Đồ án Nghiên cứu thiết kế mô hình nhà ở sinh thái dựa trên nguyên tắc tiết kiệm năng lượng và tận dụng các nguồn tài nguyên tái tạo

Trong năm 2002, Trung tâm dự kiến sẽ đưa 750 BTL vào sử dụng ở các xã huyện Núi Thành và triển khai ứng dụng ở các khu ngư dân ven biển để họ có thể nấu nước, cơm và thức ăn khi ra khơi bằng NLMT . 2.2.3.4 Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT Hình 2.14 Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT Thiết bị chưng cất nước thường có 2 loại: loại nắp kính phẳng có chi phí cao (khoảng 23 USD/m2), tuổi thọ khoảng 30 năm, và loại nắp plastic có chi phí rẻ hơn nhưng hiệu quả chưng cất kém hơn. Ở Việt Nam đã có đề tài nghiên cứu triển khai ứng dụng thiết bị chưng cất nước NLMT dùng để chưng cất nước ngọt từ nước biển và cung cấp nước sạch dùng cho sinh hoạt ở những vùng có nguồn nước ô nhiễm với thiết bị chưng cất nước NLMT có gương phản xạ đạt được hiệu suất cao tại khoa Công nghệ Nhiệt Điện lạnh-Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng. 2.2.3.5 Động cơ Stirling chạy bằng NLMT Hình 2.15 Động cơ Stirling dùng NLMT Ứng dụng NLMT để chạy các động cơ nhiệt - động cơ Stirling ngày càng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi dùng để bơm nước sinh hoạt hay tưới cây ở các nông trại. Ở Việt Nam động cơ Stirling chạy bằng NLMT cũng đã được nghiên cứu chế tạo để triển khai ứng dụng vào thực tế. Như động cơ Stirling, bơm nước dùng năng lượng mặt trời. Hình 2.16 Bơm nước chạy bằng NLMT Hình 2.17 Hệ thống cung cấp nước nóng dùng NLMT Ứng dụng đơn giản, phổ biến và hiệu quả nhất hiện nay của NLMT là dùng để đun nước nóng. Các hệ thống nước nóng dùng NLMT đã được dùng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam hệ thống cung cấp nước nóng bằng NLMT đã và đang được ứng dụng rộng rãi ở Hà Nội, Thành phố HCM và Đà Nẵng. Các hệ thống này đã tiết kiệm cho người sử dụng một lượng đáng kể về năng lượng, góp phần rất lớn trong việc thực hiện chương trình tiết kiệm năng lượng của nước ta và bảo vệ môi trường chung của nhân loại. Hệ thống cung cấp nước nóng dùng NLMT hiện nay ở Việt nam cũng như trên thế giới chủ yếu dùng bộ thu cố định kiểu tấm phẳng hoặc dãy ống có cánh nhận nhiệt, với nhiệt độ nước sử dụng 600C thì hiệu suất của bộ thu khoảng 45%, còn nếu sử dụng ở nhiệt độ cao hơn thì hiệu suất còn thấp. 2.2.3.6 Thiết bị làm lạnh và điều hoà không khí dùng NLMT Hình 2.18 Tủ lạnh dùng pin mặt trời Trong số những ứng dụng của NLMT thì làm lạnh và điều hoà không khí là ứng dụng hấp dẫn nhất vì nơi nào khí hậu nóng nhất thì nơi đó có nhu cầu về làm lạnh lớn nhất, đặc biệt là ở những vùng xa xôi héo lánh thuộc các nước đang phát triển không có lưới điện quốc gia và giá nhiên liệu quá đắt so với thu nhập trung bình của người dân. Với các máy lạnh làm việc trên nguyên lý biến đổi NLMT thành điện năng nhờ pin mặt trời (photovoltaic) là thuận tiện nhất, nhưng trong giai đoạn hiện nay giá thành pin mặt trời còn quá cao. Ngoài ra các hệ thống lạnh còn được sử dụng NLMT dưới dạng nhiệt năng để chạy máy lạnh hấp thụ, loại thiết bị này ngày càng được ứng dụng nhiều trong thực tế, tuy nhiên hiện nay các hệ thống này vẫn