Sử dụng kính hợp lý trong thiết kế kiến trúc

Kể từ công trình Barcelona Pavilion (1929) đến Farnsworth House (1950) được xây dựng hoàn toàn bằng kính và thép do KTS Mies Van Der Rohe thiết kế, “Nhà kính” đã trở thành biểu tượng của kiến trúc hiện đại, đã và đang ảnh hưởng tới các thế hệ KTS sau này trên khắp thế giới. Tuy nhiên, tại các vùng khí hậu nhiệt đới có nhiều ánh nắng mặt trời quanh năm, nếu sử dụng quá mức lớp vỏ công trình bằng kính sẽ gây ra nhiều bất lợi trong sử dụng. Bởi vậy, sử dụng kính hợp lý trong các công trình hiện đại hướng tới kiến trúc bền vững và tiết kiệm năng lượng là trách nhiệm của KTS đối với xã hội.

Farnsworth House – 1950
Barcelona Pavilion – 1929 – KTS Mies-Van-Der-Rohe với Kiến trúc “nhà kính” Ảnh: Flickr

Quy chuẩn, tiêu chuẩn về sử dụng vật liệu – kính xây dựng

Ngày nay, với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật, vật liệu kính phát triển đa dạng, được sử dụng linh hoạt với nhiều cách khác nhau trong kiến trúc. Tuy nhiên, việc sử dụng kính quá mức sẽ gây ra các tác động tiêu cực cho con người như mất đi sự riêng tư và an toàn cho ngôi nhà; gây chói nắng; tích tụ và làm tăng nhiệt độ trong phòng, dẫn đến việc tiêu thụ năng lượng tăng cao; chi phí đầu tư và công tác bảo trì cũng sẽ tốn kém hơn. Theo Fathy (1986), ở vùng nhiệt đới ánh sáng mặt trời chiếu trên bề mặt kính có kích thước 3m x 3m sẽ cung cấp tới 2000 Kilo calo năng lượng mỗi giờ trong ngày. Ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp lên bề mặt kính sẽ làm tăng quá mức bức xạ nhiệt, sinh ra tia hồng ngoại cho toà nhà và môi trường xung quanh và gây ra “hiệu ứng nhà kính”.

Theo Hiệp hội Kính xây dựng Việt Nam, vật liệu kính đang được thị trường xây dựng trong nước tiêu thụ mạnh với sự đa dạng của nhiều chủng loại kính sản xuất trong nước và nhập khẩu. Nếu không có các quy định chỉ tiêu chất lượng cụ thể cho loại vật liệu này sẽ tăng nguy cơ gây mất an toàn trong quá trình sử dụng. Bộ Xây dựng đã ban hành các quy chuẩn và thông tư về việc kiểm soát quản lý chất lượng, tính năng kỹ thuật và phạm vi sử dụng vật liệu nói chung và vật liệu kính, cụ thể là: Quy chuẩn XDVN09:2005/BXD – Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng có hiệu quả. Quy chuẩn XDVN 05:2008/BXD – Nhà ở và công trình công cộng – an toàn sinh mạng và sức khỏe; (trong đó có Chương 4 nội dung về An toàn sử dụng kính). Quyết định số 377:2008/BXD ban hành Chương trình sử dụng năng lượng tài nguyên tiết kiệm và hiệu quả của ngành xây dựng. QCVN 09:2013/BXD – Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả. Thông tư số 11/2009/TT-BXD với những quy định nghiêm ngặt công tác quản lý chất lượng sản phẩm, hàng hóa kính xây dựng và chứng nhận hợp quy. Thông tư này cũng yêu cầu các tổ chức, cá nhân tư vấn thiết kế, thi công, lắp đặt sản phẩm kính xây dựng có trách nhiệm tuân thủ các điều kiện quy định về quy phạm sử dụng kính trong xây dựng phù hợp với TCVN 7505:2005.

Mặc dù Nhà nước đã ban hành một số quy chuẩn liên quan đến lĩnh vực sử dụng kính an toàn và tiết kiệm năng lượng, nhưng vẫn còn thiếu những quy định cụ thể về chủng loại, đặc tính kỹ thuật, kiểm tra thử nghiệm, thiết kế, thi công lắp đặt, và lựa chọn sử dụng kính đối với mỗi loại hình công trình. Thực tế, với nhà ở dân dụng ở Việt Nam hiện nay, kính được sử dụng chủ yếu là các loại kính trong, một lớp, chưa bảo đảm yêu cầu hệ số truyền nhiệt và độ an toàn cho người sử dụng.

