Chiến lược thiết kế thụ động giảm lượng khí thải carbon có thực sự hiệu quả?

Kiến trúc là một lĩnh vực liên ngành, cần sự kết hợp kiến thức các ngành khác nhau để đảm bảo các yêu cầu về thẩm mỹ, hoạt động, kết cấu, vật liệu, môi trường… Cuộc khủng hoảng môi trường hiện nay nhấn mạnh sự cần thiết của các chiến lược thiết kế thụ động, sử dụng điều kiện tự nhiên để điều chỉnh nhiệt độ và mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà. Câu hỏi đặt ra là, liệu chiến lược thiết kế thụ động có thể giảm lượng khí thải carbon của con người một cách hiệu quả hay không?

Môi trường xung quanh cũng là yếu tố xây nên một công trình
Môi trường xung quanh cũng là yếu tố xây nên một công trình

Kiến trúc quanh ta không nên tách rời khỏi môi trường thiên nhiên và các nguyên tắc thiết kế trong tương lai sẽ và luôn hướng tới việc tối ưu hóa sinh khí hậu của công trình.Về cơ bản, trước khi xây dựng một ngôi nhà ta phải xem xét môi trường xung quanh, chẳng hạn như các công trình lân cận, đa dạng sinh học địa phương và khí hậu.

Khi sự hiện đại và tiến bộ công nghệ ngày càng phát triển, chúng ta đã có khả năng tạo ra một môi trường nhân tạo một cách tối ưu nhất, và có thể tách một phần không gian trong tòa nhà ra khỏi môi trường tự nhiên. Tuy nhiên, cuộc khủng hoảng môi trường hiện nay đã nhấn mạnh nhu cầu cấp thiết phải xem xét lại và thúc đẩy những gì chúng ta gọi là “thiết kế thụ động”.

Chiến lược thiết kế thụ động là gì?

Chiến lược thiết kế thụ động là tận dụng môi trường tự nhiên để giảm bớt nhu cầu sử dụng năng lượng hóa thạch. Điều này có nghĩa là tận dụng tối đa các thành phần tự nhiên bằng cách tối ưu hóa bố cục của không gian, vật liệu, khoảng mở giếng trời và hướng của tòa nhà, cuối cùng là cải thiện sự thoải mái của môi trường đem lại. Khi những kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi, các tòa nhà riêng lẻ sẽ trở nên thân thiện với môi trường hơn và mức sử dụng năng lượng tổng thể của công trình sẽ giảm đáng kể.

Biệt thự Welpeloo, quận Roombeek, Enschede, 2009
Biệt thự Welpeloo, quận Roombeek, Enschede, 2009

Nguyên tắc cơ bản của thiết kế thụ động bao gồm việc thiết kế các khoảng mở giếng trời để ánh sáng có thể chiếu vào bên trong ở những tháng có mùa lạnh và ngược lại cho phép việc lưu thông gió mát vào công trình những tháng có khí hậu nóng.

Theo một nghiên cứu gần đây, 40% lượng khí thải nhà kính toàn cầu hàng năm là do môi trường xây dựng tạo ra. Thống kê đáng lo ngại này cho thấy các giải pháp thiết kế sáng tạo, bên cạnh các kỹ thuật thiết kế tích cực ít tác động đến môi trường, đang rất cần thiết đối với các kiến ​​trúc sư và kỹ sư. Trong tình huống này, các chiến lược thiết kế thụ động rất hữu ích.

Một số lợi ích của thiết kế thụ động

1 – Giảm tiêu thụ năng lượng

Chiến lược thiết kế thụ động có thể giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà tới 70%. Điều này có thể dẫn đến giảm đáng kể lượng phát thải khí nhà kính. Ví dụ, một nghiên cứu của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cho thấy một ngôi nhà thụ động ở Đức sử dụng năng lượng ít hơn 70% so với một ngôi nhà mới thông thường.