chưa được thương mại hóa và sử dụng rộng rãi vì giá thành còn rất cao và hơn nữa các bộ thu dùng trong các hệ thống này chủ yếu là bộ thu phẳng với hiệu suất còn thấp (dưới 45%) nên diện tích lắp đặt bộ thu cần rất lớn chưa phù hợp với yêu cầu thực tế. Ở Việt Nam cũng đã có một số nhà khoa học nghiên cứu tối ưu hoá bộ thu năng lượng mặt trời kiểu hộp phẳng mỏng cố định có gương phản xạ để ứng dụng trong kỹ thuật lạnh, với loại bộ thu này có thể tạo được nhiệt độ cao để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ, nhưng diện tích mặt bằng cần lắp đặt hệ thống cần phải rộng. Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng. Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng mặt trời là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng, không những đối với những nước phát triển mà ngay cả với những nước đang phát triển. Năng lượng mặt trời (NLMT)- nguồn năng lượng sạch và tiềm tàng nhất - đang được loài người thực sự đặc biệt quan tâm. Do đó việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế là vấn đề có tính thời sự. Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8” Bắc đến 23” Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100-175 kcal/cm1.năm (4,2 -7,3GJ/m2năm) do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam hiện nay chủ yếu là hệ thống cung cấp điện dùng pin mặt trời, hệ thống nấu cơm có gương phản xạ và đặc biệt là hệ thống cung cấp nước nóng kiểu tấm phẳng hay kiểu ống có cánh nhận nhiệt. Nhưng nhìn chung các thiết bị này giá thành còn cao, hiệu suất còn thấp nên chưa được người dân sử dụng rộng rãi. Hơn nữa, do đặc điểm phân tán và sự phụ thuộc vào các mùa trong năm của NLMT, ví dụ: mùa đông thì cần nước nóng nhưng NLMT ít, còn mùa hè không cần nước nóng thì nhiều NLMT do đó các thiết bị sử dụng NLMT chưa có tính thuyết phục. Sự mâu thuẫn đó đòi hỏi chúng ta cần chuyển hướng nghiên cứu dùng NLMT vào các mục đích khác thiết thực hơn như: chưng cất nước dùng NLMT, dùng NLMT chạy các động cơ nhiệt (động cơ Stirling), nghiên cứu hệ thống điều hòa không khí dùng NLMT... Hệ thống lạnh hấp thụ sử dụng NLMT là một đề tài hấp dẫn có tính thời sự đã và đang được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước nghiên cứu, nhưng vấn đề sử dụng bộ thu NLMT nào cho hiệu quả và thực tế nhất thì vẫn còn là một đề tài cần phải nghiên cứu, vì với các bộ thu kiểu tấm phẳng hiện nay 1000C thì hiệu suất rất thấp (nếu sử dụng ở nhiệt độ cao 80 <45%) do đó cần có một mặt bằng rất lớn để lắp đặt bộ thu cho một hệ thống điều hòa không khí bình thường. Vấn đề sử dụng NLMT đã được các nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm. Mặc dù tiềm năng của NLMT rất lớn, nhưng tỷ trọng năng lượng được sản xuất từ NLMT trong tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới vẫn còn khiêm tốn. Nguyên nhân chính chưa thể thương mại hóa các thiết bị và công nghệ sử dụng NLMT là do còn tồn tại một số hạn chế lớn chưa được giải quyết : Giá thành thiết bị còn cao: vì hầu hết các nước đang phát triển và kém phát triển là những nước có tiềm năng rất lớn về NLMT nhưng để nghiên cứu và ứng dụng NLMT lại đòi hỏi vốn đầu tư rất lớn, nhất