CHƯƠNG MƯỜI HAI

TÒA NHÀ DO NHỮNG DÒNG CHẢY THIẾT KẾ

Rõ ràng ghi chép của da Vinci cho thấy ông đã xem thành phố như một cơ thế sống, trong đó người ta, của cải vật chất, thực phẩm, nước và chất thải cần phải chuyển động và tuôn chảy dễ dàng để thành phố luôn được khỏe mạnh.

- Frithof Capra (trong quyển “Khoa học của Leonardo”)

SÁNG TẠO MỘT HỆ SINH THÁI NHÀ Ở

Mỗi hệ thống sống đều tìm nơi trú ẩn như tổ chim, vỏ hạt dẻ, màng tế bào tảo. Mỗi vật sống đều vạch ra cho mình một ranh giới mỏng manh giữa bên trong và bên ngoài. Mỗi sinh vật đều tìm một cách đặc biệt để đạt trạng thái ổn định nội tại, điều hòa nhiệt độ và độ ẩm, dự trữ thức ăn, bảo đảm sức khỏe và sự sinh tồn.

Trong thời gian gần đây, thiết kế nhà ở đã trải qua nhiều biến đổi, dù không phải lúc nào cũng là một cải tiến. Cấu trúc nhà ở của chúng ta hiện nay vượt xa một nơi cư trú đơn thuần. Nó đem lại những điều thuận tiện phù hợp với ý tưởng của chúng ta về tiện nghi và sự hài lòng. Chúng ta sống trong một thời đại tân tiến, đang trôi dạt tới domótica [1] , nơi mà sự tiến bộ và tiện nghi ngày càng đòi hỏi nhiều máy điện tử và người máy hơn. Đa số chúng ta trải qua phần lớn thời gian ở trong nhà − nhà riêng, nơi làm việc hay trường học. Chúng ta ngủ mỗi ngày độ tám tiếng. Có lẽ làm việc hay học thêm tám tiếng nữa, thời gian còn lại được dùng cho việc đi lại, việc nội trợ và các hoạt động khác. Những công trình xây dựng mà chúng ta ở tổng cộng hai phần ba đời sống của mình phải được thiết kế hợp lý để bảo vệ sức khỏe và sự an toàn. Thật đáng ngạc nhiên, chìa khóa cho một môi trường lành mạnh lại là độ pH.

Đại dương với độ pH 8,2 là cái nôi của sự sống trên Trái đất. Các hệ sinh thái và những khả năng hỗ trợ sự sống của chúng phát triển mạnh trong một môi trường kiềm. Vậy mà phần lớn môi trường sống của chúng ta – trong nhà cũng như bên ngoài – lại có một độ chua cao. Việc sử dụng quá nhiều nhiên liệu hóa thạch và lượng carbon dioxit khổng lồ bơm vào bầu khí quyển hàng ngày làm không khí trở nên chua thật sự. Không thể thoát khỏi nó ở bất cứ nơi nào trong thế giới công nghiệp hay bất cứ thành phố nào trên Trái Đất. Những ai sống ở vùng nông thôn hay gần bờ biển có lẽ ít bị ảnh hưởng hơn. Nếu bạn sống ở một siêu đô thị như New York, Los Angeles, London, Paris, Sao Paolo, New Delhi hay Johannesburg thì khác; ở những thành phố ấy, độ pH của không khí chỉ hơn 4 một chút. Hãy nhớ lại, độ pH là nồng độ ion hydro được đo theo thang logarit; một dung dịch có pH 4 nghĩa là nồng độ ion hydro trong dung dịch ấy lớn gấp mười lần nồng độ trong dung dịch có pH 5 và gấp một ngàn lần nồng độ trong dung dịch có pH 7, tức là dung dịch trung tính.

Hãy xem hệ thống tiêu hóa của chúng ta hoạt động như thế nào. Thức ăn chúng ta tiêu thụ được đưa vào dạ dày, nơi có tính axit cao (độ pH thấp) và mọi thứ ngũ cốc, rau quả, thịt cá được phân tách ra các thành phần cơ bản của chúng một cách nhanh chóng và an toàn. Ruột non, nơi chất dinh dưỡng được hấp thu và đưa vào máu để chuyển tới các cơ quan và các mô, cũng là một bộ phận quan trọng trong hệ thống miễn dịch của chúng ta. Nó cần một môi trường kiềm hay bazơ (có độ pH lớn hơn 7) để hoạt động tối ưu. Tương tự như thế, vì phòng ngủ là nơi chúng ta nghỉ ngơi và lấy lại sức, không khí nơi đó nên có tính kiềm. Bắt đầu từ nhà ở, chúng ta nên vận dụng sự hiểu biết của mình về những dòng không khí và vật chất để tạo ra một môi trường hỗ trợ sức khỏe và đời sống.

Nếu bạn dành thì giờ đo độ pH của không khí trong nhà, bạn sẽ nhận thấy ngay là nó có tính axit như không khí ở những vùng đô thị, và thường cũng không tốt hơn nếu bạn để không khí bên ngoài vào. Thật không may, thông thường chất lượng không khí trong nhà hay văn phòng trở nên xấu hơn vì hầu như mọi vật đều phát ra khí. Điều này xảy ra ngay cả khi bạn có đặc quyền sống ở bãi biển hay trên một rặng núi ngoạn mục. Kết quả nói chung không tốt chút nào. Điều gì có thể bảo đảm đồ ăn thức uống của bạn sẽ tạo ra sự cân bằng lành mạnh giữa axit và bazơ khi bạn thở ra axit cả ngày? Xấu hơn nữa, bạn hít axit vào phổi trong suốt thời gian ngủ. Khi chúng ta đẩy mạnh Nền Kinh tế Xanh Lam, không khí bên ngoài sẽ ít ô nhiễm và ít có tính axit hơn. Trong thời gian qua, những tòa nhà của chúng ta đã có thể được thiết kế và xây dựng sao cho không khí trong nhà được thay đổi một cách tự nhiên và có tính kiềm hơn.

BẢY DÒNG CHẢY TRONG NHÀ Ở VÀ KHÔNG GIAN SỐNG

Kiến trúc sư cùng với bác sĩ là những người có tư duy “kết nối” nhiều nhất. Tuy nhiên, họ cũng là nạn nhân của một sự phân chia kiến thức cứng nhắc. Vì thế, họ cho rằng tính axit và tính bazơ là vấn đề của nhà hóa học. Ngay cả kiến trúc sư tiến bộ nhất về mặt môi trường, người đã xây dựng thành công tòa nhà được cấp chứng nhận bạch kim của chương trình LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), cũng có thể chưa ý thức được tầm quan trọng của độ pH thích hợp trong những tòa nhà. Trong khi vật lý và toán học được đề cao trong chương trình đào tạo kiến trúc sư, các khoa học của sự sống (sinh học và các môn học liên quan) lại bị xao lãng. Đó là điều đáng tiếc vì những cấu trúc vật lý dựa vào toán học và sinh vật học là nền tảng của sức khỏe và sinh kế trên Trái Đất.

Khi kiến trúc sư nhận được các chi tiết kỹ thuật của một tòa nhà mới, thì thể tích và bề mặt xác định quy mô và chức năng của nó. Ví dụ trường hợp của một trường học: không gian chung cho nhà bếp và phòng ăn hay phòng tập thể dục và những lớp học hay văn phòng và góc bếp, nhà tắm nắng, số phòng ngủ cho học sinh nội trú. Vài kiến trúc sư sẽ để ý đến vị trí mặt trời và đề nghị một tòa nhà hướng về phía nam nếu ở bắc bán cầu và hướng về phía bắc nếu ở vùng nhiệt đới. Điều ấy dễ thực hiện và không đòi hỏi nhiều tính sáng tạo, kiến thức khoa học sâu rộng hay ngay cả cảm hứng từ hệ sinh thái.

Không thể xem các công trình xây dựng chỉ là những cấu trúc thẩm mỹ đáp ứng mục đích sử dụng và tuân thủ những quy định của địa phương. Cũng thế, việc xây dựng những tòa nhà tiết kiệm năng lượng và sử dụng năng lượng tái tạo chỉ mới thực hiện bước đầu của một thiết kế sáng tạo. Cần phải đưa bảy dòng chảy quan trọng vào thiết kế: không khí, ánh sáng, nước, năng lượng, âm thanh, vật chất và người ở trong nhà. Mỗi dòng chảy đều ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng động tạo điều kiện cho chúng ta sống và phát triển tốt. Việc nâng cao đời sống là động lực nằm sau tất cả các dòng chảy ấy. Sự tồn tại và sức khỏe phải luôn luôn được ưu tiên, nhất là vì chúng ta trải qua rất nhiều thời gian ở trong nhà. Kết cấu và thiết kế hợp lý của nhà ở có tính quyết định đối với sức khỏe, tiện nghi và sự nghỉ ngơi của chúng ta.

Không khí chứa đựng những thứ như bụi. Vật chất bao gồm thức ăn của chúng ta và những gì chúng ta thải bỏ, trong khi nước thì gồm có nước uống và nước dùng để rửa sạch chất thải. Vật chất còn bao gồm những vật dụng góp phần vào sự tiện dụng và tính hiệu quả của môi trường cá nhân của chúng ta. Các vật dụng ấy là những yếu tố quan trọng của lối sống và những đóng góp vào tiện nghi của chúng ta. Tuy nhiên, hình như chúng ta thiết kế nhà ở mà không xem xét những dòng chảy ấy. Bụi tích tụ trong nhà có thể làm chúng ta bệnh. Sinh khối để thối rữa là một mối nguy cho sức khỏe, đồng thời là một chất thải thực sự. Nước cống rãnh chảy vào những bể chứa, nơi nó được xử lý bằng hóa chất nhằm diệt trừ vi khuẩn tích tụ. Rác thải ra bởi xã hội tiêu thụ thái quá của chúng ta giờ đây đã đầy tràn ở vô số bãi rác. Các bãi rác ấy là những “dead end” theo nghĩa đen của từ này. Bạn hãy xem một dòng chảy là một sự vận động liên tục không bị cản trở. Nếu chúng ta tăng cường các dòng chảy trong nhà thay vì làm chúng tắc nghẽn, thì chúng ta có thể hưởng lợi ích từ nhiều đổi mới góp phần tạo một đời sống tiện nghi và khỏe mạnh, cũng như giảm chi phí và tiết kiệm năng lượng.

Các hệ thống tự nhiên luôn luôn được thiết kế cho dòng chảy và với dòng chảy. Không có gì phát triển trong trạng thái tĩnh; ngược lại, tất cả đều luôn luôn tác động qua lại với mọi vật chung quanh. Với nhận thức về nguyên tắc thiết kế cơ bản ấy, chúng ta sẽ khám phá nhiều mối liên hệ giữa những hiện tượng và mục tiêu khác nhau. Điều này lại dẫn tới một tập hợp những giải pháp mà các hệ thống tự nhiên đã vận dụng và nhào nặn trong hàng triệu năm. Do đó, thách thức đối với chúng ta là kết hợp các thông số như thế nào để có thể thiết kế nhà với những dòng chảy nói trên. Nói ngắn gọn, thách thức của chúng ta là mô phỏng các hệ sinh thái trong việc áp dụng vật lý và dùng những vật liệu có được ở địa phương để đáp ứng các nhu cầu cơ bản, phát huy tính hiệu quả và tính đa dạng. Khi chúng ta đặt những mục tiêu ấy, khi các kiến trúc sư và chuyên gia thiết kế nhà dành ưu tiên cho sức khỏe và tiện nghi, thì có khả năng – hay đúng hơn, có điều kiện thuận lợi – để đạt tới một trạng thái cân bằng tốt hơn và nhiều dòng chảy thông suốt hơn.

