Kiến trúc xanh trong thiết kế công trình: Giải pháp và tiêu chuẩn dành cho kiến trúc sư

Theo World Green Building Council (WorldGBC), các công trình và hoạt động xây dựng liên quan đến khoảng 39% lượng phát thải CO₂ liên quan đến năng lượng trên toàn cầu; trong đó khoảng 28% đến từ vận hành công trình và 11% liên quan đến carbon hàm chứa trong vật liệu, xây dựng. Vì vậy, thiết kế kiến trúc xanh cần tiếp cận theo vòng đời, thay vì chỉ tập trung vào một vài thiết bị tiết kiệm năng lượng.

1. Kiến trúc xanh là gì dưới góc nhìn của kiến trúc sư?

Kiến trúc xanh không dừng ở việc sử dụng cây xanh hay vật liệu thân thiện môi trường. Với kiến trúc sư, đây là một cách tiếp cận thiết kế tích hợp, trong đó các quyết định về khí hậu, năng lượng, tài nguyên, vật liệu và chất lượng môi trường trong nhà được xem xét ngay từ giai đoạn đầu. Để hiểu rõ bản chất và cách áp dụng, cần phân biệt kiến trúc xanh với công trình xanh và xác định những yếu tố cấu thành trong thiết kế.

1.1 Kiến trúc xanh là gì?

Kiến trúc xanh (Green Architecture) là cách tiếp cận trong thiết kế, hướng đến giảm tác động môi trường, sử dụng hiệu quả năng lượng và tài nguyên, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về công năng, thẩm mỹ, văn hóa và chất lượng không gian. Với kiến trúc sư, tư duy xanh được thể hiện từ việc lựa chọn địa điểm, định hướng công trình, tổ chức không gian, thông gió, chiếu sáng, thiết kế lớp vỏ đến lựa chọn vật liệu.

1.2 Kiến trúc xanh khác gì công trình xanh?

Công trình xanh (Green Building) là công trình được đánh giá dựa trên các tiêu chí định lượng về hiệu quả năng lượng, nước, vật liệu, chất lượng môi trường trong nhà và tác động đến môi trường. Các hệ thống như LEED, Green Mark, EDGE và LOTUS cung cấp khung tiêu chí để đo lường và chứng nhận mức độ đáp ứng của công trình.

Có thể hiểu là kiến trúc xanh là tư duy và phương pháp thiết kế, còn công trình xanh là kết quả được đánh giá bằng các tiêu chí cụ thể. Một công trình muốn đạt hiệu quả xanh cần kết hợp cả chất lượng thiết kế, giải pháp kỹ thuật, vật liệu và hiệu quả vận hành.

Vì vậy, một công trình có chứng nhận xanh chưa đồng nghĩa mọi khía cạnh kiến trúc đều đạt chất lượng cao, cũng như một thiết kế có nhiều giải pháp kiến trúc xanh chưa mặc nhiên được cấp chứng nhận. Hai khái niệm bổ trợ cho nhau và cần được tích hợp ngay từ giai đoạn đầu của dự án.

2. Những nguyên tắc cốt lõi trong thiết kế kiến trúc xanh

Các nguyên tắc kiến trúc xanh có thể được hệ thống hóa thành 5 nhóm trọng tâm gồm thích ứng khí hậu, hiệu quả năng lượng, vật liệu, sử dụng nước và tài nguyên, cùng chất lượng môi trường trong nhà. Cách tiếp cận này tương đồng với các nhóm yêu cầu được sử dụng trong những hệ thống đánh giá công trình xanh phổ biến như LEED và EDGE, dù mỗi hệ thống có cấu trúc tiêu chí và phương pháp đánh giá riêng.

2.1 Thiết kế thích ứng khí hậu địa phương

Kiến trúc xanh cần bắt đầu từ điều kiện tự nhiên của địa điểm. Kiến trúc sư cần phân tích hướng nắng, hướng gió, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa và đặc điểm vi khí hậu trước khi quyết định hình khối và hướng công trình.

Các giải pháp quan trọng gồm:

• Hướng nhà: tối ưu khả năng nhận sáng và giảm bức xạ nhiệt bất lợi.
• Thông gió tự nhiên: tổ chức cửa lấy gió, cửa thoát gió và khoảng không gian hỗ trợ đối lưu.
• Che nắng: sử dụng mái đua, lam chắn nắng, ban công, cây xanh hoặc lớp vỏ thứ hai.
• Daylight: đưa ánh sáng tự nhiên vào không gian nhưng kiểm soát chói và tải nhiệt.

