MỞ ĐẦU 0. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Từ giữa thế kỷ thứ XX, nhân loại đã phải đối diện với nhiều thách thức mang tính toàn cầu, như: khủng hoảng năng lượng, cạn kiệt tài nguyên, ô nhiễm môi trường, nghèo đói, … và đặc biệt là hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu. Trong bối cảnh đó, phát triển bền vững (PTBV) đã trở thành xu hướng phát triển tất yếu và là quốc sách hàng đầu của nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Xây dựng, đặc biệt là xây dựng và phát triển tại các đô thị, là ngành sử dụng nhiều tài nguyên và tiêu tốn nhiều năng lượng trong suốt vòng đời tồn tại của công trình (có thể tiêu thụ tới 70% vật liệu tự nhiên và hơn 40% tổng năng lượng tiêu thụ của mỗi quốc gia [9]).
Vì vậy, phát triển xây dựng bền vững - hay kiến trúc bền vững (KTBV) - là giải pháp có vai trò then chốt trong việc đạt được mục tiêu PTBV chung của các quốc gia. KTBV là kiến trúc hướng đến tính thích ứng và nhạy cảm với môi trường, sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên, năng lượng, thân thiện và góp phần bảo tồn môi trường sinh thái trong suốt vòng đời của công trình xây dựng. Có nhiều giải pháp thiết kế hướng đến KTBV, trong đó, khai thác thông gió tự nhiên (TGTN) là một trong những giải pháp cơ bản và quan trọng nhất. Đây cũng là giải pháp mà cha ông ta đã áp dụng hàng ngàn năm nay cho các công trình kiến trúc.
TGTN trong các công trình - nhằm tạo ra các không gian tiện nghi, thân thiện cho người sử dụng - nếu được khai thác tốt, sẽ hạn chế tối đa việc sử dụng các thiết bị thông gió (TG) làm mát, mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng (TKNL) cao, hạn chế ảnh hưởng đến môi trường và hướng đến KTBV. Trong KTBV, vấn đề sử dụng hợp lý, tiết kiệm các nguồn năng lượng trong suốt vòng đời của công trình là một tiêu chí quan trọng nhằm hướng đến sự PTBV. Chung cư (CC) là một loại hình kiến trúc nhà ở phổ biến tại các đô thị lớn trên thế giới. Theo “Chiến lược phát triển Nhà ở quốc gia đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030” [26], CC là loại hình nhà ở được “chú trọng phát triển” tại các đô thị Việt Nam.
Theo [26], tỷ lệ Nhà CC ở các dự án phát triển Nhà ở đô thị đến năm 2020 cho các đô thị đặc biệt (như: Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh) và đô thị loại I-II (như thành phố Đà Nẵng) lần lượt là 90% và 60%. Như vậy, CC - trong đó có CC cao tầng - sẽ là loại hình nhà ở phát triển mạnh mẽ tại các đô thị lớn của Việt Nam trong thời gian tới. 2 Hiện nay, việc khai thác TGTN cho các dự án Nhà ở cao tầng (NOCT) đã và đang được triển khai xây dựng ở Việt Nam vẫn còn rất hạn chế, như: sử dụng giải pháp TG nhân tạo là chủ đạo; hiệu quả TGTN cho các phòng ở trong căn hộ chưa cao; một số phòng chức năng không được chiếu sáng tự nhiên và TGTN; … Một số nguyên nhân chính của việc chưa khai thác hiệu quả TGTN cho các CC cao tầng: nhận thức của cộng đồng về vai trò và ý nghĩa của các giải pháp TGTN hướng đến PTBV còn hạn chế; sự bị động của các giải pháp TGTN trong việc kiểm soát các điều kiện vi khí hậu trong nhà; nhà thiết kế cần có những kiến thức chuyên môn sâu về lĩnh vực TG và đầu tư nhiều thời gian để đưa ra được các giải pháp TGTN tối ưu; chưa có một hệ thống lý thuyết hoàn chỉnh về thiết kế TGTN trong NOCT hoặc các Tiêu chuẩn thiết kế TGTN trong NOCT để nhà thiết kế có thể áp dụng; … Vùng Duyên hải Nam Trung bộ (DHNTB) có khí hậu cơ bản là nhiệt đới gió mùa, không có mùa Đông lạnh [5]. Theo nghiên cứu về sinh khí hậu (SKH) của PGS.
Phạm Đức Nguyên, Đà Nẵng và Nha Trang (là 2 đô thị lớn thuộc vùng DHNTB) có tỷ lệ về thời gian thời tiết nằm trong vùng dễ chịu trong năm lần lượt là 85. Điều này cho thấy tiềm năng sử dụng giải pháp TGTN cho các công trình tại vùng DHNTB là rất lớn. Các khảo sát ban đầu và điều tra xã hội học - do nghiên cứu sinh (NCS) thực hiện (Phụ lục 6) - cho thấy, TGTN là giải pháp được cư dân tại các công trình NOCT ưu tiên sử dụng để làm mát công trình. Từ những năm cuối của thế kỷ XX, các đô thị của vùng DHNTB đã có những bước phát triển mạnh mẽ.
Nhiều khu đô thị, khu nhà ở - trong đó có các dự án NOCT - đã và đang được triển khai thực hiện. Số lượng các dự án NOCT tại các đô thị lớn của vùng (Đà Nẵng, Nha Trang, Qui Nhơn, …) có xu hướng tăng trong thời gian tới. Do đó, nếu đưa ra được các giải pháp thiết kế TGTN cho NOCT hợp lý sẽ mang lại hiệu quả cao về TKNL. Với định hướng PTBV của Việt Nam và bối cảnh thực tiễn (tiềm năng khai thác TGTN và xu hướng phát triển của loại hình NOCT) của vùng DHNTB, thiết kế kiến trúc nhằm khai thác hiệu quả TGTN cho loại hình NOCT nhằm TKNL, hướng đến PTBV là nhu cầu xuất phát từ thực tiễn và vô cùng cấp thiết.
3 Xuất phát từ các lý do trên, NCS đã chọn đề tài “Khai thác thông gió tự nhiên trong Nhà ở cao tầng tại các đô thị Duyên hải Nam Trung Bộ hướng đến tiết kiệm năng lượng - phát triển bền vững” làm Luận án tiến sĩ Kiến trúc. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Mục tiêu nghiên cứu tổng thể: Khai thác TGTN trong NOCT tại các đô thị DHNTB nhằm TKNL, hướng đến PTBV cho loại hình kiến trúc NOCT nói riêng và mục tiêu PTBV nói chung của Việt Nam. - Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của luận án: + Định hướng khai thác TGTN trong NOCT tại các đô thị DHNTB hướng đến TKNL, PTBV. + Đề xuất các nguyên tắc thiết kế nhằm khai thác hiệu quả TGTN trong NOCT tại các đô thị DHNTB hướng đến TKNL, PTBV.
+ Đề xuất các kiến nghị về khai thác vận hành TGTN trong NOCT tại các đô thị DHNTB hướng đến TKNL, PTBV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU - Kiến trúc NOCT. - TGTN trong NOCT. PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Giới hạn về không gian: Các đô thị thuộc vùng DHNTB (nghiên cứu minh họa cho 3 đô thị của vùng là: Đà Nẵng - Quy Nhơn - Nha Trang) - Giới hạn về thời gian: giai đoạn đến năm 2030 tầm nhìn đến năm 2050.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - Ý nghĩa khoa học của Đề tài: Luận án đã đưa ra phương pháp luận thiết kế, một số nguyên tắc chung về thiết kế TGTN cho kiến trúc NOCT hướng đến TKNL và PTBV. Qua đó, góp phần bổ sung cho lý luận về thiết kế TGTN cho công trình kiến trúc nói chung và loại hình kiến trúc NOCT nói riêng. - Ý nghĩa thực tiễn của Đề tài: tiềm năng khai thác TGTN cho công trình, nhu cầu sử dụng giải pháp TGTN để làm mát căn hộ và nhu cầu xây dựng NOCT cho các đô thị lớn của vùng DHNTB là rất lớn. Các giải pháp thiết kế nhằm khai thác hiệu quả TGTN cho công trình sẽ có nhiều cơ hội để ứng dụng vào thực tiễn thiết kế hiện nay của khu vực, góp phần vào việc TKNL, sự PTBV cho kiến trúc và sự PTBV chung cho vùng 4 DHNTB.
Kết quả nghiên cứu cũng là tài liệu hữu ích cho công tác đào tạo kiến trúc sư, là tài liệu tham khảo cho các nhà quản lý quy hoạch - kiến trúc, nhà thiết kế, nhà đầu tư, … trong quá trình lập dự án, xét duyệt, thi công xây dựng và vận hành khai thác công trình NOCT. Sơ đồ nghiên cứu của Luận án - xem Hình 0.1: Sơ đồ nghiên cứu của Luận án 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHAI THÁC THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG NHÀ Ở CAO TẦNG HƯỚNG ĐẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG - PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG 1. PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG VÀ KIẾN TRÚC BỀN VỮNG 1. Bối cảnh ra đời và các khái niệm về phát triển bền vững Bối cảnh Sự phát triển kinh tế - xã hội của nhiều nước trên thế giới, ngay từ giữa thế kỷ XX, đã phải phải đối diện với nhiều thách thức, như: khủng hoảng năng lượng, cạn kiệt tài nguyên, ô nhiễm môi trường, … và đặc biệt là hiện tượng biến đổi khí hậu.
Đây thật sự là những đe dọa có tính toàn cầu cho môi trường sinh thái trên trái đất, sự phát triển của các quốc gia, thậm chí là ảnh hưởng đến sự sinh tồn của các thế hệ tương lai. Trong bối cảnh đó, các quốc gia trên thế giới cần phải có những suy nghĩ và hành động để cứu trái đất, đảm bảo cho sự sinh tồn và phát triển của các thế hệ tương lai. Các khái niệm về phát triển bền vững Những nội hàm của PTBV xuất hiện từ rất sớm cùng với sự phát triển của nền văn minh nhân loại. Nhưng đến những thập niên đầu của thế kỷ XX, các nội hàm này mới phát triển và trở thành những hành động cụ thể hay các trào lưu của các tổ chức trong xã hội.
Tiên phong cho các trào lưu này là các tổ chức hoạt động vì môi trường ở Tây Âu và Bắc Mỹ. Thuật ngữ “PTBV” lần đầu tiên xuất hiện trong “Chiến lược bảo tồn thế giới” do Hiệp hội bảo tồn thiên nhiên và tài nguyên thiên nhiên thế giới (IUCN) phối hợp với Chương trình môi trường Liên hiệp quốc (UNEP) và Quỹ bảo vệ động vật hoang dã thế giới (WWF) xuất bản vào năm 1980. Theo báo cáo này, “Để sự phát triển là bền vững, ngoài yếu tố kinh tế, phải tính đến các yếu tố xã hội và yếu tố sinh thái”, trong đó nhấn mạnh đến góc độ bền vững về sinh thái “một trong những vấn đề tiên quyết cho sự PTBV là bảo tồn các nguồn tài nguyên cho sự sống” [63]. Khái niệm PTBV chính thức được công bố trong Báo cáo Brundtland của Ủy ban Môi trường và Phát triển thế giới WCED vào năm 1987 (Báo cáo “Our common future”).
Báo cáo này đã đưa ra một định nghĩa rõ ràng về PTBV, đó là: “PTBV là sự phát triển đáp ứng các nhu cầu của hiện tại mà không làm tổn hại đến khả năng đáp ứng nhu cầu của các thế hệ tương lai”. Theo đó, PTBV phải đảm bảo hiệu quả của phát 6 triển kinh tế, công bằng xã hội và bảo vệ - bảo tồn môi trường. Đây là định nghĩa về PTBV được sử dụng rộng rãi trong thời gian gần đây.