Để bắt đầu, chúng ta nên biết cách thức sáng tạo những không gian thẩm mỹ có một độ pH thích hợp với nội thất và cho phép bảy dòng chảy tác động lẫn nhau. Nếu chúng ta thành công trong việc tạo ra một mô hình thiết kế bao gồm tất cả các dòng chảy ấy thì chúng ta sẽ trải nghiệm một mức độ tiện nghi hoàn toàn mới. Cấu trúc nhà ở sẽ phù hợp với môi trường chung quanh và đạt tới sự bền vững lý tưởng mà không cần phải nỗ lực phi thường hay chịu nhiều phí tổn hơn. Những tòa nhà như thế không chỉ xanh thôi; chúng sẽ thể hiện được nhiều hơn việc tiết kiệm năng lượng bằng cách trồng cỏ trên mái nhà hay sử dụng gỗ từ những khu rừng được chứng chỉ lâm nghiệp bền vững. Trên hết mọi sự, các cấu trúc ấy sẽ góp phần vào sức khỏe và sự tự túc bằng cách sử dụng những nguồn lực và nguồn năng lượng sẵn có ở địa phương. Chúng sẽ phù hợp với trạng thái cân bằng động lành mạnh giữa con người và các hệ sinh thái cung cấp chúng ta những tài sản chung miễn phí như nước và không khí. Các cấu trúc như thế sẽ nâng cao đời sống.

Kiến trúc sư đầu tiên thấy rõ tầm quan trọng của dòng chảy như một nguyên lý có ý nghĩa quyết định trong việc thiết kế những tòa nhà và ngay cả những thành phố là Leonardo da Vinci. Các phác họa của ông cho thấy những hiểu biết sâu sắc về nhiều dòng chảy và sự cần thiết phải kết nối với môi trường chung quanh. Hơn nữa, da Vinci đã nghĩ ra cách thiết kế đô thị dựa vào các dòng chảy của nước, chất thải và cư dân. Trong quyển “Khoa học của Leonardo”, Fritjof Capra viết:

“Mối quan tâm đặc biệt của Leonardo về những dòng chuyển động qua các công trình xây dựng của ông không giới hạn trong nội thất mà bao gồm cả khu đất chung quanh, thông qua ô cửa, bao lơn và lan can. Thật vậy, trong đa số các phác họa biệt thự và cung điện, ông xem khu vườn như một phần không thể thiếu của tòa nhà. Các phác họa ấy phản ánh nỗ lực không ngừng của ông nhằm hợp nhất kiến trúc và tự nhiên.

Quan điểm sinh thái của Leonardo về việc thiết kế các tòa nhà và trọng tâm mà ông đặt vào tính toàn vẹn chức năng cũng hiển nhiên trong các đóng góp mở đường của ông cho việc quy hoạch đô thị. Năm 1482, khi ông mới đến Milan và chứng kiến bệnh dịch đang hoành hành tại đây, ông thấy rõ rằng tác động tàn phá của nó phần lớn do điều kiện vệ sinh khủng khiếp của Milan gây ra. Theo phong cách riêng của mình, ông đã phản ứng bằng một đề nghị xây dựng lại thành phố theo hướng cung cấp nhà ở đàng hoàng cho người dân, xây chuồng cho gia súc và tạo điều kiện để có thể thường xuyên rửa sạch đường phố.”

NHÀ TRẺ HOÀN TOÀN HIỆN ĐẠI

Chúng ta bắt đầu quan sát những dòng chảy trong nội thất và bên ngoài tòa nhà ở những nơi mà trẻ nhỏ lưu trú nhiều nhất. Trong khi trẻ em là nhóm nhạy cảm và dễ bị tổn thương nhất, chúng đồng thời là tiềm năng tương lai của chúng ta. Trẻ em chịu ảnh hưởng của những dòng chảy một cách dễ dàng hơn nhưng cũng khó nhận thấy hơn người lớn. Điều ấy có nghĩa nơi nào không có dòng chảy hay có những dòng chảy không thích hợp, thì trẻ em có khả năng dễ gặp khó khăn về sức khỏe hay dễ mắc bệnh hơn người lớn.

Bạn hãy hình dung một em bé ngủ phần lớn thời gian trong một phòng chứa formaldehyde thoát ra từ keo trong gỗ dán; những chất diệt khuẩn và trừ nấm trong hành lang và sơn quét tường; kim loại nặng trong quần áo và đồ chơi có màu sắc sặc sỡ; chất chống cháy chứa brom trong nệm, bộ chăn ra gối, rèm và thảm. Cửa sổ lót kính ba lớp chống tia cực tím, rèm nặng che ánh sáng và thảm dầy để giảm tiếng ồn trong khi bé ngủ. Tường cách âm kép và hệ thống lưu chuyển không khí ấm hay lạnh được lắp đặt trong môi trường kín hơi để ngăn chận tiếng ồn hơn nữa. Tã lót dùng một lần và sản phẩm vệ sinh trẻ em được tẩm chất thơm nhân tạo và chất bảo quản paraben, được nhuộm màu hay tẩy trắng bằng hóa chất. Nước clo hóa; bộ lọc của máy điều hòa không khí chứa chất diệt khuẩn. Dây điện ở phía trên hay gần giường tạo ra trường điện từ ném tung bụi vào không khí. Tiếng chít chít từ đồ chơi bằng chất dẻo và tiếng lạo xạo của sóng vô tuyến phát ra từ máy theo dõi trẻ sơ sinh.

Bạn chớ nghĩ rằng mọi vật trong phòng trẻ em đều được kiểm tra và chấp thuận. Không có vật nào được chứng minh là gây hại, mặc dù có vài ngoại lệ như một đồ chơi này nọ được biết là có chứa độc chất và lẽ ra không nên có mặt nơi đây. Thực tế là đứa trẻ trong môi trường căng thẳng ấy phải mất quá nhiều sức cho việc đề kháng. Điều ấy làm suy giảm khả năng miễn dịch cũng như sức khỏe và sự hồ hởi của trẻ. Tỉ lệ trẻ em mắc bệnh đường hô hấp và bị phát ban cho thấy không nơi nào có thể tạm gọi là dễ chịu được. Rõ ràng chúng ta đang đi tới chỗ ngày càng xuất hiện nhiều vấn đề hơn. Mặc dù không ai đáng bị khiển trách, nhưng hệ thống của chúng ta có nhiều sai sót. Tập hợp các dòng chảy bị gián đoạn đã dẫn đến một sự gia tăng rõ rệt những vấn đề sức khỏe. Trung tâm Thống Kê Y tế Quốc gia sẽ khiến bạn bẹp dí trước những số thống kê khẳng định thực tế ấy.

Như vậy, đáng lẽ các tiện nghi vật chất trong một nhà trẻ hiện đại phải giúp việc chăm sóc trẻ nhỏ được dễ dàng, thì chúng lại mâu thuẫn với một môi trường thuận lợi nhất cho sức khỏe và sự thoải mái dễ chịu. Điều cần thiết là phải xét lại toàn thể quan niệm, đồng thời tìm cách tạo ra một môi trường sống hỗ trợ, thay vì làm suy yếu hệ thống miễn dịch. Cần thiết là những đổi mới như khả năng bám chặt của thằn lằn và con trai, việc tạo màu sắc với những phương tiện quang học được bướm và bọ cánh cứng sử dụng, phương pháp kiểm soát độ pH theo cách của loài sò và rong biển, chất chống cháy sạch, bộ cảm biến báo cháy mô phỏng con bọ ngọc, cấu trúc chống tia cực tím của hoa nhung tuyết, khả năng định vị nguồn âm thanh của loài ruồi ormia , sản phẩm vệ sinh làm bằng polyme tơ tằm, polyester có nguồn gốc từ tảo và chất lycopen từ hạt cà chua. Còn nhiều hơn nữa: khống chế vi khuẩn với công nghệ xoáy nước, phá vỡ màng sinh học bằng nhóm chất furanon, sản xuất điện từ thân nhiệt, sóng âm thanh hay áp điện – tất cả đều không cần đến dây hay cáp dẫn.

Ngày nay, chứng dị ứng và bệnh đường hô hấp ảnh hưởng tới hơn 25% trẻ em ở những vùng đô thị. Một hệ thống miễn dịch phát triển bình thường và tự nhiên, trong một môi trường không có quá nhiều tiếng ồn, hóa chất và không khí ngưng động đầy bụi, sẽ hoạt động hữu hiệu để bảo vệ, giữ gìn sức khỏe và sự tăng trưởng của trẻ em. Chúng ta phải làm thế nào để có thể hỗ trợ đời sống tốt nhất bằng những giải pháp của tự nhiên. Chúng ta không thể đánh cược với sức khỏe của con cháu chúng ta.

DÒNG CHẢY KHÔNG KHÍ VÀ ÁNH SÁNG

Thuở trước, nhà ở được xây dựng với mái rơm hay mái lá và cửa sổ nhỏ không lắp kính. Những nhà như thế thường rất thoáng khí. Trong thời gian gần đây, viện lý do tiết kiệm năng lượng, người ta xây dựng những tòa nhà cách nhiệt tốt đến nỗi không khí khó lưu chuyển. Ý muốn tiết kiệm năng lượng đáng được khen ngợi, nhưng việc ngăn chận luồng không khí chẳng có lợi chút nào. Tường nhà không thể thở và mái nhà không để ánh sáng lọt qua. Trừ vài trường hợp ngoại lệ, bọt hóa học dùng để cách ly tường và mái nhà liên tục phát hơi có tính axit vào không khí mà chúng ta thở. Chất chống cháy dùng trong những tòa nhà là một vấn đề quen thuộc khác. Nguy cơ cháy nhà được xem như nghiêm trọng đến mức phải dùng chất chống lửa ngay cả trong đệm và gối. Dĩ nhiên, các hóa chất ấy đều lần lượt được chấp thuận. Mỗi hóa chất đều được thử nghiệm và mặc dù người ta nghĩ rằng vài chất có thể gây bệnh ung thư, rủi ro sức khỏe vẫn được xem như không đáng được giảm bằng nguy cơ chết cháy . Đáng tiếc là tất cả các hóa chất ấy kết hợp lại thành một liều quá lớn mà chúng ta nên tránh. Hàng đêm, trong suốt thời gian ngủ, chúng ta hít vào phổi một hỗn hợp hóa học mà chúng ta không khi nào cần đến.

Khi làm tắc nghẽn dòng chảy tự nhiên của không khí, thì chúng ta không kết nối các sự việc và không lưu ý đến thực tế của một tòa nhà. Nếu như chúng ta giải quyết vấn đề thông gió tòa nhà với cùng một phương pháp như loài mối khiêm nhường, thì cả một thế giới của những kết nối sẽ mở ra. Dòng không khí, cấu tạo đồ gia dụng, độ pH của không khí và tường nhà đều có thể đóng góp cho sức khỏe của người ở trong nhà, thay vì gây khó khăn hay trở ngại. Áp dụng những hiểu biết về cách thức các hệ thống tự nhiên giải quyết các vấn đề nói trên sẽ cho phép chúng ta đạt được những tiến bộ thực sự trong phát triển bền vững mà không cần tăng thêm vốn đầu tư.

Có thể cùng một lúc để không khí lưu chuyển liên tục và tiết kiệm năng lượng. Các hệ sinh thái đã tiến hóa theo hướng ấy trong nhiều ngàn năm. Hiện nay, cách tốt nhất để giảm gánh nặng hóa chất, sự nhiễm bẩn vi khuẩn và bụi mang điện tích là để tòa nhà được thoáng khí. Nếu chúng ta thiết kế tòa nhà như thế nào để có thể thay không khí mỗi giờ ít nhất một lần, thì việc phơi nhiễm những chất bị nghi là gây ung thư với lượng rất nhỏ sẽ không còn là vấn đề cho sức khỏe của đa số người, trong khi nếu để không khí lạnh, nóng hay ẩm ướt liên tục từ ngoài vào một tòa nhà hiện đại sẽ làm hao tổn nhiều năng lượng hơn nữa. Các hệ thống tự nhiên đã dung hòa được cả hai mục tiêu thông gió và tiết kiệm năng lượng. Chúng có thể dạy chúng ta nhiều điều lợi ích.

