THÔNG GIÓ TỰ NHIÊN TRONG THIẾT KẾ

Có nhiều giải pháp thông gió thụ động phù hợp với các bối cảnh khác nhau

Cũng giống các yếu tố khác trong kiến ​​trúc, không thể áp dụng rập khuôn các giải pháp thông gió cho tất cả, bối cảnh ở Tanzania không giống như ở Thụy Sĩ hay Colombia. Vì các lý do khách quan như: khác nhau về hướng gió, nhiệt độ trung bình, nhu cầu sử dụng, điều kiện môi trường,… bài viết này sẽ bàn luận về thông gió tự nhiên ở nhiều hình thức và cách các KTS đã sử dụng giải pháp thông gió thụ động này trong các bối cảnh khác nhau.

Các yếu tố liên quan đến cân bằng khí hậu

Vậy thông gió là gì và tại sao nó lại quan trọng?

Sự lưu thông gió được tạo nên bởi chênh lệch áp suất không khí. Trong không gian, các phần tử không khí nóng và khô nhẹ hơn nên thường bốc lên cao, các phần tử không khí lạnh thì ẩm và nặng hơn nên thường chìm xuống dưới. Chúng ta chỉ cần mở “đúng chỗ” sẽ khiến không khí lạnh đi vào, đẩy khí nóng lên trên và thoát ra ngoài công trình.

Trong kiến ​​trúc, thông gió là việc đưa không khí ngoài trời vào và phân phối nó trong không gian

Trong kiến ​​trúc, thông gió là việc đưa không khí ngoài trời vào và phân phối nó trong không gian; chủ yếu có ở 3 dạng: cơ học, tự nhiên và hỗn hợp. Quản lý sự trao đổi và lưu thông không khí bên trong với ngoài trời là rất quan trọng để đảm bảo yếu tố công năng. Dù được thực hiện bằng phương pháp cơ học hay tự nhiên thì điều kiện là tạo ra các luồng không khí ổn định và không gian lúc nào cũng có không khí tươi. Để có được điều đó, chúng ta phải nghiên cứu bối cảnh, bao gồm vị trí địa lý, vật liệu, hình khối kiến trúc và thói quen sinh hoạt của đối tượng sử dụng.

Chỉ cần mở “đúng chỗ” sẽ khiến không khí lạnh đi vào, đẩy khí nóng lên trên và thoát ra ngoài công trình

Ngày nay, mọi người đã có ý thức hơn về vấn đề môi trường, hướng tới sử dụng giải pháp thông gió tự nhiên để giảm tiêu thụ năng lượng và phát thải carbon. Thậm chí mọi người cố gắng không sử dụng các hệ thống HVAC (hệ thống điều hòa không khí tự động) và thay thế bằng gió trời, một nguồn tài nguyên thiên nhiên, chi phí thấp, có thể tái tạo và đủ khả năng cải thiện chất lượng bên trong công trình. Trong cuốn sách “Kiến trúc Hiện đại và vấn đề khí hậu: Thiết kế trước khi nghĩ đến điều hòa không khí” (Modern Architecture and Climate: Design before Air Conditioning) của Daniel A. Barber, tác giả đã khám phá ra cách mà các KTS hàng đầu của thế kỷ 20 kết hợp các yếu tố tự nhiên vào thiết kế của họ và việc nghiên cứu khí hậu của từng vùng miền là cần thiết cho sự phát triển của kiến ​​trúc hiện đại.

KTS ngày nay hướng tới sử dụng giải pháp thông gió tự nhiên để giảm tiêu thụ năng lượng

Các loại hình thông gió tự nhiên

Thông gió một chiều (Single-Sided Ventilation)

Phương pháp thông gió một chiều

Thông gió một chiều là chỉ sử dụng một bên của tòa nhà để lấy gió. Điều này được áp dụng khi chỉ có 1 mặt tiếp xúc với tự nhiên hoặc không thể áp dụng thông gió chéo (Cross Ventilation) do các hạn chế về mặt không gian. Đây là hình thức thông gió tạo ra ít lưu thông không khí nhất.

