Nếu so sánh ảnh nhiệt của một thành phố với bản đồ thảm thực vật, có thể dễ dàng nhận thấy rằng những khu vực có nhiều cây xanh luôn có nhiệt độ thấp hơn. Nguyên nhân là các bề mặt như nhựa đường, bê tông và mái lợp bằng ngói hoặc vật liệu tổng hợp hấp thụ nhiệt từ Mặt Trời nhiều hơn đáng kể so với cây xanh.

Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng đảo nhiệt đô thị (Urban Heat Island – UHI), khiến nhiệt độ trong các thành phố thường cao hơn khu vực xung quanh từ vài độ C. Khi dân số đô thị tiếp tục gia tăng, hiệu ứng này đang làm trầm trọng thêm tác động của biến đổi khí hậu và trở thành một trong những rủi ro lớn đối với sức khỏe con người. Trên thực tế, các đợt nắng nóng hiện gây ra nhiều ca tử vong hơn bất kỳ hiện tượng thời tiết cực đoan nào khác, vượt cả lốc xoáy, bão và lũ lụt cộng lại.

Trong bài viết lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video của kênh Bloomberg Originals, nói về cách Singapore ứng dụng khoa học để làm giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.

Để xem và hiểu một cách đầy đủ nội dung của video (bằng tiếng Anh), Quý độc giả nên tham khảo toàn bộ nội dung của bài viết trước khi xem video. Để xem video ở chế độ toàn màn hình (full-screen), vui lòng nhấn vào khung [ ] tại góc phải phía dưới của video hoặc nhấn phím F.

Cooling Singapore – Dự án nghiên cứu nhằm giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị
Để giải quyết vấn đề này, một nhóm các nhà nghiên cứu tại Singapore đã triển khai nhiều giải pháp nhằm giảm thiểu hiệu ứng đảo nhiệt đô thị thông qua dự án Cooling Singapore do chính phủ hỗ trợ.

Dự án tổng hợp toàn bộ kết quả nghiên cứu để xây dựng một công cụ kỹ thuật số có thể hỗ trợ các thành phố trên khắp thế giới đưa ra quyết định quy hoạch hiệu quả hơn, với Singapore là nơi ứng dụng đầu tiên.

Nằm gần đường xích đạo, Singapore thường xuyên ghi nhận nhiệt độ vượt quá 32°C. Tuy nhiên, cấu trúc đô thị dày đặc còn khiến tình trạng này trở nên nghiêm trọng hơn. Giống như nhiều thành phố phát triển khác, Singapore thường được ví như một “rừng bê tông”, với mức chênh lệch nhiệt độ lên tới khoảng 7°C giữa các khu vực đô thị hóa cao và những khu vực còn nhiều cây xanh hoặc ít phát triển hơn.

Hệ thống làm mát tập trung giúp tiết kiệm năng lượng
Chính phủ Singapore đã triển khai nhiều biện pháp mạnh nhằm kiểm soát nhiệt độ đô thị. Một trong những ví dụ tiêu biểu là Gardens by the Bay – công viên nổi tiếng từng đạt nhiều giải thưởng quốc tế.

Bên trong nhà kính của công viên, nhiệt độ luôn được duy trì ở mức dễ chịu khoảng 24°C. Điều này có được nhờ hệ thống làm mát khu vực (District Cooling System) đặt dưới lòng đất, được cho là lớn nhất thế giới.

Hệ thống sử dụng một nhà máy trung tâm để làm lạnh nước, sau đó phân phối nước lạnh thông qua mạng lưới đường ống đến các ngân hàng, tòa nhà chung cư, trung tâm hội chợ, trung tâm thương mại, cùng tổ hợp khách sạn và sòng bạc Marina Bay Sands mang tính biểu tượng của Singapore.

So với các hệ thống điều hòa không khí truyền thống, giải pháp này có thể giúp các tòa nhà giảm khoảng 40% lượng điện năng tiêu thụ. Do phần lớn điện năng của Singapore vẫn được sản xuất từ khí tự nhiên, việc tiết kiệm điện này cũng đồng nghĩa với việc cắt giảm lượng phát thải tương đương loại bỏ khoảng 10.000 ô tô khỏi đường phố.

Nhu cầu làm mát đang tạo ra một vòng luẩn quẩn
Những lợi ích trên không chỉ có ý nghĩa đối với Singapore mà còn mang tính toàn cầu. Nếu xu hướng hiện nay tiếp tục, đến năm 2050, hơn một phần ba tổng lượng điện năng của thế giới có thể sẽ được sử dụng chỉ để làm mát các tòa nhà và phương tiện giao thông.

