Trao đổi về vật lý kiến trúc lịch sử phát triển và vai trò trong đào tạo KTS ở Việt Nam

Quá trình đô thị hóa đã và đang diễn ra trên thế giới. Theo báo cáo của Liên hiệp quốc, năm 1900, chỉ có 10% dân số thế giới sống ở các TP, năm 2007 là năm đầu tiên trong lịch sử số người sống ở đô thị bắt đầu nhiều hơn số người sống ở nông thôn; và vào năm 2050, nếu tiếp tục với tốc độ tăng trưởng như hiện nay thì 75% người dân sẽ sống ở các TP [1]. Khi đô thị tăng trưởng, số lượng các công trình công cộng, nhà ở và công trình công nghiệp cũng tăng theo, làm cho nhu cầu về năng lượng gia tăng. Mật độ đô thị tăng cao là nguồn gốc của các vấn đề môi trường như đảo nhiệt đô thị, cạn kiệt tài nguyên và ô nhiễm không khí, nước, tác động to lớn tới sự phát triển chung. Đô thị hóa góp phần tăng nhanh phát thải khí nhà kính, đóng góp một nguyên nhân đáng kể của sự ấm lên toàn cầu và biến đổi khí hậu.

Công trình Zero-cacbon đầu tiên ở Hồng Kông
[Nguồn: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rlp_ZCB.jpg]
Điều cần thiết để cân bằng giữa đô thị hóa và bền vững là xây dựng các giải pháp đảm bảo phát triển với định hướng trở thành TP bền vững, đảm bảo sự liên tục của loài người và thế hệ tương lai. Hội nghị Liên Hợp quốc về Biến đổi khí hậu lần thứ 21 (COP21) vào tháng 12/2015 đã đạt được thỏa thuận Paris với các ràng buộc về mặt pháp lý mang tính phổ quát để giữ mức nóng lên toàn cầu dưới 2°C. Ngày nay, các biện pháp nhằm giảm và loại bỏ khí nhà kính trong ngành xây dựng để đạt mục tiêu tất cả các công trình đạt mức phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050 theo Thỏa thuận Paris đang ngày càng được đề cao ở trên thế giới. Hội đồng Công trình xanh Thế giới đã đưa ra Cam kết về các công trình không có carbon và đạt mức phát thải ròng bằng “0” trước năm 2050, trong đó đặt ra mục tiêu đến năm 2030, tất cả các công trình xây mới hay cải tạo, và cơ sở hạ tầng sẽ giảm một nửa lượng carbon hiện thân (đồng thời phát thải carbon trong quá trình vận hành bằng không) [2]. Viện Kiến trúc Hoa Kỳ AIA trong “Kế hoạch hành động khí hậu” đã tuyên bố biến đổi khí hậu là cuộc khủng hoảng của tất cả mọi người và các KTS có vị trí độc nhất để giúp giải quyết vấn đề đó [3].

Bài tham dự cuộc thi Thử thách thiết kế Ngôi nhà Zero Cacbon “Solar Decathlon” 2023 tại Hoa Kỳ dành cho sinh viên các trường ĐH trên toàn thế giới của trường Đại học Texas A&M, Hoa Kỳ (TAMU) và trường Đại học xây dựng Hà Nội (HUCE) đã được vào vòng chung kết tháng 4/2023

Việc giải quyết lượng khí CO2 phát thải của công trình không chỉ là vấn đề thiết kế thuần túy. Điều đó thực sự liên quan tới phương thức chúng ta sống, làm việc và cách chúng ta quan niệm về môi trường sống xung quanh mình. Các công trình xây dựng cần được xem xét không đơn giản chỉ là nơi cư trú của con người, mà chúng cần phải có khả năng thiết lập các điều kiện sống đầy đủ, kiểm soát được các điều kiện môi trường trong nhà tiện nghi, bảo vệ sức khỏe của con người và đạt hiệu quả năng lượng cao. Cơ sở khoa học để thiết kế và xây dựng các công trình kiến trúc đảm bảo chất lượng môi trường sống và hiệu quả năng lượng chính là các kiến thức về môi trường nhiệt ẩm, ánh sáng và âm thanh, được gọi là Vật lý công trình (Building physics). Ở Việt Nam, lĩnh vực này được đặt tên là “Vật lý kiến trúc” (VLKT) do được dịch từ tiếng Trung Quốc (trong Hán văn, thuật ngữ Kiến trúc tương đương với thuật ngữ Công trình). Phần viết dưới đây sẽ giới thiệu lịch sử ra đời của lĩnh vực VLKT ở Việt Nam và quá trình phát triển VLKT trong đào tạo KTS tại Trường ĐH Xây dựng Hà Nội, cái nôi của lĩnh vực này ở nước ta.

