BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH HUỲNH LÊ KHANG GIẢI PHÁP “MẶT ĐỨNG THÍCH ỨNG” TRONG KIẾN TRÚC VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC TP Hồ Chí Minh – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP HỒ CHÍ MINH HUỲNH LÊ KHANG GIẢI PHÁP “MẶT ĐỨNG THÍCH ỨNG” TRONG KIẾN TRÚC VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành KIẾN TRÚC Mã số 858 01 01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KIẾN TRÚC N.
TỔNG QUAN VỀ GIẢI PHÁP “MẶT ĐỨNG THÍCH ỨNG” TRONG KIẾN TRÚC
Khái niệm – Thuật ngữ - Định nghĩa
Thích ứng là một khái niệm rất rộng:
Theo từ điển tiếng việt (Hoàng Phê), thích ứng là “có những thay đổi cho phù hợp với điều kiện mới, yêu cầu mới” [
Theo các nhà sinh vật học, "sự thích ứng" được định nghĩa là quá trình tiến hóa giúp sinh vật cải thiện khả năng sinh tồn trong môi trường sống của mình.
Khái niệm “mặt đứng thích ứng” trong luận văn này được hiểu là một cấu trúc có khả năng thay đổi các chức năng, tính năng và chuyển động theo thời gian thực để phù hợp với sự biến đổi của điều kiện môi trường Mục tiêu của mặt đứng thích ứng là cải thiện hiệu suất hoạt động của công trình, đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng cho sưởi ấm, làm mát, thông gió, chiếu sáng và kiểm soát độ ẩm, đồng thời duy trì hoặc nâng cao sự thoải mái cho người sử dụng trong không gian.
Tổng quan về mối quan hệ và ý nghĩa của giải pháp “mặt đứng thích ứng” đối với các công trình kiến trúc bền vững và tiết kiệm năng lượng
Việt Nam đang đối mặt với những thách thức của biến đổi khí hậu, do đó, xu hướng kiến trúc xanh, bền vững và tiết kiệm năng lượng ngày càng trở nên cần thiết để đáp ứng nhu cầu thực tiễn của xã hội.
Trong bối cảnh khí hậu biến đổi ngày càng khó lường, việc sử dụng "mặt đứng thích ứng" trở nên cần thiết hơn bao giờ hết Mô hình này không chỉ giúp công trình khắc phục những điểm yếu của mặt đứng cố định mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao tính bền vững và tiết kiệm năng lượng.
Tổng quan quá trình hình thành và phát triển của giải pháp “mặt đứng thích ứng” trên thế giới
Phần này trình bày các thể loại “mặt đứng thích ứng” đã xuất hiện giúp phân biệt rõ hơn sự các biệt giữa các loại này
Thực trạng giải pháp “Mặt đứng thích ứng” tại Việt Nam hiện nay
Hiện nay, ở Việt Nam chưa có công trình nào được thiết kế và xây dựng theo hướng sử dụng “mặt đứng thích ứng” Mặc dù một số công trình đạt tiêu chuẩn 5 sao về Năng lượng xanh, nhưng chúng vẫn sử dụng mặt đứng tĩnh như lam đứng và lam ngang cố định, kết hợp với kính hạn chế tác hại từ ánh sáng mặt trời Ngoài ra, một số công trình thấp tầng quy mô nhỏ cũng áp dụng mặt đứng kết hợp với cây xanh.
"Mặt đứng thích ứng" là một lĩnh vực mới mẻ và còn thiếu sự giám sát, dẫn đến việc đánh giá hiệu quả của các mặt tiền hiện tại gặp nhiều khó khăn Để phát triển lĩnh vực này, cần thiết phải xây dựng các công cụ mô phỏng và phương pháp đánh giá mới, coi "mặt đứng thích ứng" là phần quan trọng trong thiết kế tòa nhà Sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ đặt ra thách thức lớn cho các khái niệm thích ứng, trong khi sự thiếu rõ ràng trong đánh giá ban đầu làm tăng rủi ro, khiến các kiến trúc sư thường lựa chọn các giải pháp bảo thủ.
