Nguồn: [40]

Hình 1.3 Hội trường Noail City, Tây Ban Nha Nguồn: [101]

Hình 1.4 Tòa nhà Diamond, Trụ sở Ủy ban Năng lượng Malaysia Nguồn: [98]

Hình 1.5 Cà phê gió và nước, Bình Dương, Việt Nam Nguồn: [101]

QUY HOẠCH (URBAN PLANNING)

KIẾN TRÚC CÔNG TRÌNH (ARCHITECHTURE)

KIẾN TRÚC CẢNH QUAN (LANSCAPE ARCHITECHTURE)

KIẾN TRÚC

KIẾN TRÚC

DÂN DỤNG

CÔNG NGHIỆP

KIẾN TRÚC AN NINH QUỐC PHÒNG

KIẾN TRÚC

KIẾN TRÚC

NHÀ Ở

CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG

Hình 1.6 Sơ đồ các loại hình kiến trúc Nguồn: Tác giả

Hình 1.7 Nhóm các CTCC Nguồn: [22]

Hình 1.8 Sơ đồ dây chuyền công năng của công trình Ga hành không Nguồn: [23]

Hình 1.9 Sơ đồ bố trí mặt cắt của công trình Ga hành không Nguồn: [23]

Hình 1.10 Sơ đồ công năng của một số công trình thông dụng Nguồn: [23]

Hình 1.11 Sân bay Stuttgart (Đức) do văn phòng KTS. Von Gerkan, Marg và Partnes thiết kế Nguồn: [23]

Hình 1.12 Chung cư Interlace, Singapore mang xu hướng Tăng không gian xanh nhưng diện tích đất không thay đổi Nguồn: [103]

Hình 1.13 Không gian xanh của công trình đạt 112% diện tích xanh so với ban đầu Nguồn: [103]

Hình 1.14 Tòa nhà C.K. Choi tại Đại học British Columbia Nguồn: [42]

Hình 1.15 Công trình “Adriance and Kalkin House” tại Mỹ theo xu hướng “Vật liệu sáng tạo” bằng Container Nguồn: [102]

Hình 1.16 Công trình theo xu hướng “Mái xanh” Nguồn: [43]

Hình 1.17 Công trình theo xu hướng “Tích hợp nông nghiệp – đô thị” Nguồn: [42]

Hình 1.18 Hệ thống HVAC, xu hướng “Tự động hóa cho công trình” Nguồn: [93]

Hình 1.19 Công trình The Crystal (London, Anh Quốc) Nguồn: [44]

Hình 1.20 Tòa nhà The Edge (trái) và hệ thống pin mặt trời trên nóc (Bloomberg) Nguồn: [44]

Hình 1.21 Trung tâm Bullitt (Seattle, USA) Nguồn: [44]

Hình 1.22 Tòa nhà Power House Kjørbo (Oslo, Nauy) và thi công lắp đặt dàn pin mặt trời trên mái (Tom-Atle) Nguồn: [45]

Hình 1.23 Trường mần non Farming Kindergarten, Đồng Nai Nguồn: [46]

Hình 1.24 Nhà thờ Ka Đơn, xã Ka Đơn, huyện Đơn Dương, Lâm Đồng Nguồn: [47]

Hình 1.25 Trường THCS & PTTH Phan Chu Trinh, Bình Dương Nguồn: [104]

Hình 1.26 Tòa nhà Giảng đường AB2 mới xây của Trường đại học RMIT, Quận 7 Nguồn: [48]

Hình 1.27 Tòa nhà Giảng đường số 1 (dưới) của đạt giải Hiệu quả năng lượng năm 2010 của Trường đại học RMIT, Quận 7 Nguồn: [48]

Hình 1.28 Trung tâm thương mại Aeon - Tân Phú Celadon, Quận Tân Phú Nguồn: [105]

Hình 1.29 Trung tâm thương mại Diamond Plaza, Quận 1 Nguồn: [49]

29

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀO CTCC TẠI TP.HCM 2.1 CÁC YẾU TỐ VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI, CƠ CHẾ CHÍNH SÁCH CHIẾN LƯỢC, KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT TẠI TP.HCM 2.1.1 Yếu tố điều kiện tự nhiên 2.1.1.1 Vị trí địa lý TP.HCM là đô thị lớn nhất, một trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa và khoa học kĩ thuật quan trọng của cả nước. Lãnh thổ trải dài theo hướng tây bắc – đông nam và nằm trong khoảng từ 10022’13’’ đến 11022’17’’ vĩ độ Bắc và từ 106001’2’’ đến 10701’10’’ kinh độ Đông. Điểm cực bắc của thành phố là xã Phú Mỹ Hưng (huyện Củ Chi), điểm cực nam ở xã Long Hòa (huyện Cần Giờ), điểm cực tây tại xã Thái Mỹ (huyện Củ Chi) và điểm cực đông là xã Thanh An (huyện Cần Giờ) [50]. TP.HCM nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Ðông Nam bộ và đồng bằng sông Cửu Long. Ðịa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam và từ Ðông sang Tây. Nhìn chung, địa hình TP.HCM đa dạng khá bằng phẳng với độ dốc trung bình 4.4cm/km về hướng biển cách 50km về phía nam. Bên cạnh đó, mạch nước ngầm hệ thống sông rạch nhiều với 93km kênh rạch chia làm 4 kênh chính và 29 kênh nhánh đổ ra sông Sài Gòn. Vì vậy, nguồn nước đóng vai trò rất quan trọng và sẽ là tiềm năng to lớn để tận dụng nguồn năng lượng phát triển nhiều mặt nhất là trong lĩnh vực kiến trúc xây dựng. 2.1.1.2 Khí hậu Nước ta có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa: Tính nhiệt đới: do nằm trong vùng nhiệt đới bán cầu Bắc nên nhận lượng nhiệt lớn; Tính ẩm: do giáp biển Đông nguồn dự trữ nhiệt ẩm dồi dào, làm cho thiên nhiên mang tính hải dương, lượng mưa và độ ẩm lớn; Gió mùa: nằm trong vùng hoạt động gió Tín Phong và gió mùa châu Á điển hình nên khí hậu có hai mùa rõ rệt. Do đó, khí hậu có đặc điểm chung là khí hậu nhiệt đới gió mùa mang tính chất cận xích đạo nên nhiệt độ cao và khá ổn định trong năm. (Hình 2.1). Ngoài ra, khí hậu TP.HCM có những đặc trưng sau đây:

30

- Bức xạ: Lượng bức xạ dồi dào, trung bình khoảng 140 Kcal/cm2/năm. Việt Nam là nước nhiệt đới, có chế độ bức xạ mặt trời nội chí tuyến, trong năm mặt trời có hai lần đi qua thiên đỉnh. Tổng lượng bức xạ hàng năm đạt khoảng 120-350 Kcal/cm2 ở phía Nam. Số giờ nắng trung bình/tháng 160-270 giờ. Nhiệt độ không khí trung bình 27oC. Nhiệt độ cao tuyệt đối 400C, nhiệt độ thấp tuyệt đối 13,8oC. Tháng nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 4 (28,8oC), tháng nhiệt độ trung bình thấp nhất là khoảng giữa tháng 12 và 1 (25,7oC). Hàng năm có tới trên 330 ngày có nhiệt độ trung bình 25 - 28oC. Ðiều kiện nhiệt độ và ánh sáng ở TP.HCM tốt cho năng suất sinh học cao, giảm ô nhiễm môi trường đô thị. (Hình 2.2) [51] - Mưa: Lượng mưa cao, bình quân/năm 1.949 mm. Năm cao nhất 2.718 mm (1908) và năm nhỏ nhất 1.392mm (1958). Số ngày mưa trung bình/năm là 159 ngày. Khoảng 90% hàng năm tập trung từ tháng 5 đến tháng 11; trong đó hai tháng 6 và 9 có lượng mưa cao nhất. Các tháng 1,2,3 mưa rất ít. Trên phạm vi thành phố, lượng mưa phân bố không đều, có khuynh hướng tăng dần theo trục Tây Nam Ðông Bắc. Ðại bộ phận khu vực quận nội thành và các huyện phía Bắc thường có lượng mưa cao hơn các khu vực quận huyện phía Nam và Tây Nam. (Hình 2.4) [51] - Ðộ ẩm: tương đối của không khí bình quân/năm 79,5%; bình quân mùa mưa 80% và trị số cao tuyệt đối tới 100%; bình quân mùa khô 74,5% và mức thấp tuyệt đối xuống tới 20%. [51] - Gió: chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính là gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Ðông Bắc. Gió Tây - Tây Nam từ Ấn Ðộ Dương thổi vào trong mùa mưa, từ tháng 6 đến tháng 10 tốc độ trung bình 3,6m/s, mạnh nhất vào tháng 8 tốc độ trung bình 4,5 m/s. Gió Bắc - Ðông Bắc từ biển Đông thổi vào trong mùa khô, từ tháng 11 đến tháng 2 tốc độ trung bình 2,4 m/s. Ngoài ra có gió tín phong, hướng Nam - Ðông Nam, từ tháng 3 đến tháng 5 tốc độ trung bình 3,7 m/s. [51] 2.1.2 Yếu tố kinh tế - xã hội 2.1.2.1 Kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội hiện nay Giai đoạn 2011-2015, thành phố duy trì tốc độ tăng trưởng khá cao, bình quân 9,6%/năm. Thu nhập bình quân đầu người năm ngoái đạt trên 5.100 USD/người,

31

phấn đấu đến năm 2020 đạt 9.800 USD/người, cao hơn chỉ tiêu Nghị quyết 16 đề ra mức 8.500 USD/người. Thu ngân sách Thành phố luôn đạt và vượt kế hoạch, trong đó giai đoạn 2011 - 2015 đạt gần 1,2 triệu tỷ đồng, đóng góp gần 28% nguồn thu ngân sách quốc gia [52]. Năm nay, thành phố tập trung vào việc thực hiện thí điểm cơ chế, chính sách đặc thù vừa được Quốc hội thông qua. Mục tiêu đặt ra là đạt tốc độ tăng trưởng tổng sản phẩm trên địa bàn từ 8,3 đến 8,5%. Theo đó, ngành công nghiệp xây dựng tăng 7,9%; dịch vụ tăng 8%; tổng thu ngân sách nhà nước trên địa bàn đạt 376.780 tỷ đồng (thu nội địa là 256.210 tỷ đồng, thu từ dầu thô 12.570 tỷ đồng và từ hoạt động xuất nhập khẩu là 108.000 tỷ đồng) [53]. Bên cạnh đó, thành phố tiếp tục cải thiện tập trung xây dựng đề án Xây dựng TP.HCM trở thành đô thị thông minh giai đoạn 2017 - 2020, tầm nhìn đến năm 2025 nhằm nâng cao chất lượng sống, phục vụ tốt hơn cho người dân và doanh nghiệp trên các lĩnh vực. Trong đó, lĩnh vực kiến trúc xây dựng đóng vai trò không nhỏ trong việc xây dựng đô thị thông minh. Tuy nhiên đây cũng là cơ hội cũng như thách thức trong xây dựng. Chính vì vậy, đây cũng là thời điểm tốt để chứng minh, phát huy vai trò và tính chất của KTHQNL bên cạnh tiềm lực sẵn có về con người, khoa học kỹ thuật. Bên cạnh đó, TP.HCM tập trung thực hiện nhiều giải pháp chú trọng cải thiện môi trường đầu tư xây dựng, tăng cường xúc tiến, hợp tác, tạo điều kiện cho doanh nghiệp xây dựng có lợi thế cạnh tranh phát triển có cơ hội tiếp cận với các kỹ thuật, công nghệ tiên tiến nước ngoài. Cùng với đó, phải thực hiện linh hoạt, hiệu quả các cơ chế huy động và sử dụng nguồn lực đầu tư phát triển; ưu tiên các công trình, dự án mang tính cộng đồng, động lực thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, hợp tác quốc tế. 2.1.2.2 Vấn đề về dân số và nhà ở Dân số Cứ mỗi năm, dân số ở TP.HCM mỗi tăng. Sau năm 1975, dân số TP. HCM chỉ khoảng 3 triệu người thì đến nay đã tăng hơn 13 triệu dân (tính đến tháng 12/2018) trên tổng diện tích 2095,5 km2, trong đó còn chưa kể đến lượng dân số từ tỉnh khác đến học tập, làm việc có thời hạn tạm trú từ 6 tháng trở lên. Các con số thống kê

32

gần đây như: TPHCM chỉ chiếm 0,6% diện tích cả nước, dân số và lao động lần lượt chiếm 9% và 8%. Đất không tăng nhưng dân số tăng khiến không gian càng bị nén. Trên 1km2, dân số TPHCM gấp 14 lần, còn lao động gấp 12 lần cả nước. [54] Cơ cấu chủ yếu là dân cơ học, trong đó 85% tập trung tại khu vực đô thị, đất chật người đông, đặc biệt ở khu vực các quận trung tâm (Quận 1, 3, 4, 5, 10), mật độ dân số cao trung bình khoảng 220.000 người/km2 (theo số liệu thống kê dân số năm 2011). Việc dân số tăng cao là sức ép khủng khiếp với thành phố vì cơ số hạ tầng không đáp ứng kịp thời cũng như các nhu cầu cơ bản về chỗ ở, y tế, giáo dục, vui chơi, giải trí, đặt ra cho chính quyền thành phố cấp bách về hoàn thiện hạ tầng bên cạnh đó CTCC cũng đóng vai trò quan trọng. Ngoài ra, dân số lớn đang mang lại nhiều tiềm năng, cơ hội về nguồn nhân lực, hay cả thị trường tiêu thụ tương ứng. Nhà ở Nhằm giải quyết một cách căn cơ và bền vững thì các giải pháp cần hướng đến mọi thành phần dân cư, không chỉ người có thu nhập thấp, công nhân, người lao động, sinh viên mà còn có nhiều đối tượng khác như lao động trẻ, hoặc người có thu nhập trung bình và cả những người có thu nhập cao, người nước ngoài đang sinh sống, làm việc tại thành phố. Khi đã xác định chương trình chỉnh trang và phát triển đô thị là một chương trình đột phá thì cần quan tâm định hướng mục tiêu phát triển thị trường cạnh tranh lành mạnh, minh bạch và bền vững. Đặc biệt, việc phát triển đô thị bền vững cần phối hợp chặt chẽ và đồng bộ giữa quy hoạch giao thông, quy hoạch xây dựng và quy hoạch sử dụng đất để phát huy hết thế mạnh của TP.HCM. Trong đó vấn đề dự báo quy mô dân số của thành phố trong 10 - 20 năm tới. Có thể nói, đây là vấn đề lớn có liên quan đến việc đáp ứng nhu cầu về ăn mặc, học hành, y tế, giải trí, đi lại,... của cư dân thành phố, nhất là việc giải quyết nhu cầu nhà ở và tính cộng đồng đóng vai trò quan trọng [55]. Vì vậy, thành phố cần điều chỉnh chỉ tiêu dự báo quy mô dân số các quận, huyện một cách hợp lý. Song song đó, bên cạnh việc phát triển công trình nhà ở thì CTCC là một phần không thể thiếu vì ngoài nhu cầu ở ra thì nhu cầu vui chơi, giải trí, y tế, giáo dục, hành chính là một phần trong cuộc sống của con người.

33

2.1.2.3 Vấn đề về văn hóa trong đô thị Sài Gòn - Chợ Lớn từ khi hình thành và trong quá trình phát triển luôn gắn liền với khu vực sản xuất thủ công nghiệp ở miền Đông Nam Bộ và vựa lúa đồng bằng sông Cửu Long. Lấy sông Sài Gòn làm chuẩn các đường phố chia đô thị Sài Gòn (vốn trải dài ven sông, kênh rạch) thành những ô vuông, trong đó là các công sở, biệt thự, trường học, bệnh viện và các CTCC khác. Chừng đó yếu tố cùng với sự hoạch định cụ thể, lâu dài đã biến Sài Gòn - Chợ Lớn trở thành một đô thị - thương cảng kiểu phương Tây: Từ hạ tầng cơ sơ đến việc phát triển những ngành nghề dịch vụ, hình thành tầng lớp thị dân và lối sống, văn hóa đô thị, khu dân cư, khu thương mại, nhà thờ, quảng trường, công sở, các thiết chế văn hóa đô thị. Những kiến trúc lớn như Bến Nhà Rồng, Nhà thờ Đức Bà, Bưu điện, Nhà hát Thành phố, Bảo tàng Thành phố, Bảo tàng Lịch sử, Tòa án, Trụ sở UBND Thành phố, và khu trung tâm Nguyễn Huệ - Lê Lợi - Hàm Nghi. Đó là nơi “lắng hồn” đô thị Sài Gòn [56]. Với vị thế là thương cảng trung tâm kinh tế - văn hóa, tầm giao lưu và ảnh hưởng cả nước, Sài Gòn luôn được coi là thành phố tiêu biểu và đại diện cho Nam bộ trên tất cả các lĩnh vực. Những yếu tố đó tạo nên một đô thị cổ Bến Nghé - Gia Định, đô thị Sài Gòn - TP.HCM luôn thể hiện bản sắc văn hóa “văn minh, hiện đại, nghĩa tình”. Tương lai, thành phố sẽ phát triển vượt bậc, mang tầm cỡ khu vực Đông Nam Á, là nơi đáng sống mang đậm bản sắc dân tộc, truyền thống cộng đồng. 2.1.3 Yếu tố cơ chế chính sách chiến lược Thời gian trước, TPHCM chưa có không gian công cộng đô thị nào đầu tư đáng kể ngoại trừ chỉnh trang không gian công viên, mảng xanh có sẵn và đưa vào không gian này các hoạt động đô thị mới mẻ. Muốn cạnh tranh với các đô thị lớn thì phải giành những khoản đầu tư có chiều sâu, TPHCM phải tìm cách khuếch trương bản sắc của mình. Bản sắc đô thị phần nhiều nằm trong không gian công cộng, một thành phố độc đáo vừa mang nét Đông Á ở sự thiếu trật tự và hỗn loạn bề ngoài, vừa mang nét phương Tây nhờ bản quy hoạch của người Pháp đầu thế kỷ 20. Ngoài ra, thành phố tập trung phát triển không gian trong lòng đất hay trên cao, nhất là không gian giao thông, sinh họat cộng đồng để từ đó làm thông thoáng

34

không gian mặt đất như dùng sân thượng làm nơi để giữ xe là một việc làm hay có nhiều gợi ý tốt. Không những thế, nhận thấy tiềm năng của hệ thống sông ngòi, kênh rạch nên thành phố phát triển các không gian CTCC phục vụ cộng đồng, giao thông và du lịch. Ngoài ra, công tác xây dựng hệ thống nhà cao tầng, chung cư và trụ sở sao cho mặt bằng đất đai tiết kiệm nhất, khai thác không gian ngầm dưới đất và không gian trên cao để vừa có khoảng trống mặt đất cho không gian CTCC và không gian thoáng rộng từ trên bầu trời, không che khuất tầm nhìn. Cho nên, thành phố cần sáng kiến toàn dân nhất là các nhà khoa học, chuyên gia dù mang tính tình thế nhưng cũng góp phần định hướng kiến trúc thành phố trong tương lai. [57] 2.1.4 Yếu tố khoa học công nghệ kỹ thuật Là một trung tâm kinh tế, chính trị, xã hội, văn hóa, công nghệ, khoa học kỹ thuật, dịch vụ quốc tế, đầu tàu vùng kinh tế phía nam cũng như cùng với thành phố Hà Nội là một trong hai thành phố lớn nhất cả nước. Thành phố luôn đi đầu cả nước về nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có khoa học kỹ thuật. Với thế mạnh đó, thành phố tập trung nhiều cơ quan nghiên cứu, trường đại học có uy tín chất lượng trong và ngoài nước nên việc tiếp nhận, triển khai các chương trình, có vai trò quan trọng, ý nghĩa đối với sự phát triển của thành phố. TP.HCM là nơi có một đội ngũ hùng hậu những người làm công tác nghiên cứu, giảng dạy, họ đóng góp một phần không nhỏ trong việc truyền đạt và phát triển tư duy mới mẻ, đóng góp tích cực cho nhiều lĩnh vực. Riêng trong lĩnh vực kiến trúc xây dựng, thành phố tập trung các trường đại học danh tiếng như đại học Bách khoa TP.HCM, đại học Kiến trúc TP.HCM, Văn Lang, Tôn Đức Thắng, Hồng Bàng, RMIT,… với một bề dày kinh nghiệm trong việc đào tạo, nghiên cứu khoa học được đánh giá cao và đi đầu cả nước. Khoa học kỹ thuật là một trong những thế mạnh mà thành phố - là trung tâm giao thương lớn nhất nước nên việc tiếp nhận các trang thiết bị, công nghệ khoa học kỹ thuật tiên tiến của nước ngoài rất thuận lơi. Với lợi thế đó sẽ là tiền đề hoàn hảo để thành phố có thể triển khai các đề tài nghiên cứu liên quan đến kiến trúc xây dựng và tạo ra nhiều công trình ấn tượng nhất là không gian và CTCC về việc áp dụng các xu hướng kiến trúc hiện đại nói chung và KTHQNL nói riêng.

35

2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VIỆC ỨNG DỤNG TẠI TP.HCM 2.2.1 Vật lý kiến trúc 2.2.1.1 Âm học (Cách âm) Âm học là một nhánh của vật lý học, nghiên cứu về sự lan truyền của sóng âm thanh trong các loại môi trường và sự tác động qua lại của nó với vật chất. Trong kiến trúc, chúng ta nghiên cứu sự tác động của âm thanh tới môi trường kiến trúc, để tìm ra các giải pháp kiến trúc hướng đến kết quả như chống ồn, đảm bảo nghe đều, rõ ở các vị trí khác nhau. Âm học kiến trúc được áp dụng đầu tiên trong các công trình nhà hát hay phòng âm nhạc, và hiện nay được chú ý ở hầu hết các công trình khác, như công sở, trường học... Để chống ồn, âm học kiến trúc đưa ra các phương án như che chắn, sử dụng tường ngắn, các vật liệu chống ồn... Để đảm bảo sự nghe đều, nghe rõ trong các phòng họp, nhà hát, KTS lựa chọn hình dáng căn phòng sao cho nguồn âm phát ra được phản xạ, đem lại hiệu quả tốt nhất. [58] Việc kiểm soát tiếng ồn hay cách âm thì các nhà nghiên cứu sản xuất và ứng dụng đã hoàn thành nhiều công trình nghiên cứu và đạt được những kết quả to lớn. Trong đó, các giải pháp chống ồn đối với CTCC được chú trọng về mặt kỹ thuật, thẩm mỹ nhưng vẫn đảm bảo về HQNL và yêu cầu trong thi công xây dựng, chia theo mục đích xử lý nội ngoại thất. Dựa trên sự phát triển của khoa học công nghệ, giải pháp cách âm đã trở nên dễ dàng, sự hiệu quả giúp công trình giảm đáng kể chi phí đầu tư, vận hành, quản lý. 2.2.1.2 Nhiệt độ (Cách nhiệt) Với tình hình trái đất ngày càng nóng lên việc cách nhiệt cho công trình rất cần thiết cho sức khỏe và tiện nghi cho người sử dụng. Cũng giống như cách âm thì cách nhiệt cho công trình cũng là một trong những yếu tố không thể thiếu trong công trình HQNL. Nhiệt truyền đi theo ba cách tuỳ thuộc vào vật chất mà nó truyền qua: dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Dẫn nhiệt là cách truyền nhiệt qua sự tiếp xúc của các phân tử nằm cạnh nhau trong vật chất. Đối lưu là cách truyền nhiệt bằng sự chuyển động của chất lỏng hay chất khí. Bức xạ là cách truyền năng lượng qua sóng

36

điện từ, có thể truyền qua chân không. Cách nhiệt là cản không cho nhiệt năng truyền vào nơi sinh hoạt, giúp giảm thiểu năng lượng tiêu hao cho HTĐHKK bằng cách giảm sự trao đổi nhiệt của công trình với môi trường bên ngoài. Với việc cách nhiệt tốt cho công trình không chỉ giữ cho nhiệt độ bên trong tương đối ổn định, thoải mái mà còn vừa làm giảm năng lượng tiêu thụ của công trình. 2.2.1.3 Chiếu sáng và thông gió tự nhiên Chiếu sáng (Hình 2.5) Chiếu sáng công trình gồm có 2 hình thức là CSTN và chiếu sáng nhân tạo. 2 hình thức này tuy khác nhau nhưng nếu biết cách vận dụng tốt sẽ đảm bảo đủ ánh sáng cho công trình nhưng vẫn TKNL. Trong KTHQNL thì CSTN được xem xét trước tiên vì đảm bảo được tính chất của loại kiến trúc cũng như những lợi ích to lớn mà nó mang lại. Tuy nhiên, ở một số trường hợp cụ thể, có vị trí khu đất không tốt cũng như ảnh hưởng các công trình cao xung quanh thì sẽ xem xét yếu tố chiếu sáng nhân tạo nhưng vẫn phải đảm bảo HQNL cho công trình. Chiếu sáng kiến trúc được xem là việc khai thác hiệu quả của ánh sáng nhằm tạo ra nét hấp dẫn, sống động rực rỡ hơn cho công trình. HQNL của việc chiếu sáng kiến trúc đạt được thông qua các giải pháp về: Phương pháp bố trí chiếu sáng; Mức độ chiếu sáng; Màu sắc ánh sáng. Chiếu sáng có vai trò hết sức quan trọng đối với công trình kiến trúc: - Chiếu sáng không những chiếu sáng nội thất bên trong mà còn làm nổi bật hình khối kiến trúc bên ngoài công trình; - Chiếu sáng có thể làm thay đổi không gian kiến trúc, đồng nhất các không gian, làm bật lên ý đồ sáng tạo nghệ thuật công trình hay ý tưởng của người thiết kế; - Chiếu sáng làm nổi bật hoặc che giấu hoặc kiểm soát bề mặt, làm cho công trình cao lên hoặc thấp đi, lồi ra hay lõm vào; - Trong tổng thể kiến trúc, chiếu sáng làm nổi bật nét riêng biệt của từng chi tiết trong tổng thể hài hoà có sự đan xen phong phú; - Chiếu sáng làm hài hoà công trình với môi trường xung quanh;

37

- Chiếu sáng nhân tạo với màu sắc không những thu hút, bắt mắt mà nó còn phản ánh được cái hồn của công trình. Mức độ, màu sắc ánh sáng khác nhau sẽ đem lại những hiệu quả nghệ thuật khác nhau; - CSTN hay nhân tạo cũng làm tăng giá trị nghệ thuật, hoành tráng cho công trình kiến trúc. Ở những nước đang phát triển hiện nay thì việc chiếu sáng ở những công trình kiến trúc, đặc biệt các CTCC như công viên, bảo tàng, tượng đài,… được coi là một trong những yếu tố quan trọng góp phần tạo ra vẻ đẹp của công trình kiến trúc. Chiếu sáng trong công trình là một yếu tố không thể thiết trong KTHQNL, góp phần bền vững trong kiến trúc. Thông gió tự nhiên (TGTN) (Hình 2.6) TGTN còn gọi là HTTG thụ động, áp dụng sự chuyển động của luồng không khí bên ngoài nhà và chênh lệch áp suất giữa các luồng không khí nhằm làm mát cho công trình một cách thụ động. Việc thông gió quan trọng vì nó giúp đảm bảo cung cấp không khí trong lành mà không dùng các thiết bị làm mát. Với vùng khí hậu nóng, nó đáp ứng được nhu cầu làm mát của công trình mà không phải dùng đến các hệ thống điều hòa nhiệt độ cơ khí. Năng lượng tiết kiệm được từ hệ thống này có thể đóng một phần rất lớn vào tổng năng lượng tiêu thụ. [24] TGTN thành hay bại được quyết định bởi mức độ tiện nghi nhiệt cao và đủ không khí trong lành cho các không gian công trình, trong khi tiêu thụ rất ít hoặc không tiêu thụ năng lượng cho HTTG và điều hòa nhiệt độ. Khối nhiệt có thể có tác động vào hệ thống TGTN. Nếu một không gian quá nóng thì TGTN sẽ khó tạo tiện nghi nhiệt hơn. Tuy nhiên, các giải pháp về khối nhiệt có thể duy trì một nhiệt độ ổn định và tránh thay đổi lớn một cách đột ngột. Bằng cách ổn định biên độ nhiệt, người thiết kế có cơ hội tốt hơn để sử dụng TGTN có hiệu quả. [62] Các biện pháp để TGTN bao gồm cửa sổ, cửa thông gió, các thiết bị thông gió trên mái và các tổ chức kết cấu hút đẩy gió. Sử dụng cửa sổ là phương pháp thông dụng nhất. Các hệ thống tiên tiến có thể kể đến là cửa sổ tự động hay cửa thông gió kích động bằng rơ le nhiệt. Chiến lược thiết kế đúng đắn được lựa chọn dựa vào

