Xu thế tự động hóa trong việc đưa cây xanh vào giếng trời ở công trình hiện đại

Giếng trời và cây xanh trong nhà là giải pháp kiến trúc phổ biến tại Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện môi trường ánh sáng và chất lượng không khí của công trình. Tuy nhiên, việc đưa cây xanh vào trong giếng trời hiện nay còn gặp nhiều khó khăn, chủ yếu là do giếng trời thiếu sự biến đổi linh hoạt để tạo môi trường phát triển phù hợp cho thực vật, thứ hai là do việc chăm sóc tiêu tốn nhiều thời gian. Để khắc phục những hạn chế này, xu thế tự động hóa đang được áp dụng một cách có hiệu quả, trong đó, giải pháp về hệ thống mái che tự động đã giúp giếng trời có nhiều trạng thái đóng mở linh hoạt để tạo môi trường tốt cho cây xanh, hệ thống cấp nước tự động đã tăng cường sự tiện lợi trong việc chăm sóc cây xanh.

Hình 1: Cây xanh với sân trong, giếng trời trong kiến trúc truyền thống Việt Nam

Trong các giải pháp kiến trúc khả thi để nâng cao khả năng lấy sáng và thông gió, việc hình thành sân trong, giếng trời có thể xem là một giải pháp được biết đến và sử dụng nhiều nhất. Từ kiến trúc truyền thống đến kiến trúc đương đại, giải pháp này luôn được tiếp nhận một cách tích cực. Nhiều nhà nghiên cứu đã khẳng định tầm quan trọng của giếng trời trong kiến trúc, xem việc tổ chức sân trong, giếng trời như là một trong những giải pháp hình thành kiến trúc mở đón nhận tự nhiên[1], từ đó chúng ta có thể tăng cường sự bền chặt trong mối quan hệ giữa con người với tự nhiên. Khi nói đến mối quan hệ giữa con người với tự nhiên thì rõ ràng cây xanh trong kiến trúc là một trong những yếu tố mang tính đại diện. Cây xanh là một bộ phận cấu thành của kiến trúc nhiệt đới, nó có ảnh hưởng lớn đối với vi khí hậu trong nhà và chất lượng thẩm mỹ của công trình[2]. Ở một góc độ khác, với kiến trúc nhiệt đới nói chung và kiến trúc Việt Nam nói riêng, cây xanh không chỉ đơn thuần mang ý nghĩa về mặt môi trường, mà nó đã đi sâu vào tiềm thức và thói quen sinh hoạt của con người, trở thành một nét văn hóa đặc sắc. Những ngôi nhà tại phố cổ Hội An hay phố cổ Hà Nội là những ví dụ điển hình nhất cho sự tồn tại của văn hóa cây xanh trong kiến trúc Việt Nam (Hình 1). Trong kiến trúc đương đại, các KTS và người sử dụng đều hiểu rõ lợi ích của cây xanh đối với môi trường sống, cũng như hiểu rõ tác dụng về mặt thẩm mỹ và văn hóa. Tuy nhiên, việc đưa cây xanh vào sân trong, giếng trời trong kiến trúc đương đại còn vấp phải một số trở ngại nhất định.

Khó khăn trong việc đưa cây xanh vào giếng trời ở các công trình kiến trúc hiện đại

Sự thiếu linh hoạt của giếng trời không tạo được môi trường phát triển thuận lợi cho cây xanh

Nếu trong kiến trúc truyền thống, giếng trời xuất hiện với hình thức mở hoàn toàn với bên ngoài, cây xanh có môi trường phát triển rất tốt, thì trong kiến trúc đương đại, hình thức này không còn hoàn toàn phù hợp khi gây sự tạt mưa hay đọng nước trong nhà. Hoặc, nhìn ở một góc độ khác, diện tích nhà ở hiện nay hạn chế hơn so với trước kia, việc dành ra được một diện tích giếng trời đã là một nỗ lực, cho nên không còn nhiều diện tích để dành cho không gian đệm như sân trong hay giếng trời. Bởi vậy, một hình thức giếng trời khác, là giếng trời đóng kín được đề xuất ưu tiên sử dụng hơn. Tuy nhiên, hình thức này thường chỉ lấy được sáng nhưng rất khó thông gió, đồng thời, dưới tác động lớn của bức xạ mặt trời, không khí nóng lên và tích tụ rất lâu trong nhà. Trong một nghiên cứu về kiến trúc thích ứng khí hậu[3], chúng tôi đã đo đạc cụ thể tại một căn nhà 3 tầng có giếng trời đóng kín bằng kính tại TP Đà Nẵng, kết quả là nhiệt độ không khí trong nhà tăng lên đến 38°C vào giữa trưa. Với nhiệt độ cao như vậy, cộng thêm sự thiếu thông thoáng, thì rõ ràng đây là một môi trường hoàn toàn không phù hợp để cây xanh có thể sống sót, chứ chưa nói đến việc phát triển tốt. Một hình thức giếng trời khác, linh hoạt hơn một chút so với hình thức đóng kín hoàn toàn hoặc mở hoàn toàn, là giếng trời có những khoảng hở nhất định ở miệng giếng trời, hoặc nắp giếng trời có thể thao tác đóng mở bằng tay. Tuy nhiên, hình thức giếng trời này chưa phát huy được hiệu quả lớn, lại gây ra nhiều thao tác phiền toái đối với người sử dụng.