Bộ Giáo trình Vật lý xây dựng, biên soạn giai đoạn 1981-1982

Vào những năm 1950, VLKT trở thành môn học chính thức của các trường đại học có đào tạo ngành xây dựng và kiến trúc trên thế giới. Năm 1960 – 1961, hiểu được tầm quan trọng cần phải phát triển lĩnh vực VLKT với đặc thù khí hậu nhiệt đới nóng ẩm biến tính của nước ta, NGND Nguyễn Sanh Dạn (nguyên Hiệu trưởng đầu tiên của Trường ĐH Xây dựng Hà Nội) đã nghiên cứu, soạn bài giảng và đưa môn học VLKT vào giảng dạy cho ngành Xây dựng khóa 3 và 4 của ĐH Bách khoa Hà Nội. Năm 1962, NGND.GS.TSKH. Phạm Ngọc Đăng (nguyên Hiệu trưởng thứ 3 của Trường ĐH Xây dựng Hà Nội) là người Việt Nam đầu tiên và duy nhất đã được ĐH Bách khoa Hà Nội cử sang Khoa Kiến trúc, trường ĐH Thanh Hoa Bắc Kinh, Trung Quốc làm thực tập sinh chuyên môn về VLKT. Về nước cuối năm 1962, ông thành lập nhóm giảng viên Vật lý – Thông gió ở Bộ môn Kiến trúc, Khoa Xây dựng, ĐH Bách khoa Hà Nội. Năm 1963, Bộ (hay là Ủy ban) Khoa học và Công nghệ cho phép thành lập Tổ chuyên gia VLKT trực thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ, và GS. Phạm Ngọc Đăng được giao nhiệm vụ làm tổ trưởng. Rất nhiều chuyên gia của Bộ Xây dựng, Bộ Y tế, Bộ Giáo dục và Bộ Quốc phòng có liên quan đã tham gia tổ học thuật này, như là GS. Đào Ngọc Phong, GS Nguyễn Mạnh Liên, các Kỹ sư Ngô Huy Ánh, Nguyễn Huy Côn, Phạm Bảo Toàn,… Từ giai đoạn này, nhóm giảng viên Vật lý – Thông gió và Tổ chuyên gia VLKT đã tiến hành nghiên cứu phát triển cả ba lĩnh vực của VLKT, đồng thời từng bước xây dựng Phòng thí nghiệm VLKT đầu tiên ở Việt Nam (ngày nay là Phòng Thí nghiệm VLKT, trường ĐH Xây dựng Hà Nội). Rất nhiều vấn đề về khí hậu học kiến trúc đã được nghiên cứu thành công, phù hợp với điều kiện khí hậu và xây dựng – kiến trúc ở Việt Nam. Cũng cần nói thêm rằng “Kiến trúc khí hậu” (climatic architecture) bao trùm tất cả các vấn đề liên quan và tác động của các yếu tố khí hậu như nhiệt độ (nóng, băng giá), độ ẩm (khô hanh), gió (hướng và tốc độ), mưa bão, lũ lụt, sấm chớp, bức xạ mặt trời, ánh sáng, các sự biến động theo mùa, theo đặc điểm địa lí, vĩ độ, độ cao… đối với công trình kiến trúc, trong đó chủ yếu là tác động của khí hậu đối với môi trường sống của con người trong công trình, đồng thời tìm ra các giải pháp thiết kế kiến trúc phù hợp với khí hậu của từng địa phương. Còn “Kiến trúc sinh khí hậu” (Bioclimatic architecture) chỉ là một bộ phận của “Kiến trúc khí hậu”, chủ yếu xét về sinh thái học tác động của khí hậu đối với con người sống trong công trình kiến trúc. “Kiến trúc khí hậu” là bao trùm cả “Kiến trúc sinh khí hậu”.