là để nghiên cứu các thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí bằng NLMT cần chi phí quá cao so với thu nhập của người dân ở các nước nghèo. Hiệu suất thiết bị còn thấp: nhất là các bộ thu năng lượng mặt trời dùng để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thu cần nhiệt độ cao trên 850C thì các bộ thu phẳng đặt cố định bình thường có hiệu suất rất thấp, do đó thiết bị lắp đặt còn cồng kềnh chưa phù hợp với nhu cầu lắp đặt và về mặt thẩm mỹ. Các bộ thu có gương parabolic hay máng parabolic trụ phản xạ bình thường thì thu được nhiệt độ cao nhưng vấn đề định vị hướng hứng nắng theo phương mặt trời rất phức tạp nên không thuận lợi cho việc vận hành. Việc triển khai ứng dụng thực tế còn hạn chế: về mặt lý thuyết, NLMT là một nguồn năng lượng sạch, rẻ tiền và tiềm tàng, nếu sử dụng nó hợp lý sẽ mang lại lợi ích kinh tế và môi trường rất lớn. Việc nghiên cứu về lý thuyết đã tương đối hoàn chỉnh. Song trong điều kiện thực tiễn, các thiết bị sử dụng NLMT lại có quá trình làm việc không ổn định và không liên tục, hoàn toàn biến động theo thời tiết, vì vậy rất khó ứng dụng ở quy mô công nghiệp. Đặc biệt là trong kỹ thuật lạnh và điều tiết không khí, vấn đề nghiên cứu đưa ra bộ thu năng lượng mặt trời để cấp nhiệt cho chu trình máy lạnh hấp thụ đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nhằm đưa ra bộ thu hoàn thiện và phù hợp nhất để có thể triển khai ứng dụng rộng rãi vào thực tế. Năng lượng gió Khái niệm Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển của trái đất. Gió được sinh ra là do nguyên nhân mặt trời đốt nóng khí quyển. Vì vậy năng lượng gió là hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Phân loại và ứng dụng Các thông số chính: Kết hợp MF gió công suất 150 – 300 W cùng với giàn năng lượng mặt trời, Tuabin gió 3 cánh làm bằng gỗ hoặc Composite, cột tháp: 3 – 4 chân, cột đơn có dây néo, MF không cần hợp số, điện áp ra DC. Hình 2.19 Mô hình hệ thống phát điện gió gia đình Các thông số:. Kết hợp MF gió công suất một vài kW với giàn năng lượng mặt trời hoặc MF điện Diezel, điện phát ra đưa lên lưới 220V. Hình 2.20 Mô hình hệ thống phát điện gió cụm dân cư Năng lượng sinh khối Khái niệm Là năng lượng thu được từ các phụ phẩm Nông Nghiệp, chất thải có nguồn gốc hữu cơ. Hình 2.21 Những con đường biến đổi sinh khối Ứng dụng Sản xuất điện từ sinh khối: điện từ rác thải, nước thải, điện sinh học. Làm nhiên liệu từ sinh khối: sản xuất viên nhiên liệu, lên men sản xuất khí sinh học ( Biogas, Ethanol, Methanol), làm nhà máy điện sinh khối. Hình 2.22 Hầm BIOGAS Hình 2.23 Thanh nhiên liệu từ sinh khối Tiềm năng năng lượng tái tạo tại Việt Nam Vùng Giờ nắng trong năm Bức xạ ( Kcal/cm2/năm) Ứng dụng Đông Bắc 1500 – 7000 100 – 125 Thấp Tây Bắc 150 – 1900 125 – 150 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 140 – 160 Tốt Tây Nguyên và Nam Trung Bộ 2000 – 2600 150 – 175 Rất tốt Nam Bộ 2200 – 2500 130 – 150 Rất tốt Trung bình cả nước 1700 - 2500 100 – 175 Tốt Năng lượng mặt trời Bảng 2.1 Số liệu về bức xạ năng lượng mặt trời tại Việt Nam (Nguồn: Khoa Điện – Điện Tử, Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo, 