Nếu bạn cảm thấy không thoải mái khi sống tại một thành phố vào mùa hè thì lí do rất có thể không chỉ vì sự thay đổi thời tiết. Khi bạn nhìn xung quanh bất kì đô thị nào, bạn đều cảm thấy ngột ngạt bởi môi trường xây dựng vì chúng đang làm trầm trọng hơn vấn đề gia tăng nền nhiệt vào mùa hè.
Ùn tắc giao thông, hệ thống máy lạnh tạo ra nhiệt và thải vào không khí. Bê tông, nhựa đường cũng hấp thụ bức xạ mặt trời và tỏa ra môi trường. Các khu đô thị được hình thành với những toà nhà cũng đang thải một lượng nhiệt không nhỏ gây ra hiện tượng nóng lên của trái đất.
Tất cả những điều này đều góp phần làm gia tăng hiện tượng “đảo nhiệt đô thị”. Hậu quả là nền nhiệt ở các thành phố tăng lên những 10oC so với các khu vực lân cận khác. Giải pháp nào cho những vấn đề này?
Mọi người thường bật máy lạnh hay điều hòa trong một ngày nắng nóng để làm mát. Điều này tạo ra một vòng luẩn quẩn giữa việc sưởi ấm ngoài trời và làm mát trong nhà. Điều hòa hay máy lạnh đều làm cho không khí bên ngoài khó chịu hơn và khiến con người phải chi tiêu nhiều hơn cho chúng. Các loại máy điều hòa hay làm lạnh hiện đang chiếm khoảng 1/5 tổng lượng điện sử dụng trên toàn cầu liên quan đến lĩnh vực xây dựng và bằng 2,5 lần tổng lượng điện sử dụng ở châu Phi.
Việc khí hậu đang ấm dần lên và mức độ gia tăng dân số nhanh chóng tại các nước đang phát triển khiến nhu cầu sử dụng điều hòa ngày một tăng cao. Điều này tạo nên một cộc khủng hoảng đáng sợ mà Cơ quan Năng lượng Quốc tế gọi là “Khủng hoảng năng lượng”. Họ ước tính rằng năng lượng để làm mát cho các tòa nhà sẽ tăng gấp 3 lần vào năm 2050 – một sự gia tăng lớn so với nhu cầu sử dụng năng lượng ở thời điiểm hiện tại của Mỹ và Đức cộng lại.
Mức sóng nhiệt của Mỹ giết chết nhiều người hơn bất kì thảm họa tự nhiên nào khác
Sự nóng lên của các thành phố không chỉ đặt ra vấn đề về thách thức năng lượng. Hậu quả cuối cùng của quá trình gia tăng nền nhiệt này chính là sự chết chóc. Tỉ lệ tử vong và đột quỵ gia tăng một cách đáng sợ khi nhiệt độ tăng lên trên 25oC. Ở Mỹ, những cơn sóng nhiệt trung bình giết chết nhiều người hơn bất kì một thảm họa thiên nhiên nào khác trong khi ở Anh, số người chết do sốc nhiệt có thể tăng lên 257% vào năm 2050 và 535% vào năm 2080. Ở Moscow (Nga), ước tính có khoảng 11.000 người chết do sóng nhiệt vào năm 2010. Và đó không chỉ là vấn đề của riêng các nước có nền nhiệt gia tăng cao.
Đối mặt với sự gia tăng về tần suất và cường độ của sóng nhiệt, chúng ta cần phải tìm ra các giải pháp hữu ích và tức thời đối với lượng nhiệt được thải ra ngoài môi trường, bên trong các tòa nhà và trong không gian bên ngoài của thành phố. May mắn thay, có rất nhiều cách để chúng ta có thể giảm thiểu hiệu ứng đảo nhiệt đô thị cũng như đồng thời tạo ra nhiều không gian hấp dẫn hơn để sống, làm việc và vui chơi.
Những khu vườn trên không
Một điều hiển nhiên mà bất cứ ai cũng có thể nhận ra, thảm thực vật là một công cụ hữu hiệu trong cuộc chiến chống lại việc gia tăng nhiệt độ quá mức tại các thành phố, đặc biệt trong những ngày nắng nóng. Cây xanh không chỉ cung cấp bóng râm mà trong quá trình thoát hơi nước, nước bốc hơi từ lá câysẽ giúp làm giảm nhiệt độ không khí xung quanh.
Nhiều thành phố nhận ra giá trị của các công viên và cây xanh trong việc làm mát đô thị cũng như đem lại hạnh phúc tinh thần cho người dân, nhưng ít người chấp nhận việc trồng cây xanh trong nhà kính như ở Singapore. Đất nước này đã bắt tay vào kế hoạch xây dựng đầy tham vọng "Garden City" (Thành phố với nhiều khu vườn và cây xanh) vào năm 1967 thông qua việc trồng cây thâm canh và tạo ra các công viên mới. Khi dân số tăng lên và các tòa nhà cao hơn, Singapore trọng tâm chuyển sang việc trồng cây xanh trên bầu trời bao gồm "người gác cổng", trồng cây dọc các tòa nhà và mái nhà.