Năm 1966, Khoa Xây dựng được tách khỏi ĐH Bách Khoa Hà Nội và trở thành trường ĐH Xây dựng Hà Nội. Năm 1967, Khoa Kiến trúc và Quy hoạch được thành lập, trong đó có Bộ môn Vật lý kiến trúc. Để chất lượng giảng dạy về VLKT cho các KTS, KS xây dựng được tốt nhất, cần có giáo trình VLKT chính thức và phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Tham khảo giáo trình VLKT của trường ĐH Thanh Hoa Bắc Kinh, GS. Phạm Ngọc Đăng (khi đó là Chủ nhiệm bộ môn VLKT) đã biên soạn thành công bộ Giáo trình “Vật lý kiến trúc” đầu tiên ở Việt Nam, gồm 3 tập: Nhiệt, Âm thanh và Chiếu sáng, được NXB Giáo dục xuất bản năm 1966 và 1967. Tập 1 (Phần 1) của giáo trình được viết khác với giáo trình của trường ĐH Thanh Hoa là bao gồm cả nội dung “Nhiệt và Khí hậu kiến trúc”, còn ở giáo trình của trường ĐH Thanh Hoa, Phần 1 chỉ là “Nhiệt kỹ thuật xây dựng”. Giáo trình này đã tạo ra truyền thống giảng dạy ở Trường ĐH Xây dựng Hà Nội là dạy thống nhất “nhiệt kỹ thuật” và “khí hậu kiến trúc” với nhau. Tháng 9/1969, với uy tín khoa học về chuyên môn VLKT và Thông gió, dù chưa có học hàm học vị nhưng hai giảng viên là Phạm Ngọc Đăng và Tăng Văn Đoàn đã được mời vào Bộ Quốc phòng làm việc hơn một tháng để tính toán thiết kế vi khí hậu cho Hầm ngầm lưu trữ tạm thời Thi hài Hồ Chủ Tịch ở Đá Chông, Ba Vì, Hà Tây.

Bộ giáo trình gồm 3 quyển, biên soạn giai đoạn 1997 – 2000 (hình ảnh là các sách tái bản)

Từ năm 1967 đến 1990, môn học VLKT ở Trường ĐH Xây dựng Hà Nội được giảng dạy cho ngành Kiến trúc theo 3 học phần, với tổng số giờ khoảng 200 tiết (bao gồm lý thuyết, đồ án môn học, bài tập lớn và thí nghiệm) như sau:

  • Vật lý kiến trúc I – Nhiệt và Khí hậu kiến trúc với Đồ án “Nhiệt kiến trúc”.
  • Vật lý kiến trúc II – Chiếu sáng kiến trúc với Bài tập lớn “Chiếu sáng kiến trúc”.
  • Vật lý kiến trúc III – Âm học kiến trúc với Bài tập lớn “Thiết kế âm học phòng khán giả”.

