Văn bản Tuyên bố về sự phụ thuộc lẫn nhau vì một tương lai bền vững, được thông qua tại Hội nghị kiến trúc thế giới diễn ra vào năm 1993, cho thấy rằng môi trường kiến trúc nói chung và của ngôi nhà nói riêng giữ vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự tác động tiêu cực của con người lên môi trường thiên nhiên. Các nỗ lực về mặt sinh thái trong việc tổ chức môi trường nhân tạo vào những thập kỷ gần đây chủ yếu được tập trung vào công tác trồng cây xanh tại các khu vực và các tòa nhà, hoàn thiện hệ thống kỹ thuật của nhà, giảm sự tác động của ô nhiễm lên môi trường bên trong và bên ngoài nhà. Mặc dù không đánh giá thấp vai trò của các biện pháp riêng biệt có hiệu quả vẫn cần lưu ý rằng ý tưởng tổ chức không gian kiến trúc lành mạnh mang đầy đủ các giá trị đòi hỏi thực hiện tổng thể các biện pháp có các mối quan hệ tương hỗ.
Kiến trúc sinh thái hiện đại nêu ra nhiều vấn đề như sự tương tác giữa kiến trúc với khí hậu và môi trường thiên nhiên, các đặc tính vệ sinh của ngôi nhà, sự tiện nghi của cuộc sống, cái đẹp trong sự nhận thức về các hình dáng, v.v.... Các vấn đề đó đã được nêu ra trong các tác phẩm lý thuyết và trong quá trình triển khai vào các công trình kiến trúc cụ thể của những người tiền nhiệm lịch sử của chúng ta. Nhờ áp dụng phương pháp thử và sai trong thực tiễn hàng thế kỷ mà các phương pháp tối ưu xây dựng công trình đã được nghiên cứu. Các hoạt động xây dựng mang tính truyền thống đã được triển khai nhằm tạo ra sự thích ứng của các công trình xây dựng với các điều kiện của môi trường bên ngoài. Điều đó đã được tất cả các tài liệu khảo cổ học và dân tộc học khẳng định.
Nhà ở nông thôn Belorusia được xem như nhà sinh thái. Các ngôi nhà đó được làm bằng vật liệu "lành mạnh", cấu trúc chức năng của nhà là một ví dụ về sự tổ chức cộng đồng người và vật nuôi, đó cũng là một ví dụ về việc thực hiện chu trình sinh thái tiêu thụ năng lượng và các nguồn nguyên vật liệu, đến mức hoàn hảo. Hệ thống sưởi ấm của nhà được xây dựng trên cơ sở tái sử dụng nhiệt của lò và ống khói và dựa vào các đặc tính tiết kiệm năng lượng của quy hoạch nội thất, trong đó nhà được phân chia thành các khu vực khí hậu mùa đông và mùa hè.
Đặc tính sinh thái của nhà ở nông thôn truyền thống có thể dễ dàng nhận thấy trong các nhà ở của người Yemen, trong đó thể hiện sự khác biệt giữa điều kiện tự nhiên của vùng núi Jebel và sa mạc Tihama. Nhà ở tại các điểm dân cư miền núi Yemen được xây dựng bằng đá với phòng khách bố trí trên mái bằng và các đặc điểm khí hậu khiến họ phải quan tâm đến việc chống rét. Ngược lại, khí hậu nóng của sa mạc Tihama cho phép sống trong các ngôi nhà loại nhẹ được xây dựng từ cây cọ, thảm, đất sét trong suốt thời gian của năm.
Vấn đề tương tác của kiến trúc với thiên nhiên được thể hiện trong các tác phẩm lý luận của các kiến trúc sư. Dựa trên khái niệm đường cong mặt trời do kiến trúc sư nổi tiếng La Mã Mark Pollion Vitruvius đề xuất, cho đến nay vẫn là cơ sở cho việc lập các biểu đồ hiện đại được sử dụng trong tính toán chiếu sáng tự nhiên và chống nắng cho nhà. KTS Le Corbusier đã thể hiện sự linh hoạt trong phân tích tình trạng khủng hoảng môi trường và đề xuất nhiều giải pháp nhằm khắc phục tình trạng đó, như: Các hình thức mới của mối quan hệ giữa ngôi nhà với thiên nhiên (vườn trên mái, vườn ngoài nhà); sự gắn kết của kiến trúc với con người ("Hệ tỷ lệ kiến trúc modulor"), với sự chiếu sáng ("các kiểu hình dáng được chiếu sáng"), với bức xạ mặt trời ("kết cấu ngăn bức xạ mặt trời").
