Làm mát thụ động: Giảm hấp thụ nhiệt và tải điều hòa cho công trình, tiết kiệm năng lượng

Trong lĩnh vực công trình thường chia ra hai loại giải pháp thiết kế giúp kiểm soát nhiệt và tạo tiện nghi đó là làm mát thụ động (passive cooling) và làm mát chủ động (active cooling). Nếu như làm mát chủ động sử dụng các hệ thống, thiết bị kỹ thuật như điều hòa, thông gió cơ khí và các giải pháp làm mát nhân tạo khác để kiểm soát môi trường bên trong công trình thì làm mát thụ động giúp tận dụng điều kiện tự nhiên và các đặc điểm kiến trúc công trình như quy hoạch, hình khối, che nắng, thông gió và vật liệu…để hạn chế hấp thụ nhiệt, cải thiện vi khí hậu.

VÌ SAO CẦN LÀM MÁT THỤ ĐỘNG?

Làm mát không còn đơn thuần là vấn đề tiện nghi, mà đang trở thành một yêu cầu thiết yếu để thích ứng với khí hậu ngày càng nóng lên. Theo báo cáo Global Cooling Watch 2025 của Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP), năm 2022, phát thải khí nhà kính từ các thiết bị điều hòa không khí và làm lạnh trên toàn cầu đạt khoảng 4,1 tỷ tấn CO₂ tương đương (CO₂e), trong đó khoảng 2/3 đến từ năng lượng sử dụng cho làm mát và 1/3 từ rò rỉ môi chất lạnh.

Nhu cầu này được dự báo còn tăng mạnh. Nếu tiếp tục theo kịch bản phát triển thông thường (BAU), công suất làm mát lắp đặt trên toàn cầu có thể tăng từ 22 TW năm 2022 lên 68 TW vào năm 2050, kéo theo lượng phát thải từ hoạt động làm mát lên 7,2 tỷ tấn CO₂e/năm. Đáng chú ý, làm mát và chuỗi lạnh hiện đã chiếm khoảng 20% tổng lượng điện tiêu thụ toàn cầu.

Đối với các quốc gia nhiệt đới và đang đô thị hóa nhanh ở châu Á, vấn đề này càng đáng lưu ý. Báo cáo ghi nhận việc chuyển đổi các khu vực tự nhiên thành những đô thị với bê tông, kính và nhựa đường, cùng với nhiệt thải từ giao thông và các tòa nhà, đang làm gia tăng hiệu ứng đảo nhiệt đô thị; tại các thành phố, nhiệt độ có thể cao hơn khu vực xung quanh 5–10°C.

Trong khi đó, việc áp dụng các quy chuẩn năng lượng cho công trình tại các khu vực đang phát triển vẫn còn hạn chế. Tại châu Á-Thái Bình Dương, tỷ lệ áp dụng quy chuẩn năng lượng cho công trình chỉ khoảng 29%, và hơn một nửa trong số 51 tỷ m2 diện tích sàn mới được xây dựng mỗi năm trên toàn cầu không thuộc phạm vi của bất kỳ quy chuẩn năng lượng nào, chủ yếu tại các nền kinh tế mới nổi và đang phát triển.

Nghiên cứu được tổng hợp trong báo cáo cho thấy các chiến lược làm mát thụ động có thể giúp giảm nhiệt độ trung bình 2,2°C, giảm tải làm mát 31% và tiết kiệm 29% năng lượng. Khi kết hợp nhiều giải pháp, mức giảm nhiệt độ có thể đạt 6–9°C, trong nhiều công trình ở vùng nhiệt đới và ôn đới thậm chí có thể giảm hoặc loại bỏ nhu cầu làm mát cơ học. 

Báo cáo của UNEP ghi nhận nhiều công trình truyền thống tại Đông Nam Á đã sử dụng các giải pháp thụ động như hiên có mái che, tạo bóng râm và tổ chức thông gió, vừa hạn chế bức xạ mặt trời trực tiếp vừa cải thiện chuyển động không khí trong công trình.

