Mô hình vỏ bao che kết hợp giữa vỏ bao che xanh và vỏ bao che phản ứng

Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017

Kỷ yếu khoa học

MƠ HÌNH VỎ BAO CHE KẾT HỢP GIỮA VỎ BAO CHE XANH VÀ VỎ BAO CHE
PHẢN ỨNG
Nguyễn Kiều Ngọc Hải*, Đặng Văn Quốc Lộc, Võ Minh Trí
Trường Đại học Kiến trúc TP.Hồ Chí Minh
*Tác giả liên lạc:
TĨM TẮT
Các loại vỏ bao che cơng trình theo xu hướng bền vững đang là một trong những giải pháp
hiệu quả trong việc cải thiện bầu không khí ơ nhiễm và ngột ngạt trong các đơ thị lớn. Trong
nghiên cứu này, nhóm tác giả nghiên cứu hai dạng vỏ bao che bền vững chính, đó là vỏ bao
che xanh và vỏ bao che phản ứng theo cách tiếp cận hồn tồn mới. Theo đó, sự gộp chung
hai loại vỏ bao che này vào thành một sẽ tạo ra một mơ hình kết hợp có thể hỗ trợ các nhược
điểm và phát huy các ưu điểm qua lại giữa các loại vỏ bao che khi được đặt riêng lẻ. Kết quả
nghiên cứu có tiềm năng lớn áp dụng vào thực tế, đồng thời mở ra nhiều hướng nghiên cứu
mới cho lĩnh vực vỏ bảo che cơng trình, cũng như các ngành kĩ thuật – cơng nghệ khác.
Từ khóa: Vỏ bao che, phản ứng.
COMBINATION BUILDING ENVELOPE MODEL INTERAGATING GREEN
BUILDING ENVELOPE AND RESPONSIVE BUILDING ENVELOPE
Nguyen Kieu Ngoc Hai*, Dang Van Quoc Loc, Vo Minh Tri
Ho Chi Minh City University of Architecture, UAH
*Corresponding author:
ABSTRACT
Sustainable building envelopes have increasingly been an effective solution to mitigate the
polluted and stuffy atmosphere within metropolises. In this paper, the group of authors
research on the two primary sustainable building envelopes, which are green building
envelope and responsive building envelope (adaptive buiding envelope) by using an entirely
novel approach. Accordingly, intergrating the two envelopes into a model would create a
combination in which the envelopes could mutually enhance the advantages and support the

disadvantages of each other. The outcome model has practically potential to apply in the real
field. Also, the result would open up more new research directions for building envelopes as
well as other relating areas like engineering and technology.
Keywords: Interagating green, reaction.
TỔNG QUAN
Khi diện tích đất cho các mảng cây xanh dần
cạn kiệt, TP. Hồ Chí Minh - đơ thị lớn nhất
cả nước, đang đối mặt với tình trạng khơng
khí bị ơ nhiễm và bí bách. Việc lạm dụng các
nguồn năng lượng điện khơng tái tạo để điểu
hịa khơng khí bên trong cơng trình thường
thấy, càng dẫn đến một vịng xốy khủng
hoảng về mơi trường - năng lượng mà khó có
thể thốt ra được. Trước tình hình đó, các
giải pháp để đem trả lại diện tích xanh và hạn
chế nguồn năng lượng điện cho điều hịa
khơng khí là rất bức thiết.
Các xu hướng kiến trúc bền vững trong đô thị
là một trong những giải pháp. Trong đó, quan
trọng là phạm trù là vỏ bao che cơng trình –
nơi xảy ra tương tác trực tiếp giữa cơng trình

và mơi trường của nó. Hai loại vỏ bao che
cơng trình bền vững đang dẫn đầu đó là: vỏ
bao che xanh (Green building envelope) và
vỏ bao che phản ứng (Adaptive/ Responsive
building envelope). Đây là hai loại vỏ có
tiềm năng rất lớn để trả lại mảng xanh cho
thành phố, đồng thời giúp tiết kiệm các
nguồn năng lượng không cần thiết để kiến

tạo không gian thoải mái cho con người ở
bên trong cơng trình. Đi kèm với ứng dụng
khoa học - công nghệ mới, hai loại vỏ này
đang trở thành một xu hướng tất yếu trong
thiết kế và xây dựng các cơng trình thân thiện
với mơi trường.
Khơng cịn q mới trên thế giới, tuy vậy các
xu hướng này chỉ mới manh nha trong vòng
chưa đầy một thập kỉ ở nước ta. Hiện tại, vỏ

