Rất ít kiến trúc sư ở Anh có thể tự hào rằng họ lắng nghe các nhà tư vấn môi trường, nhà thiết kế hoặc những người thực hiện các dự án hiện có của họ. Và những người học được từ những sai lầm của họ và sử dụng kinh nghiệm thu được trong các dự án tiếp theo nên được đưa vào Sách Đỏ.
Architype, một thế hệ kiến trúc sư nhiệt huyết mới, đã xây dựng những ngôi trường đầu tiên ở Anh đáp ứng tiêu chuẩn Passivhaus của Đức. Bằng công việc của mình, họ đã chứng minh rằng một ngôi trường không chỉ là một tòa nhà đẹp, mà còn là một tòa nhà để học tập thoải mái do sự chu đáo và tiết kiệm năng lượng.
“Năng lượng cũng giống như chất thải: luôn tốt nếu nó có thể được tái chế, nhưng tốt hơn là chỉ nên sản xuất ít hơn. Ngoài ra với năng lượng: bạn có thể sử dụng các nguồn tái tạo, các tấm pin mặt trời hoặc bạn có thể chỉ tiêu thụ ít năng lượng hơn."
Jonathan Hines, Giám đốc Cục Lưu trữ
Tiêu chuẩn Passivhaus là gì?
Xin nhắc lại, tiêu chuẩn này của Đức về hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà, do Viện Passivhaus phát triển, là một chỉ số về mức tiêu thụ năng lượng thấp, sự thoải mái trong không gian nội thất và chất lượng kiến trúc của một vật thể. Nhiều người hoàn toàn vô vọng tin rằng nó chỉ có thể áp dụng cho nhà ở: dịch từ tiếng Đức “Haus” có nghĩa là không chỉ một ngôi nhà, mà bất kỳ cấu trúc nào, và tiêu chuẩn phù hợp cho một tòa nhà thuộc bất kỳ loại hình nào. Sự tiến bộ của nó được chứng minh bằng những con số: mức tiêu thụ năng lượng tiêu chuẩn của một trường học bình thường ở Anh là 100 kWh / m2 mỗi năm và một tòa nhà được xây dựng theo tiêu chuẩn Passivhaus chỉ tiêu thụ không quá 15 kWh / m2 mỗi năm. Không giống như các tiêu chuẩn khác, Passivhaus giúp giảm tiêu thụ năng lượng bằng cách tối ưu hóa các quyết định thiết kế - chẳng hạn như tìm kiếm hình thức nhỏ gọn nhất, hướng xây dựng tốt nhất, v.v.
Tiêu chuẩn Passivhaus hiếm khi được nhìn thấy ở Anh vì các mã hiệu quả năng lượng địa phương hoạt động theo cách hoàn toàn ngược lại. So với Passivhaus, tiêu chuẩn BREEAM xanh phổ biến ở Anh và được vận động bởi chính phủ có nhiều tiêu chí đánh giá thường không liên quan đến tiêu thụ năng lượng: ví dụ: có thể đạt được điểm nếu khoảng cách giữa tòa nhà dự kiến và hộp thư gần nhất nhỏ hơn hơn 500 mét. Ngoài ra, BREEAM không tập trung vào việc giảm lượng tiêu thụ mà là sản xuất năng lượng bổ sung từ các nguồn tái tạo.
Kiến trúc sư của Passivhaus làm việc như thế nào?
Đầu tiên, nó giảm thiểu sự dẫn nhiệt của tường, mái nhà, trần nhà và cửa ra vào. Thứ hai, ông quan tâm đến độ kín nhiệt của tòa nhà: tất cả các "cầu lạnh" (khu vực mất nhiệt, thường thấy nhất ở các khớp nối của các phần tử kết cấu của một tòa nhà) phải được giảm xuống bằng không hoặc giảm thiểu. Ngoài ra, đã ở giai đoạn thiết kế ban đầu, tòa nhà được lập mô hình bằng phần mềm PHDP (Gói Thiết kế Ngôi nhà Bị động). Tuy nhiên, các kiến trúc sư người Anh trước tiên thường phác thảo toàn bộ về tòa nhà, suy nghĩ về các bố cục và chỉ sau đó đưa nó cho các kỹ sư để tính toán mức tiêu thụ năng lượng. Họ đang cố gắng tối ưu hóa thứ gì đó, nhưng xác suất sửa lỗi trong dự án đã hoàn thành là cực kỳ nhỏ. Do đó, sẽ hiệu quả hơn nhiều nếu nghĩ về điều này ở các giai đoạn sớm hơn của công việc, khi dự án có thể được thay đổi đáng kể nếu được yêu cầu, ví dụ, để giữ ấm.
