Từ cuối thế kỷ XX, nhiều hệ thống chứng nhận sinh thái đã được nghiên cứu triển khai nhằm mục đích hình thành  môi trường tiện nghi cho người dân, phát triển các công nghệ xanh, tiêu thụ tài nguyên tự nhiên hợp lý hơn cũng như nâng cao năng lực cạnh tranh và uy tín của các dự án bất động sản tại các quốc gia. Các hệ thống này dựa trên những quy tắc và thuật toán riêng, tiến hành đánh giá môi trường đối với các công trình xây dựng theo các tiêu chí và đặc tính đề ra. Một số hệ thống chứng nhận như BREEAM (Anh),  LEED (Mỹ), DGNB (Đức) đã đạt vị thế quốc tế.

Cơ sở của hệ thống chứng nhận phổ biến nhất hiện nay  - LEED -  được đưa ra từ năm 1993 tại Mỹ, tuy nhiên từ năm 1998, LEED mới phát triển mạnh và chuyên sâu. Dựa trên 9 hạng mục đánh giá môi trường cơ bản, LEED có hơn 80 tiêu chí. Số điểm đánh giá tối đa là 110. Các cấp độ chứng nhận: LEED Certified 40-49 điểm, LEED Silver 50-59 điểm; LEED Gold 60-79 điểm; LEED Platinum 80 -110 điểm. Nhược điểm của LEED là thiếu đa dạng hóa đánh giá khí hậu, trong trường hợp biên độ nhiệt độ quá lớn tại khu vực xây dựng (từ -30 đến +50°C).

Theo các nghiên cứu thị trường bất động sản trong nước (Nga), mức chứng nhận thấp của LEED làm tăng tổng chi phí xây dựng khoảng 3% đồng thời vốn hóa tòa nhà hàng năm tăng lên 7% và năng sung năm 2000, ngoài các hệ thống quốc tế, các hệ thống chứng nhận môi trường đã được phát triển cho một nhóm các quốc gia hoặc quốc gia riêng lẻ - CASBEE (Nhật Bản), Green Globes (Canada, Mỹ), HQE (Pháp), Green Star (Úc, New Zealand)...Thực tế xây dựng Nga đã chứng kiến sự ra đời của các hệ thống chứng nhận sinh thái như các tiêu chuẩn xanh, GOST R, GREEN ZOOM...

Việc tuân thủ các tiêu chí phát triển bền vững của các tòa nhà cao tầng đạt được nhờ các kỹ thuật và biện pháp phù hợp ở tất cả các giai đoạn trong vòng đời công trình - từ thời điểm thiết kế đến khi tái thiết hoặc phá dỡ. Trong các tòa nhà chọc trời, các giải pháp công nghệ - kỹ thuật, kiến trúc - không gian đều đáp ứng các tiêu chí hiệu quả sử dụng năng lượng, tài nguyên nước, vật liệu (khía cạnh môi trường của một thiết kế bền vững); tiêu chí về chi phí vận hành thấp (khía cạnh kinh tế); tiêu chí về chất lượng môi trường bên trong, tính tiện nghi, đa dạng và tích hợp các đổi mới (khía cạnh văn hóa xã hội).

Các tiêu chuẩn LEED đã được cập nhật ba lần, phiên bản mới nhất - LEED v4 từ năm 2013 (với phụ lục 2016). Hệ thống này giống như BREEAM dựa trên ba yếu tố cơ bản (môi trường, kinh tế và văn hóa xã hội), mỗi yếu tố có các tiêu chí riêng. Điểm được chấm tùy theo tầm quan trọng của giải pháp thiết kế nhằm đạt được các mục tiêu phát triển bền vững.

Trong LEED, tính bền vững đối với các tòa nhà cao tầng được đánh giá thông qua các khía cạnh:

- Sinh thái (vị trí thuận lợi /chất lượng địa điểm xây dựng; sử dụng hiệu quả tài nguyên nước; hiệu quả năng lượng và giảm phát thải CO2; vật liệu xây dựng và các tài nguyên);

- Kinh tế (sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên /vốn; chi phí vận hành thấp);

- Văn hóa - xã hội (chất lượng môi trường bên trong; ứng dụng các đổi mới và giải pháp mới trong thiết kế).