38

nhiệt độ, độ ẩm khu đất. Biểu đồ nhiệt ẩm (Hình 2.7) chỉ ra các chiến lược thiết kế thụ động khác nhau có thể mở rộng phạm vi tiện nghi VKH cho con người như thế nào. Tận dụng tốt việc TGTN mang lại lợi ích rất lớn, giảm chi phí vận hành cũng như tiết kiệm, hiệu quả nguồn năng lượng hướng đến sự bền vững lâu dài. 2.2.1.4 Vi khí hậu (VKH) Khí hậu mỗi vùng miền khác nhau, mỗi nơi lại có đặc trưng riêng biệt. Sự khác biệt trong khí hậu ở mỗi địa phương, mỗi vùng khí quyển được gọi là VKH [63]. Mỗi vùng có những đặc điểm riêng về mặt địa hình, cảnh quan... mà hình thành một VKH riêng dù nó có thể nằm trong một vùng khí hậu rộng lớn. Chẳng hạn, các vùng nước ta cũng có VKH riêng được chia làm 2 hoặc 3 miền (Khí Hậu miền Bắc, miền Trung và miền Nam) [64]. Theo PGS.TS Phạm Đức Nguyên, các đô thị ven biển là những nơi khá lý tưởng về điều kiện vi khí hậu do vị trí địa lý mang lại, chẳng hạn tần suất tiện nghi ở Đà Nẵng là hơn 85% thời gian trong năm còn tại Nha Trang chỉ số này lên đến 99%, trong khi đó Thủ đô Hà Nội chỉ đạt mức xấp xỉ 45% [14] (Hình 2.8). Có thể nói VKH quan trọng trong KTHQNL, quyết định sự HQNL cũng như các giải pháp tiết kiệm được áp dụng trong công trình. VKH trong kiến trúc nhằm nghiên cứu mối quan hệ giữa môi trường thiên nhiên, cuộc sống con người và hình thức kiến trúc nhằm tạo ra tiện nghi về khí hậu cho điều kiện sống, tận dụng tối đa nguồn năng lượng từ thiên nhiên, bảo vệ môi trường. Một trong những mục đích cuối là tạo ra môi trường VKH của công trình đạt tiện nghi hay còn gọi là điều kiện tiện nghi. Có 4 dạng: tiện nghi nhiệt, tiện nghi về âm thanh, tiện nghi ánh sáng và chất lượng không khí. Trong đó, tiện nghi nhiệt đóng vai trò hàng đầu, xác định bằng biểu đồ nhiệt ẩm. Để đạt tiện nghi nhiệt phải tạo ra sự cân bằng thu và toả nhiệt. Sự trao đổi nhiệt hợp nhằm tạo ra tiện nghi VKH (yếu tố tự nhiên như mặt trời, địa hình và hoàn lưu khí quyển). [10] Điều kiện tiện nghi là mục tiêu mà người sử dụng muốn đạt được trong không gian sống. Vì vậy, KTS, nhà nghiên cứu muốn tạo ra môi trường VKH tiện nghi thì họ phải thay đổi các trạng thái trên theo hướng có lợi dựa vào 3 chiến lược chính, đó là phương pháp: Passive, Active và Hybrid methods. Active methods nghĩa là

39

chủ động tạo ra điều kiện tiện nghi bằng cơ khí như điều hoà nhiệt độ, quạt máy, quạt thông gió,... Passive methods thì sử dụng các nguồn năng lượng tự nhiên như TGTN, điều hoà tự nhiên, cây cối bóng mát,... Vì thiên nhiên luôn thay đổi nên người sử dụng luôn bị động và phụ thuộc vào điều kiện tụ nhiên. Cũng vì thế mà kết hợp 2 phương pháp trên để tạo điều kiện tự nhiên đó là Hybrid methods (Hình 2.9). 2.2.2 Các hệ thống đánh giá kiến trúc hiệu quả năng lượng tiểu biểu trên thế giới và Việt Nam Hiện nay các hệ thống đánh giá trên thế giới đều hướng tới KTBV. Các hệ thống đánh giá không chỉ áp dụng cho một mà nhiều xu hướng khác nhau như kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái hay KTHQNL,… với mục đích chính là bảo tồn năng lượng và hệ sinh thái trong môi trường kiến trúc - xây dựng, đem đến sự cân bằng giữa con người với môi trường tự nhiên. 2.2.2.1 Phương pháp “Lãnh đạo trong thiết kế môi trường và năng lượng” - LEED (LEED - Leadership in Energy & Environmental Design) (Bảng 2.1) LEED là hệ thống tiêu chuẩn quốc tế, công nhận, thẩm định và chứng nhận cho những công trình kiến trúc được thiết kế xây dựng dựa theo những tiêu chuẩn hướng đến việc cải thiện hiệu suất, kết hợp tiêu chuẩn về HQNL, thoát nước, giảm lượng C02, nâng cao chất lượng môi trường sống, quản lý nguồn tài nguyên và khả năng linh hoat của công trình trong việc thích ứng với sự thay đổi. Được phát triển bởi US.Green Building Council (USGBC), LEED xác định và thực hiện các giải pháp “kiến trúc xanh” đạt tiêu chuẩn và khả thi như thiết kế, thi công, vận hành, bảo hành. LEED là một tiêu chuẩn rất thuyết phục bởi sự linh hoạt vì nó dễ dàng áp dụng cho tất cả công trình – từ công trình thương mại cho đến dân cư. Nó hoat động trong suốt quy trình thiết kế - xây dựng, vận hành, bảo hành, trang bị cho con người những sư đổi mới đáng kể. Và LEED mở rộng các lợi ích vượt khỏi những lĩnh vực xây dựng đặc thù, lạc hậu vào những lĩnh vực có liên quan. [65] Đây là bộ chuẩn phổ biến nhất trên thế giới hiện nay. Tuy không là tiêu chuẩn đầu tiên nhưng được phép đánh giá và chứng nhận bên ngoài nước Mỹ. Nó đã

40

nhanh chóng được chấp nhận sử dụng rộng rãi ở Canada, Ấn Độ. Khi được chứng nhận LEED nghĩa là công trình đó sử dụng hiệu quả nước, năng lượng, thải ít khí CO2 và tận dụng tốt các nguồn tài nguyên ở địa phương giảm thiểu sử dụng năng lượng. Sự góp mặt của LEED mang giá trị toàn cầu đã giúp tiết kiệm hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng trong các công trình không chỉ góp phần làm giảm chi phí vận hành mà còn góp phần quan trọng trong xây dựng một cuộc sống văn minh, hiện đại, đảm bảo an ninh năng lượng, phát triển bền vững và bảo vệ môi trường. 2.2.2.2 Phương pháp đánh giá môi trường BRE (BREEAM - BRE Environmental Assessment Method) (Bảng 2.2) BREEAM do Tổ chức Nghiên cứu Xây dựng Anh Building Research Establishment – BRE và một số nhà nghiên cứu cùng đưa ra vào năm 1990, mục đích để chỉ đạo thực tiễn xây dựng xanh một cách có hiệu lực và giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực xây dựng đối với môi trường khu vực và toàn cầu [66]. Đây là bộ tiêu chuẩn chỉ áp dụng trong phạm vi Vương Quốc Anh. Tuy nhiên từ năm 1990 đến nay, BREEAM không ngừng hoàn thiện nên cơ bản thích ứng yêu cầu của thị trường, đến năm 2000 đã đánh giá hơn 500 hạng mục kiến trúc, trở thành mẫu mực: Canada, Úc đã xuất bản hệ thống BREEAM, Hồng Kông cũng ban hành: HKBEAM [67]. Bộ tiêu chuẩn có phiên bản BREEAM Europe và BREEAM Gulf (châu Âu và vùng Vịnh). BREEAM là hệ thống đánh giá thiết kế của người sở hữu, người thiết kế và người sử dụng kiến trúc, lấy nhận xét kiến trúc trong suốt tuổi thọ của nó, bao gồm tính năng môi trường của mọi giai đoạn từ chọn địa điểm, thiết kế, thi công, sử dụng cho đến dỡ bỏ, thông qua đánh giá loạt vấn đề môi trường như ảnh hưởng của kiến trúc với môi trường toàn cầu, khu vực, địa điểm kiến trúc, nội thất, cuối cùng BREEAM cấp cho kiến trúc chứng thực về môi trường. 2.2.2.3 Tiêu chuẩn GREEN STAR (Bảng 2.3) Đây là chuẩn không bắt buộc, được phát triển năm 2003 tại Úc, được ban hành bởi GBCA – Green Building Council of Australia. Green Star quan tâm đến giải pháp thực tế trong việc giảm thiểu tác động xấu môi trường, áp dụng công nghệ mới nhất trong KTBV, vấn đề sức khoẻ người sử dụng cũng như vấn đề kinh tế. Green

41

Star tại Úc đã có hơn 4 triệu mét vuông sàn được đánh giá và hơn 8 triệu mét vuông sàn đang được đăng ký chờ thẩm định. Green Star thực sự thay đổi thị trường bất động sản, hoạt động xây dựng Úc [68]. Cũng như BREEAM, Green Star chỉ chứng nhận các công trình trong phạm vi Úc nên không phổ biến trên thế giới. Hiện nay, Green Star có những thay đổi: “Yêu cầu tối thiểu hóa lượng khí thải nhà kính phát ra đối với các công trình được chứng nhận 5 và 6 sao từ Green Star; Có các biện pháp để thiết lập công suất công nghiệp trong việc kiểm tra độ kín khí; Nhiều vật liệu mới được khuyến khích sử dụng như loại gỗ có kết cấu bền vững; Đặt ra yêu cầu mới trong việc nâng cao sức khoẻ và phúc lợi cho công nhân xây dựng.” [69] 2.2.2.4 Tiêu chuẩn LOTUS (Bảng 2.4) Với nhận thức sự biến đổi khí hậu toàn cầu, Việt Nam cũng có bộ TCĐG đầu tiên, đặt tên là LOTUS – Bông sen. Bộ TCĐG ban hành bởi VGBC – Vietnam Green Building Council – tổ chức phi lợi nhuận quốc tế, thành viên Hội đồng Công trình xanh Thế giới (WorldGBC). Hơn 8 năm, Chứng nhận LOTUS bao gồm 7 hệ thống đánh giá, áp dụng cho hầu hết dự án xây dựng như công trình nhà ở, phi nhà ở, chung cư, đang vận hành, quy mô nhỏ, không gian nội thất. Vai trò LOTUS là tiêu chuẩn định hướng, công cụ thiết lập mục tiêu nhằm xây dựng công trình thân thiện với môi trường và sức khoẻ của người sử dụng với chi phí vận hành thấp hơn. Điểm khác biệt quan trọng để trở thành hệ thống chứng nhận công trình xanh phù hợp nhất với môi trường xây dựng Việt Nam là sự tham khảo và viện dẫn những quy chuẩn, tiêu chuẩn, định mức Việt Nam. LOTUS gồm ba công cụ đánh giá được thiết lập tương ứng với ba trường hợp là công trình nhà, phi nhà ở và đang vận hành . Với mỗi trường hợp, thang điểm đánh giá khác nhau tùy tính chất và yêu cầu cụ thể áp dụng. Tuy nhiên, các tiêu chí về mặt định tính giống nhau, gồm chín hạng mục. Trong đó hạng mục Năng lượng với tiêu chí: Tối ưu hóa hiệu suất nhiệt; Kết hợp với hệ thống TGTN; Áp dụng công nghệ TKNL; Tận dụng nguồn năng lượng tái tạo; Thực hiện việc QLNL tiên tiến [70]. Có thể nói TCĐG LOTUS Việt Nam là đúc kết tinh hoa từ những nước tiên tiến đi trước. Để tiêu chuẩn LOTUS Việt Nam áp dụng rộng rãi trong thực tiễn thì

42

ngoài sự nỗ lực của Hội đồng công trình Xanh Việt Nam (VGBC) thì cũng cần sự ủng hộ của rất nhiều các chuyên gia, chủ đầu tư, cơ quan quản lý để đem lại các lợi ích thực sự tốt cho cộng đồng, hướng tới sự phát triển bền vững cho nước ta [71]. 2.2.2.5 Tiêu chuẩn BCA Green Mark (Bảng 2.5) Với tham vọng trở thành đầu tàu về công nghệ kỹ thuật của thế giới, Singapore cũng đã đưa ra bộ tiêu chuẩn công trình xanh của riêng mình, tên là Green Mark, ban hành bởi BCA – Building and Construction Authority (năm 2005). Bắt đầu trên cơ sở tự nguyện, Green Mark đã biến thành một chương trình bắt buộc vào năm 2008 - chứng nhận đầu tiên trở thành bắt buộc đối với các tòa nhà mới tại Đông Nam Á. Với bộ tiêu chuẩn này, Singapore hy vọng sẽ dẫn đầu trong việc phát triển các công trình xanh và chuẩn hoá các tiêu chí đánh giá dành riêng cho khu vực khí hậu nhiệt đới. Muốn đạt được chứng nhận, các tòa nhà phải đáp ứng được tiêu chí sau: hiệu quả về sử dụng năng lượng, sử dụng nước, quản lý và phát triển dự án, chất lượng môi trường bên trong các tòa nhà, bảo vệ môi trường… Bên cạnh đó là tiêu chí mang tính đổi mới trong thiết kế, xây dựng. [72] 2.2.2.6 Tiêu chuẩn EDGE (Excellence in Design for Greater Efficiencies) Hệ thống chứng chỉ EDGE (Excellence in Design for Greater Efficiencies) của Tổ chức Tài chính Quốc tế IFC là hệ thống chứng chỉ tự nguyện mang tính toàn cầu cho công trình sử dụng tài nguyên hiệu quả, đưa đến những giải pháp kỹ thuật xanh, đồng thời có khả năng giảm chi phí đầu tư và tiết kiệm của công trình. Được công nhận, triển khai ở nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam, những công trình đạt được chứng chỉ này góp phần vào xu hướng xây dựng “xanh”, đồng thời tạo nên không gian sống trong lành, góp phần phát triển cộng đồng bền vững [73]. EDGE cung cấp hướng dẫn kỹ thuật, thiết kế, công nghệ, giải pháp đề xuất phù hợp với từng khu vực. EDGE tập trung vào 3 tiêu chí quan trọng nhất là năng lượng, nước và vật liệu. Để được cấp chứng nhận EDGE dự án phải cải thiện ít nhất 20% mức tiêu thụ năng lượng, nước, vật liệu so với các công trình điển hình [11]. EDGE áp dụng cho các loại hình công trình như nhà ở, chung cư, khách sạn, khu nghỉ dưỡng, văn phòng, y

43

tế, trung tâm thương mại. Được cho là bộ tiêu chuẩn phù hợp với quốc gia có nền kinh tế đang lên, EDGE được IFC cung cấp miễn phí cho doanh nghiệp tự đánh giá. 2.2.2.7 Các tiêu chuẩn khác Bộ tiêu chí đánh giá công trình xanh do Hội đồng xây dựng Xanh Việt Nam đề xuất (Bảng 2.6); VACEE (Hội Môi trường Xây dựng VN); CASBEE – đây là tiêu chuẩn công trình xanh của Nhật; HQE – tiêu chuẩn công trình xanh của Pháp; The Home Energy Score (hệ thống xếp hạng quốc tế được phát triển bởi Hội đông nhà năng lượng Mỹ); The Home Energy Rating System (HERS) Index – Mỹ. Ngoài ra, tác giả có đề xuất bảng đánh giá chỉ mang tính chất tham khảo dựa trên các tiêu chí của các hệ thống tiêu chuẩn nêu trên về KTHQNL (Bảng 2.7). 2.2.3 Quan niệm và các xu hướng phát triển của kiến trúc hiệu quả năng lượng KTHQNL đã không còn xa lạ, các KTS luôn quan tâm đến vấn đề biến đổi khí hậu và sự tác động của công trình đối với môi trường. Trong đó, Giáo sư – Tiến sĩ Wolfgang Feist là người đi đầu xu hướng cũng là cha đẻ của Passive House (Hình 2.10). Đồng thời Viện Passive House tại Darmstadt, Đức – viện nghiên cứu và chuyên cấp chứng chỉ Passive House được lập bởi ông. Giáo sư nói rằng: “Tiêu chuẩn Passive House là một khái niệm thiết kế nhằm thúc đẩy môi trường bền vững. Để đạt được điều đó, thiết kế này giảm thiểu mức năng lượng sử dụng và đồng thời cũng cung cấp môi trường sống lành mạnh hơn. Công trình được thiết kế mang lại điều kiện VKH và tiện nghi nhiệt tối ưu cho người sử dụng” [75]. Ngôi nhà thụ động đầu tiên được xây dựng ở Darmstadt năm 1991 do ông thiết kế (Hình 2.11). Ngoài ra, KTS Jan Kaplicky cũng là người luôn đặt KTBV với môi trường lên hàng đầu. Ông thiết kế các căn nhà ZED tự cung cấp năng lượng, giải thoát các chất ô nhiễm bằng 0 theo chương trình nghiên cứu của EC. Các công trình xây tại 3 nơi London, Toulouse và Berlin, giải pháp tùy theo hoàn cảnh xây dựng tại chỗ. Công trình Glass house ở Canonbury, London là một công trình thụ động tiêu biểu (Hình 2.12). Bên cạnh đó, qua nhiều công trình thiết kế, ông đút kết kinh nghiệm cho riêng mình: ”Diện mạo chính của thiết kế bền vững là lựa chọn vật liệu và sự thực

44

hiện một công trình khi xây dựng có HQNL. Công trình phải có khả năng tự tạo ra năng lượng; Lưu lượng không khí và sự thông gió có tác động quan trọng đến hình thức của công trình; Thiên nhiên có thể sử dụng như là hình mẫu ở nhiều cấp độ khác nhau, nhiều chi tiết, nhiều biểu hiện khác nhau tùy theo công trình. Ví dụ có những con mối có tới hai lớp da (vỏ) với không khí lưu thông giữa hai lớp”. [76] Những năm gần đây, sự chuyển mình của toàn xã hội liên quan đến môi trường thay đổi nhanh chóng theo hướng tích cực. Do đó, vấn đề HQNL trong công trình tại TP.HCM càng được quan tâm, không chỉ trong lĩnh vực sản xuất kinh doanh mà còn cả CTCC. Để đầu tư một công trình HQNL một cách bền vững, cần phải nghiên cứu kĩ lưỡng từ khâu chuẩn bị, thiết kế với các bản phác đầu tiên cần có sự hợp tác với kĩ sư năng lượng để bản vẽ kiến trúc không chỉ có thẩm mĩ mà còn tối ưu về kĩ thuật. Sự chuẩn bị này giúp công trình đạt yêu cầu HQNL, tạo môi trường tiện nghi VKH cho người sử dụng, giúp chủ đầu tư đạt hiệu quả sử dụng vốn cao nhất. Đó là những mục đích cốt lõi khi đầu tư công trình KTHQNL. Từ đó, KTHQNL phát triển theo nhiều xu hướng mới để hướng tới KTBV trong tương lai. 2.2.3.1 Xu hướng thiết kế thụ động – nhà thụ động Thiết kế thụ động (Passive design) Công trình cần tiêu thụ năng lượng để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt, đảm bảo tiện nghi. Mức độ tiêu thụ năng lượng của một công trình phụ thuộc vào hiệu năng các hệ thống chủ động (HVAC, chiếu sáng, điện gia dụng) và chất lượng thiết kế thụ động của công trình. Một tòa nhà được thiết kế thụ động hiệu quả sẽ giúp các hệ thống chủ động tiêu thụ ít năng lượng hơn. Phân tích thiết kế thụ động đánh giá vị trí, địa hình, hướng công trình. Phân tích các ảnh hưởng từ mô hình mô phỏng mặt trời, gió, truyền nhiệt và đánh giá hiệu quả che nắng công trình. Mục đích chính của phân tích là việc tận dụng các nguồn năng lượng tự nhiên và tối ưu hóa thiết kế công trình, giảm thiểu năng lượng sử dụng cho các hệ thống thiết bị. Chú trọng đến việc thiết kế thích ứng với điều kiện khí hậu địa phương bằng cách tích hợp các yếu tố thiết kế thụ động. Phân tích thiết kế thụ động có ý nghĩa quan trọng trong công trình HQNL và thường được thực hiện ở giai đoạn thiết kế sơ bộ. Thiết kế thụ động

45

tốt sẽ giúp giảm đáng kể chi phí đầu tư cho thiết bị về chiếu sáng, thông gió, ĐHKK. Phân tích thụ động xem xét tới vấn đề về hình khối công trình, giải pháp che nắng, phân vùng chức năng, khả năng cách nhiệt của lớp vỏ... qua đó đề xuất giải pháp tối ưu về sử dụng bức xạ nhiệt, ASTN, TGTN cho công trình. Tóm lại nguyên lý thiết kế thụ động cho công trình như sau: tìm cách tận dụng các yếu tố có lợi của môi trường bên ngoài, đồng thời hạn chế, loại bỏ các yếu tố bất lợi. Dựa trên nguyên lý đó, các giải pháp tập trung vào khâu thiết kế kiến trúc (hình dạng, kích thước, hướng tòa nhà) và thiết kế lớp vỏ tòa nhà sao cho phù hợp với từng điều kiện khí hậu cụ thể. Hướng công trình về phía Nam nhằm tận dụng nguồn nhiệt, ASTN mùa đông và tránh bức xạ mặt trời mùa hè. Với cùng mục đích, trong điều kiện khí hậu ôn hòa, hình khối thường được thiết kế sao cho diện tích mặt đứng hướng Nam lớn. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, công trình thường được thiết kế với trần cao và diện tích mặt đứng hướng Tây. Việc bố trí mặt bằng, vị trí các phòng, cửa sổ, cửa đi cũng cần được thiết kế hợp lý nhằm tận dụng nguồn nhiệt và ASTN, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho TGTN. Nhà thụ động (Passive house) Nhà thụ động mang nghĩa liên quan đến tiêu chuẩn về HQNL trong công trình nhằm giảm thiểu tác động sinh thái lên môi trường. Điều này đưa đến sự ra đời của những công trình có giải pháp sử dụng năng lượng cực thấp để giữ ấm hoặc làm mát bên trong. Phần lớn năng lượng tiết kiệm được là nhờ sử dụng hệ thống/ thiết bị thông gió, làm mát hiệu quả. Tuy nhiên hoàn toàn không có giảm thiểu về tiện nghi. Tiêu chuẩn công trình thiết kế thụ động là tiêu chuẩn xây dựng bền vững, nghị quyết của Nghị viện châu Âu ngày 31/01/2008 kêu gọi toàn thế các quốc gia thành viên thực hiện. Ngày nay, nhà thụ động không còn xa lạ, đặc biệt ở các quốc gia phát triển. Cách nhiệt là yếu tố quan trọng nhất. Thiết kế kín gió và cô lập bên ngoài là một tính năng quan trọng của nhà thụ động. Nó đòi hỏi rất nhiều chi tiết hơn là chỉ tập trung vào chất liệu. Để hiểu rõ hơn, tác giả xin được giới thiệu một công trình nhà thụ động điển hình là Nhà cộng đồng, Đông Nam Anatolia – Thổ Nhĩ Kỳ (Hình 2.13a). Ngôi nhà ở

46

Anatolia, Thổ Nhĩ Kỳ gồm những bức tường màu sáng, mái nhà xanh bảo vệ ngôi nhà khỏi ánh nắng mặt trời và HTTG có thể điều chỉnh nhiệt độ trong nhà. Với diện tích 310m2 xây dựng năm 2013 bởi KTS địa phương EG Mimarlık Planlama, Kentsel Tasarım và đối tác Đức. Việc xây dựng thích ứng với văn phòng đô thị gồm khán phòng nhỏ và nhiều phòng khác sử dụng cho mục đích giáo dục (Hình 2.13b). Hệ thống cách nhiệt tốt để TKNL hơn 90%. Tùy vào thời gian trong năm, hệ thống cung cấp không khí từ HTTG sẽ làm nóng trước hoặc mát với sự trợ giúp của thiết bị trao đổi nhiệt trên mặt đất, hệ thống quang điện trong vườn. [77] Ngoài ra, ký túc xá The house trong dự án Cornell Tech của Đại học Cornell – tại New York, Mỹ (Hình 2.14) là công trình nhà thụ động cao nhất thế giới, thiết kế bởi Handel Architects, tòa nhà đáp ứng tiêu chuẩn nghiêm ngặt Passive House để giảm tối đa chi phí, mức năng lượng xây dựng và tạo ra môi trường sống tiện nghi cho cộng đồng sinh viên, giảng viên. Công trình này có khả năng TKNL tới 70% 90% so với truyền thống, trong một năm có thể giảm thải 8,82 triệu tấn C02 tương đương trồng mới 5.300 cây xanh. Công trình ký túc xá trường Đại học Cornell ngoài việc đạt chứng nhận về nhà thụ động, còn được chứng nhận cấp “Bạch Kim” (cấp bậc cao nhất) bởi hệ thống chứng nhận công trình LEED. [78] Bên cạnh đó, các nước châu Á hưởng ứng mạnh mẽ nhà thụ động. Tại Trung Quốc cũng có công trình nhà thụ động được công nhận đầu tiên (tháng 8/2014). Công trình Bruck (KTS: Peter Ruge Architekten) xây dựng bởi Landsea Group tại Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển công trình xanh tại Triết Giang. Bruck là khách sạn quy mô vừa – nhỏ, diện tích khoảng 2500 m2 với các giải pháp thiết kế thụ động tiên tiến từ châu Âu. Kết quả chạy phần mềm mô phỏng cũng như kiểm nghiệm thực tế cho thấy mức độ tiêu thụ năng lượng ở mức 69 kWh(m2a), hệ số truyền nhiệt mái ít hơn 0,1 W/m2k và đối với tường bao là 0.15 W/m2K. Tiến sĩ Wolfgang Feist đã nói rằng: “Công trình thiết kế thụ động cho phép giảm tới 90% năng lượng sử dụng cho việc làm nóng - làm lạnh không gian so với công trình thiết kế truyền thống; giảm được hơn 75% so với các công trình mới – mức năng lượng sử dụng ít hơn nhiều so với các công trình HQNL thông thường.” [79] (Hình 2.15)

