Ứng dụng thiết kế thụ động và mô phỏng hiệu suất hướng tới thiết kế không gian sống khỏe mạnh

Tạp chí Kiến trúc 2 Tuần trước

Tóm tắt

Tại Việt Nam, trước bối cảnh biến đổi khí hậu và áp lực đạt mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050, những giải pháp thiết kế vừa tiết kiệm năng lượng vừa đảm bảo sức khỏe người sử dụng đang ngày trở nên cần thiết. Trong lĩnh vực thiết kế nội thất, giải pháp thiết kế thụ động đang được chú trọng, không chỉ giúp giảm tiêu thụ năng lượng, tạo điều kiện vi khí hậu mà còn cải thiện chất lượng môi trường sống trong không gian sống. Việc kết hợp thiết kế thụ động với các công cụ mô phỏng hiệu suất không chỉ giúp tối ưu hiệu quả thiết kế mà còn đảm bảo chất lượng sức khỏe trong môi trường sống. Bài viết này phân tích bối cảnh, tiềm năng ứng dụng thiết kế thụ động trong nội thất tại Việt Nam, học hỏi một số kinh nghiệm mô phỏng hiệu suất trên thế giới và chia sẻ kinh nghiệm thực tế của nhóm tác giả trong việc ứng dụng mô hình mô phỏng nhằm đề xuất giải pháp tích hợp thiết kế thụ động hướng đến sức khỏe người sử dụng.

Từ khóa: Passive design, thiết kế thụ động, chất lượng môi trường sống trong nhà, IEQ – Indooor Environmetal Quality, mô phỏng hiệu suất, nội thất bền vững, chất lượng sức khỏe trong môi trường sống, Indoor health, biến đổi khí hậu

1. Đặt vấn đề

Trước các tác động ngày càng nghiêm trọng của biến đổi khí hậu, Việt Nam đã cam kết đạt trung hòa carbon vào năm 2050, thể hiện qua tuyên bố tại COP26 (Chính phủ Việt Nam, 2021) và việc ban hành Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu (Thủ tướng Chính phủ, 2022). Ngành xây dựng, lĩnh vực tiêu thụ tới 30% năng lượng toàn cầu và phát thải 26% lượng CO2 (IEA, 2022) – là một trọng tâm cần thay đổi. Tại Việt Nam, nhu cầu làm mát chiếm hơn 25% tổng điện năng tiêu thụ, đồng thời là nguyên nhân chính gây phát thải gần 65 triệu tấn CO2 mỗi năm (VietnamNet Global, 2025). Vì lẽ đó, nhu cầu sử dụng thiết bị làm mát trong các công trình ngày càng tăng, kéo theo áp lực lên hệ thống năng lượng và các hệ lụy về sức khỏe đô thị. Trong bối cảnh đó, thiết kế thụ động được xem như chiến lược hiệu quả để giảm năng lượng tiêu thụ và tạo ra không gian sống phù hợp với mục tiêu phát triển bền vững và sức khỏe cộng đồng (UNEP, 2023).

Thiết kế thụ động (passive design) là phương pháp thiết kế khéo léo sử dụng các giải pháp tạo hình công trình dựa trên các điều kiện khí hậu để giảm hoặc loại bỏ sự phụ thuộc vào hệ thống cơ khí nhằm nâng cao chất lượng không gian sống và sức khỏe người dùng (Hasim Altan, Mona Hajibandeh, Kheira Anissa Tabet Aoul, Akash Deep, 2016; Directory). Thiết kế thụ động không chỉ dừng lại ở lớp vỏ hay cấu trúc bên ngoài, mà cần được tích hợp ngay trong bố trí không gian nội thất – nơi trực tiếp ảnh hưởng đến trải nghiệm và sức khỏe của người sử dụng trong sinh hoạt và làm việc hằng ngày.

