Kỳ báo này tập trung vào việc khám phá và phân tích chi tiết các yếu tố tự nhiên như gió, nắng trong việc làm mát không gian đô thị. Qua các nghiên cứu về thông gió đô thị và ảnh hưởng của áng nắng mặt trời, bài viết giới thiệu các phương pháp quy hoạch đô thị thông minh giúp tối ưu hóa bóng râm và thông gió tự nhiên trong việc làm mát, góp phần tạo ra các môi trường sống chất lượng cao hơn, giảm thiểu áp lực lên hệ thống năng lượng trong đô thị.
Tại kỳ trước:
Giảm nhiệt đô thị và bảo vệ dân số khỏi nhiệt độ cực đoan là một trong những thách thức về sự chịu đựng và bền vững hàng đầu của thế kỷ 21. Khi hành tinh đang trở nên nóng lên, các thành phố này càng nhận thấy họ cần phải tìm cách mới để giữ nhiệt đô thị ổn định để bảo vệ cư dân. Các phương án làm mát đô thị chủ yếu tập trung vào việc làm mát không gian qua hệ thống điều hòa không khí. Các giải pháp dựa trên thiên nhiên (Nbs) và tận dụng thiết kế đô thị để làm mát các thành phố vẫn chưa được triển khai và hiểu rõ đầy đủ, đặc biệt là đối với các nhà lập pháp và quy hoạch đô thị. Bài viết này trình bày các yếu tố tự nhiên thường gặp trong môi trường đô thị và cách áp dụng chúng vào quy hoạch để giảm nhiệt đô thị. Những yếu tố này bao gồm nắng, gió, nước và không gian xanh. Thông qua việc phân tích các ví dụ áp dụng thành công trên quy mô thành phố, bài viết hy vọng cung cấp một cái nhìn toàn diện về các chiến lược làm mát đô thị bền vững.
Giải pháp làm mát đô thị dựa vào thiên nhiên:
Làm mát đô thị bằng phương pháp thông gió đô thị
Mặc dù các nghiên cứu về tác động của gió lên môi trường xây dựng được coi là một nhánh của kỹ thuật dân dụng vào đầu những năm 1960 (Blocken,2014) nhưng phải đến hai thập kỷ gần dây, việc nghiên cứu về sự tương tác giữa luồng không khí và hình thái đô thị mới trở nên phổ biến. Giải quyết vấn đề thông gió đô thị có nghĩa là coi các thành phố như những sinh vật sống hít thở, đưa không khí trong lành và sạch vào các mô của chúng, làm loãng nhiệt và ô nhiễm bị mắc kẹt trong các tế bào đô thị. Thông gió đô thị là kết quả của sự tương tác giữa các khu vực đô thị và luồng không khí nên cần phải nghiên cứu kỹ lưỡng mối quan hệ giữa hình thái đô thị và điều kiện gió địa phương (Olga Palusci,2022)
Các hành lang thông gió trong đô thị nhằm tăng cường dòng gió tự nhiên cho phép dòng gió tự nhiên lưu thông qua các khu đô thị giúp giảm nhiệt độ, không khí ô nhiễm và hạt bụi nhỏ. Nó cũng có thể ngăn chặn sự tập trung của các chất ô nhiễm không khí, giảm bớt sự truyền nhiễm của các bệnh truyền nhiễm và bảo vệ sức khỏe công cộng. Trong thế kỷ qua, thiết kế đô thị hiện đại thường đã bỏ qua các đường thông gió tự nhiên này. Mọi rào cản hoặc sự trì trệ của luồng khí tự nhiên có thể gây trở ngại cho sự thoải mái nhiệt độ ngoài trời và làm trầm trọng thêm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị. Tuy nhiên, rất ít nhà quản lý đô thị có thể áp dụng các phương pháp tiếp cận quy mô thành phố để xây dựng hành lang thông gió đô thị.
Dưới đây là một ví dụ nghiên cứu hành lang thông gió là phương pháp đánh giá đa tiêu chí kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xác định nơi có môi trường thông gió phù hợp nhất ở thành phố Bạc Châu, Trung Quốc. Theo việc nghiên cứu hiện trạng dưới đây tại những đại lộ xuyên tâm vào thành phố nơi có lượng gió lớn là những nơi có sự giảm của hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.
Tuy nhiên, khi tạo ra một khu vực đô thị là chúng ta cũng tạo ra lực cản lên không khí, làm giảm vận tốc của nó. Vì các tòa nhà là những khối có cạnh sắc nhọn nên cơ chế tác động trong sự tương tác giữa các tòa nhà và luồng không khí là lực cản theo hình dạng cụ thể. Do đó, phản ứng khi động học của một khu đô thị bị ảnh hưởng bởi hình thức, hình thái của nó, phụ thuộc vào đặc điểm của từng tòa nhà, sự sắp xếp lẫn nhau của chúng và đặc điểm của khu vực ở quy mô lớn hơn. Rõ ràng là việc mô tả chính xác hình thái đô thị đóng vai trò chính trong nghiên cứu thông gió đô thị đồng thời việc thiết kế hình dạng công trình cũng nằm trong việc làm tăng khả năng của gió trong việc làm mát trong đô thị
Nghiên cứu tác động của ánh nắng mặt trời để thiết kế các không gian trong đô thị
Các nghiên cứu phân tích bóng râm thường được thực hiện trong giai đoạn quy hoạch cho các khu vực phát triển mới hoặc trong các khu vực đã xây dựng có cơ hội tái phát triển, nhằm xác định hình dạng tòa nhà tối ưu để tối đa hóa bóng râm trong không gian công cộng. Ví dụ, các không gian công cộng có thể được đặt ở phía đông của các tòa nhà để được bảo vệ khỏi ánh nắng buổi chiều. Các con đường có hướng bắc - nam cũng thường có nhiều bóng râm trên vỉa hè vào buổi sáng và buổi chiều muộn, tạo điều kiện thuận lợi hơn cho cuộc sống trên đường phố. Các chiến lược này được lồng ghép vào mô hình đô thị để hướng dẫn việc bố trí đường, tòa nhà và không gian công cộng.