2 – Sự thoải mái và sức khỏe

Không gian ăn uống hữu cơ Parecela, Mexico
Không gian ăn uống hữu cơ Parecela, Mexico

Chiến lược thiết kế thụ động có thể giúp tạo ra môi trường trong nhà thoải mái và lành mạnh. Ánh sáng tự nhiên và thông gió có thể giúp giảm căng thẳng và cải thiện năng suất.

3 – Chi phí

Chiến lược thiết kế thụ động có thể tiết kiệm chi phí năng lượng về lâu dài. Chúng cũng có thể giảm chi phí xây dựng ban đầu vì chúng thường đòi hỏi ít vật liệu và nhân công hơn so với các phương pháp xây dựng truyền thống. Ví dụ, một nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia cho thấy những ngôi nhà thụ động thường đắt hơn 10-15% so với những ngôi nhà thông thường. Tuy nhiên, chúng có thể tiết kiệm cho chủ nhà tới 10.000 USD mỗi năm chi phí năng lượng.

4 – Khả năng tiếp cận

Dòng đối lưu không khí trong ngôi nhà
Dòng đối lưu không khí trong ngôi nhà

Kỹ thuật thiết kế thụ động có thể giảm thiểu chi phí xây dựng ban đầu và chi phí vận hành liên tục bằng cách giảm sự phụ thuộc vào hệ thống cơ khí, mở ra khả năng phát triển các tòa nhà bền vững với chi phí rẻ hơn cho nhiều cá nhân hoặc chủ đầu tư.

5 – Tính bền vững

Thiết kế thụ động là một cách tiếp cận bền vững để thiết kế tòa nhà có thể giúp giảm tác động môi trường của tòa nhà. Nó dựa trên các nguyên tắc kiến ​​trúc sinh khí hậu, trong đó sử dụng các điều kiện tự nhiên để điều chỉnh nhiệt độ và việc sử dụng năng lượng của tòa nhà. Ví dụ, một nghiên cứu của Viện Rocky Mountain cho thấy những ngôi nhà thụ động có thể giảm tới 80% lượng khí thải carbon của tòa nhà.

Thiết kế thụ động có thể được sử dụng như thế nào để giảm lượng khí thải carbon!

1 – Hướng công trình

Việc định vị một công trình trên vị trí của mảnh đất liên quan đến hướng ánh nắng mặt trời và khí hậu được gọi là định hướng công trình và đó cũng được gọi là khái niệm thiết kế thụ động. Nhóm thiết kế có thể phân tích biểu đồ đường đi của mặt trời theo mùa, hàng năm và biểu đồ gió để xác định hướng tối ưu của tòa nhà. Theo nguyên tắc chung, thiết kế nên ưu tiên giảm thiểu ảnh hưởng của nắng mùa hè và tối đa hóa ảnh hưởng của nắng mùa đông. Vào mùa hè, công trình nên được ưu tiên tăng luồng không khí trong nhà vào buổi sáng và buổi tối, trong khi vào mùa đông, có thể xem xét thông gió công trình vào buổi chiều.

2 – Cửa sổ

Khoảng mở cho không gian tại phòng ăn của bệnh viện Sarah Kubitschek Salvador, Brazil, 1994
Khoảng mở cho không gian tại phòng ăn của bệnh viện Sarah Kubitschek Salvador, Brazil, 1994

Gọi là “thụ động”, nhưng công trình lại “chủ động” trong việc khai thác năng lượng mặt trời (mọi nơi) và một số nguồn năng lượng sạch khác như năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt,… tùy theo tiềm năng của từng khu vực nhằm giảm thiểu sự phụ thuộc năng lượng vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ mà việc khai thác ngày một khó khăn, chi phí gia tăng, tàn phá thiên nhiên và việc sử dụng gây ô nhiễm môi trường.

