Thiết kế nhà khỏe: Thụ động và mô phỏng tối ưu không gian sống

Trong bối cảnh Việt Nam hướng tới mục tiêu trung hòa carbon 2050 và ứng phó biến đổi khí hậu, thiết kế nội thất cần ưu tiên tối ưu hiệu quả năng lượng và bảo vệ sức khỏe người dùng. Thiết kế thụ động là phương pháp hiệu quả, không chỉ giảm tiêu thụ năng lượng mà còn tạo lập vi khí hậu lý tưởng và nâng cao chất lượng môi trường sống trong nhà (IEQ). Việc kết hợp thiết kế thụ động với các công cụ mô phỏng hiệu suất mang lại tiềm năng lớn để tối ưu hóa các giải pháp thiết kế một cách khoa học và chính xác. Bài viết phân tích kinh nghiệm quốc tế và chia sẻ trải nghiệm thực tế của nhóm tác giả trong việc áp dụng mô hình mô phỏng để đề xuất giải pháp tích hợp cho căn hộ thực tế. Cách tiếp cận này giúp giảm rủi ro, tiết kiệm chi phí và là nền tảng vững chắc cho ngành thiết kế nội thất Việt Nam hướng tới sự bền vững và chất lượng sức khỏe toàn diện.

Tóm tắt

Trong bối cảnh Việt Nam đẩy mạnh mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050 và ứng phó với biến đổi khí hậu, việc phát triển các giải pháp thiết kế đồng thời tối ưu hiệu quả năng lượng và bảo vệ sức khỏe người sử dụng trở nên cấp thiết. Đặc biệt trong lĩnh vực thiết kế nội thất, phương pháp thiết kế thụ động đang nhận được sự quan tâm lớn, không chỉ bởi khả năng giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và tạo lập vi khí hậu lý tưởng, mà còn góp phần nâng cao chất lượng môi trường sống. Sự kết hợp giữa thiết kế thụ động và công cụ mô phỏng hiệu suất mang lại tiềm năng lớn để tối ưu hóa các giải pháp thiết kế, đồng thời đảm bảo chất lượng sức khỏe trong không gian sống. Bài viết này sẽ đi sâu phân tích bối cảnh, tiềm năng ứng dụng thiết kế thụ động trong nội thất tại Việt Nam, đồng thời đúc rút kinh nghiệm từ các nghiên cứu mô phỏng hiệu suất quốc tế và chia sẻ trải nghiệm thực tế của nhóm tác giả trong việc ứng dụng mô hình mô phỏng để đề xuất các giải pháp tích hợp, hướng tới 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 những diễn biến phức tạp và hệ lụy ngày càng nghiêm trọng của biến đổi khí hậu, Việt Nam đã khẳng định cam kết mạnh mẽ đạt mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050 thông 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, vốn chiếm tới 30% tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu và chịu trách nhiệm cho 26% lượng phát thải CO2 (IEA, 2022), đang đứng trước yêu cầu cấp bách phải chuyển đổi. Tại Việt Nam, nhu cầu làm mát chiếm hơn 25% tổng lượng điện năng tiêu thụ, kéo theo phát thải gần 65 triệu tấn CO2 mỗi năm (VietnamNet Global, 2025). Tình trạng này không chỉ gia tăng áp lực lên hệ thống năng lượng mà còn gây ra những hệ lụy đáng lo ngại cho sức khỏe đô thị. Trong bối cảnh đó, thiết kế thụ động nổi lên như một chiến lược hiệu quả, không chỉ giúp giảm thiểu tiêu thụ năng lượng mà còn kiến tạo nên những không gian sống hài hòa với mục tiêu phát triển bền vững và nâng cao sức khỏe cộng đồng (UNEP, 2023).

