Xây dựng xanh – yếu tố cải cách quan trọng để nâng cao tính bền vững môi trường

MTXD - Năm 2016 và năm 2020 được coi là những năm “ấm” nhất trong lịch sử khí hậu Trái đất. Nhiệt độ trung bình trên bề mặt của hành tinh này đã tăng cao gần 1oC so với giữa thế kỷ trước. Các nhà khoa học khẳng định nguyên nhân chính của hiện tượng nóng lên toàn cầu chính là tiến bộ công nghệ. Hoạt động của con người trong lĩnh vực công nghệ đòi hỏi việc đốt nhiên liệu ngày càng nhiều – điều này dẫn tới sự gia tăng hàm lượng khí nhà kính trong khí quyển, trở thành một yếu tố khiến nhiệt độ tăng lên. Những bất thường về khí hậu sẽ là tác nhân của những rủi ro mang tính toàn cầu (khủng hoảng nước, thiên tai, điều kiện thời tiết cực đoan, biến đổi khí hậu).

Nhiệm vụ quan trọng nhất trong giai đoạn hiện nay là giảm thiểu rủi ro toàn cầu và nâng cao mức an toàn sống cho người dân.

Các tòa nhà / công trình - kết quả từ hoạt động xây dựng nhằm thực hiện những chức năng sử dụng nhất định - tác động đáng kể tới môi trường xung quanh. Với việc xây dựng các công trình công năng khác nhau, tiêu thụ nguồn năng lượng không tái tạo và tác động không ít tới môi trường xung quanh, con người cần phải cố gắng duy trì chức năng hệ sinh thái trên Trái đất, đảm bảo phát triển bền vững vì các thế hệ tương lai.

Công cụ hiệu quả nâng cao tính bền vững của môi trường sống chính là xây dựng các công trình xanh.

Xây dựng xanh đang phát triển theo nhiều xu hướng. Các giải pháp sáng tạo cho các công trình có mức tiêu thụ năng lượng thấp vẫn đang được nghiên cứu và ứng dụng một cách tích cực trong thực tế hiện nay. Các yếu tố của công trình xanh - mái nhà xanh và mặt tiền xanh - không ngừng được cải tiến. Kiến trúc bền vững sinh thái của các thành phố đang được hình thành - đây là ý nghĩa thực tiễn quan trọng của việc cải thiện hiệu quả năng lượng thông qua cải thiện chế độ nhiệt của các công trình dân dụng và hệ thống mặt dựng của các công trình này.

Xây dựng xanh là hình thức xây dựng các công trình có tác động tối thiểu đến môi trường xung quanh. Mục tiêu chính của xây dựng xanh là giảm mức tiêu thụ các nguồn tài nguyên năng lượng và vật chất, đồng thời đảm bảo các điều kiện tiện nghi của không gian bên trong trong suốt vòng đời công trình, bao gồm các bước khảo sát kỹ thuật, thiết kế, xây dựng, vận hành, sửa chữa, tái thiết, phá dỡ. Thực tiễn xây dựng xanh đã mở rộng và bổ sung cho các thiết kế xây dựng truyền thống bằng những khái niệm về sự hữu ích, tiết kiệm, tuổi thọ và tính tiện nghi. Ý tưởng cơ bản của việc xây dựng các công trình xanh là nhằm nâng cao tính bền vững của môi trường sống thông qua việc giảm thiểu tác động chung của các công trình xây dựng tới môi trường và sức khỏe con người.

Véc tơ phát triển của xây dựng xanh theo hướng nâng cao các giải pháp kiến trúc – xây dựng, cải thiện chất lượng không gian bên trong, hoàn thiện các phương pháp đánh giá hiệu suất năng lượng của các công trình xây dựng, giảm chi phí xây dựng, nâng cao hiệu quả trang thiết bị kỹ thuật của công trình. Các công trình xanh giúp giảm tác động của các “đảo nhiệt" thông qua việc cân bằng nhiệt độ bề mặt của các công trình trong môi trường đô thị.

 Hiệu ứng “đảo nhiệt đô thị” tại thành phố Atlanta (bang Georgia, Mỹ)

Một trong những xu hướng xây dựng xanh trên thế giới là xây công trình có mức tiêu thụ năng lượng bằng không (zero- energy building, ZEB). Đây là công trình hiệu quả năng lượng cao có thể tự tạo năng lượng từ các nguồn tái tạo và tiêu thụ với khối lượng như nhau trong suốt năm. Nếu lượng năng lượng tạo ra ít hơn lượng cần tiêu thụ, công trình được coi là tiêu thụ năng lượng gần bằng không (near zero - energy building, nZEB).

