Phần lớn thời gian trong ngày của con người diễn ra bên trong nhà ở, văn phòng, trường học và những không gian khép kín. Khi lớp vỏ công trình ngày càng kín nhưng không được bổ sung lượng khí ngoài trời phù hợp, nhiệt, độ ẩm, mùi, CO₂ và các chất ô nhiễm phát sinh trong nhà có thể tích tụ.Vấn đề không nằm ở việc một ngôi nhà có sử dụng điều hòa hay không. Vấn đề nằm ở chỗ công trình có được thiết kế để trao đổi không khí một cách chủ động, có kiểm soát và phù hợp với điều kiện bên ngoài hay không.

Một căn nhà hiện đại vẫn có thể kín đáo, an toàn và sử dụng điều hòa, nhưng không nên trở thành một “chiếc hộp” chỉ tuần hoàn đi tuần hoàn lại lượng không khí cũ.Đây là lý do khái niệm tường thở và thông gió tự nhiên ngày càng được quan tâm trong kiến trúc xanh.

“Tường thở” thực sự là gì?

Tường thở” là một cách gọi giàu hình ảnh, nhưng cần được hiểu đúng về mặt kỹ thuật.Trong kiến trúc nhà ở nhiệt đới, thuật ngữ này thường chỉ một lớp vỏ có khả năng hỗ trợ trao đổi không khí và giảm tác động trực tiếp của môi trường. Hệ thống có thể được tạo thành từ:

Gạch bông gió hoặc gạch rỗng;
Hệ lam đứng, lam ngang;
Mặt dựng hai lớp có khoảng đệm;
Lưới kim loại đục lỗ;
Các khe thông gió có mái che mưa;
Hiên, hành lang và ban công tạo vùng chuyển tiếp;
Lớp cây xanh kết hợp khoảng lùi;
Cửa chớp hoặc cấu kiện có thể điều chỉnh độ mở.

Như vậy, “tường thở” không có nghĩa là vật liệu tự tạo ra oxy hay tự làm sạch toàn bộ không khí. Nó là một bộ phận của hệ thống thông gió thụ động, hoạt động cùng với cửa đón gió, cửa thoát khí, khoảng thông tầng, mái che và cách tổ chức mặt bằng.Một mặt tiền có nhiều lỗ nhưng phía sau bị chặn bởi tủ, vách kính hoặc phòng kín thì vẫn có thể thông gió rất kém. Ngược lại, một công trình không sử dụng gạch bông gió nhưng có hướng mở hợp lý, đường dẫn khí rõ ràng và cửa thoát khí trên cao vẫn có thể đạt hiệu quả tốt.Nói ngắn gọn: độ rỗng tạo cơ hội cho gió đi qua; thiết kế tổng thể mới quyết định gió có thực sự đi được hay không.

Hai động lực chính của thông gió tự nhiên

Thông gió tự nhiên trong công trình chủ yếu được hình thành bởi hai cơ chế: áp lực gió và chênh lệch nhiệt độ.

1. Thông gió nhờ áp lực gió

Khi gió gặp mặt đứng công trình, phía đón gió hình thành vùng áp suất cao, trong khi phía khuất gió thường có áp suất thấp hơn.Nếu công trình có cửa vào và cửa ra được bố trí tại hai vùng áp suất khác nhau, không khí sẽ di chuyển xuyên qua không gian. Đây là nguyên lý của thông gió chéo.Hiệu quả thông gió chéo phụ thuộc vào:

Hướng gió chủ đạo theo mùa;
Vị trí và kích thước cửa vào – cửa ra;
Diện tích thoáng thực sau khi trừ khung, lưới và lam;
Chiều sâu của phòng;
Vách ngăn, đồ nội thất và rèm cửa;
Hình dạng công trình và các nhà lân cận;
Chênh lệch áp suất giữa hai mặt đứng.

Hai cửa sổ cùng nằm trên một mặt tường thường chỉ tạo thông gió một phía, dễ xuất hiện các vùng không khí đứng sâu bên trong phòng. Nếu điều kiện mặt bằng cho phép, cửa lấy gió và cửa thoát nên được bố trí ở hai hướng khác nhau hoặc kết hợp với khoảng thông tầng.

