Trong bối cảnh nhiệt độ đô thị ngày càng tăng, chi phí điện năng trở thành gánh nặng dài hạn và con người phải phụ thuộc nhiều hơn vào điều hòa, thiết kế thụ động đang trở thành một nền tảng quan trọng của kiến trúc bền vững.

Tuy nhiên, thiết kế thụ động không đơn giản là mở thêm cửa sổ, trồng thêm cây hoặc sử dụng một lớp vật liệu cách nhiệt.

Đó là quá trình tổ chức toàn bộ công trình để giảm nhiệt ngay từ đầu, tận dụng những điều kiện tự nhiên thuận lợi và hạn chế sự phụ thuộc không cần thiết vào thiết bị cơ khí.

Nói thẳng, nếu ngôi nhà liên tục hấp thụ nhiệt qua mái, kính và tường, điều hòa chỉ đang làm nhiệm vụ sửa sai cho thiết kế.

Một công trình tốt phải giảm nhu cầu làm mát trước khi nghĩ đến việc tăng công suất làm mát.

Đó chính là tinh thần của thiết kế thụ động.

1. Thiết Kế Thụ Động Là Gì?

Thiết kế thụ động, hay Passive Design, là phương pháp sử dụng hình khối, hướng công trình, lớp vỏ, cửa, mái và đặc tính vật liệu để điều tiết nhiệt, ánh sáng và không khí bên trong công trình một cách tự nhiên.

Thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào điều hòa, quạt hoặc hệ thống cơ điện, thiết kế thụ động tận dụng:

Hướng nắng.
Hướng gió.
Bóng đổ.
Thông gió tự nhiên.
Chênh lệch nhiệt độ.
Khả năng cách nhiệt.
Khả năng tích trữ và giải phóng nhiệt của vật liệu.
Đặc điểm địa hình và vi khí hậu.

Mục tiêu của thiết kế thụ động không phải là loại bỏ tuyệt đối thiết bị cơ khí.

Mục tiêu thực tế hơn là:

Giảm tải nhiệt cho công trình.
Giảm công suất điều hòa cần thiết.
Kéo dài thời gian có thể sử dụng thông gió tự nhiên.
Hạn chế chiếu sáng nhân tạo vào ban ngày.
Tạo ra môi trường sống ổn định và dễ chịu hơn.
Giảm chi phí vận hành trong dài hạn.

2. Vì Sao Thiết Kế Thụ Động Quan Trọng Với Nhà Ở Việt Nam?

Việt Nam có điều kiện khí hậu đa dạng nhưng nhìn chung mang đặc điểm nhiệt đới gió mùa:

Nhiệt độ cao trong nhiều thời điểm.
Độ ẩm lớn.
Bức xạ mặt trời mạnh.
Lượng mưa cao.
Gió thay đổi theo mùa.
Nguy cơ tích nhiệt, thấm và nấm mốc.

Nếu công trình không được thiết kế phù hợp với khí hậu, nhiều vấn đề có thể xuất hiện:

Nhà nóng vào ban ngày và tiếp tục tỏa nhiệt vào ban đêm.
Điều hòa phải hoạt động liên tục.
Không gian có ánh sáng nhưng bị chói.
Độ ẩm cao, không khí khó lưu thông.
Mái và tường nhanh xuống cấp.
Chi phí điện, bảo trì và sửa chữa tăng.
Người sử dụng thường xuyên cảm thấy bí và mệt mỏi.

Vì vậy, thiết kế thụ động không phải là một trào lưu.

Đó là một bài toán kỹ thuật, kinh tế và sức khỏe.

3. Nguyên Tắc Đầu Tiên Giảm Nhiệt Trước Khi Làm Mát

Một trong những sai lầm phổ biến là chỉ tìm giải pháp làm mát sau khi nhiệt đã đi vào công trình.