Điều khó khăn nhất trong tiêu chuẩn Passivhaus là kiểm tra sự tuân thủ của đối tượng, trong đó các chỉ số không chỉ là dữ liệu tính toán của các kỹ sư thiết kế, mà còn là các phép đo thực tế trong một ngôi nhà đã được xây dựng và vận hành. Và để xây dựng đúng như những gì nó được thiết kế là một vấn đề nổi tiếng làm đau đầu tất cả các kiến trúc sư.
Kiến trúc sư Architype là ai?
Architype là một loại hình studio kiến trúc mới được thành lập cách đây 29 năm và đã đạt được danh tiếng đáng ghen tị trong những năm qua với tư cách là nhà thiết kế các tòa nhà chất lượng, tiết kiệm năng lượng. Cách tiếp cận ban đầu của họ được quyết định bởi mong muốn thu hút khách hàng và cư dân tương lai tham gia vào quá trình thiết kế. Có kinh nghiệm, họ đã phát triển một loạt các giải pháp kỹ thuật làm tăng chất lượng của "sản phẩm được sản xuất".
Trong suốt thời gian tồn tại, nhóm Architype đã tăng từ 5 lên 53 người, mặc dù vậy, họ đã cố gắng duy trì một cách tiếp cận sáng tạo mới để thiết kế, bao gồm phân tích và thảo luận thường xuyên về các dự án. Doanh thu hàng năm của công ty là 3 triệu bảng Anh mỗi năm.
Tại sao Architype quyết định áp dụng tiêu chuẩn Passivhaus ở Anh?
Khoảng năm năm trước, Architype, phối hợp với Đại học Oxford Brooks, một trong những viện nghiên cứu công nghệ tiết kiệm năng lượng lớn nhất thế giới, đã thu thập và phân tích thông tin về "hiệu suất" của các tòa nhà trường học do văn phòng xây dựng. Kết quả là, mặc dù có nhiều chiến lược tiết kiệm năng lượng khác nhau, nhưng những ngôi trường này đã tiêu thụ một lượng năng lượng khổng lồ do các cửa sổ được mở ra trong suốt mùa đông. Và tại thời điểm đó, việc điều chỉnh tiêu chuẩn Passivhaus cho phù hợp với thực tế của Anh được Architype quan tâm, bởi vì, nhờ hệ thống thông gió cơ học và độ kín nhiệt, các tòa nhà được xây dựng theo tiêu chuẩn này tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể và tạo ra ít CO2 hơn. Một điểm cộng nữa là cơ hội thực sự để nghiên cứu cách tòa nhà “hoạt động” và giải pháp thiết kế nào giúp cải thiện hiệu quả năng lượng nhiều nhất.
Nhiều kiến trúc sư lo sợ rằng tiêu chuẩn Passivhaus sẽ hạn chế trí tưởng tượng của họ. Nhưng các kiến trúc sư của Architype cho rằng chính khuôn khổ cứng nhắc mà họ đặt ra đã kích hoạt toàn bộ quá trình sáng tạo trong đầu họ.
Thông qua việc sử dụng các phương pháp Passivhaus Architype trong các dự án gần đây của họ, họ đã đạt được sự đơn giản hóa triệt để về hình dạng và chi tiết, tối ưu hóa quy trình thiết kế và thậm chí cả giám sát kiến trúc. Họ quản lý để đạt được kết quả mong muốn bằng cách suy nghĩ thông qua từng bước giải pháp và kiểm tra hiệu suất của nó trong thực tế. Theo giám đốc văn phòng Jonathan Hines, bài học quan trọng nhất đối với Architype là nhận thức được tầm quan trọng của việc đơn giản hóa dự án nói chung và các chi tiết kết cấu nói riêng.
