Một số phát hiện về biến đổi khí hậu và các tác động đến công trình xây dựng ở Việt Nam

Sơ lược về các kịch bản biến đổi khí hậu và dự báo khí hậu trong tương lai

Theo Công ước khung của Liên Hợp quốc về biến đổi khí hậu (BĐKH): “BĐKH là sự thay đổi của khí hậu do tác động trực tiếp hoặc gián tiếp của hoạt động con người dẫn đến thay đổi thành phần khí quyển toàn cầu, được quan sát trên một chu kỳ thời gian dài”.

Nghiên cứu của các nhà khoa học cho thấy trừ vùng Tây Bắc, Việt Bắc và Tây Nguyên, các vùng khác ở Việt Nam đều có nhiệt độ tăng ứng với các năm 2010, 2050 và 2075 lần lượt là 0.3, 1.1 và 1.5 ºC. Ba vùng còn lại nói trên có mức tăng lớn hơn là 0.5, 1.8 và 2.5. Về mực nước biển trung bình cho thấy mức tăng lần lượt 9.33 và 45cm. Do đó, Việt Nam xếp trong nhóm các quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề nhất từ hậu quả của BĐKH vì có đường bờ biển dài, địa hình phức tạp và khí hậu nằm ở vùng nhiệt đới.

Diễn biến của nồng độ khí nhà kính ứng với các kịch bản BĐKH của IPCC dùng để dự báo khí hậu tương lai (Nguồn: IPCC AR5 report, giấy phép sử dụng Creative commons)

Dự đoán BĐKH toàn cầu trong tương lai là một nhiệm vụ khó khăn và luôn tồn tại sự không chắc chắn. Hai trụ cột để dự báo khí hậu tương lai là: Kịch bản BĐKH và mô hình dự báo khí hậu. Do đó, nhiều kịch bản BĐKH đã được đưa ra. Trước năm 2015, hầu hết các nghiên cứu về BĐKH dựa trên các kịch bản được đưa ra bởi Báo cáo đặc biệt về các kịch bản phát thải (SRES) [1] và Báo cáo đánh giá lần thứ tư của Uỷ ban quốc tế về BĐKH IPCC (AR4) [2]. Vào năm 2015, Báo cáo Đánh giá Lần thứ Năm của IPCC (AR5) [3] đã được phát hành. Tập hợp các kịch bản tiêu chuẩn được giới thiệu trong AR5 được gọi là Con đường tập trung đại diện (Representative Concentration Pathways – RCP) bao gồm một khả năng rộng hơn so với các kịch bản từ SRES được sử dụng trong các đánh giá trước đây, vì chúng cũng đại diện cho các kịch bản có chính sách khí hậu. Về mặt tác động tổng thể, RCP8.5 trong AR5 có thể so sánh rộng rãi với kịch bản SRES A2 / A1FI, RCP6.0 tương tự như B2 và RCP4.5 tương ứng với B1. Đối với RCP2.6, không có kịch bản tương đương trong SRES. Kết quả là, sự khác biệt về mức độ của các dự báo khí hậu của báo cáo AR4 và AR5 phần lớn là do AR5 bao gồm phạm vi phát thải rộng hơn được xem xét và đánh giá [3]. Nói một cách đơn giản, RCP8.5 là kịch bản BĐKH nghiêm trọng nhất, RCP4.5 và RCP 6.0 là các kịch bản trung bình; và RCP 2.6 là kịch bản ít nghiêm trọng nhất.

Về mô hình dự báo khí hậu, IPCC đã đánh giá và khuyến nghị một số mô hình (gọi là Mô hình hoàn lưu tổng quát – General circulation model – GCM), là những mô hình toán học về sự tương tác giữa và trong đại dương, đất liền, băng và khí quyển. Đối với một kịch bản phát BĐKH cụ thể, vẫn còn nhiều điều không chắc chắn, do giới hạn của mô hình GCM và tính chất không ổn định của hệ thống khí hậu, do đó mỗi mô hình mang lại kết quả khác nhau đáng kể. Dữ liệu dự báo của các GCM còn phải được chi tiết hoá (downscale) để có được dữ liệu khí hậu của từng địa phương cụ thể trên trái đất, sử dụng một số phương pháp: Biến hình, tạo ngẫu nhiên, dùng mô hình RCM… Chúng tôi vận dụng “phương pháp biến hình” để làm phép downscale này.

