Kiến trúc bền vững với thiết kế thụ động
Các công trình hiện đại đang phải đối mặt với thách thức lớn do sự phụ thuộc vào giải pháp cơ học như hệ thống chiếu sáng, sưởi ấm, làm mát và thông gió. Mặc dù các công nghệ này đảm bảo tiện nghi, chúng cũng tiêu tốn nhiều điện năng và làm gia tăng lượng khí thải carbon. Thay vì chỉ dựa vào công nghệ tiêu tốn năng lượng, tích hợp các biện pháp thụ động vào thiết kế kiến trúc có thể là chìa khóa hướng đến một tương lai bền vững và “xanh” hơn.
Thiết kế thụ động (Passive design) là phương pháp khai thác các yếu tố tự nhiên, đặc biệt là khí hậu địa phương, để xác định chiến lược thiết kế phù hợp và tạo ra không gian sống, làm việc thoải mái mà không cần phụ thuộc nhiều vào công nghệ và tiêu tốn năng lượng. Mục tiêu của thiết kế thụ động bao gồm: Cải thiện sự dễ chịu của không gian sống, giảm chi phí năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính.
Ngôi nhà sử dụng biện pháp thiết kế thụ động đầu tiên được xây dựng vào năm 1991 ở thành phố Darmstadt, thuộc tiểu bang Hessen, miền Trung nước Đức. Ảnh: PHI
Khác với các giải pháp chủ động (Active design), mặc dù hiệu quả và dễ kiểm soát nhưng lại tiêu tốn nhiều tài nguyên và chi phí, thiết kế thụ động ít tốn kém hơn và yêu cầu tiêu thụ năng lượng rất thấp. Mặc dù không thể đáp ứng tất cả yêu cầu tiện nghi do phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, nhưng nếu có chiến lược khoa học và thiết kế phù hợp, hệ thống chủ động sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn để bù đắp những thiếu sót đó. Tương tự như một chiếc thuyền buồm tận dụng sức gió trước khi khởi động động cơ, các kiến trúc sư có thể duy trì sự thoải mái cho người sử dụng bằng cách áp dụng các kế hoạch thiết kế thụ động cho sưởi ấm, làm mát, lấy sáng và thông gió trước khi dùng những giải pháp cơ học.
Tòa nhà Woodside Passive House của Đại học Monash được chứng nhận về Công nghệ và Thiết kế. Ảnh: APHA
Thiết kế thụ động vốn đã gắn liền với lối sống duy trì qua nhiều thế hệ của các dân tộc. Xét về lịch sử, đây không phải là một phát minh mới, mà là sự tái khám phá những giá trị xưa cũ quen thuộc. Ở khắp nơi trên thế giới, chính những kiến trúc nhà ở bản địa vốn rất “thụ động” vì được tích hợp từ kinh nghiệm xây dựng và thử nghiệm qua thời gian. Đa số sử dụng vật liệu tại chỗ và ít có can thiệp kỹ thuật. Vì vậy, chính căn nhà Việt truyền thống (nhà tranh, nhà rường, nhà vườn Huế, nhà ống Hội An…) vẫn mang lại cảm giác dễ chịu ở một mức độ nhất định mà không cần đến các thiết bị làm mát hiện đại.
Trên thực tế, giải pháp kiến trúc thụ động trong kiến trúc xanh không quá tốn kém, không phức tạp và không đòi hỏi công nghệ cao, nhưng cần tuân thủ các nguyên tắc sau:
- Cân nhắc yếu tố khí hậu.
- Chọn hướng và vị trí tối ưu.
- Tính toán vỏ bọc kiến trúc nhằm cách nhiệt và ánh nắng trực tiếp.
- Ưu tiên sử dụng vật liệu địa phương.
- Bố trí không gian hợp lý để tối ưu hóa thông gió xuyên phòng và đối lưu không khí.
- Tận dụng triệt để ánh sáng và gió tự nhiên.
- Tính toán kỹ lưỡng việc lấy sáng và gió qua hệ thống cửa sổ, cửa ra vào.
Được thiết kế bởi FIGR Architecture and Design, Ha Ha Haus là một thiết kế thụ động nổi bật ở Úc. Ảnh: Tom Blachford
Mặc dù được gọi là thiết kế thụ động, nhưng thực tế nó thể hiện tính chủ động trong việc tận dụng năng lượng tự nhiên, tùy thuộc vào điều kiện khí hậu của từng khu vực, dựa trên một nền tảng tối ưu đã được thiết lập sẵn. Phương pháp này giúp khai thác tối đa nguồn tài nguyên sẵn có và cung cấp giải pháp hiệu quả cho những thách thức mà kiến trúc hiện đại đang phải đối mặt.
JustK House – một thiết kế của Martenson and Nagel Theissen Architecture là ví dụ điển hình về nhà thụ động bền vững ở Đức. Ngôi nhà áp dụng công nghệ sưởi ấm thụ động, giảm thiểu việc sử dụng năng lượng nhờ vào thiết kế tối ưu hóa nguồn nhiệt tự nhiên và sự phân bổ không gian hiệu quả.
JustK House – ngôi nhà được ứng dụng nhiều yếu tố thiết kế thụ động. Ảnh: Brigida González
Không gian sống được thiết kế để đáp ứng nhu cầu thay đổi của gia đình, với khả năng mở rộng vào mùa ấm nhờ ban công và sân trước. Ngôi nhà cũng có thể được chia thành hai đơn vị sinh hoạt riêng biệt với lối vào độc lập. Mái nhà được ốp bởi tấm lợp kiểu “mũ Southwester” giúp bảo vệ khỏi gió và thời tiết, đồng thời đảm bảo thoát nước mưa hiệu quả.
Sự “chủ động” trong thiết kế giúp ngôi nhà tránh được ánh nắng trực tiếp nhưng vẫn tận dụng được thông gió tự nhiên. Ảnh: Martenson and Nagel Theissen Architecture
Thiết kế tạo ra các khu vực khí hậu khác nhau trong nhà, đặc biệt vào mùa đông, khi không khí lạnh được giữ lại ở khu vực lối vào thấp hơn, trong khi không gian sinh hoạt chính ở tầng trên duy trì nhiệt độ ấm áp hơn.
Không khí lạnh vào mùa đông được giữ ở lối vào thấp hơn. Ảnh: Martenson and Nagel Theissen Architecture
Tương lai của thiết kế thụ động hứa hẹn sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc xanh hóa kiến trúc. Với giải pháp này, các công trình sẽ có thể tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính và tạo ra môi trường sống lành mạnh, dễ chịu cho con người. Sự phát triển này giúp đáp ứng nhu cầu hiện tại và đảm bảo sự bền vững cho các thế hệ tương lai.
