SINH THÁI MÔ HÌNH CHO THIẾT KẾ BỀN VỮNG

CHƯƠNG SINH THÁI – MƠ HÌNH CHO THIẾT KẾ BỀN VỮNG Bộ Môn Môi Trường & Thiết kế bền vững Đại học Kiến trúc Tp Hồ Chí Minh TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Chúng ta đếnđâu? người - kiến trúc – môi trường tạo thành hệ sinh thái TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Bền vững gì? • Sự bền vững (Sustainability): “development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs” (the Brundtland Report, 1987, World Commission on Environment and Development) Copyright: https://www.rit.edu/kgcoe/ise/sustainability TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Phát triển bền vững Trang soạn Bộ môn MT&TKBV TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Nghị 21 (Agenda 21) Chương trình nghị 21 nhấn mạnh sáu nhóm mục tiêu – – – – – – Chất lượng sống hành tinh Sử dụng hiệu tài nguyên thiên nhiên Bảo vệ giá trị phổ quát toàn cầu Quản lý nơi cư trú người Quản lý chất thải Kinh tế phát triển bền vững TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Thiết kế bền vững • Giảm tác động tiêu cực lên môi trường sức khỏe người  – tăng hiệu suất vịng đời cơng trình – Xem xét yếu tố: nước, lượng, vật liệu chất thải TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Tư sáng tạo? “We cannot solve our problems with the same thinking we used when we created them.” “The world will not evolve past its current state of crisis by using the same thinking that created the situation.” Albert Einstein TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Sáu nguyên tắc thiết kế bền vững • Theo Jason F McLennan: Sáu nguyên tắc: Học tập từ hệ thống tự nhiên (Nguyên tắc sinh học) Tôn trọng lượng tài nguyên thiên nhiên (Nguyên tắc bảo tồn) Tôn trọng người (Nguyên tắc sức khỏe người) Tôn trọng địa điểm (Nguyên tắc hệ sinh thái) Tôn trọng tương lai (Nguyên tắc “Bảy hệ”) Tư hệ thống (Nguyên tắc toàn diện) Jason F McLennan, “The Philosophy of Sustainable Design”, 2004 TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 1- Học tập từ hệ thống tự nhiên (Nguyên tắc sinh học) • Ba thành phần học tập từ tự nhiên (theo Janine Benyus) Tự nhiên hình mẫu (Nature as model) - Lấy cảm hứng từ thiết kế thiên nhiên Tự nhiên thước đo (Nature as measure) - Dùng tiêu chuẩn sinh thái làm thước đo đánh giá đắn đổi người Tự nhiên người thầy (Nature as mentor) - Đánh giá học với bòn rút / khai thác từ thiên nhiên Janine M Benyus, “Biomimicry: Innovation Inspired by Nature”, 1996 TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 1- Học tập từ hệ thống tự nhiên (Nguyên tắc sinh học) • Tự nhiên hình mẫu (Nature as model)  Tự nhiên vận hành dựa vào ánh sáng mặt trời  Tự nhiên làm hình thức khớp với cơng  Tự nhiên tái chế thứ  Tự nhiên đề cao hợp tác  Tự nhiên dựa đa dạng  Tự nhiên dựa vào tinh thông địa phương  Tự nhiên kiềm chế mức TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Mơ hình TS Howard T Odum TS Howard T Odum miêu tả mối quan hệ dòng lượng, vật liệu, thành phần hệ thống, sản xuất tiêu thụ Mơ hình Odum đơn giản: Sự bền vững q trình xoay vịng, lưu trữ nối kết với lượng bền vững TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 1- Học tập từ hệ thống tự nhiên (Nguyên tắc sinh học) • Tự nhiên thước đo (Nature as measure)  Tự nhiên cho thấy dồi cân tương đối  Tự nhiên cho thấy giới hạn Janine M Benyus, “Biomimicry: Innovation Inspired by Nature”, 2002 TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 1- Học tập từ hệ thống tự nhiên (Nguyên tắc sinh học) • Tự nhiên người thầy (Nature as mentor)  Những “thiết kế” tự nhiên nguồn cảm hứng cho thiết kế TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Mơi trường xây dựng theo quan niệm sinh thái • MTXD hệ thống mở thành phần dòng lượng vật liệu bên sinh (như cách nhìn nhà sinh thái học) Trang soạn Bộ môn MT&TKBV TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 Tơn trọng lượng tài nguyên thiên nhiên (Nguyên tắc bảo tồn) • Mọi lượng trái đất có nguồn gốc từ lượng mặt trời • Năng lượng mặt trời phân tán  cần chế tập hợp lưu trữ • Ví dụ tự nhiên:  Q trình vật lý (chu trình thủy văn, gió dịng chảy)  Quá trình sinh học (Quá trình quang hợp, mạng lưới thức ăn)  Q trình hóa học (calories thực phẩm) TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 Tơn trọng lượng tài nguyên thiên nhiên (Nguyên tắc bảo tồn) • Con người làm nào?  