475


Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017

bao che phản ứng (VBCPU) là một khái
niệm khá mới, nhưng đối với vỏ bao che
xanh (VBCX), những năm gần đây chứng
kiến sự xuất hiện của nhiều cơng trình có ứng
dụng mơ hình này, cụ thể là những cơng trình
có sử dụng các cơng nghệ trồng cây xanh
trên mái, hoặc tường đứng. Có rất nhiều điều
kiện phù hợp để áp dụng các mơ hình này
trong Tp.Hồ Chí Minh song cịn gặp nhiều
khó khăn lẫn về cả cơng nghệ, tính kinh tế và
thị hiếu của cộng đồng.
Việc tích hợp yêu tố phản ứng vào yếu tố
xanh đem lại nhiều lợi ích thiết thực. Đó là
mơ hình VBCPU có thể giúp giải quyết điểm
hạn chế trong sử dụng mô hình VBCX như

việc trồng cây trên mái xiên hoặc tường đứng
trên cao – vốn rất khó kiểm sốt và thực hiện.
Yếu tố xanh, với sự phổ biến sẵn có sẽ giúp
giới thiệu yếu tố phản ứng vào thành phố và
định hướng nó theo hướng xanh - thân thiện
hơn so với các VBCPU thơng thường khác.
Mơ hình kết hợp giữa VBCX và VBCPU có
thể làm tăng thêm những điểm mạnh và hạn
chế những điểm yếu qua lại giữa hai loại vỏ
bao che này.
Mơ hình khi áp dụng thực tế, sẽ giúp tận
dụng tối đa không gian để đưa lại mảng xanh
vào thành phố. Đây là cách biến mỗi cơng
trình trở thành một nguồn xanh nhằm cải
thiện chất lượng môi trường - khơng gian
sống. Một điểm quan trọng nữa đó là các
loại vỏ bao che sẽ tạo tác động tích cực đến
mĩ quan của thành phố theo xu hướng tự
động hóa - hiện đại hóa. Đồng thời cũng góp
phần giáo dục nâng cao ý thức cộng đồng về
môi trường.
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
Mơ hình vỏ bao che xanh (Green building
envelope)
Đây là lĩnh vực đang phát triển rất nhanh khi
nhắc đến hệ sinh thái đô thị và môi trường
xanh nhân tạo (Dunnett & Kingsbury, 2008)
bởi vì mơ hình VBCX là cách đưa thiên
nhiên về với các cơng trình nhằm giải quyết
các vấn đề mơi trường trong các đơ thị lớn

(Bohemen, 2005)i. VBCX có thể được tạo
nên bằng cách sử dụng mái xanh (greenroof)
hoặc tường xanh (greenwall) là các cấu kiện
mái và tường truyền thống được thiết kế để
trồng được các loại cây trên bề mặt của nó.
Hiện tại có rất nhiều các dạng mái xanh và

Kỷ yếu khoa học

tường xanh đã được nghiên cứu và phát triển,
đa dạng về cấu tạo, đặc điểm thực vật và khả
năng ứng dụng. Lợi ích của VBCX mà (cụ
thể là tường và mái xanh) đã và đang được
chứng minh, và công nhận qua rất nhiều các
nghiên cứu kĩ lưỡng. Lợi ích của dạng vỏ bao
che này rất rộng về môi trường, kinh tế, và sự
thân thiện- thẩm mĩ14 [cho cả cộng đồng lẫn
cá nhân.
Mơ hình vỏ bao che phản ứng
(Adaptive/Responsive building envelope)
Vỏ bao che phản ứng là loại vỏ bao che có
khả năng thay đổi các đặc tính và có các
thơng số có thể điều chỉnh được một cách
linh hoạt trong suốt thời gian sử dụng. Các
thay đổi này được thực hiện để phản ứng lại
với các tác động bên ngồi do thời tiết, khí
hậu hoặc sự thay đổi bên trong cơng trình15.
Các loại VBCPU có khả năng làm giảm một
cách đáng kể năng lượng sử dụng cho cơng
trình (Perino 2008), cải thiện chất lượng mơi

trường bên trong cơng trình (Luible 2015), và
đem lại tác động tích cực trong việc tận dụng
nguồn năng lượng tái tạo sử dụng cho cơng
trình (Reynders,Nuytten, and Saelens
2013)16. Sự thay đổi của VBCPU có thể diễn
ra dưới nhiều hình thức bao gồm các chuyển
động cơ học như quay, trượt; sự thay đổi về
hình dáng, kích thước, do giản nỡ, biến đổi
liên kết hình học, hay sự thay đổi về bản chất
phân tử trong chính bản thân vật liệu… Có
thể nói VBCPU liên quan mật thiết với sự
phỏng sinh học, cơng trình - vật liệu thơng
minh và cơng nghệ nano3
Mơ hình kết hợp giữa vỏ bao che xanh và
vỏ bao che phản ứng
Đối với các cơng trình xây mới, việc đưa vào
các mơ hình vườn mái, vườn đứng là rất
thuận lợi vì việc thêm vào thiết kế các không
gian để tiếp cận, chăm sóc và bảo trì là khá
dễ dàng. Tuy nhiên đối với các cơng trình cải
tạo, chắc chắn phải kể đến sự tương thích
giữa kết cấu sẵn có với mơ hình VBCX. Đối
16, 2007
ADAPTIVE BUILDING ENVELOPES - Hanna
Modin, Sweden, 2014
16
REVIEW
OF
CURRENT
STATUS,