2. Thông gió nhờ hiệu ứng ống khói

Không khí nóng có khối lượng riêng thấp hơn không khí lạnh nên có xu hướng đi lên. Nếu công trình có lối thoát khí ở vị trí cao, khối khí nóng có thể thoát ra ngoài và tạo điều kiện để không khí ở tầng thấp đi vào thay thế.Đó là hiệu ứng ống khói, thường xuất hiện trong:

Giếng trời;
Cầu thang thông tầng;
Sảnh cao;
Khoảng rỗng giữa hai lớp mặt dựng;
Cửa mái hoặc ô thoát khí trên cao.

Động lực này tăng lên khi khoảng cách đứng giữa cửa vào và cửa thoát lớn hơn, đồng thời chênh lệch nhiệt độ trong – ngoài đủ rõ.Tuy nhiên, trong khí hậu nóng ẩm, hiệu ứng ống khói không phải lúc nào cũng mạnh. Khi nhiệt độ trong nhà và ngoài trời gần bằng nhau, lực đẩy nhiệt có thể giảm đáng kể. Vì vậy, nhà ở thấp tầng không nên chỉ trông chờ vào giếng trời mà cần kết hợp cả áp lực gió, quạt trần hoặc thông gió cơ khí khi cần thiết.

Sơ đồ mặt bằng nhà ở với cửa đón gió tại mặt tiền, luồng khí đi qua phòng khách và hành lang rồi thoát ở sân sau. So sánh với phương án bị vách ngăn và tủ cao chặn gió. — Nguyên lý thông gió chéo trong nhà ở.

Một hệ thông gió đúng phải có đủ đường vào và đường ra

Sai lầm phổ biến trong thiết kế là tập trung quá nhiều vào cửa đón gió nhưng thiếu lối thoát khí.Không khí chỉ lưu chuyển khi tồn tại:

Nguồn khí đi vào;
Đường dẫn khí liên tục;
Vị trí thoát khí;
Chênh lệch áp suất đủ để tạo chuyển động.

Nếu mặt tiền được làm bằng gạch bông gió nhưng các phòng phía sau đều đóng kín, luồng gió chỉ chuyển động trong vùng đệm ngoài nhà. Nếu có giếng trời nhưng phần mái bị kính che kín hoàn toàn, khí nóng có thể bị giữ lại và biến giếng trời thành một “ống tích nhiệt”.Vì vậy, giếng trời hỗ trợ thông gió cần được nghiên cứu đồng thời với:

Ô thoát khí trên cao;
Giải pháp che mưa nhưng không bịt kín đường khí;
Cửa chuyển tiếp giữa phòng và khoảng thông tầng;
Vật liệu mái hạn chế bức xạ;
Khả năng vệ sinh và bảo trì;
Giải pháp chống côn trùng và nước tạt.

Một hệ thống tốt không chỉ đón được gió khi thời tiết thuận lợi, mà còn phải hạn chế mưa, bụi, tiếng ồn và côn trùng khi điều kiện bên ngoài bất lợi.

Tường thở có giúp giảm nhiệt không?

Có, nhưng cần hiểu đúng cơ chế.Lớp vỏ có độ rỗng, lam che nắng hoặc mặt dựng hai lớp có thể giảm lượng bức xạ mặt trời chiếu trực tiếp vào tường và cửa kính phía trong. Khoảng đệm giữa hai lớp còn hỗ trợ đưa một phần khí nóng ra ngoài trước khi nhiệt truyền sâu vào không gian sử dụng.Hiệu quả nhiệt thường đến từ sự phối hợp của nhiều giải pháp:

Che nắng trước khi nắng chạm vào kính;
Giảm diện tích kính ở hướng chịu bức xạ mạnh;
Sử dụng mái hiên và lam phù hợp góc nắng;
Tạo lớp đệm không khí;
Bố trí vật liệu có đặc tính nhiệt phù hợp;
Thoát khí nóng tích tụ ở vị trí cao;
Tận dụng thông gió ban đêm khi điều kiện ngoài trời thuận lợi.