Thiết kế thụ động (passive design) là phương pháp kiến trúc tinh tế, tận dụng các yếu tố tự nhiên và điều kiện khí hậu để định hình công trình, từ đó giảm hoặc loại bỏ sự phụ thuộc vào các hệ thống cơ khí, đồng thời tối ưu hóa chất lượng không gian sống và sức khỏe người dùng (Hasim Altan, Mona Hajibandeh, Kheira Anissa Tabet Aoul, Akash Deep, 2016; Directory). Khái niệm thiết kế thụ động không chỉ giới hạn ở lớp vỏ hay cấu trúc bên ngoài của công trình, mà cần được tích hợp xuyên suốt vào từng chi tiết bố trí không gian nội thất – nơi trực tiếp định hình trải nghiệm và tác động đến sức khỏe của cư dân trong sinh hoạt và làm việc hàng ngày.

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

Dưới điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa đặc trưng và trước bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp (Bộ Tài nguyên và Môi trường, 2020), thiết kế thụ động đã là một phần không thể thiếu trong kiến trúc truyền thống Việt Nam từ bao đời nay. Các công trình cổ điển như nhà năm gian Bắc Bộ, nhà rường Huế hay nhà sàn Nam Bộ đều là minh chứng sống động cho tinh thần này: chúng tận dụng vật liệu địa phương, kết cấu mái cao, hệ thống thông gió chéo tự nhiên, hay bình phong chắn bức xạ mặt trời… nhằm thích nghi một cách khéo léo với nhiệt độ, độ ẩm và cường độ mưa nắng tại từng vùng. Dù chưa được gọi tên bằng những thuật ngữ hiện đại, nhưng những giải pháp bố trí không gian, lựa chọn đồ nội thất, hay cách điều hướng gió và ánh sáng tự nhiên đều thể hiện một tư duy thiết kế thụ động hiệu quả, mang lại sự thoải mái tối ưu và hài hòa với điều kiện khí hậu bản địa.

Chất lượng môi trường trong nhà (Indoor Environmental Quality – IEQ) được khoa học chứng minh có mối liên hệ mật thiết và 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, hệ thống thông gió, nhiệt độ, độ ẩm, vật liệu hoàn thiện nội thất và mức độ kết nối với thiên nhiên đều là những thành tố quan trọng tác động đến nhịp sinh học, chất lượng giấc ngủ, năng suất làm việc và trạng thái tâm lý (WHO, 2020) (IWBI, 2020):

• Việc cải thiện IEQ có khả năng giảm đến 30% các triệu chứng bệnh tật liên quan đến môi trường không gian (Fisk, Black, & Brunner, 2012);
• Một không gian được thiết kế tối ưu có thể góp phần giảm thiểu căng thẳng lên đến 27% và nâng cao mức độ 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 nhẹ, vật liệu tự nhiên, sự hiện diện của cây xanh nội thất và ánh sáng khuếch tán đều có vai trò quan trọng trong việc điều hòa cảm xúc và xoa dịu 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

Với sự gia tăng tầm quan trọng của việc tối ưu hóa đồng thời nhiều yếu tố chất lượng môi trường trong nhà (IEQ), Fathi và O’Brien vào năm 2023 đã tiên phong phát triển một quy trình mô phỏng tham số tiên tiến. Quy trình này cho phép đánh giá đồng thời bốn yếu tố IEQ ngay từ giai đoạn thiết kế ban đầu. Trong quá trình đánh giá và lựa chọn phương án, các chỉ số hiệu suất được chuẩn hóa trên thang điểm 0–10 theo tiêu chuẩn quốc tế, sau đó tổng hợp thành điểm IEQ tổng thể, tạo cơ sở khách quan để so sánh các phương án thiết kế. Quy trình này không chỉ mang lại khả năng điều chỉnh linh hoạt các yếu tố thiết kế mà còn giúp tối ưu hóa đa chiều các khía cạnh IEQ, từ đó hỗ trợ đưa ra quyết định thiết kế hiệu quả và sáng suốt hơn.

