Ứng dụng công nghệ 4.0: chìa khóa xây dựng tối ưu năng lượng và bảo vệ môi trường

Đang có một cuộc “cách mạng” công nghệ trong xây dựng

Trong thời đại hiện nay, công nghệ luôn đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của ngành xây dựng, bao gồm cả lĩnh vực kiến trúc và quy hoạch đô thị. Xu thế mới, các công nghệ mới trên nền tảng cách mạng công nghiệp 4.0 mang đến nhiều lợi thế và tiềm năng về hiệu quả và chất lượng, bước ngoặt đổi mới trong lĩnh vực kiến trúc và quy hoạch đô thị. Tuy nhiên, cũng tiềm ẩn các nguy cơ, rủi ro. 

Nhận thấy rõ các lợi thế tích cực cũng như những rủi ro trong ứng dụng công nghệ 4.0 trong kiến trúc quy hoạch đô thị, có một định hướng và lộ trình phù hợp là điều cần thiết lúc này.

Trong quá trình phát triển đô thị bền vững, việc sử dụng năng lượng thông minh và vật liệu xanh trong thiết kế xây dựng, góp phần giảm thiểu lượng ô nhiễm phát thải ra môi trường và tiết kiệm năng lượng từ quá trình xây dựng, vận hành đến sử dụng lâu dài về sau là điều cần thiết. 

Việc tìm ra các nguồn năng lượng thông minh thay thế cho nguồn năng lượng tự nhiên đang ngày càng cạn kiệt, giúp tiết kiệm năng lượng trong quá trình vận hành công trình, cũng như các vật liệu xanh sử dụng trong quá trình thiết kế xây dựng công trình, đã tạo ra một cuộc cách mạng trong ngành xây dựng, góp phần đáng kể cho công cuộc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững trong tương lai.

Các nước phát triển trên thế giới đã ứng dụng từ rất lâu các công nghệ này trong thiết kế xây dựng, mang lại những hiệu quả đáng kể trong việc tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường. Vì thế, chúng ta cần có những giải pháp và quy định cụ thể để có thể áp dụng những công nghệ tiên tiến này tại Việt Nam.

Các công nghệ nổi bật đang được ứng dụng

Bê tông tự liền: Bê tông tự liền là vật liệu xây dựng tuyệt vời và được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới. Với sự ra đời của công nghệ này, tuổi thọ của công trình sẽ tăng lên, đồng nghĩa với việc sẽ giảm thiểu số lượng sắp thép phải sử dụng.

Aerogel - vật liệu rắn nhẹ nhất trên thế giới: Một trong những lợi ích chính của loại vật liệu này là khả năng cách nhiệt tuyệt vời, cung cấp năng lượng và tiết kiệm chi phí do giảm thất thoát không khí trong nhà. Nó cũng có khả năng cho không khí xuyên qua, chống cháy và có thể thấm cả dầu lẫn nước. Aerogel vừa có thể làm dây dẫn điện vừa có thể trở thành một chất cách điện tốt nhất từ trước tới nay khi được pha trộn với một số vật liệu khác. Trên tất cả, nó thân thiện với môi trường và có thể tái chế, tái sử dụng.

Mái lợp Thermochromi: Với xu hướng công trình xanh đang ngày một tăng lên mạnh mẽ và bức thiết, ngói lợp và tấm tôn thermochromic đã có sự lên ngôi ngoạn mục.

Công nghệ thực tế ảo - VR: Trong kiến trúc, xây dựng, VR cung cấp cho người xem những trải nghiệm không gian trực quan nhất. Công nghệ này có thể sử dụng để trình bày một dự án kiến trúc, mô phỏng 3D công trình, giúp kiến trúc sư định hình rõ hơn về thiết kế, so sánh tỷ lệ thực. Công nghệ này cũng giúp ích cho những chủ đầu tư, khách hàng có trải nghiệm trực quan và tương tác với không gian tương lai của mình.