2008, NXB Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật) Thủy Điện Nhỏ Tồng tiềm năng thủy điện nhỏ được xác định khoảng 1800 – 2000 MW. Trong đó: Loại công suất 0.1 – 10 MW có 500 trạm, tổng công suất tương đương 1400 – 1800 MW chiếm hơn 80 % tổng điện năng thủy điện nhỏ. Loại công suất < 100 KW có khoảng 2500 trạm với tổng công suất tương đương 100 – 200 MW chiếm 7 – 10% tồng thủy điện nhỏ. Loại công suất < 5kW đã được khai thác sử dụng rộng rãi. Năng lượng gió Những khu vực có tiềm năng lớn như: dọc bờ biển trên các đảo, các khu vực có gió địa hình. Vận tốc gió trung bình năm khoảng 2-7.5 m/s ( độ cao 10 – 12 m), dọc bờ biển và các đảo có vận tốc gió 4.5 - 7.5 m/s, có mật độ gió trung bình từ 800 – 4500 kWh/m2. Khu vực có năng lượng gió tốt nhất: Bạch Long Vĩ, Trường Sa, Ninh Thuận,… Năng lượng sinh khối Tổng trữ lượng 70 – 80 tấn/ năm. Trong đó: gỗ là 25 triệu tấn chiếm 33%, phế phẩm công lâm nông nghiệp 54 triệu tấn chiếm khoảng 67 %. Nguồn: có hai nguồn quan trọng trấu và bã mía. Trấu 100 nhà máy xây 6.5 triệu tấn/ năm gần 75-100MW điện, hiện chỉ sử dụng cho 7 -9 % cho thủ công, đun nấu. Bã mía 43 nhá máy đường, 4.5 triệu tấn/ năm gần 200 – 250 MW điện, 80% đã dùng phát điện. Biểu đồ 2.1 Trữ lượng dầu tương đương trong một năm từ các phụ phẩm nông nghiệp (Nguồn: Khoa Điện – Điện Tử, Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo, 2008, NXB Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật) Khí sinh học Bảng 2.2 Tiềm năng khí sinh học Nguồn nguyên liệu Tiềm năng (triệu m3) Dầu tương đương (triệu TOE) Tỷ lệ % Phụ phẩm cây trồng 1788,973 0,894 36,7 Rơm rạ 1470,133 0,735 30,2 Phụ phẩm các cây trồng khác 318,840 0,109 6,5 Chất thải của gia súc 3055,678 1,528 63,3 Trâu 441,438 0,221 8,8 Bò 495,864 0,248 10,1 Lợn 2118,376 1,059 44,4 Tổng 4844,652 2,422 100 (Nguồn: Khoa Điện – Điện Tử, Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo, 2008, NXB Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật) Tổng tiềm năng 10.000 triệu tấn m3/năm. Trong đó: từ người là 623 triệu m3/năm, chiếm 6,3%, từ gia súc là 3.062 triệu m3/năm chiếm 31%, phế thải khác là 6.269 triệu m3/năm chiếm 63% đang phát triển mạnh mẽ ở nước ta. Năng lượng địa nhiệt Có hơn 300 nguồn nước nóng nhiệt độ từ 30 – 1500C. Trong đó Tây Bắc là 78 nguồn chiếm 26%, trung bộ 73 nguồn chiếm 20%, Nam trung bộ 61% nguồn nhiệt ở nhiệt độ cao, tiềm năng 200-400mW mới được nghiên cứu khai khác. Biểu đồ 2.2 Tỷ lệ phần trăm số nguồn nước nóng của từng vùng Do vậy tiềm năng năng lượng tái tạo tại Vệt Nam vô cùng phong phú được thống kế như sau: Bảng 2.3 Tổng kết tài nguyên năng lượng tái tạo tại Việt Nam STT LOẠI VỊ TRÍ CÔNG SUẤT ĐƠN VỊ Năng lượng mặt trời 1 Bức xạ mặt trời trung bình 5 kWh/m2/ngày. 2 Số giờ nắng trung bình 2000 đến 5000 h/năm Năng lượng gió 1 Năng lượng gió Trên các đảo 800 đến 1400 kWh/m2/năm 2 Khu vực duyên hải trung bộ 500 đến 1000 kWh/m2/năm 3 Các cao nguyên và vùng nhỏ hơn 500 kWh/m2/năm Năng lượng sinh khối 1 Dầu 43 đến 46 Triệu TOE/năm 2 Khí sinh học 10 Tỷ m3/ năm 3 Biogas 0,4 Triệu TOE/năm Năng lượng thủy điện 1 Thủy điện nhỏ 4000 MW 2 Thủy điện nhỏ và cực nhỏ Vùng núi phía bắc, Miền