Trong bối cảnh thị trường xây dựng Việt Nam đã có những điều kiện cần cho phát triển công trình xanh, việc đầu tư xây dựng thí điểm một công trình xanh sẽ là điều kiện để thúc đẩy công trình xanh phát triển mạnh mẽ trong thời gian tới, tạo tiền đề thuận lợi cho sự phát triển bền vững ở Việt Nam. Hơn nữa, để bắt nhịp với sự phát triển của công nghệ, khoa học kỹ thuật, các giáo viên cũng như sinh viên cần được cập nhật, tiếp xúc với các công nghệ mới, tiên tiến trong và ngoài nước. Vì vậy, việc đầu tư xây dựng mới cơ sở vật chất tích hợp các công nghệ tiên tiến là cần thiết, nhằm bổ sung và tăng cường năng lực giảng đường, phòng thí nghiệm, thư viện, phòng triển lãm công nghệ, phòng hội thảo,… đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo, hội nhập khu vực, hội nhập quốc tế và chuyển giao công nghệ và phát triển bền vững.
Với định hướng và mục tiêu như đã nêu trên, trường Cao đẳng Xây dựng Công trình Đô thị cần đầu tư xây dựng mới công trình “Trung tâm nghiên cứu, đào tạo ứng dụng và chuyển giao công nghệ xây dựng xanh Việt Nam”:
- Triển khai lập dự án đầu tư xây dựng hạng mục công trình xây dựng “Trung tâm nghiên cứu, đào tạo ứng dụng và chuyển giao công nghệ xây dựng xanh Việt Nam” trong khuôn viên trường Cao đẳng Xây dựng Công trình Đô thị.
- Trung tâm nghiên cứu, đào tạo ứng dụng và chuyển giao công nghệ xây dựng xanh Việt Nam được đầu tư xây dựng mới với tổng diện tích sàn xây dựng khoảng 3.500 m2, bao gồm khu vực làm việc-văn phòng, nghiên cứu chuyển giao công nghệ, các phòng họp, khu trưng bày, các phòng học lý thuyết, nhà thực hành.
Công trình được xây dựng với các chỉ tiêu nằm trong quy hoạch như sau:
- Diện tích khuôn viên: khoảng 2.000m2 đến 3.000 m2
- Diện tích xây dựng: khoảng 750m2 đến 1.000m2
- Mật độ xây dựng: khoảng 35%
- Số tầng: 05 tầng
- Tổng diện tích sàn: 3.500m2 đến 5.000m2
- Tổng chiều cao công trình: 22,5m, trong đó tầng trệt cách mặt đất 0,75m.
- Chiều cao tầng điển hình : 3,6m
Khu đất của trường nằm gần sông Đuống, trong trường còn có một hồ nhân tạo khá rộng cùng với nhiều cây xanh nên đây là điều kiện thuận lợi cho môi trường trong lành. Nhìn chung, dự án có một vị trí rất tốt trong một không gian sạch, đẹp, an toàn, có nhiều tiềm năng để phát triển các giải pháp thân thiện với môi trường. Có thể nói, khu vực xung quanh dự án đã cung cấp một nền tảng tốt mà từ đó việc thiết kế dự án có thể góp phần vào việc tạo nên vẻ đẹp và sự phát triển bền vững của khu vực.
Giải pháp quy hoạch tổng mặt bằng:
Tòa nhà có hình chữ nhật, có chiều dài dọc theo hướng đông bắc – tây nam. Mặt đứng chính theo hướng đông nam, đúng theo quy hoạch hiện tại của trường. Thiết kế này cho phép tòa nhà đón gió mát vào mùa hè.
Giải pháp kết cấu:
Công trình được xây dựng trên cọc. Kết cấu từ tầng hầm đến tầng 5 được thiết kế bằng bê tông đúc sẵn để đảm bảo kiểm soát về chất lượng. Tuy nhiên, bê tông cốt thép đổ tại chỗ cũng có thể là một phương án.
Cảnh quan – lối đi lại:
- Cảnh quan tại tầng 1, trên mái và vườn Trời sẽ gồm có nhiều loại cây, cây bụi và cỏ.