Sử dụng lượng từ nguồn không tái tạo (than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên)  Tiêu thụ lượng lãng phí TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 Tơn trọng địa điểm (Ngun tắc hệ sinh thái) • Sự thích nghi với mơi trường địa phương • Ứng xử nhẹ nhàng với địa điểm • Nhiều khơng tốt hơn, vừa vặn tốt  Kiến trúc truyền thống / địa hình mẫu “vừa vặn” vào địa điểm cơng trình TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 Tơn trọng tương lai (Ngun tắc “Bảy hệ”) • Thời gian khơng có lối • Tự nhiên bị chi phối thời gian (bức xạ mặt trời, cối phát triển, phân hủy vi khuẩn,…) • Những tiêu thụ bị sau trừ nguồn tái tạo việc tiêu thụ với cường độ thấp khả tái tạo • Những thải đến nơi đó, nơi tạo nên tác động đến môi trường "Trong suy tính, phải xem xét tác động định đối http://www.seventhgeneration.com/ với bảy hệ sau" TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Tư hệ thống (Nguyên tắc toàn diện) • Mọi thứ trái đất có liên quan chặt chẽ với tạo nên vấn đề thiết kế sản phẩm hay cơng trình TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Tư hệ thống (Nguyên tắc toàn diện) Thiết kế bền vững TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 10 Cơng trình “sinh vật sống” • Nhà sinh thái học: nghiên cứu quần xã sinh vật (hệ sinh thái)  xác định ranh giới (một hệ thống lớn hơn) chứa đựng hệ sinh vật • Nhà thiết kế  Tiếp cận vấn đề nào? • Các cơng trình kết nối với hệ thống lớn thông qua trao đổi tài nguyên chất thải  Sự bền vững đạt mở rộng phạm vi tiếp cận đến hệ thống lớn chứa đựng cơng trình • Think globally, live locally, and act regionally • Thinking as a System: Connectivity, Not Fragmentation Vùng Đô Thị Thành phố Khu dân cư Cơng trình “Nested system” Nguồn: The Integrative Design Guide to Green Building - Redefining the Practice of Sustainability p 54 Sustainable Design - Ecology, Architecture, and Planning p.12 TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 Cơng trình “sinh vật sống” • Việc tác động dự án khơng giới hạn ranh giới quy định trường • Nhà thiết kế phải đặt khu vực dự án ngữ cảnh địa lý rộng hơn, tức phận đơn vị hst xác định ranh giới tự nhiên Sự tác động nhân tố mơi trường TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG Trang soạn Bộ môn MT&TKBV 1/29/2018 11 Các lớp hệ thống cơng trình? • Hệ thống mức 1: Tối ưu hóa hệ thống cơng trình hay chức cơng trình (giảm mức tiêu thụ, hệ thống hiệu đáp ứng nhu cầu) • Hệ thống mức 2: Tối ưu hóa vỏ bao che (hướng nhà, lấy sáng tự nhiên, cách nhiệt, ) • Hệ thống mức 3: Địa điểm cơng trình (sử dụng yếu tố xung quanh cơng trình: bóng mát, gió, địa hình,…) • Hệ thống mức 4: Các dịng nước (giải vấn đề nước, gián tiếp ảnh hưởng đến tiêu thụ lượng) • Hệ thống mức 5: Cộng đồng (giao thơng khu vực phát thải khí nhà kính) • Hệ thống mức & 7: vùng, hành tinh,… “Nested system” Nguồn: The Integrative Design Guide to Green Building - Redefining the Practice of Sustainability p 54 TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 HST TỰ NHIÊN & HST NHÂN TẠO So sánh khác HST tự nhiên HST đô thị HST Tự nhiên Cấu trúc -Gồm thành phần (tự nhiên): HST Đô thị (HST nhân tạo) -Gồm thành phần (tự nhiên nhân tạo): + Hữu sinh: động thực vật + Hữu sinh: Con người động thực vật đô thị + Vơ sinh: khí hậu, hóa học, thổ nhưỡng, địa hình, … + Vơ sinh: khí hậu, hóa học, thổ nhưỡng, địa hình, … -Trong đó, thực vật động vật hoang dại + Công nghệ: nhà máy, quan, trường học, … - Động thực vật thị cịn bị đơn giản hóa Môi