REQUIREMENTS AND OPPORTUNITIES FOR
BUILDING PERFORMANCE SIMULATION OF
ADAPTIVE FACADES - Roel C.G.M. Loonen,
Eindhoven University of Technology, The
Netherlands, February 5, 2016

476


Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017

với nhà có kết cấu yếu và mái xiên thì việc
tiếp cận và bảo trì càng trở nên phức tạp. Mặt
khác, việc tiếp cận và bảo trì khó khăn cũng
xảy ra với các dạng tường xanh (vườn đứng)
ở vị trí trên cao. Việc kết hợp VBCPU vào
VBCX sẽ giúp giải quyết được các vấn đề
này.
Mơ hình mái xiên liên hợp với tường đứng
Đối với mái xiên, việc neo giữ mảng đất thực vật, tưới tiêu, và chăm sóc là rất khó
khăn. Do đó, giải pháp gọn nhẹ và dễ kiểm
soát như dạng mái xanh quảng canh kiểu
modun thì hiệu quả hơn cả. Đây là dạng mái
xanh linh hoạt gồm hệ thống modun cây
xanh liên kết với nhau mà trong đó đất, nước,
thực vật sẽ được gói gọn trong từng modun
một, rất thuận tiện đưa lên xuống mái để
chăm sóc và bảo trì.
Khi được đặt ở vị trí trên cao, việc theo dõi
các mảng thực vật này sẽ rất khó, nên một

phương pháp tiếp cận khác so với cách đặt
mảng thực vật và hệ thống tưới cố định
truyền thống trên mái, là diii chuyển các
modun cây xanh lên xuống thường xuyên để
tiện cho việc tưới, theo dõi và chăm sóc.
Việc đưa các modun xuống vị trí thấp hơn,
dễ tiếp cận hơn được cảm ứng bằng độ ẩm
trong lớp thực vật: khi được độ ẩm xuống
thấp cảm biến sẽ thơng báo về hệ thống kích
hoạt đưa các modun xuống để tưới nước.

Kỷ yếu khoa học

Việc quan sát - tiếp cận thường xuyên và dễ
dàng sẽ giúp cho việc chăm sóc thuận lợi hơn
rất nhiều.
Trong q trình di chuyển lên xuống nhiều
lần, mái xanh sẽ được tận dụng để biến thành
tường xanh trên mặt đứng. Tường xanh và
mái xanh sẽ liên hợp chuyển đổi để thích ứng
với nhiệt độ mơi trường bên ngồi bằng các
đặc trưng hệ thống của mơ hình vỏ che phản
ứng: tự động lên xuống theo vận động của
mặt trời để che nắng cho cơng trình. Khi làm
việc trong giai đoạn tường đứng, các modun
có thể tự quay quanh trục theo ánh nắng
chiếu lên mặt đứng dựa vào cảm biến bức xạ
để che nắng đồng thời tạo ra các khoảng lam
để lấy sáng, lấy gió tự nhiên cho cơng trình.
Gió đi qua các lớp thực vật sẽ được làm sạch

và mát hơn.
Mơ hình tường đứng trên cao
Được cắt ra từ mơ hình mái xiên liên hợp
với tường đứng, mơ hình tường đứng trên
cao cũng sẽ có những đặc điểm tương tự. Các
modun được dàn trải lên trên mặt đứng ở trên
cao hay thu lại xuống một vị trí thấp hơn phụ
thuộc vào độ ẩm của modun. Các chuyển
động quanh trục để che nắng và đón gió thực
hiện theo cảm biến nhiệt. Việc tưới cũng
được thực hiện sau khi đã thu xuống và chăm
sóc được tiến hành một cách chủ động.

