Rất khó để xây dựng được một tòa nhà tự cấp năng lượng hoàn toàn - một tòa nhà sản sinh ra nhiều năng lượng hơn mức nó tiêu thụ - ngay giữa lòng một thành phố bận rộn. Lý do đầu tiên là các tòa cao ốc gần đó có khả năng sẽ chặn không cho ánh sáng mặt trời tiếp cận các tấm pin năng lượng đặt trên mái. Lý do khác là, các tòa nhà văn phòng trong thành thị thường khá chật chội, do đó người ta không thể lắp đặt các tua-bin điện gió tại đây được.
Nhưng Martine Rothblatt, giám đốc công ty công nghệ sinh học United Therapeutics, không lo ngại điều đó khi khởi công xây dựng trụ sở mới cho công ty mình. Khi các nhà thiết kế cảnh báo rằng xây dựng một tòa nhà hoàn toàn tự cấp năng lượng ngay trung tâm thành phố Silver Spring, Maryland, là một việc hết sức khó khăn, bà đáp lại rằng: "Chị không quan tâm. Nghĩ cách đi".
Và họ đã làm được thật.
Tòa nhà rộng 12.500 mét vuông với tên gọi Unisphere, khánh thành năm 2018, được miêu tả bởi công ty là tòa nhà thương mại tự cấp năng lượng lớn nhất thế giới. Thay vì sử dụng những giải pháp thông thường như các tấm pin năng lượng mặt trời hay đèn LED, tòa nhà này sử dụng một tập hợp các công nghệ tiên tiến, biến nó thành một kiến trúc hoàn toàn bền vững.
Cầu thang cực phong cách nhằm khuyến khích mọi người đi bộ thay vì đi thang máy
Việc đốt nhiên liệu hóa thạch để sinh nhiệt và điện năng cho các tòa nhà tạo ra khoảng 29% tổng lượng khí nhà kính ở Mỹ, do đó các nhà làm chính sách hiện đang tìm kiếm những giải pháp để "làm sạch" những kiến trúc nhà ở và văn phòng. Ví dụ, năm 2017, California đã thông qua đạo luật công trình tự cấp năng lượng đầu tiên trên toàn nước Mỹ, trong đó yêu cầu mọi công trình xây dựng dân dụng mới phải tự cấp năng lượng vào năm 2030. Thị trưởng các thành phố như Portland, San Francisco, và New York cũng đã đưa ra các chính sách tương tự. Tòa nhà Unisphere là minh chứng cho thấy các tòa nhà văn phòng lớn cũng có thể đạt được những mục tiêu đầy tham vọng như vậy.
Hệ thống của tòa nhà này bao gồm hàng ngàn thiết bị gửi thông tin về một máy tính "trung tâm thần kinh" siêu mạnh dùng để theo dõi mức năng lượng sử dụng và điều chỉnh quá trình sưởi, làm mát, và các hoạt động khác. Cửa kính của tòa nhà sẽ tự động tối lại khi nhiệt độ bên ngoài quá nóng, và mở ra để đưa không khí trong lành vào trong. Không khí tuần hoàn thông qua một mê cung bê tông dài đến 1/4 dặm (hơn 400 mét) bên dưới tòa nhà, từ đó cung cấp hệ thống sưởi và làm mát thụ động - mê cung này có xu hướng mát hơn không khí bên ngoài vào mùa hè và ấm hơn trong mùa đông. Một hồ nước ở ngay chính giữa sảnh lớn của tòa nhà đảm nhiệm việc hấp thụ lượng nhiệt dư thừa - và tất nhiên mọi người có thể thoải mái bơi lội nếu muốn.
Đóng vai trò trung tâm trong hoạt động tự cung cấp năng lượng cho tòa nhà là 52 giếng sử dụng công nghệ GeoExchange được đào sâu 152 mét xuống lòng đất, có chức năng như những máy bơm nhiệt. Các đường ống chứa đầy nước chôn bên dưới lòng đất sẽ kéo nhiệt từ bên dưới lên trên để sưởi ấm tòa nhà trong mùa đông, sau đó đưa nhiệt từ tòa nhà trở lại lòng đất trong mùa hè để làm mát nó.