trường -Môi trường thiên nhiên phong phú - Môi trường đô thị hoạt động vật chất người trình tác động tới thiên nhiên - Tuân theo quy luật tự nhiên Thành phần - Tùy vào HST (động thực vật động thực sinh vật trội - Tuân theo quy luật tự nhiên tác động nhân tạo - Con người vật) chi phối hệ Chức - Đảm bảo cho tồn phát triển HST - Đảm bảo cho hoạt động nhu cầu người Sự chuyển -Vật cung cấp chỗ theo chu trình dinh dưỡng - Vật cung cấp không sản xuất chỗ mà phải vận chuyển từ nơi hóa vật chất khác tới - Vật tiêu thụ theo chuỗi thức ăn lưới thức ăn, -Vật tiêu thụ chủ yếu quan trọng người dân đô thị động thực vật hoang dại vật sản xuất vật tiêu thụ - Hoạt động theo quy luật tự nhiên - Hoạt động HST đô thị người điều khiển Trang soạn Bộ môn MT&TKBV TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 12 HST TỰ NHIÊN & HST NHÂN TẠO - Dòng NL theo quy luật tự nhiên - Thành phần công nghệ định chi phối dòng NL qua hệ - NL tự cân - NL khai thác từ nguồn thải nhiều chất thải Đầu vào - Đầu vào: NL mặt trời - Đầu vào: đa dạng nhu cầu xã hội người đầu - Đầu ra: sản phẩm chất thải, có khả - Đầu ra: chủ yếu sản phẩm công nghiệp chất thải (chủ yếu Dịng NL hồn lại vật chất cho tự nhiên CO2 SO2) Đa dạng -HST có xu hướng phát triển đa dạng sinh học theo -HST bị giản hóa ổn định sinh học diễn sinh thái để đảm bảo cân HST đa dạng ổn định Chu trình -Chu trình sinh địa hóa phong phú theo quy luật tự -Con người tác động vào chu trình hoạt động lấn chiếm thiên sinh địa hóa nhiên nhiên Cân -Tự cân bằng, tự ổn định dựa khả tự -Con người tạo HST nhân tạo, không tự ổn định không tự cân sinh thái làm bằng, nhằm tăng hiệu suất sản lượng -Công thức P/R ->1 -Công thức P/R >1 Trang soạn Bộ môn MT&TKBV TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 CÁC CHIẾN LƯỢC XÂY DỰNG HST NHÂN TẠO THEO HST TỰ NHIÊN Các chiến lược xây dựng HST nhân tạo theo HST tự nhiên Đặc tính hệ sinh thái (HST trưởng thành) Năng lượng -Giảm tổng hoạt động quang hợp Các mục tiêu bắt chước HST nhân tạo -Giảm phụ thuộc vào NL khơng tái tạo (trong vịng đời hệ thống từ sản xuất đến phục hồi) -Sử dụng NL tái tạo (mặt trời) -Thay đổi từ sử dụng nguồn NL khơng tái tạo thành NL tái tạo -Dịng NL có hiệu cao -Tăng hiệu sử dụng NL -Sử dụng đủ NL cần -Giảm sử dụng lãng phí tài ngun NL khơng tái tạo Vật liệu -Tái sử dụng chất dinh dưỡng -Tái sử dụng vật liệu đầu Đa dạng -Quá trình cân từ khâu sản xuất, tiêu thụ, phân hủy - Cân từ trình sản xuất, nhà máy, dịch vụ (bao gồm chất dinh dưỡng, thành phần hợp thoát nước, chất thải, …) tiêu thụ (tái chế) -Khả thích ứng mặt chức mang lại đa dạng -Tăng tính đa dạng chức cao Hiệu không -Hiệu không gian nhỏ gọn -Tăng hiệu không gian nhỏ gọn gian -Cấu trúc đa dạng cao -Cung cấp cấu trúc đa dạng cao Thông tin tổ -Kết nối loài quần xã cao -Đạt khả kết nối cộng đồng cao chức -Tổ chức quần xã cao (có nhiều quan hệ kết nối cao) -Có tổ chức cộng đồng cao (tạo nhiều mạng lưới) Điều khiển hệ -Kiểm sốt mơi trường cao, hệ thống giám sát hiệu mơi -Cung cấp bảo vệ tồn cầu từ nhiễu loạn môi trường thống trường tự nhiên -Nguồn tài ngun ln kiểm sốt bên hệ thống -Bảo tồn nguồn tài nguyên, sử dụng bền vững tăng khả đệm đối phó sinh học với thay đổi -Hệ thống cộng sinh ổn định đạt hòa hợp hệ thống -Chọn hệ thống tự điều chỉnh cho mơi trường Hình thức -Phù hợp từ hình thức đến chức TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG Trang nàytựđược Bộthái môn MT&TKBV -Bắt chước thiên nhiên cách tương họcsoạn hỏi từ sinh 1/29/2018 13 Cơng trình thơng thường vs bền vững Cơng trình thơng thường Cơng trình bền vững Nguồn: A Green Vitruvius - Principles and Practice of Sustainable Architectural Design TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 Rethinking … ‘In many ways, the environmental crisis is a design crisis It is a consequence of how things are made, buildings are constructed, and landscapes are used Design manifests culture, and culture rests firmly on