Để thiết kế công trình có hiệu quả sử dụng tài nguyên, bạn cần đặt ra mục tiêu cụ thể và tuân thủ quá trình thiết kế rõ ràng, hợp lý.

Trong suốt quá trình, tài nguyên sử dụng và mức độ tiên nghi cho con người cần được tối ưu hóa.

Thông thường, hoạt động tiêu thụ năng lượng có tác động lớn nhất tới môi trường và các Công trình Cân bằng Năng lượng hiện đang là mục tiêu ngày càng phổ biến hơn.

Thiết kế công trình đảm bảo tối đa tiện nghi cho người sử dụng, giảm thiểu tác động đến môi trường, phù hợp với điều kiện khí hậu địa phương là nguyên tắc cơ bản phù hợp với xu hướng phát triển bền vững nói chung và xu hướng trong ngành xây dựng nói riêng. 

Các vấn đề môi trường và thiết kế xây dựng

Mô tả giải pháp

Theo cộng đồng khoa học, biến đổi khí hậu đang diễn ra và ảnh hưởng của nó sẽ có hậu quả nghiêm trọng đối với xã hội và môi trường của chúng ta. Giảm sử dụng năng lượng trong các tòa nhà là một trong những cách quan trọng nhất để giảm thiểu các tác động đến môi trường gây ra bởi con người.

Các ghi nhận của các mẫu băng từ Nam Cực cho thấy những thay đổi trong nồng độ carbon dioxide (màu xanh) nó liên hệ chặt chẽ và có liên quan chặt chẽ với những thay đổi về nhiệt độ (màu đỏ) của trái đất. Nồng độ cacbon điôxit hiện nay cao hơn bất cứ lúc nào trong 650.000 năm qua. (Nguồn: Bảo tàng Khoa học Marian Koshland)

Đã có sự nhất trí cao từ các nhà khoa học cho rằng biến đổi khí hậu đang diễn ra như là kết quả của hoạt động của con người. Mô hình toán học của biến đổi khí hậu toàn cầu đã chỉ ra mối liên quan giữa việc tăng khí nhà kính do các hoạt động của con người đến sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu (đặc biệt là trong 250 năm qua, kể từ khi cuộc cách mạng công nghiệp). Các nguồn chính của sự gia tăng này trong khí nhà kính đã được quy cho các khí thải từ việc sử dụng năng lượng dựa vào nhiên liệu hóa thạch.

Biến đổi khí hậu có liên quan đến những sự thay đổi rối loạn có thể quan sát được như là sự biến mất của các sông băng núi và lớp băng bao phủ trên trái đất vùng cực, sự thay đổi thời gian nở hoa vào mùa xuân và sự gia tăng về tần suất và cường độ của các hiện tượng thời tiết cực đoan như sóng lạnh, sóng nhiệt, bão lớn, bão và lốc xoáy, lũ lụt và hạn hán.

Các nhà khoa học về khí hậu đã đưa ra giả thuyết rằng nền văn minh của con người đang có nguy cơ vượt ngưỡng hoặc “điểm tới hạn” có thể dẫn đến nhiều thay đổi căn bản trong khí hậu toàn cầu và có thể đẩy nhanh sự khởi đầu của cả một thời đại mới ” nóng và ẩm ướt” tương tự như môi trường của trái đất trước khi có sự xuất hiện của con người , hoặc thời đại của một kỷ băng hà mới .

Ước tính khoa học chỉ ra rằng cơ hội để loài người có thể ngăn cản lại xu hướng này chỉ có thể xuất hiện trong một khoảng thời gian rất ngắn tiếp theo, theo một số người, chỉ được trong khoảng vài chục năm tới.

Sau đó, khí hậu toàn cầu có thể thay đổi không thể đảo ngược và con người sẽ chỉ còn 1 lựa chọn là bắt buộc phải thích ứng.

Trong các lĩnh vực có thể có những đóng góp thiết thực cho quá trình này, thì kiến trúc sư, kỹ sư và các nhà chuyên môn hoạt động trong lĩnh vực xây dựng là những người duy nhất với các kỹ năng và nguồn lực có thể cung cấp các giải pháp thực tế, thiết thực, hiệu quả về chi phí.

Tác động môi trường của các tòa nhà

Số liệu thống kê nhanh :

Các tòa nhà chiếm 40% việc sử dụng năng lượng trên toàn thế giới (WBCSD).

Năng lượng sử dụng trong suốt vòng đời của nó gây ra đến 90 % tác động môi trường của các tòa nhà (Tạp chí Công trình Xanh ).

Hoạt động xây dựng tiêu thụ nhiều hơn 2/3 tổng lượng điện tiêu thụ (BuildingScience.com)

Các tòa nhà dân sinh và thương mại tiêu thụ 40% năng lượng sơ cấp (nguồn cấp năng lượng thô chưa qua xử lý như than đá và dầu thô ….) và 71 % tổng năng lượng điện ở Hoa Kỳ. (ASHRAE )

Năng lượng tiêu thụ từ các tòa nhà chiếm 40% tổng năng lượng tiêu thụ trên toàn thế giới – lớn hơn cả con số năng lượng tiêu thụ của ngành giao thông vận tải . Hơn nữa, trong 25 năm tới, lượng khí thải CO2 từ các tòa nhà được dự đoán sẽ tăng trưởng nhanh hơn bất kỳ lĩnh vực nào khác (ở Mỹ) , với lượng khí thải từ các tòa nhà thương mại dự kiến sẽ tăng nhanh nhất 1,8% một năm đến năm 2030 ( USGBC ) .