Thiết kế bền vững và tiết kiệm năng lượng đang trở thành xu hướng chủ đạo trong kiến trúc toàn cầu Trong đó, "mặt đứng thích ứng" đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát và giảm thiểu tác động tiêu cực từ môi trường đối với công trình Tại Việt Nam, các giải pháp "mặt đứng thích ứng" ngày càng được chú trọng, tuy nhiên, các công trình đã hoàn thành hiện chỉ mới áp dụng giải pháp này ở mức độ đơn giản và sơ khai.
CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA GIẢI PHÁP “MẶT ĐỨNG THÍCH ỨNG” VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI TP HCM
Cơ sở hiện trạng
Nhờ vào điều kiện tự nhiên thuận lợi, TP.HCM đã phát triển thành một đầu mối giao thông quan trọng của Việt Nam và Đông Nam Á, với hệ thống giao thông đa dạng bao gồm đường bộ, đường sắt, đường thủy và đường hàng không Thành phố không chỉ là trung tâm thương mại sôi động mà còn là nơi giao thoa của nhiều luồng văn hóa, đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực giáo dục, truyền thông, thể thao và giải trí.
2.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội
TP.HCM là trung tâm kinh tế, tài chính, thương mại và dịch vụ hàng đầu của Việt Nam, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển và hội nhập quốc gia Thành phố không chỉ là hạt nhân của vùng kinh tế trọng điểm phía Nam mà còn là một trong ba vùng kinh tế lớn nhất cả nước.
Trong những năm gần đây, dân số các quận trung tâm đang có xu hướng giảm, trong khi đó, các quận mới lập ở vùng ven lại ghi nhận sự tăng trưởng nhanh chóng Sự gia tăng này chủ yếu do người dân từ trung tâm chuyển ra và người nhập cư từ các tỉnh đến sinh sống.
TP HCM được xem là trung tâm văn hóa đô thị đa dạng nhất Việt Nam, với những đặc trưng nổi bật như tính đô thị, sự đa dạng về dân tộc và khả năng tiếp biến văn hóa.
2.1.4 Điều kiện công nghệ - kỹ thuật- nhân lực
Diện mạo và trình độ phát triển hiện nay của TP HCM được hình thành nhờ vào việc áp dụng thành tựu khoa học – công nghệ kỹ thuật, đặc biệt trong bối cảnh giao lưu văn hóa với các nước phương Tây.
TP.HCM không chỉ là trung tâm kinh tế tài chính mà còn là điểm đến giáo dục hàng đầu với nhiều trường đại học và trung tâm đào tạo lớn Sự phát triển này thu hút nguồn nhân lực chất lượng cao từ khắp nơi trong nước và quốc tế Bên cạnh đó, trình độ khoa học công nghệ và kỹ thuật của Việt Nam cũng như các công ty nước ngoài tại TP.HCM đang ngày càng được nâng cao.
Cơ sở lý thuyết
2.2.1 Lý thuyết chung về mặt đứng công trình
Mục tiêu nâng cao chất lượng mặt đứng, giảm tiêu thụ năng lượng và hạn chế tác động đến môi trường chỉ có thể thực hiện hiệu quả khi các yếu tố liên quan được xem xét một cách kỹ lưỡng.
(b) Kiểm soát độ ẩm, chống cháy, mức độ bảo dưỡng (c) Kiểm soát năng lượng mặt trời
(d) Các thành phần kiểm soát năng lượng mặt trời (e) Kiểm soát ánh sáng ban ngày
2.2.2 Lý thuyết về giải pháp “mặt đứng thích ứng”
Mặt đứng thích ứng cải thiện hiệu suất của tòa nhà bằng cách chỉ tạo ra năng lượng nhân tạo cần thiết trong giờ cao điểm
Mục đích của mặt đứng thích ứng là làm giảm dấu chân sinh thái của tòa nhà
Các tòa nhà trung / cao tầng hiện nay thường chứa một lượng lớn kính trên bề mặt
Mặt đứng hai lớp có thể được sử dụng bên cạnh hệ vách nhôm kính, tuy nhiên, chi phí lắp đặt thường cao hơn và chiếm nhiều không gian hơn Để tối ưu hóa hiệu quả năng lượng, hệ thống này thường cần có điều khiển tự động.
