Tóm tắt

Công trình nhà phố có những ưu điểm trong thiết kế đô thị, nhưng tồn tại nhiều hạn chế trong việc lấy sáng tự nhiên. Đây được xem là sử dụng năng lượng sạch và phát triển công trình theo hướng bền vững. Bài báo đã sử dụng phần mềm mô phỏng Dialux và thực hiện khảo sát các công trình tại vùng đô thị Việt Nam để đánh giá thực trạng. Qua đó nhận định: phần lớn nhà phố hiện đại phải sử dụng ánh sáng nhân tạo vào ban ngày do sự mất cân bằng trong việc phân bổ ánh sáng tự nhiên. Từ đó khảo sát và đề xuất các giải pháp cải tạo để khai thác tối ưu ánh sáng tự nhiên. Nghiên cứu nhấn mạnh việc tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên, kết hợp sử dụng hiệu quả đèn LED và áp dụng phương pháp kiểm soát ánh sáng để đạt được hiệu quả năng lượng.

Từ khóa: Thiết kế chiếu sáng bền vững, Nhà phố, Hiệu quả năng lượng, Ánh sáng tự nhiên, Mô phỏng Dialux.

Đặt vấn đề

Kiến trúc truyền thống Việt Nam luôn chú ý khai thác và thích ứng với điều kiện khí hậu, trong đó chú trọng đến ánh sáng tự nhiên. Quá trình phát triển kiến trúc, các yếu tố về khoa học công nghệ đã được ứng dụng vào lĩnh vực thiết kế nội thất. Bằng các phần mềm mô phỏng, phương pháp thiết kế chiếu sáng cũng được thể hiện trực quan và đầy đủ hơn, minh chứng rõ nét về yêu cầu quan trọng của thiết kế chiếu sáng trong nội thất. Các phương pháp đề xuất sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng (An Nguyên, 2016), tiết kiệm năng lượng CEA (2022) và tầm quan trọng của thiết kế chiếu sáng bền vững Roman (2023) trong công trình dân dụng hiện đại đã được đề cập.

Phương pháp nghiên cứu

Thiết kế lấy sáng trường hợp 1 (Nguồn: Martinsons (2010) Guidebook on Energy Efficient Electric Lighting for Buildings. Pp. 248

Việc chiếu sáng nội thất hiện nay đã không chỉ đơn giản với mục đích cung cấp ánh sáng cho sinh hoạt, mà còn đáp ứng các yêu cầu cá nhân hoặc nâng cao chất lượng môi trường sống, đóng góp trong việc tạo nên giá trị của không gian nội thất. Cụ thể như thiết bị chiếu sáng có thể tự điều chỉnh cường độ sáng dựa trên cảm ứng nhịp sinh học con người, kết nối từ môi trường tự nhiên giúp cải thiện sức khoẻ cũng như tâm lý con người (Linh Thục, 2023). Các phương pháp thiết kế ở tài liệu “Chiếu sáng trong kiến trúc – thiết kế tạo môi trường ánh sáng tiện nghi và sử dụng năng lượng có hiệu quả” của tác giả Phạm Đức Nguyên (2021) đã chỉ ra phương pháp thiết kế, và tính toán hiệu quả năng lượng trong hệ thống chiếu sáng, là cơ sở để nghiên cứu.

Nhằm tiếp tục sự phát triển của thiết kế chiếu sáng bền vững trong công trình, cũng như đóng góp một khía cạnh trong tri thức thiết kế nội thất. Bài báo mong muốn giới thiệu một số phương pháp thiết kế và cách đánh giá hiệu quả năng lượng trong hệ thống chiếu sáng nội thất của công trình nhà phố một mặt tiền, có sự hạn chế trong việc lấy sáng tự nhiên. Đi kèm với đó là việc khai thác những ưu điểm thiết kế chiếu sáng đã đem lại nhiều giá trị cho không gian nội thất.