Trung và Tây Nguyên 2900 MW (Nguồn: Khoa Điện – Điện Tử, Bài Giảng Năng Lượng Tái Tạo, 2008, NXB Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật). CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH NHÀ Ở SINH THÁI TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG GIẢI PHÁP KIẾN TRÚC HIỆN ĐẠI TRONG NHÀ Ở SINH THÁI MÔ HÌNH NHÀ Ở SINH THÁI TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRÊN THẾ GIỚI 2.1 NHÀ MẶT TRỜI 2.2 NHÀ VÒM 2.3 NHÀ LẮP RÁP HIỆN TRẠNG NHÀ Ở SINH THÁI TẠI VIỆT NAM HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI VIỆT NAM CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH NHÀ Ở SINH THÁI TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG 3.1 Giải pháp kiến trúc hiện đại trong nhà ở sinh thái Hiện nay theo xu hướng của thế giới, kiến trúc nhà ở sinh thái không chỉ phụ thuộc vào các giải pháp kiến trúc và giải pháp kỹ thuật cho bản thân ngôi nhà mà còn phụ thuộc nhiều hơn bởi cục diện mang tính vĩ mô. Dựa vào những ưu việt của thiên nhiên, những giải pháp kiến trúc hiện đại của con người đã kéo được thiên nhiên lại gần như: trồng cỏ trên mái nhà, đưa thiên nhiên vào nhà, đưa gió vào công trình,… 3.1.1 Trồng cỏ trên mái nhà Mô hình: Hình 3.2 Cấu trúc vật liệu trồng cỏ trên mái nhà Hình 3.1 Trồng cỏ trên mái nhà Kỹ thuật trồng cỏ: LỚP THẤM NƯỚC LỚP GIỮ NƯỚC TRẦN NHÀ MÀNG CHỐNG THẤM CỎ LỚP ĐẤT Hình 3.3 Kỹ thuật trồng cỏ 3.1.2 Đưa gió vào công trình Mô hình: Hình 3.4 Hướng gió vào nhà Hướng gió thông thoáng đi qua các phòng khách, học, làm việc và ra ngoài qua cửa chính, cửa sổ, cửa mái, tránh đi qua phòng ngủ. 3.1.3 Lam che nắng, lấy sáng cho công trình Hình 3.5 Trụ sở Gazprom (nga) Được xây dựng dựa trên nguyên tắc tận dụng tối đa nguồn sáng từ mặt trời, sử dụng hệ thống kính chiếu sáng, tăng cường độ chiếu sáng tối đa vào ban ngày và tiết kiệm điện năng vào ban đêm. Một số mô hình nhà ở sinh thái tiết kiệm năng lượng Những căn nhà thú vị nhất đang được xây dựng ngày nay rất tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường. 3.2.1 Nhà mặt trời (Solar House) Dù chỉ là những căn nhà nhỏ nhưng chúng được cung cấp 100% năng lượng mặt trời. Mặc dù bên trong căn nhà không rộng hơn 240 m2 nhưng những khoảng hành lang và sân nhỏ lại tạo cảm giác thông thoáng. Sử dụng năng lượng duy nhất từ mặt trời, những căn nhà này tự cung cấp đủ năng lượng để chạy TV, máy vi tính, máy giặt, bếp lò, máy điều hòa và những tiện nghi khác.  Hình 3.6 Nhà mặt trời Bên trong căn nhà có một thác nước với giải pháp hấp thu độ ẩm trong không khí. Không khí khô giúp chúng ta dễ chịu hơn, vì vậy không cần đến máy điều hòa không khí. Bên ngoài là sàn nhà với những chỗ ngồi và chậu cây. Căn nhà mặt trời này được thiết kế với những căn phòng có thể hoán đổi, nhờ vậy chủ nhân có thể bố trí từng căn phòng phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình. Sinh viên Đại học Cornell đã tạo nên một mái vòm ánh sáng để hỗ trợ những tấm hấp thu, ống nhiệt năng lượng mặt trời. Thiết kế ngôi nhà mặt trời với hồ nước trên mái nhà để cung cấp cho máy bơm tản nhiệt. Căn nhà mặt trời của Viện Kĩ thuật Georgia sử dụng ánh sáng để chuyển đổi và mở ra không