- Vật liệu lát lối đi ở tầng 1 sẽ gồm đá và bê tông.
- Hoàn thiện đá cho tường chắn đất ở tầng trệt sẽ là đá chẻ.
- Bồn hoa sẽ được làm bằng bê tông, vật liệu chống thấm và được ốp gỗ hoặc đá tùy theo vị trí.
Mặt dựng – Lớp vỏ công trình:
- Giải pháp về mặt dựng: mặt dựng sẽ được phủ lớp thông minh để có thể thích nghi tốt với điều kiện thời tiết.
- Mặt dựng hướng đông nam bao gồm 2 lớp: lớp trong cùng là kính với cửa sổ có thể đóng mở được. Lớp ngoài cùng là dải cây xanh cách lớp kính trong cùng 1-1.5 m, dài cây này được leo trên một lưới thép dọc theo phương ngang tòa nhà. Các dải cây này được leo theo hướng thẳng đứng. Dải cây này ngăn ánh nắng mặt trời cho mặt dựng phía đông nam nhưng ngăn gió mát và tầm nhìn ra phía ngoài. Việc bố trí này giúp ánh nắng mặt trời có thể đi tới vào các không gian bên trong tòa nhà vào mùa đông. Không khí sẽ xuyên qua hai lớp này sẽ được bổ sung thêm khí oxy và không khí sẽ mát hơn.
- Mặt dựng hướng tây nam sửa dụng tường cách nhiệt với các cửa sổ nhỏ và các lam chắn nắng. Các lam chắn nắng này có thể xoay được quanh một trục cố định tùy theo từng điều kiện thời tiết.
- Tầng mái: Bố trí vườn trời với mái vẩy. Ở đây cũng bố trí các tấm pin năng lượng mặt trời, tua bin gió
Ý tưởng thiết kế kiến trúc xanh:
Vật liệu:
Tường đóng vai trò ngăn những điều kiện thời tiết ở bên ngoài tác động bên trong tòa nhà. Nhiệt cũng được truyền qua, bởi vậy mà điện trở nhiệt R của vật liệu và U-value của tường phải được xem xét một cách cẩn trọng. U-value ≤ 0.9 W/m2.K dẫn tới một lượng nhiệt thấp hơn truyền qua tường.
Việc sử dụng Gạch nhẹ AAC có những lợi ích như sau:
- Bền vững: tái chế các rác thải công nghiệp, quá trình sản xuất không gây ô nhiễm môi trường, không có các thành phần độc hại.
- Nhẹ: nhẹ hơn 3-4 lần so với gạch truyền thống, dễ dàng hơn & giá thành thấp hơn khi vận chuyển.
- Cách nhiệt và tiết kiệm năng lượng: các lỗ không khí làm cho việc cách nhiệt rất tốt.
- Chịu lửa: không cháy và chịu lửa lên tới 1600 độ C, 6h.
- Cách âm: âm thanh có thể xuyên qua do cấu trúc khe hở của gạch
- Dễ dành lắp đặt và mềm dẻo trong thiết kế: dễ dàng cắt, khoan, dũa, mài và gia công để đáp ứng từng yêu cầu cụ thể, có thể đặt hang theo kích thước mong muốn.
- Độ chính xác: có thể sản xuất với kích thước chính xác, giảm thiểu sử dụng xi măng và sắt thép
- Chi phí bảo trì thấp: chi phí vận hành giảm từ 30% tới 40%, tổng giá thành xây dựng giảm 2.5% khi yêu cầu ít kết nối và giảm lượng xi măng sắt thép trong xây dựng.
- Gạch cách nhiệt cao có thể tiết kiệm tới 30% giá thành về năng lượng.
- Xây dựng nhanh: thời gian xây dựng giảm 20 %, số lượng liên kết giảm trong xây dựng tường.
Tham vào đó, lớp phủ hoàn thiện ngoài với terracotta sẽ đảm bảo việc chống thấm nước và mỹ thuật.
