Các loại vỏ bao che công trình theo xu hướng bền vững đang là một trong những giải pháp hiệu quả trong việc cải thiện bầu không khí ô nhiễm và ngột ngạt trong các đô thị lớn. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả nghiên cứu hai dạng vỏ bao che bền vững chính, đó là vỏ bao che xanh và vỏ bao che phản ứng theo cách tiếp cận hoàn toàn mới.
Trang 1MÔ HÌNH VỎ BAO CHE KẾT HỢP GIỮA VỎ BAO CHE XANH VÀ VỎ BAO CHE
PHẢN ỨNG Nguyễn Kiều Ngọc Hải*, Đặng Văn Quốc Lộc, Võ Minh Trí
Trường Đại học Kiến trúc TP.Hồ Chí Minh
*Tác giả liên lạc: nguyenkieungochai@gmail.com
TÓM TẮT
Các loại vỏ bao che công trình theo xu hướng bền vững đang là một trong những giải pháp hiệu quả trong việc cải thiện bầu không khí ô nhiễm và ngột ngạt trong các đô thị lớn Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả nghiên cứu hai dạng vỏ bao che bền vững chính, đó là vỏ bao che xanh và vỏ bao che phản ứng theo cách tiếp cận hoàn toàn mới Theo đó, sự gộp chung hai loại vỏ bao che này vào thành một sẽ tạo ra một mô hình kết hợp có thể hỗ trợ các nhược điểm và phát huy các ưu điểm qua lại giữa các loại vỏ bao che khi được đặt riêng lẻ Kết quả nghiên cứu có tiềm năng lớn áp dụng vào thực tế, đồng thời mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới cho lĩnh vực vỏ bảo che công trình, cũng như các ngành kĩ thuật – công nghệ khác
Từ khóa: Vỏ bao che, phản ứng
COMBINATION BUILDING ENVELOPE MODEL INTERAGATING GREEN BUILDING ENVELOPE AND RESPONSIVE BUILDING ENVELOPE
Nguyen Kieu Ngoc Hai*, Dang Van Quoc Loc, Vo Minh Tri
Ho Chi Minh City University of Architecture, UAH
*Corresponding author: nguyenkieungochai@gmail.com
ABSTRACT
Sustainable building envelopes have increasingly been an effective solution to mitigate the polluted and stuffy atmosphere within metropolises In this paper, the group of authors research on the two primary sustainable building envelopes, which are green building envelope and responsive building envelope (adaptive buiding envelope) by using an entirely novel approach Accordingly, intergrating the two envelopes into a model would create a combination in which the envelopes could mutually enhance the advantages and support the disadvantages of each other The outcome model has practically potential to apply in the real field Also, the result would open up more new research directions for building envelopes as well as other relating areas like engineering and technology
Keywords: Interagating green, reaction
TỔNG QUAN
Khi diện tích đất cho các mảng cây xanh dần
cạn kiệt, TP Hồ Chí Minh - đô thị lớn nhất
cả nước, đang đối mặt với tình trạng không
khí bị ô nhiễm và bí bách Việc lạm dụng các
nguồn năng lượng điện không tái tạo để điểu
hòa không khí bên trong công trình thường
thấy, càng dẫn đến một vòng xoáy khủng
hoảng về môi trường - năng lượng mà khó có
thể thoát ra được Trước tình hình đó, các
giải pháp để đem trả lại diện tích xanh và hạn
chế nguồn năng lượng điện cho điều hòa
không khí là rất bức thiết
Các xu hướng kiến trúc bền vững trong đô thị
là một trong những giải pháp Trong đó, quan
trọng là phạm trù là vỏ bao che công trình –
nơi xảy ra tương tác trực tiếp giữa công trình
và môi trường của nó Hai loại vỏ bao che công trình bền vững đang dẫn đầu đó là: vỏ bao che xanh (Green building envelope) và
vỏ bao che phản ứng (Adaptive/ Responsive building envelope) Đây là hai loại vỏ có tiềm năng rất lớn để trả lại mảng xanh cho thành phố, đồng thời giúp tiết kiệm các nguồn năng lượng không cần thiết để kiến tạo không gian thoải mái cho con người ở bên trong công trình Đi kèm với ứng dụng khoa học - công nghệ mới, hai loại vỏ này đang trở thành một xu hướng tất yếu trong thiết kế và xây dựng các công trình thân thiện với môi trường