2. Thiết kế nội thất thụ động theo khí hậu Việt Nam – Giá trị từ quá khứ đến hiện đại

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa và bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2020), thiết kế thụ động thực tế đã được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam từ lâu đời. Các công trình truyền thống như nhà năm gian Bắc Bộ, nhà rường Huế hay nhà sàn Nam Bộ từ lâu đã thể hiện tinh thần này: Sử dụng vật liệu địa phương, mái cao, thông gió chéo, bình phong giảm bức xạ… nhằm thích nghi với điều kiện nhiệt độ, độ ẩm và mưa nắng từng vùng. Mặc dù không gọi tên bằng khái niệm hiện đại, nhưng các giải pháp bố trí không gian, đồ nội thất, điều hướng gió và ánh sáng đều phản ánh tư duy thiết kế thụ động hiệu quả, mang lại sự thoải mái và thuận theo các điều kiện khí hậu địa phương.

Chất lượng môi trường trong nhà (Indoor Environmental Quality – IEQ) đã được chứng minh là ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe thể chất và tinh thần của người sử dụng (Felicia Wu, David Jacobs, Clifford Mitchell, David Miller, Meryl H. Karol, 2022). Các yếu tố như ánh sáng tự nhiên, thông gió, nhiệt độ, độ ẩm, vật liệu hoàn thiện và mức độ kết nối với thiên nhiên đều ảnh hưởng đến nhịp sinh học, giấc ngủ, năng suất lao động và trạng thái tâm lý (WHO, 2020) (IWBI, 2020):

Cải thiện IEQ có thể giảm đến 30% các triệu chứng bệnh do môi trường không gian gây ra (Fisk, Black, & Brunner, 2012);
Không gian thiết kế tốt có thể giúp giảm stress 27% và tăng sự hài lòng tới 70% (Ildiri, N., Bazille, H., Lou, Y., Hinkelman, K., Gray, W. A., & Zuo, W, 2022);
Các yếu tố như màu sắc dịu, vật liệu tự nhiên, cây xanh nội thất, ánh sáng khuếch tán… có tác dụng điều hòa cảm xúc và giảm áp lực tâm lý.

3. Kinh nghiệm mô phỏng trên thế giới về tích hợp thiết kế thụ động hướng đến sức khỏe người sử dụng trong thiết kế nội thất

a. Mô phỏng định lượng các tiêu chuẩn IEQ

Khi việc tối ưu đồng thời nhiều yếu tố chất lượng môi trường trong nhà (IEQ) ngày càng được quan tâm, năm 2023, Fathi và O’Brien đã phát triển một quy trình mô phỏng tham số nhằm đánh giá đồng thời bốn yếu tố IEQ ngay trong giai đoạn thiết kế. Trong quá trình đánh giá lựa chọn thiết kế, các chỉ số đánh giá được chuẩn hóa thành thang điểm 0–10 dựa trên tiêu chuẩn quốc tế, sau đó tổng hợp thành điểm IEQ tổng thể để so sánh các phương án. Quy trình này cho phép điều chỉnh linh hoạt các yếu tố thiết kế, giúp tối ưu hóa đồng thời nhiều khía cạnh IEQ và hỗ trợ ra quyết định thiết kế hiệu quả hơn.

b. Mô phỏng công trình và áp dụng thiết kế thụ động

Nhiều nghiên cứu mô phỏng đã chứng minh rằng các chiến lược thiết kế thụ động – như tối ưu nhiệt, sử dụng kính hai hoặc ba lớp, che nắng cố định hoặc điều chỉnh được, và tăng cường làm mát thụ động – có thể cải thiện đáng kể tiện nghi nhiệt và giảm chỉ số PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied – Tỷ lệ phần trăm người dự đoán không hài lòng) so với phương án cơ sở. Với giải pháp thiết kế hợp lý, nhiều công trình có thể đạt mức tiện nghi nhiệt cao quanh năm mà gần như không cần tiêu tốn năng lượng cho điều hòa cơ học.