47

2.2.3.2 Xu hướng thiết kế chủ động (Active design) Xu hướng này sử dụng máy móc, thiết bị công nghệ khai thác năng lượng tự nhiên để đảm bảo tiện nghi, vận hành công trình. Giải pháp thiết kế chủ động hay gặp chính là việc sử dụng HTĐHKK nhằm đảm bảo tiện nghi nhiệt, yêu cầu vệ sinh trong công trình. Nó bao gồm giải pháp sử dụng pin năng lượng, tua-bin gió, bơm nhiệt từ lòng đất, hệ thống QLNL hiệu quả, các hệ thống thu gom tái chế nước… Legion house ở trung tâm Sydney là công trình thiết kế chủ động bển vững nhất với chứng nhận 6 sao hạng mục “Thiết kế công trình văn phòng xanh” của Hiệp hội công trình Xanh (Hình 2.16) bởi YWCA (Hiệp hội Thiên chúa giáo cho phụ nữ trẻ toàn cầu) năm 1902. Điều đặc biệt là công trình ít nhận được ánh sáng mặt trời, gió nên giải pháp tái tạo năng lượng tự nhiên khó được áp dụng. Thay vào đó, dự án quyết định sử dụng năng lượng sản sinh từ quá trình khí hóa sinh khối. McPeake giải thích, “Công nghệ này chuyển đổi các nguyên liệu nguồn gốc thực vật thành khí dễ cháy sử dụng cho quá trình sản xuất điện. Đây là nguồn năng lượng không CO2 hiệu quả vì các sản phẩm khí nhà kính được sản sinh trong quá trình sản xuất năng lượng đều được hấp thụ hết thông qua quá trình tạo sinh khối”. Giải pháp này không mới lạ nhưng hiện tại chỉ đang sử dụng cho các khu công nghiệp quy mô lớn hoặc công trình quy mô nhỏ, đơn chiếc nhưng được áp dụng cho công trình quy mô 6 tầng nằm ở trung tâm với môi trường đô thị tấp nập. [80] 2.2.3.3 Xu hướng thiết kế hỗ trợ của mô phỏng, tối ưu hóa thiết kế năng lượng (Building performance simulation) Thuật ngữ “mô phỏng hiệu năng công trình xây dựng” (building performance simulation) được lan tỏa trong cộng đồng xây dựng. MPNL chứng tỏ khả năng giải quyết vấn đề phức tạp mà phương pháp thông thường không đáp ứng như việc dự báo chính xác khả năng TGTN, HQNL, tác động môi trường của phương án thiết kế… Do đó, xu hướng được áp dụng rộng rãi trong KTHQNL. Mô phỏng giúp KTS kết hợp giải pháp thiết kế thụ động lẫn chủ động để tối ưu hiệu năng cho công trình. Về bản chất, MPNL là quá trình giả lập lại sự vận hành công trình trên máy tính. Tất cả yếu tố liên quan gồm: Thông số hình học, vật liệu, kết cấu, vận hành,

48

con người, thiết bị… Có thể chia nhó như: Nhóm MPNL công trình: EnergyPlus, Design Builder…; Nhóm mô phỏng thông gió: CFX, CONTAM…; Nhóm mô phỏng CSTN, nhân tạo: Radiance, DIALux…; Nhóm mô phỏng môi trường âm thanh: Odeon, Scatt…; Nhóm hỗ trợ: Nghiên cứu che, chiếu nắng, bóng đổ, phân tích khí hậu, quỹ đạo mặt trời…, như Autodesk Ecotect, Climate Consultant… 2.2.3.4 Xu hướng thiết kế Zero năng lượng (Zero Energy Building ZEB) Zero năng lượng là công trình tiêu thụ năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch bằng 0 và lượng phát thải CO2 bằng 0. Khái niệm này đã đi vào thực tế trong thập kỷ qua để giảm thải nhà kính, ứng phó biến đổi khí hậu. Nhiều dự án khắp thế giới chứng tỏ rằng công trình Zero năng lượng là khả thi dù hình dạng và quy mô khác nhau. Trên thế giới có nhiều công trình từ quy mô nhỏ như nhà ở, trường học đến quy mô lớn như quy hoạch đô thị, phát triển đô thị đều mang tính bền vững. ZEB nổi lên như nhu cầu thị trường, là yếu tố ảnh hưởng đến thị trường xây dựng. Vì thế, thiết kế và xây dựng phải đảm bảo HQNL, môi trường, cảnh quan… Đáng chú ý là ZEB không chỉ diễn ra trong một phạm vi quốc gia, khu vực mà sự tăng trưởng là trên toàn cầu bởi liên quan đến nền kinh tế zero năng lượng và biến đổi khí hậu. Vương quốc Anh đi đầu trong công nghệ zero năng lượng từ năm 2002 và tất cả các ngôi nhà mới sẽ phải Zero năng lượng vào năm 2016. Điển hình là tổ hợp Zero năng lượng Beddington/BedZED tại miền Nam London (Hình 2.17). Năng lượng tái tạo từ việc ứng dụng công nghệ pano năng lượng mặt trời và chất thải hữu cơ. BedZED dành nhiều giải thưởng gồm giải thưởng Năng lượng Toàn cầu 2002, 2003 và là nguyên mẫu cho các công trình Zero năng lượng trên toàn cầu. [81] Hay tòa nhà CSI-IDEA ở Malaga, Tây Ban Nha do Công ty EZAR và KTS Juan Blázquez thiết kế (Hình 2.18). CSI-IDEA mang hình dạng độc đáo, sử dụng thiết kế thụ động để giảm tải năng lượng tổng thể. Năng lượng nhiệt mặt trời tạo ra trên địa hình cung cấp nhiệt cho ngôi nhà với thiết kế đảm bảo tạo ra năng lượng nhiều hơn sử dụng. Hiệu quả của HTĐHKK và ánh sáng cũng làm giảm mức tiêu thụ năng lượng. EZAR cho biết dự án sẽ cắt giảm lượng khí CO2, nước tiêu thụ.

49

Nhờ hệ thống thu hoạch nước mưa, CSI-IDEA sử dụng ít hơn 50% nước so với tòa nhà thông thường. Nó được thiết kế để tái chế 75% của tất cả các chất thải phát sinh trong tòa nhà. EZAR cũng quan tâm tới sức khỏe của người cư ngụ trong tòa nhà, với hệ thống ánh sáng và âm thanh được thiết kế để cung cấp sự thoải mái tự nhiên. Theo các KTS của EZAR, các kiến trúc của chính tòa nhà đảm bảo chất lượng cuộc sống của người sử dụng trong khi vẫn đảm bảo cho sức khỏe của họ. [82] Còn ở Đông Nam Á, Singapore là quốc gia có công trình ZEB đầu tiên vào năm 2009. Học viện BCA (Hình 2.19) gồm các lớp học, thư viện, văn phòng. Đây là công trình nghiên cứu hàng đầu và trang bị đầy đủ các công nghệ thiết kế zero năng lượng. Đó là quá trình thiết kế kỹ lưỡng hệ thống mái, ngoại thất, hệ thống đánh giá, lắp đặt các pa nô mặt trời để khai thác năng lượng tái tạo, trang bị các công nghệ bức xạ nhiệt, cửa sổ hiệu ứng cao, hệ thống cảm biến và nhiều công nghệ zero năng lượng khác nhằm nâng cao hiệu quả. Kết quả là công trình đạt 40-50% HQNL so với các tòa nhà văn phòng tương đương đồng thời hoàn toàn không sử dụng nhiên liệu hóa thạch và tạo ra phát thải hiệu ứng nhà kính bằng 0. [83] 2.2.4 Những kinh nghiệm truyền thống trong xử lý kiến trúc hiệu quả năng lượng Để đảm bảo tiện nghi cho con người sinh sống, làm việc nhưng tiêu thụ năng lượng, tài nguyên thấp với ít chất thải mà vẫn đáp ứng bảo vệ môi trường và quan hệ hài hoà với thiên nhiên thì kiến trúc phải khai thác tối đa mặt trời, gió, mưa để cung cấp năng lượng, đáp ứng nhu cầu sử dụng; để dành mặt đất cho không gian xanh; tránh dùng HTĐHKK, CSTN, TGTN tiếp xúc thiên nhiên làm VKH không gian sống trở nên tiện nghi; sự chênh lệch nhỏ nhiệt độ hạn chế giãn nứt kết cấu; thông thoáng tự nhiên phương ngang, đứng sẽ làm độ ẩm giảm để vật liệu không bị hư, rêu mốc. Từ xưa ông bà ta có nhiều kinh nghiệm truyền thống xử lý kiến trúc từ chọn hướng xây dựng, bố cục, tổ chức không gian khuôn viên đào ao hồ, trồng cây đến VLXD. Những kinh nghiệm này giúp điều kiện VKH cải thiện mà còn góp phần tích cực sử dụng HQNL trong cuộc sống. Vì vậy có thể xem kiến trúc dân gian truyền thống là tiền đề cho KTHQNL hướng tới KTBV. (Hình 2.20)

50

2.2.4.1 Bố cục, tổ chức không gian [106] Bố cục khuôn viên nhà truyền thống có những nét riêng, đặc sắc đó là một quần thể gồm những ngôi nhà nhỏ, giản dị được tổ chức, bố cục phân tán vây quanh nhà chính với không gian đệm là cái sân rộng gắn liền trước ngôi nhà chính. Cách sắp xếp nhà ở, tổ chức sân vườn, ao cá, chuồng trại chăn nuôi, công trình sản xuất phụ….trong ngôi nhà truyền thống đều mang đậm bản sắc, hài hoà với cảnh quan thiên nhiên đã tạo nên được một bố cục tương đối hoàn chỉnh, cân bằng và ổn định. Cái sân đã mang nhiều tác dụng rõ rệt: là nơi tiến hành sản xuất, chỗ phơi phóng, không gian tạo thoáng mát cho nhà chính và nếu kết hợp với không gian trong nhà thì có thể tổ chức các cuộc tụ hội tại gia như giỗ chạp, ma chay, cưới xin,… Bố cục sân vườn thể hiện rõ nguyên tắc “trên dưới” và “trước sau”: ao đặt ở chỗ thấp nhất nơi đầu gió, trưóc nhà; cao hơn là vườn, sân và công trình phụ; cao nhất là nhà ở chính. Tuy nhiên cũng có mặt hạn chế trong giải pháp bố cục ao, vườn vì mê tín. Công trình phụ được tổ hợp quanh công trình chính, ôm lấy sân phơi. Các công trình chính, phụ đều cố gắng ẩn mình trong vườn cây để nhờ cây lá bảo vệ cho chúng trước gió bão, đồng thời tranh thủ tận hưởng khí mát trong lành. Cũng chính vì vậy mà các nghệ nhân xưa thường ít chú ý đến đường nét và hình khối bên ngoài công trình so với không gian nội thất. Những kinh nghiệm về sân vườn như: “ao trước – vườn sau”, “chuối sau – cau trước” không chỉ giá trị về mặt tạo cảnh mà còn thể hiện tính khoa học trong kinh nghiệm chống nóng, cải tạo VKH, tạo môi trường cư trú tiện nghi. Bố cục quần thể kiến trúc này nói lên một đặc điểm truyền thống khác của kiến trúc dân gian: thực dụng và khoa học. Các nhà vật lý xây dựng và sinh thái có lý khi đã ví nó như: “trái tim – lá phổi” ở vùng nông thôn. (Hình 2.21) Nhà chính tối thiểu hai không gian: một phòng lớn ba gian hay một gian hai chái với gian giữa rộng để dành vị trí cho bàn thờ gia tiên, tiếp khách; hai gian bên hẹp hơn dành làm chỗ ngủ. Bên cạnh nhà chính là nhà phụ thường được dùng làm bếp hay các hoạt động khác. Ngoài ra, không gian đệm chuyển tiếp giữa trong ngoài nhà là cái hiên đóng vai trò quan trọng trong nhà truyền thống. Hiên thoáng hay thềm nhà rộng, tập trung ở ngay phía mặt trước của hệ thông cửa thông với sân, làm

51

nhiệm vụ chuyển tiếp nửa kín – nửa hở giữa trong và ngoài, nhà và sân với nhiều tác dụng trong sinh hoạt như: phương tiện che mưa tạt, nắng chói, chỗ nghỉ ngơi gia đình, nơi giao tiếp với khách khứa, chỗ hóng gió,... Bề mặt còn lại của ngôi nhà này được giải quyết tương phản với phía kia, quây bưng kín mít đôi khi có những lỗ cửa nhỏ với mục đích chông gió lạnh. Trong ngôi nhà chính này người nông dân đã thể hiện nhiều kinh nghiệm tốt để khai thác tận dụng không gian, tạo ra sự thông thoáng, khô ráo, mát mẻ vào mùa hè, che gió tạo ấm cúng vào mùa đông, đã biêt sử dụng vài biện pháp che nắng chông gió, cách nhiệt rất hiệu quả và thông minh. 2.2.4.2 Hướng nhà [107] Chọn hướng xây dựng là một việc làm quan trọng, trước tiên của người dân Việt Nam khi xây dựng ngôi nhà. Như chúng ta biết khí hậu nước ta mùa hè ẩm ướt có gió mát thổi từ biển vào (gió Nam, Đông Nam), mùa đông khô có gió lạnh từ lục địa (gió Bắc, Đông Bắc). Để đón được gió mát của mùa hè và tránh được gió rét của mùa đông, nhà thường chọn quay về hướng Nam hay chếch Đông Nam sẽ tránh được nắng Tây bất lợi và chịu được gió bão lớn. Việc chọn hướng thể hiện tính khoa học trong kinh nghiệm chống nóng, làm mát, cải thiện điều kiện VKH, tạo được môi trường cư trú thích nghi, góp phần tiết kiệm sử dụng HQNL. 2.2.4.3 Tổ chức cây xanh, mặt nước [107] Những kinh nghiệm về bố cục sân vườn như: “ao trước – vườn sau”, “chuối sau – cau trước” cho thấy được vai trò của việc tổ chức cây xanh mặt nước bao cũng đóng vai trò không thể thiếu trong nhà dân gian truyền thống. Cây xanh được bố trí theo tầng bật một cách hợp lý để đảm bảo TGTN (Hình 2.22). Ông cha ta đề cao việc tổ chức không gian tạo ra môi trường VKH, các yếu tố như mảnh vườn, cây trái, cái ao trở thành vai trò quan trọng trong bố cục khuôn viên truyền thống. Yếu tố mặt nước như ao hồ là một nhân tố cơ bản tạo nên môi trường sống, đặc trưng cho hệ sinh thái. Ao giúp người dân cải tạo địa hình khu đất, giúp việc tiêu nước nhanh chống ngập úng. Đồng thời là nguồn dự trữ nước để tưới cây, trồng trọt và hữu hiệu góp phần cải tạo tiện nghi VKH. Vườn ao trong khuôn viên nhà đã trở thành một hệ cân bằng sinh thái (Vườn – Ao – Chuồng). Ao góp phần tích cực

52

trong bố cục khuôn viên ngôi nhà, thông thường ao đặt ở phía trước hay bên cạnh ngôi nhà chính, cạnh ngõ vào sân, một mặt bố cục này thuận lợi cho việc tưới cây, rửa chân tay khi làm đồng về, mặt khác khi ao đặt đầu gió sẽ tạo điều kiện thông gió cho sân, các phòng ngủ cũng như các bộ phận khác của ngôi nhà. Ngoài ra yếu tố cây xanh như vườn cây cũng là tiền tố quan trọng, tạo nên bố cục khuôn viên nhà truyền thống. Vườn cây góp phần tích cực chống trả bão lụt, tạo cho ngôi nhà một môi trường VKH thuận lợi: Mùa hè cho bóng mát, mùa đông che chắn gió lạnh. Mặt khác vườn cũng góp phần cải thiện kinh tế cho người dân. Hai yếu tố cây xanh, mặt nước kết hợp với nhau tạo nên điều kiện tiện nghi cho môi trường sống trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt. Chúng đã hút bớt năng lượng nhiệt và bức xạ, tạo ra một không khí trong lành, mát mẻ (cây xanh có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời 40 – 45%, không khí nóng thổi qua thảm cỏ xanh nằm trong bóng mát cây xanh có thể hạ thấp nhiệt độ 2-30C. Cây xanh còn có tác dụng lọc bụi, làm giảm độ ô nhiễm không khí từ 25 – 40%, ngăn cản được tiếng ồn…). Vào những ngày nóng bức, sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất giữa không khí trên mặt sân bị nung nóng và trong bóng mát của vườn cây đã góp phần tạo ra những luồng gió “đối lưu” từ sân, vườn, nhà với nhau, có tác dụng cải tạo điều kiện VKH trong khuôn viên ngôi nhà ở truyền thống cũng như trong toàn bộ thôn xóm. 2.2.4.4 Cấu trúc bao che (tường, mái) [107] Nước ta có mùa hè nắng nóng, lượng bức xạ mặt trời lớn, độ ẩm cao. Để khắc phục, ông cha ta trên mỗi vùng khác nhau đã có những kinh nghiệm riêng trong việc sử dụng vật liệu, cấu trúc tường, mái chắn mưa nắng (các hình thức lợp mái cói hay cỏ, rơm và phên liếp di động, các tấm giại, mành sáo lọc ánh sáng, giàn cây…) Trong kiến trúc dân gian Việt Nam, mái nhà khởi nguồn bằng những vật liệu có nguồn gốc thiên nhiên. Mỗi địa phương có một loại mái nhà – một loại vật liệu đặc thù cho mái nhà. Ở miền Bắc có mái tranh, mái rơm – rạ, mái cọ… miền Nam sử dụng nhiều lá dừa để lợp mái. Kết cấu khung mái nhà lá tre, gỗ với những liên kết mộng, chốt, hay thậm chí buộc bằng lạt tre (ở miền Bắc), dây dừa (ở miền Nam)… Những mái nhà nguyên sơ này vẫn còn tồn tại ở nhiều vùng quê Việt Nam.

53

Mái nhà tiếp theo chính là mái ngói đất nung. Mái ngói trở thành một hình ảnh điển hình trong kiến trúc truyền thống Việt Nam. Mái ngói cùng hệ kết cấu khung gỗ là một sự kết hợp tuyệt vời của vật liệu, kiến trúc và điêu khắc. Mái nhà dân gian có bốn mái hoặc hai mái, công trình nhà ở quy mô nhỏ thường là hai mái. Tuỳ từng loại công trình mà mái ngói đi kèm với những chi tiết trang trí khác ở bờ nóc, bờ chảy, đầu đao, diềm mái… Nhiều hình tượng, ước mơ, khát vọng của con người được lồng ghép vào những chi tiết trang trí trên mái hay ở hệ khung vì kèo gỗ. Ngôi nhà truyền thống đa phần quay mặt dài về hướng nam nên phần đỉnh kéo từ đông sang tây, mà phương đông xem là khởi điểm cuộc sống, nơi mặt trời mọc, thuộc mộc nên cây xà gồ đỉnh mái trong nghi lễ thượng lương thường được bọc vải đỏ hai đầu và treo tấm bùa bát quái ở giữa như một sự trân trọng với bộ phận đặc biệt này. Nhà dân gian miền Trung hay đồng bằng Đông Nam bộ hay sông Cửu Long thường có loại tường mỏng: vách đan bằng tre, nứa, gỗ hay bằng đất trộn rơm trát khung tre. Với cấu tạo tường này thì vào buổi trưa thường bị bức xạ mặt trời xâm nhập dễ dàng nhưng lúc xế chiều nó lại tạo điều kiện cho khí nóng thoát ra khỏi nhà một cách nhanh chóng, làm cho ngôi nhà chóng mát hơn (Hình 2.23). 2.2.5 Các tiêu chí của KTHQNL 2.2.5.1 Tiêu chí về quy hoạch - kiến trúc Việt Nam và các quốc gia khác đứng trước sự mất cân đối giữa cung và cầu về năng lượng. Trong khi vẫn đang tồn tại tiêu thụ lãng phí và kém HQNL trong đời sống xã hội. Trong chiến lược và chương trình hành động tiết kiệm và bảo tồn năng lượng quốc gia, TKNL tiêu thụ trong khu vực xây dựng các toà nhà, các công trình xây dựng và trong quy hoạch chiếm một vị trí quan trọng. Theo kinh nghiệm của một số nước trên thế giới, nếu công việc thiết kế quy hoạch, thi công và vận hành công trình tốt chúng ta có thể tiết kiệm được ít nhất 15%, thậm chí cao nhất là 30% nhu cầu tiêu dùng về điện năng trong khu vực các công trình. Ðây là một con số không nhỏ đóng góp đáng kể cho việc phát triển quy hoạch KTBV. Trong quy hoạch, việc đầu tiên là chọn vị trí, nếu vị trí thích hợp, thuận lợi để xây dựng công trình không chỉ về địa hình, giao thông hay cảnh quan, mà còn về

54

khí hậu thì được xem là bước đi đầu tiên và chủ động giải pháp để HQNL. Vị trí của công trình giúp ta phần nào xác định được số liệu khí hậu thích hợp gồm các yếu tố như: bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối, gió… trên cơ sở tận dụng tối đa điều kiện khí hậu thiên nhiên và cảnh quan tự nhiên là rất quan trọng. Khi xác định được vị trí, chúng ta sẽ chọn hướng của công trình dựa trên hướng nắng và gió. Việc xác định này còn ảnh hưởng tới một số khía cạnh như: - Bố trí thứ tự, khoảng cách giữa các công trình theo chiều cao và khối tích trên hướng ánh sáng mặt trời, công trình trước càng cao thì khoảng cách từ công trình đó đến công trình sau sẽ càng tăng theo nguyên tắc đảm bảo chiếu sáng. - Việc thiết kế không đơn thuần là chọn hình khối công trình thuần túy về phương diện thẩm mỹ kiến trúc mà còn có tác dụng TKNL trong quá trình xây dựng, vận hành và sử dụng. Việc thứ tự ưu tiên lựa chọn hình khối nhà cao tầng để TKNL là khối trụ tròn, khối đa diện đều, khối trụ vuông, khối trụ chữ nhật rồi mới đến các khối có hình thù lồi lõm phức tạp khác. - Xác định hướng của công trình, bố trí dây truyền công năng và vị trí các phòng chức năng, tối đa hóa không gian, chiếu sáng TGTN, xây dựng môi trường VKH đảm bảo tiện nghi bên trong công trình. - Lớp vỏ bao che công trình cũng đóng một vai trò rất quan trọng trong việc đảm bảo tiện nghi VKH đồng thời TKNL. 2.2.5.2 Tiêu chí về khoa học, công nghệ, ký thuật Việc áp dụng kỹ thuật và công nghệ năng lượng là bước tiếp theo, góp phần nâng cao HQNL. Công nghệ ở đây là khai thác, sử dụng năng lượng tái tạo hữu hiệu vốn đã đảm bảo chuẩn mực thiết kế HQNL. Trong điều kiện khí hậu TP.HCM, nếu VLXD không đảm bảo tốt các yếu cầu: cách nhiệt, chống thấm, ẩm mốc, bền vững trước những tác động khắc nghiệt… thì khi vận hành công trình sẽ phải sử dụng HTĐHKK, thông gió nhân tạo có thể hiệu quả song tốn nhiều năng lượng. Bên cạnh đó, việc sử dụng sản phẩm cách nhiệt, ngăn bức xạ hoặc được thiết kế với hệ thống TGTN tốt thì việc làm mát không dùng nhiều điện năng mà vẫn đảm bảo không bị nóng. Tiêu chí khoa học, công nghệ, kỹ thuật thể hiện ở một số khía cạnh như sau:

55

- Trong thiết kế thì việc chọn hệ thống cửa sổ nhằm tận dụng ASTN để chiếu sáng cho phòng là biện pháp hữu hiệu để HQNL trong xây dựng. Chọn loại cửa sổ cao, hẹp thì sẽ tốt hơn loại cửa thấp, rộng (với cùng một diện tích cửa). Cửa dễ dàng đóng mở nhưng đảm bảo yêu cầu che nắng. Việc áp dụng kinh nghiệm sử dụng cửa truyền thống (trong kính, ngoài chớp) vẫn là một gợi ý hàng đầu [19]. Kết cấu chắn nắng là bộ phận của lớp vỏ công trình bảo vệ không gian bên trong khỏi tác động bất lợi bức xạ mặt trời. Kính cản nhiệt hay còn gọi là kính phát xạ nhiệt chậm, đôi khi là kính TKNL (Low-E glass, với từ e được viết tắt của emissivity phát xạ hoặc energy - năng lượng) là công nghệ tiên tiến hơn. Do đó, nó cũng hiệu quả hơn kính phản quang (reflective glass) về tác dụng cách nhiệt. [2] - Ngoài ra, vật liệu xây dựng cũng là một giải pháp tối ưu trong việc HQNL như sử dụng pin năng lượng mặt trời trong suốt, keo cách nhiệt, tấm thạch cao (thay thế tường gạch), tường bê tông hay vật liệu không nung, gạch không nung thay thế cho các vật liệu nung, vật liệu mang tính địa phương, đỡ tốn kém chi phí vận chuyển, giảm khí thải, ô nhiễm nhiệt, tạo vật liệu thân thiện với môi trường [18]. Ngoài ra, công nghệ mái và tường xanh trở nên phổ biến. Các loại thực vật trồng trên mái hoặc bám theo giàn gắn vào tường là tấm màn chắn bức xạ tự nhiên, là phương pháp không tốn kém, cũng có tác dụng cách nhiệt tốt cho mái và tường ngoài nhà và hơn nữa mang giá trị sinh thái, thẩm mỹ, và trong một số trường hợp còn tạo nên các tác phẩm nghệ thuật độc đáo. - Ngoài ra, góp phần HQNL của công trình còn nhờ vào các trang, thiết bị khoa học kỹ thuật tiên tiến như: HTĐHKK HVAC tiết kiệm điện năng gồm thiết bị thu năng lượng mặt trời (có hai loại: pin năng lượng mặt trời để cung cấp điện năng và tấm thu nhiệt mặt trời để làm nóng nước, có thể tích hợp thêm trạm điện gió vào hệ thống), máy bơm nhiệt (hiện nay khai thác ba nguồn nhiệt chính lấy từ không khí, nước và đất, tương ứng là ba loại máy bơm nhiệt: nhiệt khí, nhiệt nước và nhiệt đất), hệ thống lưu giữ nước; Hệ thống đèn LED chiếu sáng, sensor đo ánh sáng,…; Hệ thống Tích hợp Quản lý tòa nhà (iBMS, BMS, IoT)... [84] 2.2.5.3 Tiêu chí về tối ưu hóa năng lượng trong xây dựng