Thông gió chéo (Cross Ventilation)

Thông gió chéo là giải pháp cho phép lấy gió từ 2 mặt của công trình, giữa các bức tường đối diện hoặc liền kề, cho phép gió trời lưu thông từ cả hai phía, xuyên qua không gian và thoát ra theo hướng ngược lại. Hệ thống này thường được sử dụng trong các tòa nhà nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, giúp công trình luôn có không khi tươi, làm giảm nhiệt độ bên trong.

Thông gió đứng (Stack Ventilation)

Thông gió đứng là đưa không khí lạnh từ bên ngoài vào công trình ở mức độ thấp, dần dần trở nên ấm hơn khi nó tiếp xúc với các nguồn nhiệt bên trong không gian. Điều này làm cho không khí ấm lên và thoát ra ngoài thông qua giếng trời. Hệ thống thông gió đứng thường hiệu quả hơn trong các tòa nhà cao tầng như nhà lô phố ở Việt Nam, có giếng trời trung tâm, nhưng cũng hữu ích trong các tòa nhà mà hệ thống thông gió chéo không được áp dụng triệt để. Để hệ thống thông gió này hoạt động tốt, nhiệt độ trong nhà phải cao hơn bên ngoài, đó là lý do tại sao không phải lúc nào nó cũng có hiệu quả.

Hiệu ứng ống khói (Chimney Effect)

Hiệu ứng ống khói

Trong các tòa nhà phát triển theo chiều đứng, hiệu ứng ống khói được sử dụng rất hiệu quả. Không khí lạnh đi từ nơi có áp suất thấp về nơi có áp suất cao nên buộc nó phải đi lên trên cao. Các khu vực thông tầng ở trung tâm tòa tháp cho phép luồng không khí lưu thông khắp không gian bên trong, thoát ra ngoài qua khe thoáng, lỗ thoát khí hoặc ống thoát gió.

Thông gió tự nhiên trong các bối cảnh khác nhau

Các KTS cho biết, trong một số trường hợp không thể sử dụng các giải pháp thông gió tự động mà thay vào đó phải dựa vào thông gió tự nhiên. Để hoạt động hiệu quả, thông gió tự nhiên phụ thuộc vào một số yếu tố như: hình khối công trình, quy mô, hướng nhà, địa điểm và vật liệu được sử dụng. Về lý thuyết, không khí được lưu thông qua các khe hở như cửa sổ, lỗ đục mặt tiền, cửa ra vào, ống khói năng lượng mặt trời, phần gạch hoa gió,…

Toà nhà Eastgate / Mick Pearce – Harare, Zimbabwe

Toà nhà Eastgate

Tòa nhà văn phòng và trung tâm thương mại Eastgate được thiết kế bởi KTS Mick Pearce vào năm 1991 ở Harare, Zimbabwe. Công trình sử dụng các giải pháp thông gió tự nhiên và tiết kiệm năng lượng, được lấy cảm hứng từ các ụ mối. Các ụ mối được các “KTS tí hon” thiết kế các ống thoát hơi qua đỉnh và hai bên, bản thân ụ mối được thiết kế để đón gió. Khi gió thổi, không khí nóng từ các buồng chính bên dưới mặt đất được đẩy ra bên ngoài, giúp mối mở hoặc chặn các đường hầm để kiểm soát luồng không khí. Nhiệt độ ngoài trời cao ở Harare đòi hỏi các công trình phải thông gió tốt nhưng chủ đầu tư lại muốn tiết kiệm về khoản hệ thống làm mát tự động. Vì vậy, các KTS đã tạo ra một hệ thống thông gió tự điều chỉnh để duy trì ổn định nhiệt độ của tòa nhà, hay nói cách khác là để công trình “tự thở”.