3 – Mái cách nhiệt

Cải thiện lớp cách nhiệt của tòa nhà thông qua vật liệu cách nhiệt có thể giảm thiểu sự hấp thụ nhiệt vào mùa hè và thất thoát nhiệt vào mùa đông. Ví dụ một công trình ở dưới đây:

Thành phố sinh thái siêu bền vững ở Masdar, UAE
Thành phố sinh thái siêu bền vững ở Masdar, UAE

Bao gồm quảng trường trung tâm, khách sạn năm sao, khách sạn lưu trú dài hạn, trung tâm hội nghị, khu phức hợp giải trí cũng như các cơ sở bán lẻ. Để duy trì bầu không khí thoải mái, các kiến ​​trúc sư đã thiết kế “ô che năng lượng mặt trời” để che mát quảng trường và giữ cho không khí lưu thông. Được mô phỏng theo những bông hoa, những chiếc ô năng lượng mặt trời mở ra vào ban ngày và đóng lại vào ban đêm để giữ cho quảng trường luôn mát mẻ.

Ngói thủy canh Kaatop
Ngói thủy canh Kaatop

Kaá (Ka’a): từ được người bản địa Amazon sử dụng để miêu tả cây xanh. Nó có nghĩa là tán cây, cây, cây bụi, cỏ – hoặc đơn giản là lá. Trồng một vườn cây cảnh/rau hoặc trang trại khác nhau trên mái nhà hoặc tường của bạn mỗi mùa. Nhờ công nghệ đặc biệt đã được cấp bằng sáng chế, Kaatop có thể trồng cây an toàn trên mái nhà, tường hoặc vô số lần, cho phép bạn biến đổi cảnh quan mới trong vòng vài tuần – đồng thời bạn vẫn che phủ nó.

4 – Mặt dựng

Bệnh viện Taguatinga, Distrito Federal, Brazil.
Bệnh viện Taguatinga, Distrito Federal, Brazil.

Tương tự như mái, mặt dựng là một rào cản tự nhiên đối với bức xạ mặt trời và có vai trò quan trọng trong việc tạo điều kiện thoải mái về tiện nghi nhiệt trong nhà. Nhóm thiết kế có thể sử dụng các chiến lược thụ động để giảm thiểu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời lên mặt dựng và cải thiện sự thoải mái cho người sử dụng. Có thể sử dụng các công cụ tạo bóng ngang/dọc như mái hắt, mái đua, lam che nắng và tạo bóng râm di động để giải quyết các góc chiếu mặt trời. Ngoài ra, có thể trồng thêm các loài cây leo hoặc trồng trong chậu như cây tử đằng, thường xuân. Chiến lược này ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính nhiệt của mặt dựng và hơn nữa là tạo điều kiện làm mát trong mùa hè và sưởi ấm trong mùa đông.

5 – Vật liệu

Vật liệu có thể tái chế phải có nguồn gốc từ các nguồn tài nguyên địa phương trong khu vực nơi việc xây dựng sẽ diễn ra. Sẽ tốt hơn nếu các vật liệu tự nhiên như đất, đất nung, gỗ, nút chai, tre, rơm và mùn cưa ở dạng thô và các vật liệu này không bị tổn hại bởi điều kiện lạnh, nóng hoặc ẩm.

6 – Bề mặt xanh

Quy hoạch tổng thể cảnh quan trung tâm Ford Rouge, Dearborn, Michigan
Quy hoạch tổng thể cảnh quan trung tâm Ford Rouge, Dearborn, Michigan

Bề mặt xanh có nhiều lợi ích, bao gồm tăng cường khả năng cách nhiệt và sử dụng nhiệt hiệu quả, giảm lượng nước mưa chảy tràn, tăng tính đa dạng sinh học và cải thiện chất lượng không khí. Mái nhà xanh thường bao gồm một lớp giá thể trồng trọt và thảm thực vật được lắp đặt trên đỉnh cấu trúc mái của tòa nhà.

Nhìn chung, các biện pháp thụ động có thể khử cacbon cho tòa nhà bằng cách giúp giảm nhu cầu sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng chủ động.

Theo Ngọc Hương (Kienviet)