56

Xây dựng là một ngành tiêu thụ năng lượng lớn. Trong điều kiện biến đổi khí hậu thì việc HQNL trong ngành xây dựng phải chú trọng ở mọi giai đoạn. Theo số liệu của những nước phát triển, chỉ riêng tổng năng lượng tiêu thụ cho các công trình xây dựng đã chiếm đến 40% - 70% tổng năng lượng cung cấp cho đô thị. Từ thiết kế, thi công, khai thác sử dụng công trình đến sản xuất VLXD đều phải tiêu thụ năng lượng [85]. Từ thực tiễn, để xây dựng những tòa nhà, công trình TKNL, chi phí xây dựng có thể tăng 10-30% nhưng có thể mang đến mức tiết kiệm khoảng trên 20% chi phí năng lượng so với các công trình không áp dụng. [6] Ngành xây dựng Việt Nam đã đi tiên phong trong việc thực hiện KTHQNL. Đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất VLXD, ngày 25/7/2016 khánh thành dây chuyền sản xuất kính HQNL do Tổng Công ty Viglacera đầu tư xây dựng tại Bình Dương. Đây là nhà máy kính TKNL đầu tiên của Đông Nam Á với thiết bị công nghệ tiên tiến hàng đầu thế giới do Đức sản xuất. Dự án công nghệ cao này cũng được Chính phủ phê duyệt ngày 13/01/2015 và được Bộ Khoa học công nghệ cấp giấy chứng nhận hoạt động ứng dụng công nghệ cao theo Quyết định số 2456/QĐ-BKHCN ngày 22/9/2015. Nhà máy kính TKNL ra đời là một đột phá trong cuộc cách mạng KTHQNL tại Việt Nam. [86] Để một công trình đạt được tiêu chuẩn về HQNL ngay từ khâu thiết kế, việc chọn số liệu khí hậu thích hợp về bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối, gió… trên cơ sở tận dụng tối đa khí hậu và cảnh quan tự nhiên. Tất cả các yếu tố trên đều được đánh giá đầy đủ, công nhận bởi hệ thống đánh giá kiến trúc tiêu biểu trên thế giới và Việt Nam như LEED, BREEAM, LOTUS,… nhiều hạng mục trong hệ thống đánh giá thì năng lượng chiếm tỉ trọng lớn nhất lên tới 30% tổng số điểm đánh giá một công trình HQNL, công trình bền vững. Vì vậy, TKNL hay HQNL trong kiến trúc xây dựng không chỉ là việc làm cần thiết hiện tại mà còn là xu hướng chung của Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung trong tương lai. 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Hiện nay, xu hướng KTHQNL đang rất phát triển trên thế giới và nó đang dần trở thành xu hướng phát triển của thời đại trong những thập kỷ tiếp theo. Bản chất

57

của các công trình KTHQNL chính là sử dụng nguồn năng lượng một cách hiệu quả; không những vậy mà còn tái tạo nguồn năng lượng phục vụ cho chính công trình; tạo ra môi trưởng VKH tiện nghi bên trong công trình; từ đó không gây ảnh hưởng đến môi trường, bảo vệ, cân bằng sinh thái. Trên thực tế, TP.HCM với khí hậu ôn hòa, điều kiện tự nhiên thuận lợi là lợi thế to lớn trong việc ứng dụng KTHQNL. Bên cạnh đó các yếu tố và kinh tế xã hội, cơ sở hạ tầng, khoa học công nghệ và yếu tố con người sẽ là nguồn động lực không nhỏ trong việc thúc đẩy phát triển không ngừng. Với rất nhiều mô hình KTHQNL được áp dụng những giải pháp hàng đầu trên thế giới, sẽ giúp TP.HCM tạo nên một bộ mặt công trình ấn tượng, đem lại nhiều lợi ích về mọi mặt. Có thể nói KTHQNL hay KTBV là việc thiết kế kiến trúc góp phần tạo ra công trình của tương lai. Sự thành công của công trình KTHQNL được định lượng tin cậy cụ thể bằng điểm số từ các hệ thống đánh giá tiểu biểu thế giới và Việt Nam. Bên cạnh đó, nội dung kiến trúc còn liên quan đến văn hóa, xã hội, cộng đồng, dân tộc, thẩm mỹ và cả việc đáp ứng tốt nhất công năng của một công trình đều được thể hiện rất tốt. Từ đó, việc đánh giá công trình HQNL một cách đầy đủ, thỏa đáng về kiến trúc và các khía cạnh về văn hóa xã hội đã không còn khó khăn và phức tạp. Các không gian CTCC quy hoạch từ xưa tại TP.HCM, qua nhiều năm sử dụng đã dần dần bị cư dân thành phố biến đổi và sử dụng lại theo lối sống, bản sắc riêng của mình. Khác với đô thị trên thới giới như ở châu Mỹ, châu Âu thì ở các đô thị tại Đông Á và TPHCM mọi cư dân đều tham gia trong việc hình thành nên không gian cảnh quan đô thị. Từ đó, ta thấy được tiềm năng phát triển không gian và CTCC rất lớn. Với những cơ sở khoa học của KTHQNL trên thế giới cùng với các yếu tố về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, cơ chế chính sách chiến lược, khoa học công nghệ kỹ thuật tại TP.HCM thì việc ứng dụng vào CTCC thành phố thật sự đúng đắn và rất phù hợp trong giai đoạn hiện nay. Với những lợi ích mà KTHQNL mang lại cũng như sự quan tâm của các cấp chính quyền thành phố, các chuyên gia trong khoảng thời gian mấy năm trờ lại đây thì KTHQNL sẽ là định hướng mới và phổ biến trong kiến trúc xây dựng của thành phố trong tương lai không xa.

Dữ liệu khí hậu của Thành phố Hồ Chí Minh Tháng Cao kỉ lục °C (°F)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Năm

12

38

40

38

38

39

38

41

37

38

38

37

37

41

(100)

(104)

(100)

(100)

(102)

(100)

(106)

(99)

(100)

(100)

(99)

(99)

(106)

Trung bình cao °C (°F)

31.6

32.9

33.9

34.6

34.0

32.4

32.0

31.8

31.3

31.2

31.0

30.8

32,3

Trung bình ngày, °C (°F)

25.8

26.7

27.9

28.9

28.3

27.5

27.1

27.1

26.8

26.7

26.4

25.7

27,0

Trung bình thấp, °C (°F)

21.1

22.5

24.4

25.8

25.2

24.6

24.3

24.3

24.4

23.9

22.8

21.4

23,7

Thấp kỉ lục, °C (°F)

13

17

16

17

16

21

17

21

20

20

17

15

13

(55)

(63)

(61)

(63)

(61)

(70)

(63)

(70)

(68)

(68)

(63)

(59)

(55)

12

Năm

Hình 2.1 Nhiệt độ trung bình của TP.HCM qua các năm Nguồn: www.kttv.gov.vn Dữ liệu khí hậu của Thành phố Hồ Chí Minh Tháng

1

Lượng mưa, mm

13.8

4.1

(0.543)

(0.161)

% độ ẩm

69

68

2.4

244.9

Số ngày mưa TB

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

10.5

50.4

218.4

311.7

293.7

269.8

(0.413)

(1.984)

(8.598)

(12.272)

(11.563)

(10.622)

327.1

266.7

116.5

48.3

1.931

(12.878)

(10.5)

(4.587)

(1.902)

(76.02)

68

70

76

80

80

81

82

83

78

73

75.7

1.0

1.9

5.4

17.8

19.0

22.9

22.4

23.1

20.9

12.1

6.7

155.6

248.6

272.8

231.0

195.3

171.0

179.8

173.6

162.0

182.9

201.0

223.2

2,486.1

Số giờ nắng trung bình hàng tháng

Hình 2.2 Bảng thống kê lượng mưa và số giờ nắng hàng tháng của TP.HCM Nguồn: www.kttv.gov.vn

Hình 2.3 Bức xạ mặt trời khu vực phía Nam Nguồn: www. solarpower.vn

Hình 2.4 Biểu đồ nhiệu độ và lượng mưa TP.HCM năm 2017 Nguồn: Sách Địa Lí lớp 8 trang 116

Hình 2.5 Chiếu sáng tự nhiên trong công trình Nguồn: www.agm2d.wordpress.com

Hình 2.6 Thông gió tự nhiên trong công trình Nguồn: [61]

Hình 2.7 Biểu đồ nhiệt ẩm thể hiện tiện vùng tiện nghi nhiệt của con người, nhiệt độ, độ ẩm, thông gió tự nhiên Nguồn: [120]

Hình 2.8 Biểu đồ sinh khí hậu tiêu biểu về khí hậu Nguồn: [15]

Hình 2.9 Vi khí hậu trong công trình bằng phương pháp Hybrid methods Nguồn: www.archdaily.com

Hình 2.10 Giáo sư – Tiến sĩ Wolfgang Feist, người đồng thời cũng là vị cha đẻ của Passive House. Nguồn: [75]

Hình 2.11 Ngôi nhà thụ động đầu tiên được xây dựng ở Darmstadt năm 1991 do ông Wolfgang Feist thiết kế Nguồn: [75]

Hình 2.12 KTS Jan Kaplicky và Công trình Zero năng lượng “Glass house” ở Canonbury, London Nguồn: [76]

Hình 2.13a Nhà cộng đồng, Đông Nam Anatolia – Thổ Nhĩ Kỳ, do KTS EG Mimarlık Planlama, Kentsel Tasarım và các đối tác tại Đức thiết kế Nguồn: [77]

Hình 2.13b Không gian bên trong công trình Nhà cộng đồng Nguồn: [77]

Hình 2.14 Ảnh trên: Toàn cảnh dự án Cornell Tech của trường Đại học Cornell, tại New York, USA - Ảnh dưới: tòa nhà ký túc xá “The house” Nguồn: [78]

Hình 2.15 Ảnh trên: Toàn cảnh công trình “Bruck” tại Chiết Giang, Trung Quốc Ảnh dưới: Phối cảnh của công trình “Bruck” Nguồn: [79]

Hình 2.16 “Legion house” là công trình điển hình của thiết kế chủ động, trong hình là mặt đứng trước và sau Nguồn: [80]

Hình 2.17 Ảnh trên: Tổ hợp Zero năng lượng Beddington/BedZED tại miền Nam London - Ảnh dưới: Hệ thống chiếu sáng và thông gió tự nhiên của công trình Nguồn: [81]

Hình 2.18 Tòa nhà CSI-IDEA ở Malaga, Tây Ban Nha do Công ty kiến trúc Tây Ban Nha EZAR và KTS Juan Blázquez thiết kế Nguồn: [82]

Hình 2.19 Học viện BCA của Singapore là công trình Zero năng lượng đầu tiên của Đông Nam Á với các giải pháp HQNL Nguồn: [119]

Hình 2.20 Nhà dân gian điển hình ở các tỉnh miền Bắc Nguồn: [108]

1: CỔNG

2: LỐI ĐI

3: BÌNH PHONG

4: BỂ CẠN

5: SÂN TRƯỚC

6: NHÀ CHÍNH

7: NHÀ PHỤ

8: SÂN VƯỜN

9: HÀNG RÀO

10: AO CÁ Hình 2.21 Bố cục, tổ chức không gian điển hình của nhà dân gian Nguồn: [108]

Hình 2.22 Bố cục, tổ chức sân vườn theo chức năng mỗi khu vực Nguồn: [108]

Hình 2.23 Bố cục, tổ chức không gian điển hình của nhà dân gian các tỉnh miền Nam Nguồn: Bảng 2.1 : Bộ tiêu chí đánh giá [108] công trình xanh của LEED

Bảng 2.1 : Bộ tiêu chí đánh giá công trình xanh của LEED (Nguồn: www.usgbc.org/LEED) Tiêu chí 1 : Địa điểm - Chọn địa điểm : tránh phát triển không phù hợp và giảm tác động môi trường do đặt công trình lên địa bền vững (Sustainable điểm ,giảm áp lực môi trường lên đất chưa phát sites ) triển; - Bảo vệ lớp đất màu; - Mật độ phát triển hợp lý (tỷ lệ giữa đất xây dựng và đất tự nhiên) và kết nối cộng đồng; - Giao thông : tiếp cận giao thông công cộng, có chỗ cho xe đạp, xe ít chất thải - Bảo vệ và khôi phục môi trường sống; - Không gian mở tối đa - Hạn chế phá vỡ nước ngầm do giảm bề mặt thấm nước, quản lý nước mưa - Chống hiệu ứng đảo nhiệt đô thị, để giảm thiểu tác động VKH đối với đời sống cong người và thú hoang dã - Giảm ô nhiễm ánh sáng Tiêu chí 2: Hiệu quả - Hạn chế dùng nước sạch tưới cây trong sân vườn, dùng nước mưa, nước xám nguồn nước (Water Efficieny) - Giảm tiêu thụ nước sạch - Có hố giữ nước mưa, kiểm soát nước mưa gây úng ngập - Sử dụng công nghệ xử lý nước thải để tái sử dụng Tiêu chí 3: Năng - Tòa nhà và các hệ thông sử dụng năng lượng ở mức tối thiểu, tối ưu hóa các thiết bị năng lượng lượng và khí quyển (Energy & - Không sử dụng máy điều hòa không khí có chất làm Atmostphere) mát gốc CFC (Carbon-Flo-Clo) - Sử dụng năng lượng xanh, năng lượng tái tạo tại chỗ - Giảm tiêu hao năng lượng của HTĐHKK và các thiết bị trong nhà Tiêu chí 4 : Vật liệu và - Lưu giữ, thu gim, quản lý chất thải xây dựng

tài nguyên (Materia & - Tái sử dụng cấu kiện, vật liệu Resources) - Sử dụng vật liệu địa phương - Sử dụng vật liệu và sản phẩm có nguồn gốc từ gỗ Tiêu chí 5 : Chất - Thông gió tự nhiên và thông gió cơ khí lượng môi trường - Kiểm soát khói thuốc trong nhà (Indoor - Sử dụng vật liệu ít phát thải chất độc hại Enviroment Quality) - Ánh sáng đủ, kiểm soát hệ thống chiếu sáng nhân tạo - Môi trường VKH tiện nghi, môi trường âm thanh tiện nghi - CSTN 75% không gian, tầm nhìn 90% không gian Tiêu chí 6 : Sáng tạo - Có sáng tạo trong thiết kế. (Innovation)

Bảng 2.2 : Hệ thống tiêu chí đánh giá của BREEAM (Nguồn: www.Breeam.org) 1. Quản lý

2. Sức khỏe và tiện nghi

-

Các bước mời thầu

-

Ánh sáng tự nhiên

-

Ảnh hưởng trong quá trình xây dựng

-

Nhiệt độ

-

Âm thanh

-

An sinh

-

Chất lượng không khí

-

Chiếu sáng

3. Năng lượng

4. Giao thông

-

Khí thải CO2

-

Giao thông công cộng

-

Công nghệ phi Carbon

-

-

Thiết kế năng lượng

Tiện nghi cho người đi bộ và người đi xe đạp

-

Các hệ thống TKNL

-

Tiện nghi khác

-

Thông tin giao thông công cộng

5. Cung cấp nước

6. Rác thải

-

Tiết kiệm nước

-

Rác thải xây dựng

-

Phát hiện rò rỉ

-

Tái sử dụng

-

Tái sử dụng

-

Hệ thống phân loại rác thải

7. Ô nhiễm

8. Sử dụng đất và sinh thái

-

Chất làm lạnh

-

Chọn địa điểm xây dựng

-

Nguy cơ ủng lụt

-

Bảo vệ sinh thái

-

Ô nhiễm Nox

-

-

Ô nhiễm nguồn nước

Bảo tồn và nâng cao các giá trị sinh thái

-

Ô nhiễm ánh sáng và tiếng ồn

9. Vật liệu

10. Cải tiến

-

Tác động môi trường của vật liệu

-

Tái sử dụng

-

Nguồn vật liệu

-

Độ bền

Bảng 2.3 : Hệ thống tiêu chí đánh giá của GREEN STAR (Nguồn: www.gbca.org.au) 1. Chất lượng vi khí hậu công Vận tốc thông gió trình Hiệu quả thông gió Kiểm soát và theo dõi nồng độ CO2 Ánh sáng ban ngày và chống lóa Đèn hiệu suất cao Độ sáng Tầm nhìn Nhiệt độ Kiểm soát nhiệt độ theo phân khu Vật liệu độc hại

Tiếng ồn Các chất hữu cơ dễ bay hơi Hạn chế sử dụng Formaldehyde Ngăn chặn mốc Hệ thống thoát khí 2. Ô nhiễm

Chất làm lạnh có chứa ODP Chất làm lạnh có chứa GWP Rò rỉ chất làm lạnh Vật liệu các nhiệt, cách âm có chứa ODP Ô nhiễm nguồn nước Ô nhiễm ánh sáng Ngăn chặn vi khuẩn gây viêm phổi cấp

3. Vật liệu

Khu chứa vật liệu tái chế Tái sử dụng công trình Vỏ và lõi công trình Bê tông Thép Hạn chế PVC Sử dụng gỗ từ nguồn bền vững Quan tâm đến (Dematerialisation)

4. Sử dụng đất và sinh thái

tính

vật

Điều kiện tự nhiên khu vực Điều kiện lớp đất mặt Tái sử dụng đất Xử lý đất ô nhiễm Thay đổi giá trị sinh thái

5. Năng lượng

Điều kiện bắt buộc Khí nhà kính Kiểm soát mức sử dụng năng lượng Mật độ chiếu sáng

chất

Phân khu chiếu sáng Giảm thiểu nhu cầu sử dụng giờ cao điểm Sự tham gia của chuyên gia Green Star

6. Quản lý

Quá trình mời thầu Quản lý nhà thầu Hướng dẫn sử dụng Quản lý các vấn đề về môi trường Nước cho các tiện nghi trong công trình

7. Nước

Theo dõi nguồn nước sử dụng Tưới tiêu Nước cho hệ thống làm mát Nước cho hệ thống cứu hỏa Bố trí bãi đậu xe

8. Giao thông

Giao thông tiết kiệm nhiên liệu Tiện nghi cho người đi xe đạp Sử dụng phương tiện công cộng 9. Cải tiến sáng tạo

Bảng 2.4 Bộ công cụ đánh giá LOTUS (Nguồn: [7], [8], [9]) Công trình phi nhà ở

Công trình nhà ở

Giai đoạn

Thiết kế và thi công Thiết kế và thi xây dựng. công xây dựng.

Loại công trình

Công trình phi nhà ở gồm : công trình văn phòng, văn hóa, giáo dục, chăm sóc sức khỏe, trung tâm thương mại, khách

Các dự án công trình nhà ở xây mới hoặc cải tạo có tổng diện tích sàn tối thiểu (không bao

Công trình đang vận hành Vận hành. Bất cứ loại công trình nào thuộc phạm vi áp dụng của công cụ LOTUS NR và

sạn, sân vận động, trung gồm diện tích bãi đỗ tâm thể thao, các nhà xe) là 70% được sử máy, v...v.. dụng riêng làm nhà ở.

LOTUS R và đã vận hành trên 18 tháng với tỷ lệ sử dụng trên 50%.

Hạng mục được đánh giá

9 hạng mục : Năng lượng, Nước, Vật liệu, Sinh thái, Chất thải & ô nhiễm, Sức khỏe &Tiện nghi, Thích ứng & giảm nhẹ, Cộng đồng, Quản lý, +Hạng mục “Sáng kiến”.

9 hạng mục : Năng lượng, Nước, Vật liệu, Sinh thái, Chất thải & ô nhiễm, Sức khỏe &Tiện nghi, Thích ứng & giảm nhẹ, Cộng đồng, Quản lý, +Hạng mục “Sáng kiến”

Điểm chứng nhận

150 (+8 điểm thưởng 130 (+8 điểm 100 (+8 điểm cho Hạng mục “Sáng thưởng cho Hạng thưởng cho Hạng kiến”) mục “Sáng kiến”) mục “Sáng kiến”)

9 hạng mục : Năng lượng, Nước, Vật liệu, Sinh thái, Chất thải & ô nhiễm, Sức khỏe &Tiện nghi, Thích ứng & giảm nhẹ, Cộng đồng, Quản lý, +Hạng mục “Sáng kiến”.

Bảng 2.5 : Hệ thống tiêu chí đánh giá của GREEN MARK (Nguồn: www.sgbc.sg) Tiết kiệm năng lượng Vỏ công trình HTĐHKK

Tiết kiệm nước Các thiết bị tiết kiệm nước

Thông gió tự nhiên

Phát hiện rò rỉ

CSTN

Hệ thống tưới tiêu

Thông gió trong nhà

Tháp làm mát

Vi khí hậu công trình Nhiệt độ Độ ồn Ô nhiễm không khí trong công trình Đèn hiệu suất cao

để xe

Bảo vệ môi trường

Thông gió tại các khu vực công cộng

Các phương pháp xây dựng xanh

Thang máy và thang cuốn

Quản lý tác động đến môi trường

Năng lượng tái tạo

Các giải pháp sáng tạo

Giao thông công cộng Chất làm lạnh

Bảng 2.6 : Bộ tiêu chí đánh giá công trình xanh do Hội đồng xây dựng Xanh Việt Nam đề xuất [2] 1. Địa điểm xây dựng bền vững : Bảo vệ môi trường, bảo tồn sinh thái

1. Bảo tồn hệ sinh thái tự nhiên 2. Mật độ xây dựng 3. Tiếp cận giao thông công cộng 4. Kết nối cộng đồng 5. Thảm xanh và giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị 6. Thu gom, quản lý chất thải xây dựng 7. Quản lý chất làm lạnh cơ bản

2. Hiệu quả năng lượng

1.a. Thiết kế vỏ công trình có HQNL (đối với nhà thông gió tự nhiên) b. Thiết kế vỏ công trình và thiết bị có HQNL (đối với nhà sử dụng HTĐHKK) 2. Giảm điện năng tiêu thụ của công trình 3. Tận dụng CSTN 4. Chiếu sáng nhân tạo có hiệu quả 5. Thu hồi nhiệt để sử dụng tại chỗ 6. Năng lượng xanh, năng lượng

tái tạo 7. Thiết bị kiểm soát năng lượng 3. Hiệu quả sử dụng nước

1. Giảm lượng nước sử dụng 2. Xử lý nước thải tái sử dụng 3. Thu gom nước mưa để tưới cây và xử lý để sử dụng\ 4. Giám sát sử dụng nước

4. Vật liệu

1. Tái sử dụng vật liệu, cấu kiện xây dựng 2. Tái chế vật liệu để sử dụng lại 3. Sử dụng vật liệu tái sinh 4. Sử dụng gỗ xây dựng từ nguồn bền vững 5. Sử dụng vật liệu không nung

5. Chât lượng môi trường trong nhà

1. Tiện nghi VKH 2. Không gian chuyển tiếp trong và ngoài nhà 3. Tiện nghi ánh sáng 4. Tiện nghi âm thanh tiếng ồn 5. Vật liệu nội thất không phát thải chất độc hại 6. Tầm nhìn ra không gian bên ngoài

6. Quản lý

1. Quản lý; bảo hành công trình: có chương trình, giải pháp giữ được chất lượng xanh của công trình theo chứng chỉ đã được nhận trong thời gian vận hành 2. Có chương trình, kế hoạch quản lý sáng tạo để cải tạo nâng cao chất lượng xanh của công trình trong thời gian vận hành

7. Sáng tạo

1. Sáng tạo các giải pháp không gian, cấu tạo kiến trúc thích ứng với khí hậu Việt Nam và khí hậu địa phương. 2. Áp dụng sáng tạo các thiết bị công nghệ mới, tiến bộ về năng lượng và xử lý chất thải, cải tạo môi trường

Bảng 2.7 : Bộ tiêu chí đánh giá công trình KTHQNL do tác giả đề xuất (chỉ mang tính chất tham khảo) Tiêu chí 1 : Vị trí khu đất - Vị trí: giảm tác động môi trường do đặt công trình lên địa điểm; bền vững - Bảo tồn sinh thái; - Mật độ xây dựng và kết nối cộng đồng; - Giao thông tiếp cận; - Bảo vệ và khôi phục môi trường sống; - Không gian mở tối đa; - Giảm ô nhiễm ánh sáng; Tiêu chí 2: Hiệu quả - Giám sát sử dụng nước sạch; nguồn nước - Hệ thống nước nóng, làm mát công trình; - Có hố giữ nước mưa, kiểm soát nước mưa gây úng ngập; - Sử dụng thiết bị công nghệ tiết kiệm nước; - Sử dụng công nghệ quản lý nguồn nước và xử lý nước thải để tái sử dụng vào tưới cây, PCCC; Tiêu chí 3: Hiệu quả năng - Kiểm soát sử dụng năng lượng ở mức tối thiểu, tối ưu hóa các thiết bị năng lượng; lượng - Sử dụng năng lượng xanh, hệ thống năng lượng tái tạo sử dụng tại chỗ; - Giảm tiêu hao năng lượng của HTĐHKK; - Giảm tác động bức xạ nhiệt, thu hồi nhiệt;

- Sử dụng hệ thống công nghệ kiểm soát, TKNL; - Chiếu sáng nhân tạo hiệu quả, thiết bị điện mới tiết kiệm; - Sử dụng thống quản lý, vận hành tòa nhà hiệu quả; Tiêu chí 4 : Tiện nghi vi - CSTN, đủ sáng, hệ thống chiếu sáng nhân tạo không chồng chéo; khí hậu - Thông gió tự nhiên và thông gió cơ khí; - Sử dụng vật liệu ít phát thải chất độc hại; - Kiểm soát tiếng ồn, cách âm, môi trường âm thanh tiện nghi; - CSTN 75% không gian, tầm nhìn 90% không gian; - Tạo các không gian mở với thảm thực vật tăng không gian xanh; Tiêu chí 5 : Vật liệu công - Lớp vỏ bao che cách nhiệt, giảm bức xạ; trình - Tái sử dụng cấu kiện, vật liệu sáng tạo; - Sử dụng vật liệu địa phương; - Sử dụng vật liệu và sản phẩm có nguồn gốc từ gỗ; - Sử dụng vật liệu không nung; - Có độ bền cao, không ảnh hưởng môi trường trong sản xuất, sử dụng; Tiêu chí 6 : Quản lý và - Chính sách định kỳ bảo hành công trình; vận hành - Hệ thống quản lý thông minh (IBMS, BMS); - Theo dõi mức tiêu thụ năng lượng ổn định, cải tiến công nghệ; Tiêu chí 7 : Chất thải & - Kiểm soát khí thải CO2; Tác động môi trường - Hệ thống phân loại chất thải tại nguồn; Tiêu chí 8 : Sáng tạo

- Có hình khối sáng tạo trong thiết kế; - Sáng tạo các giải pháp không gian, cấu tạo kiến trúc thích ứng với khí hậu địa phương

Bảng 2.8 : Hệ thống nội dung chương 2 “Cơ sở khoa học cho việc ứng dụng KTHQNL vào CTCC tại TP.HCM”

58

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TẠI TP.HCM 3.1 CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG 3.1.1 Về quy hoạch, kiến trúc 3.1.1.1 Nguyên tắc trong quy hoạch Giáo sư Davit Banister - Trường Ðại học Oxford (Anh) cho thấy được mối liên quan giữa quy hoạch với HQNL: “Vai trò của cấu trúc đô thị ở tầm chiến lược có ảnh hưởng rất lớn trong việc TKNL sử dụng; Các yếu tố sử dụng đất và hệ thống giao thông, khoảng cách bố trí các khu làm việc gần khu ở sẽ giảm đáng kể năng lượng phải tiêu thụ; Mật độ dân cư cũng đóng vai trò trọng yếu trong việc TKNL. Mật độ dân cư cao thì việc tiêu thụ năng lượng sẽ giảm; Giải quyết tốt vấn đề chiếu sáng công cộng trong đô thị cũng nằm trong một nguyên tắc khi quy hoạch nhằm tiết kiệm năng lượng sử dụng”. [88] Ông J.Lopez, chuyên gia ICE nói: “Lựa chọn xây dựng một mô hình thành phố là cho nhiều thế kỷ, chứ không phải cho 100 năm nữa”. Các chuyên gia Pháp cũng cho rằng quy hoạch TKNL tại Việt Nam cần quan tâm hơn nữa đến vấn đề chiếu sáng công cộng và tính đến những yếu tố địa lý. Ông Michel Rateau, Giám đốc phát triển Citelum nói rằng “chiếu sáng đô thị chiếm 52% lượng tiêu thụ của một thành phố. Vì vậy cần phải có quy hoạch chiếu sáng hiệu quả và hợp lý để hiệu quả, TKNL”. [89] Tóm lại, quy hoạch nói một cách đơn giản là việc bố trí, phân khu hợp lý các công trình kiến trúc (CTCC, dân dụng, công nghiệp,…) cũng như hệ thống hạ tầng kỹ thuật (hệ thống giao thông, hệ thống cấp và thoát nước, hệ thống cây xanh mặt nước, hệ thống chiếu sáng công cộng,...) kết hợp với yếu tố dân số, mật độ, kinh tế, văn hóa xã hội. Đây là những thành phần không thể thiết trong quy hoạch. Từ đó, ta rút ra được nguyên tắc quy hoạch chung nhất trong KTHQNL: - Xác định hướng công trình điều này sẽ giúp cho công trình tránh được sự ảnh hưởng không tốt từ điều kiện tự khí hậu. Chẳng hạn như để lấy gió mát mùa