Mặt đứng thích ứng là một bề mặt năng động có khả năng phản ứng linh hoạt với môi trường xung quanh Một dạng phổ biến của mặt đứng này là mặt đứng xanh, nơi tích hợp các mảng xanh vào thiết kế, đóng vai trò như bề mặt chống nắng tự nhiên Mặt đứng xanh còn được gọi là vườn đứng, với cấu trúc là những bức tường được phủ cây xanh.
Quyết định đầu tiên trong quá trình thiết kế mặt đứng thích ứng là vị trí lắp đặt kết cấu (Hình 4-5)
Trường hợp đầu tiên là đặt hệ thống trước bức tường của tòa nhà hoặc bên ngoài lớp vỏ của tòa nhà,
Trường hợp thứ hai là ẩn hệ thống thích ứng trong các hệ thống mặt đứng hai lớp (được tích hợp trong cấu trúc chính)
Trường hợp cuối cùng là đặt mặt đứng phía sau kết cấu chính Vị trí này giúp loại bỏ hoàn toàn nguy cơ bị thiệt hại
Cơ chế thích ứng của “mặt đứng thích ứng” được chia thành hai cấp độ: cấp độ vĩ mô và cấp độ vi mô Đa số các mặt đứng hiện tại thuộc về cấp độ vĩ mô, dẫn đến sự thay đổi các thuộc tính ở quy mô lớn.
(e) Tính linh hoạt: khả năng thích ứng, tính đa năng và khả năng phát triển
Khả năng thích ứng được định nghĩa bởi Ferguson
Năm 2007, một hệ thống được phát triển với khả năng xem xét nhiều tiêu chí khác nhau dưới các điều kiện đa dạng, thông qua việc thay đổi giá trị vật lý của các tham biến theo thời gian.
Tính đa năng đề cập đến khả năng đáp ứng các yêu cầu hiệu suất không đồng thời, cho phép mặt tiền đảm nhận nhiều vai trò khác nhau tùy thuộc vào thời điểm.
Khả năng phát triển của mặt đứng liên quan chặt chẽ đến thời gian tồn tại của nó Sự tiến hóa của mặt tiền thể hiện khả năng thích ứng với những thay đổi trong tương lai.
(f) Tác động của môi trường
Môi trường có thể biến đổi liên tục theo thời gian, từ từng giây, từng phút cho đến từng giờ, và thậm chí theo mùa Những thay đổi này ảnh hưởng đến các yếu tố tự nhiên và cuộc sống xung quanh chúng ta.
Sự cách nhiệt chủ yếu bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khí hậu theo mùa, trong đó độ ẩm thay đổi theo từng mùa và có thể biến động nhanh chóng do lượng người trong tòa nhà Thông gió tự nhiên diễn ra liên tục, và ánh sáng ban ngày cũng thay đổi theo từng phút Nhiệt độ tác động ở tất cả các cấp độ thời gian, trong khi tầm nhìn, gió, nước và tiếng ồn không có mối quan hệ rõ ràng theo mùa và chủ yếu phụ thuộc vào chu kỳ ngày.
Để thiết kế một hệ thống thích ứng thành công, việc điều khiển là rất cần thiết Phương thức điều khiển có thể được thực hiện theo hai cách: điều khiển trung tâm hoặc điều khiển cục bộ.
Thiết kế của “Mặt đứng thích ứng” không chỉ phức tạp mà còn có giai đoạn hoạt động đầy thách thức Các yêu cầu về hiệu suất thường đa dạng, thích ứng, và độc lập, dẫn đến sự cạnh tranh và xung đột Do đó, việc áp dụng mô hình dựa trên chiến lược định trước, kết hợp với dự báo thời tiết, là rất cần thiết để giải quyết những vấn đề này (Loonen et al., 2013).
Mục tiêu chính của thiết kế là giảm dấu chân sinh thái của các tòa nhà
2.3 Cơ sở thực tiễn (bài học từ các công trình đã ứng dụng giải pháp “mặt đứng thích ứng”)
2.3.1 Trung tâm hình học và vật lý Simon 2.3.2 Viện Ả Rập thế giới (IMA) (xem Hình 2.10) 2.3.3 Tòa tháp Al Bahr (xem Hình 2.15, 2.16) 2.3.4 BIQ (BUILDING INTELLIGENT QUOTIENT)
2.3.6 Mối quan hệ giữa giải pháp “mặt đứng thích ứng” và các công trình xanh, tiết kiệm năng lượng
Nhiều khái niệm liên quan đến kiến trúc xanh như phát triển bền vững và thiết kế xanh đã được áp dụng trong thực tiễn nhờ sự hỗ trợ mạnh mẽ từ công nghệ hiện đại.
Các trường hợp nghiên cứu trên được lựa chọn để mô tả mối quan hệ giữa thiết kế công trình xanh và các công nghệ liên quan
“Mặt đứng thích ứng” là giải pháp quan trọng trong chiến lược phát triển bền vững cho các công trình xanh Giải pháp này giúp tạo ra môi trường thoải mái lý tưởng cho người sử dụng bằng cách tương tác và thích ứng hiệu quả với các yếu tố khí hậu bên ngoài, đồng thời cho phép điều chỉnh theo nhu cầu của người dùng.
Các cơ sở pháp lý
Có thể nói tiêu chuẩn công trình xanh LOTUS Việt
Nam là đúc rút các tinh hoa từ những nước tiên tiến đi trước
2.4.2 Quy chuẩn quốc gia các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả
Nhiều quy định của QCVN 09:2017/BXD hướng tới mục tiêu:
1 Giảm nhu cầu làm mát và chiếu sáng nhân tạo
2 Cung cấp hệ thống làm mát và chiếu sáng hiệu quả Kết luận chương 2:
Trong bối cảnh hiện nay, thành phố Hồ Chí Minh hội tụ đầy đủ các yếu tố kinh tế, văn hóa, xã hội và công nghệ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng giải pháp “Mặt đứng thích ứng” Các nghiên cứu trước đây về mặt đứng công trình cung cấp nền tảng lý thuyết cho việc thiết kế các công trình xanh và tiết kiệm năng lượng Thông qua các công trình đã thực hiện giải pháp này, người thiết kế có cái nhìn tổng quan về tác động của “Mặt đứng thích ứng” đối với hiệu quả sử dụng năng lượng Điều này cho thấy “Mặt đứng thích ứng” là yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả của các công trình xanh Xu hướng thiết kế xanh và bền vững đang trở thành tiêu chuẩn toàn cầu, và Việt Nam cũng đã ban hành các tiêu chuẩn quốc gia để đánh giá rõ ràng hơn các tiêu chí “xanh” trong thiết kế, hỗ trợ cho việc ứng dụng giải pháp “Mặt đứng thích ứng”.
ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP “MẶT ĐỨNG THÍCH ỨNG” TRONG KIẾN TRÚC TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Xây dựng tiêu chí phân loại các giải pháp “mặt đứng thích ứng” và ứng dụng
3.1.1 Phân loại theo chuyển động
Chuyển động được phân thành hai loại chính: chuyển động cơ học và biến đổi tính chất vật liệu Chuyển động cơ học thuộc nhóm biến đổi ở cấp vĩ mô, bao gồm các hình thức như chuyển động dịch chuyển, chuyển động xoay và chuyển động hỗn hợp.
Mặt đứng của tòa nhà cần tích hợp các cảm biến và thành phần cơ học có khả năng thích ứng với biến đổi môi trường bên trong và bên ngoài Biến dạng cơ học chủ yếu được điều khiển bởi nguồn điện, đồng thời cũng có thể bị ảnh hưởng bởi sự tương tác của người sử dụng.
3.1.1.2 Chuyển động do biến dạng vật lí vật liệu Vật liệu biến dạng do độ ẩm
Vật liệu biến dạng do nhiệt độ
Vật liệu phản ứng với Dioxide
Vật liệu biến dạng do ánh sáng
Vật liệu và kỹ thuật thông minh khác
Xu hướng của các mặt đứng thích ứng hiện nay
Phần lớn các "mặt đứng thích ứng" hiện nay sử dụng một loại chuyển động nhất định, chủ yếu là cơ chế chuyển động cơ học Trong đó, cơ chế chuyển động cơ học quay lệch phẳng là nhóm phổ biến nhất.
Nhóm chuyển động cơ học hỗn hợp là nhóm phổ biến thứ hai, trong khi các nhóm chuyển động cơ học dịch chuyển trên mặt phẳng và lệch phẳng ít được sử dụng hơn trong các ứng dụng hiện nay Mặc dù vậy, các ứng dụng cơ học hiện tại vẫn có tiềm năng cải thiện đáng kể trong tương lai.
3.1.2 Phân loại theo cơ chế kiểm soát
Yếu tố này được chia ra thành hai nhóm chính: Kiểm soát cục bộ và kiểm soát trung tâm
Kiểm soát cục bộ được chia làm 2 loại là: kiểm soát cục bộ nội tại và kiểm soát cục bộ trực tiếp
Kiểm soát trung tâm có 3 dạng là kiểm soát trung tâm trực tiếp, kiểm soát trung tâm phản ứng và kiểm soát trung tâm hệ thống
3.1.3Phân loại theo tính chất vật lý Để phân loại mặt đứng phù hợp với tương tác vật lý mà chúng bị ảnh hưởng, người ta chia ra làm bốn lĩnh vực Các lĩnh vực này là: Nhiệt độ, Quang học, Lưu lượng không khí và Điện
3.1.3 Chuyển động do biến dạng mô phỏng sinh học
Một lý do khác tạo làm cho việc sử dụng mặt đứng thích ứng ngày càng thành công là nhờ vào việc áp dụng các nguyên tắc y sinh (Biomimetic)
3.2 Định hướng ứng dụng “Mặt đứng thích ứng” trong điều kiện thành phố Hồ Chí Minh
"Mặt đứng thích ứng" đóng vai trò quan trọng trong các công trình thiết kế bền vững và tiết kiệm năng lượng Do đó, tiềm năng ứng dụng giải pháp này tại TPHCM rất lớn.
Các tiêu chí cần lưu ý khi ứng dụng giải pháp “Mặt đứng thích ứng” tại TPHCM bao gồm:
Độ kín của công trình đóng vai trò quan trọng trong việc chống ẩm, chống cháy và bảo dưỡng hiệu quả Kiểm soát năng lượng mặt trời và ánh sáng ban ngày giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, trong khi tích trữ năng lượng và thông gió tự nhiên hỗ trợ duy trì môi trường sống thoải mái Bên cạnh đó, kiểm soát âm thanh và vị trí kết cấu cũng là những yếu tố cần thiết, ảnh hưởng đến cách thức chuyển động và phương thức điều khiển trong thiết kế công trình.
Tại TPHCM, có một số loại "mặt đứng thích ứng" phù hợp với tiêu chí ứng dụng, bao gồm mặt đứng động học (Kinetic facades), mặt đứng thông minh (Intelligent facades) và mặt đứng phản hồi (Responsive facades).
3.2.1 Ứng dụng giải pháp “mặt đứng thích ứng” nâng cấp chung cư City Garden
3.2.2 Đánh giá mặt đứng hiện trạng
3.2.3 Đề xuất giải pháp thiết kế “mặt đứng thích ứng” cho công trình City Garden
Xây dựng tiêu chí và hệ thống phân loại các giải pháp
“Mặt đứng thích ứng” đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng nền tảng lý thuyết cho thiết kế Đề xuất nâng cấp sơ bộ mặt đứng của các công trình hiện có thành “mặt đứng thích ứng” là bước đầu tiên cần thực hiện.