Đại học Obafemi Awolowo / Arieh Sharon và A.A –  Egbor Osun, Nigeria

Đại học Obafemi Awolowo

Ngôi trường này được lấy cảm hứng từ phong cách Bauhaus. Ban đầu KTS Sharon chỉ muốn thiết kế công trình theo phong cách hiện đại, nhưng khí hậu khắc nghiệt của Nigeria buộc các KTS phải tìm cảm hứng từ kiến ​​trúc bản địa và nghĩ ra các giải pháp thông gió thụ động. KTS Sharon đã đến Mexico để tìm kiếm các hình mẫu, sau đó đã quyết định thiết kế lớp vỏ của tòa nhà bằng cách tạo ra các lỗ rỗng, lam che nắng ở mặt đứng và thiết kế giật cấp (đảo ngược khối kim tự tháp để bóng đổ xuống các tầng thấp hơn), giúp giảm nhiệt độ và thông gió tốt hơn; đồng thời giải phóng tầng trệt bằng các hệ cột để tạo ra không gian sảnh mở. Nhờ thiết kế kim tự tháp ngược giúp công trình tránh bị hắt mưa và ánh nắng gay gắt, giúp hạn chế việc sử dụng cánh cửa.

Ngôi nhà Lee / Eduardo Glycerio + Studio MK27, Marcio Kogan – Porto Feliz, Brazil

Ngôi nhà Lee

Ngôi nhà Lee được tổ chức với các không gian hướng ra khu vườn, có 1 một không gian đệm để nhiệt độ được giảm đáng kể trước khi đi vào công trình. Để thích ứng với khí hậu ở Bang São Paulo, nơi có nhiệt độ cao hầu như quanh năm thì kiến ​​trúc bản địa, cùng với chủ nghĩa hiện đại của Brazil đã được áp dụng. Phòng khách có hệ thống thông gió chéo. Các phòng khác được bảo vệ bằng các tấm gỗ muxarabi (hoặc musharrabiya), đặt trên cửa trượt có tác dụng làm giảm cường độ ánh sáng mặt trời, nhưng vẫn có thể thông gió tốt.

Trụ sở Công ty Phát triển Đô thị ở Medellin – Colombia

Trụ sở Công ty Phát triển Đô thị

Dự án hướng tới trở thành tiêu chuẩn cho các công trình bền vững ở Medellin, “một công trình tự thở”. Lớp vỏ ngoài bao gồm các mảng tường rỗng được đúc sẵn và có khoảng giếng trời bên trong để đẩy không khí nóng ra ngoài, giúp công trình luôn có không khí tươi. Việc áp dụng khái niệm kiểm soát khối lượng nhiệt và nhiệt động lực học, gồm các tầng rỗng ở giữa và luân chuyển giữa các luồng không khí trong công trình, tạo ra môi trường làm việc thoải mái.

Stepping Park House / VTN Architects – Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam

Stepping Park House

Ngoài việc hưởng lợi do có các công viên liền kề thì các KTS cũng cố gắng đưa cây xanh vào bên trong. Một khoảng giếng trời lớn được tạo ra xuyên suốt 3 tầng và được đặt lệch nhau, kết hợp đồng thời lưu thông không khí và yếu tố cây xanh, giúp không gian tràn ngập ánh sáng và gió. Từ đó, việc sử dụng máy điều hòa không khí cũng được giảm thiểu.

Trường mẫu giáo Farming Kindergarten / VTN Architects – Biên Hòa, Việt Nam

Trường mẫu giáo Farming Kindergarten

Đô thị hóa nhanh chóng đang làm mất đi những mảnh xanh và sân chơi cho trẻ em Việt Nam. Farming Kindergarten cũng phải đối diện với những vấn đề này. Giải pháp ở đây là biến mái nhà thành các vườn rau, vừa giảm nhiệt độ vừa cung cấp thực phẩm và là không gian vui chơi cho trẻ. Không gian lớp học được áp dụng thông gió chéo. Kết quả là việc sử dụng điều hoà nhiệt độ được giảm thiểu dù cho ở giữa đô thị đông đúc.