Công trình phải hành động để ứng phó với biến đổi khí hậu

Theo thông tin từ Bộ Tài nguyên và Môi trường, Việt Nam vừa hoàn thành cập nhật đóng góp quốc gia tự quyết định (NDC) năm 2020. Bằng nguồn lực trong nước, đến năm 2030 Việt Nam sẽ giảm 9% tổng lượng phát thải khí nhà kính so với kịch bản phát triển bình thường. Mức đóng góp này có thể được tăng lên tới 27% khi nhận được hỗ trợ quốc tế thông qua hợp tác song phương, đa phương và thực hiện các cơ chế mới theo Thỏa thuận Paris tại hội nghị COP21 về BĐKH. Chiều 01/11/2021 (giờ Vương quốc Anh), Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính đã tham dự Hội nghị Thượng đỉnh khí hậu được tổ chức trong khuôn khổ Hội nghị lần thứ 26 các Bên tham gia Công ước khung của LHQ về BĐKH (COP26). Người đứng đầu Chính phủ Việt Nam khẳng định, Việt Nam sẽ xây dựng và triển khai các biện pháp giảm phát thải khí nhà kính mạnh mẽ hướng đến mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050. Trong khi đó, công trình chiếm khoảng gần 1/3 tổng mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu và cũng như tổng mức phát thải carbon – sẽ là một trụ cột trong chiến lược cắt giảm phát thải carbon. BĐKH có xu hướng làm giảm sử dụng năng lượng sưởi ấm và tăng nhu cầu làm mát sẽ dẫn đến sự thay đổi theo hướng gia tăng nhiều nhu cầu về năng lượng điện. Thách thức đặt ra cho các nhà thiết kế công trình là làm sao giảm nhẹ các tác động song song với việc cắt giảm phát thải khí nhà kính từ việc xây dựng và vận hành các công trình kiến trúc. Do đó công trình thích ứng tốt với BĐKH không những giúp duy trì vi khí hậu tốt cho con người cũng như sẽ đóng góp vào việc cắt giảm khí thải nhà kính theo NDC cũng như các mục tiêu quốc gia vừa công bố.

Dự báo biến đổi khí hậu ở Việt Nam sẽ diễn ra như thế nào?

Với cách tiếp cận sử dụng các kịch bản biến đổi khí hậu của IPCC như đã nói ở trên, chúng tôi xin giới thiệu một vài kết quả dự đoán khí hậu tương lai trong trung hạn (2056 đến 2075) và trong dài hạn (2080 đến 2099), dựa trên kết quả các mô hình GCM có trong công cụ WeatherShift® với mức dự báo trung bình 50%. Hai kịch bản BĐKH được chọn để dự báo là RCP 4.5 và RCP 8.5. Cách lựa chọn này cũng hoàn toàn tương thích với cách tiếp cận sử dụng kịch bản RCP 4.5 và 8.5 vốn cũng được áp dụng trong báo cáo BĐKH và các kịch bản nước biển dâng của Việt Nam – Báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam năm 2016 [4].

Đối với khí hậu các vùng của Việt Nam, BĐKH làm tăng đáng kể nhiệt độ trung bình hàng tháng của các địa phương trong cả nước. Theo kịch bản trung bình RCP4.5 thì nhiệt độ tăng trung bình khoảng 1.7 °C – 2 °C. Theo kịch bản cực đoan RCP8.5, thì nhiệt độ tăng trung bình khoảng 3°C – 4 °C. Xu hướng tăng nhiệt độ thì khá nhất quán trong các vùng và quanh năm, và miền Bắc có xu hướng tăng nhiệt độ nhiều hơn miền Nam. Qua bản đồ phân vùng khí hậu có thể thấy, trong tương lai, vùng khí hậu miền Bắc sẽ có nhiều thay đổi với sự thu hẹp đáng kể kiểu khí hậu cận nhiệt đới ẩm (có mùa Đông lạnh). Điều này là hoàn toàn phù hợp với quy luật của các mô hình dự báo khí hậu [3].

