KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG - ENERGY EFFICIENT ARCHITECTURE VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀO CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TP HỒ CHÍ MINH - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HỒ CHÍ MINH

- -

NGUYỄN LÊ MINH QUÂN

KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG - ENERGY EFFICIENT ARCHITECTURE VÀ KHẢ NĂNG ỨNG

DỤNG VÀO CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC

TP HỒ CHÍ MINH - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HỒ CHÍ MINH

- -

NGUYỄN LÊ MINH QUÂN

KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG - ENERGY EFFICIENT ARCHITECTURE VÀ KHẢ NĂNG ỨNG

DỤNG VÀO CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: KIẾN TRÚC Mã số: 8.58.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.KTS TRƯƠNG THANH HẢI

MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Tổng quan về các nghiên cứu có liên quan đến đề tài 3

3 Mục tiêu nghiên cứu 4

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5

5 Phương pháp nghiên cứu 6

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀ CTCC TẠI TP.HCM 1.1 TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG 7

1.2.1 Khái niệm và phân loại CTCC 15

1.2.2 Nguyên tắc thiết kế và một số giải pháp tổ hợp “không gian – mặt bằng” CTCC 18

1.2.3 Một số đặc điểm tiêu biểu của CTCC 20

1.2.4 Các xu hướng kiến trúc cho CTCC hiện nay 21

1.3 TÌNH HÌNH THỰC TIỄN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TRÊN THẾ GIỚI TẠI VIỆT NAM VÀ TP.HCM 23

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 28

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC CHO VIỆC ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀO CTCC TẠI TP.HCM 2.1 CÁC YẾU TỐ VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI, CƠ CHẾ CHÍNH SÁCH CHIẾN LƯỢC, KHOA HỌC CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT TẠI TP.HCM 29

2.1.1 Yếu tố điều kiện tự nhiên 29

2.1.2 Yếu tố kinh tế - xã hội 30

2.1.3 Yếu tố cơ chế chính sách chiến lược 33

2.1.4 Yếu tố khoa học công nghệ kỹ thuật 34

2.2 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO VIỆC ỨNG DỤNG TẠI TP.HCM 35

2.2.1 Vật lý kiến trúc 35

2.2.2 Các hệ thống đánh giá kiến trúc hiệu quả năng lượng tiểu biểu trên thế giới và Việt Nam 39

2.2.3 Quan niệm và các xu hướng phát triển của kiến trúc hiệu quả năng lượng 43

2.2.4 Những kinh nghiệm truyền thống trong xử lý kiến trúc hiệu quả năng lượng 49

2.2.5 Các tiêu chí của kiến trúc hiệu quả năng lượng 53

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 56

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TẠI TP.HCM 3.1 CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG TRONG THIẾT KẾ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG 58

3.1.1 Về quy hoạch, kiến trúc 58

3.1.2 Về vật liệu xây dựng, vận hành và quản lý thiết bị kỹ thuật 60

3.2 CÁC GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TẠI TPHCM 61

3.2.1 Giải pháp Quy hoạch tổng thể 61 3.2.2 Giải pháp Kiến trúc 63 3.2.3 Giải pháp Kỹ thuật – Công nghệ về vật liệu, quản lý và vận

hành để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng 71 3.2.4 Giải pháp cây xanh 73 3.3 GIẢI PHÁP BẰNG PHẦN MỀM ĐỂ MINH CHỨNG SỰ HIỆU

QUẢ CỦA KTHQNL (Phần mềm ECOTECT) 75 3.3.1 Sự cần thiết của việc sử dụng phần mềm để chứng minh sự hiệu

quả và giới thiệu phần mềm ECOTECT 75 3.3.2 Tính năng và sự hiệu quả trong phần mềm ECOTECT 76 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 78

PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1 Kết luận 79 2 Kiến nghị 80 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ PHỤ LỤC

1 Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt Tài liệu nước ngoài Tài liệu Internet 2 Phụ lục

GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ CÓ LIÊN QUAN VÀ VIẾT TẮT A Các thuật ngữ liên quan

Để hiểu rõ các khái niệm nêu trong luận văn có liên quan đến vấn đề năng lượng và HQNL trong công trình: Kiến trúc hiệu quả năng lượng (Energy Efficient Architecture) Năng lượng tái tạo (renewable/regenerative energy), công trình có mức sử dụng năng lượng thấp (low-energy buiding), công trình TKNL (energy-saving building), công trình thụ động năng lượng mặt trời (passive solar building), công trình chủ động năng lượng mặt trời (active solar building), công trình trung hòa năng lượng (zero-energy building) và công trình phụ trội năng lượng (plus-energy building) Các thuật ngữ được trình bày dưới đây:

- Năng lượng tái tạo (renewable/regenerative energy) là năng lượng được

khai thác từ các nguồn có khả năng sớm phục hồi hoặc tồn tại với trữ lượng lớn gần như vô tận trong tự nhiên so với quy mô sử dụng của con người, bao gồm các loại hình sau: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước, sóng biển và thủy triều, năng lượng địa nhiệt và năng lượng sinh học [31]

- Công trình có mức sử dụng năng lượng thấp (low-energy buiding) là

công trình có mức sử dụng năng lượng cho việc sưởi ấm và/hoặc làm mát thấp hơn so với các công trình tương tự đã từng hoặc đang được xây dựng, với trị số dao động trong khoảng 55 đến 70 kWh/m2a, tùy thuộc thể loại tính chất sử dụng và đặc điểm của công trình Ví dụ như tại CHLB Đức, nơi phát triển rất mạnh thể loại công trình có mức sử dụng năng lượng thấp, trị số mức trần 70 kWh/m2a áp dụng cho nhà ở liền kề hoặc nhà ở kiểu chung cư nhiều tầng, trong khi đối với nhà đơn lẻ kiểu biệt thự hoặc nhà nông thôn có sân vườn được quy định là 55 kWh/m2a [29] Tuy nhiên, theo thời gian, yêu cầu bảo vệ môi trường trở nên nghiêm ngặt hơn thì mức TKNL cao hơn được đề xuất Theo đó, tại CHLB Đức và Thụy Sỹ, giá trị 30 kWh/m2a cho sưởi ấm đã được áp dụng cho các công trình xây mới từ năm 2012 trở lại đây Nếu chỉ số này đạt mức dưới 20 kWh/m2a thì công trình được coi là đạt mức sử dụng năng lượng cực thấp (ultra low-energy)

- Công trình tiết kiệm năng lượng (energy-saving building) được hiểu là

công trình có mức độ tiện nghi cao hơn với lượng năng lượng tiêu thụ thấp hơn, trong khi công trình có mức sử dụng năng lượng thấp được xem là công trình có mức độ tiện nghi lớn hơn với mức năng lượng tiêu thụ tương đương Điều đó có nghĩa là yêu cầu (hoặc tiêu chuẩn) đối với công trình TKNL cao hơn so với công trình có mức sử dụng năng lượng thấp và được lý giải như sau: công trình TKNL được thiết kế nhỏ gọn đủ để sử dụng, không có các diện tích hay khối tích thừa Trong công trình, việc sử dụng năng lượng sạch (hay còn gọi là năng lượng tái tạo) sẽ khiến công trình công trình tự chủ hơn về năng lượng, giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng được cung cấp từ việc đốt cháy một số nhiên liệu hóa thạch như than đá hoặc dầu lửa và do đó sẽ tiết kiệm được nhiều hơn nếu tính gộp năng lượng biểu hiện vào năng lượng cung cấp đến công trình Một điểm khác biệt nữa giúp phân biệt hai khái niệm là công trình có mức sử dụng năng lượng thấp nếu có hệ thống sưởi ấm và làm mát được thiết kế cũng như vận hành tối ưu thì có thể đạt đến mức độ công trình TKNL [30]

- Công trình thụ động năng lượng mặt trời (passive solar building, ngắn

gọn hơn là passive building) – hoặc nhà thụ động (passive house) là thuật ngữ

được dùng phổ biến hơn trong các sách chuyên ngành về năng lượng công trình – là công trình đáp ứng được nhu cầu sưởi ấm bằng cách sử dụng chủ yếu bức xạ mặt trời chiếu vào công trình và tận thu lượng nhiệt được sinh ra bên trong công trình cho mục đích này Theo đó, các cấu kiện sàn, tường, trần, cửa đi, cửa sổ, … tức là các thành phần của lớp vỏ bao che bên ngoài cũng như kết cấu ngăn chia bên trong công trình được chế tạo sao cho giúp việc thu, trữ và phân phối năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt trong công trình vào mùa đông và ngăn cản nhiệt bên ngoài vào mùa hè được thuận lợi Về lý thuyết, thiết kế thụ động sẽ không cần thiết phải sử dụng hệ thống sưởi ấm/làm mát bằng cơ khí hoặc chạy điện, tuy nhiên trong thực tế những hệ thống này vẫn được lắp đặt để đề phòng các trường hợp thời tiết cực đoan (quá nóng hoặc quá lạnh kéo dài), giúp điều chỉnh môi trường vi khí hậu trong nhà gần với khoảng tiện nghi trên biểu đồ sinh khí hậu Mức tiêu thụ năng lượng cho

việc sưởi ấm hoặc làm mát trong công trình thụ động do vậy sẽ được giảm thiểu, không cần đến các giải pháp sưởi ấm truyền thống trong đa số thời gian trong năm, và giá trị tối đa cho phép là 15 kWh/m2a được áp dụng một cách nghiêm ngặt [34]

- Công trình chủ động về năng lượng mặt trời (active solar building), trái

lại, sử dụng năng lượng cho việc sưởi ấm ở dạng nhiệt bằng cách hấp thụ ánh sáng mặt trời qua thiết bị thu (collector) đấu nối với bộ phận chuyển đổi quang năng thành nhiệt năng, làm luồng không khí mát hoặc luồng nước lạnh (được dùng phổ biến hơn) chạy qua nóng lên đến nhiệt độ cần thiết rồi sẽ theo các đường ống ngầm dưới sàn, trong tường và trên trần tỏa đi khắp công trình, phục vụ cho việc sưởi ấm Nếu chưa sử dụng ngay, năng lượng nhiệt được lưu trong một thiết bị trữ để tiến hành sưởi ấm sau đó theo nhu cầu thực tế Trong trường hợp nhu cầu tăng cao vượt quá khả năng cung ứng của hệ thống chính, hệ thống phụ trợ hoặc thiết bị phát dự phòng sẽ được khởi động Đối với nhu cầu sử dụng nước ấm (khoảng 45oC), hệ thống cung cấp cũng hoạt động trên nguyên lý tương tự [35]

