Lớp vỏ “xanh” cho công trình xanh

Công trình xanh là một trong những vấn đề đang được quan tâm đặc biệt tại Việt Nam. Xét về góc độ môi trường, công trình chịu tác động ảnh hưởng cả ở bên trong lẫn bên ngoài công trình, và từ các tác động mang tính địa phương (điều kiện khí hậu bản địa) đến toàn cầu (biến đổi khí hậu trái đất).

Trường ĐH Nanyang, singapore

Trong công trình kiến trúc, lớp vỏ của công trình ngày càng mang nhiều chức năng trong quá trình phát triển lịch sử của kiến trúc. Từ thời kỳ sơ khai, khi con người phải ở trong các hang động sẵn có, sau đó tạo nên những ngôi lều nguyên sơ nhất với lớp vỏ bằng lá cây, da thú….; Dần dần các công trình trở nên phức tạp và đa dạng hơn, lớp vỏ công trình cũng phát triển với nhiều dạng hình khác nhau. Trong kiến trúc truyền thống, lớp vỏ thường được hiểu là lớp tường bao che của công trình với những chức năng cơ bản là:
–    Chức năng bao che: là lớp ngăn cách giữa không gian trong và ngoài công trình, do đó là thành phần quan trọng quyết định việc điều tiết các yếu tố tự nhiên tác động vào trong công trình.
–    Chức năng chịu lực: là các loại tường chịu lực bằng gạch, đá, đất,… Từ khi áp dụng công nghệ xây dựng mới với sự tham gia của các loại vật liệu tiên tiến, các loại kết cấu khung phát triển, chức năng chịu lực của lớp vỏ mất dần, khi đó nó chỉ còn mang tính chất bao che. Điều này thể hiện rất rõ ở các công trình công cộng và cao ốc với việc sử dụng các mảng kính và lỗ rỗng lớn, làm tăng hiệu quả sử dụng của các không gian bên trong, đặc biệt là các không gian lớn.
–    Chức năng thẩm mỹ: lớp vỏ không chỉ thể hiện kết cấu, công năng và tính biểu tượng của công trình, nó còn thể hiện đặc trưng văn hóa kiến trúc của một địa điểm nơi chốn cụ thể mà ở đó công trình được xây dựng

Tòa nhà ACROS, Fukuoka, Japan

Trong kiến trúc hiện đại, ranh giới giữa tường và mái đang bị xóa nhòa với việc sử dụng các loại tường nghiêng, các mảng cong liên tục nối liền mái và tường, khái niệm lớp vỏ vì thế cần được mở rộng không chỉ có tường bao gồm cả mái.
Ý nghĩa của lớp vỏ với các tiêu chí của công trình xanh:
Các tiêu chí chính trong thiết kế công trình xanh là hòa hợp với môi trường xung quanh (địa điểm, khí hậu và trình độ địa phương), tiêu thụ hiệu quả các nguồn tài nguyên thiên nhiên (năng lượng, nước, vật liệu…), đảm bảo sức khỏe của con người (của người sử dụng và cộng đồng)… Do đó, vai trò cơ bản nhất của lớp vỏ xanh là việc tạo ra một lớp bảo vệ cho cả không gian trong công trình (tăng độ tiện nghi, tiết kiệm năng lượng…) cũng như đóng góp vào việc cải thiện môi trường bên ngoài (hiệu quả thẩm mỹ, giảm nhiệt ngoài nhà…).
Lớp vỏ “xanh” bao gồm 2 loại, trong đó một loại là lớp vỏ xanh thực sự với việc sử dụng các loại vật liệu thực vật như là một thành phần cấu tạo trong việc tạo vỏ công trình. Vật liệu này đã được sử dụng nhiều trong các kiến trúc truyền thống trên thế giới. Bản thân vật liệu này không chỉ hiệu quả (cách âm, cách nhiệt tốt…) mà còn sạch (không gây ô nhiễm môi trường), đẹp và kinh tế (dễ khai thác, vận chuyển, tạo dựng…). Ở Việt Nam, vật liệu thực vật được sử dụng nhiều trong các công trình truyền thống, là vật liệu chủ yếu trong việc xây dựng các công trình ở nông thôn như gỗ, tre, rơm rạ…
Trong kiến trúc hiện đại, các giải pháp phổ biến bao gồm mái xanh (green roof) và vườn thẳng đứng (vertical garden). Trong đó, mái xanh được phủ một phần hoặc toàn bộ bằng cây (cỏ) trên một màng chống thấm. Mái xanh cũng là thuật ngữ chỉ loại mái sử dụng công nghệ “xanh” như pin năng lượng mặt trời… Trào lưu “mái xanh” bắt đầu từ nhiều thế kỷ trước ở các nước châu Âu, mái xanh hiện đại bắt đầu ở Đức từ năm 1960. Hiện nay các loại mái xanh rất phổ biến ở các nước như Đức, Thụy Sĩ, Hà Lan, Italy, Áo, Hungary, Thụy Điển, Anh, Hy Lạp.