gian sống. Bức tường trong suốt khiến không gian như rộng ra. Bức tường trong suốt của căn nhà mặt trời này tỏa sáng trong đêm. Hình 3.7 Nhà mặt trời từ tấm cách nhiệt Hàng rào với 120 ống góp nhiệt mặt trời được lắp trong căn nhà mặt trời. Để mở rộng tối đa không gian và khả năng linh hoạt, ngôi nhà mặt trời được sắp xếp thành những khu vực sinh hoạt thay vì chia phòng. Hình 3.8 Nhà mặt trời mái hắt bằng gỗ sồi 3.2.2 Nhà vòm (Geodesic Dome) Phía trên căn nhà sử dụng năng lượng mặt trời này, mái hắt bằng gỗ sồi tạo nên bóng mát và không gian riêng biệt. Căn nhà cũng của Darmstadt. Căn nhà được bao phủ bằng cửa chớp gỗ. Mái hắt trên của chớp có tấm năng lượng mặt trời điều khiển bằng máy tính để theo dõi hướng đi của mặt trời. Bên trong căn nhà này có dùng một tấm vữa đặc biệt có chứa paraffin. Suốt cả ngày, paraffin hấp thụ nhiệt và mềm đi. Đến tối chúng cứng lại và tỏa nhiệt. Ngôi nhà mái vòm Geodesic – loại mái vòm được kết cấu bởi nhiều mặt phẳng tam giác. Nhưng kiểu nhà mái vòm này là kiểu nhà tiết kiệm năng lượng và bền vững nhất. Nhà vòm Geodesic được cấu trúc giống hình cầu với một hệ thống tam giác phức tạp. Hệ thống những tam giác này tạo nên khung nhà giúp tăng sự bền vững cho cấu trúc nhà trong khi chỉ dùng rất ít vật liệu. Công nghệ khéo léo này của nhà vòm Geodesic cho phép nó bao phủ một không gian rộng mà không cần trụ chống bên trong. Thuật ngữ Geodesic có nguồn gốc Latin, nghĩa là phân giới mặt đất. Đường Geodesic là khoảng cách ngắn nhất giữa 2 điểm trên một hình cầu. Hình 3.9 Nhà Vòm Geodesic Tiến sĩ người Đức Walther Bauersfel đã tiên phong về ý tưởng kết nối những tam giác thành vòm khi ông thiết kế dự án cung thiên văn đầu tiên của thế giới, được xây dựng tại Jena, Đức năm 1922. Tuy nhiên, Buckminster Fuller mới là người phát triển khái niệm về nhà mái vòm. Và Fuller được cấp bằng sáng chế đầu tiên về nhà vòm Geodesic năm 1954.  Nhà vòm Geodesic không những tiết kiệm năng lượng mà còn rất bền vững và không hề tốn kém khi xây dựng. Một gia đình có kinh tế khó khăn chỉ tốn 350$ để cất nên căn nhà như vậy. Mô hình nhà vòm Geodesic còn rất lý tưởng cho nhà cấp cứu lưu động và những căn nhà mini như lán trại quân đội. Sáng kiến về nhà vòm với kết cấu nhiều mặt phẳng tam giác giúp nó trông nhà như một căn nhà hạng sang. Đó là lí do mà nhà vòm Geodesic thừa sức là một căn nhà tức thời của cả những gia đình giàu có. 3.2.3 Nhà vòm (Monolithic Dome) Hình 3.10 Nhà vòm Monolithic Nếu có kiểu nhà nào chắc chắn hơn nhà vòm Geodesic thì đó hẳn là nhà vòm Monolithic. Được cấu trúc bằng thép và bê tông, nhà vòm Monolithic có thể tồn tại bất chấp bão táp, cuồng phong, động đất, hỏa hoạn. Hơn thế nữa, bức tường bê tông của căn nhà có thể giữ ấm trong mùa lạnh hoặc cách nhiệt trong mùa nóng rất tốt. Điều này giúp kiểu nhà vòm Monolithic đặc biệt tiết kiệm năng lượng. Nhà vòm Monolithic được kết cấu một mảnh bằng bê tông và thép nhưng chỉ tốn một nửa so với nhà truyền thống. Học viện Nhà vòm Monolithic dùng thuật ngữ EcoShells nghĩa là tiết kiệm, thân thiện với môi trường và bề ngoài thanh mảnh để mô tả cấu trúc nhà vòm Monolithic.  