Thông thường năng lượng điện sẽ gây ra các tác động môi trường lớn nhất so với các dạng năng lượng khác. Nguồn khai thác của năng lượng điện sẽ quy định các tác động này là như thế nào. Lấy ví dụ tại Hoa Kỳ, các tòa nhà tiêu thụ hơn 70% năng lượng điện , trong đó hầu hết năng lượng điện được sản xuất từ các nhà máy nhiệt điện đốt than (USGBC ).

Những tác động chính xác lên môi trường của công trình có thể được xác định bằng phương pháp đánh giá vòng đời (LCA). Đây cũng là phương pháp triệt để, toàn diện nhất để xác định mức độ ảnh hưởng của một thiết kế hay sản phẩm lên môi trường. Hiện giờ chưa có một phương pháp nào thể hiện được mức độ ảnh hưởng lên môi trường của sản phẩm hay của thiết kế một cách tuyệt đối. Phương pháp đánh giá vòng đời LCA thường sử dụng chỉ số lượng khí nhà kính phát thải ( với đơn vị là CO2e hay CO2 quy đổi) để đánh giá khả năng nóng lên toàn cầu, hoặc có thể đo bằng những thông số khác như thông số thể hiện mức độ ảnh hưởng lên sức khỏe con người , nước và các tác động sử dụng đất. Bạn có thể nghe thấy cụm từ năng lượng tự thân hay carbon tự thân – đây là các thông số thể hiện lượng năng lượng hay lượng khí nhà kính phát thải gây ra trong suốt vòng đời của một sản phẩm hay thiết kế nào đó (ví dụ sản xuất gạch nung, mỗi viên gạch có năng lượng và carbon tự thân của riêng nó).

Ngoài ra, phương pháp này có thể dùng một chỉ số đo lường tổng quát có thể xem xét nhiều loại tác động vào một con số duy nhất (ví dụ chỉ số Eco- thang điểm 99). Đây là một đại lượng quan trọng cho chỉ số LCA.

Một nghiên cứu về phương pháp đánh giá cả vòng đời LCA vào năm 2012 chỉ ra rằng “Đối với các tòa nhà thương mại thì ảnh hưởng gây ra trong quá trình sử dụng và vận hành lớn hẳn so với các giai đoạn sản xuất, xây dựng, phá dỡ và vận chuyển nhưng ảnh hưởng của công trình ở giai đoạn này gần như không được tính đến cho hầu hết các tòa nhà được xây dựng theo kiểu truyền thống” (Tạp chí Công trình Xanh)

Thông số thể hiện mức độ ảnh hưởng đến môi trường trên toàn vòng đời cho một tòa nhà thương mại xây theo phương pháp lắp ghép từ cấu kiện đúc sẵn, ứng với các mức tiêu thụ lượng khác nhau của tòa nhà bao gồm mức tiêu thụ trung bình của bang California, mức tiêu thụ thực tế (30 % năng lượng được cung cấp bởi năng lượng mặt trời), và mức tiêu thụ bằng 0 (100 % năng lượng được cung cấp bởi năng lượng mặt trời), trong đơn vị EcoIndicator 99 điểm.

“Năng lượng sử dụng chiếm phần lớn toàn bộ năng lượng của cả vòng đời sản phẩm xây dựng truyền thống, ngay cả đối với vòng đời của những tòa nhà được coi là sử dụng năng lượng hiệu quả, tình trạng chung hiện nay là như vậy. Trong trường hợp này, mối quan tâm về môi trường hầu như luôn luôn được quyết định bởi hiệu suất sử dụng năng lượng. Một khi năng lượng sử dụng trong tòa nhà được đáp ứng hoàn toàn bởi năng lượng sạch (cho dù đó là tấm pin nặng lượng mặt trời, năng lượng mặt trời hòa lưới, hay những dạng năng lượng sạch khác không được phân tích trong nghiên cứu này), thì khi đó vật liệu và quá trình sản xuất lại trở thành các yếu tố tác động chủ đạo khi xem xét toàn bộ vòng đời ảnh hưởng lên môi trường của tòa nhà” (Tạp chí Công trình Xanh)

Từ năm 1920, xu hướng chung trong việc sử dụng năng lượng cho các tòa nhà thương mại là mật độ tiêu thụ năng lượng cho mỗi foot vuông đã dần tăng cao (BuildingScience.com). Hiện nay điều quan trọng là chúng ta phải tìm cách để đảo ngược xu hướng này.

Trong những thập kỷ tới sự phát triển nhanh sẽ tiếp tục ở các nước đang phát triển, trong khi nhiều tòa nhà ở các nước phát triển sẽ cần phải được cải tạo và trang bị thêm.

Chúng ta cần phải đảm bảo rằng các kỹ sư và kiến trúc sư làm việc trên các tòa nhà được trang bị đầy đủ kiến thức để có được những lựa chọn thiết kế sử dụng năng lượng hiệu quả.