Nhà hàng Vedana / VTN Architects – Việt Nam

Nhà hàng Vedana

Nằm ở khu vực Vườn quốc gia Cúc Phương, nhà hàng Vedana là một phần của Resort Vedana. Với diện tích mái lên đến 1050 m2, gồm 3 cao độ. Nhà hàng có vị trí đắc địa bên cạnh một hồ nước nhân tạo có chức năng điều hòa nhiệt độ và tích trữ nước mưa phục vụ tưới tiêu. Việc tận dụng hồ là điều cần thiết, đặc biệt là vào mùa hè ở miền Bắc Việt Nam.

Stacked House / Studio Lotus – New Delhi, India

Stacked House

Ánh sáng tự nhiên, hệ thống thông gió, tính kết nối và sự riêng tư là giải pháp cho ngôi nhà nằm trong một khu vực đông đúc của khu phố Panchsheel Enclave ở New Delhi. Tất cả các phòng đều được thông gió suốt cả ngày bất chấp các điều kiện hạn chế. Để hỗ trợ việc lấy sáng và thông gió, hệ thống cầu thang được đặt dọc theo mặt tiền phía Nam, nơi có nhiều bất lợi nhất. Cùng với đó, để tận dụng các mặt thuận lợi cho các không gian sống, một sân nhỏ tràn ngập ánh sáng đã được tạo ra ở phía Đông Nam của công trình.

Jalal-abad Villa / Hajm.e.Sabz – Jalal Abad, Iran

Jalal-abad Villa

Tòa nhà này nằm ở nông thôn Isfahan, công trình được phát triển từ những kỹ thuật xây dựng địa phương, sử dụng hệ thống làm mát thụ động. Có khoảng hiên lớn phía trước công trình, cùng với mặt nước giúp giảm nhiệt độ, tạo bóng mát và tránh ánh nắng gay gắt. Công trình sử dụng Tháp gió (Windcatcher) – 1 phương pháp thông gió lâu đời và hiệu quả của người dân Iran, phần tháp sẽ đón gió và đưa xuống các không gian bên dưới. Gạch truyền thống được sử dụng như một lớp cách nhiệt.

Trường công nghệ Laayoune / Saad El Kabbaj + Driss Kettani + Mohamed Amine Siana – Safi, Morocco

Trường công nghệ Laayoune

Các tòa nhà được thiết kế phân tán, cho phép việc thông gió và lấy sáng được tối ưu, kết nối với nhau thông qua hành lang bên ngoài, khu vườn ở trung tâm gợi lên thiên nhiên đặc trưng của nơi đây, sử dụng các phương pháp khác nhau như: hệ lam che nắng (brise-soleil), không gian đệm, lối đi có mái che,… Các vật liệu được tối giản hoá nhằm nhấn mạnh tính trừu tượng và xuyên suốt của tổng thể công trình, đồng thời đáp ứng tính bền vững và dễ bảo trì.

Tòa tháp Northern Link / Rundquist Arkitekter – Stockholm, Thụy Điển

Tòa tháp Northern Link

Chức năng của các tòa tháp là giúp thông gió cho đường hầm giao thông của Northern Link và giảm mức phát thải tại các lối vào của đường hầm. Công trình cao 20m, hình dạng và cấu trúc bên trong giúp tối ưu hóa lưu thông không khí; không gian lớn hơn ở khúc quanh tháp và trên đỉnh làm giảm sức cản không khí khi thoát ra. Mỗi đường hầm sẽ kết nối với 1 tháp tương ứng. Phần quạt được thiết kế để hỗ trợ lưu thông không khí được tốt hơn. Các tòa tháp đã được tối ưu hóa công năng và hài hòa về hình thức kiến ​​trúc.

Tháp thông gió

Nguồn : Tổng hợp.