Kiến trúc là một lĩnh vực hoạt động, là khoa học và nghệ thuật tổ chức không gian của các quá trình sống của con người. Nếu không gian được tổ chức phù hợp với các quy luật và các ưu tiên của môi trường thì kiến trúc đáp ứng được các yêu cầu của khái niệm "sinh thái". Kiến trúc sinh thái có ý nghĩa là giải pháp kiến trúc hợp lý dựa trên các nguyên tắc tương tác tối ưu với môi trường bên ngoài, đáp ứng được các nhu cầu sinh lý, tâm lý và xã hội của con người, hòa hợp với thiên nhiên. Khái niệm "sinh thái" bao hàm cả việc sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả và xem đó như một trong những đặc tính cấu thành. Nhà sinh thái hướng tới việc sử dụng các hệ thống thiết bị kỹ thuật như sưởi ấm, thông gió, chiếu sáng, cấp nước, thoát nước với chi phí vận hành hệ thống ở mức thấp nhất kể cả sử dụng chủ yếu các nguồn năng lượng tái tạo.
Cơ sở phương pháp luận cho các hoạt động mang tính sinh thái của người kiến trúc sư là thực hiện một tổ hợp các biện pháp nhằm bằng các công cụ kiến trúc tạo ra môi trường thân thiện với cuộc sống và an toàn cho sức khoẻ con người, bảo tồn các giá trị thiên nhiên, lịch sử - văn hoá. Các kiến trúc sư cần phải thể hiện được sự tác động của các giải pháp đó lên môi trường và các cơ thể sống, sự tương tác giữa môi trường nhân tạo và thiên nhiên.
Các nguyên tắc một khi phù hợp với các quy luật cơ bản về sinh thái sẽ là cơ sở lý thuyết cho việc hình thành kiến trúc thân thiện với môi trường, công trình kiến trúc, nội thất của công trình và khu vực liền kề.
Các quy luật cơ bản về sinh thái, cần phải được xét đến trong quá trình tổ chức môi trường kiến trúc gồm có:
- Quy luật về sự thống nhất của sinh vật: Môi trường và các sinh vật (bao gồm cả con người) đều thống nhất biện chứng với môi trường sống.
- Các quy luật sinh thái học của B. Kommoner: 1) Mọi sự vật, hiện tượng đều tồn tại trong sự gắn kết tương hỗ với nhau; 2) Vật chất tự nó không biến mất; 3) Thiên nhiên có “sự hiểu biết" tốt hơn; 4) Tất cả đều phải trả giá.
- Quy luật về sự tối ưu: Mọi hệ thống chỉ hoạt động với hiệu quả cao nhất trong một giới hạn không gian - thời gian nhất định.
- Quy luật về sự cân bằng sinh thái bên trong: Vật chất, năng lượng, thông tin và các đặc tính động học của từng hệ sinh thái tự nhiên riêng biệt và sự phân cấp của các hệ thống đó gắn kết tương hỗ chặt chẽ với nhau đến mức bất cứ sự thay đổi nào của một trong các thông số đều sẽ dẫn đến sự thay đổi về mặt định lượng của các đặc tính chức năng - cơ cấu. Sự thay đổi đó diễn ra nhằm bảo tồn tổng giá trị chất lượng của các hệ sinh thái nơi diễn ra các thay đổi đó hoặc trong sự phân cấp của các hệ thống đó.
- Quy luật về sự giảm hiệu quả sử dụng tài nguyên thiên nhiên xét về mặt năng lượng: Để thu được các sản phẩm hữu ích từ các hệ thống thiên nhiên, mức tiêu thụ năng lượng trung bình cho việc thu được một đơn vị sản phẩm ngày càng tăng hơn.