Tour Montparnasse – Paris (1973), sử dụng mầu kính đen không hợp lý với hình khối đồ sộ đã phá vỡ cảnh quan đô thị của thành phố. Ảnh: News Corp Australia.
Tower John Hancok – Boston (1976) đã tính lỗi khi đề cập đến ảnh hưởng của sức gió lên cấu trúc tòa nhà và toàn bộ các cửa kính. 10.000 cửa sổ đã phải thay thế. Ảnh: Flickr.
Hotel Vdara, Las Vegas (2009). Mặt đứng cong sử dụng vật liệu kính tạo nên thấu kính hội tụ phản chiếu ánh sáng xuống bể bơi nên khách không thể tắm được do quá nóng. Ảnh: AFP

Sử dụng kính hợp lý và hiệu quả trong thiết kế kiến trúc

Ngay từ trong quá trình đào tạo, sinh viên kiến trúc đã được giảng dạy các kiến thức cơ bản về đặc tính kỹ thuật, nguyên tắc sử dụng vật liệu xây dựng nói chung và vật liệu kính nói riêng thông qua các môn học như: Vật lý kiến trúc, Kết cấu, Vật liệu xây dựng, Cấu tạo kiến trúc và Nguyên lý thiết kế công trình. Trong những năm qua, Khoa Kiến trúc – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã phối hợp hiệu quả với Viện Kiến trúc nhiệt đới – ITA tổ chức và cử các giảng viên và sinh viên tham gia các hội thảo khoa học, các khoá học nâng cao về phát triển kiến trúc bền vững / thiết kế kiến trúc tiết kiệm năng lượng. Thông qua các học phần thiết kế đồ án kiến trúc (10 ĐA + ĐA tốt nghiệp), các quan điểm, tiêu chí và giải pháp kiến trúc thích ứng với điều kiện khí hậu luôn được xem xét, thảo luận ở mỗi giai đoạn thiết kế, cụ thể là:

– Giai đoạn Phân tích / nghiên cứu: Bao gồm nghiên cứu kiến tạo; phân tích địa điểm; xây dựng nhiệm vụ thiết kế. Các yếu tố môi trường, khí hậu, nắng, gió, địa hình và môi trường cảnh quan xung quanh sẽ được xem xét và phân tích định hướng xây dựng công trình.
– Giai đoạn Phát triển ý tưởng: Lựa chọn ý tưởng/xu hướng/phong cách; Tích hợp công năng; Tổ chức không gian kiến trúc. Đây là giai đoạn quyết định đến hình thức kiến trúc, lựa chọn vật liệu vỏ bao che công công trình và sử dụng vật liệu kính hợp lý.
– Giai đoạn Phát triển thiết kế / kỹ thuật: Triển khai hồ sơ thiết kế; thuyết minh phương án; giải pháp kỹ thuật. Đây là giai đoạn phát triển và hoàn thiện các giải pháp thiết kế thụ động, tích hợp kiểm soát nắng và thông gió công trình.

Việc thiết kế công trình phù hợp môi trường khí hậu/ văn hoá/ xã hội ở Việt Nam trong khi vẫn giữ mối liên hệ với các xu hướng mới trong kiến trúc là yêu cầu và thách thức trong đào tạo, hành nghề KTS hiện nay. Các KTS không chỉ sáng tác ra các ý tưởng đẹp, mà còn phải trở thành các chuyên gia về vật liệu nói chung và vật liệu kính nói riêng để sử dụng chúng một cách chính xác, hợp lý và hiệu quả, phù hợp với khí hậu và tiết kiệm năng lượng để đáp ứng các yêu cầu ngày một cao của xã hội.

Các công trình cao tầng, ứng dụng công nghệ cao đang là biểu của tượng kiến trúc hiện đại ở Việt Nam: Keangnam Tower Hà Nội, Lotte Hà Nội, Bitexco – TP. HCM

Lựa chọn kính xây dựng và giải pháp kiến trúc phù hợp với khí hậu nhiệt đới.