- Công trình trung hòa năng lượng (zero-energy building) là công trình có

tổng mức năng lượng sử dụng bằng không, có nghĩa là lượng năng lượng mà bản thân công trình sản sinh ra trong một năm từ các nguồn tái tạo như năng lượng mặt trời hay năng lượng gió đúng bằng tổng năng lượng được tiêu thụ bên trong công trình cho tất cả các mục đích sử dụng (sưởi ấm , làm mát, chiếu sáng, bơm nước, chạy các thiết bị điện tử, …) trong cùng khoảng thời gian, có nghĩa vừa đủ đáp ứng nhu cầu và không phụ thuộc vào nguồn cấp từ bên ngoài, nhất là các hệ thống phân phối tiếp nhận năng lượng từ những trạm phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch, góp phần tích cực làm giảm phát thải CO2 và bảo vệ môi trường tự nhiên [36]

- Công trình phụ trội năng lượng (plus-energy building) là cấp độ phát

triển cao hơn và thực sự hiệu quả hơn công trình trung hòa năng lượng, khi công trình sản sinh ra một lượng năng lượng từ các nguồn tái tạo nhiều hơn so với nhu cầu tiêu thụ trong cùng khoảng thời gian (thông thường được tính theo năm) Nguồn năng lượng dư có thể được tích trữ cho bản thân công trình phòng trường hợp xảy ra sự cố ngoài dự kiến ảnh hưởng đến việc tự cung cấp năng lượng hoặc được chuyển

vào mạng điện chung của khu vực để điều tiết năng lượng giữa các công trình với nhau, theo đó công trình dư thừa năng lượng sẽ bù đắp một phần cho công trình thiếu hụt năng lượng [31]

B Viết tắt

1

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Thấm thoát thập niên đầu tiên của thế kỷ XXI đã trôi qua, thế giới đã có những bước phát triển nhảy vọt, trong đó quá trình đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ, đặc biệt tại các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam TP.HCM, với vai trò là trung tâm kinh tế - chính trị - văn hóa quan trọng của Việt Nam Đô thị phát triển mạnh mẽ kéo theo nhiều hệ lụy như dân số gia tăng nhanh chóng, sự tập trung dân số với mật độ dân cư lớn khiến tổng năng lượng sử dụng cũng tăng theo; các hoạt động thủ công hằng ngày được thay thế bằng máy móc, công nghệ hóa nên năng lượng tiêu thụ cho các thiết bị là rất lớn; cơ sở hạ tầng kỹ thuật cũng như các dịch vụ xã hội không thể đáp ứng trong khi vật giá leo thang không ngừng khiến giá điện tăng cao; biến đổi khí hậu sâu sắc, ô nhiễm thường xuyên, kéo dài làm cho nhu cầu làm mát và sưởi ấm tăng đột biến; nguồn tài nguyên năng lượng ngày một cạn kiệt Vì thế kiến trúc cần thay đổi để thích ứng với điều kiện mới, mà hai yêu cầu bền vững về mặt sinh thái và thân thiện với môi trường là nền tảng cơ sở và tiên quyết Từ đó, KTHQNL được hình thành

Với yêu cầu bền vững về mặt sinh thái và thân thiện với môi trường Hiệu quả về năng lượng là một điểm cốt lõi trong cả hai yêu cầu nói trên Bởi vì sử dụng năng lượng là một nhu cầu thiết yếu hàng ngày, nếu không muốn nói là hàng giờ, trong cuộc sống của con người và góp phần đảm bảo sự tiện nghi sinh khí hậu cho người sử dụng Hơn nữa, cũng chính việc sản xuất và sử dụng năng lượng cho đến thời điểm hiện nay tại nhiều quốc gia trên thế giới là nguyên nhân trực tiếp gây ra tình trạng mất cân bằng sinh thái, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường và chất lượng cuộc sống của con người Đã đến lúc cần phải có sự thay đổi căn bản trong quan niệm thiết kế kiến trúc, khi tính hiệu quả về năng lượng sẽ quyết định cả hình thức lẫn công năng của công trình, nhằm đảm bảo sự tiện nghi bên trong công trình cũng như chất lượng môi trường bên ngoài, tạo được một môi trường bên trong – môi trường VKH – tốt cho con người

2

Bên cạnh đó, trong một cuộc phỏng vấn tại Bộ Xây dựng năm 2013, bà Wendy Werner - Giám đốc Chương trình tư vấn cải thiện môi trường đầu tư của

IFC khu vực Đông Á – Thái Bình Dương cũng cho biết: “Ngành Xây dựng là một

trong những ngành tiêu thụ năng lượng nhiều nhất ở Việt Nam, chiếm tới khoảng 36% tổng năng lượng tiêu thụ của cả nước Nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng sẽ giúp Chủ đầu tư các công trình giảm được chi phí vận hành, đồng thời góp phần giúp Việt Nam đạt mục tiêu giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính 8-10% trong giai đoạn 2011-2020” [59] Do đó việc nghiên cứu vận dụng KTHQNL cho việc

thiết kế các CTCC là một vấn đề thiết thực, một hướng đi đúng đắn, gợi mở tương lai sáng sủa, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới và nền kinh tế đang phát triển thực tiễn của TP.HCM…

Tại Việt Nam, KTBV đã trở nên quen thuộc bên cạnh xu hướng khác như kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái thì KTHQNL là một xu hướng tuy cũ mà mới Ở một mức độ đơn giản hơn, KTBV là nền tảng cho KTHQNL hay cũng có thể nói KTHQNL là yếu tố không thể thiếu trong KTBV Tuy nhiên, cũng giống như kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái, kiến trúc cộng đồng thì KTHQNL cũng có những đặc điểm nổi bật, sắc thái riêng nhưng tất cả đều có chung một mục đích là mang lại sự bền vững cho các công trình kiến trúc

Hiện nay, các công trình kiến trúc công cộng theo xu hướng KTHQNL được xây dựng tại Việt Nam nói chung và ở TP.HCM nói riêng đã tiếp thu được một phần những thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới về nghệ thuật kiến trúc và kỹ thuật xây dựng, trở thành các nhân tố quan trọng cấu trúc không gian đô thị, xây dựng nên bộ mặt kiến trúc cho không gian đô thị TP.HCM Đồng thời nói lên sự lớn mạnh về kinh tế và chính trị của Thành phố trong thời kỳ đổi mới

“Hình thức theo đuổi công năng” - “Form follows function” được KTS người

Mỹ Louis Sullivan giới thiệy vào năm 1896 đã làm thay đổi nền kiến trúc lúc bấy giờ, sau này đã được KTS Frank Lloyd Wright (trợ lý của KTS Sullivan) quảng bá rộng rãi hơn Từ đó hình thức này đã trở thành bài học vỡ lòng, hầu hết được giảng dạy trong các trường đào tạo ngành kiến trúc và là kim chỉ nam cho mọi KTS hành

3

nghề Nhưng để phù hợp với thực trạng thì năng lượng thực sự là một yếu tố chi phối mạnh mẽ cả hình khối lẫn công năng của một công trình kiến trúc nếu được thiết kế trên quan điểm thích ứng với điều kiện khí hậu địa phương và TKNL Cho nên nhiều KTS đã rút ra được một phương trâm mới phù hợp với thực trạng hiện nay “both form and function follow energy” (Hình thức và công năng theo đuổi sự hiệu quả năng lượng)

Với đề tài luận văn: “Kiến trúc hiệu quả năng lượng – Energy Efficient

Architecture và khả năng ứng dụng vào các công trình công cộng tại TP.HCM”, tác

giả thực hiện với mong muốn qua kết quả nghiên cứu này sẽ tìm hiểu một cách đúng đắn, chính xác mục đích và ý nghĩa của KTHQNL Ngoài ra, luận văn cũng giớ thiệu xu hướng mới về KTHQNL; đưa ra các tiêu chí đánh giá về khả năng ứng dụng của KTHQNL vào các CTCC phù hợp với các điều kiện thực trạng tại TP.HCM nói riêng và bên cạnh đó có thể mở rộng việc ứng dụng KTHQNL đối với các tỉnh thành khác trên toàn quốc

2 Tổng quan các đề tài nghiên cứu liên quan

Ngày nay, khi mà nhiều người qua tâm đến yếu tố môi trường, xu hướng xanh, KTBV ngày càng phát triển thì vấn đề HQNL trong kiến trúc xây dựng ngày càng được quan tâm và trở nên thịnh hành trên thế giới Tuy nhiên ở Việt Nam, KTHQNL là một xu hướng mới nhưng lại khá quen thuộc qua KTBV Các KTS trẻ đã và đang tự tìm tòi nghiên cứu, học tập lẫn nhau nhưng thiếu sự hỗ trợ về mặt chuyên môn cũng như kinh phí để hoàn thành được những công trình nghiên cứu tầm cỡ

Hiện nay các công trình nghiên cứu về KTHQNL trong CTCC trong nước khá khiêm tốn, hầu như chỉ ở mức giới thiệu sơ bộ, cung cấp cho người đọc những thông tin cơ bản, lý thuyết bước đầu tiếp cận, được đề cập một phần như trong:

- Kiến trúc nhà công cộng (2006), NXB Xây dựng, GS.TS.KTS

Nguyễn Đức Thiềm;

- “Kiến trúc sinh khí hậu” (2002) hay “Thiết kế nâng cao chất lượng

môi trường và hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà văn phòng ven biển Việt

4

Nam” (2016) hay “Thiết kế công trình có hiệu quả về năng lượng – Hai cách tiếp cận kiến trúc vào khí hậu Việt Nam” (2014) – PGS.TS.Phạm Đức Nguyên;

- ”Các giải pháp Kiến trúc Khí hậu Việt Nam”, NXB Khoa học Kỹ

thuật (2002) - Phạm Đức Nguyên, Nguyễn Thu Hòa, Trần Quốc Bảo;

- “Sổ tay thiết kế kiến trúc hiệu quả năng lượng” – Trường Đại học

kiến trúc Tp.HCM;

- “Giải pháp thiết kế nhà cao tầng tại thành phố Hồ Chí Minh theo

hướng đảm bảo tiện nghi vi khí hậu và sử dụng năng lượng có hiệu quả” - Giang

Các tài liệu trên mang một khối lượng khá lớn những kiến thức về CTCC, và các yếu tố có liên quan trong KTHQNL Đây là những tài liệu kiến trúc tham khảo quý báu cho việc nghiên cứu của luận văn Từ đó đẩy mạnh công tác nghiên cứu KTHQNL để mọi người có thể hiểu được bản chất của kiến trúc này và sẽ đem lại những thành quả to lớn khi được ứng dụng thực tiễn rộng rãi trong giai đoạn phát triển hiện nay

3 Mục tiêu nghiên cứu

Với những phương châm nêu trên, tác giả xác định mục tiêu chính của luận văn là:

- Giới thiệu tổng quan về KTHQNL;

- Đưa ra các giải pháp KTHQNL áp dụng cho công trình kiến trúc, từ quy hoạch đến thiết kế, từ kỹ thuật đến phi kỹ thuật, với các phạm vi ứng dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực, song hoàn toàn có thể được phối hợp, gắn kết với nhau mang tầm chiến lược có tính thực tiễn và khả năng ứng dụng đối với điều kiện tự nhiên của TP.HCM;

