Giới thiệu

Trong nỗ lực không ngừng của chúng tôi nhằm phát triển bền vững  và  tiết kiệm năng lượng , ánh sáng tự nhiên và đèn LED nổi bật như hai trụ cột thiết yếu của thiết kế công trình xanh hiện đại. Một nghiên cứu của Cơ quan Quản lý Năng lượng và Môi trường Pháp (ADEME) cho thấy chiếu sáng chiếm khoảng 12%  tổng lượng điện tiêu thụ trong khu vực cấp ba ở Pháp. Ngoài ra, nghiên cứu đã chỉ ra rằng ánh sáng tự nhiên có thể giảm tới 60% sự phụ thuộc vào ánh sáng nhân tạo , ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và năng suất của cá nhân. Những phát hiện này nêu bật tiềm năng đáng kể của việc tích hợp hài hòa ánh sáng tự nhiên và các giải pháp chiếu sáng tiết kiệm chi phí, chẳng hạn như đèn LED, trong thiết kế các tòa nhà  thân thiện với môi trường .

Tầm quan trọng của ánh sáng tự nhiên

Ánh sáng tự nhiên đóng một vai trò quan trọng trong thiết kế tòa nhà bền vững. Ngoài lợi ích về năng lượng, nó còn tác động tích cực đến sức khỏe và tinh thần của người cư ngụ. Báo cáo Không gian con người cho thấy nhân viên trong môi trường có nhiều ánh sáng tự nhiên cho thấy năng suất tăng 6%  so với những người làm việc trong điều kiện ánh sáng nhân tạo. Ánh sáng tự nhiên giúp giảm mỏi mắt và đau đầu, giúp nhân viên tập trung và tràn đầy năng lượng suốt cả ngày. 

Việc kết hợp ánh sáng tự nhiên vào các tòa nhà không chỉ mang lại lợi ích cho cá nhân mà còn cho môi trường. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế , việc tối ưu hóa việc sử dụng ánh sáng tự nhiên trong các tòa nhà có thể cắt giảm mức tiêu thụ năng lượng tới 40% . Ít phụ thuộc hơn vào ánh sáng nhân tạo có nghĩa là giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng  và do đó giảm phát thải khí nhà kính . Điều này góp phần trực tiếp vào việc chống biến đổi khí hậu và thúc đẩy sự phát triển của công trình xanh.

Hơn nữa, việc sử dụng ánh sáng tự nhiên một cách chiến lược trong  thiết kế tòa nhà , đặc biệt là thông qua các cửa sổ có hướng tốt và vật liệu phản chiếu, có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể mức tăng nhiệt mặt trời . Điều này có nghĩa là ở vùng khí hậu ôn hòa với mùa lạnh, không gian có thể được sưởi ấm một cách tự nhiên nhờ ánh sáng mặt trời, giảm sự phụ thuộc vào hệ thống sưởi ấm thông thường. Nguyên tắc thiết kế thụ động  tận dụng mức tăng nhiệt mặt trời này để tối đa hóa hiệu quả sử dụng năng lượng của tòa nhà. Bằng cách định hướng các tòa nhà để tối đa hóa khả năng tiếp xúc với ánh nắng mặt trời  trong những tháng mùa đông hoặc giảm tiếp xúc với ánh nắng mặt trời trong mùa hè và sử dụng vật liệu có quán tính nhiệt tốt , nhóm thiết kế có thể điều chỉnh nhiệt độ trong nhà một cách tự nhiên mà không cần bổ sung năng lượng, từ đó giảm nhu cầu sưởi ấm hoặc làm mát. 

Tích hợp ánh sáng tự nhiên vào các tòa nhà

Tích hợp hiệu quả ánh sáng tự nhiên vào các tòa nhà không chỉ đơn thuần là thêm nhiều cửa sổ. Việc sử dụng tối ưu ánh sáng tự nhiên có thể nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng  cũng như sự thoải mái và hài lòng của người ở , như chúng ta đã thấy trước đây. Điều này đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng, bắt đầu từ việc định hướng tối ưu cho tòa nhà . Định hướng rất quan trọng để thu được ánh sáng tự nhiên tốt nhất. Không gian sống và làm việc nên được bố trí để tận dụng tối đa ánh sáng ban ngày, ưu tiên phơi sáng ở phía Nam ở bán cầu Bắc (và ngược lại ở bán cầu Nam) để có độ sáng tối ưu ở vùng khí hậu có mùa lạnh. Thiết kế cũng nên hạn chế tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời  vào mùa hè (hoặc ở vùng khí hậu nóng đặc biệt như vùng nhiệt đới) để tránh quá nóng, đồng thời tối đa hóa mức tiếp xúc tương tự trong những tháng mùa đông.