- Quy luật về giới hạn cho phép (của tác giả V. Shelford): Yếu tố giới hạn sự phát triển thịnh vượng của một cơ thể sống (một loài) có thể là sự tác động sinh thái ở mức thấp nhất hoặc cao nhất. Khoảng cách giữa hai mức giới hạn nêu trên xác định khả năng chịu đựng (dung nạp) của cơ thể sống đối với yếu tố này.
Hiệu ứng boomerang thể hiện ở chỗ thiên nhiên sau khi bị con người làm thay đổi lại tác dụng ngược lại đối với nền kinh tế và sức khoẻ của con người. Sự tác động càng mạnh, sự suy yếu của hệ thống thiên nhiên càng trầm trọng.
Các nguyên tắc cơ bản của kiến trúc sinh thái:
Nguyên tắc về tính tổng thể và sự thống nhất của hệ thống bao gồm con người, không gian và môi trường, sự tương tác mang tính hữu cơ và tính gắn kết của các yếu tố đó: Yêu cầu đó đòi hỏi xem xét công trình trên cơ sở có tính đến vai trò chi phối của tổng thể so với bộ phận.
Nguyên tắc về sự bền vững sinh thái: Đó là việc thông qua các phương tiện kiến trúc - xây dựng bảo đảm sự cân bằng sinh thái một cách năng động trong giới hạn cho phép của những thay đổi trong các mối quan hệ tương hỗ giữa con người (cộng đồng), thiên nhiên và công trình kiến trúc.
Nguyên tắc an toàn sinh thái: Đó là sự đòi hỏi bảo vệ con người và thiên nhiên trước mọi sự tác động không thuận lợi từ môi trường thiên nhiên và nhân tạo.
Nguyên tắc đánh giá trực quan các hiện tượng: Nhấn mạnh tính độc đáo của không gian sinh thái, được hình thành trong một tình huống cụ thể trong địa điểm - thời gian.
Nguyên tắc về tính tổng thể, độc lập và sự gắn kết tương quan về không gian: Mỗi cấp của hệ thống phân cấp được đặc trưng bởi một lớp các nhiệm vụ riêng biệt. Tuy nhiên, việc tổ chức hợp lý sinh thái - kiến trúc của toàn bộ phức hợp chỉ có thể đạt được thông qua sự tương tác của tất cả các bộ phận cấu thành.
Nguyên tắc thân thiện với môi trường: Nguyên tắc xác định sự ưu tiên của các biện pháp khôi phục thiên nhiên và bảo tồn thiên nhiên.
Nguyên tắc về sự tiện nghi mang tính sinh thái: Chỉ tiêu tổng hợp về sự tiện nghi mang tính sinh thái bao gồm: Sự hợp lý về chức năng, bảo đảm vệ sinh môi trường, các thông số khí hậu tối ưu, sự sạch sẽ của các thành phần môi trường không khí, sự tiện nghi về âm thanh và tiếng ồn, an toàn bức xạ, sự tiện nghi về nhận thức thị giác, chế độ chiếu sáng thích hợp, sự linh hoạt của giải pháp.
Nguyên tắc về sự hài hoà giữa môi trường kiến trúc và thiên nhiên: Nguyên tắc này phù hợp với quy luật về sự hình thành bố cục.
Nguyên tắc thích ứng: Khả năng cải biến công trình kiến trúc theo thời gian cần được xem như một khía cạnh sinh thái góp phần cải thiện các quá trình sống của con người.
Các nguyên tắc nêu trên bảo đảm sự hình thành môi trường sinh thái cân bằng trong ngôi nhà được bổ sung bằng các phương pháp cụ thể bảo đảm việc triển khai thực hiện.