Ngày nay, Singapore có 100ha trồng cây xanh trên bầu trời và dự định tăng lên 200ha vào năm 2030 - một diện tích rộng tương đương với công viên của Hoàng gia Anh. Quy mô này được thúc đẩy bằng cách xây dựng các quy định như Chính sách cảnh quan cho không gian đô thị và các tòa nhà cao tầng (Lush). Lush yêu cầu bất kỳ tòa nhà mới nào được xây dựng đều phải đảm bảo bao gồm các khu vực trồng cây xanh phù hợp với việc quy hoạch và phát triển đô thị. Cây có thể trồng dưới mặt đất hoặc ở trên cao và thường có ban công trồng cây xanh, tường xanh, giúp nhiệt độ giảm 2-3ºC.
Nhiều công trình mới được xây dựng đáp ứng diện tích không gian xanh vượt xa mức tối thiểu cần thiết. Khách sạn Oasia do kiến trúc sư WOHA thiết kế trồng cây xanh trên hầu hết mọi mặt công trình. Được bao bọc trong một cây trellis trồng cao 200m, tòa nhà gần như bị bao trọn bởi thảm thực vật, và điều này cực kỳ phù hợp với các công trình đô thị.
Wong Mun Summ, Giám đốc sáng lập tại WOHA, cho biết: “Chúng tôi gần như đã tạo ra, theo một số cách, khái niệm về một cái cây khổng lồ trong thành phố. Đó là một công cụ hỗ trợ hệ sinh thái phát triển mạnh trong một môi trường đông đúc”. Cũng như việc làm mát, thảm thực vật phong phú như vậy cũng góp phần mang lại nhiều lợi ích khác như hấp thụ các chất gây ô nhiễm có trong không khí, tạo ra oxy và tạo ra một khung cảnh yên bình, tự nhiên trong thành phố vô cùng đông đúc.
Mái phản quang
Nếu chúng ta làm cho các thành phố trở nên mát mẻ hơn, chúng ta cũng phải thay đổi các vật liệu xây dựng. Các khu vực đô thị bị chi phối bởi vật liệu tối và cứng như bê tông, nhựa đường, hầu hết chúng hấp thụ thay vì phản xạ lại lượng bức xạ mặt trời. Theo Trung tâm nghiên cứu hợp tác của Low Carbon Living của Úc, vật liệu thông thường có thể đạt đến nhiệt độ lên đến 67C và mái nhà thông thường lên tới 50–90C vào một ngày nóng.
Nhiệt độ như vậy có thể có tác động xấu đáng kể tới sức khỏe. Theo Arthur Rosenfeld thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley, người sống ở tầng trên cùng của một tòa nhà khẳng định các mái che tối là một trong những yếu tố gây nguy cơ tử vong trong đợt nắng nóng năm 1995 ở Chicago. "Chính phủ phải cấm hoặc loại bỏ việc sử dụng mái nhà đen hoặc tối, ít nhất là trong khí hậu ấm áp, bởi vì chúng đặt ra những vấn đề tiêu cực lớn đối với sức khỏe con người," ông nói .
Cách tốt nhất để khắc phục điều này là sử dụng lớp phủ mát thường là các chất có màu nhẹ hơn trong nhựa đường hoặc lớp phủ màu trắng được áp dụng cho các con đường, mái nhà và mặt tiền để phản xạ lại nhiều năng lượng mặt trời hơn ra bầu khí quyển.
Ví dụ, theo sáng kiến New York Cools Roofs, đã có hơn 500.000m2 diện tích mái được che phủ màu trắng, giảm bớt khoảng 2.282 tấn CO2 từ lượng khí thải nóng của hệ thống điều hòa máy lạnh mỗi năm. Các mái nhà làm mát nền nhiệt được lắp đặt miễn phí tại các tòa nhà công cộng cho các tổ chức phi lợi nhuận và khu vực nhà ở với giá cả phải chăng. Trong các tòa nhà khác, chúng được miễn phí lắp đặtvì được cung cấp bởi thành phố chỉ được trả tiền vật liệu.
Việc lắp đặt này nghe có vẻ đơn giản, nhưng kết quả nó đem lại vô cùng to lớn. Theo một nghiên cứu của Nasa, vào một ngày nóng nhất của mùa hè ở New York, các mái nhà màu trắng có thể làm mát tới hơn 23C(42F) so với các mái nhà màu đen thông thường.