Một lần nữa, những hoạch định quy hoạch thành phố tại Singapore do Cơ quan Tái phát triển Đô thị (URA) của Singapore trở thành một ví dụ đặc sắc cho việc phân tích tác động của ánh nắng mặt trời theo thời điểm trong ngày để thiết kế các tòa nhà và không gian công cộng một cách hiệu quả. Khi bước vào giai đoạn triển khai, như một phần của giai đoạn thiết kế phát triển, các nhà phát triển riêng lẻ có thể thực hiện các nghiên cứu phân tích bóng râm để xác định hiệu quả của việc định hướng tòa nhà và các thiết bị tạo bóng, nhằm đạt được các mục tiêu. URA yêu cầu các nghiên cứu bóng râm cho các không gian công cộng để chứng minh sự tuân thủ với hướng dẫn. Các biểu đồ bóng râm cho 9 giờ sáng, 12 giờ trưa và 4 giờ chiều cần được nộp để cho thấy ít nhất 50% diện tích tổng không gian công cộng và 50% khu vực ngồi trong không gian công cộng được che bóng. Thông thường, các nghiên cứu bóng râm được mô phỏng cho ngày Xuân phân (21 tháng 3 / tháng 9) vì đó là điểm giữa của độ lệch cực đại của mặt trời tại Đông chí hoặc Hạ chí, đại diện cho điều kiện mặt trời “điển hình” nhất. Ở Singapore, URA yêu cầu mô phỏng trong ngày Hạ chí (21 tháng 6) vì đây là ngày dài nhất trong năm.
Việc tích hợp nghiên cứu bóng râm vào quy hoạch đô thị là một phần quan trọng và cần thiết để đảm bảo rằng các khu vực đô thị được phát triển một cách thông minh và bền vững. Những nghiên cứu này không chỉ giúp xác định các vấn đề liên quan đến bóng râm và ánh sáng mặt trời mà còn đề xuất các giải pháp phù hợp để tối ưu hóa môi trường sống và làm việc của cư dân. Bằng cách phân tích bóng râm, chúng ta có thể định hình được không gian công cộng và các khu vực xanh trong thành phố sao cho phù hợp với nhu cầu sử dụng và thoải mái của người dân. Đồng thời, việc nghiên cứu bóng râm cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự bền vững của các dự án xây dựng, từ việc tối ưu hóa sử dụng năng lượng đến việc giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Trong tương lai, việc tiếp tục nghiên cứu bóng râm vào quy hoạch đô thị sẽ giúp tạo ra những thành phố thông minh, xanh và bền vững hơn, mang lại lợi ích lâu dài cho cộng đồng và môi trường sống.
Lời kết
Sức mạnh của thiên nhiên và khả năng của các yếu tố tự nhiên trong việc làm mát đô thị đã được nhiều quốc gia trên thế giới nghiên cứu, áp dụng và có những hiệu quả nhất định. Từ việc kết hợp mạng lưới không gian xanh và mặt nước, đến việc sử dụng ánh sáng mặt trời và bóng râm trong quy hoạch đô thị, chúng ta có thể thấy được tiềm năng lớn mà thiên nhiên mang lại để cải thiện chất lượng cuộc sống trong các thành phố.
Tuy nhiên, việc tận dụng sức mạnh của thiên nhiên không chỉ đòi hỏi sự đầu tư về công nghệ và hạ tầng, mà còn đòi hỏi sự nhìn nhận sâu sắc về mối quan hệ giữa con người và thiên nhiên. Chúng ta cần có những chiến lược quy hoạch đô thị thông minh và bền vững, đồng thời cũng cần sự hợp tác và cam kết từ các bên liên quan để thúc đẩy việc áp dụng các giải pháp này.
Với sự tăng cường nhận thức và nỗ lực chung từ cộng đồng quy hoạch đô thị, chúng ta có thể khai thác tối đa sức mạnh của thiên nhiên để làm mát đô thị và tạo ra những môi trường sống đô thị bền vững và thoải mái hơn cho tất cả cư dân.
ThS.KTS. Lê Tiểu Thanh - Nhóm chuyên môn Thiết kế Sáng tạo, khoa Cơ Điện Tử, Trường
Cơ Khí, Đại học Bách khoa Hà Nội (Nguồn: Tạp chí Vật liệu Xây dựng, Số 10/2024)