Không còn quá mới trên thế giới, tuy vậy các
xu hướng này chỉ mới manh nha trong vòng chưa đầy một thập kỉ ở nước ta Hiện tại, vỏ
Trang 2bao che phản ứng (VBCPU) là một khái
niệm khá mới, nhưng đối với vỏ bao che
xanh (VBCX), những năm gần đây chứng
kiến sự xuất hiện của nhiều công trình có ứng
dụng mô hình này, cụ thể là những công trình
có sử dụng các công nghệ trồng cây xanh
trên mái, hoặc tường đứng Có rất nhiều điều
kiện phù hợp để áp dụng các mô hình này
trong Tp.Hồ Chí Minh song còn gặp nhiều
khó khăn lẫn về cả công nghệ, tính kinh tế và
thị hiếu của cộng đồng
Việc tích hợp yêu tố phản ứng vào yếu tố
xanh đem lại nhiều lợi ích thiết thực Đó là
mô hình VBCPU có thể giúp giải quyết điểm
hạn chế trong sử dụng mô hình VBCX như
việc trồng cây trên mái xiên hoặc tường đứng
trên cao – vốn rất khó kiểm soát và thực hiện
Yếu tố xanh, với sự phổ biến sẵn có sẽ giúp
giới thiệu yếu tố phản ứng vào thành phố và
định hướng nó theo hướng xanh - thân thiện
hơn so với các VBCPU thông thường khác
Mô hình kết hợp giữa VBCX và VBCPU có
thể làm tăng thêm những điểm mạnh và hạn
chế những điểm yếu qua lại giữa hai loại vỏ
bao che này
Mô hình khi áp dụng thực tế, sẽ giúp tận
dụng tối đa không gian để đưa lại mảng xanh
vào thành phố Đây là cách biến mỗi công
trình trở thành một nguồn xanh nhằm cải
thiện chất lượng môi trường - không gian
sống Một điểm quan trọng nữa đó là các
loại vỏ bao che sẽ tạo tác động tích cực đến
mĩ quan của thành phố theo xu hướng tự
động hóa - hiện đại hóa Đồng thời cũng góp
phần giáo dục nâng cao ý thức cộng đồng về
môi trường
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Mô hình vỏ bao che xanh (Green building
envelope)
Đây là lĩnh vực đang phát triển rất nhanh khi
nhắc đến hệ sinh thái đô thị và môi trường
xanh nhân tạo (Dunnett & Kingsbury, 2008)
bởi vì mô hình VBCX là cách đưa thiên
nhiên về với các công trình nhằm giải quyết
các vấn đề môi trường trong các đô thị lớn
(Bohemen, 2005)i VBCX có thể được tạo
nên bằng cách sử dụng mái xanh (greenroof)
hoặc tường xanh (greenwall) là các cấu kiện
mái và tường truyền thống được thiết kế để
trồng được các loại cây trên bề mặt của nó
Hiện tại có rất nhiều các dạng mái xanh và
tường xanh đã được nghiên cứu và phát triển,
đa dạng về cấu tạo, đặc điểm thực vật và khả năng ứng dụng Lợi ích của VBCX mà (cụ thể là tường và mái xanh) đã và đang được chứng minh, và công nhận qua rất nhiều các nghiên cứu kĩ lưỡng Lợi ích của dạng vỏ bao che này rất rộng về môi trường, kinh tế, và sự thân thiện- thẩm mĩ14 [cho cả cộng đồng lẫn
cá nhân
Mô hình vỏ bao che phản ứng (Adaptive/Responsive building envelope)
Vỏ bao che phản ứng là loại vỏ bao che có khả năng thay đổi các đặc tính và có các thông số có thể điều chỉnh được một cách linh hoạt trong suốt thời gian sử dụng Các thay đổi này được thực hiện để phản ứng lại với các tác động bên ngoài do thời tiết, khí hậu hoặc sự thay đổi bên trong công trình15 Các loại VBCPU có khả năng làm giảm một cách đáng kể năng lượng sử dụng cho công trình (Perino 2008), cải thiện chất lượng môi trường bên trong công trình (Luible 2015), và đem lại tác động tích cực trong việc tận dụng nguồn năng lượng tái tạo sử dụng cho công trình (Reynders,Nuytten, and Saelens 2013)16 Sự thay đổi của VBCPU có thể diễn
