Trước tình hình trái đất đang ngày một nóng lên và biến đổi khí hậu ngày càng khắc nghiệt, việc sử dụng các thiết bị làm mát đã trở thành nhu cầu cơ bản của con người. Bên cạnh đó, kiến trúc và xây dựng có thể cung cấp những giải pháp điều hòa nhiệt độ không tốn năng lượng. Tuy không phải là những giải pháp mang lại hiệu quả tức thì và đòi hỏi nỗ lực phối hợp của nhiều lĩnh vực cùng nhận thức cá nhân, nhưng các chiến lược làm mát thụ động liên quan đến thiết kế gắn kết với thiên nhiên có tiềm năng mang đến cho con người sự phát triển bền vững hơn.
Hạ nhiệt tốt bằng cách tạo ra các khu vui chơi nước giữa lòng thành phố. Ảnh: Daria Scagliola
Chiến lược làm mát thụ động là gì?
Làm mát thụ động (Passive Cooling) là cách tiếp cận kiến trúc trong đó chính lớp vỏ công trình, vật liệu, địa hình và các yếu tố tự nhiên như gió, ánh sáng, nước, cây xanh, trở thành công cụ điều hòa nhiệt độ nội thất, duy trì sự tiện nghi cho người sử dụng mà không cần, hoặc gần như không cần, đến các thiết bị tiêu thụ điện năng. Nếu làm mát chủ động (Active Cooling) là cuộc đối đầu giữa năng lượng nhân tạo và thời tiết, thì làm mát thụ động là nghệ thuật của sự thích ứng, nơi kiến trúc không chống lại môi trường, mà học cách đọc và chuyển hóa dòng năng lượng tự nhiên theo hướng có lợi cho con người.
Khi nói đến chiến lược làm mát thụ động trong kiến trúc, có rất nhiều biện pháp hiệu quả nhưng thường bị bỏ ngỏ. Từ bóng mát tự nhiên tạo ra bởi thảm thực vật hay khối lượng công trình, đến bề mặt phản chiếu nhiệt, vật liệu có khả năng hấp thụ và giải phóng nhiệt, định hướng công trình theo hướng mặt trời, hay thiết kế thông gió chéo, mỗi giải pháp đều góp phần điều tiết vi khí hậu nội thất một cách tự nhiên, không cần can thiệp cơ học. Khi được tích hợp một cách đồng bộ, các chuyên gia xác nhận rằng tổ hợp chiến lược này có thể giảm nhiệt độ trung bình trong nhà xuống 2,2°C, cắt giảm 31% tải năng lượng làm mát và tiết kiệm đến 29% điện năng tiêu thụ.
Công viên Benjakitti Forest. Ảnh: Srirath Somsawat
2. Hai nguyên tắc cốt lõi của làm mát thụ động
Một hệ thống làm mát thụ động chuẩn mực vận hành như một chuỗi phối hợp nhịp nhàng giữa hai phòng tuyến chiến lược: ngăn chặn tích tụ nhiệt và tản nhiệt tự nhiên.
Phòng tuyến thứ nhất và mang tính quyết định là ngăn nhiệt từ bên ngoài. Nguyên tắc này tập trung vào việc cô lập công trình khỏi bức xạ mặt trời ngay từ lớp vỏ ngoài: tối ưu hóa định hướng tòa nhà theo trục Nam – Bắc để tránh nắng trực diện từ Đông và Tây, điều đặc biệt quan trọng với các quốc gia nhiệt đới như Việt Nam. Hệ lam chắn nắng linh hoạt, mái đua rộng và thảm thực vật xanh đóng vai trò như tấm lá chắn tự nhiên, triệt tiêu nhiệt lượng trước khi nó kịp chạm vào bề mặt kiến trúc. Xu hướng hiện đại còn đẩy thêm một bước với kỹ thuật tăng chỉ số phản xạ ánh sáng mặt trời của mái nhà, giúp tái bức xạ nhiệt trở lại khí quyển thay vì hấp thụ vào nội thất.
Phòng tuyến thứ hai là tản nhiệt tự nhiên, khi cái nóng vẫn tìm được cách len lỏi vào bên trong. Dù qua các khe hở của lớp vỏ, hay do chính thiết bị điện tử và sinh hoạt con người tạo ra, lượng nhiệt dư thừa cần được giải phóng một cách chủ động. Ở đây, kiến trúc sư ứng dụng nguyên lý động lực học chất lưu: thiết kế thông gió chéo khai thác chênh lệch áp suất để hút khí mát vào và đẩy khí nóng ra; kết hợp hiệu ứng ống khói từ giếng trời để dẫn luồng không khí nóng nhẹ hơn thoát dần lên đỉnh công trình. Vật liệu có quán tính nhiệt cao như đất nện hay gạch gốm hấp thụ nhiệt ban ngày và giải phóng vào ban đêm; trong khi các hồ nước cảnh quan đóng góp thêm cơ chế làm mát bay hơi, hạ nhiệt độ không khí xung quanh một cách lặng lẽ và bền vững.