Có thể thấy điểm chung trong vấn đề này là sự thiếu linh hoạt và khả năng biến đổi thấp của giếng trời, làm cho nó khó thích ứng được với các điều kiện thời tiết khác nhau. Nếu giếng trời biến đổi một cách linh hoạt hơn trước những điều kiện ngoại cảnh khác nhau thì nó mới có thể đảm bảo được sự hài hòa giữa việc mang lại tiện nghi cho con người và mang lại môi trường phát triển phù hợp cho cây xanh.

Khó khăn trong cấp nước tưới cho cây xanh

Ngày nay, khi yêu cầu công việc ngày càng cao với áp lực ngày càng lớn, quỹ thời gian dành cho việc chăm sóc nhà cửa hay cây cối bị hạn chế đi khá nhiều. Cây xanh thì lại cần sự chăm sóc thường xuyên, đặc biệt nhất là việc cung cấp nước tưới cho cây. Điều này dẫn đến mâu thuẫn: Tuy con người rất yêu thích cây xanh, nhưng việc tưới từng chậu cây, đặt biệt là những cây ở những vị trí cao hoặc khó với, lại tốn khá nhiều thời gian để thực hiện hằng ngày. Trở ngại này khiến nhiều người sử dụng thường quyết định không đưa cây xanh vào trong nhà. Như vậy có thể thấy, việc thiếu một phương pháp chăm tưới cây hiệu quả hơn, ít tốn kém thời gian hơn so với phương pháp thủ công, cũng là một trong những nguyên nhân quan trọng khiến việc xanh hóa kiến trúc gặp nhiều hạn chế.

Hình 2: Mô hình cấu tạo Hệ thống mái che giếng trời di động.

Xu thế tự động hóa trong thiết kế giếng trời giúp nâng cao hiệu quả trồng cây xanh trong nhà

Cùng với sự tiến bộ của khoa học, những ứng dụng kỹ thuật về hệ thống chiếu sáng thông minh, hệ thống cửa, rèm thông minh… đang xuất hiện ngày một nhiều hơn trong kiến trúc. Trong đó, việc tự động hóa hoạt động của giếng trời trở thành một xu thế đang dần được nhiều KTS cũng như người sử dụng hưởng ứng và phát triển. Những bước tiến của công nghệ này đã giúp cải thiện khá nhiều những mặt hạn chế của giếng trời, từ đấy vừa nâng cao mức độ tiện nghi cho người sử dụng nữa, tạo được môi trường tốt cho sự phát triển của cây xanh. Hai lĩnh vực được triển khai nhiều nhất là hệ thống mái che giếng trời tự động và hệ thống cấp nước tự động.

Hệ thống mái che giếng trời di động: Giải pháp cân bằng giữa môi trường cho cây xanh và đảm bảo tiện nghi cho con người

Hình 3: Giếng trời trong các trạng thái: Đóng hoàn toàn, mở hoàn toàn, và đóng một phần

Trước những hạn chế của giếng trời về mặt thiếu khả năng thích ứng với các điều kiện thời tiết khác nhau theo giờ hay theo mùa, cần có một giải pháp nâng cao tính linh hoạt của giếng trời để nó có thể biến đổi thành những trạng thái đóng mở khác nhau. Xuất phát từ yêu cầu trên, hệ thống mái che giếng trời di động điều khiển tự động trở thành một giải pháp rất hiệu quả. Hiện nay có khá nhiều loại mái che khác nhau, nhưng nhìn chung chúng được thiết kế với những mô hình cấu tạo và nguyên lý hoạt động khá tương đồng. Cấu tạo cơ bản của hệ thống mái che giếng trời tự động (Hình 2) bao gồm: (1) Các cấu kiện chịu lực cho toàn bộ hệ thống, thường là bê tông, tường xây hoặc khung thép tùy trường hợp, liên kết hệ mái che giếng trời với mái nhà; (2) Khung chịu lực và định hướng trượt cho mái che; (3) Hệ thống khung (nếu có) và bề mặt che bằng kính cường lực hoặc tấm polycarbonate; (4) Mô tơ kéo để di chuyển hệ mái; (5) Hệ thống cảm biến, điều khiển tự động, và điều khiển thủ công trong trường hợp mất điện.