Cách tiếp cận hiệu quả hơn là ngăn nhiệt từ bên ngoài ngay tại lớp vỏ.

Nguồn nhiệt chính thường đến từ:

Bức xạ qua mái.
Nắng chiếu trực tiếp vào kính.
Nhiệt truyền qua tường.
Thiết bị điện.
Hoạt động sinh hoạt.
Không khí nóng bên ngoài.
Bề mặt sân và công trình xung quanh.

Các giải pháp giảm nhiệt nên được ưu tiên theo thứ tự:

Che nắng bên ngoài.
Giảm hấp thụ nhiệt trên mái và tường.
Kiểm soát diện tích kính.
Tăng khả năng cách nhiệt.
Tạo khoảng đệm.
Tổ chức thông gió để đưa nhiệt ra ngoài.
Chỉ sau đó mới tính đến thiết bị làm mát.

Che nắng bên ngoài thường hiệu quả hơn xử lý nhiệt sau khi bức xạ đã xuyên qua kính và đi vào phòng.

4. Tối Ưu Hướng Công Trình Không Có Một Công Thức Cho Mọi Khu Đất

Hướng công trình là một yếu tố quan trọng, nhưng không nên được hiểu theo cách máy móc.

Nhiều người cho rằng cứ mở cửa về Đông hoặc Bắc là tốt, còn hướng Tây và Nam luôn bất lợi. Thực tế phức tạp hơn.

Hiệu quả của một hướng phụ thuộc vào:

Vĩ độ và địa điểm xây dựng.
Mùa trong năm.
Hướng gió địa phương.
Hình dạng khu đất.
Công trình lân cận.
Tỷ lệ kính.
Chức năng của từng phòng.
Hình thức che nắng.
Thời gian sử dụng không gian.

4.1. Hướng có nắng buổi sáng

Nắng buổi sáng thường có cường độ thấp hơn nắng chiều và có thể phù hợp với một số không gian như phòng ngủ, sân vườn hoặc khu ăn sáng.

Tuy nhiên, vẫn cần kiểm soát chói và nhiệt trong mùa nóng.

4.2. Hướng Tây và Tây Nam

Đây thường là các hướng cần được xử lý cẩn trọng do nắng chiều có góc chiếu thấp và cường độ nhiệt lớn.

Giải pháp có thể gồm:

Hạn chế kính lớn.
Dùng lam đứng.
Tạo logia sâu.
Bố trí hành lang hoặc không gian phụ.
Sử dụng lớp vỏ hai lớp.
Tăng cách nhiệt tường.
Trồng cây tạo bóng mát.
Dùng cửa có khả năng đóng mở linh hoạt.

4.3. Hướng Nam

Ở nhiều địa điểm, hướng Nam có thể thuận lợi hơn về kiểm soát nắng so với hướng Tây, nhưng vẫn cần phân tích đường đi mặt trời theo mùa.

Không nên kết luận một hướng tốt hay xấu chỉ dựa trên tên gọi.

Thiết kế thụ động cần kiểm soát từng mặt đứng, thay vì áp dụng một công thức hướng nhà cho tất cả công trình.

5. Thông Gió Tự Nhiên Tạo Đường Đi Cho Không Khí

Thông gió tự nhiên là một trong những giải pháp làm mát thụ động quan trọng nhất.

Không khí di chuyển khi có chênh lệch áp suất hoặc chênh lệch nhiệt độ.

Hai phương pháp phổ biến là:

Thông gió chéo.
Thông gió đứng theo hiệu ứng ống khói.

5.1. Thông gió chéo

Thông gió chéo hình thành khi có cửa lấy gió và cửa thoát gió ở các phía khác nhau.

Luồng không khí đi qua vùng sinh hoạt có thể:

Làm mới không khí.
Đưa hơi nóng ra ngoài.
Giảm cảm giác oi bức.
Hỗ trợ kiểm soát độ ẩm.
Giảm thời gian sử dụng điều hòa.