59

hè, ánh nắng mặt trời vào mùa đông thường chọn hướng Nam và Ðông Nam, tránh nắng nóng từ hướng Tây và gió mùa Ðông Bắc. Trong trường hợp không thể chọn được hướng tốt để hạn chế các bất lợi khí hậu thì tìm các giải pháp quy hoạch thiết kế xây dựng, ứng dụng công nghệ kỹ thuật vật liệu,... - Phân tích các yếu tố điều kiện tự nhiên (hướng gió chủ đạo, lượng mưa, bức xạ,…) của khu vực nhằm đưa ra các giải pháp kiến trúc phù hợp. - Bố trí các khu chức năng, tổ chức không gian (trong nhà hay ngoài trời) từ hướng tiếp cận công trình dựa trên hệ thống giao thông khu vực nhằm đảm bảo việc đi lại thuận tiện. (Hình 3.1) - Tổ chức hệ thống cây xanh mặt nước trên cơ sở nghiên cứu địa hình khu vực hay các giải pháp kiến trúc của công trình (như cách âm, cách nhiệt,…). - Đánh giá thiết kế HTTG tự nhiên, chiếu sáng công cộng đô thị từ hiện trạng toàn khu xung quanh công trình để các CTCC trong một khu hay quần thể không bị chiếu sáng chồng chéo nhau. 3.1.1.2 Nguyên tắc trong kiến trúc KTHQNL kế thừa những nguyên tắc của KTBV (trong đó 5 nguyên tắc chung mang tính định hướng cho KTBV thích ứng với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm gió mùa ở nước ta gồm: 1. Nguyên tắc nhận thức rõ kiến trúc là hệ thống mở với các mối quan hệ nội tại, ngoại vi và sự phụ thuộc lẫn nhau trong toàn bộ các quá trình ra quyết định; 2. Nguyên tắc đảm bảo sự tồn tại tích cực của môi trường tự nhiên và hệ sinh thái tại chỗ cũng như các khu vực khác; 3. Nguyên tắc tôn trọng, duy trì và làm mới các giá trị tích cực về mặt thẩm mỹ, lối sống và phương thức ứng xử truyền thống cũng như đương đại; 4. Nguyên tắc duy trì nhất quán tư duy hệ thống, chú trọng con người và cộng đồng mà công trình đó thuộc về; 5. Nguyên tắc đảm bảo hiệu quả kinh tế - kỹ thuật tối đa về mặt dài hạn) [90] Qua nghiên cứu, tác giả rút ra được nguyên tắc kiến trúc trong KTHQNL như: - Đầu tiên, ta cần xác định hướng chính của công trình trong đó tối ưu hướng tốt về nắng, gió dựa trên các yếu tố tự nhiên của khu vực để chọn hướng giao thông tiếp cận công trình (trong trường hợp có nhiều hướng tiếp cận). Cần ưu tiên

60

chọn hướng nào có nhiều lợi ích nhất cho công trình, tuy nhiên còn tùy vào ý kiến chủ đầu tư và giao thông tiếp cận công trình. - Tiếp theo tổ chức mặt bằng, phân khu chức năng, dây truyền công năng, tổ chức không gian; lựa chọn kiểu dáng, hình khối, lớp vỏ che chắn phù hợp; giải pháp cách âm, cách nhiệt khi đã chọn được hướng công trình. (Hình 3.2) - Với mục tiêu đảm bảo hiệu quả, TKNL, ta cần tạo môi trường tiện nghi VKH bằng giải pháp thông thoáng tự nhiên (thông gió, chiếu sáng) lẫn nhân tạo. Ngoài ra, ta áp dụng các giải pháp về kiến trúc truyền thống kết hợp hiện đại, chọn các công nghệ kết cấu tiên tiến, tái tạo năng lượng (điện, nước). - Để đảm bảo và tăng sự hiệu quả tối đa các nguồn năng lượng tự nhiên như ánh sáng, không khí, nước, điều kiện khí hậu, ta cần chạy mô phỏng công trình (Simulation thermodynamique) để hoàn thiện thiết kế KTHQNL như giải pháp, hình dáng, hướng, vật liệu bao che, lam, cây xanh… dưới sự kiểm tra của kĩ sư tư vấn năng lượng cùng với KTS. Từ đó kiểm tra khâu thiết kế ban đầu cũng như đánh giá giải pháp phương án đã chọn để xem hiệu quả có tối ưu hay không. - Ngoài ra, cây xanh mặt nước cũng là các yếu tố làm tăng tính HQNL. Việc bố cục khu vườn và trồng cây cao có thể cải thiện cách nhiệt, cách âm công trình. Trồng cây có tán lá lớn tạo ra bóng đổ cho không gian công trình. (Hình 3.3) 3.1.2 Về vật liệu xây dựng, vận hành và quản lý thiết bị kỹ thuật Việc áp dụng các vật liệu không nung, vật liệu kính phản nhiệt, cách nhiệt giúp cho công trình giữ nhiệt; hệ thống máy điều hòa nhiệt độ công nghệ mới, hệ thống đèn chiếu sáng LED, bình nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời, pin mặt trời tiết kiệm điện đã trở nên thông dụng. Giải pháp quy hoạch và kiến trúc quyết định việc áp dụng kỹ thuật và công nghệ năng lượng. Đây là bước tiếp theo, góp phần nâng cao thêm tính hiệu quả về năng lượng cho công trình nhất là ưu tiên các loại vật liệu bản địa (để giảm chi phí chuyên chở, hao hụt năng lượng). Bên cạnh việc TKNL thì việc cung cấp điện năng và nhiệt năng ổn định trong vận hành công trình và quản lý các thiết bị cũng rất quan trọng. Với tốc độ phát triển hiện nay, việc QLNL được máy móc hóa và có chức năng thông minh được

61

thêm vào không chỉ để TKNL mà còn ổn định nguồn năng lượng. Hệ thống thông minh cho phép việc vận hành phối hợp chặt chẽ giữa các hệ thống chức năng như HTĐHKK, thông gió (HVAC), hệ thống chiếu sáng, PCCC, QLNL (điện, nước),... nhằm tăng hiệu quả kiết kiệm đáng kể và giảm chi phí năng lượng và vận hành công trình. Vì vậy, việc vận hành, quản lý đã dễ dàng hơn dựa trên các công nghệ tiên tiến như hệ thống QLNL Tòa nhà thông dụng (iBMS, BMS, IoT). Đây là một trong những giải pháp quan trọng đáp ứng nhu cầu quản lý và vận hành công trình nhằm tối ưu hóa thoải mái, tiện nghi, an toàn và hiệu quả cho người hưởng thụ tiện ích. 3.2 CÁC GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TẠI TP.HCM 3.2.1 Giải pháp Quy hoạch tổng thể Dựa theo nguyên tắc quy hoạch trong kiến trúc, ta thấy được vị trí và hướng công trình đóng vai trò quan trọng trong bước đầu xây dựng công trình KTHQNL. Không những vậy 2 yếu tố nêu trên sẽ góp phần tăng HQNL trong vòng đời vận hành. Về hướng ta dựa trên sự phân tích tổng hợp ban đầu về khí hậu, thời tiết ở khu vực đó để xác định được hướng nắng và gió. Sẽ là một điều kiện lý tưởng nếu công trình nằm trên hướng gió chính thổi vào và hướng nắng phù hợp, trong đó công trình được xây dựng tại các vị trí gần sông, hồ, nguồn nước sạch, không ô nhiễm (Hình 3.4). Ngoài ra, công trình còn tiếp giáp với vườn hoa – công viên sẽ làm tăng diện tích phủ xanh giảm bức xạ nhiệt, tiện nghi VKH tốt. Tất cả những yếu tố này sẽ tạo nên một điều kiện không thể nào tốt hơn về vị trí và hướng công trình. Tuy nhiên thực tế không phải công trình nào cũng có được vị trí hay hướng tốt. Dựa trên phân tích hướng ở TP.HCM thì nắng tốt từ chính Nam đến Đông Đông Nam; gió thì có hai hướng chính và chủ yếu là gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc Ðông Bắc. Dưới đây là một số trường hợp mà chúng ta thường gặp phải khi bắt đầu quy hoạch, thiết kế, xây dụng công trình: - Trường hợp công trình có vị trí thuận lợi về giao thông và địa hình nhưng hướng nhà lại không tốt (ta chỉ xét trên khía cạnh hướng tốt, hướng ở đây là hướng nắng và hướng gió có lợi của địa phương): Nếu hai hướng này cùng một

62

hướng, hiệu quả tự nhiên sẽ được cộng hưởng rất có lợi cho công trình; Nếu hai hướng xa nhau: ta so sánh độ lệch giữa 2 hướng, nếu độ lệch nhỏ thì chọn hướng ở giữa là phù hợp vì tận dụng được cả hai yếu tố có lợi (đối với hướng nắng tốt chính Đông - Đông Nam, hướng gió chính Nam - Tây Nam thì hướng ở giữa là chính Nam – Đông Nam), còn nếu độ lệch lớn (đối với hướng nắng tốt chính Nam đến Tây Nam, hướng gió chính Bắc - Ðông Bắc) thì sẽ phải chọn yếu tố có lợi hơn hoặc nắng ấm hoặc gió mát và áp dụng giải pháp hạn chế sự bất lợi do yếu tố kia gây ra; Tuy nhiên thì ta có thể khắc phục hướng không tốt bằng cách xoay công trình về hướng có lợi hoặc sao cho tận dụng được các yếu tố tự nhiên có lợi nếu diện tích khu đất đủ lớn; (Hình 3.5, 3.6) - Trường hợp khu đất có hướng, vị trí lại không tốt nhưng diện tích khu đất không đủ rộng để xoay hay bố trí công trình về hướng tốt nhưng các yếu tố xung quang có lợi: Cần tận dụng tối đa vật thể tự nhiên (như cây xanh, thực vật, mặt nước) có sẵn hay công trình hiện trạng xung quanh (chiều cao các công trình lân cận) để giúp công trình khắc phục các yếu tố bất lợi về hướng. Ví dụ: tận dụng công trình cao hơn hay cây có bóng mát lớn kết hợp yếu tố mặt nước (nếu có) sẽ tăng hiệu quả tiện nghi VKH, giảm bức xạ mặt trời và tác động nhiệt lên công trình; - Trường hợp công trình không đảm bảo vị trí thuận lợi, hướng tốt và yếu tố có lợi xung quanh: đây là trường hợp rất bất lợi về khí hậu. Lúc này, ta xét đến các giải pháp kiến trúc vỏ bao che (như lam che nắng, vỏ bao che, công trình phụ trợ) và các giải pháp kỹ thuật – công nghệ năng lượng về vật liệu, quản lý và vận hành sẽ được áp dụng để cải thiện điều kiện tiện nghi VKH và tối ưu hóa năng lượng trong công trình, điển hình công trình thiết kế chủ động The Legion nêu ở chương 2 của luận văn; - Trường hợp công trình có vị trí và hướng tốt nhưng bị ảnh hưởng không tốt từ các công trình lân cận: Như trường hợp nhiều tiếng ồn và bụi thì xem xét các vật thể tự nhiên có sẵn hoặc tạo ra các mảng cây xanh, thực vật, mặt nước kết hợp với các giải pháp kỹ thuật – công nghệ về vật liệu cách âm cho công trình; trường hợp ảnh hưởng nhiệt hay mùi từ các công trình xung quanh thì ngoài việc

63

xét các yếu tố cây xanh, thực vật, mặt nước thì áp dụng các giải pháp về vỏ bao che, giải pháp kỹ thuật – công nghệ về vật liệu cách nhiệt. Ngoài ra, khi quy hoạch phải xem xét công trình trong cùng khu vực: để hướng nắng rọi tới vẫn đảm bảo ánh sáng cho tất cả các công trình mà không sợ vướng vật cản thì bố trí các công trình từ trước ra phía sau theo thứ tự quy mô nhỏ đến vừa đến to hay theo chiều cao từ thấp tầng đến cao tầng. [71] (Hình 3.7) 3.2.2 Giải pháp Kiến trúc Bên cạnh kế thừa những yếu tố về vị trí và hướng từ quy hoạch thì những yếu tố về kiến trúc như: Lớp vỏ bao che; Hình khối công trình; Tổ chức không gian; Các hệ thống điện, nước, điều hòa sẽ là các giải pháp để tăng tính HQNL của công trình. Để góp phần chung tay phát triển KTHQNL tại đất nước ta nói chung, TP.HCM nói riêng, tác giả đề xuất một số giải pháp HQNL ứng dụng trong CTCC tại TP.HCM. 3.2.2.1 Thiết kế lớp vỏ bao che cho công trình Một trong những chức năng chính lớp vỏ bao che của công trình là bảo vệ con người ở trước những điều kiện khắc nghiệt của khí hậu, điều hòa môi trường giữa bên trong và bên ngoài. “Lớp vỏ công trình cần đảm bảo cách nhiệt tốt, đây là yếu tố quyết định trong việc giảm tác động bức xạ, ảnh hưởng nhiệt độ bên ngoài, từ đó góp phần tạo tiện nghi VKH phù hợp cho môi trường bên trong công trình, đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng một cách hiệu quả nhất” [1]. Vì vậy, việc nghiên cứu, làm chủ và đưa vào triển khai các công nghệ hiện đại, công nghệ xanh, sạch trên thế giới là hết sức cần thiết. Dưới đây là một số công nghệ mới về lớp vỏ bao che sẽ góp phần giải quyết tiện nghi VKH cho công trình và HQNL: - Lớp vỏ bằng bê tông cốt sợi thủy tinh hay GFRC: Bê tông cốt sợi thủy tinh là một hỗn hợp gồm xi măng Portland, cốt liệu mịn, nước, acrylic polymer, sợi thủy tinh gia cường và chất phụ gia. Các sợi thủy tinh gia cố bê tông, giống như cốt thép trong bê tông thông thường. GFRC là một vật liệu bền nhẹ mà có thể được đúc thành các hình dạng gần như không giới hạn, màu sắc và kết cấu. Có hai quá trình cơ bản được sử dụng để chế tạo GFRC - quá trình phun và quá trình trộn. Quá trình trộn tiếp tục được chia thành các kỹ thuật sản xuất khác nhau như phun trộn,

64

đúc trộn, kéo thanh và tạo bề mặt. Với tính năng ưu việt như: Độ bền cao và an toàn; Thiết kế hình thái tự do từ GFRC do có thể được đúc vào hầu như bất kỳ hình dạng và màu sắc nào; Yêu cầu bảo dưỡng rất thấp; Lắp đặt nhanh chóng và hiệu quả; Chống chịu thời tiết và chống cháy; Kinh tế; TKNL. Ví dụ: công trình nổi tiếng khắp thế giới về hình dáng đặc trưng của nó được thiết kế bởi KTS lừng danh Zaha Hadid là trung tâm văn hóa Aliyev Heydar ở Baku, Azerbaijan được xây dựng năm 2013. (Hình 3.8) [122] - Lớp vỏ bao che động: Lớp vỏ công trình có khả năng phản ứng với điều kiện ánh sáng mặt trời này giảm được đáng kể nhiệt hấp thụ. Theo Aedes, lớp kính sáng màu giúp giảm mức hấp thụ nhiệt trong mọi thời điểm chứ không chỉ vào những lúc có mức nhiệt độ lên quá cao. Hệ thống đồng thời còn có cả 2000 module hình ô điều khiển bởi các tấm pin quang điện. Hoạt động của lớp vỏ thông minh loại này được thực hiện nhờ các cảm biến được bố trí tại các vị trí cần thiết trên mặt đứng. Dữ liệu từ các cảm biến này sẽ được truyền đến trung tâm điều khiển để xử lý, từ đó sẽ kích hoạt các hệ thống điều khiển cơ học trên mặt đứng để nó thích ứng với môi trường thay đổi. Ví dụ các lá chớp sẽ quay và được điều chỉnh về vị trí phù hợp, màn chắn nắng hay nắp thông gió được mở ra hay đóng lại phụ thuộc vào các thông số khác nhau như cường độ, hướng và góc chiếu của mặt trời… Ví dụ: lớp vỏ bao che động thông minh theo kết cấu mashrabiya của công trình Al Bahar ở Arab Saudi được thiết kế bởi công ty Aedas Architects. (Hình 3.9) [123] - Lớp vỏ tích hợp công nghệ môi trường: Lớp vỏ công trình đơn thuần kết hợp một, hoặc vài công nghệ, nhưng không có sự kết nối với các hệ thống khác của tòa nhà. Lớp vỏ công trình có thể tạo ra năng lượng, thu nước mưa, hấp thụ khí CO2. Ví dụ: Công trình nhà ở tại Albstadt (Đức) sử dụng những tấm pin năng lượng mặt trời gắn vào những tấm chắn nắng ở lớp vỏ công trình. (Hình 3.10) [112] 3.2.2.2 Thiết kế hình khối công trình Hình khối công trình: Ông bà ta nói cái gì càng đơn giản thì càng tốt và đối với hình khối công trình cũng vậy. Hình khối công trình có nhiều hình dạng khác nhau nhưng hình dạng mang hình học cơ bản sẽ càng hiệu quả về năng lượng. Vì

65

theo nghiên cứu đo đạc thực tế cho thấy tỷ số A/V (diện tích tường ngoài chia cho khối tích) càng nhỏ thì càng có lợi về năng lượng và ngược lại. Do đó, việc tổ hợp thành từng dãy (nhà liền kề) hay thành từng khối (chung cư) hay thành một quần thể hình khối đối với các đơn vị hình khối riêng lẻ cần được ưu tiên xem xét. Cách tổ hợp này không chỉ để giảm diện tích tường ngoài tiếp xúc với khí hậu góp phần HQNL mà còn tiết kiệm đất cũng như hạ tầng kỹ thuật trong các đô thị, nâng cao mật độ cư trú, phù hợp với xu thế phát triển xây dựng bền vững (sustainable building) và đô thị nén (compact city) trong tương lai [92] (Hình 3.11) (Hình 3.12). Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ hiện nay, với những hình khối phức tạp hay dặc biệt nhằm tạo điểm nhấn cho công trình thì lớp vỏ bao che hoàn toàn có thể bằng những thiết kế đặc thù để có thể khắc phục những bất lợi về khí hậu, công trình xung quanh,… Bề mặt công trình: Bên cạnh việc chọn hình khối công trình thì việc xử lý bề mặt để đạt HQNL tối ưu cũng quan trọng. Hình kim tự tháp ngược, hay giật cấp tầng thu nhỏ dần về bên dưới hoặc tạo khoảng lồi lõm (khối đưa ra cạnh khối lùi sâu vào so với bề mặt thẳng đứng) là giải pháp tối ưu vì tạo bóng đổ trên mặt đứng bên cạnh những kết cấu chắn nắng, vát nghiêng bề mặt công trình. (Hình 3.13, 3.14) Chiều cao, khoảng cách công trình: Khác với công tác quy hoạch, yếu tố này chỉ xét dựa trên bản thân của công trình. Đối với công trình gồm nhiều khối hay có công trình phụ trợ thì phải xem xét sao cho khoảng cách bằng hai lần chiều cao một cách, như thế sẽ đảm bảo chiếu sáng cũng như che chắn, tăng HQNL. Ngoài ra, ta có thể mô phỏng bằng phần mềm để xem công trình phía sau có bị chắn sáng của ánh nắng mặt trời trong ngày bởi bóng đổ của công trình phía trước hay không. Từ đó chúng ta sẽ biết được HQNL của việc bố cục các khối công trình. Bên cạnh đó, ta cần bố trí sao cho khối cao hơn che nắng cho khối thấp để giảm bức xạ nhưng vẫn đảm bảo được CSTN của khối thấp trong công trình. (Hình 3.15) 3.2.2.3 Tổ chức không gian Giải pháp thông gió, lấy sáng gián tiếp qua hành lang, qua không gian khác hoặc chiếu sáng nhân tạo: Giải pháp này không đạt hiệu quả cao về thông gió và

66

chiếu sáng. Với không gian nơi mà ta lấy sáng gián tiếp có diện tích lớn và sâu thì ánh sáng không đủ truyền tới được hay với các hành lang nhỏ không thông thoáng, không đủ sáng thì việc lấy sáng sẽ không khả thi. Vì vậy trong điều kiện bất khả kháng thì mới xem xét đến giải pháp này. Tuy nhiên có thể áp dụng khi công trình có chiều rộng khá hẹp, các phòng chức năng không tiếp xúc trực tiếp với ASTN. Do đó, việc lấy sáng qua cửa sổ mở ra hành lang chung hoặc lấy sáng gián tiếp qua một không gian khác. Để khắc phục việc TGTN yếu cần phải sử dụng giải pháp thông gió cưỡng bức. (Hình 3.16) Sử dụng lô-gia sâu đưa ASTN vào bên trong công trình: sẽ mang lại hiệu quả khi công trình có mặt tiền nhỏ, chiều rộng mặt thoáng (mặt công trình không giáp công trình liền kề) không quá lớn, hành lang giữa. Giải pháp này cải thiện phần nào về lấy sáng và thông gió nhưng chỉ có 1 tác dụng là thông gió nếu như chiều sâu lôgia quá lớn. Vì vậy cần bố trí phòng chức năng ra mặt thoáng, tính toán chiều sâu lô-gia hợp lý, khoa học để đảm bảo lấy sáng, thông gió. (Hình 3.17) Sử dụng giếng trời và lô-gia sâu đưa ASTN vào bên trong: Trong trường hợp công trình có kích thước chiều sâu (từ mặt đứng chính công trình đến mặt đứng sau công trình) lớn, mặt tiền và mặt thoáng nhỏ, giải pháp bố trí lô-gia sâu không có hiệu quả lấy sáng cho không gian bên trong, có thể kết hợp thiết kế giếng mở kết hợp với lô-gia sâu để tăng cường hiệu quả lấy sáng cho các phòng chức năng của công trình. Giải pháp kết hợp giếng mở và lô gia sâu giúp cải thiện khả năng lấy sáng và thông thoáng cho các phòng chức năng tốt hơn. Chiều sâu lô-gia được rút ngắn nên các không gian bên trong nhận được nhiều ánh sáng hơn. Thiết kế giếng mở kết hợp với lô-gia sâu là giải pháp tối ưu. (Hình 3.18) Thiết kế giếng mở tăng thêm bề mặt được CSTN: sẽ phù hợp hơn khi áp dụng công trình có kích thước chiều sâu lớn. Giải pháp này không những tăng HQNL do thông gió, CSTN mà còn giảm diện tích phụ trợ (giếng trời hay lô gia), tăng diện tích mặt thoáng. Giếng mở đưa ánh sáng đến không gian bên trong hiệu quả hơn giải pháp sử dụng lô-gia sâu. Tại khu vực giếng mở có thể mở cửa lấy sáng trực tiếp hoặc bố trí lô-gia lấy sáng cho các không gian khác. Tuy nhiên lưu ý đến sự ảnh

67

hưởng của mưa, bức xạ, chiều cao công trình để tính toán kỹ diện tích giếng mở phù hợp đủ để đảm bảo thông gió và lấy sáng cho các không gian nhưng vẫn đảm bảo được tiện nghi VKH cho công trình. (Hình 3.19) Tăng tối đa diện tích mặt thoáng, giảm chiều sâu: hiệu quả về thông gió CSTN nhưng lại phụ thuộc vào hiện trạng khu đất. Với khu đất có mặt tiền, mặt thoáng lớn, độ sâu nhỏ thì phù hợp và với khu đất có mặt tiền, mặt thoáng và độ sâu lớn thì lại càng thích hợp hơn và càng phát huy được HQNL (Hình 3.20). Giải pháp này giúp các không gian chính, các phòng chức năng đều được tiếp xúc với thiên nhiên, lấy sáng và thông gió trực tiếp, với những khu đất lớn nếu phần diện tích còn dư sẽ có thể bố trí thêm công trình phụ trợ hoặc bố trí cảnh quan, thảm thực vật, cây xanh, mặt nước,... việc này không chỉ tăng mỹ quan mà còn đảm bảo hiệu quả tiện nghi VKH góp phần HQNL điển hình công trình Interlace ở Singapore. Bố trí thảm thực vật: đây là giải pháp thông dụng trong thiết kế hiện nay. Giải pháp này không những tăng giá trị thẩm mỹ mà còn giảm hiệu ứng bức xạ nhiệt cho công trình; Bên cạnh đó, cây xanh mặt nước còn được xử dụng như giải pháp cách âm, giảm khói bụi, tiếng ồn. Cần tìm hiểu đặc trưng riêng của mỗi cây kết hợp với mô phỏng phần mềm để xác định nơi nào bố trí thảm thực vật cũng như lựa chọn loại cây phù hợp. Ví dụ: ở phía Đông công trình nơi có lượng bức xạ nhiệt cao thì bố trí những mảng tuờng xanh hay những cây có bóng mát lớn để đem lại bóng mát tự nhiên và cải thiện môi trường sống trong nhà; hay bố trí cây ở phía Tây công trình có thể giữ cho ngôi nhà mát hơn khi chúng chắn nắng trực tiếp vào ngôi nhà. (Hình 3.21) 3.2.2.4 Các hệ thống điện, nước, điều hòa a. Hệ thống điện Hệ thống có vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp năng lượng và vận hành công trình. Vì vậy, để công trình đạt hiệu quả cao trong việc TKNL việc đầu tiên ta nên làm là sử dụng HQNL điện. Sử dụng đèn LED, đèn Compact, đèn huỳnh quang hiệu suất cao (đèn T5 + chấn lưu điện tử) (Hình 3.22)… đã trở nên thông dụng vì đây là giải pháp khá đơn giản, dễ thực hiện nhất. Bên cạnh đó, với công

68

nghệ hiện đại còn có các thiết bị thông minh điều khiển tự động độ sáng của đèn theo ánh sáng ngoài trời hoặc tự tắt đèn khi không có người sử dụng, hệ thống năng lượng mặt trời, tái tạo năng lượng giúp TKNL chiếu sáng lên đến hơn 40%. Bên cạnh đó, ở các công trình có quy mô lớn thì áp dụng hệ thống điều khiển thông minh, giúp quản lý nguồn năng lượng vận hành công trình. Không những thế, hệ thống điều khiển thông minh có khả năng ghi lại và phân tích thói quen sinh hoạt trong công trình nhằm tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng. Lợi ích mà hệ thống thông minh tiết kiệm điện đem lại là rất lớn như: - Tiết kiệm tối đa năng lượng tiêu thụ cho công trình: Dựa vào các cảm biến, hệ thống thông minh tiết kiệm điện sẽ tự động tắt các thiết bị không sử đụng, điều chỉnh cường độ sáng của đèn phù hợp với môi trường cũng như thói quen của người sử dụng,… - An ninh & an toàn: Giám sát và cảnh báo sự xuất hiện của người thông qua hệ thống camera giám sát cũng như các cảm biến phát hiện chuyển động. Để tăng tính bảo mật, mỗi phòng ban được gắn hệ thống khóa từ bằng thẻ RFID tiêu thụ rất ít năng lượng. - Tiện nghi & thoải mái: Hệ thống cửa được điều khiển tự động đóng/mở và hệ thống đèn hành lang tự động bật/tắt khi có/không có sự xuất hiện của người. Bãi đỗ xe tự động hiện thị những khu vực trống cũng như hệ thống camera tự động nhận dạng biển số xe để đưa ra vé xe. - Khả năng điều khiển linh hoạt: Tất cả thiết bị trong hệ thống thông minh tiết kiệm điện được điều khiển và giám sát thông qua hệ thống điều khiển trung tâm. Do đó, người quản lý dễ dàng điều khiển các thiết bị trong tòa nhà. Hệ thống có chế độ tự động vận hành. Khi một thiết bị trong hệ thống bị hỏng, hệ thống sẽ thông báo cho người quản lý biết vị trí thiết bị đó nên dễ sửa chữa và bảo trì. - Thông báo tình trạng nguồn năng lượng: toàn bộ nguồn năng lượng sử dụng cho tòa nhà được đo đạc và lưu lại giúp đánh giá chính xác lượng điện tiêu thụ và khả năng TKNL. [93] (Hình 3.23) b. Hệ thống nước