Tường sẽ bao gồm các thành phần sau:
- Lớp plaster 2cm
- Gạch nhẹ AAC 15cm
- Lớp terracotta 2cm
Mái xanh:
Không gian cộng đồng, sinh hoạt chung nên được thiết kế cho người sử dụng tòa nhà. Một nửa khu vực mái có thể vào ra được và được bố trí một mái xanh, trang bị ghế, cây xanh và lam chắn nắng bằng gỗ sẽ cung cấp cho sinh viên một không gian thư giãn và học tập hiệu quả.
Ở một ý nghĩa rộng hơn, mái xanh sẽ giúp giảm hiệu ứng nhiệt “đảo”. Hiệu ứng nhiệt “đảo” là một hiện tượng mà sự tập trung của kết cấu xây dựng và nhiệt từ các hoạt động của con người làm cho lớp vỏ công trình trong khu vực thành phố nóng hơn so với ở nông thôn. Đối với công trình này, bê tông và các vật liệu tổng hợp khác tích trữ và giải phóng nhiệt từ năng lượng mặt trời. Trong khi đó, đất và cây xanh đóng vai trò làm mát không khí thông qua các hiện tượng như bốc hơi và bay hơi của đất.
Mái xanh này cũng mang lại lợi ích trong việc quản lý nước mưa bởi thấm nước mưa, tích trữ và làm bay hơi. Do đó, nước mưa sẽ không đọng ở đó, làm giảm tải trọng của tòa nhà cũng như của toàn khu vực.
Cuối cùng, mái xanh này cung cấp sự cách nhiệt tốt cho mái, nơi mà bề mặt của nó bị phơi nắng nhiều nhất với bức xạ mặt trời và do đó giảm nguy cơ quá nhiệt & tiêu thụ năng lượng khi làm mát tòa nhà. Trong trường hợp này, để có lớp cây xanh từ 1 đến 2m chiều cao, cần đổ một lớp đất dày 25-35cm. Các vật liệu tự nhiên như gỗ sẽ được sử dụng cho các đồ đạc (bàn ghế). Các giải pháp che chắn nắng sẽ được nâng cấp hơn với vườn treo. Việc tưới cây sẽ được thực hiện bởi việc thu và tái sử dụng nước mưa. Mái xanh này cũng có thể được sử dụng để trồng rau, cung cấp cho căng tin của nhà trường trong các bữa ăn sinh viên.
Việc quản lý và thu thập nước mưa có thể làm giảm sự lãng phí nước mưa. Do ở Hà Nội, là khu vực nhiệt đới gió mùa ẩm nên lượng mưa khá lớn, nên hệ thống mái xanh này không chắc có thể chống lại được với những tình huống không mong muốn như trên. Bởi lý do này, nên cần có thêm các bước tiếp theo, nghiên cứu tại nơi đặt công trình về việc quản lý nước này.
Chắn nắng & Độ tăng nhiệt – Phân tích và Mô phỏng:
Bảo vệ chống lại ánh nắng mặt trời là một phần cơ bản trong việc thiết kế tòa nhà. Sự hiện diện của cửa sổ luôn luôn là điều quan trọng để cung cấp các giải pháp chắn nắng thông minh để giảm thiểu tác động của bức xạ mặt trời, cho nên giảm yêu cầu về tải điều hòa và nâng cao sự tiện nghi về nhiệt. Dưới đây giới thiệu 03 kiểu chính của bảo vệ chống bức xạ mặt trời cho cửa sổ. Các làm chắn nắng này không cần thiết phải lắp vuông góc với mặt dựng tòa nhà.
Mặt khác, phân tích đường đi của mặt trời cho phép chúng ta hiểu rõ vị trí và góc chiếu của mặt trời ảnh hưởng tới các mặt của tòa nhà như thế nào trong vòng một năm. Bước này là bước cơ sở để tối ưu hóa việc bảo vệ bức xạ mặt trời cho cửa sổ để giảm bức xạ có thể xâm nhập vào bên trong tòa nhà trong thời gian mùa hè, trong khi đó chúng ta sẽ có những ý tưởng bước đầu về mức độ chiếu sáng tự nhiên và độ tăng nhiệt lớn nhất trong mùa đông.