Thiết kế chiếu sáng trường hợp 2 (Nguồn: Martinsons (2010) Guidebook on Energy Efficient Electric Lighting for Buildings. Pp. 260).

Cơ sở thực tiễn và phương pháp nghiên cứu

Bằng ứng dụng phần mềm mô phỏng chiếu sáng Dialux, phướng pháp nghiên cứu tuân theo những bước cơ bản (Hình 1). Qua đó, xác định dữ liệu nghiên cứu bao gồm: Đặc tính ánh sáng, thiết kế nội thất, công nghệ thiết bị quang học và hiệu quả năng lượng. Ngoài ra, việc nghiên cứu và tham khảo tiêu chuẩn thiết kế của mỗi quốc gia về ánh sáng, cũng như công năng phòng luôn là dữ liệu nền tảng cần có để đảm bảo tính phù hợp của thiết kế. Giá trị của thiết kế chiếu sáng sẽ đem lại những tác động tích cực về mặt cảm xúc, tâm lý, cũng như sức khoẻ cho người hoạt động trong không gian đó (Anh Doan, 2021).

Việc đề xuất các giải pháp nên được kiểm tra đánh giá bằng phần mềm mô phỏng chiếu sáng (Dialux). Qua đó, phân tích so sánh các dữ liệu; (i) Giúp thiết kế xác định được giải pháp tối ưu cho việc cải tạo chiếu sáng nội thất, hạn chế tối đa các vấn đề đối với sức khoẻ thị giác; (ii) Đánh giá việc sử dụng ánh sáng nhân tạo và năng lượng tiêu thụ có tính khách quan; (iii) Đề cập đến giá trị của ánh sáng (nguồn sáng tự nhiên và nhân tạo) thoả mãn nhu cầu cơ bản về các hoạt động thị giác, tạo nên tính thẩm mỹ. Đây cũng là giá trị của tính bền vững trong việc thiếu kế chiếu sáng nội thất.

Các nghiên cứu quốc tế khai thác việc chiếu sáng nội thất với tiêu chí hiệu quả năng lượng đã đạt được thành tựu nhất định (Martinsons, 2010, pp. 248 – 309), như: Hiệu quả chiếu sáng được thể hiện trên thông số năng lượng tiêu thụ ở mức thấp nhất (cho cùng thiết bị trong một công trình) nhưng vẫn đảm bảo chất lượng và cường độ ánh sáng phù hợp với công năng từng phòng. Cụ thể, văn phòng tại Switzerland (Hình 2 – Lausanne) Martinsons (2010, pp. 248-249) cho thấy mặt bằng, hướng công trình và thiết kế chi tiết nơi lấy sáng tự nhiên trong suốt thời gian ban ngày được tổ chức không gian các phòng là việc với quy mô 20m2. Để khai thác hiệu quả hướng nắng và kiến trúc ngoại thất, thiết kế đã đưa ánh sáng tự nhiên vào phục vụ cho không gian nội thất và sử dụng một bề mặt kính tại nơi lấy sáng, phía trên cửa sổ. Mặt kính này giúp ánh sáng được phản chiếu lên trần, và ánh sáng tán xạ từ trần sẽ phục vụ cho các hoạt động trong không gian kiến trúc. Cường độ ánh sáng từ trần nhà tán xạ xuống không gian bên dưới không quá chói gắt và cũng không mang theo nhiệt độ cao.