Các phương pháp thiết kế công trình xanh
Phương pháp tiếp cận kiến trúc - sinh thái tổng hợp: Phân tích hệ thống cần phải được sử dụng làm cơ sở cho phương pháp luận của cách tiếp cận nêu trên do sự phân tích hệ thống giúp xem xét một cách tổng hợp và đồng bộ các tương tác không đồng nhất và đa chiều. Cách đánh giá tổng hợp về môi trường cần được sử dụng thay thế cho phương pháp đánh giá môi trường xét theo từng thông số riêng biệt về chất lượng của môi trường mà vẫn còn được sử dụng cho đến nay. Việc xem xét ngôi nhà như một hệ thống sinh thái thống nhất với các yếu tố là "con người - ngôi nhà - môi trường bên ngoài" nhằm mục tiêu xác định sự kết hợp một cách hợp lý nhất, cân bằng nhất đối với các chỉ số tối ưu của tất cả các yếu tố tạo nên hệ thống.
Với vai trò là các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến chất lượng sinh thái của công trình cần xem xét: Thực trạng quy hoạch đô thị đối với địa điểm xây dựng công trình; điều kiện khí hậu; các yếu tố thiên nhiên; các yếu tố nhân tạo và thiên nhiên không thuận lợi; các thông số nhân chủng học bảo đảm cuộc sống .
Phương pháp thiết kế theo định hướng: Áp dụng các giải pháp kiến trúc phù hợp với điều kiện khí hậu cụ thể tại địa phương và đặc điểm của thực trạng quy hoạch đô thị.
Phương pháp mô hình hóa cho phép dự báo "hành vi" của công trình kiến trúc trong môi trường thiên nhiên thực tế và giúp ngay trên giai đoạn thiết kế đã có thể cải thiện giải pháp công trình tiến tới trạng thái tối ưu.
Phương pháp tương tự là so sánh cấu trúc quy hoạch và cấu trúc hình khối - không gian của các công trình mẫu (các mẫu hình thái học) mang các đặc tính sinh thái bền vững, như: Nhà kính (theo A. V. Sikachevaya và I. I. Luchkovaya), cấu trúc chức năng tối ưu (theo G. A. Bachinskyi), không gian xanh (theo A.P. Vergunov, N. Chkhartishvili), nhà “mặt trời" (theo Davis A. , Marcus T., v.v...), các hình thức phỏng sinh học (theo Lebedev), v.v.....
Phương pháp kiến trúc sinh khí hậu hướng vào việc tìm kiếm các giải pháp thiết kế bảo đảm điều kiện tiện nghi với chi phí thấp nhất cho việc xây dựng hệ thống kỹ thuật sử dụng năng lượng không tái tạo. Khái niệm về ngôi nhà năng lượng thụ động cần được đặc biệt quan tâm.
Phương pháp luận thiết kế kiến trúc nhà sử dụng tiết kiệm năng lượng. Với mục tiêu đạt được các đặc tính cần thiết về sử dụng năng lượng một cách hiệu quả đối với các ngôi nhà đang được thiết kế, cần tiến hành nghiên cứu trước thiết kế và triển khai thiết kế theo từng giai đoạn, theo đó tác giả Prokopenko K. khuyến nghị thực hiện theo 14 giai đoạn sau: 1. Xác định loại nhà theo mức tiêu thụ năng lượng; 2. Đánh giá thực trạng khu đất xây dựng; 3. Đánh giá tình hình quy hoạch đô thị; 4. Đánh giá ảnh hưởng của khí hậu; 5. Xác định định hướng hợp lý cho ngôi nhà xét theo các hướng chiếu sáng; 6. Lựa chọn bố cục mặt bằng và vị trí bố trí ngôi nhà trên khu đất; 7. Xác định các điều kiện thuận lợi nhất cho việc lắp kính mặt trước nhà; 8. Phát triển các giải pháp quy hoạch không gian; 9. Lập phác họa của giải pháp nghệ thuật trong đồ họa ba chiều; 10. Xác định các yêu cầu đối với vỏ ngoài của ngôi nhà; 11. Xác định yêu cầu đối với giải pháp nội thất; 12. Xác định yêu cầu đối với thiết bị kỹ thuật; 13. Tính toán kiểm soát tiêu thụ năng lượng; 14. Điều chỉnh các giải pháp nghệ thuật và quy hoạch không gian hình khối.