Hình 4: Các không gian trong nhà đều được tiếp nhận ánh sáng và gió tự nhiên

Trong mô hình này, có 2 trường hợp được xét đến là mái che nằm trên mặt phẳng ngang (đối với mái bằng), và mái che nằm trên mặt phẳng nghiêng (đối với mái dốc). Đối với trường hợp mái che nằm trên mặt phẳng ngang thì nó có thể được thiết kế di chuyển ngang, dọc hoặc theo phương bất kỳ tùy theo đặc điểm kết cấu hoặc yêu cầu thiết kế. Đối với trường hợp mái che nằm trên mặt phẳng nghiêng, phương án định hướng trục di chuyển thường là theo hướng song song với mặt đất, chứ không chọn phương án di chuyển theo hướng của mặt phẳng nghiêng, nhằm giảm sự ảnh hưởng từ tải trọng của mái che đối với mô tơ, tránh việc mô tơ bị giảm tuổi thọ vì hoạt động quá nhiều.

Hình 5: Không gian giao thông sáng sủa, thông thoáng

Lấy ví dụ từ một công trình nhà phố thực tế tại TP Hội An. Trong công trình này, độ rộng của giếng trời gần bằng một nửa độ rộng của mái nhà, mái che giếng trời được bố trí di động theo chiều rộng của mái, để khi cần che thì nó có thể che phủ toàn bộ miệng giếng trời, khi cần mở thì nó nằm gọn trong phần còn lại của mái (Hình 3). Vào buổi sáng, chiều tối, và ban đêm, mái che có thể mở hoàn toàn để có được sự trao đổi tốt nhất với môi trường tự nhiên. Vào khoảng thời gian giữa buổi sáng và giữa buổi chiều, có thể che khoảng 20 đến 40% diện tích miệng giếng để giảm bớt một phần tác động của ánh nắng. Vào khoảng thời gian buổi trưa, có thể che khoảng 40 đến 60% để tránh ánh nắng gay gắt, nhưng đồng thời cũng đủ khoảng hở để không khí nóng thoát ra ngoài. Ngoài ra còn có thể điều chỉnh tùy theo những điều kiện thời tiết phát sinh bất thường khác trong ngày hoặc theo mùa. Tại công trình thực tế này, mái che di động đã giúp người sử dụng rất chủ động trong việc điều tiết môi trường bên trong giếng trời, từ đấy làm cho tất cả các không gian trong nhà đều có sự tiếp nhận ánh sáng và gió trực tiếp từ môi trường (Hình 4), tạo dựng được cảm giác thông thoáng, sáng sủa và gần gũi với tự nhiên (Hình 5). Có thể thấy, hệ thống mái che di động rất linh hoạt trong việc thích ứng với các điều kiện môi trường khác nhau, thể hiện rất tốt vai trò điều tiết vi khí hậu.

Sự tích hợp giữa mô tơ kéo mái che với bộ phần cảm biến và phần mềm điều khiển giúp người sử dụng có thể dễ dàng đóng mở mái che mà không cần phải thao tác trực tiếp tại mái. Phần mềm có thể tự động ngắt mô tơ khi mái đã hoàn thành việc di động, có thể đóng mở theo tỉ lệ % diện tích mà người sử dụng chỉ định, và có thể điều khiển khi không có mặt ở nhà qua thiết bị di động. Phần mềm còn có các chế độ cài đặt đóng mở tự động theo các khung giờ cố định trong ngày, theo tỉ lệ % chỉ định, tương ứng với đặc điểm thời tiết của mỗi giờ. Với khả năng di động và được điều khiển tự động như trên, hệ thống mái che giếng trời đã đạt được cùng lúc hai hiệu quả lớn, một là nâng cao mức độ tiện ích cho người sử dụng, hai là nâng cao khả năng ứng biến của giếng trời với môi trường, đảm bảo không khí trong giếng trời được lưu thông, và có nhiệt độ phù hợp để cây xanh phát triển.