Ý tưởng xây nhà cấu trúc mái vòm có từ thời tiền sử nhưng sự phát triển của nhà vòm Monolithic hiện đại với bê tông cốt thép bắt nguồn từ nhà thiết kế rộng 32 m cao 11 m, kiến trúc này được xem là nhà vòm Monolithic hiện đại đầu tiên trên thế giới. Xây dựng cấu trúc nhà vòm Monolithic với mục đích là nhà ở, trường học, nhà thờ, sân vận động và các công trình thương mại. 3.2.4 Nhà lắp ráp (Modular House) Không phải tất cả nhà lắp ráp đều tiết kiệm năng lượng nhưng nếu lựa chọn cẩn thận, bạn có thể mua một căn nhà sản xuất tại nhà máy được tinh chỉnh các yếu tố kỹ thuật để tối thiểu sự tiêu thụ năng lượng. Chẳng hạn như sự bền vững của căn nhà, tỉ lệ ứng dụng sử dụng năng lượng mặt trời. Hơn nữa, các bộ phận được tính toán và sản xuất trước đó tại nhà máy sẽ giảm những tác động lên môi trường trong quá trình bạn xây nhà.  Hình 3.11 Một dạng nhà Modular Nhà lắp ráp được xây từ những bộ phận làm sẵn có thể sắp xếp thành một tổng thể. Một căn bếp hay phòng tắm hoàn chỉnh có thể được đặt trước trong nhà. Ván tường, khung nhà và các bộ phận đúc sẵn của căn nhà được xe tải chuyển từ nhà máy đến nơi xây dựng. Bạn có thể thấy một nửa căn nhà di chuyển dọc trên xa lộ. Tại nơi xây dựng, từng phần căn nhà được đặt lên móng nơi căn nhà được dựng lên cố định. Không giống nhà lưu động, nhà lắp ráp phải tuân theo các quy định về vị trí xây dựng tại nơi chúng được dựng lên. Nhà lắp rắp được biết đến với các tên gọi như Modular house, factory-built, panelized, prefab hay pre-fab.Nói đến nhà lắp ráp phải nhắc đến nhà thiết kế những căn nhà thôn dã Katrina Cottage. Chắc hẳn chúng ta đều biết về bão Katrina tại Mỹ đã phá hủy nhà cửa và cướp đi sinh mạng của nhiều người. Nhiều kiến trúc sư đã đối phó với cơn khủng hoảng bằng cách thiết kế những căn nhà cứu trợ giá rẻ. Những căn nhà Katrina Cottage trở thành giải pháp phổ biến vì sự đơn giản và ấm cúng. Katrina Cottage được phát triển bởi Marianne Cusato và những kiến trúc sư hàng đầu khác, bao gồm kiến trúc sư lừng danh Andres Duany. Sau này, nguyên mẫu căn nhà rộng 94 m được nhiều kiến trúc sư và các hãng xây dựng phỏng theo để tạo ra hơn 20 phiên bản nhà khác nhau. Katrina Cottage điển hình nhỏ gọn, khoảng 150m2 – 300m2. Trong khi kích thước và sơ đồ tầng lầu có thể khác nhau, Katrina Cottage có nhiều đặc điểm chung. Những căn nhà xinh xắn đều là nhà tiền chế, được cấu trúc từ những tấm ghép được làm sẵn từ nhà máy. Với lý do này, Katrina Cottage được xây khá nhanh (chỉ trong vài ngày) và rất tiết kiệm. Kiểu nhà này cũng rất bền vững. Nó đáp ứng được các quy định xây dựng quốc tế cũng như hầu hết các yêu cầu ứng cứu khi bão lụt xảy ra.  Hình 3.12 Nhà Katrina Cottage Nhà Katrina Cottage thường có những đặc điểm sau: thường chỉ một tầng, hành lang phía trước, những chi tiết như cột chống, dầm chia (công-xon) được mài gọt láng bong, ván ghép chống mối mọt, nắm cửa, mái nhà bằng thép, tường khô chống ẩm mốc, thiết bị tiết kiệm năng lượng. 