Đối với công trình văn phòng ngân hàng (Đức) có mặt tiền hướng chính Bắc. Cửa sổ công trình được thiết kế với khung cửa rộng và cao, nhằm mục đích đưa ánh sáng tự nhiên vào không gian nội thất (Hình 3). Chiều cao phòng là 3,4m, và 0,75m là khoảng cách từ sàn đến đáy cửa sổ nên lượng ánh sáng tự nhiên đưa vào phòng ở mức độ cao. Nhằm hạn chế hoặc giảm bớt cường độ sáng, thiết kế đã áp dụng mành che. Một phương pháp kiểm soát ánh sáng tự nhiên cơ bản giúp ánh sáng làm việc không bị chói là hiệu ứng của thiết kế đèn trên đầu tủ để tăng hiệu quả của đèn, thiết kế chiếu sáng đã sử dụng vật liệu ốp trần có khả năng tán xạ ánh sáng với góc chiếu sáng lên trần và chất liệu tán xạ, đã xử lý những khu vực thiếu sáng trong không gian phòng (Hình 3). Hệ thống đèn này được sử dụng trong trường hợp những ngày ánh sáng tự nhiên không phù hợp cho việc quan sát chi tiết. Đối với thời gian ban đêm, thiết kế chiếu sáng sử dụng hệ thống đèn trên trần để duy trì phục vụ các hoạt động văn phòng.

Dựa trên những tài liệu nghiên cứu liên quan đến chiếu sáng nội thất và những trường hợp thiết kế đã được đề cập, nhóm nghiên cứu đã thực hiện khảo sát nhằm tìm hiểu rõ điều kiện kỹ thuật cũng như các yếu tố phù hợp với công trình nhà phố tại Việt Nam. Bảng câu hỏi khảo sát được thiết kế với các nội dung chiếu sáng không gian nội thất gồm: hướng nhà, hướng cửa lấy sáng, số lượng đèn, loại đèn, tổng điện năng tiêu thụ, không gian bị thiếu sáng và những vấn đề phát sinh trong sinh hoạt. Từ đó, thực hiện mô phỏng chiếu sáng công trình thực tế bằng phần mềm Dialux. Nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp, nhằm so sánh và phân tích dữ liệu dưới góc nhìn khách quan nhất.

 Kết quả nghiên cứu

 Về phương pháp khảo sát

Kết quả khảo sát thu được với 41 phản hồi từ phần lớn là vùng đô thị, thành phố biển như Đà Nẵng và Nha Trang (kết quả 41,5%) và vị trí địa lý ở vùng đồng bằng, điển hình là thành phố Hồ Chí Minh (39%) những người tham gia. Ngoài ra số ít đề cập đến vị trí cao nguyên như thành phố Đà Lạt. Hầu như không có phản hồi nói về công trình ở vùng ngoại thành. Qua nghiên cứu, 31,7% công trình có mặt tiền hướng chính Đông, có thể dự đoán những công trình đó sẽ nhận được ánh sáng tự nhiên tối thiểu là 4 hoặc 5 giờ trong thời gian ban ngày, và trong điều kiện bầu trời trong xanh.

Kết quả khảo sát cũng cho thấy các thiết kế lấy sáng tự nhiên ở công trình dân dụng thường chú trọng lấy sáng từ mặt đứng công trình (36,6% lấy sáng từ mặt đứng chính và 39% lấy sáng từ hai mặt đứng). Tỉ lệ lấy sáng từ mái công trình (19,5%) thấp hơn việc lấy sáng từ mặt đứng (do thiết kế như vị trí cầu thang, thứ tự trước sau của phòng theo lối giao thông, hoặc như mục đích quan sát, chống tác động môi trường tự nhiên và tạo lưu thông không khí trong không gian nội thất). Khu vực phòng khách được đánh giá là nơi luôn đầy đủ ánh sáng tự nhiên (85,4%). Bởi phòng khách luôn được sắp xếp ở vị trí thuận tiện giao thông. Ngược lại, khu vực đón tiếp, phòng ngủ, phòng vệ sinh, bếp và phòng ăn là những nơi thường bị thiếu sáng đối với nhà phố. Điều này cho thấy, việc phân chia không gian nhà phố luôn có sự mất cân bằng ở bước lấy sáng tự nhiên. Ví dụ rõ ràng nhất là không gian bếp và phòng vệ sinh, đặc biệt là những phòng vệ sinh riêng, được thiết kế nằm trong khu vực phòng ngủ. Kết quả trên đã cho thấy phần lớn công trình dân dụng hiện nay đều phải sử dụng ánh sáng nhân tạo vào thời gian ban ngày.