Tuy nhiên, sau năm 1990, theo xu hướng chung, tinh giản chương trình giảng dạy đại học, Đồ án môn học “Nhiệt kiến trúc” đã bị giảm khối lượng chỉ còn là Bài tập lớn trong chương trình đào tạo KTS. Ngày nay, kiến thức VLKT được giảng dạy cho ngành Kiến trúc ở trường ĐH Xây dựng Hà Nội là 6 tín chỉ (bao gồm lý thuyết, thí nghiệm và 3 bài tập lớn). Việc bỏ Đồ án “Nhiệt kiến trúc” từ năm 1990 đến nay là một việc rất đáng tiếc vì các giải pháp thiết kế kiến trúc dựa trên nguyên tắc Thiết kế nhiệt sẽ cho phép công trình thích ứng với điều kiện khí hậu ở mức cao nhất và tạo môi trường tiện nghi cho các hoạt động của con người. Bên cạnh đó, nguyên tắc Thiết kế nhiệt kiến trúc chính là các nguyên lý cơ bản của thiết kế thụ động trong các công trình xanh, công trình hiệu quả năng lượng hiện đại ngày nay. Sự thiếu quan tâm trong ứng dụng lĩnh vực VLKT trong đào tạo thực hành thiết kế kiến trúc đã khiến kỹ thuật thiết kế hiệu quả năng lượng trong công trình kiến trúc ở Việt Nam tụt hậu rất nhiều so với các nước trong khu vực như Nhật Bản, Trung Quốc, Singapore, Hàn Quốc, Hồng Kông, Đài Loan, Malaysia, Indonesia,…. Điều này có thể thấy rõ khi nhìn vào sự phát triển công trình hiệu quả năng lượng và số lượng các “công trình xanh” ở Việt Nam khi so với các nước trên.

Trong quá trình 55 năm thành lập và phát triển (từ 1967 đến 2022), Bộ môn Vật lý kiến trúc (nay là Bộ môn Kiến trúc môi trường), đã có 4 lần biên soạn giáo trình chính thức, đó là:

  • Lần thứ nhất (1966 – 1967): Bộ giáo trình “Vật lý kiến trúc” (gồm 3 tập: “Nhiệt, Âm thanh và Chiếu sáng”, “Kiến trúc dân dụng và công nghiệp” “Vật lý kiến trúc” do GS. Phạm Ngọc Đăng biên soạn, NXB Giáo dục xuất bản năm 1966 và 1967. Bộ giáo trình VLKT đầu tiên của Việt Nam này đang được lưu trữ tại Thư viện Quốc gia Việt Nam chứ không phải Bộ giáo trình VLKT biên soạn năm 1975 in Roneo lưu hành nội bộ.
  • Lần thứ 2 (1981 – 1982): Bộ giáo trình “Vật lý xây dựng” gồm 3 phần như trên nhưng in thành 2 tập, Tập 1 “Nhiệt và Khí hậu”, Tập 2 là “Chiếu sáng kiến trúc và Âm học kiến trúc”, được NXB Xây dựng xuất bản năm 1981 và 1982. Bộ giáo trình này được biên soạn khi GS. Phạm Ngọc Đăng đã bảo vệ thành công luận án TSKH về chế độ nhiệt ẩm của nhà trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam, biên soạn Phần I: Nhiệt và Khí hậu, NGND. Nguyễn Sanh Dạn (bút danh là Lương Minh) đã kết thúc thực tập sinh về chiếu sáng tự nhiên ở Moskva, biên soạn Phần II: Chiếu sáng kiến trúc, và NGƯT.PGS. Phạm Đức Nguyên đã bảo vệ thành công luận án TS về chống ồn, biên soạn Phần III: Âm học kiến trúc. Bộ giáo trình “Vật lý xây dựng” này được các trường ĐH Kiến trúc Hà Nội, ĐH Quân sự (ngành kiến trúc), ĐH Kiến trúc TP.HCM sử dụng làm giáo trình chính thức chứ không phải bộ giáo trình VLKT biên soạn năm 1975 in Roneo lưu hành nội bộ bởi vì thời điểm năm 1975 đã có Bộ giáo trình VLKT (3 tập) do NXB Giáo dục xuất bản năm 1966 và 1967. Bên cạnh đó, GS. Phạm Ngọc Đăng đã biên soạn sách tham khảo mang tên “Cơ sở khí hậu học của thiết kế kiến trúc”, NXB Khoa học và kỹ thuật xuất bản năm 1981. Đây là sách giới thiệu các cơ sở và giải pháp kiến trúc khí hậu Việt Nam dành cho sinh viên và các KTS, KS hành nghề.
  • Lần thứ 3 (1997 – 2000): Bộ giáo trình gồm 3 quyển: “Các giải pháp Kiến trúc khí hậu Việt Nam”, NXB Khoa học và kỹ thuật xuất bản năm 1998, do PGS. Phạm Đức Nguyên chủ biên, TS.KTS Nguyễn Thu Hòa và TS.KTS Trần Quốc Bảo tham gia; “Chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo các công trình kiến trúc” và “Âm học Kiến trúc”, NXB Khoa học và kỹ thuật xuất bản năm 1997 và 2000, do PGS. Phạm Đức Nguyên biên soạn. Trong đó quyển giáo trình “Các giải pháp Kiến trúc khí hậu Việt Nam” không bao gồm kiến thức Nhiệt kỹ thuật trong kiến trúc. Sau đó, PGS. Phạm Đức Nguyên đã biên soạn sách tham khảo mang tên “Kiến trúc sinh khí hậu” dành cho sinh viên và các KTS, KS hành nghề, NXB Xây dựng xuất bản năm 2002.
  • Lần thứ 4 (2022 – nay): Bộ giáo trình mới được gọi là “Hệ thống kiểm soát môi trường công trình”, do TS. KTS Phạm Thị Hải Hà, TS. KTS Nguyễn Thị Khánh Phương và TS.KTS Trần Quốc Bảo chủ trì biên soạn. Bộ giáo trình này cũng được phân thành 3 tập, “Tập 1 – Nhiệt công trình và Khí hậu xây dựng” và “Tập 2 – Chiếu sáng trong công trình và thiết kế thụ động” đã được NXB Khoa học và kỹ thuật xuất bản năm 2022. Tập 3 về Âm học đang được biên soạn. Giáo trình Tập 1 và Tập 2 được cập nhật các kiến thức mới nhất, có sử dụng kết quả nghiên cứu đã được công bố của các tác giả về nhiệt kiến trúc, các phương pháp thiết kế, đánh giá chiếu sáng và các xu hướng mới nhất về xây dựng bền vững, chiếu sáng vị nhân sinh. Lần đầu tiên, các hướng dẫn thực hành thiết kế thụ động cho ba thể loại công trình: sử dụng thông gió tự nhiên, sử dụng hệ thống HVAC và sử dụng chế độ hỗn hợp đã được giới thiệu trong giáo trình giảng dạy đại học.
Bộ Giáo trình Hệ thống Kiểm soát môi trường công trình, biên soạn năm 2022