3.3 Hiện trạng nhà ở sinh thái tại Việt Nam Nước ta đang trong quá trình Công Nghiệp Hóa, nền nông nghiệp vẫn là chủ đạo, mục tiêu là phấn đấu đến năm 2020 nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp. Như vậy, từ nay đến 2020 còn hơn chục năm nữa. Hiện nay, đô thị nước ta vẫn còn tình trạng đô thị nông nghiệp, tức là trong nội thành xen cài nông nghiệp và nông nghiệp ngoài ngoại thành. Ngoài ra còn xen cài Khu Công Nghiệp, khu đô thị mới phát triển. Nếu chính quyền đô thị nơi đó quan tâm đến môi trường, quan tâm đến phát triển bền vững (mô hình nhà ở sinh thái cũng chính là mô hình phát triển bền vững), họ sẽ nghĩ đến vấn đề làm sao tránh khai thác quá nhiều tài nguyên thiên nhiên, sử dụng quỹ đất xanh, đất nông nghiệp và không gian mặt nước… sao cho hiệu quả, nâng cao chất lượng cuộc sống và nâng cao ý thức của người dân, giải quyết được các vấn đề bất cập như rác thải, chi phí điện, nước, ô nhiễm môi trường… Nước ta đang trong quá trình CNH, HĐH, quỹ đất nông nghiệp, quỹ đất cho cây xanh và không gian mặt nước vẫn còn và đây là những điều kiện thuận lợi. Như vậy, để làm được nhà ở sinh thái vấn đề phải có kinh phí, có sự chủ động và tham gia của chính quyền và ý thức của người dân. Muốn xây dựng một nhà ở sinh thái thì sự tham gia của cộng đồng là rất quan trọng. Mặc dù trình độ dân trí nước ta khá cao nhưng không phải ai cũng đọc được đồ án quy hoạch. Nhiều khi người dân cũng không thể hiểu, không thể xác định ngôi nhà của họ ở đâu, hiện trạng đô thị như thế nào… và từ đó họ cũng không thể tham gia đóng góp ý kiến. Với khả năng hiện tại, chúng ta chỉ có thể bắt đầu từ những ngôi nhà nhỏ, tận dụng những điều kiện vốn có để phát triển. Hiện tại ở nước ta xuất hiện trào lưu nhà ở sinh thái tiết kiệm năng lượng, kéo con người lại gần với thiên nhiên. Điển hình là: Đến cuối năm 2002, ông Dũng và Công ty AST đã chế tạo thành công bộ biến đổi có sóng sin, và vận hành thành công tổ hợp "Điện mặt trời thông minh" sử dụng hoàn toàn công nghệ trong nước. Và ngôi nhà đầu tiên ứng dụng công nghệ này chính là nhà riêng của gia đình ông. Trên khoảng 20m2 mái ngói của căn nhà có 40 tấm pin mặt trời được lắp đặt. Trong điều kiện nắng chiếu quanh năm ở Thành phố Hồ Chí Minh, dàn pin mặt trời có công suất 2,2kWp cung cấp khoảng 200 kWp/tháng, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho toàn bộ nhu cầu ánh sáng và mọi sinh hoạt khác của gia đình. Bộ biến áp kỹ thuật số smart invertor P2000 chuyển hóa điện từ ắc quy thành dòng điện 220V để hòa vào mạng lưới điện gia đình với công suất là 2KW. Nguồn điện mặt trời này cũng được thiết kế như một mạng điện cục bộ, sử dụng nguồn điện lưới làm nguồn dự phòng trong trường hợp thời tiết xấu. Nguồn điện mặt trời cũng sẽ hỗ trợ phụ tải điện lưới quốc gia khi tách độc lập khỏi nguồn điện lưới trong giờ trung và cao điểm (từ 4h chiều đến 22h đêm), còn ở giờ thấp điểm (từ 22h đến 4h), mạng điện cục bộ tự nhập vào mạng điện quốc gia và dự trữ đầy vào hệ thống tồn trữ năng lượng của căn nhà. Với phương thức này, gia đình sẽ tiết kiệm điện, mua điện giá rẻ vào giờ thấp điểm để dự trữ sử dụng trong giờ cao điểm. Tổ hợp "Điện mặt trời thông minh" được vận hành tự động hoàn toàn. Đặc biệt là tính năng tự động dò tải. Khi nhận tín hiệu có nhu cầu sử dụng, hệ thống tự động bật lên trong 15 giây, ngược lại sẽ tự ngắt để tiết kiệm điện. Hệ thống đèn cổng, vườn và hệ thống tưới cây cũng đ