Tòa nhà hành chính đầu tiên với mức tiêu thụ năng lượng bằng không đã được đưa vào sử dụng tại Đức vào năm 2013. Tòa nhà hai tầng ở Berlin, được thiết kế với tổng mức tiêu thụ năng lượng hàng năm thấp hơn tổng năng lượng từ các nguồn tái tạo. Theo các kết quả giám sát, tổng lượng điện tiêu thụ thực tế hàng năm gần như các số liệu thiết kế. Đồng thời, có một sự khác biệt đáng kể giữa giá trị thiết kế và giá trị tiêu thụ điện thực tế theo các chỉ số riêng biệt. Sự chênh lệch trong việc tiêu thụ điện chủ yếu liên quan đến các đặc điểm của tòa nhà và cách thức ứng xử của người ở trong nhà.

Những thay đổi mới nhất trong các tiêu chuẩn châu Âu về xây dựng năng lượng hiệu quả đều liên quan đến việc áp dụng hai yêu cầu cơ bản – về chi phí năng lượng tối ưu và tiêu hao năng lượng đối với các công trình nZEB. Các yêu cầu này đều liên quan đến nhau, tuy nhiên, yêu cầu về chi phí năng lượng tối ưu dựa trên đánh giá chi phí, còn yêu cầu đối với nZEB về tiêu thụ năng lượng dựa vào đánh giá các đặc tính năng lượng và việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo. Kết quả của các nghiên cứu cho thấy tính khả thi của việc chuyển đổi từ các công trình tiết kiệm năng lượng thành các công trình nZEB mà không tốn nhiều chi phí, thông qua việc kết hợp các ý tưởng trên và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, giải pháp cách nhiệt hiệu quả của lớp vỏ các công trình.

Sự tỏa nhiệt từ các mái nhà góp phần gây ra hiệu ứng “đảo nhiệt đô thị”

Một trong những phương thức hiệu quả để cách nhiệt cho lớp vỏ công trình là phủ xanh  mái nhằm điều tiết nhiệt độ và độ ẩm bên trong công trình. Ưu điểm của phương thức này là hình thành một lối sống lành mạnh tại các thành phố lớn, trước hết bằng cách hấp thụ bụi, giảm mức độ tiếng ồn và bảo vệ các kết cấu bao che tránh tác động của bầu khí quyển.

Yếu tố quan trọng của “lớp vỏ” cách nhiệt cho bất cứ công trình xanh nào chính là mái xanh. Đây là kết cấu bao che nhiều lớp, bao gồm tấm phủ bằng bê tông cốt thép, lớp chống thấm cơ bản, lớp cách nhiệt bằng bọt xốp polystyrene ép, lớp vải địa kỹ thuật, các lớp thoát nước và lọc nước, lớp đất, lớp thảm thực vật. Tùy theo từng loại thảm thực vật, việc phủ xanh mái có thể được chia thành hai nhóm - phát triển theo chiều sâu và chiều rộng. Khi phủ xanh theo chiều sâu dựa vào việc áp dụng các thực vật cao có hệ rễ phát triển (vườn trên mái), có thể cần lớp đất lớn dày tới 1m. Một mái nhà như vậy về nguyên tắc sẽ đòi hỏi việc chăm sóc thường xuyên. Phủ xanh theo chiều rộng, trái lại, không yêu cầu việc chăm sóc có hệ thống, và để bố trí cây cỏ chỉ cần một lớp đất hoặc phân hữu cơ tối thiểu. So với phủ xanh theo chiều sâu, phủ xanh theo chiều rộng có giải pháp thiết kế đơn giản hơn.

Những ưu điểm cơ bản của mái xanh là:

- Giảm thiểu hiệu ứng “đảo nhiệt” nhờ cân bằng nhiệt độ của các bề mặt. Vào mùa hè, sự gia tăng diện tích mái xanh có thể làm giảm đáng kể nhiệt độ trung bình của toàn thành phố;

- Giảm chi phí sưởi ấm công trình trong mùa lạnh do khả năng kháng truyền nhiệt cao của các kết cấu. Các công trình có mái xanh luôn tiệm cận các tiêu chuẩn của nhà thụ động;

- Giảm chi phí làm mát và điều hòa không khí của các công trình trong mùa nóng nhờ tăng khối lượng kết cấu, cũng như nhờ sự bay hơi tự nhiên của khí ẩm;

- Giảm đáng kể mức ô nhiễm không khí và tổng hợp oxy, qua đó cải thiện điều kiện tiện nghi trong thành phố, giảm bớt số người bị các bệnh dị ứng, bệnh hen;

- Giảm tiếng ồn nhờ hấp thu bổ sung tiếng ồn đô thị, trong đó, lớp đất chủ yếu hấp thu âm thanh tần số thấp, và lớp thực vật - tần số cao;

- Giảm lượng khí ẩm xâm nhập vào hệ thống thoát nước mưa; các lớp mái được phủ xanh có thể tẩy sạch nước mưa, kể cả các kim loại nặng.