Dưới đây, tác giả sẽ phân tích việc áp dụng các tiêu chí này đối với những tòa tháp chọc trời đạt chứng nhận LEED. LEED cũng được sử dụng nhiều nhất, được lựa chọn làm chỉ số đặc trưng cho xu hướng xây nhà cao tầng hiện đại.

Conde Nast (New York)

Sinh thái: các vòi tắm có lưu lượng nước thấp. Lắp các tấm pin mặt trời ở những tầng trên cao (nguồn năng lượng tái tạo). Ở các tầng dưới thấp, kính có hệ số truyền ánh sáng cao, còn ở các tầng trên cao lắp kính có độ phát xạ thấp (với các đặc tính hiệu suất cao giúp giảm tác động của ánh sáng mặt trời). Tự sản xuất một phần điện năng tiêu thụ nhờ lắp pin mặt trời trên mái nhà.

Kinh tế. Hiệu quả tài nguyên thông qua việc sử dụng nguyên liệu thứ cấp. Giảm chi phí năng lượng do tạo ra các hệ thống năng lượng riêng của tòa nhà. Tiết kiệm chi phí vận chuyển do vật liệu xây dựng được cung cấp từ các khu vực lân cận.

Văn hóa - xã hội. Tại mỗi tầng, chất lượng không khí được giám sát bởi các trạm điều hòa không khí đặc biệt. Vật liệu nội thất không có chất độc hại. Các kênh thông gió riêng biệt bảo đảm thông gió trực tiếp từ phòng hút thuốc và phòng sao chép.

Đài Bắc 101 (Đài Bắc, Đài Loan)

Tháp Đài Bắc 101 với 101 tầng, cao 509m 

Sinh thái. Giảm mức tiêu thụ nước 20-30% nhờ sử dụng nước tái chế. Sử dụng nước mưa để xả toilet và tưới cây.

Bổ sung 16 kWh năng lượng nhờ các tấm pin mặt trời. Giảm 50% thất thoát nhiệt do sử dụng hệ mặt dựng 2 lớp kính.

Kinh tế. Đáp ứng 30%  nhu cầu năng lượng của tòa tháp nhờ các tấm pin mặt trời. Duy trì hoạt động bền vững bằng cách kiểm soát việc sử dụng các nguồn năng lượng.

Văn hóa - xã hội. Bố trí tại tầng 88 một con lắc khổng lồ nặng 650 tấn nhằm hạn chế dao động ngang và rung chấn nhằm đảm bảo sự tiện nghi cho người dùng.

Bên trong tòa tháp Đài Bắc 101 có quả cầu kim loại khổng lồ nằm lơ lửng giữa tầng 88 và 89, đóng vai trò giữ cân bằng cho tòa nhà khi có địa chấn đến 7 độ Richter và những trận cuồng phong có sức gió hơn 216 km/s.

Hlena 601 West 57th Street (New York)

Sinh thái. Giảm hiệu ứng đảo nhiệt nhờ mái xanh. Thu gom và sử dụng nước mưa để tưới cây. Tự sản xuất điện nhờ các tấm pin mặt trời. 20% vật liệu được sử dụng trong quá trình xây dựng là vật liệu địa phương (việc cung cấp chỉ trong bán kính 800 km). Giảm tác hại của ánh sáng mặt trời tại các phòng bên trong tòa nhà nhờ những yếu tố mặt tiền có hiệu quả năng lượng cao.

Kinh tế. Hiệu quả tài nguyên năng lượng nhờ lựa chọn vật liệu có thể tái chế. Giảm mức tiêu thụ năng lượng thông qua sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo.

Comcast building (Philadelphia)

Sinh thái. Tiết kiệm 6100 m3 nước mỗi năm bằng cách sử dụng nhà vệ sinh không dùng nước. Ứng dụng kính không phản chiếu cho mặt dựng. Nghiên cứu kế hoạch và kiến nghị sử dụng vật liệu để ngăn ngừa thất thoát nhiệt và tạo chất thải.  80% các chi tiết bằng gỗ được làm từ gỗ “sạch” về mặt sinh thái.