The NASA, các mô hình khí hậu hiện tại chỉ ra rằng nhiệt độ tăng sẽ tăng cường chu trình nước trên Trái đất, làm tăng lượng bốc hơi. Tăng bốc hơi sẽ dẫn đến các cơn bão dữ dội và thường xuyên hơn, nhưng cũng sẽ góp phần làm khô hạn một số khu vực đất liền. Do đó, các khu vực bị ảnh hưởng bởi bão có khả năng bị gia tăng lượng mưa và tăng nguy cơ lũ lụt (miền Trung và Bắc Việt Nam), trong khi các khu vực nằm xa các tuyến đường bão có khả năng hứng chịu lượng mưa ít hơn và tăng nguy cơ hạn hán (miền Nam, đặc biệt là khu vực duyên hải Nam Trung Bộ).

Ngược lại với xu hướng tăng nhiệt độ, độ ẩm tương đối của không khí có xu hướng giảm với mức giảm không nhất quán và hầu hết nằm trong phạm vi khoảng -5%. Riêng đối với bức xạ mặt trời, các dự đoán cho thấy có cả hiện tượng tăng và giảm bức xạ mặt trời trong tương lai, nên xu thế là không rõ ràng.

Dự báo biến đổi khí hậu Hà Nội và TP HCM trong trung và dài hạn

Công trình kiến trúc chịu tác động của biến đổi khí hậu như thế nào?

Với sự gia tăng nhiệt độ dưới điều kiện BĐKH, các công trình được dự báo sẽ tăng tiêu thụ năng lượng để làm mát nhằm đảm bảo tiện nghi sinh học trong công trình. Theo đó, các công trình sẽ tăng phát thải khí nhà kính, và hệ quả là hiệu ứng nhà kính gây ấm lên toàn cầu lại càng nghiêm trọng.

Kết quả phân tích, tổng hợp dữ liệu và so sánh mức phát thải và mức thời gian quá nóng trong các công trình thương mại đại diện ở Việt Nam (khách sạn, nhà hàng, siêu thị, văn phòng, nhà xưởng logistic) dưới các kịch bản BĐKH khác nhau cho thấy: tất cả các loại hình công trình thương mại được xem xét đều có sự gia tăng mức phát thải carbon. Mức gia tăng ứng với kịch bản BĐKH RCP 4.5 trong dài hạn là từ 6% ≈ 12%. Trong khi đó, mức gia tăng ứng với kịch bản BĐKH RCP 8.5 trong dài hạn là từ 12.6% ≈ 22%. Nhà hàng và khách sạn là những loại hình công trình thương mại có mức gia tăng phát thải đáng kể nhất, trong khi các công trình siêu thị, nhà xưởng và văn phòng có mức tăng thấp hơn và khá đồng nhất.

So với sự gia tăng tiêu thụ năng lượng do BĐKH ở các nước có khí hậu tương tự, chúng tôi thấy có một sự tương quan tốt với các kết quả phân tích của chúng tôi. Theo đó, các tòa nhà văn phòng đã tăng khoảng 15,2% ở Florida, Hoa Kỳ (có đầy đủ các kiểu khí hậu của 3 thành phố ở Việt Nam) vào năm 2089 [6]. Trong khi đó, theo Wan và cộng sự [7] tại Hồng Kông – với khí hậu cận nhiệt đới – các tòa nhà văn phòng có mức tăng 6,6% trong khoảng 2091-2100 nếu áp dụng kịch bản BĐKH B1 (tương đương với kịch bản RCP4.5). Một nghiên cứu khác [8] cho thấy mức tăng 7,9% (toà nhà văn phòng cỡ trung bình) theo kịch bản A1F1 (tương tự như RCP8.5) vào năm 2050 đối với khu vực hạt Los Angeles.