Nhược điểm căn bản của mái xanh là chi phí ban đầu rất lớn so với mái nhà thông thường. Việc xây dựng mái xanh khiến kết cấu thêm phức tạp. Khi tái thiết và cải tạo nhiệt các tòa nhà, thông thường có một số hạn chế về tải trọng bổ sung lên khung hiện tại của công trình (do trọng lượng của lớp phủ xanh). Đối với nhiều loài thực vật, cần phải duy trì độ ẩm thường xuyên của lớp đất trong khi bảo vệ cả công trình tránh nhiễm ẩm. Việc ứng dụng các lớp bổ sung (thoát nước, lọc nước, …) dẫn đến chi phí xây dựng tăng cao.

 Mái nhà xanh - yếu tố quan trọng của kiến trúc bền vững sinh thái

Có rất nhiều nghiên cứu của các nhà khoa học về chủ đề cải thiện các đặc tính năng lượng và sinh thái của mái xanh, các đặc điểm kết cấu mái xanh của nhà ở và công trình công cộng trong các điều kiện khác nhau về độ ẩm và khí hậu, ở các mùa khác nhau trong năm. Dựa vào các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, việc đánh giá ảnh hưởng từ các yếu tố mái (lớp nền, vật liệu cách nhiệt, loại thực vật) tới các tính chất lý – nhiệt của kết cấu, ảnh hưởng của mái xanh đối với các đặc tính năng lượng của các công trình và hướng cải thiện các tính chất này đã được làm rõ.

Các mặt dựng xanh - tiềm năng lớn để tiết kiệm năng lượng

Cùng với các mái xanh, ứng dụng các mặt dựng xanh rất quan trọng trên thực tế. Hiệu quả cải thiện mức độ cách nhiệt của các hệ thống mặt dựng được bảo đảm nhờ giảm thất thoát nhiệt qua các kết cấu bao che và lớp vỏ giữ nhiệt riêng biệt, do đó giảm lượng nhiệt lượng cần, cải thiện mức nhiệt trong các căn phòng, do giảm cường độ trao đổi nhiệt bức xạ và đối lưu trên bề mặt bên trong của các vách ngăn, giảm ô nhiễm môi trường do giảm phát thải các chất độc hại vào khí quyển.

Phủ xanh các mặt dựng giúp giảm nhẹ chế độ nhiệt của các công trình đô thị thông qua tạo bóng râm, làm mát, bay hơi và cách nhiệt. Việc xây dựng các công trình có mặt tiền xanh trong điều kiện khí hậu khô nóng rất quan trọng. Bức xạ mặt trời cường độ cao khiến điều kiện sinh hoạt bên trong các công trình kém tiện nghi do quá nhiệt; do vậy, vấn đề cải thiện các đặc tính năng lượng của hệ thống xây dựng trở nên vô cùng cấp thiết. Qua các thử nghiệm mặt dựng xanh tại UAE, có thể thấy: vào ban ngày mùa hè (tháng 7), các mặt dựng được phủ xanh bảo đảm nhiệt độ trung bình thấp hơn 5oC  so với các bức tường không được phủ xanh, qua đó cải thiện các đặc tính năng lượng của tòa nhà và giảm mức tiêu thụ nhiệt để làm mát.