Kinh tế. Giảm chi phí chiếu sáng do sử dụng ánh sáng mặt trời. Giảm chi phí điều hòa không khí bằng cách sử dụng vật liệu sáng màu, bức xạ thấp trên mặt dựng.

Văn hóa - xã hội. Vật liệu xây dựng không chứa chất độc hại. Cửa sổ rộng thiết lập sự kết nối trực quan với môi trường bên ngoài.

The Visionaire  - 70 Little West Street (New York)

Sinh thái. Giảm hiệu ứng đảo nhiệt với mái nhà xanh. Thu gom và sử dụng nước mưa để tưới cây xanh. Sản xuất điện bằng các tấm pin mặt trời. Sử dụng vật liệu địa phương (trong bán kính 800 km). Sử dụng vật liệu xây dựng tái tạo trong nội thất.

Kinh tế. Đảm bảo hiệu quả năng lượng và tài nguyên thông qua việc lựa chọn vật liệu có thể tái chế. Nguồn cung vật liệu xây dựng từ khu vực xung quanh, thúc đẩy tính bền vững kinh tế cho dự án.

Văn hóa - xã hội. Sử dụng vật liệu xây dựng không chứa chất độc hại. Không khi trong lành được cung cấp cho tòa nhà thông qua hệ thống lọc không khí. Lọc nước bằng hệ thống lọc trung tâm và sau đó cung cấp cho người sử dụng.

555 Mission Street (San Francisco)

Sinh thái. Giảm hiệu ứng đảo nhiệt nhờ sử dụng trên mái các vật liệu có khả năng xạ cao. Giảm 30% tổng mức tiêu thụ nước nhờ hệ thống cấp nước đặc biệt (sử dụng nước hiệu quả). Vật liệu sử dụng có thể tái chế.

Kinh tế. Lựa chọn các vật liệu xây dựng địa phương thích hợp và có thể tái chế để có thể sử dụng lâu dài. Giảm chi phí nhờ sử dụng hiệu quả nước và điện.

Văn hóa - xã hội. Cải thiện chất lượng không khí và các thông số môi trường bên trong nhờ sử dụng các vật liệu không chứa các thành phần độc hại. Tạo kết nối trực quan với môi trường bên ngoài nhờ tổ chức các không gian mở.

One Central Park, Sydney

Tòa nhà One Central Park tại Sydney (Úc)

Sinh thái. Giảm tác động tiêu cực của ánh nắng mặt trời nhờ hệ thống giàn trồng thủy canh dài 5km ở mặt tiền. Giảm mức CO2 nhờ hệ thống cây xanh với 180.000 cây. Hệ thống xử lý nước thải thành nước tưới cây.

Kinh tế. Giảm chi phí năng lượng nhờ các nguồn năng lượng thụ động (tới 26% so với giá trị trung bình của các công trình tương tự trong khu vực xung quanh): 42 kính định nhật và 320 gương cố định cung cấp thêm ánh sáng ở những nơi khuất nắng, đồng thời chuyển hướng ánh nắng mặt trời (tới 50%) để “đun ấm ” nước cho bể bơi ở tầng mái.

Văn hóa - xã hội. Sử dụng vật liệu xây dựng không chứa chất độc hại. Hệ thống lọc không khí. Sân công cộng ngoài trời trên cao tạo thuận lợi cho sự kết nối trực quan với môi trường xung quanh.

Trung tâm thương mại Lakhta, St. Peterburg

Trung tâm thương mại Lakhta (St. Peterburg) - tòa tháp cao nhất Nga và châu Âu

Sinh thái. Tiết kiệm tài nguyên (sử dụng đồng hồ đo siêu âm để đo năng lượng tiêu thụ; các thiết bị vệ sinh tự động tiết kiệm nước; giám sát chung mức tiêu thụ nước, cách nhiệt các đường ống cấp nước nóng.

Kinh tế. Giảm chi phí điện do mức tiêu thụ ngày và đêm khác nhau; sử dụng băng tích tụ vào ban đêm tại các kho lưu trữ đặc biệt để làm mát cho ngày tiếp theo.