Tại châu Âu, các giải pháp này đã được áp dụng rộng rãi thông qua mô phỏng trước khi triển khai, đặc biệt trong cải tạo các công trình xây dựng từ thế kỷ trước. Ví dụ một số giải pháp: Hình 1.

c. Sử dụng phần mềm Open Studio trong mô phỏng thiết kế thụ động

Một nghiên cứu tại Nigeria đã so sánh kết quả mô phỏng bằng OpenStudio với số liệu đo thực tế tại các văn phòng, cho thấy hệ số tương quan cao, khẳng định độ chính xác và độ tin cậy của công cụ (Muhammad, A. A., & Aliyu, I. G., 2021). Thí nghiệm được tiến hành bằng cách đo ba thông số chính – nhiệt độ vận hành, độ ẩm tương đối và độ chiếu sáng – tại 13 văn phòng thuộc tòa nhà Thượng viện Đại học Ahmadu Bello và tòa nhà Nagwamatse House, sau đó mô phỏng các không gian này trong SketchUp 2017 kết hợp OpenStudio (Hình 2).

4. Áp dụng mô phỏng tích hợp thiết kế thụ động hướng đến sức khỏe người sử dụng trong thiết kế nội thất trên thực tế

Trong bối cảnh thiết kế hướng tới tối ưu năng lượng và nâng cao chất lượng môi trường trong nhà (IEQ), mô phỏng hiệu suất trở thành công cụ hỗ trợ thiết kế hiệu quả. Trong bài báo này, nhóm tác giả chia sẻ kinh nghiệm cải tạo một không gian nội thất sử dụng OpenStudio để đánh giá các thông số về nhiệt độ, chiếu sáng tự nhiên và thông gió tự nhiên.

Nhóm tác giả đã mô phỏng thiết kế cải tạo một căn hộ chung cư trên thực tế có mặt thoáng hướng Tây Bắc. Không gian nội thất cần cải tạo được chia thành các vùng dựa trên phân loại bề mặt, điều kiện biên, cấu tạo, chức năng sử dụng, vùng nhiệt và tầng công trình nhằm phục vụ cho quá trình tính toán sau đó. Các yếu tố như vật liệu tường, trần, sàn, kính, diện tích, hướng cửa sổ, hay các thiết bị điện được gán dữ liệu chi tiết vào phần mềm nhằm phản ánh chính xác khả năng thông gió, truyền sáng, truyền âm, cách nhiệt… của từng bộ phận. Bên cạnh đó, mô hình cũng được thiết lập với các thông số khí hậu địa phương, lịch vận hành, cùng các dữ liệu liên quan khác nhằm đảm bảo kết quả mô phỏng có độ chính xác cao và phù hợp với điều kiện thực tế.

Thử nghiệm và so sánh nhanh các phương án thiết kế thụ động với các kịch bản được điều chỉnh trực tiếp trên mô hình, cho phép lựa chọn giải pháp tối ưu trước khi triển khai, từ đó giảm rủi ro, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng môi trường sống. Các giải pháp trong trường hợp này được bao gồm: Thiết kế hệ thống che nắng chủ động và thụ động nhằm hạn chế bức xạ nhiệt; tăng cường thông gió tự nhiên và thông gió xuyên phòng; sử dụng vật liệu phù hợp và trồng cây tại các không gian đệm như hiên, logia nhằm giảm tác động trực tiếp của thời tiết.

5. Tạm kết

Việc tích hợp thiết kế thụ động và mô phỏng hiệu suất vào quá trình thiết kế nội thất không chỉ là xu hướng tất yếu trước áp lực giảm phát thải carbon, mà còn là chiến lược then chốt để nâng cao chất lượng môi trường trong nhà và sức khỏe người sử dụng. Kinh nghiệm quốc tế và thực tiễn tại Việt Nam cho thấy, khi các yếu tố khí hậu, vật liệu, ánh sáng, thông gió và tiện nghi được tối ưu đồng thời ngay từ giai đoạn ý tưởng, không gian sống sẽ vừa tiết kiệm năng lượng vừa bền vững về mặt sức khỏe. Đây cũng là cơ sở để ngành thiết kế nội thất Việt Nam từng bước tiếp cận chuẩn mực quốc tế, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững trong kỷ nguyên trung hòa carbon.