Vì kiểu dáng của tòa nhà không phải là yếu tố quyết định, nên Architype đã sẵn sàng thử nghiệm tiêu chuẩn Passivhaus cho bất kỳ dự án nào. Bây giờ, sau khi tích lũy kinh nghiệm trong lĩnh vực này, họ đang thiết kế một trường đại học, một tòa nhà lưu trữ, một ngôi làng với 150 ngôi nhà, một nhà thờ và một số nhà riêng theo các nguyên tắc của tiêu chuẩn này. Tuy nhiên, 5 năm trước, chuyên môn của họ là các tòa nhà trường học, đó là lý do tại sao họ trở thành cơ sở chứng minh Passivhaus đầu tiên của mình. Yêu cầu quan trọng duy nhất của khách hàng của năm trường, Hội đồng Quận Wolverhampton, là giữ trong phạm vi ngân sách rất khiêm tốn.
Đến nay, Architype đã hoàn thành việc xây dựng hai cơ sở giáo dục - Trường Tiểu học Oakmeadow và Trường Bushbury Hill, và vào tháng 11 năm 2013, trường thứ ba - Trường Tiểu học Swillington đang được hoàn thành. Tất cả chúng đều thay thế các trường học lỗi thời và do đó bị phá bỏ, và chúng có sự xuất hiện của chúng nhờ sáng kiến hiện tại của chính phủ. Tuy nhiên, Jonathan Hines tin rằng sự gia tăng hơn nữa của các trường "thụ động" ở Anh là một câu hỏi lớn, chính vì những khó khăn với nguồn tài trợ công. Do đó, Architype hy vọng rằng các dự án như vậy sẽ có nhu cầu lớn, ví dụ như ở Wales, nơi hệ thống tài trợ của chính phủ khác với hệ thống tài trợ của Anh.
Đặc điểm kiến trúc của trường "thụ động"
Quá trình thiết kế bắt đầu với việc tìm kiếm hình dạng tối ưu, số tầng, chiều sâu và hướng của tòa nhà bằng cách sử dụng chương trình mô hình động PHDP đã được đề cập. Từ nghiên cứu ban đầu, chúng ta đã thấy rõ tầm quan trọng của một tòa nhà nhỏ gọn trong việc giảm tiêu thụ năng lượng. Việc giảm thiểu diện tích bề mặt tòa nhà so với diện tích sàn có thể đạt được tối ưu hóa năng lượng đã ở giai đoạn ý tưởng. Đối với cả hai trường học đã được xây dựng, một cấu trúc gồm các khối 2 tầng hình chữ nhật đơn giản với không gian trung tâm dùng làm nơi giải trí cuối cùng đã được chọn.
Tòa nhà đã được thiết kế để cho phép ánh sáng mặt trời chiếu vào tất cả các khuôn viên trường học, do đó ánh sáng nhân tạo được sử dụng ít nhất có thể. Để giảm khả năng quá nóng trong những tháng mùa hè, số lượng cửa sổ hướng Tây và Đông đã được giảm xuống 0, vì tia nắng mặt trời từ góc thấp luôn khó làm tối hơn, và do đó các cửa sổ hướng về phía Bắc và Nam.
Tất cả các phòng đều có hệ thống thông gió chéo, được sử dụng chủ yếu vào mùa hè và trái mùa. Ngoài ra, trong những tháng ấm hơn, như một biện pháp bổ sung, khu vui chơi giải trí trung tâm biến thành một "ống khói", nơi nhờ chênh lệch độ cao và tác động của trọng lực, không khí ấm sẽ bốc lên và thoát ra ngoài qua các cửa sổ phía trên. Đối với mùa đông, hệ thống thông gió với hệ thống thu hồi nhiệt được cung cấp. Không cần phải nói, so với các trường học mở cửa sổ để thông gió vào mùa lạnh, hệ thống như vậy làm giảm đáng kể sự thất thoát nhiệt. Nó khác với hệ thống phục hồi tiêu chuẩn ở chỗ không khí trong lành vào phòng được làm nóng bằng nhiệt từ không khí đã qua xử lý từ khu vui chơi giải trí trung tâm. Trong không gian này, không khí được làm nóng thụ động bởi bức xạ mặt trời và sự tỏa nhiệt bên trong, bao gồm cả việc học sinh chạy trong giờ ra chơi.