ra dưới nhiều hình thức bao gồm các chuyển động cơ học như quay, trượt; sự thay đổi về hình dáng, kích thước, do giản nỡ, biến đổi liên kết hình học, hay sự thay đổi về bản chất phân tử trong chính bản thân vật liệu… Có thể nói VBCPU liên quan mật thiết với sự phỏng sinh học, công trình - vật liệu thông minh và công nghệ nano3
Mô hình kết hợp giữa vỏ bao che xanh và vỏ bao che phản ứng
Đối với các công trình xây mới, việc đưa vào các mô hình vườn mái, vườn đứng là rất thuận lợi vì việc thêm vào thiết kế các không gian để tiếp cận, chăm sóc và bảo trì là khá
dễ dàng Tuy nhiên đối với các công trình cải tạo, chắc chắn phải kể đến sự tương thích giữa kết cấu sẵn có với mô hình VBCX Đối
16, 2007 ADAPTIVE BUILDING ENVELOPES - Hanna Modin, Sweden, 2014
REQUIREMENTS AND OPPORTUNITIES FOR BUILDING PERFORMANCE SIMULATION OF ADAPTIVE FACADES - Roel C.G.M Loonen, Eindhoven University of Technology, The Netherlands, February 5, 2016
Trang 3với nhà có kết cấu yếu và mái xiên thì việc
tiếp cận và bảo trì càng trở nên phức tạp Mặt
khác, việc tiếp cận và bảo trì khó khăn cũng
xảy ra với các dạng tường xanh (vườn đứng)
ở vị trí trên cao Việc kết hợp VBCPU vào
VBCX sẽ giúp giải quyết được các vấn đề
này
Mô hình mái xiên liên hợp với tường đứng
Đối với mái xiên, việc neo giữ mảng đất -
thực vật, tưới tiêu, và chăm sóc là rất khó
khăn Do đó, giải pháp gọn nhẹ và dễ kiểm
soát như dạng mái xanh quảng canh kiểu
modun thì hiệu quả hơn cả Đây là dạng mái
xanh linh hoạt gồm hệ thống modun cây
xanh liên kết với nhau mà trong đó đất, nước,
thực vật sẽ được gói gọn trong từng modun
một, rất thuận tiện đưa lên xuống mái để
chăm sóc và bảo trì
Khi được đặt ở vị trí trên cao, việc theo dõi
các mảng thực vật này sẽ rất khó, nên một
phương pháp tiếp cận khác so với cách đặt
mảng thực vật và hệ thống tưới cố định
truyền thống trên mái, là diii chuyển các
modun cây xanh lên xuống thường xuyên để
tiện cho việc tưới, theo dõi và chăm sóc
Việc đưa các modun xuống vị trí thấp hơn,
dễ tiếp cận hơn được cảm ứng bằng độ ẩm
trong lớp thực vật: khi được độ ẩm xuống
thấp cảm biến sẽ thông báo về hệ thống kích
hoạt đưa các modun xuống để tưới nước
Việc quan sát - tiếp cận thường xuyên và dễ dàng sẽ giúp cho việc chăm sóc thuận lợi hơn rất nhiều
Trong quá trình di chuyển lên xuống nhiều lần, mái xanh sẽ được tận dụng để biến thành tường xanh trên mặt đứng Tường xanh và mái xanh sẽ liên hợp chuyển đổi để thích ứng với nhiệt độ môi trường bên ngoài bằng các đặc trưng hệ thống của mô hình vỏ che phản ứng: tự động lên xuống theo vận động của mặt trời để che nắng cho công trình Khi làm việc trong giai đoạn tường đứng, các modun
có thể tự quay quanh trục theo ánh nắng chiếu lên mặt đứng dựa vào cảm biến bức xạ
để che nắng đồng thời tạo ra các khoảng lam
để lấy sáng, lấy gió tự nhiên cho công trình Gió đi qua các lớp thực vật sẽ được làm sạch
và mát hơn
Mô hình tường đứng trên cao
Được cắt ra từ mô hình mái xiên liên hợp với tường đứng, mô hình tường đứng trên cao cũng sẽ có những đặc điểm tương tự Các modun được dàn trải lên trên mặt đứng ở trên cao hay thu lại xuống một vị trí thấp hơn phụ thuộc vào độ ẩm của modun Các chuyển động quanh trục để che nắng và đón gió thực hiện theo cảm biến nhiệt Việc tưới cũng được thực hiện sau khi đã thu xuống và chăm sóc được tiến hành một cách chủ động
Mô hình này có thể ứng dụng làm vỏ bao che
hai lớp (douple-skin façade) cho các công
trình cao ốc có mặt đứng làm hoàn toàn
bằng kính, để tận dụng khoảng gió và ánh
sáng tự nhiên vào các văn phòng thay vì
dùng điều hòa và hệ thống chiếu sáng nhân
tạo
