Năng lượng cùng với vấn đề biến đổi khí hậu đang trở thành mối quan tâm lớn của toàn nhân loại. Các quốc gia thuộc các mức độ phát triển khác nhau, từ các nước phát triển, cho đến các nước đang phát triển đều đã đang phải hoạch định các chiến lược quốc gia của mình để sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả và tìm kiếm, phát triển các nguồn năng lượng sạch thay thế dầu mỏ.

Việc sử dụng năng lượng cho sinh hoạt (điều hoà không khí, chiếu sáng, các thiết bị sinh hoạt…) trong các công trình dân dụng chiếm hơn 50% tổng số năng lượng tiêu dùng trên thế giới. Do đó việc hạ thấp lượng tiêu dùng năng lượng trong công trình dân dụng được các nước rất quan tâm. Hiện nay tại Đức đã xây dựng thành công mô hình “Nhà ở không trả lãi”. Loại nhà ở này năng lượng dùng để tạo môi trường tiện nghi hầu như không cần thiết. Năng lượng sưởi ấm không vượt quá 15wh/m2. Năng lượng tiết kiệm cần thiết tiêu dùng cho nhà ở, đã có 9 thành phố của 5 nước trong Liên minh châu Âu xây dựng thí điểm và tiếp tục nghiên cứu mô hình nhà ở này. Mục tiêu tiếp theo sẽ là 100% năng lượng tiêu dùng trong nhà được cung cấp bởi chính căn nhà, bằng cách sử dụng các năng lượng mặt trời, gió, sinh học… Có rất nhiều nghiên cứu tại các nước tiên tiến và một số nước châu Á về việc thiết kế và xây dựng các ngôi nhà sử dụng tiết kiệm năng lượng. Những công trình này thường có cấu trúc không gian và kết cấu cũng như sử dụng vật liệu khá đặc biệt.

Với ý thức bảo vệ môi trường, cộng thêm thực trạng nguồn tài nguyên trên Trái đất ngày càng khan hiếm, các kiến trúc sư ở Đức đang cạnh tranh thiết kế những ngôi nhà có khả năng tiết kiệm năng lượng hiệu quả nhất. Nhìn thoảng qua, khu chung cư Gartenstadt ở thành phố Mannheim trông không có gì khác những căn hộ bình thường nhưng chúng thu hút sự chú ý nhờ tính năng đặc biệt bên trong. Được xây dựng từ những năm đầu thập niên 1930 theo lối kiến trúc cổ điển, quần thể gồm 24 căn hộ 2 tầng rộng 1.300 m2, sau khi được nâng cấp toàn diện đã trở thành hình mẫu về nhà ở tiết kiệm năng lượng. Nó cũng được gọi là “ngôi nhà 3 lít”, nghĩa là để sưởi ấm, người ở chỉ cần 3 lít dầu/m2/năm. Đây là mức tiết kiệm năng lượng hiệu quả nhất từ trước tới nay, bởi ngay cả những ngôi nhà mới được xây theo tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng cũng phải tiêu tốn nhiên liệu gấp 2 lần con số trên. Khu nhà trên là dự án thí điểm của Công ty xây dựng GBG với sự trợ giúp kĩ thuật của đại học Stuttgart. Theo luật xây dựng Đức, các toà nhà phải được trang bị lớp cách nhiệt có độ dày tối thiểu 12cm, nhưng với chung cư Gartenstadt, GBG dựng lớp cách nhiệt dày đến 20cm. Riêng trần nhà được thiết kế dày gấp 4 lần so với tiêu chuẩn và các cửa sổ cũng được gia công kỹ. Khi toà nhà hoàn thiện, đặc tính tiết kiệm năng lượng được kiểm định cẩn thận bằng cách giảm áp suất không khí bên trong ngôi nhà sao cho tương xứng với áp suất bên ngoài, sau đó kiểm tra tốc độ luồng khí vào nhà. Cuộc thử nghiệm cho thấy nhiệt độ sau khi không khí “thấm” qua bức tường đã giảm đáng kể.

Hiện nay, nước Đức đã có những nỗ lực tích cực trong việc bảo tồn năng lượng bằng những thay đổi gần đây trong Luật Xây dựng, các tiêu chuẩn bảo tồn năng lượng trong xây dựng, với sự phát triển của kiểu “Ngôi nhà thụ động”, một ngôi nhà có hiệu quả về năng lượng, và những “ngội nhà thụ động” đó ra đời với mục tiêu chỉ tiêu thụ dưới 1,5 lít dầu/m2/năm. Tên gọi “nhà thụ động” xuất phát từ thực tế là loại nhà này hầu như không cần đến bất kì hệ thống sưởi ấm nào, bởi nó chỉ cần hơi nóng thải ra từ những thiết bị nhỏ cộng thêm thân nhiệt của những người trong nhà là đủ. Với bộ phận giữ nhiệt bên trong, hệ thống thông gió tự động sẽ giúp các gian phòng thoáng đãng hơn. Ngôi nhà thụ động đầu tiên được xây dựng ở Darmstadt năm 1991 do kĩ sư công trình Wolfgang Feist thiết kế. Đến năm 1999, ông bắt đầu xây dựng những ngôi nhà dành cho đại gia đình, kế đến là các khu chung cư tiết kiệm nhiên liệu. Toà nhà văn phòng thụ động lớn nhất thế giới tên “Energon” được xây dựng tại Ulm năm 2002. Hiện thế giới có hơn 6.000 khu nhà thụ động, bao gồm chung cư, cao ốc văng phòng, nhà xưởng, trung tâm y tế và trường học chủ yếu ở Đức, Áo và Thuỵ Sĩ. Kiểu nhà đặc biệt này có các tấm pin năng lượng mặt trời, các cửa sổ 3 lớp cách nhiệt, cùng một hệ thống thông gió độc đáo, năng thất thoát nhiệt. Kiến trúc sư thiết kế “Ngôi nhà thụ động”, Oliver Jirka, cho biết lợi thế quan trọng nhất của kiểu nhà này là việc loại bỏ các phương pháp sưởi ấm thông thường do sự cách nhiệt tối ưu. Ngôi nhà của Jirka ở Borfsdorf, gần Berlin, được bao quanh bởi một đệm không khí được bịt kín, giúp giữ nhiệt bên trong nhà. Không khí bên trong nhà được thông gió một cách tự động thông qua một hệ thống các ống ngầm dài 150m, giúp tuần hoàn không khí và duy trì một nhiệt độ không đổi khoảng 80 độ C. Các cửa sổ có 3 lớp kính giúp cách nhiệt thêm và khoảng trống giữa các tấm kính được lấp đầy bằng khí Arargon.