Singapore là ví dụ tiêu biểu cho sự kết hợp tư duy này với các giải pháp hiện đại. Tại một công trình của National University of Singapore, việc kết hợp thông gió tự nhiên, quạt trần và làm mát cá nhân ở mức nhiệt độ cài đặt 27°C vẫn duy trì tiện nghi và chất lượng không khí, đồng thời giảm tới 52% năng lượng sử dụng.

Một nghiên cứu khác tại Singapore ghi nhận hệ thống làm mát sử dụng quạt kết hợp điều hòa có thể tiết kiệm 32% năng lượng HVAC.

LÀM MÁT CHO CÔNG TRÌNH TRƯỚC KHI SỬ DỤNG ĐẾN CÁC GIẢI PHÁP THIẾT BỊ KỸ THUẬT

Làm mát thụ động không phải là khái niệm mới mà đã ứng dụng qua nhiều thế hệ, được phản ánh qua kiến trúc truyền thống. Nhưng trong thực tế triển khai áp dụng giải pháp làm mát thụ động vẫn gặp không ít rào cản.

Thứ nhất, chủ đầu tư thường ưu tiên tối đa diện tích sử dụng để khai thác hoặc cho thuê, khiến những không gian không tạo ra giá trị trực tiếp như giếng trời, hành lang đệm hay khoảng đệm chắn nắng dễ bị cắt giảm. Tuy nhiên, chính những không gian này lại góp phần cải thiện vi khí hậu và nâng cao chất lượng cho các không gian sử dụng chính.

Thứ hai, hạn chế từ quy chuẩn, tiêu chuẩn. Các yêu cầu về hiệu quả năng lượng hiện vẫn chủ yếu tập trung vào nhóm công trình có quy mô lớn, trong khi nhà ở riêng lẻ vốn chiếm tỷ trọng không nhỏ chưa được quan tâm tương xứng.

Thứ ba, sự lặp lại của các mô hình dự án. Những thiết kế được mô-đun hóa và áp dụng đại trà thường chưa được tối ưu theo điều kiện cụ thể của từng khu đất, đặc biệt về thông gió, chiếu sáng và kiểm soát bức xạ mặt trời.

Cuối cùng, bài toán chi phí cũng là một yếu tố quan trọng khiến các giải pháp thụ động đôi khi chưa được ưu tiên ngay từ đầu.

Để giải quyết bài toán làm mát công trình, đơn vị thiết kế cần tác động lên các giải pháp kiến trúc theo từng lớp riêng biệt từ quy hoạch, hướng công trình, tổ chức không gian đến xử lý từng bề mặt của tòa nhà.

Theo đó, về quy hoạch: cần phải xem xét công trình trong tổng thể quy hoạch toàn khu, từ mật độ, cây xanh, tầng cao đến cách bố trí các khối nhà, nhằm tối ưu hướng công trình, thông gió và hạn chế hiệu ứng đảo nhiệt đô thị

Dự án nhà máy Maxport (tỉnh Thái Bình) ứng dụng thiết kế thụ động trong quy hoạch ý tưởng tổng thể các khối nhà trước khi xây dựng. Phối cảnh và mô phỏng: GSTeam

Về hướng công trình: cần ưu tiên hướng Nam- Đông Nam, hạn chế các diện mặt đứng lớn quay về hướng Tây để giảm bức xạ nhiệt, đặc biệt là nắng chiều.

Dự án Nhà điều hành Sơn Cẩm- Cụm công nghiệp Sơn Cẩm (tỉnh Thái Nguyên) và mô phỏng nhiệt độ trong thiết kế thụ động. Mặt diện lớn hướng chính Bắc- Nam giúp tối ưu hóa lượng nhiệt hấp thụ. Ảnh: GSTeam

Trong tổ chức không gian: cần phân bổ không gian hợp lý để tận dụng thông gió và chiếu sáng tự nhiên. Với dự án nhà ở có thể sử dụng giếng trời, sân trong và khoảng thông tầng để đưa ánh sáng, gió tự nhiên vào sâu bên trong công trình, giảm phụ thuộc vào điều hòa hoặc thông gió cơ khí.