Tuy nhiên, nhiều cửa sổ chưa chắc tạo ra thông gió tốt.

Cần xem xét:

Hướng gió.
Vị trí cửa vào.
Vị trí cửa ra.
Cao độ lỗ mở.
Đường đi của luồng khí.
Vật cản trong phòng.
Khả năng điều chỉnh cửa.

5.2. Thông gió đứng

Không khí nóng có xu hướng nổi lên cao.

Nếu công trình có lỗ cấp khí thấp và cửa thoát khí cao, không khí nóng có thể đi lên và thoát qua:

Giếng trời.
Khoảng thông tầng.
Cầu thang mở.
Cửa chớp gần mái.
Ô thoáng cao.
Hệ mái thông gió.

Giải pháp này đặc biệt hữu ích với nhà phố có chiều sâu lớn và bị che kín hai bên.

6. Khoảng Đệm Bài Học Thông Minh Từ Kiến Trúc Truyền Thống

Hiên nhà trong kiến trúc truyền thống là một ví dụ điển hình của thiết kế thụ động.

Hiên tạo ra một vùng chuyển tiếp giữa môi trường ngoài trời và không gian bên trong.

Nó giúp:

Che nắng.
Hạn chế mưa tạt.
Giảm nhiệt truyền trực tiếp.
Tạo bóng râm.
Hỗ trợ thông gió.
Tạo không gian sinh hoạt bán ngoài trời.

Trong kiến trúc hiện đại, khoảng đệm có thể được tổ chức bằng:

Ban công.
Logia.
Hành lang rộng.
Sân trong.
Vườn đệm.
Không gian phụ.
Lớp mặt đứng thứ hai.
Lam che nắng.
Khoảng lùi dưới mái.

Khoảng đệm không chỉ có giá trị thẩm mỹ.

Nó là một lớp bảo vệ khí hậu giúp nhiệt, nắng và mưa không tác động trực tiếp vào không gian chính.

7. Mái Nhà Khu Vực Phải Được Ưu Tiên Chống Nóng

Với nhà thấp tầng, mái thường là bề mặt nhận lượng bức xạ mặt trời rất lớn.

Nếu mái không được xử lý tốt, nhiệt có thể truyền xuống tầng trên cùng và tiếp tục tỏa vào buổi tối.

Các giải pháp thụ động cho mái gồm:

Lớp cách nhiệt.
Mái hai lớp.
Khoảng không thông gió dưới mái.
Trần cách nhiệt.
Vật liệu có độ phản xạ phù hợp.
Sơn phủ mái màu sáng.
Mái xanh khi đáp ứng điều kiện kỹ thuật.
Tấm che hoặc mái phụ.
Giải pháp thoát khí nóng.

Sơn mái màu sáng có thực sự giúp giảm nhiệt?

Bề mặt sáng màu thường hấp thụ ít bức xạ hơn bề mặt tối.

Điều này có thể giúp giảm nhiệt độ bề mặt mái và giảm lượng nhiệt truyền xuống dưới.

Tuy nhiên, hiệu quả thực tế phụ thuộc vào:

Loại mái.
Màu sắc và hệ số phản xạ.
Tình trạng bề mặt.
Cường độ nắng.
Cấu tạo cách nhiệt.
Độ thông thoáng dưới mái.
Khí hậu địa phương.

Không nên dùng một con số giảm nhiệt cố định cho mọi công trình.

Sơn phản xạ chỉ là một phần của hệ thống. Nó không thể thay thế hoàn toàn lớp cách nhiệt và thiết kế mái phù hợp.

8. Vật Liệu Cách Nhiệt Và Quán Tính Nhiệt Khác Nhau Thế Nào?

Hai khái niệm này thường bị nhầm lẫn.

8.1. Vật liệu cách nhiệt

Vật liệu cách nhiệt làm chậm quá trình truyền nhiệt qua kết cấu.