5

- Cập nhật và giới thiệu các giải pháp KTHQNL tiên tiến của thế giới và ứng dụng vào CTCC tại TP.HCM;

- Đưa ra các phương pháp phân tích bằng phần mềm một cách khoa học và trực quan để chứng minh cho tính hiệu quả

Tóm lại, tất cả là vì một mục tiêu chung là nâng cao hiệu quả năng lượng đạt mức tối ưu nhất, hiệu quả nhất trong các công trình kiến trúc nói chung và CTCC nói riêng Từ cơ sở đó để xem xét phạm vi và khả năng ứng dụng thực tiễn của KTHQNL ở TP.HCM nói riêng và cả nước nói chung

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng của luận văn:

- Vấn đề lý luận: Các vấn đề về tư duy và lý luận với đối tượng chính là xu hướng KTHQNL trên thế giới, tìm hiểu lịch sử hình thành, những nguyên tắc cơ bản, những giá trị của KTHQNL mang lại, các công trình và các KTS tiêu biểu của xu hướng này trên thế giới

- Vấn đề thực tiễn: CTCC tại TP.HCM và các nghiên cứu bối cảnh xã hội, văn hóa, kỹ thuật, công nghệ, đưa ra nhiều giải pháp KTHQNL có thể ứng dụng một cách, phù hợp, tối ưu nhất tại TP.HCM và xa hơn là các tỉnh thành khác trên cả nước

Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

- Giới hạn vấn đề nghiên cứu: Luận văn chỉ giới thiệu, phân tích những yếu tố cơ bản về KTHQNL Đồng thời vận dụng những kiến thức và hiểu biết đã thu thập được để phân tích phạm vi ứng dụng vào TP.HCM

- Giới hạn về không gian nghiên cứu: CTCC ở Quận 1, TP.HCM

- Giới hạn về thời gian nghiên cứu: Với các tiến bộ khoa học kỹ thuật của thế giới, mọi thứ đang thay đổi từng ngày, TP.HCM cũng đang vươn mình đi lên với việc đẩy nhanh tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa, hiện đại hóa, tập trung tổ chức không gian đô thị hiện đại theo định hướng chung của quốc gia với mốc thời gian năm 2020 và xa hơn nữa TP.HCM sẽ trở thành siêu đô thị vào 2030 với việc nước ta đang được vào danh sách các nước đang phát triển và có xu hướng đô thị

6

hóa nhanh nhất Đông Nam Á Vì vậy, luận văn nghiên cứu cũng thực hiện trên cơ sở đề xuất các quan điểm, giải pháp tổ chức không gian đối với CTCC đến thời điểm 2020 và tầm nhìn xa hơn trong tương lai

5 Phương pháp nghiên cứu

Tác giả sử dụng các phương pháp khác nhau để tiến hành nghiên cứu này đạt hiệu quả nhất:

- Phương pháp, thu thập và xử lý thông tin: có hai nguồn dữ liệu để thu thập, dữ liệu sơ cấp và dữ liệu thứ cấp

+ Dữ liệu sơ cấp xoay quanh các kiến thức về KTHQNL và biểu hiện của nó

+ Các dữ liệu thứ cấp được sử dụng dưới hình thức tìm hiểu những nghiên cứu tiền lệ Những nghiên cứu đã tiến hành trong sách và tạp chí cũng như trên mạng Internet, trong các giấy tờ, bài báo xuất bản Nghiên cứu tiền lệ rất quan trọng vì cho phép tác giả nắm bắt thông tin và kiến thức nhanh chóng, để có cái nhìn tổng quan và khách quan về vấn đề mình đang tìm hiểu như: lịch sử hình thành cũng như quá trình phát triển của KTHQNL ở trong nước và ngoài nước,…

- Phương pháp hệ thống hóa, phân tích tổng hợp để thu thập và xử lý thông tin, đồng thời sử dụng phương pháp so sánh để thấy được tính chất của của vấn đề nghiên cứu là KTHQNL cũng như sự khác nhau của nó đối với một vài xu hướng kiến trúc khác đã từng xuất hiện trên thế giới và Việt Nam

- Phương pháp điền giả: đi thực địa nghiên cứu các công trình

- Phần kết quả và đề xuất cho vấn đề nghiên cứu, chủ yếu sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp, phương pháp điều tra khảo sát để thấy được bối cảnh tự nhiên, văn hóa, xã hội cũng như công nghệ tại Việt Nam từ đó đưa ra kết luận và đề xuất thích hợp với thực trạng hiện nay tại TP.HCM.

7

PHẦN 2: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀ CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI TP.HCM

1.1 TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG 1.1.1 Khái niệm

KTHQNL xét một cách tổng quát và rộng hơn chính là một yếu tố không thể thiếu trong KTBV Cũng giống như các xu hướng hiện nay như kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái… KTHQNL được hình thành từ KTBV - là nền tảng chính với yêu cầu bền vững về mặt sinh thái và thân thiện với môi trường Bên cạnh đó, có thể hiểu một cách đầy đủ hơn, KTBV là kiến trúc sử dụng các phương pháp tiếp cận khôn khéo để bảo tồn năng lượng và hệ sinh thái trong việc thiết kế môi trường xây dựng, đem đến sự cân bằng giữa con người với môi trường tự nhiên Công trình bền vững phải hòa hợp với cảnh quan tự nhiên và ngược lại, thiên nhiên cũng sẽ làm đẹp thêm cho công trình

HQNL, hay còn gọi là sử dụng năng lượng có hiệu quả, tiết kiệm được đặt ra như một mục tiêu cần phấn đấu đạt được, là việc giảm lượng năng lượng cần thiết để sản xuất một sản phẩm hoặc cung ứng một dịch vụ nào đó mà sản phẩm cũng như dịch vụ này vẫn đạt tiêu chuẩn chất lượng sử dụng tương đương Việc cải thiện HQNL có thể đạt được bằng cách áp dụng một công nghệ mới, hoặc cải tiến một quy trình sản xuất, hoặc sử dụng các phương pháp được chấp nhận rộng rãi để giảm sự tổn thất năng lượng [32] Lĩnh vực áp dụng “HQNL” trong thực tế rất rộng, mà xây dựng là một trong số đó

Kiến trúc Hiệu quả năng lượng – Energy Efficient Architecture được hiểu một

cách ngắn gọn mà đầy đủ ý nghĩa là “quá trình tạo lập các không gian chức năng

và vận hành các không gian chức năng đó có áp dụng đồng bộ các giải pháp giảm tiêu thụ năng lượng, từ năng lượng biểu hiện (tức là năng lượng cần thiết cho các hoạt động khai thác và chế biến vật liệu xây dựng, sản xuất cấu kiện xây dựng, vận chuyển và lắp dựng các cấu kiện đó vào vị trí được chỉ định trên công trường) đến năng lượng vận hành (có nghĩa là năng lượng tiêu thụ cho các hoạt động của công

8

trình khi công trình đó được đưa vào sử dụng, chẳng hạn như chiếu sáng, sưởi ấm, làm mát, chạy các thiết bị và dụng cụ phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất) kéo dài suốt vòng đời của công trình” [37]

Ta có thể hiểu một cách đơn giản nhất, KTHQNL là kiến trúc nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường của các tòa nhà bằng hiệu quả (Chiếu sáng, thông gió tự nhiên, khả năng cách nhiệt và tái tạo năng lượng) và sự kiểm soát trong việc sử dụng vật liệu, năng lượng, không gian phát triển và VKH nói chung KTHQNL sử dụng một cách tiếp cận có ý thức đối với bảo tồn sinh thái và tiết kiệm, HQNL trong việc thiết kế môi trường xây dựng

1.1.2 Bối cảnh và sự hình thành

Những năm gần đây, thế giới đang đối mặt với sự khủng hoảng năng lượng Các nguồn nhiên liệu truyền thống như than, dầu, khí đốt,… đang dần cạn kiệt Việc khai thác, sử dụng các nguồn năng lượng không hợp lý đã và đang gây ra những tác hại to lớn về môi trường sinh thái Bên cạnh đó, quá trình đô thị hóa đang diễn ra mạnh mẽ, khoa học công nghệ phát triển kéo theo nhiều hệ lụy nghiêm trọng:

- Dân số thế giới gia tăng nhanh và các đô thị ngày càng trở nên đông đúc, khiến tổng năng lượng sử dụng cũng tăng theo;

- Con người ngày càng sử dụng nhiều thiết bị tiêu thụ năng lượng thay thế cho các cách thức bằng thủ công như trước kia, khiến tổng năng lượng tiêu thụ theo thời gian gia tăng nhanh hơn tốc độ phát triển dân số cùng kỳ;

- Biến đổi khí hậu ngày càng tác động sâu sắc, hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra thường xuyên hơn, kéo dài hơn và khắc nghiệt hơn (nắng nóng trên 40oC hoặc trời lạnh dưới -20oC), khiến nhu cầu làm mát và sưởi ấm tăng đột biến;

- Giá điện được sản xuất theo phương pháp nhiệt điện đang leo thang khi chi phí khai thác than đá và dầu mỏ tăng cao Các vỉa than và túi dầu ở tầng trên và tầng giữa lớp vỏ Trái Đất nhiều nơi đã cạn kiệt;

- Theo một thống kê ở châu Âu, hơn 50% chất thải sinh hoạt và 50% các chất gây ô nhiễm đến từ các hoạt động xây dựng, 40% năng lượng tiêu

9

thụ có liên quan đến ngành xây dựng ngành công nghiệp xây dựng sử dụng các vật liệu hoặc phương pháp gây hại đến môi trường xung quanh

- Khi cuộc sống trở nên hiện đại hơn, con người có xu hướng ỷ lại vào công nghệ, quá phụ thuộc vào thiết bị mà bỏ qua hoặc coi nhẹ yếu tố tự nhiên có lợi Hậu quả là biến đổi khí hậu càng mạnh mẽ, sự khắc nghiệt của thời tiết càng gia tăng và con người gần như bị kẹt trong một vòng luẩn quẩn xem chừng khó tháo gỡ

Trước những khó khăn đó, đối với ngành kiến trúc nói riêng, thách thức lớn nhất là tìm lại sự cân bằng cho môi trường thiên nhiên, sử dụng một cách tối đa HQNL Từ đó, xu hướng KTHQNL được hình thành và phát triển với định hướng

đem lại sự bền vững cho kiến trúc Và theo bài báo “Energy Efficient Architecture

and Building Systems to Address Global Warming” (tháng 7/2018) của tạp chí “Leadership and Management in Engineering” thì KTHQNL được hình thành vào

tháng 2 năm 2007 [60]