Khi lựa chọn sản phẩm và vật liệu kính xây dựng, ngoài tính thẩm mỹ các KTS phải xem xét các yêu cầu về kháng tải trọng gió, an toàn, an ninh, chống cháy, tầm nhìn rõ ràng, sự riêng tư, tính chất cách nhiệt và kiểm soát năng lượng… Một số sản phẩm kính và giải pháp thiết kế phù hợp với khí hậu nhiệt đới đang được nhiều chuyên gia lựa chọn, đó là:

– Kính hai lớp (Double glazed glass): Thích hợp cho khí hậu ôn đới nhưng cũng rất hữu ích cho các vùng khí hậu nhiệt đới. Kính hai lớp có tác dụng cách nhiệt, cách âm tốt, giảm ánh nắng và sức nóng chiếu và mắc kẹt trong phòng. Kính hai lớp có giá thành tương đối cao nên có thể cân nhắc lựa cho các không gian tiếp xúc nhiều với ánh sáng mặt trời.
– Kính phát xạ thấp (Lower Emissivity glass): Thường được kết hợp sử dụng như một phần của kính hai lớp phù hợp với vùng khí hậu nhiệt đới, nhưng giá thành cao.
– Hệ thống cửa sổ U-PVC: Phát triển mạnh những năm gần đây ở Việt Nam, cửa có cấu tạo là hệ thống khung giống với cửa gỗ truyền thống, có thể lắp đặt 2 lớp kính. Cửa U-PVC có độ bền cao, cách âm, cách nhiệt và khả năng chống thấm nước tốt dễ dàng thích nghi với điều kiện khí hậu và thói quen sử dụng của người dân.
– Phim dán V-Kool: Thường được sử dụng để dán kính cho xe ô tô, khả năng truyền sáng đạt 73%, loại bỏ được 94% tia hồng ngoại, có thể giảm đến 50% bức xạ nhiệt, tăng độ an toàn trong trường hợp kính vỡ, đây là một sự bổ sung hợp lý ít tốn kém hơn so với lắp đặt hệ thống kính mới.
– Mái che và rèm cuốn: Là giải pháp sử dụng phổ biến ở vùng khí hậu nhiệt đới. Mái hiên bảo vệ hiệu quả ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp vào cửa kính những vẫn tạo được không gian và không hạn chế tầm nhìn. Rèm cuốn gồm nhiều loại có thể được vận hành bằng tay hoặc gắn động cơ, dễ dàng lắp đặt và sử dụng kể cả với vách kính lớn.
– Mái hiên: Từ xa xưa, người dân sống ở các vùng khí hậu nhiệt đới đã xây dựng nhà với mái hiên rộng để chống mưa nắng, đón gió và giữ mát cho ngôi nhà. Mái hiên bảo vệ tốt vật liệu của ngôi nhà, giảm bớt công tác bảo dưỡng công trình, sảnh hiên còn là không gian sinh hoạt hữu ích và linh hoạt của gia đình.

Nhà ở Nông thôn
Mái dốc lớn, mái hiên kết hợp với dai che nắng tại nhà ở dân gian truyền thống thích ứng với khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm gió mùa ở Bắc Bộ.

Kết luận

Kiến trúc hiện đại nhấn mạnh tới sự tối giản và bản chất không gian – vật liệu kính trong suốt đạt được sự nổi bật và tính biểu cảm đó. Công nghệ sản xuất ngày càng phát triển với các sản phẩm kính có thể tự cân bằng việc truyền ánh sáng, điều khiển năng lượng mặt trời, kiểm soát nhiệt, tự làm sạch đang được nghiên cứu ứng dụng. Tuy nhiên, trong tương lai gần, các loại kính cao cấp đó sẽ có giá thành cao và chưa thể áp dụng rộng rãi ở Việt Nam. Mặt khác, bài học từ kiến trúc truyền thống phù hợp với môi trường khí hậu nhiệt đới vẫn luôn có ý nghĩa và giá trị thực tiễn đối với các KTS Việt Nam. Kinh nghiệm tốt nhất đối với kiến trúc nhiệt đới là mái dốc với hiên lớn, kết hợp với trồng cây xanh để tạo nhiều bóng mát – khi đó việc sử dụng vật liệu kính hợp lý sẽ càng làm tăng giá trị và chất lượng công trình kiến trúc.

PGS.TS.KTS Nguyễn Vũ Phương
Trưởng Khoa Kiến trúc – Trường ĐH Kiến trúc Hà Nội
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 10 – 2015)