Ở Los Angeles, những con đường mới là thách thức chứ không phải là các mái nhà. Hơn 10% diện tích đất của thành phố là nhựa đường đen, chúng hấp thụ tới 95% năng lượng mặt trời, làm gia tăng hiện tượng đảo nhiệt đô thị. Thành phố đang lên kế hoạch với các con đường có bề mặt màu trắng, có độ phản xạ cao với chi phí 40.000 đô la mỗi dặm. Nó làm giảm nhiệt độ tới 10-15ºF, trong khi một con đường mới được hình thành làm giảm 23F sau khi sơn.
Nước – một cách hữu hiệu để làm giảm nhiệt độ đô thị
Nước được sử dụng như một công cụ để làm mát các thành phố trong nhiều thế kỷ qua. Chẳng hạn như cung điện thế kỷ 14 của Alhambra, sân chơi được đặt gần với hồ bơi và đài phun nước vòm, kích thích sự bay hơi của nước và làm mát không khí khô nóng.
Thành phố cách nhiệt hiện đại có thể theo dõi ao chứa, hồ bơi, đài phun nước, vòi phun nước và hệ thống phun sương để làm mát không gian ngoài trời.
Trùng Khánh (Trung Quốc) được biết đến là một trong “ba lò thiêu” của đồng bằng sông Dương Tử với những mùa hè nóng bức. Để cung cấp những giải pháp cứu trợ, thành phố đang thử nghiệm cách sử dụng máy phun nước tại các điểm dừng xe buýt ở mỗi địa phương. Những đám mây phun nước ướp lạnh đến 5-7oC, làm mát không khí cũng như hành khách phải chờ đợi.
Kết hợp nước với các chiến lược làm mát đô thị khác có thể làm giảm đáng kể mức gia tăng nhiệt. Đại học New South Wales và Sydney Water nghiên cứu hiệu ứng đảo nhiệt đô thị ở miền tây Sydney, nơi nhiệt độ thường cao hơn 6-10C so với các vùng ven biển của thành phố cách 15 dặm và thấy rằng việc thêm tính năng nước và lớp phủ nguội sẽ làm giảm nhu cầu sử dụng điều hòa và máy lạnh tới 29-43% và làm giảm nhiệt độ không khí trung bình tổng thể xuống 1,5oC. Nhiệt độ tiếp giáp với các tính năng nước cũng sẽ giảm xuống 10oC, theo nghiên cứu cho thấy.
Thay đổi phù hợp
Một trong những thách thức trong việc đảm bảo môi trường được xây dựng thoáng đãng, mát mẻ là sự phụ thuộc quá mức vào các bề mặt được lắp kính hoàn toàn. Nhiều cửa sổ cho phép ánh sáng tự nhiên xuyên thấu qua với tầm nhìn đẹp nhưng có thể đó chính là các vấn đề không mong muốn về hấp thụ nhiệt vào mùa hè và tỏa nhiệt vào mùa đông. Chúng ta có thể dễ dàng thiết kế hệ thống che nắng để bảo vệ các tòa nhà khỏi ánh mặt trời, nhưng để có kết quả tốt nhất có thể, các hệ thống che mát này cần phù hợp theo thời tiết địa phương và đường đi của mặt trời.
Một ví dụ điển hình là ở Abu Dhabi, nơi nhiệt độ mùa hè có thể lên tới 48oC và các tòa nhà gần như đều cần được che chắn khỏi mặt trời và sa mạc khắc nghiệt. Tháp Al Bahr được xây dựng lấy cảm hứng từ một thiết bị che bóng Trung Đông gọi là mashrabiya. Trong lịch sử, đây là những màn hình bằng gỗ, hoa văn với hình học Hồi giáo cho phép lọc ánh sáng, bảo vệ cư dân khỏi cường độ bức xạ của mặt trời. Nhưng mashrabiya hiện đại trong Tháp Al Bahr được thay đổi phù hợp với đặc điểm khí tượng khu vực cũng như thích ứng và ước tính làm giảm lượng khí thải CO2 của các tòa nhà xuống 20% .
Một hệ thống quản lý tòa nhà vận hành 1.049 hình màu lục giác, chúng mở và đóng liên tục. Chuyển động của những miếng hình này dựa theo mặt trời, khi che khuất các phần của tòa nhà dưới ánh sáng mặt trời trực tiếp sẽ mở ra không gian của ánh sáng tự nhiên khi mặt trời di chuyển.
Kết quả là các bề mặt tiền thay đổi liên tục để thích ứng với biến đổi khí hậu. Điều đó một mặt phản ánh các kiểu thời tiết, khí hậu và nghề nghiệp hàng ngày theo mùa tại mỗi khu vực, một mặt đáp ứng nhu cầu thay đổi của nhiệt và ánh sáng. Các tòa nhà và cơ sở hạ tầng thích ứng như vậy lại có thể biến đổi để phản ứng với các mùa và sự kiện thời tiết khác nhau, đó là điều đặc biệt rất quan trọng trong trận chiến đảm bảo khí hậu mát mẻ và thoải mái trong tương lai.