Dự án MSV (Nhà Bè, TP. Hồ Chí Minh). KTS ứng dụng nhiều khoảng đệm để đưa ánh sáng và thông gió vào công trình, giúp công trình luôn sáng và mát mẻ quanh năm. Ảnh phối cảnh: GSTeam

 Sau khi tối ưu hình khối và không gian, các bề mặt công trình tiếp tục được xử lý thông qua mái đua, ban công, lam che nắng, vách hoa gió, vật liệu và giải pháp kính phù hợp nhằm kiểm soát bức xạ nhiệt. Đây cũng là bước quan trọng để đưa các giải pháp khí hậu truyền thống vào ngôn ngữ kiến trúc đương đại.

quán café SO/NHA (Nguyễn Trung Trực, Hà Nội). Giải pháp làm mát phần mái: Tấm chắn nắng và tole phản xạ. Bản vẽ và mô phỏng: GSTeam cung cấp

Giải pháp làm mát phần mái: Tấm chắn nắng và tole phản xạ. tại dự án quán café SO/NHA (Nguyễn Trung Trực, Hà Nội). Bản vẽ và mô phỏng: GSTeam

Giải pháp làm mát mặt đứng: Che nắng kính bằng tường xanh quán café SO/NHA. Bản vẽ và mô phỏng: GSTeam

NHỮNG YẾU TỐ THÚC ĐẨY ỨNG DỤNG LÀM MÁT THỤ ĐỘNG

Để một giải pháp thiết kế thụ động được duy trì đến cuối dự án, điều quan trọng nhất là các yêu cầu này phải được đặt ra ngay từ đầu. Các mục tiêu tiết kiệm năng lượng hay công trình xanh không nên chỉ là yêu cầu bổ sung, mà cần được xác định ngay từ đề bài và trở thành một phần trong lộ trình phát triển dự án.

Thứ hai, cần có cơ chế ràng buộc cụ thể. Chẳng hạn, khi chủ đầu tư cam kết theo các tiêu chí công trình xanh như LEED, LOTUS hay EDGE, các yêu cầu đã được lượng hóa, cụ thể hóa trong hồ sơ thiết kế, vật liệu cũng như quá trình triển khai và sẽ luôn có một bên thứ 3 theo dõi quá trình này từ đó hạn chế việc các giải pháp bị loại bỏ giữa chừng.

Thứ ba, cần sự phối hợp ngay từ đầu giữa kiến trúc sư, kỹ sư cơ điện và đơn vị vận hành để cùng xây dựng phương án tối ưu về tiện nghi nhiệt và hiệu quả năng lượng, thay vì mỗi bộ môn tham gia ở một giai đoạn riêng biệt.

Dự án Trường mẫu giáo Sky cơ sở HN3 được bố trí trong tòa nhà chung cư Ecopark Hưng Yên. Dự án là nỗ lực lớn trong việc phối hợp tất cả các bên liên quan (chủ đầu tư, kiến trúc sư, cơ điện, ban quản lý tòa nhà, cư dân). Ảnh: GSTeam

Thứ tư, cơ chế hỗ trợ tài chính cũng là một động lực quan trọng trong tương lai gần, chẳng hạn như tín dụng xanh, ưu đãi về mật độ hoặc chiều cao xây dựng, hay chính sách thuế cho các dự án đạt tiêu chí xanh.

Cuối cùng là đào tạo và cập nhật kiến thức cho người làm nghề. Công nghệ, quy chuẩn và tiêu chuẩn đang thay đổi rất nhanh, vì vậy cần có các chương trình đào tạo thường xuyên để kiến trúc sư và các bên liên quan có đủ kiến thức và công cụ để đưa thiết kế thụ động, tiết kiệm năng lượng trở thành một lựa chọn phổ biến hơn.

Các giải pháp làm mát thụ động trên sẽ giúp hạn chế tối đa lượng nhiệt hấp thụ vào công trình, từ đó giảm tải cho hệ thống làm mát và nhu cầu năng lượng khi vận hành. Việc kết hợp đồng bộ các giải pháp ngay từ giai đoạn thiết kế sớm giúp góp phần giải quyết tổng thể bài toán làm mát và nâng cao hiệu quả năng lượng cho công trình.

(*) Chuyên gia tư vấn Công trình xanh, Nhà sáng lập GS Team