Ths.KTS.Bùi Thị Thúy Ngọc
NTK. Hồ Phương Bảo – KTS. Nguyễn Ngọc Giang
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 10-2025)

Tài liệu tham khảo
1. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2020): Kịch bản Biến đổi khí hậu – Nhà xuất bản Tài nguyên – Môi trường và Bản đồ Việt Nam. Retrieved from http://vnmha.gov.vn/upload/files/kich-ban-bien-doi-khi-hau-phien-ban-cap-nhat-nam-2020.pdf
2. Brunoro, S (2024): Passive Envelope Measures for Improving Energy Efficiency in the Energy Retrofit of Buildings in Italy – Strategies for Building Energy Efficiency. doi:https://doi.org/10.3390/buildings14072128
3. Chính phủViệtNam (2021): Statement by H.E. Phạm Minh Chính, Prime Minister of the Socialist Republic of Viet Nam at the COP26 World Leaders Summit – United Nation. Retrieved from https://unfccc.int/sites/default/files/resource/VIET_NAM_cop26cmp16cma3_HLS_EN.pdf
4. Directory, S. (n.d.): Passive Design – Retrieved 2025, from https://energy.sustainability-directory.com/term/passive-design/
5. Fathi, A. S., & O’Brien, W (2023): A simulation-based approach for evaluating indoor environmental quality at the early design stage – Science and Technology for the Built Environment, 1-29. doi:10.1080/23744731.2023.2187611
6. Felicia Wu, David Jacobs, Clifford Mitchell, David Miller, Meryl H. Karol (2022): Improving Indoor Environmental Quality for Public Health. Environmental Health Perspectives – NIEHS (National Institute of Environmental Health Sciences). Retrieved from https://ehp.niehs.nih.gov/doi/full/10.1289/ehp.8986
7. Fisk, W., Black, D., & Brunner, G (2012): Changing ventilation rates in U.S. offices: Implications for health, work performance, energy, and associated economics – Building and Environment. doi:10.1016/j.buildenv.2011.07.001
8. Hasim Altan, Mona Hajibandeh, Kheira Anissa Tabet Aoul, Akash Deep (2016): Passive Design – Springer Tracts in Civil Engineering. doi:10.1007/978-3-319-31967-4
9. IEA (2022): Tracking Buildings – International Energy Agency. Retrieved from https://www.iea.org/energy-system/buildings#tracking
10. Ildiri, N., Bazille, H., Lou, Y., Hinkelman, K., Gray, W. A., & Zuo, W (2022): Impact of WELL certification on occupant satisfaction and perceived health, well being, and productivity: A multi office pre versus post occupancy evaluation – Building and Environment, 224, Article 109539. doi:10.1016/j.buildenv.2022.109539
11. IWBI, I. W (2020): WELL Building Standard v2. doi:https://www.wellcertified.com/certification/v2/
12. Muhammad, A. A., & Aliyu, I. G. (2021). Validation of OpenStudio simulation tool for passive indoor environmental comfort in mid-rise office buildings in temperate–dry climate of Nigeria. ResearchGate. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/357050418_Validation_of_openstudio_simulation_tool_for_passive_indoor_environmental_comfort_in_midrise_office_buildings_in_temperate_dry_climate_of_nigeria
13. Thủ tướng Chính phủ (2022): Quyết định số 896/QĐ-TTg ngày 26/7/2022 về việc phê duyệt Chiến lược quốc gia về biến đổi khí hậu đến năm 2050 – Thư viện Pháp luật. Retrieved from https://thuvienphapluat.vn/van-ban/Tai-nguyen-Moi-truong/Quyet-dinh-896-QD-TTg-2022-phe-duyet-Chien-luoc-quoc-gia-bien-doi-khi-hau-den-2050-523527.aspx
14. UNEP (2023): Key measures could slash predicted 2050 emissions from cooling sector – UN Environment Programme.
15. VietnamNet Global (2025): Vietnam advances national cooling strategy to fight emissions. VietnamNet Global – VietnamNet Global.
16. WHO, W. H (2020): Indoor air pollution and health impacts – Retrieved from https://www.who.int/health-topics/air-pollution