Có thể nói, lĩnh vực VLKT là kiến thức quan trọng trong chương trình đào tạo KTS, nó cung cấp các cơ sở khoa học và kỹ thuật của các giải pháp thiết kế phù hợp với khí hậu, giúp định lượng chất lượng tiện nghi của môi trường sống và hiệu quả năng lượng của công trình. Ngày nay, ở các nước tiên tiến trên thế giới, những thành tựu của VLKT luôn tạo tiền đề cho việc thiết kế và xây dựng các công trình xanh, công trình Zero cacbon. Với thực trạng hiện nay, kiến thức VLKT ở Việt Nam mới bắt đầu tiếp cận thế giới ở lý thuyết, còn việc ứng dụng thực hành VLKT trong thiết kế cần phải thay đổi cập nhật rất nhiều, sẽ mất rất nhiều công sức và thời gian mới có thể đuổi kịp các nước phát triển.

TS.KTS Phạm Thị Hải Hà
Trưởng Bộ môn Kiến trúc Môi trường
CN. Tô Thị Lợi
Bộ môn Kiến trúc Môi trường, Khoa Kiến trúc và Quy hoạch, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 01-2023)


Tài liệu tham khảo
[1] United Nations. World Urbanization Prospects – The 2018 Revision. New York, 2019. Available: https://population.un.org/wup/Publications/Files/WUP2018-Report.pdf
[2] Worldgbc.org. The Net Zero Carbon Buildings Commitment. Available: https://www.worldgbc.org/thecommitment
[3] AIA. Where we stand: climate action. Available: https://www.aia.org/resources/77541-where-we-stand-climate-change