Tòa thị chính Chicago, USA

Mái xanh có nhiều lợi ích về môi trường và kinh tế, bao gồm: giảm hấp thụ nhiệt và tỏa nhiệt ra môi trường, giảm tốc độ thoát nước mưa, lọc chất gây ô nhiễm và carbon dioxide trong không khí, lọc các chất gây ô nhiễm và kim loại nặng khỏi nước mưa, giúp cách âm cho công trình, tăng độ bền của mái đáng kể, làm tăng giá trị bất động sản…Nhược điểm của mái xanh là chi phí ban đầu cao hơn, một số có những yêu cầu chặt chẽ về tiêu chuẩn kết cấu, đặc biệt ở những vùng động đất, nhiều loại còn cần phải có hệ thống chống thấm cao hơn do nước được giữ lại trên mái và do khả năng thẩm thấu của màng ngăn nước.
 Trong khi mái xanh là vườn trên mái thì vườn thẳng đứng (vertical garden) là cách sử dụng vật liệu thực vật theo chiều thẳng đứng, cả trong nội thất và ngoại thất. Trong nội thất, vườn thẳng đứng thường được sử dụng trong các không gian công cộng có diện tích lớn. Ở ngoại thất, vườn được sử dụng trên một phần hoặc toàn bộ mặt đứng công trình. Trong lịch sử, vườn thẳng đứng được sử dụng rất nhiều ở các nước có khí hậu ôn đới với hình thức đơn giản nhất là các cây leo bám trực tiếp trên mặt tường công trình và tường trong vườn cảnh. Đây là yếu tố trang trí quan trọng trong nghệ thuật vườn châu Âu. Vườn thẳng đứng tạo yếu tố xanh trong công trình và góp phần cải thiện điều kiện vi khí hậu trong phòng. Trong kiến trúc hiện đại, các cây trồng có thể leo trực tiếp trên tường hoặc trên các hệ thống được thiết kế với các ý đồ nhất định.

Vườn tầng đứng trong nhà cao tầng

Tường xanh thường được sử dụng trong môi trường đô thị, dùng cây xanh làm giảm nhiệt độ bên trong của công trình, đặc biệt phù hợp với thành phố. Đôi khi, nó cũng được xây dựng trong nhà để giúp giảm nhẹ những hạn chế của công trình.
Bên cạnh các giải pháp thiết kế lớp vỏ xanh thực sự, còn có lớp vỏ “xanh” theo nghĩa bóng – đó là lớp vỏ được tạo nên từ nhiều loại vật liệu hiện đại khác nhau để giúp cho công trình đạt được những chỉ số phù hợp với các tiêu chí của công trình xanh. Có hai giải pháp sử dụng được cho cả mái và tường, đó là mái 2 lớp và tường kép (còn được gọi dưới tên “vỏ hai da”).