Minh hoạ phương pháp làm mát thụ động cho nhà ở. Ảnh: Tư liệu
3. Điều hoà vi khí hậu
Sự kết hợp giữa “chặn từ ngoài” và “thoát từ trong” chính là cốt lõi của một không gian sống tiện nghi mà không cần đến sự can thiệp của năng lượng nhân tạo. Dù vậy, hiệu quả của cả hai phòng tuyến sẽ bị suy giảm đáng kể nếu bản thân công trình bị bủa vây bởi “đảo nhiệt” đô thị, nơi bê tông và nhựa đường tích tụ và bức xạ nhiệt suốt ngày đêm. Một chiến lược làm mát thụ động thực sự toàn diện, vì vậy, không thể dừng lại ở ranh giới của từng ngôi nhà, mà phải mở rộng ra đến vi khí hậu của toàn khu vực.
Thảm thực vật, bóng râm tự nhiên và các yếu tố mặt nước như sông, kênh, hồ, đều có khả năng hạ nhiệt độ môi trường xung quanh một cách đáng kể thông qua cơ chế bay hơi và hấp thụ bức xạ. Câu chuyện hồi sinh của suối Cheonggyecheon tại Seoul là minh chứng thuyết phục nhất cho hướng tiếp cận này: từ một dòng chảy ô nhiễm bị chôn vùi dưới lớp bê tông đô thị, dòng suối được khai quật, cải tạo và tái tích hợp vào trung tâm thủ đô như một hành lang xanh. Kết quả ghi nhận được không chỉ là một không gian công cộng được hồi sinh, mà còn là mức giảm nhiệt độ từ 3,3°C đến 5,9°C tại các khu vực dọc theo dòng suối so với những con phố chỉ cách đó vài dãy nhà.
Ảnh: mikyoungkimdesign
Trường Trung học Lycée Schorge tại Gando, Burkina Faso do kiến trúc sư Francis Kéré thiết kế là một ví dụ tiêu biểu cho thấy làm mát thụ động có thể đạt hiệu quả cao ngay cả trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt nhất. Gạch đất sét địa phương với quán tính nhiệt cao hấp thụ nhiệt trong ngày và giải phóng dần vào ban đêm; trong khi đó, lớp mặt tiền phụ bằng gỗ bao quanh các phòng học như một tấm màn lọc sáng, tạo bóng mát, ngăn bức xạ trực tiếp và triệt tiêu nhu cầu làm mát nhân tạo một cách hoàn toàn tự nhiên.
Ảnh: Kéré Architecture
Điểm đáng chú ý là những chiến lược này không đòi hỏi ngân sách đặc biệt, nhưng đòi hỏi điều quan trọng hơn: tư duy thiết kế đúng đắn ngay từ đầu. Tuy nhiên, ở nhiều cộng đồng nơi khả năng tiếp cận kiến thức xây dựng chuyên sâu còn hạn chế, các sáng kiến thiết thực hơn, gần gũi hơn đã được phát triển từ chính nhu cầu và điều kiện địa phương.
Công viên đường phố Shenzhen Shenwan. Ảnh: Tianpei Zeng
Tổ chức hỗ trợ phụ nữ thu nhập thấp tại Ấn Độ Mahila Housing Trust (MHT) là một ví dụ. Giải pháp họ đưa ra đơn giản đến mức bất ngờ: sơn trắng mái nhà để tăng khả năng phản xạ nhiệt. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng mái tối màu hoặc mái tiêu chuẩn có thể đạt đến 65°C trong điều kiện nắng nóng kéo dài, trong khi mái sơn màu sáng duy trì nhiệt độ thấp hơn đến 10°C trong cùng điều kiện, một con số đáng kinh ngạc với chi phí gần như bằng không.
Ảnh: Ketaki Desai
Ở chiều ngược lại, kiến thức bản địa cũng đang được tái khám phá và nâng cấp thành giải pháp đương đại. Ant Studio đã mô phỏng kỹ thuật làm mát bay hơi truyền thống của Ấn Độ để tạo ra cấu trúc nón đất sét hình trụ hoạt động như một máy lạnh tự nhiên. Dù vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, mô hình này đã cho thấy khả năng giảm nhiệt độ môi trường xung quanh khoảng 6°C.
Ảnh: S. Anirudh
Suy cho cùng, thúc đẩy làm mát thụ động không đơn thuần là bài toán tiết kiệm năng lượng hay ứng phó với đảo nhiệt đô thị. Đó còn là cách để kiến trúc trở về với bản chất ban đầu của nó: tạo ra những không gian sống trong lành, gần gũi với tự nhiên và thực sự phục vụ con người.