Thứ hai, lựa chọn vật liệu  là rất quan trọng: bề mặt bên trong và bên ngoài phản chiếu có thể giúp phân tán ánh sáng tự nhiên hiệu quả hơn trong các không gian. Trần nhà cao và bề mặt sơn màu sáng có thể phản chiếu ánh sáng vào những khu vực ít tiếp xúc hơn, do đó làm giảm nhu cầu chiếu sáng nhân tạo.

Lựa chọn kính  cũng quan trọng không kém vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến lượng ánh sáng tự nhiên đi vào tòa nhà và khả năng cách nhiệt tổng thể.  Kính hiệu suất năng lượng cao , chẳng hạn như kính hai lớp với lớp phủ phát xạ thấp , có thể giảm thất thoát nhiệt đồng thời cho phép ánh sáng tự nhiên đi vào. Hơn nữa, các lớp phủ có độ phát xạ thấp này giúp duy trì nhiệt độ mát mẻ trong môi trường máy lạnh bằng cách ngăn chặn sự truyền nhiệt hồng ngoại, giảm đáng kể khối lượng công việc điều hòa không khí và thúc đẩy sự thoải mái về nhiệt tối ưu đồng thời tiết kiệm năng lượng. Bên cạnh khả năng cách nhiệt, những loại kính này có thể được thiết kế để kiểm soát lượng năng lượng mặt trời hấp thụ , ngăn chặn nhiệt độ quá cao vào mùa hè đồng thời cho phép nhiệt có lợi vào mùa đông. Ngoài ra, sự ra đời của kính  thông minh hoặc kính điện hóa mang đến một giải pháp sáng tạo để điều chỉnh ánh sáng và nhiệt tới. Những loại kính này có thể thay đổi màu sắc một cách tự động hoặc theo yêu cầu, giảm nhu cầu sử dụng rèm hoặc cửa chớp và cho phép người sử dụng kiểm soát môi trường bên trong theo sở thích của mình. Việc sử dụng chiến lược các loại bóng râm  và kem chống nắng  cũng có thể rất quan trọng trong việc tối ưu hóa sự cân bằng giữa ánh sáng tự nhiên và khả năng bảo vệ khỏi ánh nắng trực tiếp. Những yếu tố kiến ​​trúc này, ngoài việc tăng thêm giá trị thẩm mỹ, còn giúp giảm độ chói và giảm thiểu lượng nhiệt hấp thụ không mong muốn đồng thời vẫn cho phép đủ ánh sáng tự nhiên.

Cuối cùng,  bố trí không gian  có thể tối ưu hóa việc sử dụng ánh sáng tự nhiên. Ví dụ, sơ đồ mặt bằng mở tạo điều kiện khuếch tán ánh sáng tự nhiên và có thể được bổ sung bằng cách sử dụng các vách ngăn trong suốt hoặc bán trong suốt. Việc bố trí phải nhằm mục đích giảm thiểu các chướng ngại vật đối với ánh sáng và thúc đẩy luồng ánh sáng trôi chảy qua các không gian khác nhau.

Chuyển sang đèn LED

Hệ thống chiếu sáng LED đại diện cho một cuộc cách mạng về chiếu sáng hiệu quả sinh thái, giảm mức tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà trong khi vẫn duy trì ánh sáng chất lượng cao. Lợi ích của việc chuyển sang sử dụng đèn LED là gì?

Hiệu quả năng lượng: Đèn LED sử dụng năng lượng ít hơn tới 90% và có tuổi thọ cao hơn tới 25 lần  so với bóng đèn sợi đốt truyền thống.  Theo Energy Star, hiệu suất cao này có thể chuyển thành khoản tiết kiệm đáng kể, với mức giảm chi phí năng lượng cho hộ gia đình có thể đạt khoảng 225 USD mỗi năm bằng cách thay thế đèn sợi đốt bằng đèn LED.

Độ bền:  Các sản phẩm đèn LED có tuổi thọ cao hơn đáng kể so với các nguồn sáng khác. Đèn LED không "cháy" mà bị "giảm độ sáng", nghĩa là độ sáng của chúng giảm dần theo thời gian. Tuổi thọ của đèn LED dựa trên việc độ sáng giảm 30%, thường kéo dài từ 25.000 đến 50.000 giờ . Điều này trái ngược hẳn với tuổi thọ của bóng đèn sợi đốt truyền thống là khoảng  1.200 giờ và đèn huỳnh quang compact (CFL) có thể kéo dài tới 10.000 giờ . Điều này làm cho đèn LED bền hơn đáng kể và tiết kiệm chi phí về lâu dài.  

Chất lượng ánh sáng:  Đèn LED cung cấp  nhiều nhiệt độ màu (từ 2200K đến 6000K) và có thể đạt chỉ số hoàn màu (CRI) từ 65 đến 95, khiến chúng phù hợp với nhiều môi trường chiếu sáng trong nhà và thương mại. Mặc dù bóng đèn sợi đốt có xu hướng có CRI tốt hơn (gần 100), nhưng đèn LED mang lại sự linh hoạt và tùy chỉnh đáng kể về chất lượng ánh sáng.  