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

Nhiều nghiên cứu mô phỏng đã cung cấp bằng chứng rõ ràng rằng các chiến lược thiết kế thụ động—bao gồm tối ưu hóa hiệu suất nhiệt, sử dụng hệ thống kính hai hoặc ba lớp, tích hợp các giải pháp che nắng cố định hoặc điều chỉnh được, và tăng cường làm mát tự nhiên—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 các phương án cơ sở. Với việc áp dụng các giải pháp thiết kế hợp lý, nhiều công trình có thể duy trì mức tiện nghi nhiệt cao quanh năm mà gần như không cần đến sự can thiệp của hệ thống điều hòa cơ học, từ đó tối ưu hóa hiệu quả năng lượng.

Tại châu Âu, các giải pháp tiên tiến này đã được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong các dự án cải tạo những công trình xây dựng từ thế kỷ trước, với việc mô phỏng được thực hiện kỹ lưỡng trước khi triển khai. Hình 1 minh họa một số ví dụ điển hình về các giải pháp được áp dụng.

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

Một nghiên cứu điển hình tại Nigeria đã thực hiện so sánh đối chiếu giữa kết quả mô phỏng bằng OpenStudio và số liệu đo đạc thực tế tại các văn phòng. Kết quả cho thấy hệ số tương quan cao, khẳng định mạnh mẽ độ chính xác và độ tin cậy của công cụ này (Muhammad, A. A., & Aliyu, I. G., 2021). Thí nghiệm được tiến hành bằng cách đo lường ba thông số môi trường 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, các không gian này được mô phỏng chi tiết trong môi trường SketchUp 2017 kết hợp với 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 kiến trúc đang dịch chuyển mạnh mẽ theo hướng tối ưu năng lượng và nâng cao chất lượng môi trường sống trong nhà (IEQ), mô phỏng hiệu suất đã trở thành một công cụ hỗ trợ thiết kế không thể thiếu, mang lại hiệu quả vượt trội. Trong khuôn khổ bài báo này, nhóm tác giả sẽ trình bày kinh nghiệm thực tiễn trong việc cải tạo một không gian nội thất, sử dụng phần mềm OpenStudio để phân tích và đánh giá chuyên sâu các thông số quan trọng như nhiệt độ, chiếu sáng tự nhiên và thông gió tự nhiên.

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

Việc thử nghiệm và so sánh nhanh chóng các phương án thiết kế thụ động thông qua các kịch bản được điều chỉnh trực tiếp trên mô hình đã chứng minh hiệu quả vượt trội. Quá trình này không chỉ cho phép lựa chọn giải pháp tối ưu trước khi triển khai, mà còn giảm thiểu đáng kể rủi ro, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng môi trường sống một cách toàn diện. Trong trường hợp cụ thể này, các giải pháp được áp dụng 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 bố trí cây xanh tại các không gian đệm như hiên, logia để giảm thiểu tác động trực tiếp từ điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

5. Tạm kết

Việc tích hợp thiết kế thụ động và mô phỏng hiệu suất vào quy trình thiết kế nội thất không chỉ là một xu hướng tất yếu trước áp lực giảm phát thải carbon, mà còn là một chiến lược then chốt để nâng cao vượt trội chất lượng môi trường sống trong nhà và sức khỏe toàn diện của người sử dụng. Những kinh nghiệm quý báu từ quốc tế và thực tiễn triển khai tại Việt Nam đã chứng minh rằng, khi các yếu tố về khí hậu, vật liệu, ánh sáng, thông gió và tiện nghi được tối ưu hóa đồng thời ngay từ giai đoạn khởi tạo ý tưởng, không gian sống sẽ đạt được cả hiệu quả tiết kiệm năng lượng lẫn sự bền vững về sức khỏe. Đây chính là nền tảng vững chắc để ngành thiết kế nội thất Việt Nam tiến bước, từng bước tiếp cận các chuẩn mực quốc tế, đồng thời hiện thực hóa mục tiêu phát triển bền vững trong kỷ nguyên trung hòa carbon đầy thách thức.

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