1.1.3 Mục tiêu, ý nghĩa và vai trò của KTHQNL trong việc định hướng kiến trúc

1.1.3.1 Mục tiêu của KTHQNL

Mọi xu hướng kiến trúc được hình thành đều để phục vụ con người Cũng như KTBV, KTHQNL mang trên mình mục tiêu là giảm thiểu tác động của kiến trúc và xây dựng đến môi trường xung quanh nhằm đạt tới một giá trị bền vững cho hệ sinh thái VKH và môi trường sống của con người trong hiện tại và tương lai, sử dụng một cách phù hợp và hiệu quả tối đa năng lượng bằng cách vận dụng các giải pháp về kiến trúc, quy hoạch tổng thể, hình khối, thông gió, chiếu sáng, bao che… bên cạnh áp dụng kỹ thuật xây dựng, vật liệu mới, khoa học công nghệ,

Mặt khác, việc sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả trong các công trình kiến trúc không chỉ giúp tránh lãng phí năng lượng mà còn tiết kiệm một khoản đầu tư vào sản xuất năng lượng, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng hóa thạch, giảm khí thải vào môi trường,… góp phần bảo vệ môi trường hướng tới việc phát triển một cách bền vững

1.1.3.2 Ý nghĩa của KTHQNL

10

Sự hình thành của xu hướng KTBV ở mức độ đơn giản hơn là KTHQNL có vai trò rất quan trọng và cần thiết đối với nền kiến trúc thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Để thấy được tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong kiến trúc, nước ta cũng đã thực hiện ban hành Quy chuẩn xây

dựng Việt Nam số QCVN 09:2013/BXD về “Các công trình xây dựng sử dụng

năng lượng có hiệu quả” [74] Đây là bước đầu trong việc bắt kịp xu hướng trên thế

giới, cũng là nền tảng cho sự phát triển KTHQNL ở nước ta nói chung và TP.HCM nói riêng Ngoài ra, KTHQNL còn mang nhiều ý nghĩa như:

- Giúp công trình tiêu thụ ít năng lượng hơn so với công trình bình thường cùng loại Nhiều công trình có thể tiến đến mức zero năng lượng (tổng năng lượng tiêu thụ trong 1 năm cân bằng với tổng năng lượng năng lượng sản sinh trong

cùng thời gian) hoặc thặng dư năng lượng Hiện nay, nhiều công trình zero năng

lượng đã được xây dựng chứ không chỉ là những mô hình lý thuyết

- Công trình giảm tiêu thụ năng lượng thì mức độ phát ra khí thải carbon và các tác động môi trường bất lợi cũng được giảm thiểu Nguồn năng lượng được tái sinh tuần hoàn phục vụ cho chính nhu cầu của công trình Qua đó, công trình TKNL đóng góp tích cực vào xu hướng phát triển bền vững

- TKNL là tiết kiệm nhiên liệu, vật tư, là bảo vệ quốc gia Không những vậy còn giảm chi phí đầu tư, quản lý, vận hành và mang lại lợi ích tài chính to lớn lâu dài cho chủ đầu tư công trình

- KTHQNL đa số thường có khả năng thích ứng tốt hơn với các thay đổi thời tiết, với biến đổi khí hậu và thiên tai

- KTHQNL còn có thể biến các nguồn năng lượng thiên nhiên thành năng lượng sạch, tự phục vụ cho bản thân công trình nhờ áp dụng công nghệ khoa học xây dựng tiến bộ

1.1.3.3 Vai trò của KTHQNL trong việc định hướng kiến trúc

Vấn đề về năng lượng và biến đổi khí hậu toàn cầu đã và đang trở thành mối quan tâm lớn của toàn thế giới nói chung và nước ta nói riêng Từ các quốc gia tiên tiến hàng đầu thế giới, đến các quốc gia có nền kinh tế khoa học kỹ thuật phát triển,

11

đến các quốc gia đang phát triển và chậm phát triển, dù ở mức độ, giai đoạn phát triển nào đi nữa cũng đều đã và đang phải hoạch định các kế hoạch chiến lược quốc gia của mình để sử dụng tiết kiệm HQNL Bên cạnh đó, các quốc gia cũng đẩy mạnh việc tìm kiếm, phát triển các nguồn năng lượng sạch, mới để thay thế năng lượng cũ đang sử dụng hiện nay

Chính phủ Việt Nam cũng đề cập đến “tiết kiệm năng lượng” ở Điều 6 trong Định hướng Quy hoạch Tổng thể Phát triển Hệ thống Đô thị Việt Nam đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2050 – bản phê duyệt điều chỉnh và coi đó là một trong số những nội dung quan trọng và cấp bách cần triển khai thực hiện [25] Đặc biệt, tại các thành phố lớn như Hà Nội, TP HCM, Đà Nẵng… các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại, siêu thị được xây dựng mới ngày càng nhiều Vì vậy, việc cấp bách hiện nay phải thực hiện là giảm bớt lượng năng lượng tiêu thụ trong CTCC nói riêng và các công trình kiến trúc khác đang rất được mọi người quan tâm Việc hiệu quả, TKNL là một tiềm năng rẩt lớn trong mọi lĩnh vực, nhất là trong lĩnh vực xây dựng (Biểu đồ 1.1)

Ông Xavier Pinchart, Tổng giám đốc khu vực Đông Nam Á, Bodens Engineering chia sẻ về việc ứng dụng KTHQNL vào các công trình kiến trúc xây

dựng: “Công ty Bodens Engineering từng thiết kế những tòa nhà không cần phải sử

dụng năng lượng làm mát hay sưởi ấm công trình thông qua các giải pháp năng lượng địa nhiệt Như ở châu Âu, một dự án văn phòng hạng A trên 10 nghìn m2 với mức năng lượng tiêu thụ của tòa nhà gần bằng 0 và dự án xây dựng dùng nước biển làm mát mà không phải sử dụng đến bất kỳ điều hòa không khí nào” [38]

Năm 1987, trong tuyên bố “tư tưởng chung của chúng ta” của Ủy ban môi trường và phát triển thế giới (WCED), lần đầu tiên khái niệm phát triển bền vững đã

được định nghĩa một cách hết sức khoa học: “Phát triển bền vững là sự phát triển

đáp ứng được nhu cầu của hiện tại mà không ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng nhu cầu của thế hệ tương lai” - đây là định nghĩa được Cộng đồng quốc tế công nhận

(Brundland Commission 1987) Ngoài ra, NXB Công viên Quốc gia Mỹ đã đề xuất “Quy định chi tiết thiết kế KTBV” với nội dung liên quan như sau:

12

- Coi trọng sự hiểu biết có tính địa phương, tính khu vực đối với địa điểm thiết kế, tiếp tục ngọn nguồn văn hóa của địa phương nơi thiết kế

- Tăng cường nhận thức về kỹ thuật thích dụng, kết hợp yêu cầu công năng của kiến trúc, chọn dùng kỹ thuật đơn giản thích hợp HQNL, các hệ thống (chiếu sáng, điều hòa không khí, hệ thống bơm/ quạt, ) trong công trình sử dụng năng lượng hiệu quả (Biểu đồ 1.2)

- Sử dụng VLXD địa phương có thẻ tuần hoàn tái sinh, tránh VLXD có năng lượng tiềm ẩn cao, phá hoại môi trường, sản sinh phế thải, phóng xạ, tránh sử dụng lại VLXD, cấu kiện cũ [4]

- Tùy vào điều kiện khí hậu ở địa phương, chọn sách lược năng lượng kiểu bị động, ứng dụng năng lượng tái sinh

- Giảm thiểu sự tổn hại môi trường trong quá trình xây dựng, tránh phá hoại môi trường, lãng phí năng lượng và VLXD

Trong những năm qua, Đảng và Chính phủ đã có chủ trương và triển khai nhiều chính sách nhằm thực hiện sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, giảm ô nhiễm môi trường và giảm chi phí sản xuất Điển hình là năm 2006, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Chương trình Mục tiêu Quốc gia về Sử dụng Năng lượng Tiết kiệm và Hiệu quả (VNEEP) giai đoạn 2006-2015 tại Quyết định số

1427/QĐ-TTg ngày 2 tháng 10 năm 2012 [96]; Và, năm 2010, Quốc hội thông qua “Luật sử

dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả”, Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu

quả có hiệu lực từ năm 2011 [97]

Chương trình Mục tiêu Quốc gia về Sử dụng Năng lượng Tiết kiệm Hiệu quả đã xác định rõ mục tiêu đề ra giải pháp cụ thể để triển khai thực hiện các mục tiêu

Các mục tiêu cụ thể của Chương trình bao gồm: “Đạt mức tiết kiệm 3 - 5% tổng

mức tiêu thụ năng lượng quốc gia trong giai đoạn 1 (2006 - 2010) và 5 - 8% trong giai đoạn 2 (2011 – 2015) so với nhu cầu năng lượng theo quy hoạch phát triển điện lực giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến năm 2030”; “Sử dụng rộng rãi các thiết bị hiệu suất cao, thay thế dần các trang thiết bị có hiệu suất thấp, tiến tới loại bỏ các trang thiết bị có công nghệ lạc hậu Áp dụng tiêu chuẩn và định mức kỹ thuật

13

tiên tiến nhằm cải thiện hiệu suất năng lượng trong hoạt động xây dựng, sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp, đạt mức ít nhất 10% cường độ năng lượng của các ngành sử dụng nhiều năng lượng: Xi măng, ngành thép, ngành dệt may”.[5]

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09:2017/BXD "Các công trình xây dựng

sử dụng năng lượng hiệu quả", được Bộ Xây dựng và Tổ chức Tài chính Quốc tế

(IFC-WB) giới thiệu ngày 28/12/2017 thay thế quy chuẩn xây dựng Việt Nam số QCXDVN 09:2005/BXD ngày 17/11/2005 và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 09:2013/BXD ngày 23/10/2013 của Bộ trưởng Bộ Xây dựng [39]

1.1.4 Sự cộng hưởng KTHQNL với các xu huóng kiến trúc khác trong kiến trúc bền vững

Một trong những vấn đề lớn của nước ta trong Thế kỷ 21 là đô thị hoá, làm

cho mật độ dân cư tập trung tăng lên, tài nguyên, năng lượng tiêu thụ nhiều hơn, cung cấp nhiều hơn và chất thải cũng tăng lên, sưc ép môi trường (không khí, đất, nước) quá mức Ðô thị hoá thu hẹp đất cây xanh, đuổi xa các loài sinh vật Môi trường tự nhiên bị pha vỡ, làm nóng môi trường đô thị, tăng sử dụng năng lượng, ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ người dân Ði cùng với sự phát triển của xã hội, thế kỷ qua đã lần lượt xuất hiện các xu hướng kiến trúc lớn sau đây:

- Kiến trúc khí hậu, Kiến trúc sinh khí hậu (Climatic Architecture,

Bioclimatic Architecture) nhấn mạnh sự thích ứng kiến trúc với khí hậu bản địa, tạo

môi trường khí hậu trong nhà, nơi ở tiện nghi cho con người

- Kiến trúc môi trường (Environmental Architecture), đòi hỏi công trình

kiến trúc phải giảm áp lực lên môi trường, giảm và xử lý chất thải, bảo tồn tài nguyên thiên nhiên

- Kiến trúc sinh thái (Ecological Architecture), đòi hỏi kiến trúc phải

không gây hay giảm tối thiểu ảnh hưởng tới hệ sinh thái, bảo đảm đa dạng sinh học

- Kiến trúc hiệu quả năng lượng (Energy - Efficient Architecture) đòi

hỏi công trình kiến trúc phải sử dụng tối đa năng lượng thiên nhiên, giảm tối đa năng lượng hóa thạch bằng các chiến lược/ giải pháp kiến trúc (kiến trúc thụ động) hoặc công nghệ (kiến trúc chủ động)

14

- Kiến trúc thích ứng/ mềm dẻo (Adaptable Architecture) Công nghệ

đang tiến nhanh đến mức không thể dự báo chính xác được Vì vậy công trình kiến trúc phải làm sao không cần phá dỡ, chỉ cần cải tạo (càng ít càng tốt) là đáp ứng được

Chính vì vậy Kiến trúc Thế kỷ 21 theo đuổi là KTBV (Sustainable

Architecture) là điều đúng đắn và cần thiết, phù hợp với giai đoạn hiện nay và

tương lai KTBV bao trùm các xu hướng kiến trúc nêu trên (Hình 1.1) "Kiến trúc

bền vững” chính là kiến trúc đáp ứng được sự “Phát triển bền vững/ Sustainable Development” của nhân loại và là cách ứng xử có văn hóa của những người thiết kế

đối với sự biến đổi khí hậu Trái đất

Kiến trúc khí hậu - thích ứng với khí hậu - được đặt ở giữa, như là cái nhân của KTBV, bởi lẽ khi kiến trúc thích ứng với khí hậu, thiên nhiên thì sẽ giảm bớt

tiêu thụ năng lượng nhân tạo trong xây dựng và vận hành (KTHQNL), thân thiện với môi trường (KT môi trường), tạo thuận lợi cho phát triển các hệ sinh thái (KT sinh

thái), tiên nghi và sức khoẻ cho con người (KT sinh khí hậu)

1.1.5 Các công trình kiến trúc tiêu biểu

Nhiều công trình kiến trúc trên thế giới đã và đang đặt vấn đề TKNL trở thành một trong những tiêu chí quan trọng trong thiết kế và xây dựng Những công trình kiến trúc tiêu biểu như: Khu ở Vauban (Đức) (Hình 1.2), Hội trường Noail City (Tây Ban Nha) (Hình 1.3), Tòa nhà Diamond (Malaysia) (Hình 1.4), Quán cà phê Gió và nước, Việt Nam (Hình 1.5) thu được nhiều hiệu quả thiết thực về TKNL

Khu ở Vauban tại thành phố Freiburg, CHLB Đức: Đức là quốc gia luôn dẫn

đầu thế giới về công nghệ TKNL ứng dụng trong xây dựng Vauban với 5.700 cư dân thuộc thành phố Freiburg – tiểu bang Baden Württemberg là khu ở đầu tiên tại CHLB Đức có toàn bộ nhà ở và CTCC trong khu vực được thiết kế xây mới hoặc cải tạo đạt tiêu chuẩn nhà ở thụ động (passive house) hoặc nhà ở có mức năng lượng tiêu thụ siêu thấp (ultra low-energy house), đặc biệt có 60 căn nhà trong giai đoạn phát triển sau thừa hưởng thành tựu khoa học kỹ thuật mới nhất trong lĩnh vực công nghệ năng lượng được thẩm định và công nhận là phụ trội năng lượng (plus-energy

15

house), tức là loại hình nhà ở tiên tiến về năng lượng hiện nay Thêm 40 căn nhà thể loại này sẽ tiếp tục được triển khai xây dựng trên phần đất dự trữ còn lại Đồng thời Vauban Freiburg được xem là Sdự án mẫu mực trên thế giới về khai thác và sử dụng năng lượng tái tạo vì mục đích dân sinh, khi 100% năng lượng được cung cấp từ các tấm pin năng lượng mặt trời lắp đặt trên các mái nhà Đây còn là một ví dụ hiếm hoi về khu ở không xe hơi trên thế giới [40]

Tòa nhà Diamond, Trụ sở Ủy ban Năng lượng Malaysia: thiết kế có hình dáng

của một viên kim cương với 7 tầng, 4 mặt là kính Tòa nhà tận dụng tốt nguồn ASTN và chỉ tiêu thụ mức năng lượng bằng 1/3 các tòa nhà thông thường khác Tòa nhà được thiết kế với nguyên tắc bền vững và TKNL Thiết bị trong tòa nhà đều được làm từ những vật liệu bền vững và TKNL như lắp đặt kính TKNL, sử dụng hệ thống máy tính TKNL, hệ thống thu nước mưa, giúp tiết kiệm khoảng 70 - 80% lượng nước sử dụng và lắp đặt hệ thống pin quang điện trên mái, giúp sản xuất được 10% năng lượng sử dụng Tòa nhà đã được nhận giải thưởng Năng lượng ASEAN và giải thưởng Tòa nhà xanh – Chứng nhận Bạch kim của Singapore [98]

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH CÔNG CỘNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

1.2.1 Khái niệm và phân loại công trình công cộng 1.2.1.1 Khái niệm

a Kiến trúc công cộng (KTCC) (Hình 1.6)

Khái niệm về kiến trúc công cộng là một khái niệm tuy cũ mà mới Vì vậy, ở mỗi góc nhìn khác nhau sẽ có một khái niệm khác về thể loại này Trước tiên, về việc định nghĩa “kiến trúc công cộng” là gì? Thuật ngữ này hiểu theo nghĩa một cách bao quát: KTCC bao gồm mọi hoạt động về kiến trúc - quy hoạch, gồm một hoặc tổ hợp công trình kiến trúc phục vụ nhu cầu sinh hoạt, giao tiếp xã hội mang tính tập thể, cộng đồng (theo định nghĩa của Wikipedia: một cộng đồng là một thể thống nhất các đối tượng sống trong cùng một môi trường) [41]

Nói một cách tổng quát, Kiến trúc công cộng là một công trình dùng để phục vụ thường xuyên hay định kì cho các sinh hoạt văn hoá, tinh thần và các hoạt động

16

trong xã hội [28] Không gian công cộng cần phải thu hút được các tầng lớp xã hội,

giai cấp, tôn giáo, nếu có sự phân biệt nào ở khu vực này thì công trình đó được xem là không thành công Sự tiện nghi, hiện đại chính là những gì mà CTCC phải có để đảm bảo tiêu chí phục vụ cho mọi người Trong một không gian công cộng cần phải có nhà vệ sinh, chỗ ngồi, thùng rác… Những yếu tố này sẽ giúp nâng cao ý thức và góp phần mang lại sự tiện nghi cho mọi người

b Công trình công cộng (CTCC)

Theo GS.TS.KTS Nguyễn Đức Thiềm, “nhà công cộng là loại nhà dân dụng

được thiết kế xây dựng nhằm phục vụ các hoạt động chuyên môn nghề nghiệp, hay để thỏa mãn các nhu cầu sinh hoạt văn hóa, tinh thần cũng như vui chơi giải trí của con người Đó là các loại nhà trẻ, trường học, cửa hàng, trung tâm công cộng, các văn phòng, cơ quan hành chính, bệnh viện, nhà ga,…” [21]

Ngoài ra, theo một khái niệm khác thì CTCC là bộ phận quan trọng chiếm phần lớn cơ sở hạ tầng xã hội của một vùng lãnh thổ có người cư trú, đặc biệt ở các thành phố lớn CTCC gồm tổng thể các công trình xây dựng, các hệ thống dịch vụ phục vụ các nhu cầu của đời sống dân cư ở các điểm quần cư đô thị và nông thôn như hệ thống giao thông, cấp điện, cấp nước sinh hoạt, các công trình dịch vụ, văn hoá, y tế, giáo dục, công viên, hệ thống khách sạn, nhà nghỉ, khu du lịch, các khu nhà ở tập thể, Việc bố trí các CTCC ở đô thị tuỳ thuộc vào quy mô đô thị và phân bố đồng đều trên địa bàn dân cư để việc phục vụ được thuận tiện

Các kiểu dạng nhà công cộng một mặt vốn đã đa dạng và phong phú hơn so với các dạng nhà ở và các công trĩnh công nghiệp về mặt công năng; mặt khác do những tiến bộ về khoa học kỹ thuật, đời sống lại luôn được nâng cao về vật chất và tinh thần, cho nên xã hội luôn luôn đẻ thêm ra những dạng kiểu nhà công cộng có công năng mới hoặc làm cho các công năng sử dụng của các công trình cũ sớm bị lỗi thời, mất hiệu quả và cần phải được đổi mới hoàn toàn hoặc cải tiến thì mới có thể phát huy được tác dụng kinh tế xã hội [21]

Để việc thiết kê các CTCC ngày càng tốt hơn bảo đảm được các yêu cầu của kiến trúc, phát huy được các hiệu quả kinh tế xã hội thì các công trình này cần

17

được phân loại, sắp xếp theo từng nhóm, theo những tiêu chí nhất định, để có những chỉ dẫn nghiên cứu sáng tác phù hợp [21]

1.2.1.2 Phân loại CTCC [20]

Dựa theo đặc điểm chức năng các CTCC chia thành 12 nhóm sau (Hình 1.7): 1 - Nhóm các công trình giáo dục và đào tạo: bao gồm tất cả các nhà trẻ, trường học mẫu giáo, trường phổ thông cơ sở, trường đại học, trung tâm dạy nghề, học viện… 2 - Nhóm các cơ quan hành chính và văn phòng: bao gồm trụ sở cơ quan từ thấp đến cao, từ trung ương đến địa phương, các viện nghiên cứu các viện thiết kế, các văn phòng đại diện, các trung tâm giao dịch…

3 - Nhóm các công trình y tế: các loại phòng khám, trạm y tế, các bệnh viện từ địa phương đến trung ương, các trung tâm điều dưỡng, các loại nhà hộ sinh và phòng khám đa khoa…

4 - Nhóm các công trình giao thông: các loại bên bãi đậu xe, dợi tàu, các ga sông, ga biển, ga hàng không, ga xe lửa…

5 - Nhóm các loại cứa hàng, xí nghiệp ăn uống: các phòng trà, tiệm giải khát, tiệm cà phê, nhà ăn công cộng…

6 - Nhóm các công trình thương mại: các cửa hàng buôn bán các cửa hàng bách hóa, các trung tâm thương mại, các loại chợ và siêu thị…

7 - Nhóm các công trình văn hóa và hiểu diễn nghệ thuật: rạp chiếu bóng, nhà hát, câu lạc bộ, thư viện, bảo tàng, triển lãm…