1. Khái niệm “sơn làm mát bức xạ” hoạt động theo nguyên lý nào và vì sao nó vượt trội hơn hẳn việc sơn trắng thông thường?
Sơn trắng thông thường chỉ có thể phản xạ ánh sáng nhìn thấy được. Trong khi đó, sơn làm mát bức xạ siêu trắng ứng dụng công nghệ nano (thường chứa các hạt Barium Sulfate với kích thước khác nhau) có khả năng phản xạ tới 98% ánh sáng mặt trời. Nhờ cơ chế này, bề mặt được phủ sơn có thể đạt nhiệt độ thấp hơn cả nhiệt độ không khí môi trường xung quanh từ 3°C đến 8°C ngay dưới cái nắng gắt giữa trưa mà không tiêu tốn một watt điện nào.
2. Với thực trạng nhà ống đô thị tại Việt Nam (ba mặt giáp tường hàng xóm, diện tích hẹp), làm sao để ứng dụng hiệu quả các chiến lược làm mát thụ động?
Đây là bài toán đặc trưng của đô thị mật độ cao, và giải pháp nằm ở việc tổ chức mặt bằng thông minh:
-
Hiệu ứng ống khói (Stack Effect): Tận dụng nguyên lý khí nóng nhẹ hơn sẽ tự động bay lên. Bằng cách thiết kế một giếng trời hoặc khoảng thông tầng ở lõi nhà kết hợp với hệ thống cửa chớp thoát gió ở đỉnh mái, lượng khí nóng tồn đọng trong các tầng sẽ liên tục được hút lên và đẩy ra ngoài, tạo áp suất âm để kéo khí mát từ các tầng thấp vào.
-
Thông gió chéo (Cross Ventilation) theo trục dọc: Vì không thể mở cửa sổ ở hai bên hông nhà, các kiến trúc sư sẽ áp dụng giải pháp lấy gió theo trục dọc bằng cách tạo các khoảng lùi (sân trước, sân sau, giếng trời trung tâm). Luồng gió sẽ đi vào từ mặt tiền, xuyên qua các không gian mở bên trong và thoát ra ở giếng trời hoặc sân sau, tạo thành một dòng lưu thông khí liên tục.
3. “Thông gió ban đêm” (Night Purge Ventilation) là gì và làm thế nào để ứng dụng chiến lược này một cách an toàn cho nhà ở?
Đây là chiến lược làm mát tận dụng sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa ngày và đêm. Vào ban đêm, khi không khí bên ngoài mát mẻ, hệ thống cửa hoặc các lam thông gió sẽ được mở ra để luồng khí lạnh tràn vào và cuốn phăng lượng khí nóng tích tụ trong các mảng tường, sàn bê tông suốt cả ngày. Đến sáng hôm sau, ngôi nhà được đóng kín lại để giữ lớp không khí mát mẻ này bên trong. Để áp dụng an toàn, các kiến trúc sư thường thiết kế hệ thống cửa chớp hai lớp (lớp chớp thép cố định bảo vệ an toàn chống trộm ở ngoài, lớp kính đóng mở ở trong) hoặc sử dụng các hệ thống thông gió cơ học công suất thấp có lưới chống côn trùng để vận hành tự động vào ban đêm.
4. Tại sao việc đánh giá “Chỉ số tiện nghi nhiệt” (Thermal Comfort) lại quan trọng hơn việc chỉ chăm chăm nhìn vào độ C trên nhiệt kế khi thiết kế làm mát thụ động?
Nhiệt độ không khí (°C) chỉ là một trong nhiều yếu tố cấu thành nên cảm giác dễ chịu của con người. Sự tiện nghi nhiệt thực tế phụ thuộc vào 4 yếu tố môi trường: nhiệt độ không khí, độ ẩm tương đối, tốc độ gió và nhiệt độ bức xạ từ bề mặt tường/trần. Một căn phòng có nhiệt độ 28°C nhưng có dòng gió lưu thông ổn định (tốc độ khoảng 0.5 – 1 m/s) và độ ẩm vừa phải sẽ mang lại cảm giác mát mẻ, dễ chịu hơn hẳn một căn phòng 26°C nhưng không khí bị tù túng, đứng gió. Vì vậy, làm mát thụ động không chỉ tìm cách hạ nhiệt độ, mà trọng tâm là tối ưu hóa tốc độ chuyển động của gió và kiểm soát độ ẩm để cơ thể con người có thể tự tỏa nhiệt tự nhiên qua da.
Thực hiện: Thùy Như | Theo: ArchDaily
Xem thêm:
Điều hòa ẩn tinh tế trong nội thất