2.2 Tiết kiệm năng lượng ngay từ thiết kế

Giải pháp thiết kế thụ động nên được ưu tiên trước khi tăng cường thiết bị kỹ thuật. Mục tiêu là giảm nhu cầu làm mát, chiếu sáng và thông gió cơ học ngay từ cấu trúc công trình.

Các điểm cần xem xét gồm:

• Mặt đứng: kiểm soát tỷ lệ cửa và tường, hướng kính và bức xạ mặt trời.
• Mái: tăng khả năng cách nhiệt, phản xạ nhiệt hoặc tích hợp mái xanh khi phù hợp.
• Façade: sử dụng lớp vỏ có khả năng kiểm soát nhiệt và ánh sáng.
• Shading: bố trí lam ngang, lam đứng, mái đua hoặc lớp vỏ kép tùy hướng nắng.

Sau khi tối ưu giải pháp thụ động, kiến trúc sư và kỹ sư có thể phối hợp các giải pháp chủ động như HVAC hiệu suất cao, BMS, LED, cảm biến và năng lượng tái tạo.

2.3 Sử dụng vật liệu xanh

Vật liệu xanh cần được đánh giá theo hiệu quả sử dụng và vòng đời, thay vì chỉ dựa vào nhãn "thân thiện môi trường".

Một số tiêu chí kiến trúc sư nên kiểm tra:

• Phát thải VOC: ưu tiên vật liệu có mức phát thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi thấp, đặc biệt với sản phẩm sử dụng trong không gian kín.
• Hàm lượng tái chế: xem xét tỷ lệ vật liệu tái chế và khả năng tái chế sau khi sử dụng.
• Carbon hàm chứa: đánh giá tác động phát thải trong quá trình khai thác nguyên liệu, sản xuất và vận chuyển.
• Độ bền và tuổi thọ: ưu tiên vật liệu có tuổi thọ cao, ít phải thay thế và bảo trì.
• Dữ liệu vòng đời: tham khảo EPD hoặc các tài liệu đánh giá tác động môi trường khi dự án yêu cầu.
• Chứng nhận và hồ sơ kỹ thuật: kiểm tra chứng nhận môi trường, tiêu chuẩn sản phẩm, thông số kỹ thuật và kết quả thử nghiệm từ nhà sản xuất.

Trong nhóm vật liệu xây dựng xanh, chất trám cũng được xem xét dựa trên các tiêu chí về phát thải, độ bền và tác động môi trường trong vòng đời sản phẩm. Hướng đến phát triển các giải pháp chất trám bền vững, Apollo Silicone mang đến Apollo Green Sealant A300 - Dòng chất trám thế hệ mới được phát triển theo định hướng thân thiện với môi trường. Với nguyên liệu đạt tiêu chuẩn trung hòa Carbon (ISO 14067 - Carbon Footprint và ISO 14068 - Carbon Neutral), góp phần đáp ứng yêu cầu về vật liệu xây dựng kiến trúc xanh.

2.4 Tiết kiệm nước và tài nguyên

Một công trình xanh cần kiểm soát cả lượng nước tiêu thụ và cách sử dụng tài nguyên trong toàn bộ vòng đời.

Các giải pháp có thể triển khai gồm:

• Thu hồi và sử dụng nước mưa.
• Thiết bị vệ sinh tiết kiệm nước.
• Tái sử dụng nước phù hợp với điều kiện công trình.
• Thiết kế cảnh quan giảm nhu cầu tưới.
• Tối ưu kết cấu để giảm hao phí vật liệu.
• Ưu tiên vật liệu có tuổi thọ cao, dễ bảo trì và thay thế.

EDGE là một ví dụ điển hình về cách lượng hóa hiệu quả tài nguyên. Để đạt cấp EDGE Certified, dự án phải đạt tối thiểu 20% tiết kiệm năng lượng, nước và năng lượng hàm chứa trong vật liệu so với đường cơ sở địa phương. 

2.5 Đảm bảo chất lượng môi trường trong nhà (IEQ)

Một công trình được xem là bền vững cần tạo ra môi trường sử dụng an toàn và dễ chịu.

Kiến trúc sư nên kiểm soát:

• VOC: hạn chế nguồn phát thải từ vật liệu hoàn thiện, keo, sơn và chất trám kín.
• Ánh sáng: tận dụng daylight nhưng kiểm soát chói và bức xạ nhiệt.
• Tiếng ồn: thiết kế lớp bao che, vật liệu và cấu tạo phù hợp với yêu cầu âm học.
• Nhiệt độ: kiểm soát tải nhiệt, thông gió và hiệu quả HVAC.