Khi nhiệt độ toàn cầu tiếp tục tăng, nhu cầu sử dụng điều hòa không khí và các thiết bị làm lạnh cũng sẽ tăng theo. Việc ngày càng nhiều người sử dụng các thiết bị này đồng nghĩa với mức tiêu thụ năng lượng cao hơn, đồng thời lượng nhiệt thải ra môi trường cũng nhiều hơn, từ đó tiếp tục làm biến đổi khí hậu trở nên nghiêm trọng hơn. Đây là một vòng luẩn quẩn tự duy trì.

Cây xanh – Giải pháp quan trọng để giảm nhiệt đô thị
Nhận thấy rằng việc giảm nhu cầu làm mát cũng quan trọng không kém việc nâng cao hiệu quả làm mát, từ năm 2017, Cooling Singapore đã tập trung nghiên cứu các giải pháp thiết kế đô thị nhằm giảm sự phụ thuộc vào điều hòa không khí.

Một trong những giải pháp quan trọng nhất là tăng cường thảm thực vật trong thành phố. Cây xanh giúp giảm nhiệt đô thị thông qua nhiều cơ chế khác nhau. Trước hết là hiệu ứng che bóng, giúp hạn chế bức xạ Mặt Trời chiếu trực tiếp xuống các bề mặt. Bên cạnh đó, cây xanh còn mang lại những lợi ích tích cực về mặt tâm lý cho con người, đồng thời tạo ra hiệu ứng làm mát nhờ quá trình bốc hơi nước.

Thảm thực vật có thể được bố trí ở mặt đất dưới dạng cây xanh và cây bụi, tạo thành lớp tán cây để con người có thể đi lại bên dưới. Ngoài ra, cây xanh cũng có thể được đưa lên mặt đứng của các tòa nhà cũng như trên mái nhà, mở rộng diện tích phủ xanh theo chiều thẳng đứng trong môi trường đô thị.

Tầm nhìn Garden City của Singapore
May mắn là Singapore đã theo đuổi tầm nhìn xây dựng một “Garden City” trong nhiều thập kỷ. Ý tưởng này được Thủ tướng Lý Quang Diệu khởi xướng từ năm 1967 với mục tiêu tạo ra một môi trường sống dễ chịu hơn cho người dân. Ngày nay, Singapore được xem là một trong những thành phố xanh nhất thế giới xét theo mức độ phủ xanh đô thị.

Kampung Admiralty – một khu phức hợp cộng đồng bao gồm cơ sở y tế và không gian sinh hoạt xã hội – hiện cung cấp diện tích cây xanh lớn hơn cả diện tích khu đất ban đầu của dự án. Công trình sở hữu hệ thống sân thượng bậc thang phủ đầy các loài thực vật bản địa, hoạt động như một công viên cộng đồng, cùng một khoảng sân xanh ở trung tâm với các ô đất canh tác dành cho cư dân chăm sóc.

Trong khi đó, khách sạn Parkroyal on Pickering được thiết kế theo ý tưởng “khách sạn trong khu vườn”, giúp tăng gấp đôi tiềm năng phát triển cây xanh của khu đất. Công trình hiện có khoảng 15.000 m² vườn trên cao, hồ nước phản chiếu, thác nước, các bồn cây dạng bậc thang và những bức tường phủ cây xanh.

Singapore tiếp tục mở rộng không gian xanh
Chính phủ Singapore cũng triển khai nhiều kế hoạch quy mô lớn nhằm mở rộng hệ thống cây xanh đô thị. Trong những năm tiếp theo, quốc gia này đặt mục tiêu trồng thêm một triệu cây xanh và phát triển thêm nhiều không gian xanh mới.

Các chương trình này không chỉ nhằm giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị mà còn hướng đến mục tiêu giúp người dân gắn kết hơn với thiên nhiên. Tuy nhiên, những nỗ lực đó vẫn chưa đủ. Trong suốt sáu thập kỷ qua, nhiệt độ trung bình tại Singapore vẫn tăng với tốc độ nhanh gấp khoảng hai lần mức trung bình của thế giới.

Danh mục các giải pháp giảm nhiệt đô thị
Vì lý do đó, Cooling Singapore đã phát triển một danh mục rộng hơn gồm nhiều giải pháp tiềm năng nhằm giảm nhiệt đô thị. Khi tìm cách giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị trong một thành phố, một tòa nhà, hoặc thậm chí một ngôi làng, điểm khởi đầu quan trọng nhất là che nắng cho cửa sổ. Việc này giúp hạn chế lượng nhiệt từ bức xạ Mặt Trời đi trực tiếp vào bên trong công trình.