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Một mô hình đề xuất có các đặc điểm phân tích theo mô hình kết hợp giữa hai loại vỏ bao che được thực hiện Mô hình nhìn chung phản ánh được cách thức làm việc và tính hiệu quả tổng quát của cách tiếp cận mới Dĩ nhiên các biện pháp kĩ thuật – công nghệ chi tiết sẽ có những phương án khác nhau tùy theo đối tượng áp dụng trong từng trường hợp cụ thể Đề xuất sau đây chỉ là một trong
Hình 1 Phạm vi áp dụng của mô hình cho nhà phố và nơi công cộng
Trang 4nhiều các phương án
Modun được gắn thành hệ thống theo từng
hàng, lớp thực vật bên trong sử dụng lớp
thảm thực vật trồng sẵn được neo giữ bên
trong lớp vỏ nhẹ, kín nước tương đối và dễ
dàng di chuyển Modun có thể tự xoay quanh
trục theo các góc khác nhau và thu gọn nằm
theo phương ngang khi được đưa xuống thấp
Hệ thống di chuyển lên xuống được thực
hiện gồm động cơ gắn với hệ thống các cảm
biến như độ ẩm, cảm biến nhiệt, ánh sáng để
tự động thay đổi vị trí lên xuống và xoay tại
chỗ theo tín hiệu môi trường
Mô hình có thể áp dụng để làm mặt đứng
cho các ngôi nhà phố dùng để che nắng, giảm
tiếng ồn; đón gió và điều hòa nhiệt Áp dụng
để trang trí, tạo không gian mới lạ cho các
nơi công cộng như trung tâm thương mại,
trường học, quán café,… nhằm tạo ra không
gian xanh động mới mẻ và thú vị cho cảnh
quan đô thị Trong tương lai, có thể mở rộng
phạm vi áp dụng cho các cao ốc, chung cư để
tận dụng tối đa diện tích phủ xanh trong đô
thị
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Thông qua việc nghiên cứu các xu hướng vỏ
bao che công trình bền vững trên thế giới
nhóm nghiên cứu đã kết hợp hai mô hình hai
mô hình VBCX và VBCPU phù hợp với các
điều kiện trong các đô thị Mô hình kết hợp
giải quyết được các vấn đề khó khăn hiện tại
trong việc ứng dụng mái xanh, tường xanh
cho các loại đối tượng công trình chưa tương
thích như các mái nhà xiên và tường đứng ở
vị trí trên cao
Nghiên cứu chủ yếu mang tính chất định hướng, mở ra một cách tiếp cận mới đối với các loại vỏ bao che, đề xuất một mô hình kết hợp có triển vọng khi áp dụng vào thực tế cho nhiều loại công trình khác nhau Vì mô hình để hoàn thiện cần có sự tham gia phối hợp nhiều lĩnh vực liên ngành như kiến trúc, xây dựng, cộng nghệ tự động hóa - kĩ thuật,… nên dù đã đề cập hầu hết các khía cạnh để tạo nên một mô hình toàn diện, song vẫn chưa chuyên sâu, và cần được nghiên cứu thêm khi đi vào thiết kế chi tiết các bộ phận Để đưa mô hình vào thực tiễn cần có những bước chuyển tiếp và thời gian nhất định Tuy nhiên với xu hướng phát triển nhanh của kiến trúc bền vững và các dạng vỏ bao che, mô hình kết hợp sẽ có chỗ đứng trong một tương lai không xa trong các đô thị
Các nghiên cứu tiếp theo có thể thành lập nhiều các mô hình kết hợp khác nhau khái toán kĩ lưỡng chi phí lắp đặt, vận hành và bảo trì mô hình, tính toán chi tiết mức độ sử dụng năng lượng và hiệu quả sử dụng của mô hình
Đối với các lĩnh vực có liên quan là công nghệ tự đông hóa, kĩ thuật cơ điện,… có thể
đề ra các biện pháp di chuyển độc lập các modun, hệ thống chuyển động tiết kiệm năng, quản lý thông tin về phản ứng của mô hình, nhằm tối ưu tính tự động hóa
TÀI LIỆU THAM KHẢO
THE INTEGRATION OF VEGETATION IN ARCHITECTURE, VERTICAL AND HORIZONTAL GREENED SURFACES - Katia Perini, Faculty of Architecture, University of Genoa, Italy - April 1, 2012
STUDY ON GREEN ROOF APPLICATION IN HONG KONG - Urbis limited, February 16,
2007
ADAPTIVE BUILDING ENVELOPES - Hanna Modin, Sweden, 2014
REVIEW OF CURRENT STATUS, REQUIREMENTS AND OPPORTUNITIES FOR BUILDING PERFORMANCE SIMULATION OF ADAPTIVE FACADES - Roel C.G.M Loonen, Eindhoven University of Technology, The Netherlands, February 5,
2016