Hình ảnh ở trên cho thấy đường đi của mặt trời trong toàn bộ một năm. Ở điểm cao nhất, vào giữa ngày, góc chiếu (liên quan tới hướng nam) thay đổi từ 46º to 92º: mặt trời ở độ cao thấp nhất vào mùa đông (46oC nam) và độ cao cao nhất vào mùa hè (92oC Bắc, gần như thẳng đứng). Vào giữa mùa, mặt trời quay theo đường giữa hai cao độ này.
Việc làm mái vảy cho phía bắc và phía nam rất quan trọng:
- Vào mùa hè, ánh nắng mặt trời có thể được hạn chế ở phía mặt dựng phía bắc với các mái che mái vẩy ngắn.
- Vào mùa đông hay mùa khác, ánh nắng mặt trời có thể bị hạn chế ở phía mặt dựng phía nam với các mái che mái vẩy dài hơn.
Đối với mặt phía đông và phía tây, việc sử dụng phương pháp che chắn nắng như ở trên là không thực sự cần thiết do các mặt dựng phía này ít bị phơi nắng trong suốt thời gian trong ngày từ sáng tới chiều. Phương án dùng sidefin (che chắn hai bên cửa sổ) sẽ thích hợp hơn.
Vào mùa hè, mặt trời sẽ chiếu sáng (~295ºC) gay gắt hơn mùa đông (~245ºC). Để giải quyết việc thay đổi khoảng ~50ºC trong năm, sidefin lắp ở hướng nam có thể hạn chế ánh nắng mặt trời vào mùa hè và hạn chế ánh nắng này ít hơn vào mùa đông.
Tây nam, tây và đông nam nhận nhiều bức xạ nhiệt mặt trời hơn do không có các giải pháp che chắn cửa sổ trong một năm. Vào thời gian của mùa hè, nhiệt bức xạ mặt trời lớn nhất đến từ phía đông, tây và tây bắc. Trong mùa đông, thì đến từ phía nam và tây nam.
Tòa nhà đã được xoay 45º về phía tây để phù hợp với quy hoạch chung của nhà trường. Trong trường hợp này, các mặt dựng sẽ theo hướng đông bắc, tây bắc, đông nam và tây nam. Khi thiết kế, tính toán đến phần kiến trúc và tiết kiệm năng lượng, chúng tôi đã chọn một số giải pháp sau để bảo vệ bức xạ mặt trời cho các mặt dựng:
– Mặt dựng đông bắc: Mặt dựng phía này sẽ là nơi phơi nắng chính trong suốt thời gian buổi sáng mùa hè. Các giải pháp chén nắng với hệ thống lưới thép theo chiều ngang với các dải cây sẽ che phủ bề mặt của mặt dựng.
– Mặt dựng tây bắc: Mặt dựng này sẽ bị phơi sáng mạnh vào thời gian buổi chiều mùa hè.
Kính: Tỷ lệ diện tích cửa sổ – tường (WWR%) và Hệ số hấp thụ nhiệt của kính lớn nhất trên các mặt dựng.
Ánh sáng tự nhiên: Phân tích ánh sáng sáng tự nhiên, các ống dẫn sáng và ống dẫn quang.
Thông gió tự nhiên (với giếng trời): Một hệ thống làm lạnh và thông gió trung tâm sẽ được lắp đặt cho tòa nhà để nâng cao việc vận hành hiệu quả, tiết kiệm. Ngoài ra sẽ thiết kế thêm cửa số có thể mở được và các cảm biến phát hiện CO2 để nâng cao tính hiệu quả trên.
Tối ưu hóa việc thiết kế kiến trúc (Thiết kế thụ động):
Mô phỏng chiếu sáng tự nhiên là trong những kỹ thuật được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế thụ động, dựa trên tối ưu hóa thiết kế kiến trúc.
Mô phỏng được thực hiện nhằm xác định các chỉ số chiếu sáng tự nhiên, xác định các khu vực với mức độ chiếu sáng tự nhiên cao, bức xạ mặt trời hấp thụ lớn, cũng như các khu vực với mức độ chiếu sáng tự nhiên thấp (và cần chiếu sáng nhân tạo). Trên cơ sở này, xác định các phương án điều chỉnh kiến trúc phù hợp.