Thông số cài đặt mô phỏng ánh sáng tự nhiên

Mô phỏng ánh sáng tự nhiên tầng trệt, tầng hai, tầng ba Hình 4 a,b: Mô phỏng chiếu sáng tự nhiên Dialux

Đối với ánh sáng nhân tạo, sắc ánh sáng trắng (chiếm 48,8%) cũng xấp xỉ với màu ánh sáng vàng. Màu ánh sáng xanh hầu như không được ứng dụng trong phòng ngủ hoặc những khu vực nghỉ ngơi. Hoặc chỉ một số ít sử dụng màu này ở những nơi làm việc và sảnh tiếp khách. Tuy nhiên, màu ánh sáng vàng lại được ứng dụng phổ biến hơn tại những khu vực như phòng khách hoặc phòng sinh hoạt chung. Mục đích đơn giản là để trang trí chuyển đổi môi trường tại nơi này bằng màu ánh sáng vàng, cũng như tạo điểm nhấn ở một số vị trí đặc biệt.
Đối với tiêu chí bền vững và tiết kiệm điện, phương pháp đơn giản là thực hiện hành động tắt hoặc đặt giờ khi không sử dụng. Một số ý kiến phản hồi đã đề xuất sử dụng nguồn năng lượng sạch từ ánh sáng mặt trời với tận dụng ánh sáng tự nhiên để giảm thiểu việc sử dụng đèn vào thời gian ban ngày và sử dụng công nghệ pin năng lượng mặt trời để lưu trữ và phục vụ nhu cầu chiều sáng ở các không gian bên trong công trình.

Về phương pháp mô phỏng chiếu sáng

Trên cơ sở các giá trị dữ liệu thu thập, nhóm nghiên cứu tiến hành mô phỏng chiếu sáng nhằm so sánh và kiểm tra giá trị. Công trình thực tế được lựa chọn mô phỏng được xây mới vào đầu năm 2024, với phong cách hiện đại có diện tích 71m2. Mặt tiền công trình thuộc hướng Đông và nghiêng 1 góc 15 độ về hướng Bắc. không gian nội thất của nhà phố này xuất hiện một số khu vực bị thiếu sáng. Công trình gồm 3 tầng (1 trệt, 2 lầu) với các không gian: phòng khách, phòng ngủ, phòng học chung, phòng thờ, khu bếp và phòng vệ sinh. Sàn công trình được ốp đá granite màu xám trắng, và tường trần nội thất được sơn trắng đơn giản có độ hút sáng thấp. Đồ nội thất có kích thước lớn như tủ, giường, và bàn làm việc được thiết kế bằng gỗ. Điều này giúp thiết kế chiếu sáng nội thất có thể lược bỏ sự ảnh hưởng của vật liệu, chỉ tập trung vào kiểm soát cường độ sáng và độ rọi của nguồn sáng sao cho phù hợp với từng mục đích sử dụng không gian.

