Lớp vỏ công trình bao gồm tường bên ngoài, mái che, kính, cửa thông gió tự nhiên… được coi là ranh giới bên trong và bên ngoài công trình, bao gồm tường bên ngoài, mái, kính, các đặc tính có thể tận dụng được ánh sáng tự nhiên và che nắng, đồng thời các cửa thông gió tự nhiên để kiểm soát xâm nhập.
Trước đây, lớp vỏ công trình đơn giản chỉ thường bao gồm những tấm chắn nắng có thể đóng mở thủ công hoặc tự động nhằm cải thiện chất lượng che nắng, chiếu sáng và thông gió cho bên trong công trình, hoặc được bổ sung bởi các giải pháp thiết kế thụ động sử dụng năng lượng mặt trời. Hiện nay, lớp vỏ công trình phức tạp hơn, bao gồm nhiều lớp với nhiều chức năng và tích hợp các hệ thống kỹ thuật khác (như hệ thống điều khiển tòa nhà) nhằm giảm thiểu sử dụng năng lượng và thân thiện hơn với môi trường. Đây được xem như hướng đi tất yếu để hướng tới kiến trúc xanh, có thể kể đến một số lớp vỏ công trình điển hình sau:
Lớp vỏ bao phủ cây xanh
Những đô thị nén với mật độ dân cư cao, chật chội, cần rất nhiều những khoảng cây xanh. Tuy nhiên, việc cải tạo hay mở rộng đô thị cần một khối lượng tài chính khổng lồ. Các giải pháp phủ cây xanh đường phố, nóc nhà và lớp vỏ bên ngoài của công trình cũng là một xu hướng cải thiện môi trường sống và tăng diện tích cây xanh hiệu quả. Lớp vỏ công trình phủ cây xanh giảm hiện tượng đảo nhiệt đô thị, giảm thiểu sự hình thành các cơn bão do chênh lệch nhiệt độ giữa các khu vực trong đô thị, làm mát cho công trình.
Đây là xu hướng lớp vỏ công trình hướng đến tự nhiên, sử dụng chi phí, công nghệ thấp, cần lựa chọn cây xanh phù hợp với ý đồ kiến trúc của công trình hoặc quy hoạch thiết kế đô thị. Các giải pháp bảo trì lớp vỏ cây xanh nhằm đảm bảo chức năng, thẩm mỹ kiến trúc cũng là một vấn đề cần lưu ý.
Trường Đại học Công nghệ Nanyang - Singapore điển hình cho kiến trúc xanh thân thiện với môi trường
Lớp vỏ công trình tích hợp công nghệ môi trường
Lớp vỏ công trình đơn thuần kết nối một, hoặc vài công nghệ, nhưng không có sự kết nối với các hệ thống khác của tòa nhà. Lớp vỏ công trình có thể tạo ra năng lượng, thu nước mưa, hấp thụ khí Cacbonic (CO2). Một số ví dụ như: Công trình nhà ở tại Albstadt (Đức) sử dụng những tấm pin năng lượng mặt trời gắn vào những tấm chắn nắng ở lớp vỏ công trình, hoặc công trình nhà ở tương tự ở Thụy Sĩ dùng lăng kính để phản xạ ánh sáng mặt trời và vật liệu PCM để lưu trữ năng lượng.
Trung tâm EVA ở Hà Lan là một ví dụ về lớp vỏ công trình hấp thụ khí CO2 và xử lý nước. Lớp vỏ kép dạng kín của công trình này gồm hệ thống xử lý nước thải, hệ thống thu hồi nhiệt, thu năng lượng mặt trời và vườn tre odạngnhà kính trên nóc tòa nhà.
Dự án Bảo tàng giáo dục biến đổi khí hậu cho trẻ em ở Hà Nội có lớp vỏ gồm rất nhiều những tua bin gió nhỏ, tạo ra điện năng sử dụng cho công trình. Thiết kế công trình đã được đưa vào sổ tay hướng dẫn tính toán thiết kế năng lượng cho các vùng khí hậu ở Việt Nam của tổ chức Transsolar.
Tích hợp pin năng lượng mặt trời trong thiết kế kiến trúc
Lớp vỏ công trình thích ứng khí hậu
Lớp vỏ công trình thích ứng khí hậu tận dụng tối đa thông gió tự nhiên, cũng khai thác tối đa khả năng thông gió cơ khí, nhằm tạo điều kiện vi khí hậu trong nhà tốt hơn trong khi giảm thiểu tiêu thụ năng lượng. Tuy nhiên, lớp vỏ công trình loại này có những hạn chế nhất định. Các điều kiện khí hậu tự nhiên thay đổi từng phút, từ ngày cho đến đêm, mùa này sang mùa khác. Do đó, để đạt hiệu quả tốt nhất cần những hệ thống thông minh hơn cho lớp vỏ công trình.
Lớp vỏ công trình có khả năng cách nhiệt cũng đã được phát triển qua nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, với những tiến bộ khoa học kỹ thuật, nhờ các công nghệ tích hợp, lớp vỏ công trình kết nối toàn bộ hệ thống môi trường trong và ngoài nhà, có thể được điều khiển hoặc tự động hoàn toàn tùy theo nhu cầu sử dụng. Lớp vỏ bao gồm rất nhiều kết nối đến hệ thống chức năng của công trình bao gồm hệ thống điều khiển khí hậu, an ninh nhằm tối ưu hóa các yếu tố như: Tiện nghi nhiệt (độ ẩm, nhiệt độ và độ sạch của không khí), tiện nghi chiếu sáng, tiếng ồn…
Theo các chuyên gia và kiến trúc sư, hầu hết các thiết kế lớp vỏ công trình theo hướng thích ứng khí hậu tại các nước phát triển hiện nay dựa trên những dữ liệu môi trường số, được mô phỏng trên những phần mềm thiết kế môi trường cho kiến trúc, những hình dạng khác thường của công trình như xoắn hoặc gấp một phần dựa trên kết quả tính toán của phần mềm. Ngoài hình dạng, vật liệu lớp ngoài cũng dựa tên kết quả tính toán trong từng yêu cầu về môi trường cụ thể. Vật liệu được sử dụng cho lớp vỏ công trình phải đảm bảo thích ứng với các điều kiện môi trường khác nhau hơn là chỉ có chức năng đơn thuần như bao che và kết nối với các kết cấu khác.
Toà nhà Kiefer Technic Showroom - Áo có khả năng điều hoà khí hậu bên trong tòa nhà
Lớp vỏ bằng kính tiết kiệm năng lượng
Với lớp vỏ kính tiết kiệm năng lượng, nó sẽ giúp các tòa nhà tránh sự bức xạ của ánh sáng mặt trời và đồng thời tiết kiệm điện năng sử dụng của máy điều hòa bị thất thoát nhiệt làm mát từ bên trong phòng ra bên ngoài. Ngoài ra, còn để tiệt kiệm năng lượng sưởi ấm khi năng lượng từ bên trong không bị khuếch tán ra môi trường bên ngoài. Với một số tính năng này, đây thực sự là sản phẩm phù hợp cho các công trình kiến trúc xanh, tích hợp nhiều tính năng thông minh.
Bề mặt ngoài hai tòa tháp hoàn toàn bằng kính và thép
Hiện ở Việt Nam cũng đã có một số công trình sử dụng kính tiết kiệm năng lượng như Tòa nhà Thăng Long Number 1 của Viglacera, Vincom Center (TP HCM)… đều được sử dụng kính Low-E, một loại kính tiết kiệm năng lương và vật liệu xanh đang được rất nhiều các công trình và tòa nhà cao cấp trên thế giới ưa dùng. Dự án FPT Complex của FPT City cũng sử dụng hệ thống kỹ thuật mới nhất trong điều hòa cũng như thu gom hệ thống nước thải của Nhật giúp giảm 21-30% năng lượng điện, tiết kiệm khoảng 32-35% lượng nước và khoảng 20-25% chi phí năng lượng…