Một trong những phương pháp sưởi mới là sưởi sàn nhà tỏa nhiệt. Nước nóng lưu thông trong những ống đặt dưới sàn nhà cung cấp hơi ấm hiệu quả hơn hệ thống sưởi không khí. Một hệ thống cải tiến gọn nhẹ và ít tốn kém hơn được phát triển bởi các nhà khoa học Hàn Quốc sau khi quan sát quá trình phân hủy gỗ ở vùng rễ cây. Kiến và mối chuyển khoảng 15% toàn thể những mảnh cây vụn đến lớp thứ hai của đất bề mặt. Cùng với nấm thu nhặt bởi hai loài ấy, trùn đào xới làm thông khí đất, hỗ trợ việc phân hủy chất liệu gỗ tiếp theo. Quá trình phân hủy phát nhiệt sưởi ấm đất ở vùng rễ cây, tăng cường tính thẩm thấu nước từ rễ đến lá cây, đồng thời kích thích tăng trưởng và cải thiện mùi vị trái cây.

Các nhà khoa học Hàn Quốc phát triển một màng mỏng từ sợi carbon nano [2] ; màng mỏng ấy được đặt dưới sàn gỗ hay thảm để tạo ra nhiệt độ chung quanh đến gần 37ºC chỉ với một hệ thống điện mặt trời 12 vôn. Ứng dụng này ban đầu được thử nghiệm trong những nhà kính Nhật Bản và Hàn Quốc như là một phương pháp giữ ấm rễ cây. Nó đã giúp tiết kiệm hơn 70% chi phí nhiệt năng cần cho việc sản xuất bằng nhà kính; bây giờ nó có thêm công dụng sưởi ấm nhà ở.

Đó chỉ mới là một phát triển, đổi mới ấy còn có thể được áp dụng để tăng năng suất của những tấm thảm sinh thái như thảm do công ty Interface Global sản xuất. Những kiểu cao cấp nhất làm bằng những sợi carbon liền sát nhau và đan lẫn vào một tấm nền cao su hay PVC. Thảm ấy gồm nhiều ô kết nối với nhau bởi những sợi carbon có kích thước trong phạm vi micromet và có thể thu năng lượng từ những tế bào mặt trời màng mỏng nhạy cảm chất màu để tạo ra nhiệt độ lý tưởng cho chân người đi trên đó. Cách sưởi này tấn công bọ mạt từ hai phía. Trước hết, bức xạ cực tím trực tiếp giết chúng. Rồi nhiệt độ trong thảm sẽ đủ nóng để làm khô mọi mảnh đồ ăn và bánh vụn rớt xuống sàn nhà, nghĩa là loại bỏ nguồn nuôi sống bọ mạt, khống chế sự sinh sôi nảy nở của chúng.

HIỂU BIẾT CỦA LOÀI MỐI LIÊN QUAN TỚI ÐỘ ẨM

Mối là những nhà nông. Chúng đã hoàn thiện một quá trình trong đó sinh khối được chuyển xuống đất sâu để trồng nấm. Điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm một cách tinh tế là một yêu cầu thiết yếu để thành công. Qua hàng ngàn năm, loài mối biết rằng nếu nhiệt độ và độ ẩm chưa được điều chỉnh chính xác thì nấm không phát triển mạnh, cả khi chúng có một môi trường tăng trưởng lý tưởng. Tổ mối luôn luôn có nhiệt độ 27ºC và độ ẩm 61%. Ở mọi nơi, trong mọi vùng khí hậu mà mối sinh sống, chúng kiểm soát sự lưu thông của không khí bằng cách làm đường hầm và ống thông khí. Dù ở Dallas hay Dacca, Oslo hay Osaka và cho dù nhiệt độ bên ngoài thay đổi như thế nào, mối luôn luôn xây dựng thành công một hạ tầng cơ sở để điều hòa không khí, giữ cho dòng chảy và chất lượng của nó được ổn định chỉ bằng cách thay đổi màu sắc, chiều rộng, chiều dài hay chiều cao của những đường hầm và ống thông khí.

Không khí thải bay lên từ tổ mối qua các ống thông khí, tạo ra một khoảng chân không bên trong tổ. Nhờ đó, không khí từ bên ngoài, dù nóng hay lạnh, được thu hút vào những đường hầm nhỏ tí thông với tổ dưới mặt đất. Nếu không khí trong tổ nóng và ẩm ướt, không khí bên ngoài vào sẽ làm mát và làm bớt ẩm. Nếu không khí bên trong lạnh và khô, nó sẽ sưởi ấm và để chất ẩm lan tỏa. Điều ấy dựa trên các định luật vật lý cơ bản mà chúng ta đã học ở trường trung học. Loài mối biết rõ các ống thông khí phải lớn bao nhiêu, các đường hầm phải dài và sâu bao nhiêu để giữ nhiệt độ và độ ẩm không thay đổi, bất kể điều kiện bên ngoài như thế nào. Chúng có được khả năng ấy đã hàng triệu năm mà chưa bao giờ cần đến nhiệt kế hay nhiên liệu và máy bơm.

Con người điều hòa nhiệt độ nội thất trong một thời gian ngắn hơn rất nhiều. Do kinh nghiệm còn quá ngắn ngủi, chúng ta chỉ mới đạt tới các mô hình toán học cần thiết để xây dựng những tòa nhà với dòng chảy không khí dễ chịu và có thể dự đoán được. Thiếu các công cụ bẩm sinh của loài mối, rất tiếc chúng ta đã chọn điện năng và nhiên liệu hóa thạch làm động lực, lãng quên các định luật vật lý với những đặc tính tuyệt vời, bao giờ cũng đúng. Gần như mọi phát minh của chúng ta đều có những bộ phận chuyển động sớm muộn gì cũng sẽ hư hỏng trong thế giới vật lý. Loài mối tạo cho mình một giải pháp lâu dài không chứa một bộ phận chuyển động nào cả. Giải pháp đó, chính chúng ta cũng có thể sử dụng.

MỘT BỘ LỌC SỐNG

Tạo điều kiện cho không khí lưu thông vào ra một tòa nhà chỉ là một bước lớn đầu tiên. Chúng ta còn có thể phối hợp các dòng chảy để tẩy sạch và làm không khí trong tòa nhà trở nên giàu oxy. Bạn nên nhớ, oxy mang tính kiềm. Để làm được việc ấy, chúng ta phải ra ngoài phạm vi vật lý và tiếp thu những kiến thức về sinh học nói chung và loài vi tảo nói riêng. Tái tạo một môi trường bên trong tòa nhà không còn bụi và hạt mang điện tích là một việc không khó lắm. Hơn hai thập kỷ trước đây, một công ty nhỏ mang tên Levande Filter (Bộ lọc Sống) mở đường cho việc thực hiện ý tưởng về bộ lọc không khí dựa trên nghiên cứu được NASA tài trợ nhằm tẩy sạch không khí trong những con tàu vũ trụ. Giáo sư Lars Thofeldt đã phát triển một hệ thống cây trồng và từ 1998, những bộ lọc sống này của ông được lắp đặt trên khắp thế giới. Nhờ hợp tác với kiến trúc sư, các hệ thống ấy được thiết kế theo một cách cho phép không khí trong tòa nhà chuyển động qua một tập hợp gồm 150 cây khác nhau nằm ở vị trí chiến lược gần trần nhà. Cái logic của hệ thống ấy có được là nhờ việc quan sát hệ sinh thái rừng mưa, nơi không chỉ có tính đa dạng sinh học và nguồn cung cấp oxy mà còn chứa đựng cả những bộ lọc không khí khổng lồ nữa. Ở vùng Amazon, những hạt bụi bay đến từ châu Phi xa xôi được giữ lại bởi thảm thực vật nhiệt đới và được nước mưa cuốn trôi xuống đất. Tập hợp cây trong bộ lọc sống được liên tục chiếu sáng bằng đèn LED có hiệu quả cao. Cứ mỗi 15 phút, người ta lại phun sương nước lên cành lá. Những hạt sương nhẹ nhàng ấy ngưng tụ trên cây rồi nhỏ giọt xuống đất, sau khi làm sạch bụi và cả độc chất hòa lẫn trong không khí. Kết quả có thể nhận thấy được: không khí giàu oxy hơn và có tính kiềm dễ chịu.

NẤM MỐC DƯỚI TẦNG HẦM

Khi một tòa nhà bị đóng kín và cách ly, hơi ẩm không thoát ra được. Những mùa hè ẩm ướt kéo dài tạo điều kiện lý tưởng cho nấm mốc xâm hại ngôi nhà, nhất là trong những khu vực đóng kín như tầng hầm của nó, nơi khí ẩm ngưng tụ trên tường cách nhiệt. Nấm phát tán bào tử vào không khí, có thể gây bệnh đường hô hấp. Nếu nhà của bạn làm bằng gỗ thì chính nó cũng như những người ở trong nhà đều bị nấm mốc đe dọa. Nếu nhà bạn xây bằng bê tông cốt thép thì “chỉ” người mới có nguy cơ về sức khỏe. Các công ty chuyên môn cải tạo nhà ở sẽ xử lý tường nhà bằng những oxit kim loại loại trừ được nấm mốc, nhưng lại phát hơi độc trong vài năm. Đó là cách suy nghĩ nông cạn “một nguyên nhân – một tác động” của chúng ta. Nó khiến chúng ta nghĩ đến chiến lược kinh doanh cốt lõi không dự phòng mọi hậu quả ngoài ý muốn.

Mặt khác, nếu chúng ta thiết kế ngôi nhà như thế nào để tầng hầm được thông khí và cho phép toàn bộ quang phổ ánh sáng (kể cả tia cực tím) vào tới bên trong, thì nấm mốc không có điều kiện để tăng trưởng nữa và ngôi nhà thật sự được tẩy sạch. Anders Nyquist dùng một lăng kính để đem ánh sáng tự nhiên vào tầng hầm. Việc ấy không những cung cấp ánh sáng miễn phí cả ngày mà còn là phản ứng đầu tiên trước sự tấn công của loại nấm không ai muốn có. Nếu thông gió đúng cách, bào tử nấm gây bệnh đường hô hấp sẽ bị đẩy ra khỏi tòa nhà. Đó là một khởi đầu tốt không chỉ giải quyết một vấn đề. Một thế giới kết nối mang lại nhiều lợi ích cho những đối tác khác nhau. Trong thế giới ấy, những nhà kinh doanh có thể nắm bắt nhiều cơ hội.

Bây giờ, chúng ta trở lại vấn đề pH. Ngoài chất cách ly và những trở ngại khác cho sự thông gió, đa số vật liệu thường được dùng làm tường nhà và mặt sàn khiến không khí ngột ngạt hơn nữa, tạo điều kiện cho nấm mốc sinh sôi nhanh chóng. Ở chỗ tối và không được thông khí như tầng hầm, nấm phát triển mạnh trong môi trường axit. Do đó, một phương pháp khác để khống chế nấm mốc là thay đổi độ pH của tầng hầm, làm cho nó có tính kiềm. Nếu nấm không có điều kiện thuận lợi để sinh sôi nảy nở, nó sẽ nằm yên, không phát triển. Lớp phủ tường và sàn nhà có thể làm bằng canxi carbonat từ những nguồn như vỏ sò nghiền nát. Nếu sử dụng tấm thạch cao thì tường cách ly có nguồn gốc từ rong biển. Cả thạch cao lẫn vỏ sò đều rất dồi dào, không đắt tiền và có tính kiềm cao. Nếu được dùng để phủ sàn nhà và cách ly tường, chúng sẽ tốt không kém những vật liệu hiện có trên thị trường.

Hiểu biết mới về các nhân tố môi trường như dòng chảy không khí, ánh sáng và tính kiềm giúp chúng ta loại trừ những điều kiện phát triển của nấm mốc cũng như giảm phơi nhiễm độc tố gây stress cho hệ miễn dịch của chúng ta. Đó là lý do tại sao chúng tôi bắt đầu tổng hợp thông tin, kết nối yêu cầu cách nhiệt với việc chống nấm mốc, với chất lượng không khí, với sức khỏe và thiết kế nhà có môi trường lành mạnh.

Åke Mård, người sáng lập công ty xây dựng mang tính đổi mới MRD của Thụy Điển, có một phương pháp khác để khống chế nấm mốc ở tầng hầm. Công ty Pittsburgh Corning cung cấp cho ông loại kính tái chế nhưng không sử dụng được. Ông chế biến nó thành những khối thủy tinh xốp được dùng làm vật liệu xây dựng cấu trúc ở Bỉ và Cộng hòa Séc. Đầu vào gồm có kính tái chế và không khí (chủ yếu CO 2 ), còn đầu ra là một cấu trúc chịu tải đa năng. Kính tái chế được bổ sung bằng khí carbonic là vật liệu nhẹ có ưu điểm chống axit và nấm mốc, đồng thời có tính cách nhiệt. Sâu bọ không thể ăn thủng nó. Đó chính là nền kinh tế của tương lai mà chúng tôi hình dung: sử dụng những gì sẵn có và đạt được nhiều lợi ích. Những khối thủy tinh xốp ấy là một vật liệu làm sẵn có thể thay thế bốn sản phẩm. Việc sản xuất chúng làm giảm bớt áp lực trên những máy chế tạo chai từ thủy tinh tái chế. Một lần nữa, chúng ta lại thấy cách thức tự nhiên lưu chuyển vật chất đến những đối tác khác nhau trong một hệ thống.

Đổi mới ấy rất phù hợp với đường lối và mục tiêu của Earthstone, một doanh nghiệp ở New Mexico (Hoa Kỳ) xuất hiện độc lập với các sáng kiến xây dựng ở Thụy Điển. Earthstone được Andrew Ungerleider và Gay Dillingham sáng lập năm 1993 nhằm phản ứng lại sự tàn phá của hoạt động khai thác mỏ lộ thiên trong vùng họ ở. Công nghệ được đăng ký phát minh của Earthstone tách chai thủy tinh cũ ra khỏi dòng chất thải và đưa vào quá trình sản xuất: đồ dùng để mài nhẵn (ví dụ để thay cho giấy nhám), sản phẩm làm sạch (dùng trong máy tẩy sơn) và vật liệu làm vườn (thay sợi thủy tinh trong kỹ thuật thủy canh). Hệ thống sản xuất của họ được thiết kế theo những mô hình tự nhiên, lưu chuyển nguyên vật liệu và năng lượng qua nhiều tầng và đã chiếm được thị phần sau hơn một thập kỷ thành công. Nhà máy mới được đặt cạnh bãi rác của thành phố Albuquerque, nguồn chất thải thủy tinh, và một phần năng lượng là khí metan phát ra từ sự phân hũy sinh khối ở bãi rác. Dự án này là một ví dụ điển hình của những giải pháp công nghiệp làm giảm tác động có hại của việc thải bỏ quá đáng, đưa những sản phẩm có tính cạnh tranh ra thị trường, đồng thời sử dụng những nguồn sẵn có tại chỗ.

THÁCH THỨC CỦA VIỆC LẮP KÍNH BA LỚP

Thêm một điều cần nói về thủy tinh: đầu tư của chủ sở hữu nhà ở vào việc lắp kính hai lớp hay thậm chí ba lớp để tiết kiệm năng lượng. Thông thường, việc ấy được khuyến khích bởi biện pháp giảm thuế của chính phủ. Mặc dù cửa sổ lắp kính ba lớp rất đắt tiền, nó được xem như một phương tiện hữu hiệu để vừa tiết kiệm chi phí vừa cứu giúp môi trường. Nó thuộc về một chiến lược bền vững đòi hỏi nhiều vốn đầu tư hơn để tiết kiệm số tiền cần thiết cho việc hoàn vốn! Các biện pháp tiết kiệm năng lượng ấy thường được kết hợp với một màng mỏng chống tia tử ngoại dán lên cửa sổ nhằm bảo vệ màu sắc của thảm, tranh ảnh và những vật trang trí trên tường khác. Như chúng tôi đã đề cập ở trên, việc ngăn ngừa tia tử ngoại là một hành động khuyến khích bọ mạt phát triển, vì không còn một cơ chế tự nhiên kìm hãm chúng nữa.

DÒNG CHẢY CỦA NƯỚC

Chúng ta hãy xem xét dòng chảy kế tiếp là nước. Nước được sử dụng như thế nào trong những tòa nhà? Chắc chắn là trong nhà ở và cũng như trong các trường học và tòa nhà văn phòng, nước được dùng nhiều nhất để giặt rửa và loại bỏ chất thải. Chúng ta ngăn chận dòng chảy của không khí và ánh sáng trong những tòa nhà hiện đại, nhưng lại thúc đẩy quá mức dòng chảy của nước qua vô số ống to, ống nhỏ, ống nước nóng, ống nước lạnh, những ống khác cho nước xám, rồi lại nhiều ống hơn cho nước đen. Thật lạ lùng, điều đầu tiên chúng ta làm với chất bã của quá trình tiêu hóa là hòa lẫn nó với nước uống. Bộ máy tiêu hóa chúng ta là một hệ thống phức tạp bao gồm dạ dày, thận, gan, bàng quang và ruột. Về cơ bản, chúng ta chỉ có một ống dẫn đầu vào với một van để điều khiển chất lỏng, chất đặc vào dạ dày và không khí vào phổi. Có hai kênh dẫn đầu ra, một kênh cho chất lỏng, còn kênh kia cho chất rắn và chất khí. Hệ thống ấy hoạt động rất hiệu quả.

Nước uống cần cho sự sống nhưng lại không thể cung cấp đầy đủ cho mọi người. Khi dùng nó để rửa sạch chất thải, chúng ta không thấy các mối liên hệ. Nước là chất quý nhất trên trái đất. Ở nhiều nơi, nước uống rất đắt, còn đắt hơn dầu lửa, cả khi giá dầu lên tới 100 đô la một ba-ren [3] . Chúng ta được sự ưu đãi là dễ có nước uống sạch, nhưng sao chúng ta lại làm cho nó trở thành vô dụng bằng cách pha trộn nó với chất bã tiêu hóa của người? Việc đó chưa đủ, chúng ta còn cho thêm hóa chất mạnh và giấy clo hóa vào nữa.

Có lẽ bạn không nghĩ rằng nước tiểu là một chất lỏng đáng lưu ý. Nhưng nó giàu kali, một trong những chất dinh dưỡng thiết yếu cho tim chúng ta để duy trì khả năng điều hòa dòng máu. Cơ thể chúng ta không tích trữ kali vì nó là một độc chất trong máu. Nó được thải ra ngoài cũng nhanh như được hấp thu từ thức ăn bổ dưỡng. Vì vậy, không nên lãng phí nước tiểu mà nên đưa nó trở lại chu trình dinh dưỡng. Trong thời Đế quốc La Mã, chỉ hoàng đế mới có ưu quyền thu thập nước tiểu từ nhà dân để sử dụng nó như một tác nhân tẩy sạch.

Phân là một vấn đề khác. Ít có loài vật nào chủ ý để phân rơi xuống nước, có lẽ chỉ ngoại trừ loài chim, chẳng hạn như hồng hạc mà phân của nó trong nước kích thích tảo tăng trưởng; tảo cần cho sự phát triển của tôm; loài này lại là thức ăn của chim. Có những lý do thích đáng cho việc tách rời phân và nước tiểu của hệ thống tiêu hóa. Mùi hôi tổng hợp của phân và nước tiểu rất khó chịu. Theo thói quen hiện nay, phân và nước tiểu được dội sạch với một lượng lớn nước uống được, rồi bơm vào hệ thống xử lý nước thải, nơi vi khuẩn hiếu khí ngốn các chất hữu cơ: một quá trình hết sức tốn kém. Nếu như phân và nước tiểu được tách riêng theo cách thức của hệ tiêu hóa, thì chúng sẽ không có hoặc ít có mùi hôi, với điều kiện là phân được một dòng chảy không khí làm khô nhanh chóng.

Đó là nguyên tắc hoạt động của nhà vệ sinh khô tách phân và nước tiểu do TS. Matts Wolgast, một nhà khoa học Thụy Điển thuộc Đại học Uppsala, thiết kế, vận hành và cải tiến. Một khả năng khác là tạo ra một xoáy nước đơn giản để sử dụng trọng lực vào việc tách chất rắn ra khỏi chất lỏng. Những hệ thống làm sạch nước như hệ thống được phát triển bởi loài trai sông hay tôm tích cũng có thể góp phần giải quyết vấn đề. Tuy nhiên, ngay cả các giải pháp cuối đường ống ấy cũng không được áp dụng trong những tòa nhà hiện đại. Nếu như chúng ta không còn dùng nước để chuyển chất thải tiêu hóa đến nhà máy xử lý nước trung tâm, nơi các loài vi khuẩn E. coli và Vibrio cholerae tăng trưởng mạnh, thì không những chúng ta giảm nguy cơ sức khỏe từ những nguồn bệnh tiềm ẩn, mà còn giảm cả lượng độc chất lớn lao dùng để khống chế những vi khuẩn có hại nữa. Mặc dù những chất diệt khuẩn làm giảm nguy cơ mắc bệnh, nhưng chúng cũng khiến nước trở nên độc, không sử dụng được cho bất cứ việc gì, trừ phi nó được đưa vào một quá trình cải tạo lâu dài và tốn kém.

Tại trường Laggarberg ở Thụy Điển, mọi chất thải từ nhà vệ sinh được xử lý ngay tại chỗ theo logic của một hệ sinh thái. Mặc dù luật pháp quy định phải sử dụng nhà vệ sinh dội nước, nhưng một khi chất rắn và chất lỏng được cuốn trôi thì ngay lập tức, một xoáy nước đơn giản sẽ tách rời hai thứ ra. Nhiệt thải được dùng để làm khô chất rắn. Việc này diệt trừ mọi mầm bệnh và ký sinh trùng cũng như phân hủy mọi chất kháng sinh và hoocmon trong chất bài tiết, trước khi chúng gây tác động có hại cho người và môi trường chung quanh. Nhờ trải nghiệm quá trình sinh thái ấy hàng ngày trong nhiều năm học, tự nhiên các học sinh trường Laggarberg sẽ hiểu cái logic của những hệ thống quản lý chất thải bền vững.

Chúng ta nghĩ nước là một chất lỏng dồi dào chảy từ một nơi nào đó qua những đường ống đến bất cứ nơi nào chúng ta cần nó. Nhiều thành phố xây dựng mạng lưới cung cấp nước hiệu quả. Bạn hãy tưởng tượng một đường ống dài hàng ngàn dặm dẫn nước từ sông Colorado tới thành phố Los Angeles. Hãy hình dung số tiền khổng lồ mà New York đầu tư cho việc đặt những bể tự hoại ở vùng lân cận thành phố để bảo tồn môi trường nước. Bây giờ bạn hãy xem điều gì xảy ra với nước mưa. Nó chảy vào cống rãnh chôn dưới những con đường thành phố rồi dần dần biến mất hoàn toàn! Mặc dù nước càng ngày càng đắt hơn, bang Colorado vẫn cấm cư dân thành phố giữ nước mưa lại. Sao có thể như thế? Sao có thể để nước mưa tuôn chảy vào hệ thống cống rãnh? Đã tới lúc phải hiểu nước là nguồn quý báu nhất của chúng ta. Trước khi ra đời, hơn 99% thân thể chúng ta là nước. Đến tuổi trưởng thành, con số tương ứng vẫn còn hơn 80%. Việc hấp thụ nước hàng ngày duy trì đời sống của chúng ta. Chúng ta có cách cư xử không thích đáng với nước vì chúng ta không nhìn thấy các dòng chảy. Chúng ta hãy ra khỏi khuôn khổ (một lần nữa) và đặt câu hỏi: “Ở đâu có lượng nước uống lớn nhất nhưng chưa được khai thác?” Câu trả lời sẽ là: “Trong không khí.”

Giải pháp đầu tiên và trên hết để đáp ứng nhu cầu nước của chúng ta là giữ nước mưa lại. Trong mỗi tòa nhà và trên mỗi con đường đều có những khu vực trữ nước mưa cho phép sử dụng ngay, không cần bơm hay xử lý bằng hóa chất, vì trọng lực sẽ hoàn thành công việc của nó. Dù một cao ốc ở New York hay một nông trại ở Columbia, lượng nước mưa giữ lại cũng đủ để đáp ứng nhu cầu nước ở những nơi đó.

Việc thu hút hơi ẩm trong không khí không được xem là một giải pháp chủ đạo. Tuy nhiên, chúng ta sẽ có được nhận thức mới mẻ về khả năng khai thác nước từ không khí khi đến thăm những hệ sinh thái khô khan nhất và xem các loài sinh vật ở những nơi ấy tồn tại như thế nào. Bọ sa mạc Namib ( Onymacris unguicularis ) góp nhặt nước từ không khí nhờ sự tương tác giữa những điểm ưa nước và kỵ nước trên cánh của nó. Loài ếch đặc hữu của Úc Cyclorana maini có thể hấp thu một lượng nước bằng 30% trọng lượng cơ thể của nó và bọc nước trong một cái kén. Thằn lằn quỷ gai ( Moloch horridus ) áp dụng phương pháp thẩm thấu để thu hút hơi ẩm vào một chỗ chứa trong cơ thể nó. Loại cây sa mạc Welwitschia mirabilis cũng có khả năng tương tự như bọ cánh cứng Namib trong việc làm ngưng tụ hơi nước trong không khí. Gai xương rồng hút nước từ không khí, cũng như cây thông và loại tre Guadua angustifolia ở vùng cao nguyên Anden. Cây nguyệt quế Garoé ( Ocotea foetens ) mọc trên sống đỉnh núi ở đảo El Hiero thuộc quần đảo Canary (Tây Ban Nha) lấy nước từ những đám mây và tạo ra cơn mưa phùn đôi khi trông như một thác nước.

Nếu có khi quan sát một máy điều hòa không khí, bạn sẽ thấy nước nhỏ giọt suốt cả thời gian. Cũng giống như thế, một tháp giải nhiệt nằm trên nóc một tòa nhà to lớn làm hơi nước ngưng tụ lại như mồ hôi đọng trên mặt tháp. Để có một ý tưởng về lượng nước lơ lửng trong bầu khí quyển, bạn hãy biết rằng nếu như mỗi ngày không khí từ trên cùng một tòa nhà to lớn được đẩy qua một hệ thống kết hợp những mặt bằng ưa nước và kỵ nước thì nó có thể trút khoảng 100 mét khối nước trong một phút xuống các tầng phía dưới. Thật thú vị, khi nghiên cứu dòng không khí từ tháp giải nhiệt, chúng ta khám phá ra khả năng để nước chảy từ nóc nhà xuống dưới. Điều ấy giúp giảm chi phí năng lượng. Đồng thời, việc lợi dụng trọng lực thay vì dùng bơm nước cũng làm giảm lượng nước sử dụng. Vì nước “trên nóc nhà” không đòi hỏi phải có máy bơm, chúng ta còn tiết kiệm thêm vốn đầu tư nữa. Đây là một đề nghị rất hấp dẫn trong một cơn khủng hoảng kinh tế: đầu tư ít hơn, thu nhập nhiều hơn.

Leonardo da Vinci đã nghiên cứu nước một cách sâu rộng. Ông bị lôi cuốn bởi chất nước, dòng chảy của sông, xoáy nước, chuyển động xoắn trôn ốc và những nhiễu loạn khác. Ông đã tìm ra hai lực chính yếu tạo ra chuyển động của nước – trọng lực và sức ma sát nội hay lực nhớt. Trọng tâm nghiên cứu chuyển động nhiễu của Leonardo là xoáy nước hay cuộn nước xoáy. Trong thế kỷ 20, xoáy nước được tiếp cận một cách sáng tạo bởi Viktor Schauberger, một nhà khoa học và quản lý rừng người Áo. Như chúng tôi đã nhận xét, xoáy nước có khả năng tẩy sạch nước. Đưa nó vào thiết kế nhà là một bước dễ dàng. Thu lấy nước từ tháp giải nhiệt, dội nhà vệ sinh, đánh bóng kính cửa sổ, lau sàn nhà; bơm vào một ống tạo ra xoáy nước, oxy hóa và làm sạch bằng áp suất nội tại của nước; nước ấy được sử dụng lại ở mỗi tầng dưới, rồi được tẩy sạch và đưa xuống tầng hầm. Đó là một cách sử dụng nước hiệu quả, hoàn toàn khác cách thông thường.

Khi chúng ta cho nước chảy qua một xoáy nước nhằm tách chất đặc ra khỏi chất lỏng, thì nước từ tầng mười xuống tầng một có thể được dùng để giội cầu thêm mười lần nữa. Dội nước nhà vệ sinh là một trong những việc uống nước nhiều nhất nên một hệ thống nước xoáy sẽ tiết kiệm cả nước lẫn năng lượng. Nếu bề mặt tòa nhà được phủ một lớp vật liệu mô phỏng theo lá sen hay mặt trong bóng láng, sạch sẽ của vỏ bào ngư, thì không cần nước và hóa chất để làm sạch nó, nghĩa là tiết kiệm hơn nữa. Máy lau cửa sổ đắt tiền có thể được xóa bỏ khỏi bảng chi phí vận hành tòa nhà. Những giải pháp ấy là mộng hay thực? Điều ấy tùy thuộc vào chúng ta. Thảo mộc và côn trùng đã chứng minh là chúng hoạt động tốt, và nhiều giải pháp đã có giá trị tham chiếu. Chất chống thấm nước ở chân con nhện nước hiệu quả đến nỗi chân nó không bao giờ ướt, cho phép loài vật này đi trên mặt nước.

Các giải pháp tài tình ấy đã được cải tiến qua hàng triệu năm tồn tại ở sa mạc và áp dụng những định luật vật lý lúc nào cũng có tác dụng, không trừ ngoại lệ. So sánh với những khả năng nói trên, hệ thống bơm nước phức tạp từ núi qua những đập nước hay việc biến đổi nước mặn thành nước uống bằng phương pháp thẩm thấu ngược tốn rất nhiều năng lượng có vẻ như những công nghệ thời tiền sử.

Sự kết hợp các dòng chảy không khí và nước dẫn đến hàng loạt cơ hội có thể được đánh giá cao bởi sự hiểu biết các định luật vật lý và hóa học. Mặc dù dễ hiểu, các định luật này ít khi được áp dụng để tìm kiếm giải pháp. Lấy thí dụ bề mặt gồm những ô vuông ưa nước và kỵ nước. Thay vì tan biến đi, những lượng không khí khổng lồ thoát ra từ tháp giải nhiệt có thể bay qua một tấm bạt chứa những ô vuông. Một số ô vuông kỵ nước, còn một số khác ưa nước. Những giọt nước nhỏ tí ti bị đẩy ra khỏi những ô kỵ nước, ngưng tụ trên những ô ưa nước, hợp thành những giọt lớn hơn và chỉ nhờ trọng lực mà chảy xuống phía dưới, làm đầy những bể chứa. Lượng nước thu thập được có lẽ không đủ để thỏa mãn mọi nhu cầu. Dù vậy, ý tưởng ấy giúp chúng ta lưu ý đến nguồn nước to lớn mà chúng ta chưa bao giờ nghĩ đến. Nếu như không khí bão hòa hơi nước từ tháp giải nhiệt được đẩy vào một buồng quay với tốc độ cao để tạo ra một xoáy nước, thì nó có thể “ép” nước ra khỏi không khí mà không cần đến một bề mặt chứa ô vuông nào cả. Những hệ thống đầu tiên như thế đã được lắp đặt bởi công ty Watreco trên đảo El Hierro.

Một khi chúng ta hoàn thành thiết kế các đổi mới nói trên, chúng ta có thể kết hợp chúng với khả năng tẩy sạch của một xoáy nước trong những ống dẫn nước. Bằng cách tái thiết kế mô hình sản xuất và tiêu dùng cũng như xem xét lại toàn thể hệ thống một cách kỹ lưỡng, chúng ta có cơ may tìm ra một giải pháp giúp chúng ta thoát khỏi nạn thiếu hụt nước trên toàn cầu. Một khi những đổi mới ấy được áp dụng, chúng có thể giảm chi phí ngay lập tức, đồng thời làm nhẹ bớt tình trạng căng thẳng nguồn nước ít ỏi của mọi đại đô thị trên thế giới.

Cả vùng bờ biển của bang California phải chịu thiếu nước ngọt trong hàng chục năm. Nếu như sử dụng được nước từ bầu không khí luôn luôn ẩm ướt bởi sự đảo nghịch nhiệt độ giữa những luồng nước lạnh dưới biển và sa mạc nóng bức trong đất liền, thì lợi ích kinh tế lớn nhất sẽ là giá trị gia tăng của đất đai nơi đó. Bạn hãy nhớ lại Las Gaviotas, một vùng đất trước kia thật tiêu điều, vô giá trị nhưng bây giờ là một rừng mưa tái sinh có giá trị gấp 3.000 lần lúc ban đầu. Giá trị đất đai gia tăng nhờ có một tài sản công cộng như nguồn nước dồi dào sẽ được chào mừng như một sự đảo ngược xu hướng giảm giá trị và đầu cơ tài sản hiện nay. Đất đáp ứng tốt các nhu cầu cơ bản, bắt đầu bằng việc cung cấp nước uống, sẽ giữ được giá trị cao.

HIỆU ỨNG ÐẢO NHIỆT

Trong mùa hè nóng nực ở New York hay Boston, Galveston hay Chattanooga, các máy điều hòa chạy hết công suất. Không khí nóng được đẩy qua những hệ thống làm lạnh ấy, và người ta thấy những đám mây nóng bão hòa hơi nước bao phủ các tòa nhà. Máy điều hòa làm lạnh không khí trong nhà. Không khí nóng ẩm được thải ra ngoài, khiến không khí sát bên tòa nhà - kể cả không khí mà bộ phận hút khí của máy điều hòa sẽ thu vào – cũng trở nên nóng và ẩm. Do đó, năng lượng cần để làm lạnh không khí nóng ẩm tăng lên. Nếu không có gió, một đảo nhiệt sẽ hình thành ở vùng sát tòa nhà. Trong mùa hè, hiệu ứng đảo nhiệt đạt tới cao điểm, tạo điều kiện nhiệt độ tối ưu cho sự lan truyền vi khuẩn Legionella spp. (gây bệnh viêm phổi được gọi là bệnh lê dương). Nhiệt độ tăng lên khiến màng sinh học trở nên dầy hơn và do đó, nguy cơ sức khỏe cũng cao hơn. Khi bạn vào một tòa nhà qua cửa quay dùng để tránh mất nhiệt hay không khí mát mẻ, bạn sẽ thấy ở đó không có một buồng giảm áp lực, nghĩa là không có chuyển động không khí. Càng nhiều người tụ họp trong tòa nhà kín hơi như thế, càng nhiều nhiệt bị giữ lại bên trong.

Mỗi giờ, một người trưởng thành tạo ra 60 oát nhiệt năng. Năng lượng dùng để sưởi ấm hay làm mát lại phát thêm nhiệt nữa. Một phòng họp chứa một ngàn người có thể sản xuất 60 kW giờ. Anders Nyquist đã áp dụng một phương pháp hoàn hảo để thiết kế phòng thể thao của trường Laggarberg ở Thụy Điển. Khi nhiệt phát sinh bởi khán giả bị kích động trong một buổi thi đấu sôi nổi ở trường, dòng chảy không khí tự nhiên đem cả không khí mát từ ngoài vào. Thiết kế của ông cho thấy càng nhiều người vào phòng thể thao, dòng chảy càng mạnh, giữ cho không khí bên trong được mát mẻ, dễ chịu. Đó là một thiết kế hệ thống có tác dụng!

Thiết kế nhà tạo ra một loạt vấn đề không thể đoán trước được. Các giải pháp cần phải phục vụ nhiều mục tiêu, như tiết kiệm chi phí và năng lượng cũng như giảm rủi ro sức khỏe cho người. Những tòa nhà có tác dụng hỗ trợ sức khỏe, tiết kiệm năng lượng, cần ít vốn và chi phí vận hành là kết quả tổng hợp của nhiều đổi mới dựa trên những hệ thống toàn vẹn của tự nhiên.

DÒNG CHẢY ÂM THANH

Trước khi sinh, chúng ta chủ yếu được cấu tạo bằng nước. Vì thế, âm thanh vang qua nước ối chắc chắn có ảnh hưởng đến chúng ta. Thật vậy, một số bác sĩ nhi khoa gợi ý cho những phụ nữ mang thai nghe nhạc cổ điển, thánh ca thời trung cổ hay những bài hát của các nhà sư Tây Tạng, vì họ nghĩ rằng những âm thanh ấy có ảnh hưởng tốt đối với sự phát triển trí tuệ của đứa bé. Công trình của Alexander Lauterwasser trong lĩnh vực mẫu sóng âm học cho thấy khi một dòng chảy âm thanh lan rộng trên một khối nước, nó tạo ra một dạng sóng bất biến và do đó có thể dự đoán được. Âm thanh là một loại sóng; sóng tạo ra sức ép, và sóng âm thanh có những tần số khác nhau. Lauterwasser đặt một giọt nước trên một tấm kim loại rồi gây ra tiếng động. Ông quan sát thấy mặt nước chuyển động khi sóng âm thanh khẽ rung nó. Những sóng âm thanh khác nhau tạo ra những sức ép tương ứng và những chuyển động phức tạp khác nhau. Một sóng âm thanh với một tần số đặc thù luôn luôn tạo ra một chuyển động và hình dạng cá biệt của nước có một sức căng bề mặt nhất định. Mỗi thay đổi tần số dù nhỏ cũng làm thay đổi những chuyển động phức tạp nhưng nhịp nhàng.

Mỗi chúng ta đều có kinh nghiệm là âm thanh êm dịu gây cảm giác dễ chịu, còn tiếng ồn có thể khiến chúng ta bực mình từ mức độ nhẹ cho đến cao độ. Chúng ta có thể hình dung một môi trường sống bên con suối róc rách hay cạnh bờ biển với tiếng sóng rì rào. Sinh sống hay làm việc gần một xa lộ hay đường xe lửa đòi hỏi phải có những tiện nghi khiến tiếng ồn chỉ còn trong tiềm thức, mặc dù vẫn gây mệt mỏi.

Vì ngay cả những vật vô tri vô giác như một tòa nhà cũng gây tiếng ồn, thì việc xem xét kỹ những sáng kiến lái dòng chảy của những tiếng động khó chịu theo một hướng nhất định có thể giúp chúng ta tìm ra cách giảm tác động của chúng. Nhiều nhà khoa học nghiên cứu hình dáng thuôn cho phép cá heo xám và cá voi biến đổi sức ép của xoáy nước và cơn gió lốc thành một lực hữu hiệu. Có thể chúng ta cũng có khả năng thu năng lượng tiềm tàng của tiếng động bằng một máy biến áp điện bé tí, cung cấp đủ điện cho những thiết bị nhỏ như điện thoại di động. Thay vì chỉ ngăn tiếng động ù tai từ xa lộ, chúng ta có thể nghĩ ra cách biến đổi nó thành năng lượng. Như vậy, những giải pháp vật lý cho việc giảm tiếng ồn cũng có thể giúp tiết kiệm năng lượng.

DÒNG CHẢY NĂNG LƯỢNG

Phí tổn năng lượng cung cấp cho một tòa nhà phụ thuộc vào hai nhân tố: cung và cầu. Các trường hợp mô tả trong chương này cũng như trong cả cuốn sách chứng minh rằng chúng ta có thể thực hiện việc giảm tiêu dùng năng lượng mạnh mẽ bằng cách sử dụng những giải pháp đòi hỏi ít đầu vào và cung cấp nhiều đầu ra hơn. Thật vậy, chỉ cần áp dụng những đổi mới mô tả nơi đây là có khả năng giảm khoảng 75-80% nhu cầu điện năng ở mỗi công trình xây dựng, từ trường trung học cho đến nhà trẻ. Thêm vào đó, chúng ta có thể kể những hiện tượng kỳ diệu như ánh sáng lạnh của mực và nấm, khả năng tự tẩy sạch của lá sen và hệ thống giữ nhiệt của cá thu. Những công nghệ mô phỏng loài thằn lằn “cá cát” (sandfish lizard) có thể làm giảm sức ma sát, tức là tiết kiệm năng lượng, bởi vì sự bất lực của chúng ta trong việc giảm ma sát đòi hỏi phải sử dụng nhiều năng lượng. Như đã đề cập trước đây, tất cả những phương pháp và phương tiện ấy đều có thể dùng để giảm tiêu dùng năng lượng mà không gây hại cho sức khỏe chúng ta, khác với một số lượng bất kỳ những hệ thống hiện nay. Điều đó đã tốt, nhưng có nhiều khả năng tốt hơn nữa.

Bây giờ chúng ta đặt tiêu điểm vào bên cung. Như chúng ta đã thấy, một tòa nhà có tiềm năng tự sản xuất năng lượng hết sức to lớn. Mặc dù sức ép từ âm thanh và tiếng ồn không đủ để vận hành mọi thứ trong một tòa nhà hiện đại với thiết bị điện tử, hệ thống an toàn, mạng internet, thang máy và máy điều hòa không khí, nhưng chúng ta có thể làm theo các hệ thống tự nhiên, hoan nghênh mọi đóng góp, kể cả những số lượng ít nhất và những khối lượng nhỏ nhất.

Chúng ta thường có xu hướng chọn ngay điện mặt trời, nhất là những tế bào quang điện nhạy cảm chất màu mô phỏng quá trình quang hợp của lá cây. Đáng tiếc là mặt trời chỉ chiếu sáng ban ngày. Mặc dù có ắc quy trữ điện, nhưng để sản xuất nó phải sử dụng kim loại và nhiệt độ cao, nghĩa là phải tăng tổng số lượng tiêu dùng nhiên liệu. Chắc chắn nguồn năng lượng lớn nhất là máy phát điện lúc nào cũng sẵn sàng để sử dụng nhưng có thể khiến cả tòa nhà bị biến dạng cấu trúc, đòi hỏi nó phải có sức căng chi phối cả thiết kế. Trong quyển sách này, chúng tôi đã nhắc đến nguồn điện lớn lao từ trọng lực. Tại sao không dùng nó trong việc thiết kế nhà?

Trong việc thiết kế lại cấu trúc tòa nhà, có thể đặt nền móng mỗi tầng nhà trên những loại tinh thể như thạch anh, tơ tằm hay ngay cả đường mía nữa. Trên cơ sở những tinh thể có độ lớn nano và một tòa nhà mười tầng, người ta ước tính tổng số năng lượng áp điện tạo ra bởi trọng lực có thể đạt tới 6.000 kW giờ. Con số đó không nhỏ. Nếu như nguồn năng lượng từ thạch anh được đặt đúng chỗ ở mỗi tầng nhà, thông thường dưới mỗi cột, thì có thể sản xuất đủ điện dùng cho cả tòa nhà mà không cần nhiều dây dẫn điện. Như vậy, việc ấy còn làm giảm nhu cầu về đồng và khai thác quặng. Chỉ cần một thế hệ để những kỹ thuật xây dựng ấy được chấp thuận và đưa vào thực hiện trong những cấu trúc mới. Nếu có thể chứng minh bằng khoa học, thì ngành công nghiệp xây dựng vốn bảo thủ và ngại mạo hiểm sẽ thay đổi theo chiều hướng tốt hơn, các tòa nhà sẽ cần ít vốn đầu tư hơn và chi phí vận hành sẽ tương đối thấp. Nếu như tre được kết hợp với bê tông cốt thép để xây dựng một tòa nhà, thì nó không chỉ có hiệu quả năng lượng mà còn cố định carbon dioxit, và như vậy carbon hấp thu bởi cây tre sẽ cân bằng lượng khí thải của xi măng. Chúng ta đang nói chuyện nghiêm túc!

Một nguồn tiềm tàng khác nên được sử dụng nhưng chưa khai thác là những cơn gió giật trong phạm vi nhỏ hẹp như được thấy ở ngựa vằn. Mỗi tòa nhà lớn có tác động đến vùng vi khí hậu quanh nó và gây ra những nhiễu loạn không khí. Những nhiễu loạn này có thể được tăng cường bởi cách lựa chọn, xếp đặt những mảng màu trên mặt ngoài tòa nhà; chúng không chỉ phản chiếu ánh mặt trời mà còn bảo đảm những biến thể màu đậm, nhạt sẽ làm mát bề mặt và tạo ra những dòng không khí nhỏ nơi đó. Sẽ không hợp lý nếu lắp đặt những tuabin gió lớn trên nóc nhà vì chúng sẽ gây nhiều tiếng ồn và không có đủ gió để chúng hoạt động hiệu quả. Tuy nhiên, có thể đặt một loạt tuabin nhỏ liên tục tạo ra năng lượng, mỗi tuabin được trang bị một bề mặt tinh vi mà tự nhiên đã tạo cho chân chèo của cá voi để giảm sức cản và tăng lực nâng lên. Người mở đường cho đổi mới ấy là Frank Fish qua công ty Canada Whalepower của ông. Nhờ chênh lệch nhiệt độ giữa phía tòa nhà được mặt trời chiếu sáng và phía bóng mát, nên mỗi phía đều có gió. Điều ấy cho phép cung cấp thường xuyên điện một chiều. Thiết bị đơn giản ấy phát điện bằng năng lượng của những luồng gió do chính tòa nhà tạo ra và làm giảm nhu cầu dùng pin. Trên thị trường có nhiều kiểu tuabin gió không chỉ hiệu quả mà còn đáp ứng được yêu cầu cá biệt, chẳng hạn như tuabin tạo ra gió lốc trong không khí do Walter Presz thuộc công ty FloDesign phát triển.

Đó là một nguồn năng lượng mạnh mẽ. Một tòa nhà mười tầng bình thường có một ngàn quạt máy nhỏ. Với điều kiện là các cánh quạt được thiết kế giống cái triệt tiêu nhiễu loạn, chớ không giống cánh quạt thẳng hơn của máy bay, thì điện lượng thu nhận được có thể lên tới 50 kW giờ, một bổ sung đáng mừng cho bên cung cấp. Nếu tuabin của FloDesign được chấp nhận, những cơn lốc do nó tạo nên sẽ đồng thời ép nước ra khỏi không khí ẩm ở tòa nhà.

Mỗi người ở trong tòa nhà phát ra nhiệt lượng tương đương với 60 oát giờ nên phải được xem là một nguồn năng lượng. Công nghệ của Viện Fraunhofer có khả năng tạo ra năng lượng từ 0,3 độ Celcius chênh lệch giữa nhiệt độ thân thể và bộ cảm biến. Một khi được thương mại hóa, đổi mới ấy sẽ cho phép chúng ta đưa thiết kế nhà tới gần trạng thái bền vững hơn. Càng nhiều người ở trong nhà, càng ít cần năng lượng bổ sung. Một tòa nhà với một ngàn người ở trung bình từ tám đến mười giờ sẽ sản xuất độ chừng 60 kW giờ. Nếu lượng năng lượng này được biến đổi một cách hiệu quả thành điện năng, thì có thể vận hành mọi máy tính trong tòa nhà. Hiện nay, công nghệ ấy mới được thử nghiệm thành công. Nhưng trong tương lai, nó có thể có tác dụng trong những tòa nhà văn phòng rộng lớn và tạo thêm điện năng để tiêu thụ ngay tại chỗ. Chi phí phân phối rất thấp sẽ thuyết phục những kiến trúc sư có tư duy tiến bộ đưa âm thanh, sức ép, nhiệt độ và những luồng không khí nhỏ tí vào thiết kế của họ để tòa nhà có thể sản xuất và tiêu dùng năng lượng tối ưu. Tất cả đều đã được khoa học xác nhận. Việc cần thiết tiếp theo là nỗ lực doanh nghiệp nhằm đưa một danh mục những đổi mới ấy vào một thiết kế tổng hợp.

NHỮNG DÒNG CHẢY CỦA NGƯỜI VÀ VẬT CHẤT

Những dòng chuyển động của người và sản phẩm đã được nghiên cứu rất kỹ bởi những kỹ sư chuyên về hệ thống cũng như những nhà quy hoạch và thiết kế đô thị. Chúng ta nỗ lực để đạt hiệu quả và dòng chảy tối ưu trong những khi: ở phi trường, nối đuôi nhau mua sắm, cung cấp và thải bỏ hàng hóa đã sử dụng, vận chuyển sản phẩm và người, tiêu dùng hàng hóa và sử dụng dịch vụ, giải trí và học tập. Khi kết nối các dòng chảy này với những dòng chảy mà chúng ta đã thảo luận, chúng ta sẽ thấy rằng việc thiết kế một tòa nhà có khả năng tạo ra dưỡng chất và xử lý chất thải chắc chắn thực hiện được. Một phòng tắm thông thường ẩm và ấm áp có thể là nơi lý tưởng để trồng nấm ăn. Nóc nhà có thể trở thành một khu vườn, không chỉ sản xuất các loại rau trái thích hợp với địa phương, mà còn giảm nhiệt độ bề mặt của tòa nhà và mức tiêu dùng năng lượng. Tinh bột trong chất thải thực phẩm có thể biến thành nhựa sinh học chỉ với một loại nấm. Những công trình xây dựng được thiết kế nhằm lưu chuyển dưỡng chất và tăng cường an ninh lương thực còn có thể đem lại những lợi ích không chủ định, ví dụ như một nơi nghỉ dưỡng và tập thể dục bên cạnh những cây lương thực đơm bông kết trái. Đó là những tòa nhà xứng đáng với Friedensreich Hundertwasser, một thiên tài về kiến trúc của thành phố Viên.

Trung tâm Giáo dục Sinh thái (Center for Ecoliteracy) ở Berkeley (California) và tổ chức Slow Food ở Torino (Ý) đều tích cực trong việc lập những khu vườn ở các trường học của thành phố. Bây giờ, chúng ta có cơ hội đạt thành quả lớn hơn nữa và tạo nên một môi trường tự túc về thực phẩm. Brasilia, thủ đô của Brazil với hai triệu dân, đáp ứng 90% nhu cầu rau quả của cư dân thành phố nhờ thiết kế vượt thời gian của Oscar Niemeyer. Nếu như việc tiếp cận và phân phối được đưa vào thiết kế dòng chảy của tòa nhà và môi trường chung quanh, với ưu tiên dành cho tiện nghi và dinh dưỡng, thì chúng ta sẽ có nước và thực phẩm dồi dào. Chất thải từ sự tiêu dùng sẽ được giữ lại để chế biến tại chỗ và góp phần vào dòng dưỡng chất, rồi chúng ta lại được cung cấp thực phẩm một cách dễ dàng nhưng đáng ngạc nhiên. Đó là một thác nhiều tầng đặc sắc luôn quay vòng và tái chế, mang lại nhiều lợi ích và sử dụng mọi nguyên liệu. Đó là một mô hình toàn hệ thống được hoàn thiện bởi tự nhiên và có thể đáp ứng nhu cầu của mọi người.

TRƯỜNG HỌC − NƠI HỌC TẬP VỀ SỰ BỀN VỮNG

Trường học là nơi thử nghiệm lý tưởng về cách thức làm việc với những dòng chảy. Từ lớp một cho tới khi tốt nghiệp trung học, trẻ em trải qua khoảng 20.000 giờ trong các lớp học. Đó là một lượng thời gian gây sửng sốt mà nhiều người cảm thấy không thích đáng đối với việc học tập ở trường. Xét lượng thời gian và sự kiên nhẫn lớn lao mà chúng ta đòi hỏi ở trẻ em, sao chúng ta lại có thể quyết định thiết kế trường và lớp học bất kỳ như thế nào miễn tiết kiệm được tiền bạc? Chẳng phải nguyên tắc trên hết là tạo một môi trường lành mạnh cho việc học tập và tham gia tốt nhất hay sao? Nguyên tắc ấy có giá trị như thế nào? Chúng ta chỉ mới chạm vào bề mặt vấn đề. Tuy nhiên, đã có sẵn nhiều khả năng lựa chọn cho việc thiết kế những nhà trường tối ưu cho sức khỏe và ít tốn chi phí bảo quản, những nhà trường sử dụng hàng chục nhận thức khoa học được mô tả nơi đây. Các nhận thức ấy là những thay đổi trong lối sống của chúng ta không hơn không kém.

Những điều kiện để có sức khỏe tốt không nên phụ thuộc vào việc tính toán lợi nhuận hay cắt giảm chi phí. Nhà trường là nơi lý tưởng để thực hiện những nguyên lý về sức khỏe và tính bền vững, cũng như để giới thiệu những nguyên lý ấy với công chúng, góp phần vào tài sản công cộng. Bạn hãy hình dung một trường học là nơi mà một trăm ý tưởng chủ yếu trong vật lý, hóa học và sinh học hợp nhất về hình thức và chức năng với cấu trúc tòa nhà và hoạt động của trường. Bạn hãy hình dung những mối liên hệ mà học sinh sẽ khám phá khi xem các thành tựu khoa học được trưng bày rõ ràng ấy. Học sinh và thầy cô sẽ có cơ hội làm quen với các đổi mới và tìm hiểu cơ sở khoa học của chúng qua đánh giá và trải nghiệm hàng ngày. Trường học sẽ trở thành một phòng thí nghiệm khoa học sinh động. Trải nghiệm những gì mình học khiến việc tiếp thu kiến thức không chút khó khăn. Một cơ cấu trường học như thế sẽ dẫn xã hội đến sự bền vững. Sự khác biệt hiển nhiên giữa các công nghệ mới và cũ sẽ thôi thúc nhiều em trở thành những nhà sáng chế và doanh nhân của tương lai. Đó là bàn đạp để điều tưởng tượng trở thành sự thật.

Trong một tòa nhà như thế, sự kết hợp đơn giản và thực dụng giữa khí tượng học và các nguyên lý cơ bản của dòng chảy sẽ giữ cho nhiệt độ và độ ẩm trong nhà được ổn định, ngay cả khi áp suất và nhiệt độ bên ngoài thay đổi. Những đèn LED hết sức hiệu quả sẽ chiếu sáng một trăm loại cây suốt cả ngày; và cứ 15 phút một lần, chúng sẽ được một hệ thống tự động phun sương với nước mưa thu thập trên mái nhà. Việc phun sương này hạ thấp nồng độ bụi và chất ô nhiễm không khí trong nhà và qua đó, làm giảm nguy cơ mắc bệnh đường hô hấp. Lớp lót trong bóng đèn không bằng thủy ngân như bóng đèn thông thường mà bằng kêratin, mô phỏng cách tạo màu trắng không cần hóa chất của nhiều loại bọ cánh cứng. Vi khuẩn tạo chelate hỗ trợ việc tái chế kim loại cũ. Mặt trong tường nhà làm bằng vỏ sò nghiền nát và chứa đầy rong biển khô là một hàng rào âm thanh có tính kiềm cao, chống nấm mốc và hấp thu chất ẩm. Những luồng không khí tự nhiên trong tòa nhà sẽ lưu thông qua các vật liệu ấy, ổn định độ ẩm và giữ tính kiềm trong nội thất. Cửa sổ cho phép tia tử ngoại chiếu xuyên qua nhằm khống chế bọ mạt trong thảm trải sàn. Các ô thảm nối điện với nhau bằng sợi carbon có độ lớn trong phạm vi micromet nhận năng lượng từ những tế bào quang điện màng mỏng dán vào các cửa sổ, tạo ra một nhiệt độ lý tưởng để sưởi ấm và làm khô đủ để khống chế bọ mạt.

Khác với việc làm chủ một công nghệ riêng biệt nào đó, dĩ nhiên việc thực hiện một kế hoạch thiết kế được xác định rõ ràng và dựa trên các đổi mới giới thiệu nơi đây đòi hỏi phải có hiểu biết sâu sắc về một hệ thống tổng thể hòa hợp với môi trường địa phương. Đó là sự khác biệt giữa năng lực tái tạo và thích nghi của một hệ sinh thái và thiên tài của một loài riêng lẽ. Không thể đơn giản hóa một hệ sinh thái thành một bộ quy tắc. Một tổng thể luôn luôn lớn hơn tổng số các thành phần cá thể.

NHÀ Ở CHO MỌI NGƯỜI

Chương này không thể được kết thúc mà không phản ánh công trình thiết kế mở đường của Linda Garland ở Bali (Indonesia) và Simon Velez từ Bogóta (Columbia). Họ đã thiết kế và xây dựng một ngôi nhà bằng tre, có giá phải chăng, tái tạo và hấp dẫn, một ngôi nhà có lẽ là bền vững hơn mọi ngôi nhà khác.

Nhờ có một cấu tạo đặc biệt, sức bền tương đối của tre thách thức mọi logic. Khả năng thích ứng phi thường của nó là sử dụng tính bền chắc đối với sức căng và sức nén để tạo ưu thế cho mình. Mặc dù tre là một loại cỏ chớ không phải là loại cây, sợi tre vượt trội hơn bất kỳ một nguồn xenlulozo nào khác trong việc xây dựng hay làm giấy. Chúng tôi không nói một cách tuyệt đối và cũng nghĩ đến gai dầu và lanh; tuy nhiên, tre đứng đầu nếu nói về tính tiện dụng kỹ thuật. Chắc chắn nó có thể thay thế được bê tông và thép. Với hơn 2.000 loại chỉ riêng ở châu Mỹ, tre có những đặc tính cho phép đáp ứng dễ dàng nhu cầu về vật liệu xây dựng ngày càng tăng, thân thiện với môi trường và ít tốn kém. Cuối thế kỷ 20, tre vẫn còn là vật liệu xây dựng được ưa chuộng của hơn một tỉ người trên thế giới, đặc biệt là ở vùng nhiệt đới.

Sau khi Nghị định thư Kyoto được ký vào năm 1997, Masatsugu Taniguchi, giám đốc của công ty sản xuất xi măng lớn nhất Nhật Bản Taiheiyo, tìm cách sử dụng xi măng như thế nào để có một dấu chân carbon nhỏ. Vật liệu để làm xi măng cốt thép được khai thác và sản xuất dưới áp suất và nhiệt độ cao, để lại trên mặt đất những vết sẹo trong nhiều thế kỷ. Công ty Taheiyo đã thành công trong việc sử dụng sợi tre. Đơn giản bằng cách ép tre với xi măng theo tỉ lệ trọng lượng 50/50 (hay theo tỉ lệ thể tích 75/25) mà không thêm một chất phụ gia hay một hóa chất nào, họ tạo ra một tấm xi măng có dấu chân carbon bằng không. Tre được trồng và thu hoạch lâu dài trên 5.000 mẫu Anh gần một nhà máy ở ngoại ô Jakarta.

Các kiến trúc sư sáng tạo Renzo Piano và Shigeru Ban đã nhận cảm hứng từ tre để tạo ra những công trình xây dựng kỳ diệu dựa trên vẻ đẹp và năng suất của loại cây này. Maestro Simon Velez, vị kiến trúc sư lớn chuyên dùng tre ở thời đại chúng ta, đã chứng minh là tre có thể tuân thủ các quy định về kỹ thuật xây dựng nghiêm ngặt nhất thế giới hiện nay − luật xây dựng của Đức. Velez đã thiết kế gian hàng của tổ chức ZERI ở Manizales (Columbia), có lẽ là gian hàng có cấu trúc bằng tre lớn nhất thế giới. (Về sau, nó là gian hàng được ưa thích nhất tại Triển lãm Thế giới năm 2000 tại Đức.) Hai trận động đất nặng nề chỉ làm xê dịch vài tấm lợp mái nhà.

Vua của các loại tre có lẽ là Guadua angustifolia. Khi người Tây Ba Nha chinh phục các cao nguyên của Columbia, Pêru và Ecuador, họ phải lặn lội qua những khu rừng tre dầy đặc. Sức sống của tre được thực dân Tây Ban Nha diễn tả tường tận trong những lá thư gởi về nhà. Họ kể một cách cuồng nhiệt về những nền văn hóa bản địa vùng Anden đã dùng tre để chiến đấu tự vệ, vì tre đâm thủng thân mình một cách dễ dàng, gần như không cần sức. Bọn thực dân ấy nhanh chóng hiểu rằng nhà xây dựng bằng gỗ và đá theo kỹ thuật châu Âu sẽ không tồn tại lâu dài ở những vùng động đất Nam Mỹ. Họ phải học bài học đắt giá là “những tòa nhà phải nhảy theo nhịp điệu của trái đất”, như Simon Velez mô tả phản ứng của tre trong những cơn động đất. Đó chính xác là điều mà tre làm: nhảy múa.

Khi cây “cỏ” cao 20 mét ấy bị đốn sạch để nhường chỗ cho những đồn điền cà phê và trại nuôi bò ở Nam Mỹ, thì nó trở thành vật liệu xây dựng được ưa chuộng ở địa phương. Hai trăm năm sau, những tòa nhà từ thời thực dân vẫn đứng vững sau bao lần động đất. Kinh nghiệm của châu Mỹ La-tinh được khẳng định ở châu Á. Với hơn 3.000 tuổi, một nhà thủy tạ ở Mãn Châu là công trình kiến trúc bằng tre tồn tại lâu đời nhất.

Tre không chống lại động đất mà ngược lại, nó cùng chuyển động với đất. Cấu trúc của tre cũng không cần được củng cố bằng những liên kết ngang để chịu đựng những sức ép hỗn loạn từ dưới lên hay ngang thân cây. Lạ thay, cây tre lại rỗng ruột. Khi dùng để cất nhà, nó đủ mềm dẻo để đứng vững, chừng nào tường nhà hơi nghiêng vào phía trong. Một góc 85 độ so với mặt đất khiến nó vững vàng đến nỗi những tấm lát mái nhà cũng không xê dịch khi có động đất. Đáng tiếc là phần mềm CAD/CAM [4] chi phối các lĩnh vực thiết kế kiến trúc và xây dựng từ cuối thế kỷ 20 lại đòi hỏi những góc 90 độ cho mọi công trình xây dựng, với hậu quả là nhà cửa sập đổ làm nhiều người chết mỗi khi đất rung chuyển.

Lucio Ventania, một nghệ nhân Brazil nổi tiếng chuyên làm việc với tre, giải thích: “Chừng nào tre dùng trong việc xây dựng cấu trúc được bảo vệ trước ánh nắng trực tiếp và không bao giờ đứng trong nước, nó sẽ đứng vững mãi mãi.” Do đó, thiết kế hợp lý sẽ đặc biệt chú ý đến một phần nhô ra ở trên đủ lớn để che nắng mưa cho các cột đỡ, vì nước và ánh nắng là hai lực khí quyển có sức tàn phá lớn nhất.

Tre chưa được khám phá ở ngoài vùng nhiệt đới. Không có một loại tre nào mọc tự nhiên ở tây bắc Hoa Kỳ hay Thụy Điển, nơi có hai viện nghiên cứu lâm nghiệp lớn nhất. Như thế, trọng tâm của ngành lâm nghiệp trên thế giới, kể cả ở vùng nhiệt đới, là những loại cây ôn đới như bạch đàn và thông, những loại cây ở bất cứ nơi nào cũng không có được khả năng tái tạo gần bằng tre. Khi kiến thức về đặc tính tăng trưởng và chất lượng của tre trong việc xây dựng trở nên phổ biến hơn, nó sẽ là một nguồn cảm hứng cho những dự án kiến trúc sáng tạo trên khắp thế giới.

Mục tiêu nhà ở có giá phải chăng cho mọi người có thể thực hiện bằng cách sử dụng tre. Một miếng đất rộng 1.000 foot vuông (92,9 m 2 ) trên cao nguyên Anden đủ để trồng tre cho một ngôi nhà. Nếu trồng loại tre khổng lồ Guadua angustifolia , sau ba năm có thể thu hoạch khoảng 60 thân tre. Số tre ấy đủ để xây dựng một ngôi nhà hai tầng rộng 650 foot vuông (60,4 m 2 ) với một ban công tuyệt đẹp và một cầu thang phía sau cho phép không khí lưu thông. Mỗi năm sau đó, lượng tre thu hoạch được đủ để cất thêm một căn nhà khiêm nhường nữa.

Thiết kế nhà ở của Simon Velez bao gồm: một cầu thang ở phía sau có tác dụng điều hòa như một gò mối, một cấu trúc mái nặng để ổn định ngôi nhà và một ban công rộng tạo môi trường dễ chịu. Nhà không có góc 90 độ. Điều ấy khiến nó trở thành một thiết kế hết sức an toàn, không sập đổ bất ngờ trong trường hợp động đất. Thay vì một ngôi nhà bê tông để chống động đất một cách vô ích, ngôi nhà làm bằng tre với một phương pháp ghép mộng thích hợp sẽ chuyển động theo vỏ trái đất trong những cơn địa chấn thất thường. Ngôi nhà rất thoáng khí và sáng sủa. Cái mái nhà to lớn nhô ra bảo vệ vật liệu tre của cấu trúc khỏi bị tia cực tím hay nước mưa làm hư hỏng. Nước mưa chảy quanh nhà, được thu thập trong những bể chứa nước uống và hầu như không chạm tới bề mặt tre. Cho dù gió thổi cũng chẳng hề gì, ngay cả một cơn lốc xoáy cũng không thể thổi tung ngôi nhà.

Phần tre không sử dụng trong việc xây nhà, thông thường bị xem như chất thải, có thể dùng để làm than. Việc sản xuất than phát ra khí độc. Antonio Giraldo từ thành phố Armenia (Columbia) đã phát triển một phương pháp xông khói bảo quản tre, rất giống cách xông khói truyền thống ở Nhật. Luồng khí than được dẫn vào một phòng rộng lớn. Dưới áp suất nhẹ, những khúc tre dài 24 feet (7,31 mét) được xông bằng khí phát ra từ quá trình làm than tre. Thay vì sử dụng hóa chất độc hại để bảo quản tre, chống mối và nấm mốc, người ta dùng những chất hóa học của chính nó. Dòng chảy nhiễm bẩn trở thành dòng chảy sạch, không những bảo quản tre mà còn thay thế những chất ô nhiễm gây nguy cơ cho sức khỏe. Cách thức sản xuất và bảo quản vật liệu xây dựng ấy mô phỏng theo những hệ thống tự nhiên, là một thác nhiều tầng lưu chuyển vật chất và năng lượng. Một phương pháp giống như thế cũng được áp dụng ở làng Picuris Pueblo (New Mexico) với gỗ có đường kính nhỏ mà trước đây người ta chỉ biết thiêu hủy thôi.

XEM XÉT CHUNG CÁC DÒNG CHẢY

Một đánh giá ảnh hưởng của các dòng chảy: không khí, ánh sáng, nước, năng lượng, âm thanh, người và vật liệu đến không gian vật lý của chúng ta mang lại những kiến thức mới mẽ về cách sử dụng các dòng chảy ấy và thiết kế những cấu trúc kết hợp với nhau. Nhờ đó, chúng ta biết phải xây dựng và trang bị nhà ở, văn phòng và trường học như thế nào để đạt tới sự tiện dụng, tính mỹ thuật và chi phí vừa phải.

Các nhà doanh nghiệp tiên phong đã cho chúng ta thấy những công trình xây dựng bền vững không nhất thiết phải đắt hơn bình thường. Những ứng dụng thực tiễn từ thế giới khoa học, được nghiên cứu kỹ lưỡng và được chứng minh đầy đủ bằng tư liệu, đang mở ra những cơ hội mới có thể cuối cùng rồi sẽ dẫn chúng ta tới sự bền vững. Các kiến trúc sư tận tụy với việc thiết kế những tòa nhà xanh có khả năng biến đổi tiềm năng thành hiện thực. Yêu cầu của công chúng và lẽ phải thông thường sẽ giúp các nhà chức trách xem xét lại luật xây dựng và chấp nhận những tiêu chuẩn công nghiệp cho phép kết hợp những đổi mới trên nền tảng khoa học vững chắc. Khi chúng ta, với tư cách là một xã hội, tiếp nhận những đổi mới ấy, thì đó sẽ là sự hỗ trợ cho sức khỏe gia đình và môi trường sinh thái, cho cuộc sống khỏe mạnh ở nhà và trường học hay nơi làm việc của chúng ta. Chúng ta sẽ thiết lập những ngành công nghiệp tương lai mô phỏng sự tài tình của tự nhiên. Chính chúng ta cũng có thể hoạt động như một hệ sinh thái, tạo ra những gì cần thiết bằng những gì sẵn có, tìm thấy nguồn nguyên liệu trong chất thải, hoan nghênh mọi đóng góp và tham dự vào một dòng thác của sự phong phú, dồi dào.

50 CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG THEO TỰ NHIÊN VÀ ÐƯỢC ÐƯA VÀO THIẾT KẾ XÂY DỰNG

Các công nghệ hệ sinh thái và đóng góp của các loài:

1. Trang bị nội thất không có keo chứa formaldehyde

2. Bã cà phê thành protein, lưu chuyển dưỡng chất và năng lượng nhiều lần

3. Ngưu bàng (“dán không cần keo”)

4. Xoáy nước để làm sạch nước

5. Phòng chống cháy với cảm biến hồng ngoại mô phỏng theo bọ ngọc

6. Chất chống cháy có độ sạch thực phẩm

7. Tơ tằm thay thế kim loại hiệu năng cao

8. Xi măng từ việc kiểm soát CO 2

9. Lọc sạch nước như loài trai sông và tôm tích

10. Nhung tuyết (phòng ngừa tia cực tím)

11. Thủy động lực trên cơ sở dãy số Fibonacci

12. Hệ thống điện sinh học

13. Lọc sạch không khí bằng một tập hợp cây, mô phỏng rừng mưa

14. Sợi carbon dùng để sưởi ấm

15. Chất thải thức ăn thành chất nhựa

16. Áp điện

17. Khử ẩm

18. Màu trắng không cần clo

19. Chất dẻo polyme từ CO và CO 2

20. Màu sắc không cần phẩm màu

21. Tế bào quang năng nhạy cảm chất màu

22. Sưởi ấm và làm mát như loài mối

23. Khai thác kim loại như vi khuẩn

24. Xử lý nước thải tổng hợp

25. Phương pháp tổng hợp chống nấm mốc

26. Giảm xóc (thang máy, nhà ở vùng động đất) theo gương chim gõ kiến

27. Vật liệu xây dựng từ thủy tinh cũ

28. Chất diệt khuẩn từ tảo đỏ

29. Dán chặt không cần keo như thằn lằn và trai

30. Tự tẩy sạch như lá sen

31. Thu thập nước như cây Welwitschia mirabilis

32. Làm mát dựa trên những bề mặt trắng và đen như da ngựa vằn

33. Chống tia tử ngoại bằng chất lycopen từ vỏ cà chua

34. Hút hơi ẩm từ không khí như gai xương rồng, bọ sa mạc Namib v.v...

35. Giảm ma sát như thằn lằn “cá cát”

36. Mái nhà, bể chứa không thấm nước như loài ong

37. Giảm sức cản như chân chèo cá voi

38. Năng lượng mặt trời tập trung như chuồn chuồn

39. Cảm biến hồng ngoại để phát hiện đám cháy như bọ ngọc

40. Tre để xây dựng

41. Cách điện như cá phát điện

42. Giảm hiệu ứng đảo nhiệt nhờ cây xanh

43. Tường cách ly có nguồn gốc từ rong biển

44. Vỏ sò cải thiện độ pH

45. Ánh sáng lạnh từ sứa và nấm

46. Phun sương như bọ pháo thủ

47. Pin sinh học dựa trên cá phát điện

48. Giảm sức cản như cá heo xám

49. Giữ nhiệt như cá thu

50. Định vị nguồn âm thanh theo cách thức của ruồi ormia

* * *

[1] Domótica: tiếng Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha, có nguồn gốc từ tiếng Anh (domotic) và tạo thành bằng cách kết hợp hai từ domus (tiếng La-tinh, có nghĩa là nhà ở) và informatics (tiếng Anh: tin học) hay robotics (tiếng Anh: người máy học); có thề được dịch là: nhà tự động hóa hay ngôi nhà thông minh (intelligent house).

[2] Nghĩa là sợi carbon có kích thước trong phạm vi nanomet; một nanomet bằng một phần tỉ mét.

[3] 1 barrel = 166,66 lít ở Anh và 158,99 lít ở Mỹ.

[4] Chữ viết tắt của từ “computer-aided design and computer-aided manufacturing” (thiết kế và chế tạo với sự hỗ trợ của máy vi tính).