Ít tỏa nhiệt hơn:  Không giống như bóng đèn truyền thống, đèn LED tạo ra rất ít nhiệt, giảm nhu cầu điều hòa không khí trong những tháng ấm áp và góp phần mang lại sự thoải mái về nhiệt tốt hơn. Bóng đèn truyền thống giải phóng 90% năng lượng dưới dạng nhiệt và CFL giải phóng 80%.

Kết hợp ánh sáng tự nhiên và đèn LED

Kết hợp ánh sáng tự nhiên với ánh sáng LED trong không gian làm việc và sinh hoạt có thể tạo ra một môi trường lý tưởng, cân bằng và hiệu quả. Chiến lược chính là tạo ra một  hệ thống chiếu sáng lai  có thể điều chỉnh ánh sáng LED dựa trên sự sẵn có của ánh sáng tự nhiên. Cảm biến ánh sáng  có thể được lắp đặt để phát hiện lượng ánh sáng tự nhiên trong phòng và điều chỉnh cường độ chiếu sáng của đèn LED cho phù hợp. Điều này đảm bảo ánh sáng tối ưu vào mọi thời điểm trong ngày, do đó giảm mức tiêu thụ năng lượng trong khi vẫn duy trì mức độ thoải mái cao cho người cư ngụ. Cách tiếp cận theo vùng  cho phép điều chỉnh ánh sáng ở các phần khác nhau của tòa nhà dựa trên việc sử dụng và tiếp xúc với ánh sáng tự nhiên. Các không gian gần cửa sổ có thể cần ít ánh sáng LED hơn trong những giờ nắng, trong khi những khu vực xa hơn có thể cần thêm ánh sáng. Việc  bố trí các không gian  phải được thiết kế để tối đa hóa ánh sáng tự nhiên đầu vào đồng thời cung cấp đủ ánh sáng LED khi cần thiết. Điều này có thể bao gồm việc sử dụng vách ngăn kính hoặc vật liệu phản chiếu để truyền ánh sáng tự nhiên khắp không gian bên trong. Đèn LED hiện đại cung cấp khả năng điều chỉnh nhiệt độ và cường độ ánh sáng , có thể được đồng bộ hóa với chu kỳ ánh sáng ban ngày tự nhiên để hỗ trợ nhịp sinh học của người cư trú và nâng cao năng suất cũng như sức khỏe.

Tất cả những khía cạnh này có thể được quản lý thông qua hệ thống quản lý tòa nhà thông minh (BMS ) với sự tích hợp của cảm biến độ sáng, máy phát hiện sự hiện diện, quản lý ánh sáng LED (cường độ và nhiệt độ màu) và điều khiển rèm hoặc các hệ thống kiểm soát ánh sáng tự nhiên khác. BMS cho phép thu thập dữ liệu theo thời gian thực về điều kiện ánh sáng và sức chứa của các tòa nhà. Dữ liệu này có thể được sử dụng để phân tích xu hướng sử dụng và điều chỉnh cài đặt ánh sáng để đạt  hiệu quả tối đa . BMS cho phép tạo ra các kịch bản chiếu sáng tùy chỉnh phù hợp với các hoạt động hoặc thời điểm khác nhau trong ngày. Điều này có thể bao gồm các cài đặt để tối đa hóa ánh sáng tự nhiên vào ban ngày và chuyển đổi suôn sẻ sang đèn LED vào buổi tối hoặc vào những ngày u ám.

Một ví dụ đáng chú ý về tòa nhà tích hợp ánh sáng tự nhiên và ánh sáng LED thông qua BMS là The Edge ở Amsterdam, Hà Lan. Được thiết kế cho Deloitte, The Edge thường được coi là một trong những tòa nhà văn phòng xanh và thông minh nhất thế giới. BMS của tòa tháp kiểm soát tất cả các khía cạnh của môi trường văn phòng, bao gồm cả ánh sáng, được điều chỉnh theo thời gian thực dựa trên ánh sáng tự nhiên và sự hiện diện của nhân viên. Các cảm biến được đặt khắp tòa nhà sẽ đo độ sáng và tự động điều chỉnh cường độ đèn LED để duy trì mức độ thoải mái đồng thời tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng và giảm chi phí vận hành .

Phần kết luận

Trong bài viết này, chúng tôi khám phá tầm quan trọng của ánh sáng tự nhiên và ánh sáng LED trong thiết kế các tòa nhà hiện đại. Sự kết hợp giữa hai yếu tố này mang đến cơ hội chưa từng có để cải thiện cả hiệu quả sử dụng năng lượng và sự thoải mái cho người sử dụng. Như ví dụ của The Edge ở Amsterdam, việc tích hợp các công nghệ thông minh như BMS cho phép điều chỉnh tối ưu ánh sáng tự nhiên và nhân tạo, giảm chi phí năng lượng đồng thời hỗ trợ sức khỏe của người dùng.

#GreenBuilding

Source: https://www.greendesignconsulting.com/