Đảm bảo môi trường trong nhà chất lượng cao và dấu chân carbon siêu thấp trong nhà ở đơn lập từ thiết kế đến vận hành
Ensuring excellent indoor environments and ultra-low carbon footprint in a single-family house from design to operation
| Tác giả | Nicole Di Santo
Ricardo Forgiarini Rupp Jens Christoffersen Lucile Sarran Siobhan Rockcastle Rasmus Søgaard Steffen Maagaard Kasper Benjamin Reimer Bjørkskov Juan Pablo Herrero Gil Ambra Guglietti Lone Feifer |
| Ngày đăng tải | 08/09/2025 |
| DOI | https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2025.116425 |
| Nguồn bài nghiên cứu | Science Direct |
| Từ khóa | Chất lượng môi trường trong nhà
Công trình carbon thấp Phát triển bền vững Đánh giá vòng đời (LCA) Giải pháp IoT |
1 – GIỚI THIỆU
Dự án Living Places tích hợp các chiến lược thiết kế phát thải thấp với chất lượng môi trường trong nhà cho nhà ở đơn lập, trải qua hai giai đoạn chính: thiết kế và sử dụng. Trong giai đoạn thiết kế, nhóm nghiên cứu xây dựng nguyên tắc nhằm nâng cao sức khỏe trong nhà và giảm thiểu tác động môi trường thông qua các mô phỏng tiên tiến để đánh giá tiện nghi nhiệt, chất lượng không khí trong nhà và chiếu sáng tự nhiên. Phương pháp Đánh giá vòng đời (LCA) được áp dụng để xác định tác động môi trường, qua đó hỗ trợ quyết định thiết kế.
Trong giai đoạn sử dụng, một chiến dịch quan sát được thực hiện từ ngày 1/7 đến 1/9/2024 với sự tham gia của 98 người. Hệ thống cảm biến IoT thu thập dữ liệu môi trường trong không gian sống, đồng thời khảo sát ẩn danh ghi nhận ý kiến cư dân về sự thoải mái, mức độ hài lòng và gắn bó với không gian nhà. Việc đánh giá kết hợp giữa giám sát thực tế và khảo sát người dùng đã giúp xác nhận các giả định trong thiết kế cũng như hiểu rõ nhận thức của cư dân.
Cuối cùng, dự án Living Places hướng tới xây dựng bộ hướng dẫn hiệu quả cho công trình nhà ở lành mạnh và bền vững, chứng minh tính khả thi của kiến trúc có trách nhiệm với môi trường.
2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG
Hai ngôi nhà ở đơn lập được xây dựng tại Copenhagen, Đan Mạch, theo hai phương thức kết cấu: khung gỗ và gỗ ghép nhiều lớp (CLT). Cả hai đều có diện tích sàn khoảng 144–147 m², ba tầng, được thiết kế để giảm thiểu phát thải carbon và tối ưu môi trường trong nhà. Các giải pháp thiết kế bao gồm:
Thông gió tự nhiên và lai (hybrid): sử dụng cửa sổ mái và mặt đứng tự động hoặc vận hành cơ học có thu hồi nhiệt.
Hệ thống năng lượng: bơm nhiệt không khí–nước, bộ tản nhiệt, kết hợp pin quang điện (PV).
Chiếu sáng và tiện nghi thị giác: bố trí cửa sổ theo mô phỏng để đảm bảo chiếu sáng ban ngày và tiềm năng đồng bộ nhịp sinh học.
Nền móng và kết cấu: sử dụng móng vít và sàn gỗ cassette thay thế móng bê tông truyền thống, giảm phát thải tới 2–3 lần.
Hệ thống cảm biến IoT: 17 cảm biến được lắp đặt, đo nhiệt độ, CO₂, độ ẩm, ánh sáng, tiếng ồn, kết nối nền tảng dữ liệu đám mây và ứng dụng VELUX ACTIVE để tự động điều chỉnh cửa sổ, rèm và thông gió.
3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu được triển khai theo mô hình hỗn hợp hai giai đoạn:
Giai đoạn thiết kế: sử dụng mô phỏng đa biến và công cụ BSim để dự báo tiện nghi nhiệt, chất lượng không khí và chiếu sáng. Phân tích LCA được tiến hành theo tiêu chuẩn EN 15978:2012 và phần mềm LCAbyg để tính toán tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) cho từng phương án vật liệu. Phương pháp “Design Optioneering” được áp dụng để lặp lại lựa chọn tối ưu giữa chi phí và phát thải.
Giai đoạn vận hành: tiến hành chiến dịch đo đạc 63 ngày mùa hè 2024. Các cảm biến thu thập dữ liệu môi trường với tần suất 10 phút, kết hợp khảo sát hậu sử dụng (post-occupancy evaluation) với 98 khách tham gia, nhằm đánh giá cả dữ liệu định lượng (sensor) và định tính (khảo sát).
4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Thiết kế: Các mô phỏng chỉ ra rằng cả hai ngôi nhà đều đạt tiện nghi nhiệt loại I theo quy chuẩn Đan Mạch (BR18) và tiêu chuẩn châu Âu EN 16798-1:2019, với số giờ vượt ngưỡng 26,5°C thấp hơn nhiều so với giới hạn. Chất lượng không khí trong nhà (CO₂) duy trì dưới 1000 ppm, đạt loại I. Chiếu sáng ban ngày đạt mức khuyến nghị với >90% diện tích sàn nhận ≥300 lux. Đặc biệt, thiết kế đạt mức giảm GWP khoảng 65% so với nhà tham chiếu, thấp hơn 3 lần so với ngưỡng pháp lý mới của Đan Mạch.
Vận hành: Dữ liệu thực tế cho thấy nhiệt độ trong nhà nằm trong phạm vi tiện nghi >90% thời gian, CO₂ trung bình <750 ppm trong phần lớn thời gian. Khảo sát cư dân ghi nhận 98% mức hài lòng, 97% cảm thấy nhiệt độ dễ chịu cả ngày và đêm, 91% đánh giá cao hệ thống thông gió tự động. Người tham gia cũng nhấn mạnh yếu tố ánh sáng tự nhiên, sự kết nối với thiên nhiên và cảm giác gắn bó cộng đồng.
5 – KẾT LUẬN
Dự án Living Places chứng minh tính khả thi kỹ thuật và thực tiễn trong việc phát triển nhà ở đơn lập vừa đạt chất lượng môi trường trong nhà xuất sắc vừa duy trì dấu chân carbon siêu thấp. Thành công đến từ việc tích hợp mô phỏng thiết kế, đánh giá vòng đời, giám sát môi trường thời gian thực và phản hồi người dùng.
Các đóng góp chính gồm:
– Thiết kế công trình lành mạnh với chiếu sáng, thông gió tự nhiên, tiện nghi nhiệt và chất lượng không khí đảm bảo.
– Giảm phát thải carbon gấp ba lần so với yêu cầu pháp lý hiện hành.
– Ứng dụng hệ thống thông gió tự động và IoT để duy trì tiện nghi mà không cần làm mát cơ học.
– Cách tiếp cận đặt con người làm trung tâm, xác nhận hiệu quả qua dữ liệu định lượng và cảm nhận định tính.
Dự án mở ra hướng nghiên cứu tương lai về theo dõi dài hạn, cải thiện LCA với dữ liệu cụ thể hơn, mở rộng đánh giá tới các yếu tố thị giác và âm học, cũng như khả năng nhân rộng và tính kinh tế. Đây là minh chứng quan trọng cho kiến trúc bền vững và nhân văn, phù hợp mục tiêu Thỏa thuận Paris.