Bên cạnh đó, các khu vực trong đô thị cần được giữ thông thoáng để gió có thể lưu chuyển qua thành phố. Những vùng nước có độ sâu phù hợp cũng có thể đóng vai trò như một bộ đệm nhiệt hiệu quả. Đối với các công trình lớn và nặng như nhà cao tầng, nếu bắt buộc phải xây dựng, bề mặt và mặt đứng của công trình cần được thiết kế để giảm khả năng hấp thụ nhiệt. Đồng thời, các bề mặt này cũng cần được bảo vệ khỏi bức xạ Mặt Trời trực tiếp.

Giảm nguồn phát nhiệt trong đô thị
Về trung hạn đến dài hạn, các động cơ đốt trong cần được loại bỏ khỏi khu vực trung tâm thành phố. Lý tưởng nhất là hoạt động sản xuất điện nên được đặt bên ngoài đô thị, sau đó chỉ đưa nguồn điện sạch vào thành phố.

Điều này giúp giảm tối đa mức tiêu thụ năng lượng và lượng nhiệt phát sinh trong khu vực đô thị. Đồng thời, các mái nhà và mặt đứng công trình có thể dần được chuyển đổi thành các bề mặt sản xuất năng lượng tái tạo.

Đối với Singapore, đây vẫn là một lựa chọn còn hạn chế. Tuy nhiên, về dài hạn, nếu toàn bộ mái nhà, các khu vực trên công trình và mặt đứng tòa nhà đều được tận dụng cho mục đích này, chúng có thể tạo ra khoảng 20% đến 25% nhu cầu điện năng của Singapore.

Digital Urban Climate Twin – Mô hình khí hậu đô thị số
Với rất nhiều ý tưởng và giải pháp khác nhau, Cooling Singapore cũng đang thiết kế một mô hình ảo của thành phố để thử nghiệm các phương án trước khi triển khai thực tế.

Mô hình này được gọi là Digital Urban Climate Twin, viết tắt là DUCT. Đây là một bản sao khí hậu đô thị kỹ thuật số, có khả năng tính toán cách từng yếu tố trong thiết kế thành phố tác động đến hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.

Điều đó có nghĩa là mô hình không chỉ tái hiện hình học của các tòa nhà dưới dạng kỹ thuật số, mà còn mô phỏng cả hệ thống giao thông, khả năng cách nhiệt, nhiệt độ, bức xạ Mặt Trời, thời tiết, khí hậu địa phương, thậm chí cả vi khí hậu ở quy mô rất nhỏ trong thành phố. Ngoài ra, mô hình còn tính đến yếu tố nước và sự di chuyển của con người trong không gian đô thị.

Thử nghiệm kịch bản trước khi xây dựng
Thông qua DUCT, các nhà nghiên cứu và nhà quy hoạch có thể tạo ra nhiều kịch bản khác nhau, thiết kế các phương án đô thị và kiểm tra hiệu quả của chúng trước khi thực sự xây dựng.

Nếu một kịch bản cho kết quả tốt trong mô phỏng và có đủ cơ sở để tin rằng giải pháp đó sẽ hoạt động hiệu quả, nó có thể được đưa vào triển khai ngoài thực tế. Singapore sẽ sử dụng công cụ mới này để xác định những hành động cần ưu tiên trong giai đoạn tiếp theo.

Một công cụ có thể áp dụng cho nhiều thành phố
Mô hình này không chỉ dành riêng cho Singapore mà có thể được áp dụng cho bất kỳ thành phố nào, dù mục tiêu là ngăn nhiệt xâm nhập, giảm tích nhiệt, hay trong một số trường hợp là giữ nhiệt bên trong.

Về lâu dài, công cụ này có thể giúp các đô thị tiết kiệm năng lượng, làm chậm quá trình biến đổi khí hậu và cải thiện chất lượng sống của cư dân. Đây cũng có thể trở thành một giải pháp mà Singapore có khả năng xuất khẩu, thậm chí kết hợp với các hệ thống phát triển đô thị mà quốc gia này đã xây dựng.

Singapore – Sự kết hợp giữa khoa học và quy hoạch đô thị
Singapore là một trong số rất ít thành phố trên thế giới kết hợp được phương pháp tiếp cận khoa học với một hệ thống quy hoạch và tái thiết đô thị đã được thiết lập bài bản. Thông qua các cơ quan quản lý và sự phối hợp giữa các cơ quan này, Singapore đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể trong quá khứ.

Nếu tiếp tục đi theo hướng tiếp cận dựa trên khoa học, đồng thời kết hợp với những tri thức và kinh nghiệm đô thị đã tích lũy, Singapore được kỳ vọng sẽ trở thành một thành phố ngày càng tiện nghi, dễ sống và đáng sống hơn trong tương lai.

Để xem các tin bài khác về “Singapore”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Bloomberg Originals