Gạch bông gió không tự động làm căn nhà mát. Nếu bề mặt phía sau vẫn nhận bức xạ lớn, mái tích nhiệt mạnh hoặc không khí ngoài trời quá nóng, riêng lớp tường rỗng sẽ không đủ giải quyết tiện nghi nhiệt.Trong nhiều trường hợp, chiến lược hợp lý nhất là thông gió hỗn hợp: ưu tiên gió tự nhiên khi thời tiết phù hợp; chuyển sang quạt, lọc khí hoặc điều hòa khi nhiệt độ, độ ẩm và ô nhiễm ngoài trời vượt ngưỡng chấp nhận.

Thông gió và nồng độ CO₂ trong nhà

Trong phòng có người, CO₂ tăng chủ yếu do quá trình hô hấp. Khi lượng khí ngoài trời đưa vào không đủ so với số người và thời gian sử dụng, nồng độ CO₂ thường tăng dần.CO₂ vì thế có thể được dùng như một chỉ dấu hỗ trợ nhận biết mức độ thông thoáng của không gian có người. Tuy nhiên, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ lưu ý rằng số đo CO₂ cần được diễn giải thận trọng; nó không đại diện cho toàn bộ chất lượng không khí trong nhà. Một căn phòng có CO₂ không cao vẫn có thể tồn tại bụi mịn, formaldehyde, khí từ hoạt động nấu ăn hoặc các chất ô nhiễm khác.

Do đó, đánh giá một không gian không nên chỉ nhìn vào một con số. Cần xem đồng thời:

CO₂;
Nhiệt độ và độ ẩm;
PM2.5;
Mùi và nguồn phát sinh ô nhiễm;
Số người sử dụng;
Thời gian đóng cửa;
Tình trạng nấm mốc và bề mặt ẩm;
Hiệu quả hút mùi tại bếp, nhà vệ sinh.

Thông gió giúp pha loãng và đưa một phần chất ô nhiễm trong nhà ra ngoài, nhưng phải đi cùng kiểm soát nguồn phát thải. Đây cũng là quan điểm nhất quán trong hướng dẫn về chất lượng không khí trong nhà của

Mặt cắt nhà phố có giếng trời. Mũi tên xanh biểu thị khí mát đi vào ở tầng thấp; mũi tên đỏ nhạt biểu thị khí nóng bốc lên và thoát qua cửa mái có khe thông gió. — Hiệu ứng ống khói trong thiết kế thông gió tự nhiên.

Cây xanh có phải là “máy lọc không khí” tự nhiên?

Cây xanh có giá trị lớn về bóng mát, cảnh quan, cảm nhận tâm lý và tổ chức vùng vi khí hậu. Cây trồng ngoài nhà có thể che nắng cho sân, tường và cửa sổ; nhờ đó giảm nhiệt bề mặt và tạo vùng đệm dễ chịu trước cửa lấy gió.Tuy nhiên, không nên xem vài chậu cây trong phòng là thiết bị lọc khí.

Một nghiên cứu tổng quan đăng trên Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology cho thấy tốc độ loại bỏ hợp chất hữu cơ bay hơi của cây trồng trong chậu ở điều kiện thực tế quá thấp để thay thế thông gió hoặc thiết bị lọc không khí. Vì vậy, cây xanh nên được sử dụng đúng vai trò:

Tạo bóng mát;
Giảm bức xạ lên bề mặt công trình;
Tổ chức khoảng đệm;
Cải thiện trải nghiệm thị giác và tinh thần;
Hỗ trợ cảnh quan và đa dạng sinh học.

Còn việc kiểm soát bụi mịn, khí độc và mùi cần dựa vào thông gió, lọc khí và kiểm soát nguồn phát sinh.

Khi nào không nên mở hoàn toàn “tường thở”?

Thông gió tự nhiên không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất. Việc mở công trình ra bên ngoài cần được cân nhắc khi:

Nồng độ bụi mịn ngoài trời cao;
Công trình nằm sát đường giao thông lớn;
Khu vực có tiếng ồn liên tục;
Không khí ngoài trời quá nóng hoặc quá ẩm;
Mưa tạt mạnh theo mùa;
Có yêu cầu cao về an ninh và riêng tư;
Không gian cần kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm nghiêm ngặt;
Trong nhà có người đặc biệt nhạy cảm với ô nhiễm.