Thiết bị công nghệ nhỏ gọn: Mặc dù tương đối mới, nhưng các sản phẩm như áo thông minh hay mũ bảo hiểm thông minh có thể góp phần biến đổi ngành công nghiệp xây dựng. Việc áp dụng công nghệ sẽ giúp thúc đẩy năng suất và hiệu quả công việc.

Công nghệ in 3D: Máy in 3D cỡ lớn được sử dụng “xây” toàn bộ căn nhà. Chúng có thể in phần khung của căn nhà: các chi tiết từ tường, khung cửa sổ, cửa đi, sàn, mái nhà,... Các phần nội, ngoại thất sẽ được hoàn thiện theo cách thông thường.

Máy móc tự cải tiến - Learning Machine: Những công nghệ này cho phép các công ty xây dựng vận hành an toàn và hiệu quả hơn, tăng tự động hóa và giảm thời gian ngừng hoạt động của thiết bị.

Phân tích dự báo dựa trên dữ liệu lớn: Sự ra đời của phân tích dự đoán là làm cho việc quản lý rủi ro trở nên dễ dàng hơn nhiều. Phần mềm phân tích dữ liệu từ các nhà thầu phụ, nhà cung cấp vật liệu, kế hoạch thiết kế và trang web để kiểm tra các yếu tố rủi ro và gắn cờ bất kỳ nguy cơ tiềm ẩn nào để tránh các vấn đề tiếp theo.

Internet vạn vật - IOT: Trong xây dựng, IoT đang được sử dụng trong nhiều cách, chẳng hạn như: Quản lý chất thải; quản lý và lập kế hoạch quản lý đô thị; quản lý môi trường; tự động hóa ngôi nhà.

Một số giải pháp sử dụng công nghệ kết hợp các giải pháp truyền thống

Khai thác đặc điểm tự nhiên, khí hậu nhằm tận dụng nguồn năng lượng có sẵn trong tự nhiên để ứng dụng năng lượng thông minh và vật liệu xanh trong xây dựng chung cư sinh thái. Đây là mô hình thích hợp cho khu vực khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, giúp tận dụng tối đa thông gió tự nhiên, chiếu sáng tự nhiên và tạo môi trường vi khí hậu tiện nghi, nâng cao chất lượng cuộc sống của các cư dân trong chung cư.

Sử dụng năng lượng thông minh năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vô hạn. 

Vô hạn có hai nghĩa, hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng mặt trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) với các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái đất.

TS.KTS. Lê Thị Bích Thuận, Viện Nghiên cứu Đô Thị & Phát triển hạ tầng 

Giải pháp kiến trúc động, linh hoạt những yếu tố khí hậu như mặt trời, gió là những yếu tố thay đổi theo giờ trong ngày và theo mùa trong năm, để công trình kiến trúc đáp ứng được những thay đổi trên của khí hậu và cả những thay đổi bất ngờ của thời tiết, cần có những giải pháp kiến trúc biến đổi linh hoạt, có thể chuyển động để thích ứng với điều kiện khí hậu hiện thời.

Sử dụng vật liệu xanh là các vật liệu được sản xuất và sử dụng theo các phương pháp thân thiện với môi trường. Tiêu chí đánh giá có thể là: Tổng năng lượng tiêu tốn trong quá trình khai thác, vận chuyển, xây dựng, sử dụng và phá dỡ; tổng lượng chất thải và các chất gây ô nhiễm phát ra trong các quá trình trên. Như vậy, một vật liệu được coi là vật liệu xanh khi tiêu tốn năng lượng thấp và ít gây ô nhiễm cho môi trường. Nói cách khác, việc sử dụng vật liệu xây dựng xanh là cách để hướng tới các giải pháp xây dựng bền vững.

Ví dụ như ở chung cư nói chung, tường ngoài là bộ phận chịu tác dụng của bức xạ mặt trời lớn nhất. Diện tích dùng kính trên mặt nhà không nên vượt quá 20 - 35%, cần phải sử dụng các vật liệu cách nhiệt trên mặt đứng công trình, kết hợp với các giải pháp che nắng. Lưu ý không bao giờ sử dụng kính 1 lớp cho nhà ở chung cư cao tầng. Cần phải sử dụng kính 2 lớp và kính màu, kính phản quang để giảm lượng bức xạ mặt trời chiếu vào nhà.