the foundation of what we believe to be true about the world’ (Sim van Der Ryn, 2007) TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 14 Green/Sustainable Building Design “ When you build a thing you cannot merely build that thing in isolation, but must also repair the world about it, and within it…and the thing which you make takes its place in the web of nature.” Christopher Alexander, Architect, 1977 Sustainable design is not a new building style Instead, it represents a revolution in how we think about, design, construct, and operate buildings TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 “Take – Make – Waste” “Cradle to grave” S: http://epea-hamburg.org/sites/default/files/images/100415_take-make-waste_eng-grey_01.jpg TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 15 cradle to grave cradle to cradle (biological) cradle to cradle cradle to cradle (technical) S: https://greenstitched.com/2017/08/03/cradle-to-cradle-fashions-grave-reality/ TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 Achieving Sustainability • To maximise sustainability in a building design a global strategy is required: energy use occupants resource use renewables strategy transport emissions local community waste and recycling S: http://www.esru.strath.ac.uk/Courseware/Class-design/Sustainability/sustainability.ppt TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 16 Bền vững thiết kế kiến trúc Cần xem xét: • Quản lý nguồn tài nguyên: Giảm, tái chế, tái sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên • Thiết kế vịng đời: xem xét q trình tồn cơng trình • Thiết kế nhân văn: hòa hợp người tự nhiên TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 Vịng đời (Life Cycle) • Mọi hệ thống bên sinh hệ thống động, mối quan hệ chúng liên tục thay đổi qua thời gian • Mơi trường xây dựng ln có thay đổi liên tục Do đó, sau xây dựng đưa vào vận hành hệ thống xây dựng, tiếp tục tác động với môi trường suốt thời gian sống vật chất XEM XÉT CƠNG TRÌNH VÀ MƠI TRƯỜNG QUA SUỐT VỊNG ĐỜI CỦA CƠNG TRÌNH Trang soạn Bộ môn MT&TKBV TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 17 Vịng đời (Life Cycle) Components/Services Painting Lighting Soft Furnishing Furnishing Transportation HVAC Electrical Mains/Pipes/Floor Roof 75 years + Structure 10 20 30 40 50 60 70 Minor building works Regular maintenance Minor renovation Major renovation Major refurbishment XEM XÉT CƠNG TRÌNH VÀ MƠI TRƯỜNG QUA SUỐT VỊNG ĐỜI CỦA CƠNG TRÌNH Trang soạn Bộ mơn MT&TKBV TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 Kiến trúc môi trường (Environmental Architecture) Kiến trúc sinh thái (Ecological Architecture) Kiến trúc sinh khí hậu (Bioclimatic Architecture) Kiến trúc địa/ dân gian/ truyền thống (Vernacular/traditional Architecture) TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG Kiến trúc bền vững (Sustainable Architecture) Kiến trúc xanh (Green Architecture) Kiến trúc xanh (Solar Architecture) 1/29/2018 18 NHÀ Ở DÂN GIAN TRUYỀN THỐNG MƠ HÌNH VAC CƠ BẢN DÒNG NL & VC TRONG Trang soạn Bộ môn MT&TKBV HST NHÀ Ở TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 NHÀ Ở DÂN GIAN TRUYỀN THỐNG DỊNG NL & VC TRÊN QUY MƠ HST LỚN (NHÀ, RUỘNG, RỪNG) Trang soạn Bộ môn MT&TKBV TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HOÀNG LONG 1/29/2018 19 ... • Nhà sinh thái học: nghiên cứu quần xã sinh vật (hệ sinh thái)  xác định ranh giới (một hệ thống lớn hơn) chứa đựng hệ sinh vật • Nhà thiết kế  Tiếp cận vấn đề nào? • Các cơng trình kết nối... Những ? ?thiết kế? ?? tự nhiên nguồn cảm hứng cho thiết kế TS.KTS TRƯƠNG NGUYỄN HỒNG LONG 1/29/2018 Mơi trường xây dựng theo quan niệm sinh thái • MTXD hệ thống mở thành phần dòng lượng vật liệu bên sinh. .. 16 Bền vững thiết kế kiến trúc Cần xem xét: • Quản lý nguồn tài nguyên: Giảm, tái chế, tái sử dụng nguồn tài nguyên thiên nhiên • Thiết kế vịng đời: xem xét q trình tồn cơng trình • Thiết kế