3. Các tiêu chuẩn kiến trúc xanh phổ biến hiện nay

Thực tế, các hệ thống dưới đây là hệ thống đánh giá và chứng nhận công trình xanh, được kiến trúc sư sử dụng làm khung tham chiếu trong quá trình thiết kế.

3.1 Khi nào nên chọn Green Mark?

Green Mark 2021 phù hợp để tham khảo cho các dự án tại khu vực nhiệt đới. Hệ thống hiện hành của BCA tập trung vào hiệu quả năng lượng, carbon vòng đời, khả năng chống chịu khí hậu, công nghệ thông minh, khả năng bảo trì và sức khỏe người sử dụng. BCA cho biết các công trình Green Mark trong 20 năm qua đã tiết kiệm hơn 4,2 tỷ kWh điện mỗi năm, tương đương khoảng 1,3 tỷ đô la Singapore chi phí tiết kiệm mỗi năm.

3.2 Khi nào nên chọn LEED?

Tiêu chuẩn LEED phù hợp với các dự án hướng đến hệ thống đánh giá quốc tế hoặc có yêu cầu từ chủ đầu tư, nhà phát triển và khách thuê. LEED hiện có các hệ thống dành cho nhiều loại hình và giai đoạn công trình. Hệ thống đánh giá các nhóm vấn đề như địa điểm, nước, năng lượng, vật liệu, chất lượng môi trường trong nhà và các chiến lược thiết kế tích hợp. Phiên bản mới nhất là LEED v5, hiện áp dụng cho BD+C, ID+C và O+M.

3.3 EDGE phù hợp dự án nào?

EDGE phù hợp khi đội ngũ dự án cần một phương pháp định lượng tương đối trực tiếp để kiểm tra hiệu quả sử dụng tài nguyên. Công cụ EDGE cho phép nhập thông tin dự án, so sánh với đường cơ sở và xác định các giải pháp có khả năng giảm tiêu thụ năng lượng, nước và năng lượng hàm chứa trong vật liệu. Ngưỡng cơ bản để đạt chứng nhận là 20% cho cả ba nhóm.

4. Giải pháp thiết kế giúp công trình đạt tiêu chí kiến trúc xanh

Trong thiết kế công trình xanh, các giải pháp thường được phân thành hai nhóm chính: giải pháp thụ động và giải pháp chủ động. Giải pháp thụ động khai thác điều kiện khí hậu, hình khối và lớp vỏ để giảm nhu cầu năng lượng; giải pháp chủ động sử dụng hệ thống kỹ thuật nhằm đáp ứng và tối ưu phần nhu cầu còn lại. Hai nhóm cần được phối hợp trong một quy trình thiết kế tích hợp, trong đó các giải pháp thụ động thường được xem xét từ giai đoạn đầu để giảm tải cho hệ thống kỹ thuật.

4.1 Giải pháp thiết kế thụ động

Thiết kế thụ động tập trung vào việc tận dụng điều kiện tự nhiên để giảm tải cho hệ thống kỹ thuật.

Các giải pháp phổ biến:

• Tổ chức cây xanh và mặt nước hợp lý.
• Tăng cường thông gió tự nhiên.
• Tối ưu hướng và tỷ lệ mở của mặt đứng.
• Sử dụng mái xanh hoặc giải pháp mái giảm hấp thụ nhiệt.
• Bố trí hệ thống che nắng theo hướng và góc chiếu sáng.
• Tối ưu ánh sáng tự nhiên để giảm nhu cầu chiếu sáng nhân tạo.

Điểm mạnh của giải pháp này nằm ở việc xử lý nhu cầu năng lượng ngay tại hình khối và lớp vỏ công trình. Đây là lý do các quyết định ở giai đoạn concept có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất vận hành về sau.

4.2 Giải pháp thiết kế chủ động

Khi giải pháp thụ động đã được tối ưu, hệ thống kỹ thuật tiếp tục đảm nhiệm vai trò nâng cao hiệu suất.

Có thể triển khai:

• BMS để giám sát và điều khiển hệ thống.
• Solar để bổ sung nguồn năng lượng tái tạo.
• HVAC hiệu suất cao.
• LED và cảm biến hiện diện.
• Thiết bị tiết kiệm nước.
• Hệ thống thu gom, xử lý và tái sử dụng nước phù hợp.

Cách tiếp cận hiệu quả là giảm nhu cầu trước, tối ưu thiết bị sau, thay vì dùng công nghệ để bù cho những hạn chế từ thiết kế ban đầu.