Chúng thường được sử dụng tại:

Mái.
Tường ngoài.
Trần.
Kết cấu bao che.
Vị trí tiếp xúc với bức xạ mạnh.

Mục tiêu là hạn chế nhiệt từ bên ngoài truyền vào trong nhà.

8.2. Vật liệu có quán tính nhiệt cao

Các vật liệu như bê tông, gạch đặc hoặc đá có khả năng hấp thụ và lưu trữ nhiệt.

Chúng làm chậm sự thay đổi nhiệt độ, giúp không gian bên trong ổn định hơn trong một số điều kiện.

Tuy nhiên, quán tính nhiệt không đồng nghĩa với cách nhiệt.

Một bức tường bê tông dày vẫn có thể hấp thụ lượng nhiệt lớn và tỏa nhiệt vào buổi tối.

Khi nào quán tính nhiệt phát huy hiệu quả?

Quán tính nhiệt phù hợp hơn khi:

Biên độ nhiệt ngày và đêm đủ lớn.
Công trình có khả năng thông gió ban đêm.
Bề mặt được che nắng hợp lý.
Nhiệt tích trữ có đường thoát.
Vật liệu được đặt đúng vị trí.

Trong khí hậu nóng ẩm, nếu ban đêm vẫn nóng và không khí khó lưu thông, vật liệu nặng có thể giữ nhiệt lâu hơn và làm không gian khó chịu.

Vì vậy, không nên mặc định tường càng dày hoặc bê tông càng nhiều thì nhà càng mát.

9. Lớp Vỏ Bao Che: Hệ Thống Kiểm Soát Khí Hậu Của Công Trình

Lớp vỏ công trình gồm mái, tường, cửa, kính và các cấu kiện che chắn.

Đây là tuyến phòng thủ đầu tiên trước:

Nắng.
Nhiệt.
Mưa.
Gió.
Độ ẩm.
Tiếng ồn.
Bụi.

Một lớp vỏ hiệu quả cần cân bằng nhiều yêu cầu:

Giảm nhiệt nhưng vẫn lấy sáng.
Cho gió đi qua nhưng hạn chế mưa tạt.
Bảo đảm riêng tư nhưng không làm không gian bí.
Có khả năng điều chỉnh theo mùa.
Dễ vệ sinh và bảo trì.
Phù hợp với điều kiện sử dụng.

Các giải pháp thường gặp gồm:

Lam che nắng.
Gạch bông gió.
Cửa chớp.
Lớp vỏ hai lớp.
Tấm đục lỗ.
Mái hiên.
Rèm ngoài trời.
Ban công sâu.

Một lớp vỏ phức tạp nhưng khó bảo trì chưa chắc là giải pháp bền vững.

10. Lấy Sáng Tự Nhiên Nhưng Không Đưa Nhiệt Vào Nhà

Ánh sáng tự nhiên giúp giảm nhu cầu chiếu sáng nhân tạo và nâng cao chất lượng không gian.

Nhưng lấy sáng không đồng nghĩa với mở thật nhiều kính.

Mảng kính lớn có thể tạo ra:

Chói.
Tăng tải nhiệt.
Mất riêng tư.
Khó kiểm soát nhiệt độ.
Tăng nhu cầu sử dụng rèm và điều hòa.

Thiết kế lấy sáng hiệu quả cần xem xét:

Hướng cửa.
Độ sâu phòng.
Chiều cao cửa.
Hệ số truyền sáng của kính.
Khả năng truyền nhiệt.
Lam che nắng.
Mái hiên.
Bề mặt phản xạ bên trong.
Giếng trời và cửa mái.

Mục tiêu là đưa ánh sáng khuếch tán vào phòng, không phải đưa toàn bộ bức xạ mặt trời vào bên trong.