Mặt tiền phủ xanh của Bảo tàng Quai Branly tại Paris, Pháp

Kết quả thu được qua nhiều nghiên cứu cho thấy: mái nhà truyền thống với màu sắc tối có tác động nhiệt lớn nhất đối với không gian bên ngoài. Mái nhà màu sáng làm giảm đáng kể mức tải nhiệt khi làm giảm nhiệt độ bề mặt bên ngoài của kết cấu do phản xạ bức xạ mặt trời cao. Sự cân bằng nhiệt độ tối đa được mái xanh đảm bảo, chủ yếu do tích tụ nhiệt bằng lớp bề mặt lớn. Nhìn chung, có thể lưu ý hiệu ứng nhiệt thấp hơn của các mặt dựng so với mái, đó là do giá trị thấp hơn của tổng bức xạ mặt trời trên bề mặt thẳng đứng của các mặt dựng. Hệ thống mặt dựng với lớp trát mỏng để giữ nhiệt sẽ có tác động nhiệt lớn hơn tới môi trường xung quanh. Việc ứng dụng một lớp gạch ốp sẽ đẩy mạnh quá trình cân bằng nhiệt độ trên bề mặt bên ngoài của kết cấu. Tác động nhiệt tối thiểu rất điển hình cho các hệ thống mặt dựng thông gió hệ neo. Các kết quả trên đã giúp đánh giá tương đối chính xác mức độ tác động nhiệt của các kết cấu bao che đối với không gian bên ngoài. Có thể có một đánh giá chính xác hơn nếu áp dụng mô hình số cho sự truyền nhiệt trong kết cấu.

Phát triển bền vững trong xây dựng cũng có nghĩa là sử dụng các vật liệu thân thiện môi trường có mức cách nhiệt cao. Việc tích hợp các công nghệ tiết kiệm năng lượng hiện đại dựa trên việc sử dụng các vật liệu cách nhiệt dạng sợi tự nhiên dưới dạng gai dầu kỹ thuật, lanh và đay kết hợp với mặt tiền và mái xanh đang là nhiệm vụ cấp thiết. Việc xây dựng bằng rơm rạ có những ưu điểm như khả năng tái chế vật liệu, giảm lượng khí thải CO2 trong khí quyển và nguồn vật liệu sẵn có tại chỗ (giảm chi phí vận chuyển). Nâng cao hiệu quả năng lượng khi cải tạo nhiệt các mặt dựng của công trình

Cải tạo nhiệt các công trình dân dụng rất quan trọng về mặt thực tiễn.

Hệ thống mặt dựng của các công trình hiện đại có những đặc thù riêng.

Thứ nhất, hiệu quả duy trì nhiệt của các thành phần vỏ không đồng đều, và sự thiếu cân bằng này gia tăng. Ảnh hưởng của các yếu tố hai và ba chiều trong kết cấu tăng lên đáng kể, sự phân bố nhiệt độ không đồng đều trên bề mặt bên trong của kết cấu, tính đồng nhất về kỹ thuật nhiệt của các kết cấu bao che giảm đi. Để xác định các bất thường về nhiệt độ và hư hỏng, cần tính toán các trường nhiệt độ ba chiều và nghiên cứu các giải pháp kết cấu mới.

Thứ hai, vai trò của chế độ độ ẩm tăng lên đáng kể. Đối với tường phẳng mịn, sự phân bố độ ẩm tốt hơn, trong khi tại các rìa, gờ của các kết cấu bao che, chế độ độ ẩm kém hơn nhiều, quan trọng là điều này khiến các tính toán sự truyền nhiệt và độ ẩm trong các yếu tố ba chiều của kết cấu bao che trở nên phức tạp.

Thứ ba, quá trình xây các tường ngoài (đặc biệt từ các yếu tố kích thước nhỏ) là một quá trình thấm khí. Sự xâm nhập của không khí ngoài trời vào mùa lạnh dẫn tới việc suy giảm các đặc tính giữ nhiệt của các kết cấu bao che. Không khí trong nhà thoát ra qua các kết cấu tường cũng tiềm ẩn nhiều nguy cơ. Khâu hoàn thiện trang trí các tường ngoài và mái với gam màu tối là một nguồn nhiệt bổ sung, đặc biệt ở vùng khí hậu nóng, do hấp thụ bức xạ mặt trời. Tất cả điều này dẫn đến “ô nhiễm” nhiệt độ môi trường quanh năm.

Tất cả các đặc điểm nêu trên rất quan trọng để tính toán trong các tòa nhà được cải tạo, tái thiết. Đó là sự cải thiện điều kiện về nhiệt độ-độ ẩm của tường ngoài, nghiên cứu các giải pháp kết cấu hiệu quả của các mối nối giữa các kết cấu bao che nhằm cân bằng nhiệt độ trên bề mặt bên trong, giảm mức thẩm thấu khí qua các mạch xây, cải thiện điều kiện tiện nghi của không gian trong các căn phòng, tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả năng lượng của các công trình.