8 - Nhóm các công trình thể thao: các loại sân bãi tập luyện, thi đấu, sân vận động, khán đài, bể bơi, trung tâm thể thao, học viện thể dục, các câu lạc bộ bơi thuyền… 9 - Nhóm các công trình dịch vụ đời sống: các loại nhà trọ, khách sạn, các cửạ hàng sửa chữa phục vụ may mặc, các cửa hàng cắt tóc, gội đầu và một số dịch vụ khác… 10 - Nhóm các công trình giao liên: các loại nhà bưu điện từ địa phương đến trung ương, các trung tâm phát thanh truyền hình, xưỏng phim, các dạng nhà ngân hàng, các trung tâm xổ sô, các nhà xuất bản…

18

11 - Nhóm các công trình thị chính: bao gồm các kiến trúc nhỏ trong công viên, các trạm xăng, trạm cứu hỏa các nhà máy nước, các trung tâm xử lý chất thải, các gara, các bến đỗ xe con xe lớn trong thành phố, các khu vệ sinh…

12 - Nhóm các cõng trình tôn giáo và kỷ niệm: các loại đình, chùa, đền miếu, các nhà tưởng niệm, lăng mộ, tượng đài…

1.2.2 Nguyên tắc thiết kế và một số giải pháp tổ hợp “không gian – mặt bằng” CTCC [23]

1.2.2.1 Nguyên tắc thiết kế CTCC Nguyên tắc lựa chọn khu đất và vị trí xây dựng:

- Diện tích khu đất xây dựng (Theo tiêu chuẩn xây dựng)

- Vị trí khu đất xây dựng (Đảm bảo về yêu cầu sử dụng: Vị trí theo quy hoạch, Giao thông, Tầm nhìn, Hạ tầng kỹ thuật; Phù hợp với nội dung sử dụng; Đảm bảo về yêu cầu thẩm mỹ: Hài hoà với cảnh quan thiên nhiên, Hài hoà với các công trình xung quanh)

Nguyên tắc thiết kế các không gian chức năng trong CTCC:

- Các thành phần tạo nên không gian kiến trúc (tường, trần, mái, cửa, vách ngăn, công trình Kiến trúc, các thành phần thiên nhiên,…)

- Các loại không gian trong CTCC (Theo tính chất sử dụng: Không gian chính, không gian phụ, không gian phụ trợ; Theo đặc điểm: Không gian trong nhà, không gian ngoài trời, không gian bán lộ thiên)

- Yêu cầu thiết kế với các không gian kiến trúc công cộng (Không gian chính: Đảm bảo yêu cầu công năng, dễ nhận biết, dễ tiếp cận, ưu tiên thiết về các mặt; Không gian phụ: Đảm bảo yêu cầu công năng, không lấn át không gian chính; Không gian phụ trợ: Đảm bảo yêu cầu công năng, không ảnh hưởng đến các không gian sử dụng)

- Tổ chức không gian chức năng trong CTCC (Khái niệm tổ chức không gian: bố cục không gian, sắp đặt không gian, trong tổng thể công trình, mục đích đảm bảo yêu cầu sử dụng, thẩm mỹ; Sơ đồ dây chuyền công năng; Phân khu chức năng trong CTCC; Liên hệ giữa các không gian chức năng, tổ chức giao thông

19

trong CTCC; Lựa chọn giải phấp kết cấu: lựa chọn lưới cột, bước cột, giải pháp; Nguyên tắc thiết kế nội ngoại thất trong CTCC; Thiết kế ánh sáng: CSTN, chiếu sáng nhân tạo; Màu sắc; Vật liệu), ngoại thất (Hình khối; Mảng,miếng; Vật liệu; Màu sắc; Ánh sáng); Trang thiết bị công trình trong CTCC: thang máy, điều hoà, an ninh, hệ thống quản lý toà nhà; Thiết kế thoát người trong CTCC; Thiết kế nghe nhìn trong phòng khán giả: thiết kế nhìn rõ trong phòng khán giả)

1.2.2.2 Một số giải pháp tổ hợp không gian - mặt bằng CTCC

Với từng loại công năng riêng biệt người thiết kế đều cần phải tìm ra được mối quan hệ trong từng nhóm hoạt động ,từ đó thiết lập nên các hồ sơ lưu tuyến Tuỳ theo tính chất và cấp độ của mối quan hệ, dưới đây là những kiểu tổ hợp:

a Phòng lớn được quây quanh bằng các không gian nhỏ (Hình 1.8 và 1.9)

Giải pháp này thường được áp dụng cho các công trình đơn năng và các công năng chính diễn ra trong không gian lớn đó, còn các không gian nhỏ chỉ là phòng bé, phụ thuộc vào phục vụ cho không gian chính đó Mối quan hệ giữa không gian chính và phụ ở đây chủ yếu là mối quan hệ mạnh, trực tiếp Ví dụ ; Phòng triển lãm công nghiệp, các công trình văn hóa, biểu diễn, nghệ thuật, trung tâm hội nghị, các chợ có mái, siêu thị, các tiền sảnh trong các nhà ga, nhà thi đấu…

b Dùng hành lang làm phương tiện liên hệ không gian (Hình 1.10)

Có thể là hành lang bên này hay hành lang giữa Các phòng ốc sẽ được tập trung quanh hai phía hoặc một phía của hành lang Các hành lang này cần nối liền với các nút giao thông và hệ thống sảnh Hệ thống chuỗi gian phòng này thường tạo nên các không gian đơn điệu cứng nhắc nhưng rành mạch và liên hệ khúc triết rõ rang tuy có lãng phí diện tích phụ (15% - 30% tổng diện tích sàn) Giải pháp này thích hợp với các công trình có nhiều phòng và từng phòng cần có yêu cầu cách li mới có thể hoạt động được Ví dụ: bệnh viện, trường học, cơ quan hành chính,…

c Kiểu đơn nguyên phân đoạn (Hình 1.11)

Được áp dụng nếu như việc hợp nhóm có thể tạo nên những khu vực có tính chất lặp lại nhiều lần hoặc những khu vực hoạt động mang tính điển hình nhưng cần có sự độc lập tương đối Toàn ngôi nhà là sự tập hợp của nhiều đợn nguyên và mỗi đơn

20

nguyên sẽ gồm một số phòng điển hình với mối liên hệ hoạt động trực tiếp có sự cách li tương đối, tạo khả năng tổ hợp đa dạng để thích ứng với nhiều điều kiện quy hoạch Có hai dạng tổ hợp thường gặp là tập hợp theo tuyến hoặc kiểu chum

1.2.3 Một số đặc điểm tiêu biểu của CTCC [22]

1.2.3.1 Tính dây truyền rất rõ, nghiêm ngặt tạo sự phong phú đa dạng của loại hình

Mỗi CTCC thường chỉ là sự đáp ứng một tính dây chuyền rất đặc thù, đặc trưng riêng của nhà công cộng, vì thế phải nghiên cứu từ sự tìm hiểu nắm vững công năng (lập nên những sơ đồ dây chuyển công năng), từ đó lập nên sơ đồ tổ hợp không gian - mặt bằng - hình khối đáp ứng đặc thù của công năng đó vói ngôn ngữ, diện mạo riêng phù hợp, tạo tính đa dạng cho hệ thống công trình

1.2.3.2 Tính “tầng bậc – hệ thống” của nhà công cộng

Nhà công cộng không chỉ được tập hợp phân loại theo từng tính chất dựa theo chức năng mà thường trong một nhóm loại hình còn được phân loại theo hệ thông tầng bậc, nghĩa là các CTCC trực thuộc một ngành dọc quản lý (như của Bộ giao thông, Bộ đại học, Bộ y tế…), còn được phân cấp thành những cấp độ từ thấp đến cao Ví dụ: Cấp cơ sở: nhà trẻ, trường tiểu học, bưu điện…; Cấp quốc gia: Nhà quốc hội, ga hàng không, ga xe lửa, trụ sở hành chính các bộ Cấp độ nhà công cộng thể hiện ở tầm ảnh hưởng, bán kính phục vụ, ở tần suất xuất hiện các nhu cầu đời sống

1.2.3.3 Tính quảng dại quần chúng

Nhà công cộng dùng để phục vụ chủ yêu đông đảo và quảng đại quần chúng, vì vậy khi thiết kế nó cần quan tâm sao cho địa điểm phải thuận tiện cho việc lui tới và tìm kiếm của quần chúng Vì vậy tính quần chúng còn đòi hỏi phải đặc biệt lưu ý đến vấn đề nhìn rõ, nghe rõ và tốt cho không gian phòng khán giả, phải chú ý ctếp việc thiết kế nền dốc, đến cách âm chông ồn và trang bị kỹ thuật âm thanh để bảo đảm chất lượng nghe tốt cho khán giả đông đảo

1.2.3.4 Yêu cầu nghệ thuật kiến trúc cao

So với các loại công trình khác thì CTCC có yêu cầu rất cao về mặt hình tượng nghệ thuật Vì thế thiết kế CTCC về mặt hình khối bên ngoài, hình tượng nghệ thuật

21

kiến trúc phải được đặc biệt xử lý vấn đề chất lượng nghệ thuật kiến trúc cao đe kiên trúc vừa tiên tiến hiện đại vừa đậm đà bản sắc dân tộc Thường CTCC được bố trí đầy hấp dẫn, vừa phong phú chi tiết, vừa tạo được ấn tượng thẩm mỹ đẹp, độc đáo thông qua các mảng chất liệu, các mảng màu sắc và các hiệu quả vể ánh sáng

1.2.3.5 Hệ thống không gian – kết cáu phong phú da dạng

Nhà công cộng thường là một hệ thông chuỗi không gian phong phú phức hợp, đan xen cùng thống nhất trong một hệ kêt cấu Hệ kết cấu thường lại là các dạng khung chịu lực kết hợp vối các dạng mái có khẩu độ lớn Khung chịu lực trong nhà công cộng thường có những lưới cột mang khẩu độ lớn từ 6 đến 9m Các không gian lớn của nhà công cộng để bảo đảm yêu cầu nhìn rõ thường không bao giò có cột chống trung gian ở giữa phòng Các ban công khán giả cũng vậy, được cấu tạo theo kiểu dầm côngxôn có thể vươn ra từ 4 đến 6m mà không cần cột chống gây được ấn tượng lạ lùng, mới mẻ đầy sức truvền cảm cấu trúc

1.2.3.6 Tính sớm lỗi thời

Công năng CTCC thường thay đổi rất nhanh cùng với thời gian do các ảnh hưởng tác động trực tiêp của khoa học kỹ thuật tiến bộ (làm cho công năng sớm lỗi thời), vì vậy khi thiết kế nó người ta có xu thế thiết kế kiểu vạn năng (với các không gian kiến trúc linh hoạt, mềm dẻo, dễ thay đổi), hay thiết kế liên hợp đa năng (tổ hợp nhiều công năng trong cùng một ngôi nhà) để công trình đó không sớm bị lỗi thời và tiết kiệm thời gian trong khai thác sử dụng