So sánh thiết kế mô phỏng chiếu sáng tự nhiên tầng 1

So sánh thiết kế mô phỏng chiếu sáng tự nhiên tầng 2

So sánh thiết kế mô phỏng chiếu sáng tự nhiên tầng 3

Giả lập mô phỏng với thông số địa lý của công trình có hướng chiếu sáng là hướng Đông (có góc nghiêng 15 độ về hướng Bắc). Thời gian chiếu sáng là 9 giờ sáng (khoảng thời gian đón được ánh sáng tự nhiên nhiều nhất) với điều kiện bầu trời, được thiết lập trong xanh (hình 4a.). Kết quả độ rọi của ánh sáng tự nhiên trong từng khu vực nội thất ở tầng trệt công trình (Hình 4b.) cho thấy màu sắc hiển thị độ chói trong không gian phòng khách phù hợp với tiêu chuẩn chiếu sáng (300 lux), khu vực gần cửa sổ (500 lux). Nơi thiếu sáng nhất ở tầng trệt là không gian phòng ngủ (thấp hơn 10 lux) và phải luôn sử dụng ánh sáng nhân tạo, bao gồm cả mục đích quan sát lối đi trong phòng. Khu vực Lầu 1 (hình 4c.) có không gian phòng học chung (300 lux), cửa sổ hướng ra ban công (500 lux). Vị trí đối diện cầu thang ở tầng 2 được thiết kế một phòng vệ sinh chung và phòng ngủ (thấp hơn 10 lux). Khu vực Lầu 2 có kết quả mô phỏng tương tự Lầu 1 (hình 4d.). Từ kết quả mô phỏng có thể nhận thấy nội thất công trình gặp vấn đề trong việc lấy sáng tự nhiên. Và phương pháp được áp dụng để giải quyết vấn đề này là sử dụng thiết bị chiếu sáng nhân tạo. Điều này cũng dẫn đến mức tiêu thụ điện năng của công trình sẽ bị tăng cao.

 Ứng dụng và phân tích kết quả

Do công trình nhà phố, bị hạn chế ánh sáng tự nhiên hai mặt giáp với công trình liền kề. Qua ứng dụng kết quả mô phỏng, phương án thiết kế đề xuất sẽ là (i) lấy sáng tự nhiên từ mái nhà ở khu vực cầu thang (kích thước cửa mái lấy sáng rộng 2000mm và dài 4000mm, được dựa trên kích thước hố thang), (ii) cải tiến lấy sáng tự nhiên gián tiếp cho không gian nội thất bằng cách thay đổi hệ thống cửa lấy sáng (cửa sổ trong phòng ngủ cũng được thay đổi với kích thước lớn hơn. Như trong ví dụ kích thước cửa sổ lấy sáng tại phòng ngủ hiện trạng là 600x1200mm, và được thay đổi với kích thước 800x1600mm. Hoặc việc cải tạo lấy sáng tự nhiên có thể sử dụng ô cửa lật kích thước 600x2400mm tại không gian ngủ và 600x1800mm tại khu vực vệ sinh). Qua đó, mô phỏng chiếu sáng của phương án cải tạo được thể hiện rõ nhất ở đặc điểm lấy sáng từ mái (Hình 5a). Tiếp đến là việc tận dụng sự tán xạ ánh sáng tự nhiên, để cung cấp ánh sáng vào các khu vực liền kề. Đi kèm với sự thay đổi của chiếu sáng tự nhiên của các tầng thì mức độ sử dụng ánh sáng nhân tạo bên trong công trình cũng tăng hoặc giảm theo hiệu quả thiết kế chiếu sáng.

Những trọng điểm của việc thực hiện thiết kế chiếu sáng nội thất theo xu hướng bền vững là: (1) sử dụng ánh sáng tự nhiên, (2) ứng dụng ánh sáng nhân tạo (màu ánh sáng, góc chiếu sáng) phù hợp với từng công năng phòng, (3) chỉ lựa chọn hai loại thiết bị chiếu sáng LEDs (Light emitting diodes) hoặc đèn huỳnh quang (Compact fluorescent lamps) ở thời điểm hiện tại, và (4) kiểm soát phân tầng ánh sáng phù hợp theo thời điểm sử dụng. Tóm lại, các yếu tố trên đều hướng đến việc đem lại hiệu quả năng lượng cho hệ thống chiếu sáng nội thất. Đây cũng là bước tiến quan trọng cho việc đạt được tính bền vững của thiết kế chiếu sáng.