"Ngoài ra, hầu như toàn bộ không gian bên trong được thắp sáng đáng kể với ánh sáng tự nhiên ban ngày" - Jared Loos, một kiến trúc sư của EwingCole, công ty thiết kế tòa nhà, cho biết. "Trong nhiều trường hợp, các bóng đèn trong một khu vực sẽ yếu đi hoặc tắt hoàn toàn và cho phép sử dụng hoàn toàn ánh sáng ban ngày, đặc biệt là các văn phòng chạy quanh chu vi của tòa nhà, tạo nên các văn phòng với 100% không khí trong lành bên ngoài và 100% ánh sáng tự nhiên".
Một hành lang đầy nắng trong tòa nhà Unisphere
Trong ngày, năng lượng dư thừa từ nhiều hệ thống của tòa nhà, bao gồm gần 3.000 tấm năng lượng mặt trời, sẽ được chuyển vào mạng lưới điện, và vào ban đêm, mạng lưới điện sẽ chuyển một lượng điện tối thiểu trở lại tòa nhà. Như vậy, tòa nhà Unisphere đã sản sinh ra nhiều điện năng hơn mức nó tiêu thụ.
"Rothblatt nói rằng chúng tôi sẽ chỉ xây dựng một tòa nhà mà mình có thể tự hỗ trợ bằng các nguồn năng lượng tái tạo trong khuôn viên - chấm hết" - Loos nói. "Đó là tư duy khác biệt hoàn toàn với hầu hết lãnh đạo các công ty khi tiếp cận một dự án mới. Điều đầu tiên mà hầu hết sẽ yêu cầu là lấp đầy không gian, hoặc thêm chức năng và nhu cầu mới, và sau đó điều chỉnh giữa lịch trình, nhu cầu, và chi phí để cân bằng hợp lý mọi thứ".
Tất nhiên, quá trình xây dựng không tránh khỏi những rào cản. Ban đầu, thành phố từ chối cấp phép xây dựng các giếng GeoExchange với lý do luật pháp bang không cho phép đặt giếng bên dưới các tòa nhà. Nhưng quy định đó được đặt ra nhằm quản lý các giếng nước uống, đó là lý do tại sao người ta đòi hỏi phải thực hiện kiểm tra y tế định kỳ. Khi các nhà quản lý bang biết được rằng nước trong giếng không phải dùng để uống, họ đã sửa luật, và thành phố đã thông qua dự án.
Bên cạnh khả năng tự cung cấp năng lượng, công ty còn trình chiếu những đoạn hoạt họa xuyên suốt các không gian của tòa nhà với nội dung miêu tả cách nó sử dụng năng lượng. Trung tâm của màn trình diễn này là bánh xa năng lượng, một tác phẩm sắp đặt nằm ở trung tâm sảnh lớn, tạo thành bởi một dãy đèn phản chiếu đường kính 7,3 mét/đèn xếp thành vòng tròn. Nó sử dụng dữ liệu thời gian thực để minh họa quá trình sử dụng năng lượng. Khi ánh sáng tỏa ra ngoài, tòa nhà đang sản sinh năng lượng. Khi ánh sáng tỏa vào trong, nó đang sử dụng năng lượng.
Đồng hồ năng lượng
"Nó biến thông tin phức tạp thành những thứ con người có thể thấy, cảm nhận, và hiểu được" - David Schwarz, đối tác sáng tạo tại HUSH, công ty tạo ra bánh xe năng lượng, nói. "Các nhân viên công ty đi ngang qua đồng hồ năng lượng này mỗi ngày và biết họ có một mối liên hệ với tòa nhà và với năng lượng của nó".
Nghị sỹ quốc hội Jamie Raskin, Đảng viên Đảng Dân chủ của bang Maryland, cho biết ông rất hào hứng khi cộng đồng do mình đại diện "là nơi sở hữu công trình năng lượng xanh tiên tiến này".
Shanti Pless, một kỹ sư nghiên cứu cấp cao tại Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, đồng ý với Raskin. "Unisphere là một ví dụ cho thấy những thứ có thể làm tại khu vực DC nhằm đạt được mục tiêu tự cung cấp năng lượng trong môi trường đô thị".
Các lãnh đạo công ty không công bố chi phí họ bỏ ra để xây dựng nên tòa nhà hoàn toàn tự cung cấp năng lượng này. Nhưng Kaufman cho biết chi phí của công ty không nhiều hơn đáng kể so với các công trình trước đây của công ty.
"Công nghệ đã có sẵn. Chúng tôi không phát minh ra thứ gì mới cả. Chỉ cần tư duy để biến nó thành sự thật mà thôi" - ông nói.
Tham khảo: FastCompany