1.2.4 Các xu hướng kiến trúc cho CTCC hiện nay

Ngày càng có nhiều KTS, kĩ sư và các nhà xây dựng đang đáp ứng với sự thay đổi nhận thức về tính bền vững, hiêu quả năng lượng, xanh hóa trong CTCC, rằng tất cả đều có kết nối với nhau Dưới đây là một số xu hướng kiến trúc cho CTCC hiện nay và hướng tới tương lai:

Tăng không gian xanh nhưng không tăng diện tích đất sử dụng: Trong không gian đô thị chật hẹp, việc tăng diện tích không gian xanh dường như là điều không thể Tuy nhiên, việc tạo ra thảm cây xanh trên mái (sân thượng) các tòa nhà lại là giải pháp giải quyết tất cả các vấn đề trên Trồng cây trên sân thượng giúp tiết kiệm

22

đến 15% năng lượng tiêu thụ cho việc làm mát Mặt khác, các thảm thực vật được tạo ra trên mái của các tòa nhà cũng được chứng minh là có thể làm tăng tuổi thọ của mái nhà do nó làm giảm tác động của môi trường đến phần mái Ví dụ: Chung cư Interlace, Singapore (Hình 1.12 và 1.13)

Tiết kiệm năng lượng: Sử dụng ánh sáng từ đèn LED có rất nhiều lợi ích: giảm

chi phí bảo trì, tuổi thọ sử dụng kéo dài và tiết kiệm đến 50% năng lượng tiêu thụ Bên cạnh đó, sử dụng địa nhiệt cũng được nhiều đất nước sử dụng

Hạn chế sử dụng năng lượng không tái tạo được và tăng cường sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo: Như năng lượng mặt trời, gió, nước Các tấm pin mặt

trời (hoặc quang điện) được lắp trên mái nhà, những cánh quạt gió khổng lồ được sử dụng ở những không gian phù hợp và các hệ thống mái nhà dốc để tích trữ nước mưa làm quay tua bin điện chính là cách để tạo ra nguồn năng lượng tái tạo [42]

Bảo tồn và phục hồi nguồn nước: Khủng hoảng nguồn nước trên quy mô toàn

cầu hiện đang được nâng cao, do đó việc sử dụng công nghệ tiết kiệm nước trong xây dựng được quan tâm Bên cạnh các thiết bị lưu lượng sử dụng thấp và các biện pháp bảo tồn thông thường, hiện nay nhiều KTS và kĩ sư đang hướng tới việc thu – xử lý – tái sử dụng ngay tại chỗ Điển hình như công trình tại New York và Tòa nhà C.K Choi tại Đại học British Columbia (Hình 1.14) đã sử dụng kết hợp nhiều công nghệ như: vệ sinh tự hoại, hệ thống nước xám, bể chứa nước mưa, vườn mưa và vùng ngập nước để duy trì việc sử dụng nước có trách nhiệm [42]

Vật liệu sáng tạo: Hiện không còn bị giới hạn bởi các vật liệu thông thường

được đặt hàng từ các xưởng sản xuất hay nhà máy KTS ngày càng có nhiều sự lựa chọn, từ vật liệu tự nhiên như rơm, vật liệu tái chế hay các container (Hình 1.15) vận chuyển cũ cho tới các vật liệu tiên tiến sử dụng công nghệ chuyển pha Bất cứ là gì, miễn là vật liệu đó thỏa mãn tiêu chí thẩm mỹ và hiệu quả sử dụng

Mái xanh: Nhìn ngắm nội thành Mỹ từ trên không, bạn sẽ nhận thấy điều mà

bạn khó có thể thấy cách đây 10 năm: những mảng màu xanh lá cây mọc lên không chỉ xung quanh, xen kẽ mà còn lên cả trên mái những tòa nhà Mái xanh – mái công trình được phủ bởi lớp đất mỏng và thực vật – một xu hướng đang phát triển mạnh

23

mẽ trong xây dựng bền vững Điều này hoàn toàn dễ hiểu khi nó giảm chi phí cho việc sưởi ấm, làm mát, lọc nước mưa, giảm tốc độ dòng chảy, cải thiện chất lượng không khí và đồng thời kéo dài tuổi thọ cho kết cấu mái Ngoài ra, mái xanh còn đóng góp không nhỏ vào tính thẩm mỹ cho công trình (Hình 1.16) [42]

Tích hợp nông nghiệp – đô thị: Sự gia tăng nhu cầu sản phẩm địa phương ngẫu

nhiên đã dẫn tới việc khám phá ra nhiều phương thức để tích hợp giữa sản xuất thực phẩm với môi trường đô thị, điều này được thực hiện ngay trong chính bản thân ngôi nhà Những khu vực vườn, nông trại trên mái ngày càng trở nên phổ biến Khu vườn đô thị tại Chicago của O’Hare đã chứng minh rằng một trang trại có thể đủ đẹp và sang trọng để sử dụng cho mục đích trang trí nội thất (Hình 1.17) [42]

Tự động hóa cho công trình: Khi xét đến hiệu năng sử dụng, công tác vận

hành và bảo dưỡng công trình có vai trò quan trọng tương đương với bản thân kết cấu công trình Hệ thống điều khiển máy tính đang được sử dụng ngày càng rộng rãi để theo dõi và kiểm soát các hệ thống bên trong công trình, bao gồm HVAC, chiếu sáng, hệ thống cơ khí và kiểm soát độ ẩm Lợi ích từ những hệ thống này là vô cùng to lớn, bao gồm cả TKNL, phát hiện sớm hơn và giải quyết các vấn đề, đồng thời giảm nhu cầu sử dụng lao động cho bảo dưỡng, giảm cả chi phí bảo hiểm (Hình 1.18) [42]

1.3 TÌNH HÌNH THỰC TIỄN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KIẾN TRÚC HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CHO CTCC TRÊN THẾ GIỚI, TẠI VIỆT NAM VÀ TP.HCM

1.3.1 Trên thế giới

Với lợi ích to lớn đã được chứng thực và khẳng định, KTHQNL đã trở thành một trào lưu thiết kế ngày càng phát huy tầm ảnh hưởng sâu rộng trên thế giới ngày nay Các quốc gia tiên tiến tập trung phát triển KTHQNL công nghệ cao trong khi KTHQNL công nghệ thấp là sự lựa chọn phù hợp hơn đối với những quốc gia còn gặp nhiều khó khăn về kinh tế, tài chính và khoa học kỹ thuật Các công trình tiêu biểu như: The Crystal (Anh) (Hình 1.19), The Edge (Hà Lan) (Hình 1.20), Trung

tâm Bullitt (Mỹ) (Hình 1.21), Power House Kjørbo (Nauy) (Hình 1.22)

24

Trung tâm Bullitt (Seattle, Mỹ), được thiết kế để không phát phải CO2, không

sử dụng năng lượng từ bên ngoài và đặc biệt là tái sử dụng nước thải của tòa nhà Tạp chí HPB (High Performance Building - Tạm hiểu là Tạp chí của Những tòa nhà Tính năng cao) đã dùng những tư như “Mức tiêu thụ năng lượng bằng không”, “Mức tiêu thụ nước bằng không”, “tự chiếu sáng ban ngày”, “Thông gió tự nhiên và Làm lạnh thụ động”, “vật liệu tiên tiến” để mô tả trung tâm này Với cách thiết kế độc đáo, toàn bộ năng lượng tiêu thụ của tòa nhà một năm cỡ 50kW/m2 được cấp bởi hệ thống phát điện sử dụng hệ thống 242kW pin mặt trời Lớp phủ bên ngoài có khả năng hấp thụ nhiệt tốt hơn 30% so với tiêu chuẩn của Bang Seatle; hệ thống bình phong phủ nhôm 3 lớp cho phép chiếu sáng ngay cả trong những điều kiện thiếu ánh sáng mặt trời Hệ thống cơ khí của tòa nhà vừa có khả năng làm mát vừa có khả năng cấp nước nóng cho tòa nhà Nước sinh hoạt của trung tâm được đảm bảo nhờ hệ thống bể chứa nước mưa 212 khối nằm dưới móng của tòa nhà Hệ thống cửa sổ điều khiển tự động thông qua bộ điều khiển số để làm mát cho tầng 1

của trung tâm [44]

Power House Kjørbo (Oslo, Nauy), tòa nhà tại thủ đô của Na Uy được cải tạo

lại có khả năng sinh ra năng lượng nhiều hơn mức tiêu thụ Powerhouse là hiệp hội những công ty hướng tới phát triển ngành xây dựng với năng lượng dương (năng lượng sinh ra nhiều hơn tiêu thụ) Trước khi cải tạo mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà là 650,000 kWh mỗi năm Sau khi cải tạo, con số này là khoảng100,000 kWh mỗi năm Năng lượng cho tòa nhà được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời với sản lượng khoảng 200,000 kWh/năm, nghĩa là cao hơn nhu cầu tiêu thụ Tổn hao nhiệt được giảm xuống mức tối thiểu nhờ sử dụng các bức tường kín, trần, cửa sổ và các

phần cách nhiệt khác [45]

1.3.2 Tại Việt Nam

Cùng với xu hướng kiến trúc xanh, kiến trúc cộng đồng, kiến trúc sinh thái thì KTHQNL ngày càng được quan tâm và phổ biến ở nước ta Từ đó, chúng ta có thể trau dồi và với những điều kiện thuận lợi sẵn có ở nước ta như nguồn vật tư, nhiên liệu, công nghệ - khoa học, nhân lực là cơ sở để nước ta phát triển xu hướng kiến

25

trúc này Ngoài ra, để đẩy mạnh việc xây dựng các công trình KTHQNL, mới đây Bộ Xây dựng cũng đã ban hành Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 09:2013/BXD “Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả” thay thế quy chuẩn QCXDVN09:2005 [3] Các công trình tiêu biểu như: Trường mần non Farming Kindergarten (Đồng Nai) (Hình 1.23), Nhà thờ Ka Đơn, xã Ka Đơn (Lâm Đồng) (Hình 1.24), Trường THCS & PTTH Phan Chu Trinh (Bình Dương) (Hình 1.25)

Trường mần non Farming Kindergarten, Đồng Nai, ngôi trường với mái nhà

xanh được tạo hình từ ba đường cong này đã giành giải nhì trong cuộc thi thiết kế xanh FuturArc Prize năm 2013 và lọt top 30 công trình vào vòng chung kết cuộc thi "Công trình đẹp nhất thế giới" của Viện Kiến trúc Hoàng gia Anh - RIBA (Royal Institute of British Architects) [46] Mái vòm không chỉ là nơi vui chơi và học tập cho trẻ em, thiết kế này còn giúp TKNL khi các căn phòng ở đây đều được thiết kế thoáng mát, tận dụng gió trời và cây xanh để không phải sử dụng điều hòa Các thiết bị như pin năng lượng mặt trời, máy lọc nước, cửa thông gió được tận dụng để mang lại tính bền vững cao nhất cho công trình Sau 10 tháng hoạt động, công trình đã tiết kiệm được 25% lượng năng lượng so với bình thường

