'Vũ khí bí mật' giúp Singapore ngược chiều thế giới trong sóng nhiệt

Trong nhiều thập kỷ, những tán lá xanh là công cụ quan trọng trong cuộc chiến giảm nhiệt ở Singapore - trung tâm tài chính nằm gần xích đạo với nhiệt độ trung bình quanh năm khoảng 27 độ C.

Song quốc đảo này đang ngày càng tập trung vào các giải pháp công nghệ và xây dựng, từ mái nhà hình cánh hoa, thông gió và làm mát, hệ thống đường ống nước ngầm đến mô hình hóa dữ liệu giúp dự đoán các quyết định quy hoạch đô thị trong tương lai sẽ ảnh hưởng thế nào đến mức nhiệt, theo Bloomberg.

“Vũ khí” ngầm

Theo Cool Coalition - mạng lưới kết nối nhiều quốc gia trong nỗ lực giảm nhiệt - nhiệt độ tại Singapore thường xuyên tăng trên 32 độ C. Tuy nhiên, bên trong những tòa nhà kính cao vút của công viên Gardens By The Bay, bên bờ Vịnh Marina, nhiệt độ chỉ ở mức 24 độ C.

Công viên này và hơn 20 tòa nhà lân cận - thường là trụ sở của các ngân hàng, trung tâm mua sắm, khách sạn và sòng bạc - đang được hạ nhiệt bởi hệ thống làm mát ngầm (underground district cooling system) lớn nhất thế giới.

Đó là chiếc điều hòa khổng lồ đang cố gắng giải quyết một trong những vấn đề lớn nhất của quá trình nóng lên toàn cầu: Làm thế nào để hạ nhiệt.

“Khi thế giới ấm lên, nhu cầu điều hòa không khí và làm lạnh ngày càng lớn, sử dụng hết năng lượng và thải ra khí nhà kính, từ đó làm trầm trọng thêm tình trạng nóng lên toàn cầu. Đây là vòng lặp mà chúng ta cần khẩn trương phá vỡ”, ông Vinod Thomas, giáo sư thỉnh giảng tại Trường Chính sách Công Lý Quang Diệu ở Singapore, cho biết.

Hệ thống làm mát ngầm dưới các tòa nhà ở vịnh Marina, Singapore. Ảnh: Wei Leng Tay/Bloomberg.

Liên Hợp Quốc gọi hệ thống làm mát tại Singapore là “vũ khí bí mật” trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu, giúp đạt được giải pháp làm mát bền vững trên quy mô lớn.

Bên dưới vịnh Marina, một nhà máy ngầm trung tâm kết nối với hệ thống đường ống khép kín dài 5 km, có khả năng hạ nhiệt nhiều tòa nhà trong khu vực lân cận.

Nhà máy cung cấp nước lạnh chảy dọc theo các đường ống, đi vào bộ trao đổi nhiệt trong mỗi tòa nhà, hấp thụ nhiệt và làm mát tòa nhà sau đó quay trở lại nhà máy trung tâm, theo Spectra.

Các máy làm lạnh ly tâm của Tập đoàn Công nghiệp nặng Mitsubishi (MHI) điều khiển toàn bộ quá trình này. Tương tự thiết bị điều hòa không khí thông thường, máy làm lạnh ly tâm chuyển đổi chất làm lạnh từ thể lỏng sang khí và ngược lại, giúp làm lạnh nước trong các đường ống của hệ thống, nhưng với quy mô lớn hơn nhiều.

Các thiết bị làm lạnh lớn nhất có chiều dài khoảng 12 m, cao và rộng 6 m, nặng hơn 160 tấn. Mỗi thiết bị có công suất làm mát tương đương khoảng 3.600 máy điều hòa không khí dân dụng, và sử dụng thiết kế máy nén hiệu quả cao giúp giảm thiểu tổn thất cơ năng.

Hệ thống làm mát của vịnh Marina sử dụng 16 thiết bị làm lạnh ly tâm, trong đó một thiết bị có thể hoạt động theo hai chế độ - làm lạnh và làm đá. Tính năng này biến nó thành một bể chứa khổng lồ, làm đá ngoài thời gian cao điểm khi chi phí điện thấp hơn nhiều, chẳng hạn vào ban đêm.

Nhờ quy mô lớn, hệ thống làm mát ngầm giúp tiết kiệm chi phí hơn so với việc làm lạnh từng tòa nhà riêng lẻ. Tại vịnh Marina, hệ thống này ước tính cắt giảm 40% nhu cầu năng lượng làm mát, tương đương mức sử dụng của 24.000 căn hộ trong khu vực. Chi phí vốn và chi phí bảo trì cũng rẻ hơn.

Bên cạnh đó, hệ thống hoạt động dưới lòng đất cũng giải phóng không gian trong các tòa nhà ở thành phố đông dân cư.

Trồng cây là không đủ

Ngoài hệ thống làm mát ngầm, Singapore cũng thiết kế các tòa nhà tốt hơn để cải thiện khả năng hạ nhiệt tự nhiên. Tại quốc đảo này, các tòa nhà xây dựng với chiều cao khác nhau giúp cải thiện luồng gió.

Các bề mặt phản chiếu trên vỉa hè và mặt tiền tòa nhà có thể giảm hấp thụ nhiệt. Các hồ nước và đài phun nước cũng có thể làm giảm nhiệt độ môi trường xung quanh.

Một ví dụ điển hình là CapitaGreen - tòa nhà văn phòng 40 tầng được xây dựng bởi nhà phát triển lớn nhất Singapore CapitaLand Ltd - có cấu trúc giống như cánh hoa trên đỉnh tòa nhà hút không khí mát mẻ từ độ cao 242 m.

Tại Bệnh viện Woodlands Health Campus, các tòa nhà được định hướng theo chiều Bắc - Nam để giảm lưu trữ nhiệt. Các con đường trong khuôn viên bệnh viện được xây dựng dưới lòng đất để giảm khả năng hấp thụ nhiệt của bề mặt nhựa đường.

Trồng cây xanh chưa đủ để hạ nhiệt đô thị. Ảnh: Craig Sheppard/Interior Design.

Vào tháng 9/2020, Singapore cũng tạo một mô hình ảo của thành phố - được gọi là Duct - nhằm giúp các nhà hoạch định chính sách kiểm tra tác động nhiệt độ dưới các kịch bản khác nhau.

Duct kết hợp thông tin về các tòa nhà, giao thông, thảm thực vật, bề mặt đất và sự di chuyển của con người, cùng các yếu tố như gió và ánh sáng Mặt Trời.

Ông Gerhard Schmitt, thành viên dự án Cooling Singapore (Hạ nhiệt Singapore), cho biết mô hình có thể được áp dụng ở những thành phố khác đang đối mặt với thách thức tương tự.

“Chúng tôi có thể nghĩ ra các kịch bản, thiết kế và thử nghiệm chúng trước khi đi vào triển khai. Singapore sẽ sử dụng công cụ mới này để tìm ra những hành động cần thực hiện tiếp theo”, ông nói.

Bên cạnh đó, quốc đảo này tiếp tục duy trì các thảm thực vật. Đầu năm 2020, chính phủ Singapore thông báo sẽ trồng một triệu cây xanh trong thập kỷ tới. Tính đến thời điểm đó, cây xanh đã bao phủ khoảng 56% Singapore.

Tuy nhiên, kế hoạch này cũng có một số hạn chế. Việc trồng nhiều cây xanh có thể làm giảm tốc độ gió và tăng độ ẩm. Thực vật cũng chỉ có thể làm mát mặt tiền của các tòa nhà trong phạm vi 4 m và không có tác động ở khoảng cách xa hơn. Do đó, một số chuyên gia cho rằng các giải pháp công nghệ, thiết kế sẽ mang lại hiệu quả rõ ràng hơn.

“Thực vật không thể bù đắp hoàn toàn lượng nhiệt chủ động và thụ động mà con người thải ra đô thị”, ông Schmitt nhận định.

Giáo sư Thomas cũng cho biết trồng cây “không gây hại và còn có lợi cho chất lượng cuộc sống, nhưng tự nó không đủ để đảo ngược quá trình nóng lên của thành phố”.