Cải tạo nhiệt các công trình xây dựng là một công cụ hiệu quả để nâng cao an toàn kỹ thuật nhiệt, an toàn năng lượng và an toàn sinh thái của các công trình. Không thể đạt được mục tiêu giảm lượng năng lượng tiêu hao trong GDP và đảm bảo sử dụng hợp lý và có trách nhiệm với môi trường các nguồn năng lượng và tài nguyên năng lượng nếu không đổi mới cơ sở tiêu chuẩn pháp lý hiện hành. Để hoàn thiện khung pháp lý hiện hành, cần hoàn thiện hệ thống đánh giá, phân hạng tính bền vững của các công trình xanh. Các yêu cầu hệ thống xếp hạng đều hướng tới việc giảm mức tiêu thụ các tài nguyên năng lượng, sử dụng các nguồn phi truyền thống, tái tạo và năng lượng thứ cấp, sử dụng nước hợp lý, giảm các tác động có hại tới môi trường xung quanh trong quá trình xây dựng và khai thác các công trình, gồm cả các khu vực kề cận xung quanh khi bảo đảm môi trường sống tiện nghi cho con người, và lợi nhuận kinh tế tương đương của các giải pháp kiến trúc, kết cấu và kỹ thuật.

Tiêu chuẩn công trình xanh có các quy tắc, tiêu chí đánh giá, các chỉ số về tính bền vững của môi trường sống, cũng như các giá trị cụ thể của các chỉ số nhằm đánh giá xếp hạng công trình, và bao gồm hệ thống các chỉ tiêu cơ bản, trong trường hợp cần thiết có thể điều chỉnh bằng các hệ số hoặc bổ sung bằng các thông số thể hiện đặc điểm công trình, đặc điểm kinh tế, năng lượng, khí hậu khu vực hoặc địa phương. Tiêu chuẩn cũng thiết lập các cấp độ bền vững của môi trường sống đối với nhà ở và công trình công cộng đã xây, cải tạo hoặc sửa chữa cơ bản, cũng như đối với hồ sơ thiết kế của các công trình. Tiêu chuẩn phổ biến cho tất cả các hình thức nhà ở và công trình công cộng được thiết kế, xây dựng và đưa vào sử dụng với các chức năng khác nhau.

Tính bền vững của môi trường sống trong hệ thống được đánh giá bằng 10 tiêu chí cơ bản (tính tiện nghi và chất lượng môi trường bên ngoài; chất lượng kiến trúc và quy hoạch công trình; tính tiện nghi và môi trường bên trong; chất lượng vệ sinh dịch tễ và xử lý rác thải; sử dụng nước hợp lý; tiết kiệm năng lượng và hiệu quả năng lượng; ứng dụng năng lượng thay thế và năng lượng tái tạo; môi trường xây dựng, vận hành và xử lý công trình; hiệu quả kinh tế; chất lượng chuẩn bị và quản lý dự án). Trong đó, tiêu chí  “tiết kiệm năng lượng và hiệu quả năng lượng" là quan trọng nhất 

Các tiêu chí xây dựng xanh cơ bản

Mỗi tiêu chí được thể hiện bằng một nhóm tiêu chuẩn nhất định. Mỗi tiêu chuẩn được biểu thị bằng một hoặc một nhóm các chỉ số. Mỗi chỉ số được biểu thị dưới dạng tham số, chuỗi tham số hoặc đặc tính tham số, tương ứng với điểm số đánh giá. Tổng các điểm số đánh giá theo từng tiêu chí sẽ xác định giá trị điểm của cả tiêu chí.

Tổng điểm của tất cả các tiêu chí sẽ xác định giá trị chung (tích hợp) tính bền vững của chất lượng môi trường sống, giá trị bằng số của tổng này được mặc định là yếu tố S - yếu tố bền vững (sustainability factor). Đánh giá xếp hạng cuối cùng về tính bền vững của môi trường sống dựa trên tổng giá trị S thu được. Tùy theo tổng số điểm thu được từ kết quả xác định yếu tố S, dự án (công trình) sẽ được công nhận về cấp độ bền vững của môi trường sống.

Hệ thống hóa và tổng quát hóa dữ liệu về xây dựng xanh, công trình xanh sẽ cho phép đề ra những giải pháp cụ thể hơn, sâu sắc hơn để cải thiện hiệu quả năng lượng và an toàn môi trường của các tòa nhà và công trình, trong khuôn khổ các vấn đề cấp thiết về tăng tính bền vững của môi trường sống trong quy hoạch đô thị và kiến trúc đô thị.

  Sergei Kornienko

Tạp chí thường kỳ của Hội đồng Xây dựng xanh Liên bang Nga

                                                       Biên dịch: Lệ Minh ( Vụ KHCN&MT – Bộ Xây dựng )