Hình 1. Phạm vi áp dụng của mơ hình cho nhà phố và nơi cơng cộng
Mơ hình này có thể ứng dụng làm vỏ bao che Một mơ hình đề xuất có các đặc điểm phân
hai lớp (douple-skin faỗade) cho cỏc cụng tớch theo mụ hỡnh kt hp giữa hai loại vỏ
trình cao ốc có mặt đứng làm hồn
tồn bao che được thực hiện. Mơ hình nhìn chung
bằng kính, để tận dụng khoảng gió và ánh phản ánh được cách thức làm việc và tính
sáng tự nhiên vào các văn phịng thay vì hiệu quả tổng qt của cách tiếp cận mới. Dĩ
dùng điều hòa và hệ thống chiếu sáng nhân nhiên các biện pháp kĩ thuật – cơng nghệ chi
tạo.
tiết sẽ có những phương án khác nhau tùy
theo đối tượng áp dụng trong từng trường
hợp cụ thể. Đề xuất sau đây chỉ là một trong
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

477

Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017

nhiều các phương án
Modun được gắn thành hệ thống theo từng
hàng, lớp thực vật bên trong sử dụng lớp
thảm thực vật trồng sẵn được neo giữ bên
trong lớp vỏ nhẹ, kín nước tương đối và dễ
dàng di chuyển. Modun có thể tự xoay quanh
trục theo các góc khác nhau và thu gọn nằm
theo phương ngang khi được đưa xuống thấp.
Hệ thống di chuyển lên xuống được thực
hiện gồm động cơ gắn với hệ thống các cảm
biến như độ ẩm, cảm biến nhiệt, ánh sáng để
tự động thay đổi vị trí lên xuống và xoay tại
chỗ theo tín hiệu mơi trường.
Mơ hình có thể áp dụng để làm mặt đứng
cho các ngôi nhà phố dùng để che nắng, giảm
tiếng ồn; đón gió và điều hịa nhiệt. Áp dụng
để trang trí, tạo khơng gian mới lạ cho các
nơi cơng cộng như trung tâm thương mại,
trường học, quán café,… nhằm tạo ra không
gian xanh động mới mẻ và thú vị cho cảnh
quan đơ thị. Trong tương lai, có thể mở rộng
phạm vi áp dụng cho các cao ốc, chung cư để
tận dụng tối đa diện tích phủ xanh trong đơ
thị.
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Thông qua việc nghiên cứu các xu hướng vỏ
bao che cơng trình bền vững trên thế giới
nhóm nghiên cứu đã kết hợp hai mơ hình hai

mơ hình VBCX và VBCPU phù hợp với các
điều kiện trong các đơ thị. Mơ hình kết hợp
giải quyết được các vấn đề khó khăn hiện tại
trong việc ứng dụng mái xanh, tường xanh
cho các loại đối tượng cơng trình chưa tương

Kỷ yếu khoa học

thích như các mái nhà xiên và tường đứng ở
vị trí trên cao.
Nghiên cứu chủ yếu mang tính chất định
hướng, mở ra một cách tiếp cận mới đối với
các loại vỏ bao che, đề xuất một mơ hình kết
hợp có triển vọng khi áp dụng vào thực tế
cho nhiều loại cơng trình khác nhau. Vì mơ
hình để hồn thiện cần có sự tham gia phối
hợp nhiều lĩnh vực liên ngành như kiến trúc,
xây dựng, cộng nghệ tự động hóa - kĩ
thuật,… nên dù đã đề cập hầu hết các khía
cạnh để tạo nên một mơ hình tồn diện, song
vẫn chưa chuyên sâu, và cần được nghiên
cứu thêm khi đi vào thiết kế chi tiết các bộ
phận. Để đưa mơ hình vào thực tiễn cần có
những bước chuyển tiếp và thời gian nhất
định. Tuy nhiên với xu hướng phát triển
nhanh của kiến trúc bền vững và các dạng vỏ
bao che, mơ hình kết hợp sẽ có chỗ đứng
trong một tương lai không xa trong các đô
thị.
Các nghiên cứu tiếp theo có thể thành lập

nhiều các mơ hình kết hợp khác nhau khái
tốn kĩ lưỡng chi phí lắp đặt, vận hành và
bảo trì mơ hình, tính tốn chi tiết mức độ sử
dụng năng lượng và hiệu quả sử dụng của mơ
hình.
Đối với các lĩnh vực có liên quan là cơng
nghệ tự đơng hóa, kĩ thuật cơ điện,… có thể
đề ra các biện pháp di chuyển độc lập các
modun, hệ thống chuyển động tiết kiệm
năng, quản lý thông tin về phản ứng của mơ
hình, nhằm tối ưu tính tự động hóa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
THE INTEGRATION OF VEGETATION IN ARCHITECTURE, VERTICAL AND
HORIZONTAL GREENED SURFACES - Katia Perini, Faculty of Architecture,
University of Genoa, Italy - April 1, 2012.
STUDY ON GREEN ROOF APPLICATION IN HONG KONG - Urbis limited, February 16,
2007.
ADAPTIVE BUILDING ENVELOPES - Hanna Modin, Sweden, 2014.
REVIEW OF CURRENT STATUS, REQUIREMENTS AND OPPORTUNITIES FOR
BUILDING PERFORMANCE SIMULATION OF ADAPTIVE FACADES - Roel
C.G.M. Loonen, Eindhoven University of Technology, The Netherlands, February 5,
2016.

478