Sự chú ý nhiều trong dự án trường học "thụ động" được tập trung vào các vấn đề về độ kín nhiệt của tòa nhà và giảm thiểu các "cầu lạnh" đã được đề cập - một vấn đề thường bị lãng quên ở Anh. Hầu hết những "cây cầu" này được hình thành trong khu vực của móng, vì nó tiếp xúc trực tiếp với mặt đất và tại các khớp nối của các phần tử kết cấu. Các kiến trúc sư đã tìm ra một câu trả lời ban đầu cho câu hỏi này, đề xuất với các nhà thiết kế để thiết kế một nền móng hoàn toàn cách nhiệt và không chạm trực tiếp vào mặt đất. Ban đầu, các nhà thiết kế người Anh - đối tác của Architype tuyên bố rằng điều đó là không thể theo quan điểm kỹ thuật, mặc dù thực tế ở Đức và Áo, phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong việc xây dựng các tòa nhà "thụ động", nhưng sau đó Architype đã thuyết phục được họ. tất cả đều giống nhau. Cuối cùng, giải pháp này thậm chí còn rẻ hơn so với móng dải thông thường, vì phương pháp được áp dụng yêu cầu ít đào hơn. Khi một hệ thống như vậy được triển khai, số lượng "cầu lạnh" trong khu vực nền móng đã giảm xuống còn không.
Để thoát khỏi "cầu lạnh" tại các khớp nối của các yếu tố kết cấu, các kiến trúc sư đã đưa ra ý tưởng phân chia cấu trúc tòa nhà thành một phần bên trong và bên ngoài. Toàn bộ phần bên trong của cấu trúc được bọc hoàn toàn trong một lớp cách nhiệt, được gọi là "tấm chăn", và do đó hoàn toàn được bịt kín. Hơn nữa, lớp cách nhiệt của móng tiếp giáp với lớp cách nhiệt của tường tạo thành một vòng khép kín nên có thể giải quyết triệt để vấn đề “cầu lạnh”. Tuy nhiên, do giải pháp này, các mái che, mái hiên và các yếu tố mặt tiền tương tự phải được gắn vào các cấu trúc bên ngoài bổ sung không được kết nối với khung chính.
Đặc biệt chú ý đến việc đơn giản hóa các thành phần cấu trúc. Nhóm dự án đã phải dành rất nhiều nỗ lực để tìm ra sự cân bằng giữa thất thoát nhiệt qua cửa sổ và bức xạ mặt trời, điều quan trọng đối với hệ thống sưởi thụ động, cuối cùng dẫn đến việc kiểm soát chặt chẽ tất cả các cửa sổ và cửa ra vào trong tòa nhà.
Tất cả các vật liệu được sử dụng trong việc xây dựng trường học đều thân thiện với môi trường và phần lớn được sản xuất tại chính nước Anh, giúp giảm thiểu lượng khí thải CO2 từ quá trình vận chuyển vật liệu. Chúng tôi cũng sử dụng Warmcell - vật liệu cách nhiệt làm từ giấy in báo tái chế.
Trong tháng rưỡi đầu tiên sau khi hoàn thành xây dựng, các kiến trúc sư đến thăm trường học của họ hàng tuần (sau đó - hai tuần một lần và mỗi tháng một lần) để theo dõi hoạt động của tất cả các hệ thống và hiểu cảm giác của cư dân trong tòa nhà.. Ngoài việc đo lượng năng lượng tiêu thụ, mức CO2, nhiệt độ và độ ẩm, Architype còn yêu cầu tất cả nhân viên của trường ghi chú về cách tòa nhà “hoạt động” và cảm giác của họ khi ở trong đó. Tất cả thông tin này được thu thập và thảo luận trong các cuộc họp với các nhà thầu để cải thiện các dự án trong tương lai.
