Ngày nay, các KTS ngày càng quan tâm đến sự tương tác giữa kiến trúc và môi trường xung quanh, từ đó suy xét vai trò của tiện nghi nhiệt đối với không gian nội thất, đồng thời sử dụng chiến lược thiết kế nhằm kiểm soát khí hậu tự nhiên. Một số giải pháp thiết kế hiện nay là áp dụng chiến lược thiết kế thụ động vào bên trong công trình.

Đã từng có một thời mọi người coi trọng kiến trúc theo lối cấu trúc khép kín, nghĩa là vỏ bao che công trình không có chức năng điều hòa giữa khí hậu bên ngoài và môi trường bên trong mà chỉ là một rào cản trơ lì và độc lập. Bên trong có vô số thiết bị cơ khí và thiết bị thông gió, sưởi ấm và làm mát điện. Nhà ở là một cỗ máy thực sự.

Ngày nay, các KTS ngày càng quan tâm đến sự tương tác giữa kiến trúc và môi trường xung quanh nó, từ đó suy xét vai trò của tiện nghi nhiệt đối với không gian nội thất, đồng thời sử dụng chiến lược thiết kế nhằm kiểm soát khí hậu tự nhiên. Do đó, quy trình thiết kế ngày càng đòi hỏi nhiều chiến lược gọi là hệ thống thụ động, đó là các cơ chế tự điều hòa nhiệt độ nhằm mang đến sự hài hòa giữa môi trường tự nhiên và môi trường xây dựng. Trong đó, từng nét đặc thù của không gian đều được xem xét, ví dụ như vi khí hậu địa phương và nguồn tài nguyên thiên nhiên ở đó.

Mặc dù các chiến lược này có thể khác nhau tùy vào vị trí của dự án, nhưng có vài nguyên tắc cơ bản mà chúng ta nên tuân thủ để các hệ thống thụ động phát huy tác dụng. Bên cạnh vai trò không thể thiếu của thông gió và ánh sáng tự nhiên, các biện pháp thụ động còn bao gồm vật liệu đóng góp vào nhiệt khối cũng như các chi tiết thiết kế đặc biệt khác như mảng xanh trong nhà, hồ bơi, v.v…

Để hiểu hơn về các chiến lược thiết kế chủ đạo đối với vấn đề tiện nghi nhiệt, bài viết này sẽ trình bày các dự án nhà ở có áp dụng các chiến lược thiết kế thụ động.

Thông gió tự nhiên là một trong số các giải pháp thiết kế thụ động thông dụng. Giải pháp này dẫn không khí trong lành vào không gian bên trong nhờ sự thay đổi áp suất không khí. Ví dụ như hệ thống thông gió chéo bằng cách đặt các lỗ thông gió ở phía đối diện phòng, chênh lệch áp suất sẽ thúc đẩy luồng không khí. Ví dụ như công trình Lee House được thiết kế bởi Marcio Kogan và Eduardo Glycerio, các cửa trượt to sẽ hạ thấp nhiệt độ ở khu sinh hoạt chính; hoặc công trình FVB House có các bình phong bằng gỗ đỏ giúp không khí lưu thông khắp nhà.

Tiếp tục chủ đề thông gió, ta có thể tận dụng hiệu ứng ngăn xếp để không khí ấm và đặc hơn đi lên, không khí mát đi xuống. Trong trường hợp này, trần nhà thông tầng được sử dụng để tạo điều kiện cho sự trao đổi không khí như đề cập ở trên. Ví dụ, công trình Sloth’s House ở Guarujá (São Paulo) kết hợp giữa ánh sáng và thông gió chéo và không cần sử dụng máy điều hòa.

Ngoài ra, sử dụng sân trong cũng là một chiến lược thiết kế được sử dụng hàng trăm năm nay để làm mát thụ động cho các công trình, ví dụ như công trình Infiltrated Patio House được xây ở vùng khí hậu nóng Mérida (Mexico). Ví dụ khác là các công trình House of Silence có sân trong được che phủ một phần bởi thảm thực vật nhỏ hay House Among Trees ở Ecuador có sân trong hoàn toàn mở và có nhiều cây lớn.

Đối với ánh sáng tự nhiên, cần phải chú ý đến bóng râm bên cạnh nguyên tắc cơ bản là phải có những bề mặt nhận nhiều nắng ở các vùng khí hậu lạnh. Một thiết kế chống nắng tốt nên kiểm soát được lượng ánh sáng mặt trời hấp thụ trong những mùa nóng nhất, nhưng vẫn không cản trở khả năng hấp thụ ánh nắng tự nhiên vào ban ngày hoặc trong suốt mùa đông. Để đạt được mục đích trên, nhiều chi tiết thiết kế có thể được sử dụng, phổ biến nhất là brise-soleil (tạm dịch: tấm chắn nắng, một giải pháp làm giảm sự gia tăng nhiệt trong tòa nhà bằng cách làm chệch hướng ánh sáng mặt trời) được sử dụng trong công trình Boipeba House, hoặc như công trình Soul Garden House có các tấm kim loại đục lỗ.

Một phương pháp khác gọi là Cobogós, là phát minh của người Brazil, họ thường dùng nó để cho luồng không khí lưu chuyển trong khi vẫn ngăn được bức xạ mặt trời. Cobogós xuất hiện trong công trình Lima House hoặc L106 House – hai dự án ở hai bờ đại dương nhưng đều giống nhau về điều kiện khí hậu.

Ngoài ra, trong lịch sử công trình của Brazil, ta có thể thấy công dụng đáng chú ý của hàng hiên và các mái đua lớn, được trình bày trong một thiết kế kiến trúc cổ điển là Valéria Cirell House của kiến trúc sư Lina Bo Bardi, gồm có một hàng hiên ấm cúng được phủ bằng rơm.

Vật liệu xây dựng cũng rất quan trọng đối với tiện nghi nhiệt có sử dụng chiến lược thụ động. Với những công trình ở vùng khí hậu nóng, một vài vật liệu có thể giúp ngôi nhà “thoát hơi nước” và còn đóng vai trò làm hàng rào chắn nhiệt để ngăn hấp thụ ánh sáng mặt trời. Còn với những công trình ở vùng khí hậu lạnh, ta có thể tăng quán tính nhiệt(*) bằng cách giữ nhiệt và giải phóng nhiệt vào ban đêm. Một vài vật liệu có khả năng giữ nhiệt cao như bê tông, gạch, đất sét rắn và đá có thể được tìm thấy trong nhiều dự án như Half Buried House – công trình này sử dụng đất để tạo quán tính nhiệt phù hợp cho khí hậu địa phương, hay như dự án Family House ở La Pereda cũng vậy. Cả hai dự án đều ở Tây Ban Nha.

Nước là một trong những phương pháp lâu đời và hiệu quả nhất để làm mát thụ động, đặc biệt là ở vùng khí hậu khô. Làm mát bay hơi là quy trình loại bỏ nhiệt độ khỏi môi trường hoặc vật liệu thông qua sự bốc hơi nước. Ví dụ như công trình Nivaldo Borges Residence của Lelé – một công trình tiêu biểu của kiến trúc Brazil. Công trình này có những khu vườn và hồ nước đặc biệt trải khắp khu vực sinh hoạt cá nhân và phòng làm việc. Có thể kể đến một ví dụ hiện đại khác như công trình Bacopari House của UNA Arquitetos ở São Paulo.

Cuối cùng, chúng ta không được coi nhẹ tác dụng của cây xanh, cả trong nhà và ngoài trời. Vì cây xanh đóng vai trò quan trọng trong việc giảm bức xạ mặt trời và tạo một vi khí hậu cung cấp những điều kiện về tiện nghi nhiệt tốt hơn. Trong số các công trình sử dụng cây xanh làm chiến lược thiết kế, có thể kể đến công trình  MM Tropical House. Như chính tên gọi của mình, công trình này nằm ở vùng khí hậu nhiệt đới Đông Nam Á, ở đây cây xanh được sử dụng làm công cụ giảm thiểu hấp thụ bức xạ mặt trời.

Một vài dự án cũng sử dụng cây xanh trên tầng thượng để mang lại tiện nghi nhiệt tốt hơn cho bên trong công trình, từ đó giúp giảm năng lượng tiêu thụ cho làm nóng hay làm mát không khí. Công trình LLP House ở Tây Ban Nha là một ví dụ thú vị. Yêu cầu của gia chủ là thiết kế một ngôi nhà thụ động; để tối đa hóa hiệu suất môi trường và nhiệt độ, đặc trưng của công trình không chỉ là một khu vườn trên mái mà còn là một môi trường xây dựng thu nhỏ, một hệ thống bảo vệ, thu giữ năng lượng, cản bức xạ nhiệt và thông gió chéo.

Xây dựng một công trình có tiện nghi nhiệt tốt thông qua thiết kế thụ động đòi hỏi sự sáng tạo và độc đáo trong kiến trúc, thường xuyên hướng đến những lối tư duy mới để áp dụng nhiều vật liệu khác nhau hoặc đánh giá lại các kĩ thuật ở bản địa. Tuy nhiên, để áp dụng đúng các chiến lược thiết kế, điều quan trọng là phải quen thuộc với những đặc điểm của công trình xây dựng, hiểu được hướng nắng, hướng gió. Ngoài ra, những dự án thành công thường có sự kết hợp của nhiều chiến lược khác nhau nhằm đạt được những điều kiện tiện nghi nhiệt tốt nhất.

Chú thích:

Quán tính nhiệt (Thermal inertia): xu hướng của vật chống lại sự thay đổi nhiệt độ. Ví dụ, đá và nước có quán tính nhiệt cao vì mất nhiều thời gian để nhận nhiệt và thải nhiệt, ngược lại, cát có quán tính nhiệt thấp nên cát nóng nhanh hơn và cũng nguội đi nhanh hơn.

Biên dịch | Anh Tuấn (Nguồn: Archdaily)