Ứng dụng các công nghệ 4.0 vào ngôi nhà giúp quản lý và vận hành dễ dàng

Ứng dụng công nghệ vào xây dựng các dự án nhà ở thông minh đang là xu hướng. Tại Việt Nam, nhà thông minh đã phát triển trong 10 năm trở lại đây. Trong giai đoạn đầu của sự phát triển nhà thông minh được xem là sản phẩm xa xỉ và chỉ phù hợp với các biệt thự hay căn hộ sang trọng, đến nay, chi phí để lắp đặt một ngôi nhà thông minh đã giảm nhiều và nó gần như phù hợp với phần lớn khách hàng. Việc lắp đặt các thiết bị cũng nhanh chóng và thuận tiện.

Ngôi nhà được giám sát an ninh tự động từ xa, tiết kiệm năng lượng thông qua hệ thống bật tắt đèn thông minh, nâng cao chất lượng cuộc sống bằng việc sử dụng công nghệ điều khiển bằng cử chỉ, bằng giọng nói… Chủ nhà có thể hưởng thụ sự tiện nghi, an toàn và hiện đại từ những giải pháp giám sát an ninh toàn diện, tự động điều khiển mành rèm, điều khiển từ xa các thiết bị gia dụng, các hệ thống đèn chiếu sáng, điều hòa nhiệt độ, hệ thống tưới cây, hệ thống giải trí… trong ngôi nhà thông minh.

Một căn hộ chung cư có thể lắp đặt hạ tầng kết nối mọi thiết bị trong dự án như hệ thống kiểm soát an ninh, thang máy, các cảm biến thông minh, máy chủ và các dịch vụ phần mềm.

Các dự án thông minh được trang bị hệ thống báo cháy, chữa cháy tự động với cảm biến cháy được lắp đặt khắp các tầng hầm, hành lang, trong từng căn hộ để phát hiện cháy, vòi phun nước tự động khi phát hiện có cháy để dập lửa. Hệ thống thông báo có cháy qua loa, chuông và qua ứng dụng di động với chỉ dẫn thoát nạn khẩn cấp khi có cháy xảy ra…

Ngành xây dựng là một trong những ngành gây ô nhiễm môi trường và tiêu tốn nhiều năng lượng nhất, kể cả trong quá trình thi công xây dựng đến vận hành công trình sau này. Ứng dụng các nguồn năng lượng thông minh, vật liệu xanh trong xây dựng nhà chung cư thông minh chính là lối thoát để bảo vệ môi trường trong quá trình đô thị hoá nhanh tại Việt Nam, đảm bảo sự phát triển của đô thị đáp ứng được nhu cầu của hiện tại mà không ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng nhu cầu của các thế hệ mai sau. Chúng ta cần hệ thống hóa các giải pháp, đưa ra nguyên tắc thiết kế và tiêu chuẩn thiết kế trong việc ứng dụng năng lượng thông minh và vật liệu xanh khi xây dựng nhà ở tại Việt Nam.

Đặc biệt, cần đưa ra thành bộ tiêu chuẩn thiết kế về sử dụng năng lượng và vật liệu trong nhà chung cư thông minh để các nhà thiết kế có thể áp dụng, cũng như làm cơ sở cho các nhà quản lý và đầu tư tham khảo khi quyết định xây dựng các công trình chung cư. 

Bên cạnh đó, ứng dụng các công nghệ 4.0 vào phát triển các dự án bất động sản giúp chủ đầu tư dễ dàng quản lý và vận hành dự án và từ đó, tác động lớn đến việc hình thành các tòa nhà trong phát triển thành phố xanh, thông minh.

TS. KTS. Lê Thị Bích Thuận

Phó Viện trưởng Viện Nghiên cứu đô thị và phát triển hạ tầng (Tổng hội Xây dựng) 

Theo Realtimes