11. Cây Xanh Và Mặt Nước Trong Làm Mát Thụ Động

Cây xanh có thể hỗ trợ:

Tạo bóng mát.
Giảm nhiệt bề mặt.
Hạn chế chói.
Cải thiện cảm giác vi khí hậu.
Tạo khoảng đệm.
Hướng hoặc cản gió.

Tuy nhiên, cây xanh phải được bố trí có tính toán.

Cây trồng không đúng vị trí có thể:

Chắn luồng gió.
Tăng độ ẩm ở vùng kín.
Gây khó khăn cho chống thấm.
Làm tắc thoát nước.
Tăng chi phí bảo trì.
Ảnh hưởng kết cấu.

Mặt nước có thể tạo cảm giác dễ chịu trong một số điều kiện, nhưng tại vùng nóng ẩm, cần thận trọng vì nó có thể làm tăng độ ẩm xung quanh.

Không nên xem cây xanh hoặc mặt nước là một “máy điều hòa tự nhiên” có thể áp dụng ở mọi vị trí.

12. Những Sai Lầm Phổ Biến Khi Thiết Kế Làm Mát Tự Nhiên

Mở nhiều cửa nhưng không tạo đường gió

Nếu cửa lấy và cửa thoát không được tổ chức hợp lý, gió khó đi sâu vào không gian.

Dùng quá nhiều kính

Kính tạo vẻ hiện đại nhưng có thể đưa lượng nhiệt lớn vào công trình nếu thiếu che nắng.

Chỉ cách nhiệt mà không thoát nhiệt

Nhiệt từ con người và thiết bị vẫn có thể tích tụ nếu không gian thiếu thông gió.

Dùng vật liệu nặng mà không có khả năng giải nhiệt ban đêm

Vật liệu có thể giữ nhiệt và tỏa ngược vào không gian vào buổi tối.

Làm giếng trời nhưng bịt kín đỉnh

Giếng trời có thể biến thành vùng tích nhiệt nếu không có khe thoát khí và che nắng.

Trồng cây để sửa lỗi thiết kế

Cây xanh không thể bù cho mặt bằng sai hướng, mái không cách nhiệt hoặc lớp kính không được kiểm soát.

Áp dụng một công thức cho mọi khu đất

Thiết kế thụ động phải dựa trên khí hậu và vi khí hậu của từng địa điểm.

13. Thiết Kế Thụ Động Có Thể Thay Thế Hoàn Toàn Điều Hòa Không?

Không phải trong mọi trường hợp.

Tại những thời điểm ngoài trời quá nóng, độ ẩm cao, không khí ô nhiễm hoặc tiếng ồn lớn, thông gió tự nhiên có thể không đáp ứng đầy đủ yêu cầu tiện nghi.

Giải pháp hợp lý thường là mô hình hỗn hợp:

Công trình giảm nhiệt bằng thiết kế thụ động.
Tận dụng thông gió tự nhiên khi điều kiện phù hợp.
Sử dụng quạt để tăng chuyển động không khí.
Vận hành điều hòa theo từng khu vực và thời điểm.
Đóng mở lớp vỏ linh hoạt.
Kiểm soát độ ẩm khi cần thiết.

Thiết kế thụ động không phủ nhận công nghệ.

Nó giúp công nghệ hoạt động ít hơn, hiệu quả hơn và đúng lúc hơn.

14. Quy Trình Thiết Kế Thụ Động Cho Nhà Ở

Bước 1: Khảo sát khu đất

Xác định:

Hướng nắng.
Hướng gió.
Địa hình.
Công trình lân cận.
Cây xanh hiện hữu.
Nguồn bụi và tiếng ồn.
Khả năng thoát nước.

Bước 2: Phân tích khí hậu

Đánh giá:

Nhiệt độ.
Độ ẩm.
Bức xạ.
Lượng mưa.
Gió theo mùa.
Chênh lệch nhiệt ngày và đêm.