Không chỉ làm gia tăng mức phát thải carbon, BĐKH còn làm tăng mức bất tiện nghi nhiệt trong công trình: BĐKH sẽ làm quá tải hệ thống làm mát chủ động của công trình khiến thời gian quá nóng trong công trình tăng lên nghiêm trọng, dù đã tốn thêm nhiều năng lượng để hệ thống làm mát hoạt động nhiều hơn.

Do sự tương tác giữa hệ thống làm mát, công trình và mức tiêu hao năng lượng khá phức tạp, sự gia tăng thời gian quá nóng trong các công trình thương mại khá khó để dự đoán. Mức tăng nghiêm trọng nhất được nhận thấy ở công trình nhà hàng và một phần văn phòng ở TP Hồ Chí Minh. Chính vì vậy, nhiệm vụ thiết kế giảm phát thải carbon của công trình phải đi đôi với việc giữ ổn định mức độ quá nóng không tăng lên so với công trình hiện tại.

Các vùng khí hậu của Việt Nam hiện tại và trong tương lai theo phân loại Koppen – Geiger – [5]

Hiệu quả và các giải pháp thiết kế hiệu quả thích ứng với biến đổi khí hậu

Qua tính toán các số liệu có được từ hàng nghìn lần mô phỏng hiệu năng các mô hình cơ sở và mô hình tối ưu dưới các kịch bản BĐKH khắc nghiệt và ít khắc nghiệt hơn dự báo, kết quả của chúng tôi cho thấy ở vùng khí hậu phía Nam, khí hậu ấm hơn, hiệu quả của mô hình tối ưu luôn cao hơn so với phía Bắc. Mức giảm phát thải carbon trung bình của các mô hình thích ứng tốt nhất với BĐKH từ 10.0% đến 14.2%; mức giảm số giờ quá nhiệt trung bình từ 14.5% đến 28.7%. Như vậy là chỉ với các giải pháp thiết kế thụ động, giải pháp vỏ bao che công trình, người thiết kế có thể giúp các công trình thương mại giảm phát thải một cách đáng kể trong tương lai và hiệu năng công trình có sự ổn định cao. Nếu kết hợp với các biện pháp thiết kế chủ động (các hệ thống làm mát, chiếu sáng, thông gió, năng lượng tái tạo…) có hiệu quả thì còn có thể nâng cao hơn nữa hiệu quả giảm phát thải.

Qua việc phân tích các mô hình công trình thương mại thích ứng tốt với BĐKH, chúng tôi rút ra được các đặc điểm thiết kế thụ động cho công trình và xây dựng thành một cuốn cẩm nang hướng dẫn thiết kế thích ứng với BĐKH ở Việt Nam. Các nguyên tắc thiết kế cần tuân thủ một cách nhất quán:

  • Giảm thiểu sự hấp thụ năng lượng mặt trời của tường và mái bên ngoài;
  • Giảm thiểu sự truyền năng lượng mặt trời của các mặt tiền lắp kính;
  • Giảm thiểu sự tăng nhiệt bên trong: Hệ thống chiếu sáng, thiết bị …;
  • Giảm thiểu rò rỉ không khí trong – ngoài qua các khe hở của tòa nhà;
  • Tổ chức thông gió ban đêm quanh năm – có thể hỗ trợ bởi quạt thông gió;
Sự gia tăng mức phát thải của một số loại hình công trình ở Việt Nam

Do giới hạn khuôn khổ của bài viết, chúng tôi không thể giới thiệu chi tiết các đề xuất của mình. Bạn đọc quan tâm đến các giải pháp chi tiết có thể xem trực tuyến hoặc liên hệ với chúng tôi tại địa chỉ: http://dut.udn.vn/KhoaKientruc/Tintuc/id/7018 .