Mái 2 lớp là sử dụng lớp thứ hai bên trên lớp mái thực của công trình với mục đích giảm thiểu bất lợi các tác động trực tiếp của mưa, gió, tăng khả năng sử dụng, điều kiện tiện nghi cũng như hiệu quả thẩm mỹ của công trình. Các loại mái 2 lớp thường được áp dụng ở các khu vực có khí hậu nóng có thể che một phần hoặc toàn bộ lớp mái thứ nhất của công trình, hoặc cũng có thể tạo thành một tầng nhà với không gian nội thất độc đáo và thú vị trên mái (như ở Bảo tàng Menil của KTS Renzo Piano…). Vật liệu để sử dụng cho lớp mái thứ hai rất đa dạng, có thể là kính, thép, gỗ hoặc các vật liệu kim loại khác. Ngoài ra, lớp mái thứ 2 này còn có thể được trang bị thêm các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời góp phần tạo hiệu quả tiết kiệm năng lượng cho công trình.
Tường 2 lớp được ứng dụng nhiều ở các nước phát triển, cả trong các công trình có quy mô nhỏ như nhà ở, biệt thự cũng như trong các công trình công cộng quy mô lớn. Tường 2 lớp phát huy nhiệu quả rất cao khi tạo ra thân một lớp ngoài có cấu tạo làm giảm các điều kiện bất lợi do khí hậu tạo ra. Về mặt thẩm mỹ, lớp tường ngoài tạo thành lớp vỏ, có thể cố định hoặc di chuyển được tạo nên sự linh hoạt trong ứng dụng với từng loại không gian chức năng hoặc từng điều kiện khí hậu cụ thể. Các loại vỏ che chắn di động theo đường di chuyển của mặt trời tạo nên hiệu quả thú vị trên mặt đứng (ví dụ khách sạn Bur Jumar, Dubai). Việc sử dụng kết hợp với các thành phần kiến trúc khác như ban công, loggia cũng tạo nên sự đa dạng trên mặt đứng.
Lớp trong của tường 2 lớp thường làm bằng kính để tạo hiệu quả chiếu sáng tự nhiên và tầm nhìn tối đa, lớp ngoài làm bằng nhiều loại vật liệu khác nhau như kim loại, gỗ, và kính. Bề mặt của lớp thứ hai này có thể kín hoặc thoáng. Khoảng cách giữa 2 lớp rất khác biệt và mang chức năng khác nhau. Đó có thể chỉ là một khe thoáng, sử dụng thông gió tự nhiên hoặc cơ khí để làm mát lớp tường bên trong; cũng có thể là các ban công để có thể sử dụng khi tắt nắng… Do đó có thể có các giải pháp che chắn ngay ở không gian thoáng này.

Trung tâm hội nghị Vancouver, Canada

Trong nhiều công trình, đặc biệt là ở những nước ở vùng khí hậu ôn đới, các pin năng lượng được tích hợp vào mặt đứng công trình, tận dụng nhiệt lượng từ mặt trời để tích lại và sử dụng cho mục đích khác của tòa nhà. Việc sử dụng pin năng lượng sẽ tạo nên hiệu quả xuyên sáng mờ, ảnh hưởng tới tầm nhìn và chiếu sáng tự nhiên, do đó, người ta sử dụng kính tấm lớn phía sau để tận dụng sáng và chỉ sử dụng mặt đứng gắn pin năng lượng ở những không gian có chức năng sử dụng phù hợp.
 Các giải pháp trên đây đều có thể được nghiên cứu ứng dụng tốt trong điều kiện môi trường khí hậu Việt Nam. Việc nảy sinh làm tăng chi phí đầu tư ban đầu cho công trình là tất yếu. Tuy nhiên, nếu xét trên khía cạnh của toàn bộ quá trình sử dụng thì lợi ích kinh tế mà các giải pháp trên mang lại sẽ không nhỏ. Bên cạnh đó lớp vỏ xanh của công trình còn mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng và cộng đồng, cả về điều kiện tiện nghi, thẩm mỹ, văn hóa, góp phần quan trọng trong việc tạo nên một môi trường xây dựng kiến trúc phát triển bền vững.
 TS.KTS Lê Chiến Thắng
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
1.    Michael Bauer, Peter Moesler và Michael Schwarz: Green Building- Guidbook for Sustainable Architecture, NXB Springer, Heidenberg, 2010.
2.    Tom Woolley, Sam Kimmings, Paul Harrison, và Rob Harrison: Green Building Handbook, NXB Spon, London, 1997.
3.    Michael Wigginton và Jude Harris: Intelligent Skins, NXB Architectural Press, Oxford, 2002.
4.    Randall Thomas và Max Fordham: Photovoltaics and Architecture, NXB Spon, London, 2001.
5.    VGBC- Hội đồng công trình xanh Việt Nam.