69

Bên cạnh hệ thống điện thì hệ thống nước cũng quan trọng không kém trong công trình. Để phát huy tính HQNL trong hệ thống này, việc đầu tiên cần phải thực hiện là tiết kiệm nước. Vì vậy, việc chọn thiết bị cho hệ thống rất quan trọng, với các thiết bị vệ sinh, đời mới thay cho đời cũ thì tiết kiệm được 20% lượng nước sử dụng. Ngoài việc sử dụng tiết kiệm thì việc tận dụng nước mưa và nước thải xám, nước thải từ vòi sen, vòi rửa tay, máy giặt được xử lý và tái sử dụng cũng là giải pháp tối ưu vì góp phần tiết kiệm thêm 20% - 30% (Hình 3.24). Sử dụng hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời là biện pháp HQNL thông dụng chi phí thấp. Tuy nhiên vị trí lắp đặt phải lưu ý sao cho có thể thu được nắng nhiều nhất trong năm không nhất thiết là trên nóc. Nếu vị trí hệ thống nằm bên ngoài công trình ở vị trí cao nhất, thì sẽ gây ảnh hưởng đến bố cục hình khối công trình cho nên KTS cần phải biết trước, từ đó đưa ra các giải pháp để khắc phục mặt đứng công trình. Bên cạnh các giải pháp trên thì các công trình với quy mô lớn thường sử dụng hệ thống bơm nhiệt (heat pump) vừa HQNL vừa tận dụng yếu tố khí hậu nhưng chi phí cao. Hê thống bơm nhiệt đòi hỏi một không gian rộng để bố trí lắp đặt vì các thiết bị tương đối lớn cộng với thời gian để hệ thống làm nóng nước có thể đến nhiều giờ nên cần có bình trữ nước nóng tương đối lớn. Đây cũng là khuyết điểm của thiết bị này. Tuy nhiên, hiệu suất của hệ thống này có thể cao gấp 4 lần hệ thống nước nóng sử dụng điện thông thường. Bên cạnh đó, hệ thống làm việc trên nguyên lý của điều hòa nhiệt độ 2 chiều nhưng ngược với quy trình làm lạnh. Hệ thống này có thể hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ trên 150oC cả ngày lẫn đêm. (Hình 3.25) [94] Ngoài ra, một giải pháp khác tương đối hiệu quả trong các công trình cao tầng là hệ thống tuần hoàn nước nóng tự động. Hệ thống luôn duy trì nhiệt độ nước cấp và luôn đảm bảo hai yếu tố quan trọng là cân bằng nhiệt độ & áp suất cũng như tuần hoàn nước tự động nên khắc phục được những sai sót mà hệ thống nước nóng trung tâm khác thường mắc phải. Hệ thống tuần hoàn cung cấp nước nóng theo nhiệt độ cài đặt nhất định đến từng đối tượng sử dụng nước, vòng tuần hoàn nước nóng tự động có thể là vòng tuần hoàn kín hoặc vòng tuần hoàn hở. (Hình 3.26) [95] c. Hệ thống điều hòa không khí

70

Cùng với hệ thống điện, nước thì HTĐHKK không thể thiếu trong vận hành công trình. Một công trình HQNL thì hệ thống điều hòa phải tối ưu nhưng tiết kiệm. Việc chọn lựa hệ thống phù hợp cho công trình chưa tuy dễ nhưng quan trọng. Ngoài chi phí đầu tư ban đầu chiếm từ 4 – 10% tổng chi phí suốt vòng đời của một hệ thống điều hòa thì các yếu tố về chi phí tiêu hao điện năng, sự hài lòng của người sử dụng, độ bền, tính thẩm mỹ của thiết bị và uy tín của nhà sản xuất cũng luôn được cân nhắc trong đó chi phí phải trả để duy trì hoạt động của máy chiếm đến 90 – 95%. Vì vậy, tính hiệu quả và khả năng TKNL luôn là tiêu chí quan trọng bậc nhất khi chọn hệ thống này. Để nâng cao sự hiệu quả sử dụng, TKNL cho HTĐHKK và thông gió: - Tổ chức quản lý, vận hành hợp lý theo nhu cầu sử dụng. - Có chế độ bảo trì cho toàn bộ hệ thống sau khi đưa vào sử dụng - Định kỳ làm vệ sinh các giàn trao đổi nhiệt, đặc biệt các giàn nóng giải nhiệt gió không để bám bụi bẩn, dơ làm giảm khả năng trao đổi nhiệt. Đảm bảo chất lượng nước mềm cho các hệ thống máy lạnh giải nhiệt nước (water chiller). - Không để thất thoát nhiệt độ trong phòng lạnh vì khi nhiệt độ bay hơi giảm 1oC thì điện năng tiêu tốn ước tính tăng hơn 1%. - Duy tu, sửa chữa các hỏng hóc kịp thời để tránh tổn thất năng lượng cho hệ thống. Cần có đội ngũ nhân viên chuyên nghiệp để quản lý và vận hành một cách đúng đắn, khoa học HTĐHKK và thông gió trong các công trình sẽ mang lại hiệu quả cao về TKNL. - Lưu ý vị trí lắp đặt hệ thống gió sao cho ít bị tác động nhiệt, bức xạ. Ngoài ra, áp dụng hệ thống giải pháp chất lượng và điều hòa không khí rất cần thiết và quan trọng. Trong đó, hệ thống giải pháp giải quyết hoàn toàn vấn đề chất lượng không khí trong xây dựng nhà ở tại các đô thị, HQNL, đảm bảo không gian sống hài hòa gồm 4 yếu tố cơ bản là nhiệt độ - thoáng khí - độ ẩm - sạch khuẩn với nhiều sản phẩm từ điều hòa không khí, HTTG, các loại quạt gió và máy lọc không khí. Đặc biệt, HTĐHKK với hiệu suất TKNL vượt trội thể hiện qua chỉ số TKNL. (Hình 3.27)

71

3.2.3 Giải pháp Kỹ thuật – Công nghệ về vật liệu, quản lý và vận hành để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng Cùng với giải pháp quy hoạch, kiến trúc thì giải pháp này để khắc phục những điều mà không xử lý được từ 2 giải pháp trên hoặc cùng 2 giải pháp trên mang lại sự hiệu quả nhất về năng lượng của công trình. Để tăng sự hiệu quả, các kỹ thuật, vật liệu phải cách nhiệt tốt, công nghệ quản lý và vận hành thì phải thông minh, dễ dàng sử dụng để tối ưu hóa HQNL. Về giải pháp kỹ thuật, vật liệu ví dụ như: -

Những bức tường đều có cấu trúc khung dày gấp đôi khung bình

thường. Hệ thống tường trong tường. Điều này không chỉ cho phép cách nhiệt tăng gấp đôi so với tòa nhà thông thường mà còn cắt giảm nhu cầu nhiệt. Làm kín các khe hở trong tòa nhà cũng là một trong những cách dễ dàng nhất để làm giảm sự mất nhiệt và TKNL [27]; - Lớp vỏ bao che loại có cấu trúc vỏ 2 lớp, có thể được tích hợp với hệ thống che chắn nắng, hệ thống điều khiển CSTN và HTTG. Lớp bên trong thường là vách kính cố định với các ô cửa sổ có thể mở được khi cần, còn lớp bên ngoài là lớp vỏ động, có thể đóng mở linh hoạt để chắn nắng, mưa và lấy ASTN [26]. Tận dụng tối đa năng lượng ánh sáng mặt trời, các nguồn nhiệt nội tại và thu hồi nhiệt, làm mát thụ động đơn giản như che nắng nhằm đảm bảo mức độ tiện nghi. Hệ thống cửa sổ cùng lớp vỏ - mái - sàn - tường ngăn có hiệu quả cách nhiệt cao giúp giữ được lượng nhiệt mong muốn hoặc đẩy lượng nhiệt không mong muốn ra ngoài. HTTG cung cấp không khí trong lành liên lục, làm cho chất lượng không khí tốt hơn hẳn. (Hình 3.28) - Pin năng lượng mặt trời trong suốt: Công nghệ Nano cũng góp phần cải thiện đáng kể hiệu quả của tấm pin mặt trời bằng việc che phủ từng tấm pin với hàng loạt những tế bào năng lượng. Điều này làm giảm thiểu chi phí công nghệ, cũng như mở ra sự khả thi của tương lai thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng năng lượng mặt trời thân thiện với môi trường. Các phát kiến khác trong việc khiến năng lượng mặt trời kinh tế hơn bao gồm pin dye-sensitised (DSSCs), mực silicon

72

DuPont và các tấm pin mặt trời trong suốt có thể thay thế kính tiêu chuẩn trong cửa sổ trên toàn thế giới. (Hình 3.29) [125] Về giải pháp công nghệ quản lý và vận hành: - Hệ thống BMS (Building Management System) là một hệ thống đồng bộ cho phép điều khiển và hiển thị mọi hệ thống kỹ thuật trong toà nhà như hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hoà thông gió, cảnh báo môi trường, an ninh, báo cháy – chữa cháy v.v…, đảm bảo cho việc vận hành các thiết bị trong tòa nhà được chính xác, kịp thời. [126] - Hệ thống iBMS (intelligent Building Management System) là là một hệ thống đồng bộ cho phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trong toà nhà như hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hoà thông gió, cảnh báo môi trường, an ninh, báo cháy - chữa cháy v.v…, đảm bảo cho việc vận hành các thiết bị trong tòa nhà được chính xác, kịp thời, hiệu quả, TKNL và tiết kiệm chi phí vận hành. Hệ thống iBMS là hệ thống đồng bộ mang tính thời gian thực, trực tuyến, đa phương tiện, nhiều người dùng, hệ thống vi xử lý bao gồm các bộ vi xử lý trung tâm với tất cả các phần mềm và phần cứng máy tính, các thiết bị vào và ra, các bộ vi xử lý khu vực, các bộ cảm biến và điều khiển qua các ma trận điểm [127]. (Hệ thống BMS hay iBMS đều giúp tích hợp toàn bộ hệ thống cơ điện của tòa nhà lại dưới một hệ thống duy nhất, điểm khác biệt là độ thông minh của giải pháp iBMS sẽ mang lại nhiều lợi ích không chỉ TKNL, giảm chi phí vận hành mà còn tích hợp thêm hệ thống quản lý bảo trì, quản lý chủ thuê văn phòng, quản lý lịch hoạt động, quản lý kiểm kê,...) (Hình 3.30) - Ngoài ra, một hệ thống tối ưu khác trong thời đại 4.0 hiện nay và sẽ xu hướng của tương lai, đó là hệ thống IoT. Theo Wikipedia thì Internet Vạn Vật, hay cụ thể hơn là Mạng lưới vạn vật kết nối Internet hoặc là Mạng lưới thiết bị kết nối Internet (tiếng Anh: Internet of Things, viết tắt IoT) là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là "thiết bị kết nối" và "thiết bị thông minh"), phòng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến, cơ cấu chấp hành cùng với khả năng kết nối mạng máy

73

tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu [124]. Hệ thống IoT đều đáp ứng các yêu cầu kết hợp hệ thống thông minh quản lý tòa nhà, tài sản và bảo trì. Cụ thể, nhà quản lý có thể cùng lúc quan sát tất cả hoạt động trong toà nhà và cách các thành phần tương tác với nhau, bao gồm: hệ thống năng lượng, sưởi ấm, chiếu sáng, thông gió và điều hòa không khí, chữa cháy, an ninh, mạng internet,… (Hình 3.31). Ngoài ra, tác động của hệ thống IoT không chỉ trong một công trình mà rất đa dạng, trên nhiều lĩnh vực: quản lý hạ tầng, y tế, xây dựng và tự động hóa, giao thông… (Hình 3.32) 3.2.4 Giải pháp cây xanh Tổ chức cây xanh xung quanh công trình Cây xanh có khả năng hấp thụ tiếng ồn, chắn khói bụi cho công trình. Lựa chọn những cây xanh rậm rạp, tán lá rộng, cao, lá dày, rộng sẽ tăng khả năng chống ồn, chắn bụi... Cây xanh có tác dụng sát trùng, diệt một số vi trùng, vi khuẩn độc hại, hấp thụ các khí độc hại và đảm bảo vệ sinh môi trường. Đối với cảnh quan giao thông xung quanh công trình, hệ thống cây xanh làm tăng thẩm mỹ cảnh quan, tạo ra cảm giác êm dịu về màu sắc và môi trường khí hậu thanh bình. Tổ chức cây xanh trên mái Cây xanh trên mái không những làm tăng mỹ quan của ngôi nhà mà còn mang ý nghĩa công năng thật sự. Các thí nghiệm cho thấy nhiệt độ tường có trồng cây xanh thấp hơn 2oC so với cũng bức tường ấy nhưng không có thực vật che phủ [16]. Lớp đất ẩm ở vườn trên mái giúp ngăn bức xạ xuống bề mặt bêtông của mái, điều hoà nhiệt độ, chống nóng rất hiệu quả. Ngoài ra, việc giảm bức xạ cho kết cấu bêtông cũng làm cho bêtông mái giảm thiểu hiện tượng co ngót (đặc biệt khi nhiệt độ thay đổi đột ngột) gây nứt bề mặt, từ đó tránh hiện tượng thấm dột. Cây xanh trên mái với độ cao nhất định và là nơi hưởng trọn cái nắng chói chang của mùa hè, cái gió lạnh buốt của mùa đông. Vì thế để cây cối luôn phát triển xanh tốt quanh năm là một điều khá khó khăn. Chính vì vậy, ngay từ khi thiết kế các KTS đã rất chú ý lựa chọn những giống cây trồng phù hợp. Nhất là với điều kiện thời tiết khắc nghiệt, cây phải dễ sống trong điều kiện ít được chăm sóc, cây

74

không vươn cao quá. Điều cần chú ý hơn cả là không nên trồng cây rễ cọc ở trên mái, vì khó có thể có đủ độ sâu đất cho cây. Việc xử lý thoát nước, chống úng ngập cũng rất quan trọng, phải được thi công cẩn thận theo đúng tiêu chuẩn, quy trình kỹ thuật. Giải pháp kỹ thuật trồng cây trên mái nhà và tường phải đảm bảo các tiêu chí: Không thấm, không ảnh hưởng đến tường nhà, không ảnh hưởng mái nhà, vững chắc kể cả gió bão. Tổ chức cây xanh thành các mảng tường Với giải pháp là lớp vỏ bao che công trình thì các mảng tường cây thẳng đứng luôn được lựa chọn là vật liệu cách nhiệt tốt nhất do lớp không khí chuyển động qua lại giữa các bụi cây và bức tường. Lớp không khí này rất quan trọng, nó còn có chức năng khúc xạ, tán xạ. Ngoài ra nó sẽ hấp thụ âm thanh nhanh chóng, đây là yếu tố then chốt trong việc giảm thiểu tiếng ồn, cách âm cho công trình. Những mảng tường cây còn được mệnh danh là “lá phổi xanh của đô thị” bởi không chỉ mang lại những lợi ích cho chính công trình mà còn tạo ra một không gian trong lành, thoáng mát có thể tận dụng được diện tích chật hẹp tại các thành phố lớn. Với giải pháp tạo thành các mảng tường điểm nhấn bên trong công trình thì ngoài việc đó ra nó còn có tác dụng cải thiện và nâng cao tiện nghi VKH bên trong công trình. Tường cây với nhiều tán lá xanh mát hoạt động như một bộ lọc không khí tự nhiên, thanh lọc các chất đôc hại, cải thiện chất lượng không khí cho chính công trình. [17] Để duy trì sự xanh tươi cho mảng tường cây thì hệ thống tưới tự động rất quan trọng, giúp giảm thời gian tưới, thời gian chăm sóc cây và cả châm phân cho cây. Hệ thống tưới sẽ giúp tưới đủ nước và tạo một không gian đẹp vì những đường ống nhỏ giọt sẽ được dấu bên trong mà bên ngoài không thể nhìn thấy. Với những vườn tường trên cao, những góc nhỏ, giải pháp tưới nhỏ giọt giúp vườn tường đảm bảo nước được tưới đến tận gốc của cây ở mọi nơi và không làm nước bị chảy lan tràn ra ngoài. Điều này rất quan trọng đối với sự phát triển lâu dài của cây và vẻ thẩm mỹ của công trình. Tuy nhiên một thách thức không nhỏ là trung bình mỗi mét vuông tường cây tốn khoảng 1 - 3 triệu để xây dựng và tốn thêm 8 - 10% chi phí lắp

75

đặt đó để duy trì tường cây xanh tốt. Kéo theo, hệ thống nước cũng cần được đầu tư một cách thông minh và chi phí bảo dưỡng không nhỏ. 3.3 GIẢI PHÁP BẰNG PHẦN MỀM ĐỂ MINH CHỨNG SỰ HIỆU QUẢ CỦA KTHQNL (Phần mềm ECOTECT) 3.3.1 Sự cần thiết của việc sử dụng phần mềm để chứng minh sự hiệu quả và giới thiệu phần mềm ECOTECT Khí hậu, VKH và tiện nghi nhiệt là những nội dung trọng tâm KTBV. Mà mục tiêu của phát triển KTBV là hướng đến những công trình xây dựng sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên, TKNL, khuyến khích tái sử dụng các nguồn vật liệu, năng lượng và hạn chế tối đa các ảnh hưởng đến môi trường. Để các dự án KTBV đi vào thực tiễn, quá trình thiết kế xây dựng cần có sự tham gia phối hợp của KTS, các chuyên gia, người sử dụng và cả cộng đồng dân cư; trong đó, chuyên gia thiết kế quy hoạch – kiến trúc có vai trò quan trọng và là nhân tố then chốt để có được hiệu quả “năng lượng” của một công trình kiến trúc. Hiện nay, có rất nhiều phần mềm để phân tích năng lượng của tòa nhà, thể nào là công trình kiến trúc TKNL cũng đuợc hiểu theo nhiều nghĩa và có nhiều cách đánh giá khác nhau (Hình 3.32). Để thực sự làm được một công trình như vậy phải có sự kết hợp của nhiều người, KTS, nhà vật lý kiến trúc, nhà thiết kế cơ khí, các kỹ sư xây dựng... Để đánh giá sơ lược về hiệu quả trong thiết kế có thể sử dụng phần mềm ECOTECT nhưng bất cứ một phần mềm nào về tính toán năng lưọng, các phần mềm tính toán dòng chảy (CFD simulation- cho thông gió) cũng vẫn có sai số, trong đó sai số của ECOTECT là tương đối lớn. Mặc dù vậy, có thể dùng phần mềm này để so sánh hiệu quả của các thiết kế khác nhau rất hiệu quả. Bên cạnh đó, đã có nhiều bài báo quốc tế dùng ECOTECT trong nghiên cứu của mình, nhưng còn nhiều hạn chế về kết quả so với thực nghiệm. ECOTECT được coi là một trong những phần mềm hiệu quả nhất trong phân tích năng lượng của công trình hiện nay (bên cạnh Energy Plus, HEEDS, EQUEST, Odeon, EASE, Catt, Simulation CFD...) vì kết hợp được nhiều tính năng trong một phần mềm và giao diện sử dụng dễ dàng.

76

3.3.2

Tính năng và sự hiệu quả trong phần mềm ECOTECT

Với sự tiện ích và tính năng, ECOTECT (Hình 3.33) cung cấp cho người dùng một vài số liệu phân tích năng lượng về khí hậu, VKH và tiện nghi nhiệt như: - Nhiệt độ và độ ẩm: Hiểu về nhiệt độ và độ ẩm có thể giúp ta quyết định sẽ sử dụng phương pháp làm mát thụ động hoặc sưởi thụ động nào. - Biểu đồ phân tích tổng quát: công cụ phổ biến để phân tích các khía cạnh của thời tiết. Công cụ này được tích hợp trong phần mềm ECOTECT Weather Tool. Ta có thể nhập dữ liệu về các vùng tiện nghi của con người vào trong công cụ này để xem các biện pháp thụ động này có thể mở rộng vùng tiện nghi như thế nào, đồng thời phân tích xem có thể tiết kiệm được bao nhiêu năng lượng khi không sử dụng các biện pháp làm mát và sưởi chủ động (Hình 3.34). - Độ bù nhiệt là một phương pháp phổ biến để phân tích con người cần tiêu tốn bao nhiêu năng lượng để làm mát hoặc sưởi ấm (cả chủ động và thụ động). Khi sử dụng phần mềm ECOTECT, ta có thể tính độ bù nhiệt trong thẻ Phân tích nhiệt dựa vào mô hình tính toán và vùng khí hậu của chúng ta (Hình 3.35). - Dữ liệu nhiệt trong ngày thể hiện chu kỳ nhiệt, bức xạ tại hiện trường. Mỗi cột trong biểu đồ cho thấy dữ liệu cụ thể của một ngày trong tháng (Hình 3.36). - Gió: Hoa gió cho chúng ta biết tốc độ và hướng gió. Ngoài ra, dữ liệu gió trong biểu đồ tần suất cũng cho thấy nhiệt độ gió, lượng mưa và độ ẩm tương ứng (Hình 3.37). Phần mềm Autodesk thể hiện dữ liệu này cả ở khía cạnh tốc độ, tần suất phân bố, hướng gió và bảng phân tích chi tiết (Hình 3.38). - Mặt trời: Vị trí của mặt trời có thể được hiển thị trong ECOTECT. Công cụ biểu đồ mặt trời đặt một hình cầu mô phỏng mặt trời vào trong mô hình tính toán với lượng gió thiết kế để ta hình dung vị trí của mặt trời tại những thời điểm nhất định trong ngày, tháng và năm. Nếu ta cho hiển thị ở chế độ đổ bóng, ta sẽ thấy bóng đổ của công trình chuyển động khi mặt trời di chuyển trên bầu trời. Công cụ biểu đồ mặt trời này thể hiện các thông tin trực quan hơn so với ECOTECT Weather Tool (thẻ Vị trí mặt trời). Tuy nhiên công cụ của ECOTECT lại cung cấp nhiều cách phân tích chi tiết vị trí mặt trời hơn. Hiểu được quỹ đạo mặt

77

trời và bóng đổ sẽ giúp ta có biện pháp sưởi và chiếu sáng thụ động tối ưu cho công trình (Hình 3.39). - Bức xạ mặt trời tại khu vực nghiên cứu sẽ cung cấp một bức tranh đầy đủ hơn về tác động của mặt trời đến thiết kế. Nắm được lượng bức xạ trực tiếp và gián tiếp sẽ giúp ta quyết định liệu có thể dùng biện pháp thiết kế tận dụng năng lượng mặt trời thụ động được không và liệu khu đất thiết kế có thích hợp với việc dử dụng năng lượng mặt trời hay không. Thẻ Dữ liệu theo giờ của ECOTECT Weather Tool cung cấp dữ liệu về độ che phủ mây, bức xạ mặt trời trực tiếp, gián tiếp. Qua đó ta có cái nhìn tổng thể tốt hơn về khu đất xây dựng trong ngày và trong cả năm (Hình 3.40) [87]. Ngoài ra, phần mềm ECOTECT còn mang lại cho người dùng hiệu quả như: - Hiệu quả trong việc kiểm tra hiệu quả sử dụng các loại vật liệu khác nhau, kính khác nhau để giảm thiểu hấp thụ năng lượng từ mặt trời của công trình, để có thể tìm ra vật liệu hợp lý cho các công trình ở các vùng thời tiết khác nhau. - Hiệu quả trong việc tính toán năng lượng hấp thụ và năng lượng tỏa ra môi trường xung quanh của công trình trong mùa hè và mùa đông để tìm biện pháp khắc phục... - Hiệu quả trong việc tính toán trang âm, được dùng trong thiết kế âm thanh cho công trình. Tóm lại, việc ứng dụng các công cụ, phần mềm mô phỏng vào đào tạo KTS đang có nhu cầu thực sự. Tuy nhiên, đưa cái gì vào và đưa vào như thế nào thì còn phải cân nhắc do chúng ta chưa có mô hình tốt hay kinh nghiệm. Trong điều kiện cơ sở đào tạo KTS còn thiếu cơ sở vật chất và người có chuyên môn thì việc ứng dụng còn gặp nhiều khó khăn. Quả thật không dễ cho các KTS Việt Nam, vì để thiết kế một công trình TKNL và xanh thì không phải chỉ có thể sử dụng phần mềm là xong mà cần phải trau dồi cho mình một lượng kiến thức không lồ các kiến thức về vật lý kiến trúc, VLXD, các thiết bị làm mát, sưởi ấm TKNL; Các công nghệ xây dựng mới xanh và sạch trong khi Việt Nam hoàn toàn thiếu các nhà cung cấp và tìm ra cách quản lý công trình sao cho hiệu quả.

78

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 HQNL đã và đang trở thành yếu tố chính trong xây dựng, trở thành một xu hướng chung trên thế giới. Không chỉ vậy, ở một số quốc gia, HQNL không chỉ là xu hướng mà còn là yếu tố bắt buộc trong công trình. Một công trình HQNL phụ thuộc nhiều yếu tố. Chính vì vậy, để chủ động trong việc sử dụng tiết kiệm, HQNL thì trong KTHQNL các giải pháp về quy hoạch, kiến trúc và kỹ thuật – công nghệ về vật liệu, quản lý và vận hành sẽ là 3 yếu tố hàng đầu để tạo ra một công trình KTHQNL. Để nâng cao sự hiệu quả, bên cạnh việc lựa chọn các giải pháp thì ta cần sự hỗ trợ của phần mềm để đánh giá sự hiệu quả. Phần mềm sẽ cho ta cơ sở đánh giá một cách chính xác những thông tin trước khi bắt đầu thiết kế cũng như minh chứng cho ta thấy sự hiệu quả các giải pháp khác, khoa học công nghệ mang lại. Để phát huy được hết các tính năng công nghệ hiện đại thì bên cạnh KTS sẽ cần có đội ngũ kỹ sư kỹ thuật trình độ chuyên môn cao. Kết hợp các giải pháp lại thì công trình mới tối ưu hóa được sự HQNL, hướng tới bền vững trong kiến trúc. (Bảng 3.1) Công trình KTHQNL đòi hỏi chi phí để thiết kế, đầu tư, trang bị công nghệ, trang thiết bị hiện đại cao hơn các công trình thường 15 – 30%. Tuy nhiên, chi phí vận hành và quản lý công trình trong vòng đời sử dụng của nó lại cao hơn nhiều lần. Mà khi đầu tư công trình KTHQNL sẽ mang lại lợi ích rất lớn không chỉ tiết kiệm, tối ưu hóa nguồn năng lượng sử dụng mà còn giảm chi phí quản lý, vận hành từ 10 20% mỗi năm trong suốt cả vòng đời của một công trình. Nguồn năng lượng trong một công trình gồm có điện, nước và điều hòa không khí. Ngoài ra, hình dạng và cấu trúc lớp vỏ công trình khác thường hiện nay của một số công trình trên thế giới không hẳn hoàn toàn là ý tưởng táo bạo của KTS mà là sản phẩm kết hợp giữa sự sáng tạo của KTS và công nghệ thiết kế môi trường cho lĩnh vực kiến trúc. Lựa chọn giải pháp lớp vỏ công trình phù hợp phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: Tài chính, nhu cầu, văn hóa… Khi đó, KTS sẽ là người đưa ra ý tưởng đầu tiên và cũng là người quyết định cuối cùng. Đến bây giờ, ta có thể khẳng định rằng việc ứng dụng KTHQNL vào CTCC tại TP.HCM hoàn toàn phù hợp. Với những thành công trong việc ứng dụng tại TP.HCM sẽ là bước đệm tốt để phát triển khắp cả nước.