Công trình thích ứng với BĐKH là một thách thức với các nhà thiết kế công trình ngày nay. Ở Việt Nam, chúng ta còn có quá ít các nghiên cứu về BĐKH trong mối quan hệ với công trình kiến trúc làm nền tảng cho việc giảng dạy, định hướng cũng như ứng dụng thực tiễn. Vấn đề nằm ở chỗ việc coi BĐKH là vấn đề sống còn hay không còn chưa nhất quán, phụ thuộc vào nhận thức của từng người, đặc biệt là các lãnh đạo quốc gia gắn với chủ nghĩa dân tộc – những người đặt lợi ích quốc gia và cá nhân lên trên tất cả. Vấn đề thích ứng công trình với BĐKH về lâu dài còn luôn gắn liền với một nhiệm vụ khó khăn hơn, đó là cắt giảm phát thải công trình để tiến tới một xã hội phát thải ròng bằng “0”. Mục tiêu đó đòi hỏi nhiều giải pháp cứng và mềm triển khai từng bước và dần tiến đến đồng bộ, trong đó Kiến trúc sư và những nhà thiết kế cũng là những người tiên phong. Trong bối cảnh như vậy, lĩnh vực xây dựng và các KTS nói riêng chuyển mình theo xu hướng chống BĐKH là rất cần thiết và thể hiện sự tiến bộ, ít nhất là trong suy nghĩ nhận thức, chứ không phải chỉ là một thuật ngữ “thời thượng” mà bất cứ ở đâu và bất kỳ ai cũng nhắc đến.

Kiến trúc tích hợp các yếu tố tự nhiên và hạn chế các giải pháp kiểm soát chủ động là một cách thích ứng hiệu quả với BĐKH và giải phát thải (Naman retreat Đà Nẵng, Ảnh: MIA design studio – đã được MIA cho phép sử dụng)

PGS. TS. Nguyễn Anh Tuấn
ThS. Lê Thị Kim Dung
ThS. Nguyễn Ngọc Bình
Khoa Kiến trúc, ĐH Bách khoa – ĐH Đà Nẵng
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 03-2022)


Tài liệu tham khảo
[1] N. Nakicenovic, J. Alcamo, A. Grubler, K. Riahi, R. A. Roehrl, H. H. Rogner and N. Victor, “Special Report on Emissions Scenarios: A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change,” Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 2000.
[2] IPCC, “Climate Change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change,” IPCC, Geneva, Switzerland, 2007.
[3] IPCC, “Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change,” Geneva, Switzerland, 2014.
[4] T. Tran, V. T. Nguyen, T. L. H. Huynh, V. K. Mai, X. H. Nguyen and H. P. Doan, “Climate Change and Sea Level Rise Scenarios for Viet Nam – Summary for policymakers,” Ministry of Natural Resources and Environment, Hanoi, 2016.
[5] H. E. Beck, N. E. Zimmermann, T. R. McVicar, N. Vergopolan, A. Berg and E. F. Wood, “Present and future Köppen-Geiger climate classification maps at 1-km resolution,” Scientific data, vol. 5, no. 1, pp. 1-12, 2018.
[6] J. A. Dirks, W. J. Gorrissen, J. H. Hathaway, D. C. Skorski, M. J. Scott, T. C. Pulsipher, M. Huang, Y. Liu and J. S. Rice, “Impacts of climate change on energy consumption and peak demand in buildings: a detailed regional approach,” Energy, vol. 79, pp. 20-32, 2015.
[7] K. K. Wan, D. H. Li and J. C. Lam, “Assessment of climate change impact on building energy use and mitigation measures in subtropical climates,” Energy, vol. 36, no. 3, pp. 1404-1414, 2011.
[8] Y. Zheng and Q. Weng, “Modeling the effect of climate change on building energy demand in Los Angeles county by using a GIS-based high spatial-and temporal-resolution approach,” Energy, vol. 176, pp. 641-655, 2019.