Nhà thờ Ka Đơn, xã Ka Đơn, huyện Đơn Dương, Lâm Đồng, nằm ẩn mình

giữa những rừng thông, gió cao nguyên lồng lộng, ít ai nghĩ rằng, với kiến trúc đơn sơ ấy, nhà thờ Ka Đơn đã giành giải Nhì trong Cuộc thi Kiến trúc Thánh quốc tế lần thứ sáu – (2016) được công bố tại thành phố Pavia (Italy) [47] Từ năm 2011, khi còn trên giấy, bản thiết kế của nhà thờ cũng đã nhận được giải thưởng Kiến trúc Thánh châu Âu Tường bao và trần nhà là hệ thống thanh gỗ thông xếp song song nhau tạo được không gian linh thiêng, thoáng rộng nhưng gần gũi Các thiết bị sử dụng pin năng lượng mặt trời, hệ thống chủ yếu ban ngày là ASTN, thông gió tốt nên năng lượng được giảm thiểu một cách đáng kể khi vận hành Công trình vận dụng hài hòa kiến trúc xanh và KTHQNL

1.3.3 Tại TP.HCM

TP.HCM là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, xã hội lớn nhất cả nước nên nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng cao trong khi nguồn nguyên nhiên liệu

26

ngày càng cạn kiệt Nhằm khuyến khích hoạt động sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong tòa nhà thông qua các giải pháp thiết kế, xây dựng, sử dụng công nghệ và thiết bị HQNL, hằng năm Tổng cục Năng lượng - Bộ Công thương phối hợp với Trung tâm tiết kiệm năng lượng TP.HCM (ECC HCMC) tổ chức cuộc thi “Tòa nhà hiệu quả năng lượng” Đây là cơ hội để các công trình KTHQNL tại Việt Nam nói chung và tại TP.HCM nói riêng nâng cao hình ảnh và uy tín đối với các quốc gia trong khu vực Qua cuộc thi có thể thấy được, các công trình kiến trúc xây dựng tại TP.HCM rất chú trọng xu hướng KTHQNL và luôn đi đầu cả nước nhất là các CTCC Công trình tiêu biểu: Trường đại học RMIT (Quận 7) (Hình 1.26, 1.27), Trung tâm thương mại Aeon (Quận Tân Phú) (Hình 1.28), Trung tâm thương mại Diamond Plaza (Quận 1) (Hình 1.29)

Trường đại học RMIT, Quận 7, giải pháp của trường tại cơ sở Nam Sài Gòn là

KTHQNL và bảo vệ môi trường được ứng dụng trong việc sử dụng vật liệu kết cấu và bề mặt tòa nhà giúp giảm thiểu tiếng ồn, ô nhiễm và hấp thụ nhiệt từ bên ngoài Nước sau khi sử dụng sẽ được xử lý bằng hệ thống xử lý nước thải tự động nhằm tái sử dụng vào việc tưới cây Các tòa nhà tận dụng ASTN và lượng gió từ khu vực hành lang để làm mát và hạn chế việc sử dụng điều hòa RMIT Việt Nam vinh dự nhận giải thưởng Saigon Times Top 40 năm 2010 với chủ đề "Tiết kiệm năng lượng" cảu Báo Saigon Times Ngoài ra, Tòa nhà giảng đường 1 của trường RMIT đã nhận được Giải thưởng tòa nhà HQNL - loại hình tòa nhà mới do Bộ Công thương trao tặng năm 2010 Tòa nhà giảng đường số 1 của trường đã nhận được Giải thưởng tòa nhà HQNL - loại hình tòa nhà mới do Bộ Công thương trao tặng năm 2010 [48]

Trung tâm thương mại Diamond Plaza, Quận 1, theo KTS Khương Văn Mười,

tòa nhà Diamond Plaza và Metropolitan có điểm độc đáo là sự kết hợp rất hài hòa với 2 kiến trúc cổ nổi tiếng của TPHCM nằm ngay cạnh đấy là Nhà thờ Đức Bà và Bưu điện thành phố Công trình sử dụng các biện pháp đơn giản như lắp biến tần cho hệ thống bơm nước, vệ sinh định kỳ các chóa đèn, dàn nóng máy lạnh để nhiệt độ máy lạnh mặc định 250C giúp tiết kiệm được khoảng 29,29% điện năng tiêu

27

thụ Ngoài ra, công trình lắp đặt hệ thống QLNL BMS (Building Management System) giúp vận hành toàn bộ hệ thống thiết bị trong tòa nhà, lắp kính TKNL, dán phim cách nhiệt cho cửa sổ, trồng cây xanh để ngăn bức xạ nhiệt… Với những giải pháp đã áp dụng, TTTM Diamond Plaza đã đạt giải Nhì cho Loại hình cải tạo lại trong cuộc thi Tòa nhà sử dụng năng lượng hiệu quả 2013 Trước đó, TTTM Diamond Plaza đã đoạt giải Hệ thống QLNL trong cuộc thi "Tòa nhà HQNL" toàn khu vực Đông Nam Á năm 2007 [49]

1.3.4 Đánh giá và nhận xét việc ứng dụng thực tiễn

Theo tác giả, các công trình xây dựng ở Việt Nam nói chung và TP Hồ Chí Minh nói riêng, các giải pháp HQNL phổ biến hiện nay tập trung ở 3 hệ thống kỹ thuật: Hệ thống chiếu sáng (tự nhiên hoặc nhân tạo), cấp thoát nước và thông gió điều hòa không khí Tuy nhiên, hiện nay Việt Nam chưa thật sự có được lực lượng tư vấn thiết kế như KTS, thiết kế cơ điện, thiết kế hệ thống QLNL… đảm bảo đáp ứng nhu cầu HQNL Lực lượng tư vấn thiết kế của Việt Nam chưa có nhiều điều kiện để tiếp xúc với các chương trình đào tạo bổ sung, cập nhật kỹ năng thiết kế các công trình HQNL nên hiện nay, nhiều công trình, các chủ đầu tư thường phải thuê tư vấn thiết kế từ nước ngoài

Ngoài ra, hệ thống các văn bản pháp lý về quy định, tiêu chuẩn, đánh giá và công nhận các công trình HQNL của Việt Nam cũng đã có nhưng hiện vẫn chưa thực sự đi vào cuộc sống, không thực tế Từ những nguyên nhân này, đa số các công trình mới, đặc biệt các CTCC của Việt Nam mặc dù có quan tâm đến việc HQNL nhưng mới chỉ áp dụng HQNL một phần chứ chưa đem lại một cách hệ thống nên chưa đạt hiệu quả tối ưu

Tuy nhiên, xu hướng KTHQNL áp dụng cho các CTCC có sức lan tỏa ngày một sâu rộng trên thế giới, khởi đầu từ các quốc gia tiên tiến có trình độ khoa học công nghệ phát triển cao và tiềm lực kinh tế mạnh tại Bắc Mỹ và Tây Âu Khu vực Đông Nam Á đã đón nhận xu thế phát triển này một cách tích cực, và Việt Nam cũng đã khởi động lộ trình tiến tới kiến trúc HQNL nói riêng và KTBV nói chung Chúng ta đã đạt được một số thành tựu nhất định, bằng chứng là các công trình kiến

28

trúc đã được nêu ở trên Đây sẽ là tiền đề, bước chạy đà hoàn hảo để phát triển xu hướng KTHQNL, từ đó hướng đến sự bền vững trong kiến trúc, mang lại những

thành tựu to lớn cho cộng đồng, xã hội và đất nước ta

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong các đô thị lớn, CTCC là một thành phần trong hệ thống không gian cần thiết cho cư dân Tuy nhiên CTCC hiện nay lại rất ít ỏi so với các loại hình khác Không gian giữa các công trình – một loại không gian tất yếu, có nhiều ý nghĩa, quan trọng trong tổ hợp kiến trúc và tổ chức không gian đô thị với cuộc sống hàng ngày của cư dân đô thị Trong các không gian CTCC, con người thực hiện được nhiều hơn những nhu cầu sống của mình: giao tiếp, kết bạn, học hỏi, vui chơi – giải trí,… Các không gian CTCC (trong nhà hay ngoài trời) mới thực sự đóng vai trò quan trọng hơn trong sinh hoạt cộng đồng, xã hội và hành vi ứng xử của nười dân

Với nguồn tài nguyên như gió, mặt trời có thể tận dụng cho KTHQNL Vì thế, KTHQNL là hướng đi tất yếu của kiến trúc Việt Nam, TS.KTS Lê Thị Bích Thuận,

Phó Viện trưởng Kiến trúc quy hoạch đô thị, nông thôn khẳng định: “Sử dụng năng

lượng tiết kiệm, hiệu quả cũng là một trong những nội dung quan trọng trong chiến lược phát triển năng lượng bền vững của Việt Nam gắn liền với việc bảo đảm phát triển kinh tế, bảo đảm an ninh năng lượng và góp phần bảo vệ môi trường, duy trì mục tiêu phát triển bền vững” [99] Theo thống kê mới nhất của Ngân hàng Thế

giới, nâng cao HQNL trong ngành xây dựng sẽ giúp Việt Nam đạt mục tiêu giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính 8 - 10% trong giai đoạn 2011-2020

Cùng với kiến trúc xanh, kiến trúc sinh thái, kiến trúc cộng đồng, KTHQNL là xu hướng kiến trúc tương lai Để đạt được hiệu quả về mặt tinh thần lẫn vật chất, đưa các xu hướng kiến trúc vào cuộc sống thì người KTS có vai trò quan trọng Vì mỗi xu hướng mang đặc trưng riêng nên người KTS phải trau dồi, học hỏi kết hợp với vận dụng những kiến thức đã biết cũng như những kinh nghiệm đã trải qua Từ đó, sẽ là cầu nối cho các xu hướng kiến trúc để hướng đến lợi ích chung nhất là sự bền vững trong kiến trúc, tạo ra các công trình phục vụ nhu cầu cho người dân, cộng đồng, xã hội nhưng vẫn đảm bảo được việc tối ưu hóa HQNL, bảo vệ môi trường

Biểu đồ 1.1 Tiềm năng để tiết kiệm và hiệu quả năng lượng theo ngành Nguồn: [100]

Biểu đồ 1.2 Hệ thống sử dụng năng lượng trong công trình Nguồn: [100]

Hình 1.2 Khu ở Vauban tại thành phố Freiburg, CHLB Đức Nguồn: [40]

Hình 1.3 Hội trường Noail City, Tây Ban Nha Nguồn: [101]