Dù chi phí xây dựng có cao hơn so với các thiết kế thông thường, nhưng theo kiến trúc sư Jirka thì nó lại tiết kiệm đáng kể chi phí sưởi ấm và nước nóng, với chi phí khoảng hơn 50 EURO một tháng. Khoảng 6.000 ngôi nhà hoặc căn hộ trên khắp châu Âu đã áp dụng các thiết kế tiết kiệm năng lượng của “Ngôi nhà thụ động”. Theo các nghiên cứu, thì năng lượng tiết kiệm được ở các ngôi nhà trên lên tới 80%.

Hà Lan là một quốc gia đi đầu trong lĩnh vực xây dựng công trình sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Xây dựng bền vững nằm trong chiến lược phát triển bền vững của Hà Lan. Người Hà Lan đã thiết kế các công trình tiết kiệm năng lượng bằng nhiều cách. Sử dụng hệ thống chiếu sáng tự nhiên một cách tối đa. Thiết kế công trình sao cho có thể tận dụng triệt để nguồn năng lượng vô tận, như năng lượng từ gió, mặt trời. Và ngay trong thiết kế quy hoạch không gian, việc bố trí không gian, hình thức kiến trúc cũng phải triệt để tiết kiệm năng lượng cho ngôi nhà khi đưa vào sử dụng. Các hình thức mái và kết cấu ngăn che được thiết kế linh hoạt và đa dạng.

Một trong những khu nhà nổi tiếng tại Hà Lan trong lĩnh vực này là Eva Lanxmeer.

Những tấm pin mặt trời cũng chính là mái nhà – khu ở Eva Lanxmeer. Các hệ thống lò sưởi cục bộ truyền thống, có nhiệt độ cao nhưng khả năng thất thoát nhiệt lớn, nhiệt toả không đều trong phòng, không khí chỗ nóng, chỗ lạnh được thay thế bằng hệ thống tưởng sưởi ấm nhiệt độ thấp. Các ngôi nhà trong khu dùng hệ thống sưởi nhiệt độ không cao nhưng mật độ dày, dàn đều lên các bề mặt tường hoặc sàn nhà làm ấm đều không gian ở. Các ngôi nhà này đều có các phần nhà kính để hứng và giữ nhiệt lượng (hiệu ứng nhà kính) cho các phòng ở và trồng cây. Khi thời tiết nóng thì các cửa trượt được kéo ra để có không gian thoáng và hệ thống mái cũng được mở cho thoát khí nóng (lúc này không còn hiệu ứng nhà kính). Các nhà thiết kế còn dùng giải pháp sử dụng ánh sáng tự nhiên rọi vào các phòng, khu vực giữa nhà được chiếu sáng bằng thiết bị chuyển ánh sáng từ ngoài vào nhà. Trong nhà còn hệ thống tái sử dụng nhiệt. Không khí trong nhà sau một thời gian sử dụng sẽ bị ô nhiễm, cần đưa không khí sạch vào để thay thế. Thông thường không khí bẩn khi ra ngoài sẽ đem theo nhiệt năng, không khí sạch đưa vào sẽ rất nóng (hoặc lạnh) và phải mất thêm nhiệt để làm mát (ấm) lên, nhờ hệ thống tái sử dụng nhiệt, người ta vẫn sử dụng được nhiệt của không khí bẩn trước khi thoát ra khỏi nhà để làm mát (ấm) không khí nóng (lạnh) sạch vào nhà, chỉ cần cung cấp một phần năng lượng nhỏ là đảm bảo độ mát (ấm) theo yêu cầu.

Khí đốt (biogas) được cung cấp qua hệ thống tạo khí ga sinh học, hệ thống này kết hợp với hệ thống máy lọc sống để xử lý nước thải. Nước thải từ hố xí, rác hữu cơ (rau, quả, cây) là nguyên liệu đầu vào cho hệ thống sinh học tạo khí tự nhiên. Ken yang là một kiến trúc sư người Malaysia rất nổi tiếng trong việc thiết kế những công trình sinh thái, trong đó việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả lại nhờ vào hình thức kiến trúc và hệ thống không gian xanh của công trình. Ông đã đưa ra một lý thuyết kiến trúc mới mẻ và tiên tiến trong lĩnh vực tiết kiệm năng lượng nói riêng và kiến trúc bền vững nói chung.

Hiện nay kiến trúcvà sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả là hai lĩnh vực không thể tách rời. Đó là vấn đề sống còn với chúng ta ngày nay và đối với các thế hệ tương lai.