Khi không khí bên ngoài ô nhiễm, mở cửa có thể làm tăng lượng PM2.5 trong nhà. Khi ấy, giải pháp phù hợp hơn có thể là đóng các cửa trực diện nguồn ô nhiễm, lấy khí từ phía sạch hơn, sử dụng lọc khí hoặc vận hành thông gió cơ khí có kiểm soát.Kiến trúc xanh không có nghĩa là mở cửa mọi lúc. Kiến trúc xanh là biết khi nào nên mở, mở ở đâu và khi nào cần đóng.

Infographic chia đôi. Bên trái là mặt tiền gạch bông gió nhưng phía sau bị vách kính và tủ chặn kín. Bên phải là lớp vỏ rỗng có khoảng đệm, cửa lấy gió và đường thoát khí liên tục. — So sánh thiết kế tường thở đúng và sai.

Sáu nguyên tắc thiết kế nhà “biết thở”

1. Đọc khí hậu trước khi vẽ hình thức

Cần khảo sát hướng nắng, hướng gió, vật cản xung quanh, nguồn bụi, tiếng ồn và khả năng ngập – mưa tạt. Không thể sao chép một mặt tiền gạch bông gió từ công trình khác rồi mặc nhiên cho rằng nó sẽ hoạt động tương tự.

2. Tạo ít nhất một đường dẫn khí rõ ràng

Luồng khí nên đi qua khu vực sử dụng thay vì chỉ lướt ngoài hành lang. Cửa, vách và đồ nội thất cần được bố trí để không chặn đường gió.

3. Kết hợp cửa thấp và cửa cao

Cửa thấp hỗ trợ lấy khí; cửa cao hỗ trợ thoát khí nóng. Khoảng chênh cao càng rõ, tiềm năng khai thác hiệu ứng ống khói càng lớn.

4. Che nắng trước khi tăng thông gió

Nếu mái, kính và tường đang nhận quá nhiều bức xạ, việc tăng gió có thể vẫn không tạo được tiện nghi. Che nắng là tuyến phòng vệ đầu tiên; thông gió là bước tiếp theo.

5. Thiết kế khả năng điều chỉnh

Hệ lam, cửa chớp hoặc cửa lật nên có khả năng đóng – mở theo thời tiết. Một lớp vỏ luôn mở có thể đẹp trên hình ảnh nhưng bất tiện khi mưa lớn, ô nhiễm hoặc cần sử dụng điều hòa.

6. Đo lường sau khi đưa công trình vào sử dụng

Có thể sử dụng cảm biến CO₂, nhiệt độ, độ ẩm và PM2.5 để hiểu công trình đang vận hành ra sao. Dữ liệu thực tế giúp điều chỉnh thời gian mở cửa, tốc độ quạt và chế độ điều hòa hợp lý hơn.

Infographic ba trạng thái vận hành: thời tiết tốt mở cửa đón gió; thời tiết nóng dùng quạt trần hỗ trợ; khi bụi mịn hoặc độ ẩm cao thì đóng cửa và dùng lọc khí, điều hòa. — Thông gió hỗn hợp cho nhà ở khí hậu nóng ẩm.

Nhà “thở” bằng thiết kế, không bằng khẩu hiệu

“Tường thở” chỉ thực sự có ý nghĩa khi nó là một mắt xích trong hệ thống thiết kế hoàn chỉnh.Một ngôi nhà thông thoáng cần có lớp vỏ giảm bức xạ, cửa đón gió, đường dẫn khí, lối thoát khí trên cao, mặt bằng hạn chế vùng khí tù và khả năng chuyển đổi linh hoạt giữa thông gió tự nhiên với thông gió cơ khí.Thông gió tự nhiên không phải phép màu, cũng không phải một kiểu trang trí bằng gạch lỗ và cây xanh. Đó là kết quả của vật lý công trình, dữ liệu khí hậu và cách con người vận hành không gian.

Kiến Trúc KINH BAN https://kientruckinhban.vn/thu-vien/kien-truc-xanh cho rằng kiến trúc xanh không bắt đầu từ việc trồng thêm cây hay tạo một mặt tiền nhiều lỗ. Nó bắt đầu từ khả năng đọc đúng khí hậu, tổ chức đúng luồng khí và lựa chọn giải pháp phù hợp với đời sống thực tế. Mục tiêu cuối cùng không phải là một ngôi nhà “trông có vẻ xanh”, mà là một không gian tiết kiệm tài nguyên, dễ vận hành và đem lại sự an trú lâu dài cho con người.