Bước 3: Tổ chức mặt bằng

Bố trí:

Không gian chính.
Không gian phụ.
Khoảng đệm.
Sân trong.
Giếng trời.
Đường gió.
Khu vực chịu nắng mạnh.

Bước 4: Thiết kế lớp vỏ

Tính toán:

Tỷ lệ kính.
Mái hiên.
Lam.
Cách nhiệt.
Mái.
Vật liệu tường.
Cửa điều chỉnh.
Khả năng che mưa.

Bước 5: Lựa chọn vật liệu

Đánh giá:

Khả năng cách nhiệt.
Quán tính nhiệt.
Độ bền.
Độ ẩm.
Khả năng bảo trì.
Tác động sức khỏe.
Mức độ phù hợp khí hậu.

Bước 6: Kiểm chứng

Khi cần thiết, có thể sử dụng:

Mô phỏng đường đi mặt trời.
Mô phỏng bức xạ.
Mô phỏng ánh sáng.
Mô phỏng dòng khí.
Đánh giá tiện nghi nhiệt.

Tại KIẾN TRÚC KINH BAN, chúng tôi không xem thiết kế thụ động là một tập hợp các chi tiết kỹ thuật được bổ sung sau khi hình thức công trình đã hoàn thiện.

Nó phải được hình thành từ những nét đầu tiên của mặt bằng.

Trước khi lựa chọn hình thức mặt tiền, cần trả lời:

Nắng sẽ chiếu vào công trình lúc nào?
Nhiệt đi vào từ đâu?
Gió có thể đi qua không gian bằng đường nào?
Khí nóng sẽ thoát ở đâu?
Mái được bảo vệ như thế nào?
Lớp kính có thực sự cần thiết không?
Vật liệu có phù hợp với khí hậu không?
Người sử dụng có thể chủ động điều chỉnh không?

Một ngôi nhà bền vững không phải là ngôi nhà không sử dụng điều hòa.

Đó là ngôi nhà không bắt điều hòa phải làm việc quá sức để bù đắp cho những quyết định thiết kế thiếu hợp lý.

Với KIẾN TRÚC KINH BAN https://kientruckinhban.vn/thu-vien/kien-truc-xanh, thiết kế thụ động là sự kết hợp giữa:

Hiểu khí hậu.
Tổ chức không gian.
Kiểm soát nhiệt.
Tận dụng gió.
Lựa chọn vật liệu đúng.
Bảo đảm sức khỏe người sử dụng.
Kiểm soát chi phí dài hạn.

Kiến trúc tốt không chống lại tự nhiên. Kiến trúc tốt biết làm việc cùng tự nhiê

Thiết kế thụ động là nền tảng quan trọng của một không gian sống xanh và bền vững.

Nó không bắt đầu từ việc lắp đặt thêm thiết bị.

Nó bắt đầu từ những quyết định cơ bản:

Hướng nhà.
Hình khối.
Mặt bằng.
Mái.
Lớp vỏ.
Cửa.
Vật liệu.
Khoảng đệm.
Đường đi của gió.

Một công trình được thiết kế tốt sẽ giảm nhiệt trước khi làm mát, lấy sáng nhưng không gây chói, đón gió nhưng vẫn kiểm soát mưa, và sử dụng vật liệu đúng với điều kiện khí hậu.

Khi những yếu tố này được tổ chức thành một hệ thống nhất quán, ngôi nhà sẽ:

Mát hơn.
Thông thoáng hơn.
Ít phụ thuộc vào thiết bị hơn.
Tiết kiệm năng lượng hơn.
Dễ bảo trì hơn.
Mang lại chất lượng sống tốt hơn.

Đây không phải là sự xa xỉ.

Đó là cách kiến trúc hiện đại cần phản hồi trước khí hậu, tài nguyên và nhu cầu sống thực tế của con người.

Đó cũng là định hướng mà KIẾN TRÚC KINH BAN theo đuổi.