Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và đô thị hóa ngày càng gia tăng, việc xây dựng các tòa nhà có khả năng thích ứng và bền vững đang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Các tòa nhà hiệu suất cao (HPB) đang dẫn đầu xu hướng này với những giải pháp thiết kế sáng tạo và công nghệ tiên tiến.
HPB là những công trình được thiết kế và xây dựng với mục tiêu tối ưu hóa hiệu quả năng lượng, bảo tồn tài nguyên và tăng cường khả năng chống chịu với biến đổi khí hậu. Những tòa nhà này không chỉ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực tới tự nhiên mà còn tạo ra môi trường sống và làm việc thoải mái, lành mạnh cho người sử dụng.
Việc xây dựng HPB đòi hỏi các yếu tố chính như thiết kế tích hợp, vật liệu theo vòng đời, quản lý hiệu quả các nguồn năng lượng và nước, giám sát hiệu suất và các tính năng chống chịu với khí hậu.
Thiết kế tích hợp - Nền tảng của HPB
Yếu tố cốt lõi trong việc phát triển HPB là phương pháp thiết kế tích hợp. Nó đòi hỏi sự hợp tác chặt chẽ giữa các kiến trúc sư, kỹ sư, chuyên gia về phát triển bền vững và chủ đầu tư ngay từ giai đoạn đầu của dự án. Họ phải cùng đặt ra các mục tiêu chung về hiệu suất cụ thể và có thể đo lường được, như tối ưu hóa ánh sáng tự nhiên hay hiệu quả làm mát.
Thiết kế tích hợp đảm bảo tất cả các hệ thống trong tòa nhà - từ điều hòa không khí, chiếu sáng đến các thành phần bao che như tường, mái và cửa sổ - hoạt động hài hòa, bổ trợ cho nhau. Việc lựa chọn vật liệu cũng được xem xét kỹ lưỡng, trong đó ưu tiên các vật liệu phát thải thấp để cải thiện chất lượng không khí trong nhà.
Chiến lược tiết kiệm năng lượng
Hầu hết các tòa nhà hiện nay tiêu thụ trung bình khoảng 40% tổng năng lượng toàn cầu, chủ yếu cho nhu cầu vận hành. HPB giải quyết vấn đề này thông qua kết hợp các chiến lược thụ động và chủ động.
Các chiến lược thụ động bao gồm tối ưu hóa hướng tòa nhà để tận dụng ánh sáng tự nhiên, thiết kế phù hợp với khí hậu địa phương và sử dụng khối lượng nhiệt để giảm nhu cầu sưởi ấm và làm mát. Các chiến lược này phải phù hợp với khí hậu địa phương và nhu cầu cụ thể của tòa nhà, đồng thời đảm bảo hoạt động hiệu quả mà không phụ thuộc nhiều vào hệ thống cơ khí.
Trong khi đó, lắp đặt hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) hiệu quả cao, sử dụng hệ thống chiếu sáng thông minh với cảm biến chuyển động cùng việc tích hợp công nghệ giám sát và điều khiển tự động được xem là các chiến lược mang tính chủ động. Một số HPB còn hướng tới mục tiêu năng lượng ròng bằng 0 nhờ tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió.
Quản lý nước hiệu quả
Trước tình trạng khan hiếm nước ngày càng nghiêm trọng, HPB áp dụng nhiều giải pháp tiết kiệm và tái sử dụng nước như lắp đặt thiết bị tiết kiệm như vòi nước lưu lượng thấp, bồn cầu xả kép giúp giảm lượng nước sử dụng, hay các hệ thống thu gom nước mưa, xử lý nước thải tại chỗ để tái sử dụng.
Ngoài ra, HPB còn tích hợp các giải pháp cơ sở hạ tầng xanh như vỉa thấm và rãnh sinh học để quản lý nước mưa và làm mát các đảo nhiệt đô thị. Chẳng hạn, các công trình HPB ở Ấn Độ tái chế 100% nước thải bằng hệ thống quản lý nước và lò phản ứng sinh học màng hiếu khí, giúp chúng luôn đạt trạng thái xả thải bằng 0.
Hệ thống giám sát thông minh
Giám sát hiệu suất là yếu tố quan trọng để đảm bảo HPB đạt được các mục tiêu thiết kế và hoạt động hiệu quả. Với việc tích hợp các hệ thống giám sát tiên tiến, một HPB có thể theo dõi mức năng lượng tiêu thụ, lượng nước sử dụng, chất lượng không khí bên trong, cùng các thông số môi trường khác theo thời gian thực.
Các dữ liệu thu thập được giúp người quản lý nhanh chóng phát hiện và khắc phục các vấn đề, đồng thời tối ưu hóa hoạt động của tòa nhà. Bên cạnh đó, việc đánh giá hiệu suất một cách liên tục giúp các kiến trúc sư rút ra những kinh nghiệm và thông tin quý giá cho các dự án trong tương lai.
Tăng cường khả năng chống chịu với khí hậu
HPB được thiết kế để đối phó với các điều kiện thời tiết khắc nghiệt như hạn hán hay lũ quét thông qua việc lựa chọn vị trí xây dựng phù hợp. Bên cạnh đó, sử dụng vật liệu bền vững và hệ thống năng lượng đa dạng cũng giúp tăng cường khả năng phục hồi của công trình.
Mặt khác, khả năng chống chịu thụ động đảm bảo các HPB vẫn có thể ở được kể cả khi mất điện, nhờ nguồn điện dự phòng cung cấp từ hệ thống năng lượng tái tạo, cùng hệ thống thu gom và xử lý nước mưa tại chỗ để đảm bảo nguồn nước không cạn kiệt.
Chẳng hạn, tòa nhà Infosys Crescent ở thành phố Bangalore (Ấn Độ) được thiết kế để sử dụng ít năng lượng hơn nhiều so với các tòa nhà văn phòng thông thường. Tòa nhà phục vụ khoảng 8.000 người nhưng chỉ sử dụng 75 kWh điện năng lượng trên 1 mét vuông mỗi năm, trong khi hầu hết các văn phòng khác ở Ấn Độ sử dụng từ 150 đến 200 kWh.
Với 90% không gian được lắp máy lạnh, hệ thống làm mát tiên tiến của tòa nhà chỉ cần 3 W trên mỗi feet vuông so với mức thông thường là 4-5 W ở các văn phòng thông thường. Điều này cho thấy thiết kế thông minh có thể tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí như thế nào mà không làm tăng chi phí xây dựng.
Xét về tổng thể, HPB góp phần định hình tương lai của ngành xây dựng bền vững. Thông qua thiết kế tích hợp thông minh, sử dụng công nghệ tiên tiến và áp dụng các giải pháp bền vững, HPB không chỉ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực tới môi trường mà còn tạo ra không gian sống và làm việc tốt hơn cho con người. Xu hướng này sẽ ngày càng phát triển khi các thách thức về khí hậu và tài nguyên trở nên cấp bách hơn trong tương lai.