Hệ thống cấp nước tự động: Giải pháp giảm thiểu thời gian cho người sử dụng

Hai hình thức cấp nước tự động thường thấy là cấp nước chỉ định đến từng vị trí riêng biệt, và cấp nước phun mưa bao trùm phạm vi giếng trời. Đối với những giếng trời không có nhiều ngăn cách với các không gian khác trong nhà, việc đưa nguồn nước đến từng vị trí trồng cây sẽ không gây ra hiện tượng văng nước, đọng nước đối với các không gian sử dụng khác. Đối với những giếng trời được ngăn với không gian khác bằng tường hoặc cửa kính, thì hình thức tạo nước tưới bằng cách phun mưa để bao trùm được hết phạm vi giếng trời là một phương án khả thi, bởi nó vừa cung cấp nước tưới, vừa tạo được cảm giác tự nhiên và điều tiết độ ẩm không khí trong giếng trời một cách đồng đều. Đôi khi cũng có thể kết hợp cả hai hình thức này tùy thuộc vào đặc điểm khác nhau của giếng trời hay yêu cầu đặc biệt khác của những loại cây xanh được sử dụng. Mô tơ cấp nước cũng được điều khiển tự động tương tự như điều khiển mái che, tức có thể cài đặt thời điểm và thời gian tưới nước tùy thuộc vào đặc điểm của thời tiết trong ngày, theo mùa hay theo nhu cầu nước của các loại cây khác nhau. Ngoài ra, mặt tường không tiếp giáp với không gian sử dụng được ốp đá tự nhiên nhằm nâng cao khả năng giữ ẩm, từ đó cung cấp độ ẩm cũng như vị trí bám dành cho các loại cây dây leo, cũng vừa có tác dụng trang trí tạo điểm nhấn thiết kế cho giếng trời.

Với mô hình như trên (Hình 6), người sử dụng có thể cấp nước cho tất cả các cây xanh trong giếng trời một cách dễ dàng mà không tốn nhiều thời gian. Chỉ cần bỏ thêm thời gian chăm bón, tỉa cành lá theo mật độ khoảng nửa tháng đến một tháng một lần là có thể đảm bảo cho sự phát triển của cây xanh. Sự linh hoạt của mái che tự động kết hợp với hệ thống tưới nước tự động làm cho không gian bên trong giếng trời được tránh hiện tượng quá nóng hay kín khí, lại có đầy đủ ánh sáng và nước tưới cần thiết, nên cây xanh có thể sống và phát triển tốt, mang đến cho người sử dụng một không gian mát mẻ, gần gũi với tự nhiên.

Kết luận

Hình 6: Mô hình Hệ thống cấp nước cho giếng trời

Hệ thống mái che giếng trời tự động đã cho thấy rõ ưu thế trong việc nâng cao khả năng thích ứng của giếng trời đối với điều kiện thời tiết của môi trường bên ngoài. Giải pháp này đã tối ưu hiệu quả lấy sáng và tuần hoàn không khí của giếng trời, một mặt giúp người sử dụng hoàn toàn chủ động trong việc tiếp nhận điều kiện thuận lợi hoặc giảm thiểu điều kiện bất lợi của thời tiết, một mặt tạo ra một môi trường phù hợp giúp cây xanh có thể phát triển tốt ở trong nhà. Hệ thống cấp nước tự động, vừa giúp đảm bảo nhu cầu nước tưới cần thiết cho cây xanh, vừa giải phóng thời gian chăm sóc cho người sử dụng. Thực tế áp dụng đã cho thấy hiệu quả trồng cây xanh trong giếng trời được cải thiện và nâng cao một cách rõ rệt, làm cho không gian giếng trời thực sự trở thành một lá phổi xanh của ngôi nhà. Rõ ràng xu thế tự động hóa mà cụ thể là tự động hóa về hệ thống mái che và cấp nước cho giếng trời là một xu thế cực kỳ phù hợp, nên được phát triển và phổ biến nhiều hơn nữa trong thiết kế kiến trúc ngày nay.

*ThS.KTS Lê Đức Viên
Khoa Kiến trúc, Đại học Đông Nam, Trung Quốc (School of Architecture Southeast University, China)
* KS. Trần Minh Tuấn
Công ty TNHH VRA Design

(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 03-2020)

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Tài liệu tham khảo:

[1] Phạm Đức Nguyên – Phát triển kiến trúc bền vững, kiến trúc xanh ở Việt Nam, NXB Tri thức, 2015, p.126.
[2] Hoàng Huy Thắng – Kiến trúc nhiệt đới ẩm, NXB Xây dựng, 2012, p.174.
[3] Lê Đức Viên – Nghiên cứu giải pháp kiến trúc thích ứng khí hậu trong thiết kế nhà phố tại TP. Đà Nẵng, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, 1(122).2018, p.110-114.