Phương pháp thiết kế bố cục kiến trúc của ngôi nhà trên cơ sở tối ưu hóa các điều kiện nhận thức thị giác. Các điều kiện nhận thức thị giác đối với công trình cần phải trở thành đối tượng của thiết kế kiến trúc trên cùng cấp độ như đối với bản thân công trình kiến trúc. Trình tự tiến hành nghiên cứu trước thiết kế và trong quá trình thiết kế được khuyến nghị thực hiện thông qua các giai đoạn như sau: 1. Xác định các đặc tính ban đầu của không gian quy hoạch đô thị trong đó đối tượng thiết kế dự kiến sẽ được xây dựng; 2. Xác định các vị trí nơi nhiều khả năng sự nhận thức thị giác bởi người quan sát sau này sẽ có thể diễn ra đối với công trình; 3. Xác định kích thước của các điểm bố cục, kích thước của các bộ phận, mức độ tương phản, quy mô tỷ lệ, mức độ bão hòa màu của màu sắc và các thủ thuật bố cục khác; 4. Phát triển các mô hình bố cục lý thuyết mà ý nghĩa như nhau đối với một tình huống cụ thể. Khảo sát "khung hình" với tư cách là một yếu tố bố cục của nhà: Sự xuất hiện và sự tương quan trong “khung hình” của các hình vẽ mặt bằng của việc xây dựng công trình kiến trúc xét ở phạm vi gần, trung bình và xa; sự tương quan và tương tác trong “khung hình” đối với hình khối kiến trúc và môi trường thiên nhiên xung quanh; sự lựa chọn các thủ thuật bố cục tùy thuộc vào mặt bằng nhận thức; 5. Căn cứ vào bản vẽ quy hoạch mặt bằng và mặt trước của ngôi nhà để xác định “lưới hiển thị thị giác”, có tính đến sự quan sát từ các điểm quan sát cố định, góc quan sát và xếp chồng lưới lên hình ảnh thể hiện mặt trước nhà theo tỷ lệ; 6. Xác định các yếu tố của mặt trước ngôi nhà nằm trong bức tranh thị giác, kích thước của các yếu tố và khoảng cách giữa các yếu tố đó; 7. Kiểm tra kết quả nhận thức thị giác đối với nhịp điệu xây dựng bố cục tùy theo hướng nhận thức (mặt trước hoặc theo góc nhìn mở rộng), khoảng cách giữa người quan sát và công trình và xác định góc quan sát theo phương pháp của Sereduk I. I.; 8. Lập giải pháp mặt trước công trình một cách linh hoạt, tùy theo điều kiện chiếu sáng tự nhiên thực tế đối với mặt trước trong bối cảnh quy hoạch đô thị cụ thể.
Công tác thiết kế kiến trúc được thực hiện một cách có cơ sở có thể tác động mạnh mẽ đến việc khôi phục cân bằng sinh thái và bảo đảm chất lượng sống cho dân cư, đồng thời bảo tồn và thậm chí cải thiện tình trạng của môi trường thiên nhiên. Tuy nhiên, hiện nay phương pháp tiếp cận sinh thái còn chưa được áp dụng rộng rãi trong quá trình thiết kế kiến trúc. Một trong những vấn đề cấp thiết nảy sinh từ thực tế hình thành môi trường kiến trúc là thiếu phương pháp tiếp cận tổng hợp giải quyết các vấn đề, thực trạng đó làm giảm tiện nghi sống. Một trong những cách giúp vượt qua tính ỳ trong tư duy phi sinh thái của các kiến trúc sư là triển khai nghiên cứu và học tập các nguyên tắc và phương pháp tạo dựng môi trường kiến trúc có cơ sở sinh thái và tiết kiệm năng lượng, sau đó tích cực áp dụng các nguyên tắc và phương pháp đó vào thực tiễn thiết kế kiến trúc.
Nguồn: Cổng thông tin Kiến trúc - xây dựng Belorusia, 12/2016
ND: Huỳnh Phước