Văn hóa - xã hội. Giảm lượng khí thải CO2 và cải thiện điều kiện vệ sinh nhờ hệ thống loại bỏ chất thải thông minh. Giảm mức tiếng ồn và tạo điều kiện tiện nghi để hoạt động nhờ cách âm phòng đặt thiết bị, thiết bị biến tần trên các máy bơm, trụ cách ly rung chấn dành cho máy bơm, hệ thống xử lý nước bằng đồng bạc.

Trung tâm Tô Châu của Tập đoàn Greenland, Tô Châu

Sinh thái. Giảm tác động tiêu cực của tia cực tím nhờ kính phát xạ thấp. Tiết kiệm tài nguyên: thu gom và tái sử dụng nước mưa, nước ngưng tụ (tiết kiệm tới 50% nước uống được so với công trình tương đương). Tăng lượng ánh sáng tự nhiên thông qua sảnh vòm.

Kinh tế. Giảm chi phí vận hành nhờ các hệ thống thu hồi năng lượng và tối ưu hóa, tự động hóa hệ thống chiếu sáng.

Văn hóa - xã hội. Duy trì vi khí hậu tiện nghi bằng cách điều phối luồng không khí trong lành làm mát các phòng trong mùa nóng.

Kết luận

Các tiêu chí “phát triển bền vững” ảnh hưởng trực tiếp đến giải pháp quy hoạch- kiến trúc và kỹ thuật - công nghệ của các tòa nhà cao tầng. Hệ thống chứng nhận LEED được xem  là cơ chế hoàn chỉnh và linh hoạt nhất để đánh giá các tòa nhà chọc trời hiện đại, trong số các hệ thống chứng nhận quốc tế hiện hành (như BREEAM, DGNB,...). Trong nghiên cứu này, tác giả đã phân tích những dự án xây dựng cao tầng nổi bật theo những khía cạnh chính của LEED, xác định các chỉ số theo tần suất thực hiện các tiêu chí này. Ngoài ra, đối với mỗi tiêu chí đánh giá, giá trị trung bình của hiệu quả ứng dụng được thiết lập, qua đó cho phép xác lập những xu hướng phổ biến nhất trong thiết kế bền vững và hình thành các giải pháp quy hoạch  kiến trúc cơ bản mà các giải pháp này tác động tới: sự phức tạp của cấu trúc và độ dẻo của lớp vỏ bên ngoài của tòa nhà; tạo ra các hình thức khí động học hợp lý hơn (đặc biệt là đối với các tòa nhà siêu cao tầng); tổ chức các sảnh vòm và khu vực nghỉ ngơi thư giãn bên trong, các không gian xanh; kết hợp năng lượng tái tạo trong bố cục chung của mặt dựng; diện tích lắp kính bên ngoài lớn để đảm bảo mức cách ly cần thiết và tạo kết nối trực quan với ngữ cảnh; sử dụng vật liệu sáng màu trong trang trí hoàn thiện bên ngoài nhằm giảm mức nóng lên của bề mặt ngoài...Tuy nhiên, điều đáng chú ý là các mối tương quan như vậy có thể bắt nguồn từ các vấn đề chuyên sâu trong thiết kế, chẳng hạn như khi chọn loại hình năng lượng tái tạo. Ví dụ: đối với các trung tâm thương mại thường ít khi lắp đặt các thiết bị tái tạo sinh khối mà sử dụng phổ biến turbin gió, trái với các công trình nhà ở cao tầng, khách sạn hoặc công trình có chức năng giải trí cần được lưu trú lâu dài hoặc thường xuyên.

Giá trị thực của các kết quả thu được có thể được sử dụng trong việc lập các thông số kỹ thuật cho các tòa nhà cao tầng hiện đại. Các giải pháp có tiềm năng được xác định từ quan điểm phát triển bền vững, và LEED cho phép các kiến trúc sư, kỹ sư và nhà phát triển xem xét lại các quy trình vận hành tòa nhà cao tầng, cũng như hợp lý hóa vốn đầu tư.

Tác giả: Polina I. Bondareva 

Tạp chí Architecture & Modern Information Technologies tháng 1/2023

ND: Lệ Minh