Vì vậy, trong một trong những dự án trường học đầu tiên, người ta đã phát hiện ra rằng mức năng lượng sơ cấp tiêu thụ vượt quá tiêu chuẩn một cách đáng kể. Điều này là do sự hiện diện của hệ thống sưởi trong phòng bơm phun nước, không được cách nhiệt. Mặt khác, trong quá trình theo dõi, các kiến trúc sư nhận thấy hệ thống thông gió thu hồi nhiệt giúp trẻ chú ý hơn trong lớp học, khi được hít thở không khí trong lành.
Vì tòa nhà được cách nhiệt hoàn hảo và được làm kín nên chỉ cần một nồi hơi trong nước là đủ để làm nóng nó, vì các căn hộ thường được sưởi ấm ở Anh, nhưng trong quá trình thiết kế, dịch vụ kỹ thuật của trường đã yêu cầu lắp đặt thêm một nồi hơi thứ hai - tất nhiên là sau này., hóa ra là thừa. Ủy ban kiểm tra tòa nhà đã thu hút sự chú ý của thực tế rằng, mặc dù thời tiết lạnh, cả hai lò hơi đều được tắt - vì ngay cả khi không sưởi ấm bên trong tòa nhà vẫn ở nhiệt độ dễ chịu.
Trong suốt thời gian giám sát kéo dài một năm, các kiến trúc sư đã nói với nhân viên trường học của họ cách sử dụng chính xác hệ thống chiếu sáng, thông gió và các hệ thống khác trong một tòa nhà bất thường như vậy, và thậm chí còn xuất bản một "hướng dẫn sử dụng" minh họa. Architype cũng đã dành nhiều thời gian giải thích cho sinh viên lý do tại sao cần năng lượng, lấy nó ở đâu và quan trọng nhất là cách tiết kiệm năng lượng. Ngoài ra, học sinh được phép đưa ra ý kiến với giáo viên nếu chẳng hạn, chúng quên tắt đèn. Trẻ em vui mừng trước một viễn cảnh như vậy, điều này không thể không nói đến các giáo viên.
Theo kết quả của năm giám sát, cho thấy rằng các tòa nhà trường học “thụ động” của Architype thực tế tiêu thụ không quá 14-15 kWh / m2 mỗi năm, trong khi các trường học cùng loại tiêu thụ 40-50 kWh / m2 mỗi năm. năm; tuy nhiên, các trường học bình thường ở Anh tiêu thụ 100 kWh / m2 mỗi năm.
Phân tích toàn bộ quá trình tạo và thực hiện một dự án, chúng ta có thể kết luận rằng thành công phần lớn là do sự phối hợp làm việc ăn ý của cả đội: khách hàng mà Architype đã hợp tác trong nhiều năm, nhà thầu, kiến trúc sư và nhà thiết kế. Nhiều cuộc họp và đàm phán cho phép tất cả các thành viên trong nhóm hiểu rõ ràng những gì đang được thực hiện và tại sao. Một số lượng lớn các cuộc kiểm tra và thử nghiệm cũng đã được thực hiện, bao gồm cả thử nghiệm khói, xác định độ kín của tòa nhà.
Architype đã cố gắng đạt được những kết quả đáng kinh ngạc bằng cách sử dụng tiêu chuẩn Passivhaus làm công cụ thiết kế và không phải chi thêm bất kỳ khoản tiền nào cho các công nghệ tiết kiệm năng lượng (mặc dù thông thường các tòa nhà Passivhaus hoàn vốn khá nhanh: trung bình 5-10 năm tùy thuộc vào giá năng lượng). Bằng cách dựa trên quy trình làm việc của họ dựa trên việc quan sát “hoạt động” của một tòa nhà, những kiến trúc sư này cố gắng đạt được chất lượng bằng cách đơn giản hóa bản thân tòa nhà và các chi tiết của nó, đồng thời chứng minh rằng hiệu quả năng lượng không mâu thuẫn với vẻ đẹp và sự sang trọng. Như nhạc sĩ Charles Mingus đã nói, “Sự đơn giản phức tạp là điều thường thấy. Và đơn giản hóa sự phức tạp là sáng tạo”: đây là triết lý mà xưởng Architype tuân thủ.