Hình 3.1 Phân khu chức năng hợp lý là giải pháp chủ động tiết kiệm năng lượng trong công trình Nguồn: [12]

Hình 3.2 Hình khối công trình ảnh hưởng đến chiếu sáng tự nhiên và HQNL Nguồn: [12]

Hình 3.3 Công trình tận dụng cây to để giảm bức xạ tăng HQNL Nguồn: www.actonostry.ca

Hình 3.4 Phân khu chức năng hợp lý là giải pháp chủ động tiết kiệm năng lượng trong công trình Nguồn: [71]

Hình 3.5 Công trình có vị trí thuận lợi nhưng hướng không tốt nên ảnh hưởng đến việc HQNL. Nguồn: [71]

Hình 3.6 Công trình đã được điều chỉnh hướng để tận dụng các yếu tố tốt mang lại HQNL. Nguồn: [71]

Hình 3.7 Trong cùng một công trình các khối nhỏ phía trước khối lớn hơn phía sau để đảm bảo ánh sáng, gió cho các công trình Nguồn: www.archdaily.com

Nội dung so sánh

Bê tông truyền thống

GFRC – bê tông cốt sợi thủy tinh

Về môi trường

Các dự án xây dựng tổng thể từ bê tông truyển thống có tác động lớn đến môi trường

GRC giúp giảm tác động từ môi trường cho các dự án xây dựng tổng thể. Đồng thời, do GRC bền nên hạn chế quá trình tu bổ hoặc thay mới công trình, giúp giảm ô nhiễm môi trường đáng kể.

Về mỹ quan

Tối giản trong màu sắc và đơn điệu trong hình dáng thiết kế

GRC có khả năng được thiết kế tự do (có thể được sản xuất giống hệt đất nung, đá san hô…), cung cấp các lớp hoàn thiện bề mặt đa sắc màu, màu sắc đẹp tự nhiên.

Về thiết kế

Chỉ phù hợp với các công trình có thiết kế đơn giản, không yêu cầu những nét chạm khắc tinh xảo

Đáp ứng được các công trình có thiết kế hình dạng đa dạng, phức tạp và yêu cầu trang trí kiến trúc sắc nét

Về tải trọng

Trọng lượng rất nặng tạo khó khăn trong quá trình vận chuyển và thi công xây dựng công trình. Do đó, thời gian vận chuyển lâu hơn, tốn tiền bạc và công sức hơn

Tạo ra những sản phẩm có độ mỏng và nhẹ hơn rất nhiều. Giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển, dễ dàng thi công lắp dựng.

Về độ bền

Dễ bị xuống cấp, mục nát, phải màu khi ở lâu trong môi trường nước, mưa to bão táp…

Chịu được sự ăn mòn do thời tiết, không bị ảnh hưởng bởi băng giá, sương mù, gió xoáy, hỏa hoạn, động đất, lũ lụt…

Hình 3.8 Ảnh trên: Bảng so sánh giữa bê tông truyển thống và GFRC; Ảnh dưới: Lớp vỏ GFRC ứng dụng trong công trình Aliyev Heydar Nguồn: [111]

Hình 3.9 Lớp vỏ bao che động ứng dụng trong Tòa nhà Al Bahar, Arab Saudi có chức năng màn chắn nắng động lực Nguồn: [110]

Hình 3.10 Ảnh trên: dùng lăng kính để phản xạ ánh sáng mặt trời và vật liệu PCM để lưu trữ năng lượng; Ảnh dưới: lớp vỏ tích hợp công nghệ môi trường ứng dụng trong công trình nhà ở tại Albstadt (Đức) với những tấm pin mặt trời gắn trên lớp vỏ Nguồn: [112]

Hình 3.11 Tỷ số A/V là một tiêu chí đánh giá hiệu quả về nhiệt cũng như năng lượng của công trình Nguồn: www.ecobine.de

Hình 3.12 Thiết kế theo hướng ghép khối, giảm thiểu diện tích tường ngoài để tiết kiệm năng lượng Nguồn: www.cipra.org/de/

Hình 3.13 Bảo tang Hà Nội - Hình khối giật cấp tầng thu nhỏ dần về bên dưới tạo bóng đổ chắn nắng Nguồn: www.baotanghanoi.com.vn

Hình 3.14 Đài phát thanh Slovakia - Hình kim tự tháp ngược thu nhỏ dần về bên dưới tạo bóng đổ chắn nắng Nguồn: KTS Nguyễn Trường Lưu

Hình 3.15 Quy hoạch hướng nhà, chiều cao và khoảng cách đảm bảo sự tối ưu về năng lượng Nguồn: [71]

Hình 3.16 Thư viện, các phòng học lấy sáng gián tiếp qua hành lang, sảnh tại công trình “School of Engineering”, trường đại học Lancaster (lầu 2) Nguồn: www.archdaily.com

Hình 3.17 Giải pháp sử dụng lô-gia sâu đưa ánh sáng tự nhiên vào bên trong công trình “Liberty”, trường đại học Birmingham (lầu 2) Nguồn: www.plataformaarquitectura.cl

Hình 3.18 Giải pháp sử dụng giếng mở và lô-gia sâu đưa ánh sáng tự nhiên vào bên trong công trình “General Hospital of Niger” (Tầng 2, khu ngoại trú) Nguồn: [109]

Hình 3.19 Giải pháp giếng mở tăng thêm bề mặt được chiếu sáng tự nhiên cho công trình trường Farming Kindergarten, Đồng Nai Nguồn: [46]

Hình 3.20 Giải pháp tăng tối đa diện tích mặt thoáng, giảm chiều sâu trường THCS & THPT Phan Chu Trinh, Bình Dương Nguồn: [104]

Hình 3.21 Giải pháp bố trí mái phủ cây xanh và vườn xanh trong công trình Acros Building (Fukuoka, Nhật Bản) Nguồn: www.greenroofs.com

Hình 3.22 Đèn chiếu sáng tiết kiệm điện năng Nguồn: www.bongdenphilips.net

Hình 3.23 Hệ thống QLNL tòa nhà thông minh. Hệ thống giúp quản lý tiết kiệm điện năng, giám sát rò điện, cảnh báo và bảo vệ cháy nổ khi có sự cố Nguồn: [114]

Hình 3.24 Hệ thống thu giữ nước mưa điển hình Nguồn: [115]

Hình 3.25 Hệ thống bơm nhiệt (heat pump) điển hình Nguồn: [116]

Hình 3.26 Sơ đồ điển hình hệ thống tuần hoàn nước nóng tự động Nguồn: [117]

Hình 3.27 Mô hình hệ thống giải pháp nâng cao chất lượng không khí trong nhà Nguồn: [118]

Hình 3.28 Lớp vỏ bao che loại có cấu trúc vỏ 2 lớp với 2 lớp chân không ở giữa để tăng hiệu quả cách nhiệt, cách âm cho công trình Nguồn: [121]

Hình 3.29 Tấm pin năng lượng mặt trời trong suốt Nguồn: [125]

Hình 3.29 Mô hình hệ thống quản lý công trình iBMS và IBM Nguồn: [113]

Hình 3.30 Giải pháp hệ thống IoT đáp ứng các yêu cầu kết hợp hệ thống thông minh quản lý tòa nhà, tài sản và bảo trì Nguồn: [109]

Hình 3.31 Tác động của hệ thống IoT đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác Nguồn: [91]

Hình 3.32 Các phần mềm HQNL phân tích các yếu tố thời tiết cho công trình Nguồn: [87]

Hình 3.33 Phần mềm tính toán năng lượng ECOTECT của AUTODESK Nguồn: [87]

Hình 3.34 Biểu đồ phân tích tổng quát trong ECOTECT Nguồn: [87]

Hình 3.35 Biểu đồ Độ bù nhiệt trong ECOTECT Nguồn: [87]

Hình 3.36 Công cụ phân tích nhiệt trong ECOTECT của AUTODESK Nguồn: [87]

Hình 3.37 Biểu đồ tần suất trong ECOTECT của AUTODESK Nguồn: [87]

Hình 3.38 Công cụ phân tích gió trong ECOTECT của AUTODESK Nguồn: [87]

Hình 3.39 Biểu đồ và bản phân tích mặt trời trong ECOTECT của AUTODESK TN hiển thị thời điểm giữa trưa của ngày Đông chí, ngày ngắn nhất trong năm (21/12).Thời gian mặt trời mọc và lặn thể hiện bằng màu đỏ và cam. Nguồn: [87]

Hình 3.40 Biểu đồ Ecotect Weather Tool về bức xạ mặt trời bất thường trong năm Bức xạ mặt trời trực tiếp và gián tiếp được mô tả bằng các đường màu tím và xanh da trời nhạt (màu xanh thể hiện tháng lạnh nhất, màu đỏ thể hiện tháng nóng nhất) Nguồn: [87]

Bảng 3.1 : Hệ thống các giải pháp KTHQNL ứng dụng vào CTCC tại TP.HCM do tác giả đề xuất sau khi đã phân tích điều kiện tự nhiên của khu đất trong đó có hướng nắng và gió (chỉ là một số giải pháp điển hình và mang tính chất tham khảo) NỘI DUNG CHI TIẾT Hướng gió và nắng cùng một hướng, hiệu quả tự nhiên sẽ được cộng hưởng rất có lợi cho công trình. Độ lệch nhỏ thì chọn Trường hợp công trình có hướng ở giữa là phù hợp vị trí thuận lợi về giao Hướng gió vì tận dụng được cả hai nắng yếu tố có lợi. thông và địa hình nhưng và khác nhau hướng nhà lại không tốt. thì so sánh Độ lệch lớn chọn yếu tố có độ lệch giữa lợi hoặc nắng ấm hoặc gió 2 hướng mát và áp dụng giải pháp GIẢI PHÁP QUY HOẠCH TỔNG THỂ

hạn chế sự bất lợi do yếu tố kia gây ra. Trường hợp khu đất có hướng, vị trí lại không tốt nhưng diện tích khu đất không đủ rộng để xoay hay bố trí công trình về hướng tốt nhưng các yếu tố xung quang có lợi. Trường hợp công trình không đảm bảo vị trí thuận lợi, hướng tốt và yếu tố có lợi xung quanh.

Tận dụng tối đa vật thể tự nhiên (như cây xanh, thực vật, mặt nước) có sẵn hay công trình hiện trạng xung quanh (chiều cao các công trình lân cận) để giúp công trình khắc phục các yếu tố bất lợi về hướng. Xét đến các giải pháp kiến trúc vỏ bao che (như lam che nắng, vỏ bao che, công trình phụ trợ) và các giải pháp kỹ thuật – công nghệ năng lượng về vật liệu, quản lý và vận hành sẽ được áp dụng.

Trường hợp công trình có Trường hợp vị trí và hướng tốt nhưng bị nhiều tiếng ảnh hưởng không tốt từ các ồn và bụi. công trình lân cận.

Xét các vật thể tự nhiên có sẵn hoặc tạo ra các mảng cây xanh, thực vật, mặt nước kết hợp với các giải pháp kỹ thuật – công nghệ

về vật liệu cách âm.

Ngoài việc xét các yếu tố Trường hợp cây xanh, thực vật, mặt ảnh hưởng nước thì áp dụng các giải nhiệt hay pháp về vỏ bao che, giải mùi. pháp kỹ thuật – công nghệ về vật liệu cách nhiệt.

Xem xét các công trình khác trong cùng khu vực.

Bố trí các công trình từ trước ra phía sau theo thứ tự quy mô nhỏ đến vừa đến to hay theo chiều cao từ thấp tầng đến cao tầng. Lớp vỏ bằng bê tông cốt sợi thủy tinh hay GFRC.

Thiết kế lớp vỏ bao che cho công trình Lớp vỏ bao che động. Lớp vỏ tích hợp công nghệ môi trường. Hình khối công trình.

GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC

Thiết kế hình khối công trình

Bề mặt công trình. Chiều cao, khoảng cách công trình. Giải pháp thông gió, lấy sáng gián tiếp qua hành lang, qua không gian khác hoặc chiếu sáng nhân tạo.

Tổ chức không gian

Sử dụng lô-gia sâu đưa ASTN vào bên trong công trình. Sử dụng giếng trời và lô-gia sâu đưa ASTN vào bên trong. Thiết kế giếng mở tăng thêm bề mặt được CSTN.

Tăng tối đa diện tích mặt thoáng, giảm chiều sâu. Bố trí thảm thực vật.. Hệ thống điện. Các hệ thống điện, nước, điều hòa

Hệ thống nước. Hệ thống điều hòa không khí. Những bức tường đều có cấu trúc khung dày gấp đôi khung bình thường.

GIẢI PHÁP KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ VỀ VẬT LIỆU, QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH

Kỹ thuật, vật liệu

Lớp vỏ bao che loại có cấu trúc vỏ 2 lớp, có thể được tích hợp với hệ thống che chắn nắng, hệ thống điều khiển CSTN và HTTG Pin năng lượng mặt trời trong suốt Hệ thống BMS (Building Management System)

Công nghệ quản lý và vận hành

Hệ thống iBMS (intelligent Building Management System) Hệ thống IoT (Internet of Things)

Tổ chức cây xanh xung Chọn những cây xanh rậm rạp, tán lá quanh công trình rộng, cao, lá dày, rộng sẽ tăng khả năng chống ồn, chắn bụi. GIẢI PHÁP CÂY XANH

Tổ chức cây xanh trên mái

Chọn những giống cây trồng phù hợp, cây phải dễ sống trong điều kiện ít được chăm sóc, cây không vươn cao quá, không nên trồng cây rễ cọc ở trên mái, vì khó có thể đủ độ sâu đất cho cây. Ngoài ra, hệ thống tưới và thoát nước không thấm, không ảnh hưởng đến tường nhà, không ảnh hưởng mái nhà, vững chắc.

Tổ chức cây xanh thành các Tường cây với nhiều tán lá xanh mát mảng tường hoạt động như một bộ lọc không khí tự nhiên, thanh lọc các chất đôc hại, cải thiện chất lượng không khí cho chính công trình. Ngoài ra hệ thống tưới thoát không ảnh hưởng đến công trình. GIẢI PHÁP BẰNG PHẦN MỀM ĐỂ MINH CHỨNG SỰ HIỆU QUẢ CỦA KTHQNL

Phần mềm ECOTECT

ECOTECT cung cấp cho người dùng một vài số liệu phân tích năng lượng về khí hậu, VKH và tiện nghi nhiệt như: nhiệt độ, lượng bức xạ, độ bù nhiệt, độ ẩm,… từ đó đánh giá sự hiệu quả các giải pháp được áp dụng cho công trình hay mô phỏng các điều kiện tự nhiên để chọn các giải pháp phù hợp. Từ đó, sé giúp cho các giải pháp hoàn thiện hơn và ta sẽ có các giải pháp tối ưu nhất về HQNL.

79

PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Hiện nay tốc độ phát triển kinh tế cao cùng với đô thị hóa, công nghiệp hóa ngày càng mạnh mẽ, ảnh hưởng trực tiếp và nặng nề do biến đổi khí hậu tác động tới môi trường cũng như cuộc sống của người dân, thì nỗi lo thiếu hụt điện năng ngày càng tăng khi ngành xây dựng là một trong những ngành tiêu thụ năng lượng nhiều nhất ở nước ta nói chung và TP Hồ Chí Minh nói riêng. Phát triển KTHQNL trong các CTCC là một việc làm cần thiết và đúng đắn, đồng thời kết hợp sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả cũng là một trong những giải pháp hữu hiệu nhằm giảm lượng khí thải hiệu ứng nhà kính góp phần bảo vệ môi trường, tạo không gian CTCC đặc sắc, tươi mới cho đô thị, bảo đảm phát triển bền vững đô thị TP.HCM. Tuy nhiên, thực trạng xây dựng công trình HQNL ở Việt nam đến nay chưa khoa học, hệ thống. Phần lớn các công trình nhái theo các công trình nước ngoài lắp đặt pin mặt trời, kính đắt tiền nhập khẩu, vật liệu cao cấp, trang thiết bị tối tân… mà không tính toán chặt chẽ theo khí hậu đặc trưng của Việt Nam nói chung và TP.HCM nói riêng cũng như nhu cầu công năng thực của các công trình đặc biệt là CTCC, chưa biết cách liên kết, tìm ra mối nối để tạo nên sự đồng bộ giữa các thành phần cấu kiện trong công trình với nhau. Từ đó làm cho việc sử dụng các khoa học kỹ thuật, công nghệ tiên tiến về TKNL trở thành phản tác dụng, đi ngược lại với mục đích ban đầu, vừa làm đội giá đầu tư cho công trình vừa lãmg phí, gây thiệt hại cho công trình khi đi vào sử dụng tiêu hao nhiều năng lượng. Trong KTHQNL có 4 yéu tố chính đó là: CSTN: giúp công trình giảm thiểu nhu cầu cho việc chiếu sáng nhân tạo vào ban ngày; Khả năng cách nhiệt: giúp giảm thiểu năng lượng tiêu hao cho HTĐHKK bằng cách giảm sự trao đổi nhiệt của công trình với môi trường bên ngoài; TGTN: giúp làm mát công trính và giảm nhu cầu sử dụng năng lượng cho HTĐHKK; Khả năng tự tạo ra năng lượng: giúp công trình tận dụng các nguồn năng lượng tự nhiên để tự tạo ra năng lượng phục vụ cho nhu cầu của chính nó. Vì vậy, ta phải kết hợp hiệu quả các yếu tố này, đồng thời dựa phần mềm mô phỏng để phân tích các điều kiện tự nhiên của công trình và dựa

80

trên các tiêu chí của hệ thống TCĐG trên thế giới để đánh giá kết luận một công trình HQNL. Một lần nữa, việc ứng dụng KTHQNL vào CTCC ở TP.HCM khả thi và đúng đắn. KTHQNL là kim chỉ nam cho các xu hướng KTBV hiện nay. Ở Việt Nam ngoài việc đáp ứng những tiêu chí mang tầm vóc và có ý nghĩa toàn cầu mà còn phải mang những nội dung đặc thù về lãnh thổ và dân tộc, tạo ra “Văn hóa kiến trúc Việt Nam” giai đoạn hiện nay – Văn hóa kiến trúc Việt Nam thế kỷ XXI. 2. Kiến nghị HQNL cần phải đưa vào các quy định bắt buộc trong quy định xây dựng. Các chính sách hiện nay cần có sự ràng buộc, chế tài trong việc bảo vệ môi trường, thực hiện quy định HQNL. Ban hành thêm các quy định, chính sách để ủng hộ, hỗ trợ việc phát triển KTHQNL. Đồng thời, nhà nước thường xuyên tổ chức các cuộc thi cũng như khen thưởng, vinh danh các chủ đầu tư của các công trình đạt KTHQNL. Ưu tiên áp dụng thiết kế và xây dựng cho các công trình được đầu tư bằng ngân sách của nhà nước theo các tiêu chí của hệ thống đánh giá HQNL để làm gương cho các công trình tư nhân. Đưa vào chương trình đào tạo chuyên ngành cho các KTS, xây dựng nguồn nhân lực và nâng cao nhận thức thiết kế công trình HQNL. Phát triển nghiên cứu khoa học, khuyến khích các chuyên gia, nhà khoa học về vấn đề đưa ra ý kiến, nhận xét về lĩnh vực này. Nâng cao vai trò của chuyên gia, kỹ sư, KTS trong thiết kế xây dựng KTHQNL, đánh giá trung thực các yếu tố tự nhiên sẵn có, kết hợp các yếu tố về văn hóa xã hội. Từ đó đưa ra đánh giá, nhận xét, giải pháp thiết kế xây dựng phù hợp với điều kiện khí hậu tại TP.HCM. Trong khi chờ nhà nước ban hành các chính sách hỗ trợ mới, các chủ đầu tư công trình có thể tự cải thiện mức độ tiêu thụ năng lượng để giảm chi phí vận hành, quản lý bằng nhiều giải pháp kỹ thuật, công nghệ tiên tiến. Không những vậy, họ phải có kế hoạch đầu tư hợp lý về công nghệ khoa học kỹ thuật và áp dụng các giải pháp HQNL sao cho hạn chế tác động xấu đến môi trường, tài nguyên thiên nhiên.

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC 1. Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt: [1] Nguyễn Việt An, 2010, Vỏ bao che Cao ốc văn phòng tại Tp.HCM, Đại học Kiến trúc Tp.HCM [2] Nguyễn Thị Tâm Đan, 2007, Kiến nghị một số giải pháp thiết kế kiến trúc công trình công cộng sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả lấy thị xã Vĩnh Long làm địa bàn nghiên cứu, Đại học Kiến trúc Tp.HCM [3] Bộ Xây dựng (2013), QCVN 09/2013/BXD về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả. [4] Bộ Xây dựng (2014), Hướng dẫn Áp dụng Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN. [5] Bộ Xây dựng (2014), Hướng dẫn Áp dụng Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 09:2013/BXD về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả. [6] Hội KTS Việt Nam (2015), Quyết định số No. 85 /QĐ-HKTSVN và Phụ lục đi kèm về Ban hành đánh giá định lượng tiêu chí kiến trúc Xanh tại Việt Nam ngày 10/10/2015. [7] Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam (2016), Tài liệu Hướng dẫn Kỹ thuật Sử dụng Công cụ Đánh giá LOTUS cho Công trình Nhà ở. [8] Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam (2016), Tài liệu Hướng dẫn Kỹ thuật Sử dụng Công cụ Đánh giá LOTUS phiên bản 2.0 cho Công trình Phi nhà ở. [9] Hội đồng Công trình Xanh Việt Nam (2016), Tài liệu hướng dẫn LOTUS về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. [10] Giang Ngọc Huấn, 2007, Giải pháp thiết kế nhà cao tầng tại thành phố Hồ Chí Minh theo hướng đảm bảo tiện nghi vi khí hậu và sử dụng năng lượng có hiệu quả. [11] International Finance Corporation (2015), Tài liệu hướng dẫn EDGE.

[12] Nguyễn Quang Minh (2014), Thiết kế nhà mặt phố kết hợp kinh doanh tại Hà Nội theo hướng tiết kiệm năng lượng, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, Đại học Xây dựng số 19, trang 53 – 61. [13] Phạm Đức Nguyên (2006), Chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo, NXB Khoa học kỹ thuật. [14] Phạm Đức Nguyên (2014), Thiết kế công trình có hiệu quả về năng lượng – Hai cách tiếp cận kiến trúc vào khí hậu Việt Nam, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, Đại học Xây dựng số 19, trang 40 – 46 [15] Phạm Đức Nguyên (2016), Thiết kế nâng cao chất lượng môi trường và hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà văn phòng ven biển Việt Nam [16] Phạm Đức Nguyên (2002), Kiến trúc sinh khí hậu – Thiết kế sinh khí hậu trong Kiến trúc Việt Nam, NXB Xây dựng, Hà Nội. [17] Phạm Đức Nguyên, Nguyễn Thu Hòa, Trần Quốc Bảo (2002), Các giải pháp Kiến trúc Khí hậu Việt Nam, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. [18] Nguyễn Thị Quang Thái, 2009, Nghiên cứu quan điểm và giải pháp kiến trúc sinh thái cho chung cư cao tầng tại TP.HCM, Đại học Kiến trúc Tp.HCM [19] Ngô Thám, Nguyễn Văn Điền, Nguyễn Hữu Dũng, Nguyễn Khắc Sinh, 2007, Kiến trúc năng lượng và môi trường, NXB Xây dựng Hà Nội [20] GS.TS.KTS Nguyễn Đức Thiềm, 2003, Nguyên lý thiết kế dân dụng – Nhà ở công cộng, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội. [21] GS.TS.KTS Nguyễn Đức Thiềm, 2006, Kiến trúc nhà công cộng, NXB Xây dựng, trang 5 - 12. [22] GS.TS.KTS Nguyễn Đức Thiềm, 2006, Kiến trúc nhà công cộng, NXB Xây dựng, trang 132 - 133. [23] GS.TS.KTS Nguyễn Đức Thiềm, 2006, Kiến trúc nhà công cộng, NXB Xây dựng, trang 13 - 16 [24] Nguyễn Tăng Nguyệt Thu, Việt Hà, Nguyễn Ngọc Giả, 2007, Kiến trúc hướng dòng thông gió tự nhiên, NXB Xây dựng Hà Nội

[25] Thủ tướng Chính phủ (2009), Quyết đinh số 445/QĐ-TTg ngày 07/04/2009 Định hướng Quy hoạch Tổng thể Phát triển Hệ thống Đô thị Việt Nam đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2050. [26] Lê Thị Bích Thuận, 2011, Một số giải pháp thiết kế nhà cao tầng nhằm tiết kiệm năng lượng hiệu quả, Hội thảo nghiên cứu mô hình Kiến trúc xanh tại Việt Nam nhằm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. [27] Trường Đại học kiến trúc Tp.HCM, Sổ tay thiết kế kiến trúc hiệu quả năng lượng. [28] Trần Anh Tuấn, 1999, Tính cộng đồng trong nhà ở đô thị Việt Nam, Đại học Kiến trúc Tp.HCM. Tài liệu nước ngoài: [29] Ansgar Schrode, 1996, Niedrigenergiehäuser, Rudolf Müller Verlagsgesellschaft, Baufach - informationen GmbH & Co. KG, Köln, trang 11 và 105. [30] Dieter Preziger, 2009, Grundlagen und Bau eines Passivhauses, C. F. Müller Verlag, Heidelberg, trang 1. [31] Günther Simon và Nicole Simon, 2004, Das Energieoptimierte Haus, Bauverlag, Berlin, trang 18. [32] Mark Diesendorf, 2007, Greenhouse Solutions with Sustainable Energy, UNSW Press, trang 12. Omar Ellaban và cộng sự, 2014, Renewable Energy Resources: Current Status, Future Prospects and Their Enabling Technology, Renewable and Sustainable Energy Review, No. 39, trang 749. [31] Omar Ellaban và cộng sự, 2014, Renewable Energy Resources: Current Status, Future Prospects and Their Enabling Technology, Renewable and Sustainable Energy Review, No. 39, trang 749. [34] Othmar Humm, 1998, Niedrigenergie – und Passivhäuser – Konzepte, Planung, Konstruktionen und Beispiele, Staufen Verlag, Freiburg, trang 8-9. Tài liệu Internet:

[35] Brian Norton, 2014, Harnessing Solar Heat, Springer Press, London / New York, trang 9, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, 2015, www.energy.gov/energysaver/active-solar-heating [36] Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, 2015, www.energy.gov/sites/prod/files/2015/09/f26/A%20Common%20Definitio n%20for%20Zero%20 Energy%20Buildings.pdf. [37] Khoa Kiến trúc và Quy hoạch thuộc Học Viện Công nghệ Massachusetts – Hoa Kỳ, 2017, https://sap.mit.edu/news/energy-efficient-design. [38] Phạm Bùi, 2013, Cần một góc nhìn rộng về KTHQNL, http://www.sutubien.vn/blog/2013/10/10/can-mot-goc-nhin-rong-ve-kientruc-hieu-qua-nang-luong/ [39] Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09:2013/BXD "Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả", 2013, http://ecchcm.gov.vn/index.php/vi/news/Tin-Tuc/Quy-chuan-Cac-cong-trinh-xaydung-su-dung-nang-luong-hieu-qua-183/ [40] Ban Quản lý Dự án Khu ở Bền vững Vauban Freiburg, 2012, www.vauban.de/en/topics/history/276-an-introduction-to-vauban-district. [41] Wikipedia, nhà công cộng, https://vi.wikipedia.org/wiki/Nh%C3%A0_c%C3%B4ng_c%E1%BB%99n g [42] Sustainable Cities Collective, 2014, 7 xu hướng thiết kế bền vững năm 2014, http://e4g.org/7-xu-huong-thiet-ke-kien-truc-ben-vung-nam-2014/ [43] Smart Magazine, 2018, những công trình KTBV năm 2018, http://egolandscape.vn/nhung-cong-trinh-kien-truc-ben-vung-nam-2018/ [44] Tạp chí tự động hóa ngày nay, 2016, kiến trúc xanh giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả, http://automation.net.vn/Cong-nghe-Ung-dung/Kien-trucxanh-giai-phap-tiet-kiem-nang-luong-hieu-qua.html

[45] Kiến thức khoa học, Kjørbo - tòa nhà thân thiện với môi trường đứng đầu thế giới tại Na Uy, http://kienthuckhoahoc.org/cong-trinh-khoa-hoc/kj%C3%B8rbo-toa-nha-than-thienvoi-moi-truong-nhat-the-gioi-tai-na-uy-amni [46] Trí thức trẻ, 2017, Cận cảnh ngôi trường mầm non ở Đồng Nai được xếp hạng đẹp nhất thế giới, http://afamily.vn/can-canh-ngoi-truong-mam-non-o-dong-nai-duoc-xephang-dep-nhat-the-gioi-20170914102832649.chn [47] Báo ảnh Việt Nam, 2017, Nhịp điệu kiến trúc nhà thờ Ka Đơn của đồng bào dân tộc Churu, https://www.vietnamplus.vn/nhip-dieu-kien-truc-nha-thoka-don-cua-dong-bao-dan-toc-churu/433868.vnp [48] Tuổi trẻ, 2011, Tòa nhà HQNL 2010: Đại học RMIT Việt Nam, https://kienviet.net/2011/01/10/toa-nha-hieu-qua-nang-luong-2010-dai-hocrmit-viet-nam/ [49] Lê Quang Trọng, 2007, Cuộc thi “Tòa nhà hiệu quả năng lượng”: Nhiều giải pháp tiết kiệm năng lượng, http://vneec.gov.vn/tin-tuc/khoa-hoc-cong-nghe/t6493/cuoc-thi-toa-nhahieu-qua-nang-luong--nhieu-giai-phap-tiet-kiem-nang-luong.html [50] Maxreading, Địa lý tự nhiên, https://www.maxreading.com/sach-hay/gioithieu-ve-sai-gon/dia-ly-tu-nhien-33773.html [51] Thành phố Hồ Chí Minh, 2011, Khí hậu thời tiết, http://www.hochiminhcity.gov.vn/thongtinthanhpho/gioithieu/Lists/Posts/P ost.aspx?CategoryId=17&ItemID=5497&PublishedDate=2011-1104T16:00:00Z [52] Vũ Dũng VOV, 2017, Thủ tướng: Nếu không đổi mới, sự phát triển của TPHCM có thể chững lại, http://cafef.vn/thu-tuong-neu-khong-doi-moi-su-phat-trien-cua-tphcm-cothe-chung-lai-20170906134332731.chn

[53] Báo Nhân Dân, 2018, TP Hồ Chí Minh triển khai kế hoạch phát triển kinh tế xã hội năm 2018, http://www.nhandan.com.vn/kinhte/thoi_su/item/35175402-tp-ho-chi-minhtrien-khai-ke-hoach-phat-trien-kinh-te-xa-hoi-nam-2018.html [54] NIM consulting group, Dân cư ở TP.HCM đang phát triển thế nào, https://nimcg.com/vi/2017/12/29/dan-cu-o-thanh-pho-ho-chi-minh-dangphat-trien-the-nao-2/ [55] Lê Hoàng Châu, TP.HCM: cần giải quyết căn cở vấn đề nhà ở, http://datphuongnamreal.vn/chi-tiet/tp-hcm-can-giai-quyet-can-co-van-denha-o.html [56] TS. Nguyễn Thị Hậu, 2015, Bản sắc văn hóa của đô thị Sài Gòn – TP.HCM, http://tphcm.chinhphu.vn/ban-sac-van-hoa-cua-do-thi-sai-gon%E2%80%93-tp-ho-chi-minh [57] Đông Gia, 2017, Quy hoạch đô thị TP.HCM: Tầm nhìn tâm thế phát triển mới, http://saigondautu.com.vn/chu-diem-su-kien/quy-hoach-do-thi-tphcm-tamnhin-tam-the-phat-trien-moi-52023.html [58] Tạp chí Kiến trúc, 2012, Các loại vật liệu cách âm trên thị trường, https://www.tapchikientruc.com.vn/chuyen-muc/vat-lieu-cong-nghe/cacloai-vat-lieu-cach-am-tren-thi-truong.html [59] Anh Minh, 2013, IFC hỗ trợ phát triển công trình xanh, http://baochinhphu.vn/Hoat-dong-Bo-nganh/IFC-ho-tro-phat-trien-congtrinh-xanh/169450.vgp [60] Leadership and Management in Engineering, 2008, Energy Efficient Architecture and Building Systems to Address Global Warming, https://www.researchgate.net/publication/245492863. [61] Dieu Nguyen, Thông gió tự nhiên, http://e4g.org/solution/thong-gio-tu-nhien/ [62] Autodesk, Thông gió tự nhiên, https://sustainabilityworkshop.autodesk.com/buildings/natural-ventilation

[63] Samsam, Kiến trúc vi khí hậu, http://www.samsam.vn/?type=article&cat=6&item=182 [64] Greenarchi, Kiến trúc vi khí hậu, http://greenarchi-technical.blogspot.com/2014/03/kien-truc-vi-khi-hau.html [65] Sagen, Tiêu chuẩn LEED tring hoạt động thiết kế xây dựng, http://www.sagen.com.vn/tieu-chuan-leed-trong-hoat-dong-thiet-ke-xaydung/ [66] Viện kiến trúc quốc gia – Bộ XD, 2008, BREEAM, http://congtrinhxanhviar.com/phuong-phap-danh-gia-cua-breeamukbid15.html [67] Nguyên Vũ, 2007, BREEAM, GBC và LEED, các hệ thống đánh giá kiến trúc xanh trên Thế giới, http://www.xaydung.gov.vn/vi/web/guest/trang-chi-tiet/-/tin-chitiet/Z2jG/86/21179/breeam-gbc-va-leed-cac-he-thong-danh-gia-kien-trucxanh-tren-the-gioi.html [68] Green building council Australia, Green Star, https://new.gbca.org.au/ [69] Napas, 2018, Tiêu chuẩn mới của chứng nhận Green Star, http://napas.edu.vn/thong-tin/tieu-chuan-moi-cua-chung-nhan-green-star37.html [70] KTS Nguyễn Quang Minh, 2017, KTHQNL (Kỳ 2), https://kienviet.net/2017/08/04/kien-truc-hieu-qua-nang-luong-ky-2-codanh-gia [71] KTS Nguyễn Quang Minh, 2017, KTHQNL (Kỳ 3, phần 1), https://kienviet.net/2017/08/10/kien-truc-hieu-qua-nang-luong-ky-3-phan-1 [72] Building and Construction Authority, BCA GREEN MARK ASSESSMENT CRITERIA AND ONLINE APPLICATION, https://www.bca.gov.sg/GreenMark/green_mark_criteria.html [73] Edge, Tiêu chí đánh giá Edge, https://www.edgebuildings.com/

[74] Quy chuẩn kỹ thuật quốc giaQCVN 09:2013/BXD, 2013, các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả, GIAhttp://www.xaydung.gov.vn/c/document_library/get_file?p_l_id=47703

&folderId=47604&name=26817 [75] Sylvain Bosquet, The first Passive House: Interview with Dr. Wolfgang Feist (part 1), https://www.construction21.org/articles/h/the-first-passive-houseinterview-with-dr-wolfgang-feist-part-1.html [76] Dario Goodwin, 2017, Spotlight: Jan Kaplický, https://www.archdaily.com/tag/jan-kaplicky [77] Lidija Grozdanic, 2016, Turkey’s first certified passive house in Gaziantep combines both passive and active sustainable features, https://inhabitat.com/turkeys-first-certified-passive-house-saves-over-90-inenergy-use/ [78] Audrey Gray, 2018, The House at Cornell Tech Is the World’s Tallest Certified Passive House, http://www.metropolismag.com/architecture/passive-housecornell-tech/ [79] Mark Boyer, 2013, China’s Bruck House Apartment Complex Cuts Energy Use by 95%, https://inhabitat.com/peter-ruge-architektens-bruck-apartmentcomplex-in-china-achieves-95-energy-savings/bruck-passive-house-1/ [80] Legion House – Active House in Sydney, http://www.environment.nsw.gov.au/heritageapp/ViewHeritageItemDetails [81] Kate Andrews, 2018, BEDZED: Beddington Zero Energy Development in London, https://inhabitat.com/bedzed-beddington-zero-energydevelopment-london/ [82] Juan Blazquez, 2016, CSI – IDEA Building / Juan Blázquez + Oficina Técnica Municipal Ayuntamiento Alhaurín de la Torre, https://www.archdaily.com/787407/edificio-inteligente-csi-idea-juanblazquez-y-oficina-tecnica-municipal-ayuntamiento-alhaurin-de-la-torre

[83] DP Architect, 2015, DP architects constructs zero energy building at BCA academy, https://www.designboom.com/architecture/dp-architects-zeroenergy-building-bca-academy-singapore-01-17-2015/ [84] Tổng cục đo lường chất lượng, 2018, Công trình xanh – xu hướng xây dựng tiết kiệm năng lượng mới, http://tcvn.gov.vn/2017/08/cong-trinh-xanh-xuhuong-xay-dung-tiet-kiem-nang-luong-moi/ [85] Hạ Ly, 2018, Tiết kiệm năng lượng trong ngành xây dựng, http://ashui.com/mag/congnghe/giaiphap/14234-tiet-kiem-nang-luongtrong-nganh-xay-dung.html [86] Báo Xây dựng, 2017, Kiến trúc xanh và vấn đề tiết kiệm năng lượng, http://tietkiemnangluong.com.vn/tin-tuc/hoat-dong-chuongtrinh/t26059/kien-truc-xanh-va-van-de-tiet-kiem-nang-luong.html [87] Dieu Nguyen, 2014, Công cụ phân tích năng lượng của Autodesk: Ecotect & Vasari, http://e4g.org/discussion/cong-cu-phan-tich-nang-luong-cuaautodesk-ecotect-vasari/ [88] KTS Vũ Văn Tường, Sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả: Vai trò của quy hoạch xây dựng, http://www.36phophuong.vn/Su-dung-nang-luong-tietkiem-hieu-qua-Vai-tro-cua-quy-hoach-xay-dung_c2_572_599_6123.html [89] KTS Vũ Văn Tường, 2008, Sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả: Vai trò của quy hoạch xây dựng, http://www.ashui.com/mag/chuyenmuc/quyhoach-do-thi/423-su-dung-nang-luong-tiet-kiem-hieu-qua-vai-tro-cua-quyhoach-xay-dung.html [90] ThS.KTS Trần Quốc Thái, 2007, 5 Nguyên tắc chung và 10 tiêu chí thiết kế kiến trúc bền vững thích ứng điều kiện khí hậu lấy vùng Hà Nội làm địa bàn nghiên cứu, http://www.baoxaydung.com.vn/news/vn/quy-hoach-kientruc/tu-van/5-nguyen-tac-chung-va-10-tieu-chi-thiet-ke-kien-truc-ben-vungthich-ung-dieu-kien-khi-hau-lay-vung-ha-noi-lam-dia-ban-nghien-cuu.html

[91] DVMS, IoT là gì? Ứng dụng của IoT trong cuộc sống hiện đại, http://dvms.vn/tin-tuc/tin-nganh/245-iot-la-gi-ung-dung-cua-iot-trong-cuocsong-hien-dai.html [92] KTS Nguyễn Quang Minh, 2017, KTHQNL (Kỳ 4), https://kienviet.net/2017/08/28/kien-truc-hieu-qua-nang-luong-ky-4-cacgiai-phap/ [93] Vshome, 2015, Dự án tòa nhà tiết kiệm năng lượng EcoHome, https://vshome.com.vn/portfolio/du-an-toa-nha-tiet-kiem-nang-luongecohome/ [94] KTS Trần Khánh Trung và KTS Lý Thúy Hương, 2012, KTS & các giải pháp tiết kiệm năng lượng, https://kienviet.net/2012/07/21/kien-truc-su-amp-cacgiai-phap-tiet-kiem-nang-luong/ [95] KTS Lý Thúy Hương, 2012, https://kienviet.net/2013/06/18/cac-giai-phap-tietkiem-nang-luong/ [96]Thủ tướng chính phủ, 2012, Quyết định số 1427/QĐ-TTg phê duyệt chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả giai đoạn 2012 – 2015, http://vanban.chinhphu.vn/portal/page/portal/chinhphu/hethongvanban%3F class_id%3D2%26mode%3Ddetail%26document_id%3D163946 [97] Quốc Hội nước CHXHCN Việt Nam, 2010, Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, http://www.moj.gov.vn/vbpq/lists/vn%20bn%20php%20lut/view_detail.asp x?itemid=25824 [98] ThS.KTS. Phạm Hải Hà, 2013, Tòa nhà Kim cương (ST Diamond)- Công trình Xanh độc đáo tại Putrajaya – Malaysia, https://kienviet.net/2016/12/23/toanha-kim-cuong-st-diamond-mot-cong-trinh-xanh-hoan-hao-tai-putrajayamalaysia/

[99] Nhân dân Online, 2013, Ứng phó biến đổi khí hậu: Xu hướng tòa nhà xanh, tiết kiệm năng lượng, http://icon.com.vn/vn-s83-114442-618/Ung-pho-biendoi-khi-hau-Xu-huong-toa-nha-xanh-tiet-kiem-nang-luong.aspx [100] Trung tâm phát triển xanh, Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, http://www.greendc.vn/su-dung-nang-luong-tiet-kiem-va-hieu-quabid24.html [101] Thanh Xuân, 2014, Những công trình kiến trúc tiết kiệm năng lượng tiêu biểu trên thế giới, http://tietkiemnangluong.com.vn/tin-tuc/pho-bien-kienthuc/t17630/nhung-cong-trinh-kien-truc-tiet-kiem-nang-luong-tieu-bieutren-the-gioi.html [102] Adam Kalkin, Adriance and Kalkin House, https://theownerbuildernetwork.co/house-hunting/containerhomes/adriance-and-kalkin-houses-adam-kalkin/ [103] Andrew Lo, 2009, The Interlace, https://www.archilovers.com/projects/22242/the-interlace.html [104] Kienviet.net, 2012, Trường học Xanh tại Bình Dương / Vo Trong Nghia Co., Ltd, https://kienviet.net/2012/04/12/truong-hoc-xanh-tai-binh-duong-votrong-nghia-co-ltd/ [105] Wikimapia, Aeon mall Tân Phú Celadon, http://wikimapia.org/26469201/vi/AEON-MALL-T%C3%A2nPh%C3%BA-Celadon [106] Kiến trúc gia đình, 2015, kinh nghiệm tổ chức không gian cư trú truyền thống trong kiến trúc nhà ở dân gian Việt Nam (P2), https://kientrucgiadinh.com/kinh-nghiem-to-chuc-khong-gian-cu-trutruyen-thong-trong-kien-truc-nha-o-dan-gian-viet-nam [107] PGS.TS. Ngô Thám, 2012, Kiến trúc xanh – cách tiếp cận từ bài học kiến trúc truyền thống Việt Nam, https://kienviet.net/2012/01/14/kien-truc-xanhcach-tiep-can-tu-bai-hoc-kien-truc-truyen-thong-viet-nam/

[108] Hoang Bach, 2014, Đặc trưng kiến trúc nhà vườn truyền thống Huế - A Study on the Unique Characteristics of Hue Traditional Garden House, http://dalatarchi-tranconghoakts.blogspot.com/2014/02/kien-truc-nha-vuontruyen-thong-hue.html [109] Marcellino Gemelli, 2017, IoT solutions architecture, https://www.sensorsmag.com/components/smart-sensors-fulfilling-promiseiot [110] Karen Cilento, 2012, Al Bahar Towers Responsive Façade/Aedas, https://www.archdaily.com/270592/al-bahar-towers-responsive-facadeaedas [111] Portedeville, 2017, Giới thiệu về GRC – bê tông cốt sợi thủy tinh, http://portedeville.vn/gioi-thieu-ve-grc-be-tong-cot-soi-thuy-tinh/ [112] Vụ Tiết kiệm năng lượng và phát triển bền vững, 2016, Một số xu hướng thiết kế lớp vỏ công trình tiết kiệm năng lượng, http://tietkiemnangluong.com.vn/tin-tuc/kinh-nghiem-trienkhai/t25968/mot-so-xu-huong-thiet-ke-lop-vo-cong-trinh-tiet-kiem-nangluong.html [113] Vũ Phúc, Hệ thống quản lý tòa nhà BMS, http://vptechnology.com.vn/hethong-quan-ly-toa-nha-bms.html/ [114] MESE, Hệ thống quản lý năng lượng và giám sát dòng điện rò, http://mese.vn/vi/he-thong-giam-sat-dong-ro-va-quan-ly-nang-luong-trongcac-cong-trinh-y-te.html [115] Tạp chí EcoGreen, 2018, Tổng hợp các giải pháp kiến trúc xanh mới nhất 2018, http://egogreen.vn/giai-phap-kien-truc-xanh [116] Soho, Xây dựng hệ thống máy bơm nhiệt cho tòa nhà, http://soho.net.vn/xaydung-he-thong-may-bom-nhiet-cho-toa-nha/p340.html [117] Combitek, Hệ thống tuần hoàn nước nóng tự động, http://www.combitek.com/cong-nghe-he-thong-tuan-hoan-nuoc-nong-tudong-4.html

[118] Trương Thủy, 2018, Giải pháp tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng không khí, https://kienviet.net/2018/03/26/giai-phap-tiet-kiem-nang-luongva-nang-cao-chat-luong-khong-khi/ [119] DP Architect, 2009, Zero Energy Building at BCA Academy, https://architizer.com/projects/zero-energy-building-at-bca-academy/ [120] Vu Hoang, Biểu đồ nhiệt ẩm, http://e4g.org/solution/bieu-do-nhiet-am/ [121] PGS.TS.KTS.LêQuân, 2017, Giải pháp thiết kế lớp vỏ cho công trình văn phòng cao tầng – phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới và yêu cầu tiết kiệm năng lượng, https://www.tapchikientruc.com.vn/chuyen-muc/giaiphap-thiet-ke-lop-vo-cho-cong-trinh-van-phong-cao-tang-phu-hop-voidieu-kien-khi-hau-nhiet-goi-va-yeu-cau-tiet-kiem-nang-luong.html [122] Ths. Kts. Trần Hoàng Hà, Bê tông cốt sợi thủy tinh sử dụng làm tấm bao che công trình trung tâm văn hóa Heydar Aliyev, http://www.arcontek.com/2014/09/be-tong-cot-soi-thuy-tinh-su-dunglam.html [123] TS. Khuất Tân Hưng, 2016, Công nghệ mặt đứng thông minh – Hướng đi mới phát triển kiến trúc bền vững, https://www.tapchikientruc.com.vn/chuyenmuc/cong-nghe-mat-dung-thong-minh-huong-di-moi-phat-trien-kien-trucben-vung.html [124] Wikipedia, Internet vạn vật, https://vi.wikipedia.org/wiki/Internet_V%E1%BA%A1n_V%E1%BA%AD t [125] Architizer – biên dịch: Linh Hoàng, 2017, 7 loại vật liệu mới sẽ thay đổi toàn bộ ngành xây dựng, https://kienviet.net/2017/07/25/7-loai-vat-lieu-moi-sethay-doi-toan-bo-nganh-xay-dung/ [126] PSA, Hệ thống quản lí BMS, IBMS, 2017, https://psa.vn/quan-ly-toanha/thong-quan-li-bms-ibms.html [127] Hệ thống quản lý tòa nhà (hệ thống IBMS) là gì?, http://hnee.com.vn/hethong-quan-ly-toa-nha-he-thong-ibms-la-gi

2. Phụ lục Phụ lục số 1: Bảng so sánh kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái và kiên trúc hiệu quả năng lượng

Kiến trúc xanh

Kiến trúc sinh thái

Kiến trúc hiệu quả

(KTX)

(KTST)

năng lượng (KTHQNL)

1. Định nghĩa

“KTX’ hay còn được gọi là “KTBV” trong công trình được dùng để đề cập đến công tác kiến tạo kiến trúc và sử dụng các giải pháp mang tính thân thiện với môi trường, thính hiệu quả trong việc sử dụng năng lượng, tài nguyên thiên nhiên trong suốt “vòng đời” của công trình nhằm tạo lập một môi trường sinh sống tốt cho con người, đồng thời bảo vệ môi trường, tạo sự phát triển cân bằng cho hệ sinh thái đô thị. KTX thể hiện toàn diện đến mục tiêu phát triển bền vững, tiếp cận có hệ thống vào thiết kế xây dựng, sản xuất vật liệu, vận hành khai thác và duy tu bảo dưỡng.

Xem xét tổng quát hơn và rộng hơn nữa về ảnh hưởng của kiến trúc đến hệ sinh thái của vật cũng như một vùng lãnh thổ, một quốc gia hay toàn cầu. Trong hệ sinh thái có thể xem xét đến cả yếu tố tinh thần, tập quán,nếp sống, văn hoá, xã hội trong kiến trúc. Kiến trúc sinh thái (KTST) được hiểu là kiến trúc mà trong suốt vòng đời của nó khi xây dựng, sử dụng cho đến khi loại bỏ.

HQNL, hay còn gọi là sử dụng năng lượng có hiệu quả, tiết kiệm được đặt ra như một mục tiêu cần phấn đấu đạt được, là việc giảm lượng năng lượng cần thiết để sản xuất một sản phẩm hoặc cung ứng một dịch vụ nào đó mà sản phẩm cũng như dịch vụ này vẫn đạt tiêu chuẩn chất lượng sử dụng tương đương. Việc cải thiện HQNL có thể đạt được bằng cách áp dụng một công nghệ mới, hoặc cải tiến một quy trình sản xuất, hoặc sử dụng các phương pháp được chấp nhận rộng rãi để giảm sự tổn thất năng lượng

2. Mục đích

Là tập trung xoay quanh vấn đề làm giảm các xung đột giữa môi trường xây

Là hướng tới phục vụ con người, do con người của con ngươi, vì con người

KTHQNL mang trên mình mục tiêu là giảm thiểu tác động của kiến trúc và xây

dựng nhân tạo với mô trường thiên nhiên và sức khỏe con người, bằng các giải pháp công nghệ, quy hoạch – kiến trúc, và xã hội.

3. Tiêu chí

mà sáng tạo môi trường không gian nhỏ ( VKH) dễ chịu, đồng thời bảo vệ môi trường lớn ( môi trường vĩ mô) xung quanh. Trên ý nghĩa đó, KTST mang tính đạo đức và tính đổi mới rất cao chưa từng thấy ở các loại hình kiến trúc khác và vì vậy KTST đang là mối quan tâm ngày càng lớn của thế giới KTS và đang dần trở thành một trong những dòng chính của thiết kế kiến trúc thế giới.

dựng đến môi trường xung quanh nhằm đạt tới một giá trị bền vững cho hệ sinh thái VKH và môi trường sống của con người trong hiện tại và tương lai, sử dụng một cách phù hợp và hiệu quả tối đa năng lượng bằng cách vận dụng các giải pháp về kiến trúc, quy hoạch tổng thể, hình khối, thông gió, chiếu sáng, bao che… bên cạnh áp dụng kỹ thuật xây dựng, vật liệu mới, khoa học công nghệ,...

5 tiêu chí của kiến 5 tiêu chí của kiến 3 tiêu chí trúc xanh Việt Nam: trúc sinh thái sau: KTHQNL: 1. Địa điểm bền vững: Tạo lập cảnh quan hài hòa, bền vững, giảm thiểu tác động tiêu cực giữa công trình kiến trúc với cảnh quan xung quanh; khai thác và phát huy những yếu tố tự nhiên có lợi cho môi trương sống của con người.

của

1. Cộng sinh với 1. Tiêu chí về kiến môi trường tự nhiên. trúc – quy hoạch 2. Sử dụng các vật 2. Tiêu chí về khoa liệu tuần hoàn , tái học, công nghệ, kỹ sinh thuật. 3. Tạo môi trường 3. Tiêu chí về tối uư bên trong lành hóa năng lượng trong mạnh, dễ hiểu. xây dựng

4. Hoà nhập với môi trường nhân văn của 2. Sử dụng tài lịch sử và khu vực. nguyên, năng lượng 5. Ứng dụng các hiệu quả: Nâng cao công nghệ khoa hoc hiệu quả, tiết kiệm tài kĩ thuật, TKNL. nguyên và năng lượng; hạn chế tác động đến môi trường tự nhiên và giảm thiểu

hiệu ứng nhà kính trong việc sử dụng tài nguyên đất đai, nước, năng lượng, vật liệu… 3. Chất lượng môi trường trong nhà: Tạo được môi trường trong nhà có chất lượng, bảo đảm an toàn, vệ sinh và tiện nghi, sử dụng hiệu quả công trình. 4. Kiến trúc tiên tiến, bản sắc: Hướng tới nền kiến trúc hiện đại, gắn với kế thừa các giá trị truyền thống, tạo lập bản sắc kiến trúc Việt Nam. 5. Tính xã hội - nhân văn và bền vững: Phát triển kiến trúc phải gắn với mục tiêu tạo lập, gìn giữ, nuôi dưỡng môi trường xã hội - nhân văn ổn định, bền vững.

Phụ lục số 2: Bảng số liệu mức tiêu thụ năng lượng trong công trình qua 4 trường hợp nghiên cứu [12]

Tháng trong năm 2013

Tháng 1 Tháng 2 Tháng 3 Tháng 4 Tháng 5 Tháng 6 Tháng 7 Tháng 8 Tháng 9 Tháng 10 Tháng 11 Tháng 12 Tổng kWh Mức tiêu thụ năng lượng

Mức độ sử dụng năng lượng năm 2013 (kWh) Công trình A Công trình B Công trình C 2 2 (165 m ) (170 m ) (170 m2)

Công trình D (160 m2)

3 tầng, 6 người

3 tầng, 6 người ở;

3 tầng, 6 người

3 tầng, 6 người

ở; Hướng Tây

Hướng Đông

ở; Hướng Đông

ở; Hướng Đông

Nam; Không

Nam; Không

Nam; Có kinh

Nam; Có kinh

kinh doanh 527 427 663 562 561 783 624 560 611 579 585 559

kinh doanh 306 333 311 291 271 417 397 384 342 312 284 273

doanh

doanh

7.041 ≈ 43 kWh/m2năm

424 413 427 455 423 607 479 418 464 466 423 415

612 720 650 586 698 730 815 803 708 617 634 625

3.921

5.414

8.198

≈ 23 kWh/m2năm

≈ 32 kWh/m2năm

≈ 51 kWh/m2năm