5. Checklist dành cho kiến trúc sư khi thiết kế công trình xanh

Trước khi chốt phương án ý tưởng, thiết kế kỹ thuật và hồ sơ chỉ dẫn kỹ thuật, kiến trúc sư có thể rà soát các hạng mục sau:

6. Kết luận

Kiến trúc xanh cần được hình thành từ những quyết định thiết kế đầu tiên, thay vì chỉ bổ sung công nghệ hoặc vật liệu xanh ở giai đoạn hoàn thiện. Với kiến trúc sư, trọng tâm là tối ưu đồng thời khí hậu, năng lượng, nước, vật liệu, chất lượng môi trường trong nhà và hiệu quả vận hành.

Một thiết kế tốt cần cân bằng giữa hiệu quả môi trường, công năng, thẩm mỹ và chi phí vòng đời. Khi các yếu tố này được xem xét có hệ thống từ concept đến specification, kiến trúc xanh sẽ trở thành một phương pháp thiết kế có thể kiểm chứng bằng dữ liệu, thay vì chỉ là định hướng mang tính hình thức.

FAQ: Câu hỏi thường gặp về kiến trúc xanh

1. Kiến trúc xanh và công trình xanh khác nhau như thế nào?

Kiến trúc xanh là định hướng và phương pháp thiết kế hướng đến hiệu quả môi trường, tài nguyên và chất lượng không gian. Công trình xanh là công trình được đánh giá theo một hệ thống tiêu chí cụ thể như LEED, Green Mark, EDGE hoặc LOTUS.

2. Thiết kế thụ động là gì?

Thiết kế thụ động (passive design) trong kiến trúc xanh là phương pháp tận dụng các nguồn năng lượng tự nhiên như ánh sáng, gió và nhiệt độ môi trường thông qua hình khối, hướng nhà và vật liệu, giúp giảm tối đa nhu cầu sử dụng năng lượng nhân tạo.

3. Green Mark và LEED khác nhau ra sao?

LEED do USGBC phát triển và có phạm vi áp dụng quốc tế rộng. Green Mark do BCA Singapore phát triển, được thiết kế phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới và hiện tập trung mạnh vào hiệu quả năng lượng, carbon vòng đời, khả năng chống chịu, sức khỏe và khả năng bảo trì.

4. Tiêu chuẩn LOTUS áp dụng cho công trình nào?

LOTUS được phát triển cho thị trường Việt Nam và có nhiều hệ thống phù hợp từng loại hình, gồm công trình xây mới, công trình đang vận hành, nhà ở riêng lẻ và công trình quy mô nhỏ. 

5. Kiến trúc sư cần chuẩn bị gì để đạt chứng nhận công trình xanh?

Cần xác định hệ thống chứng nhận từ sớm, lập mục tiêu hiệu suất, phối hợp với kỹ sư và các bên liên quan, lựa chọn vật liệu có hồ sơ kỹ thuật phù hợp, đồng thời chuẩn bị dữ liệu và bằng chứng cho quá trình đánh giá.

Tài liệu tham khảo:

• Lê Lương Vàng (2022), “Ưu tiên các giải pháp thiết kế thụ động cho công trình xanh”, Tạp chí Xây dựng.
• Vương Hải Long (2019), “Kiến trúc xanh với sinh viên kiến trúc”, Tạp chí Kiến trúc.
• World Green Building Council (WorldGBC), Embodied Carbon.
• U.S. Green Building Council (USGBC), LEED v5.
• Building and Construction Authority (BCA), Green Mark Certification Scheme.
• EDGE Buildings, EDGE Certification.
• Vietnam Green Building Council (VGBC), LOTUS Rating Systems.

Lý do vì sao trong các bài viết của Apollo Silicone luôn sử dụng linh hoạt 2 thuật ngữ Silicone (có chữ e) và Silicon (không có chữ e):

Silicon (Si) “không có chữ e” đơn giản chỉ là một nguyên tố hóa học. Còn với Silicone “có chữ e” là một hợp chất cấu trúc bao gồm các nguyên tử Silicon và Oxygen kết hợp với nhau tạo thành chuỗi Polymer giống cao su có khả năng kháng lại sự thay đổi của nhiệt độ, co giãn và đàn hồi tốt, không dẫn điện dẫn nhiệt.

Sản phẩm từ Silicone có tên thương mại là Silicone Sealant chuyên dùng để gắn, trám trét, bịt kín các khe hở, mối nối nhôm kính và nhiều loại vật liệu xây dựng khác. Trong thực tế, chúng ta thường gọi các sản phẩm này là Keo Silicon (không dùng chữ e theo thói quen, viết và hành vi tìm kiếm trên mạng), nhưng về mặt kỹ thuật, chất trám Silicone mới là thuật ngữ để chỉ những sản phẩm này. Và khi nhắc đến các sản phẩm này, Silicone “có chữ e” là cách sử dụng chính xác nhất.