Kết luận

Từng bước thực hiện nghiên cứu cho thấy thiết kế chiếu sáng nội thất theo xu hướng bền vững đã luôn hiện hữu trong thiết kế truyền thống của Việt Nam. Đặc điểm này được thể hiện rõ ở việc tận dụng tối đa và kiểm soát linh hoạt ánh sáng tự nhiên. Tuy nhiên, những kiến thức thiết kế chiếu sáng truyền thống vẫn bị hạn chế bởi công nghệ và kỹ thuật tại mỗi thời kỳ phát triển. Và được biết đến theo hàm nghĩa khác, như một truyền thống văn hoá ở đất nước có khí hậu nhiệt đới. Thiết kế phải luôn hoà hợp được môi trường tự nhiên và môi trường nội thất công trình, từ việc tạo thông thoáng đến sử dụng ánh sáng. Ví như việc thực nghiệm mô phỏng thay đổi phương thức lấy sáng không gian nội thất đã chứng minh được tầm quan trọng của chiếu sáng tự nhiên có ảnh hưởng lớn đến mục đích hiệu quả năng lượng và phát triển tính ‘bền vững’ trong công trình. Vậy nên, nghiên cứu chiếu sáng bền vững này không chỉ thúc đẩy phát triển thiết kế chiếu sáng truyền thống, mà còn kết hợp với việc ứng dụng các công nghệ điện tử (đèn LED và hệ thống kiểm soát). Nhằm đề xuất thiết kế chiếu sáng nội thất phù hợp với sự phát triển công nghệ hiện đại ngày nay. Điểm đáng chú ý là việc đưa ra dự toán mức năng lượng tiêu thụ cho hệ thống chiếu sáng tổng thể công trình, và định hướng phương án cải thiện khu vực thường xuyên sử dụng chiếu sáng nhân tạo ở mức tối thiểu.

TS.KTS Đoàn Hà Xuân Việt
Ths.HSTK Trần Quốc Tuấn*
*Trường Đại Học Yersin
(Bài đăng trên Tạp chí Kiến trúc số 10-2025)

---

Tài liệu tham khảo
– An Nguyên (2016) Hội thảo:” Chiếu sáng thông minh vì sự phát triển bền vững của AEC” -Tạp chí kiến trúc. Available from: https://www.tapchikientruc.com.vn/chuyen-muc/vat-lieu-cong-nghe/hoi-thao-chieu-sang-thong-minh-vi-su-phat-trien-ben-vung-cua-aec.html Accessed: 24/8/2024;
– Anh Doan (2021): Nguyên tắc bài trí ánh sáng trong nội thất mà bạn nên biết – Available from: https://anhdoan.vn/giai-phap-chieu-sang/nguyen-tac-bay-tri-anh-sang-trong-noi-that/ Accessed: 26/8/2024;
– CEA (2022): Giải pháp chiếu sáng thông minh hướng đến phát triển bền vững – Tạp chí điện tử CEA – Available from: https://nangluongsachvietnam.vn/d6/vi-VN/news/Giai-phap-chieu-sang-thong-minh-huong-den-phat-trien-ben-vung-6-1960-18618 Accessed: 17/08/2024.;
– Linh Thục (2023): 5 xu hướng chiếu sáng 2024 không thể bỏ qua cho không gian sống hiện đại – Available from: https://lumi.vn/xu-huong-chieu-sang-cho-khong-gian-song-hien-dai.html Accessed: 15/8/2024;
– Phạm Đức Nguyên (2021): Chiếu sáng trong kiến trúc – thiết kế tạo môi trường ánh sáng tiện nghi và sử dụng năng lượng có hiệu quả – Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật;
– Roman (2023): Tầm quan trọng của chiếu sáng bền vững trong cuộc sống hiện đại -Available from: https://roman.vn/tam-quan-trong-cua-chieu-sang-ben-vung-trong-cuoc-song-hien-dai.html Accessed: 17/08/2024;
– Martinsons (2010): Guidebook on Energy Efficient Electric Lighting for Buildings. Aalto University. School of Science and Technology. Department of Electronics. Lighting Unit.

Chia sẻ: