GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH - CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO (TẬP 1)

Nguyên tắc cơ bản về ánh sáng

Màu sắc của ánh sáng

Mô tả giải pháp

Nhiệt độ màu

Để có được sự tiện nghi nhìn tốt, ánh sáng cần phải có chất lượng và màu sắc thích hợp.

Ánh sáng có thể tạo cảm giác lạnh hoặc âm. Nó được xác định bằng “Nhiệt độ màu” và được đo bằng độ Kelvin. Nhiệt độ màu càng cao thì ánh sáng càng xanh.

Điều này có vẻ ngược với trực giác vì chúng ta nghĩ màu xanh “mát hơn” màu đỏ nhưng nó đến từ đặc điểm vật lý của bức xạ vật đen.

Thông thường, con người thích ánh sáng tươi trở lên xanh hơn, như anh sáng ban ngày trong khi đó ánh sáng mờ trở lên vàng, như ánh nến.

Dưới đây là nhiệt độ màu của ánh sáng ban ngày và các nguồn sáng phổ thông khác.

Độ hoàn màu

Với cả ánh sáng tại nhiệt độ màu nhất định, một số phần của quang phổ cũng có thể bị thiếu. Nếu có một số quang phổ bị thiếu, nó sẽ làm thay đổi cảm nhận về màu sắc, điều mà con người thông thường không thích.

Điều này xảy ra khi ánh sáng ban ngày được lọc qua các cửa sổ có màu sắc và với một số ánh sáng nhân tạo. Ánh sáng đèn hơi natri (Sodium vapor lights) được đặc biệt biết đến vì làm cho da trông xanh xao, ốm yếu.

Mức đồng bộ của quang phổ ánh sáng được đo bằng chỉ số Color Rendition Index (CRI), nó hoàn toàn độc lập với nhiệt độ màu của ánh sáng.

Ánh nắng mặt trời chưa được lọc có chỉ số CRI là 100 và ánh sáng đèn sợi đốt vonfram cũng vậy trong khi ánh sáng đèn hơi natri chi có chỉ số CRI là 5. Hầu hết huỳnh quang có chỉ số CRI là 50 – 75 nhưng huỳnh quang 3 phổ là 85 – 90 và huỳnh quang đa phổ có thể gần 100. Các xưởng nghệ thuật thường yêu cầu chỉ số CRI là 100 nhưng 70 cũng có thể chấp nhận được đối với các ứng dụng thông thường.

Các màu khác nhau quan sát được dưới ánh sáng của các chỉ số hoàn màu khác nhau và phổ của mỗi nguồn sáng.

Phân bố ánh sáng & hiện tượng chói

Mô tả giải pháp

Để có được sự tiện nghi nhìn tốt, ánh sáng không chỉ cần có độ sáng phù hợp mà còn cần phải được phân bố tốt.

Hiện tượng chói

Các khu vực có độ sáng cao đặt ngay cạnh khu vực có độ sáng thấp sẽ gây ra hiện tượng chói và gây cảm giác khó chịu.

Ví dụ, một bóng đèn sợi đốt trên bàn có thể tạo ra nhiều ánh sáng hơn mức cần thiết. Tuy nhiên, nó có thể tạo ra nhiều ánh sáng chiếu trực tiếp vào mắt hơn so với ánh sáng phản xạ khỏi mặt bàn, do đó gây khó khăn cho việc đọc hay thực hiện các công việc khác. Chụp đèn sẽ giúp tránh ánh sáng chói vào mắt bạn trong khi vẫn chiếu rọi lên mặt bàn.

Ánh sáng từ bóng đèn hay mặt trời mà không che có thể gây ra hiện tượng chói mắt.

Các thiết bị chiếu sáng có tác dụng phân bố và khuếch tán ánh sáng, tránh hiện tượng bị chói.

Hiện tượng chói vô cùng quan trọng và cần được kiểm soát khi sử dụng chiếu sáng tự nhiên vì ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp rất sáng.

Mức độ sáng và hệ số đo độ chói

Rất khó để đo độ chói vì ánh sáng nhận được là chủ quan và tùy thuộc vào một vài yếu tố (gồm cả độ tuổi của con người). Tuy nhiên, hệ chuẩn cơ sở được sử dụng để đánh giá độ chói là cường độ ánh sáng trong trường quan sát của một người tại một vị trí quan sát nhất đinh (cd/ m2). Đây là lượng ánh sáng phản xạ từ một bề mặt vào mắt người quan sát.

Một số quy tắc kinh nghiệm:

Tránh độ tương phản lớn hơn 10:1 khi làm việc.

Tránh ánh sáng có độ sáng 2,000 lux hay lớn hơn vì hầu hết các màn hình máy tính là 200 lux và bạn muốn giữ trong cấp số 10 độ sáng của màn hình.

Độ tương phản 20:1 có nghĩa là người cư ngụ sẽ chỉ thấy bóng. Điều này có thể chấp nhận được cho các khu vực hành lang.

Độ tương phản 50:1 sẽ gây khó chịu nên cần tránh nó.

Trong phân tích chiếu sáng tự nhiên, hiện tượng chói cũng thường được đánh giá bằng cách sử dụng lỗ mắt cá tại độ cao đầu người. Một số phương pháp kỹ thuật nhanh cũng đã được phát triển như Unified Glare Rating (UGR) và Daylight Glare Probability (DGP). DGP càng cao, chúng ta càng dễ bị chói hơn.

Lỗ mắt cá tại một trung tâm nghiên cứu hiện tượng chói. Sử dụng một HDR camera, sự chồng chéo các màu giả của ánh sáng xác định giá trị trên hình ảnh và phép phân tích Radiance với cùng điểu kiện.

Chiếu sáng xung quanh và bổ sung

Phân bố ánh sáng tốt đòi hỏi có sự cân bằng hợp lý giữa chiếu sáng xung quanh và chiếu sáng bổ sung. Chiếu sáng bổ sung là ánh sáng thực tế được sử dụng để thực hiện công việc trong khi chiếu sáng xung quanh là ánh sáng nền trong phòng.

Một người thực hiện công tác vẽ chi tiết có thể cần 1000 lux trên mặt bàn làm việc nhưng người ngồi canh thực hiện công việc giấy tờ thông thường thì chỉ cần 500 trên bàn làm việc và phần còn lại của phòng có lẽ chỉ cần 150 lux để mọi người có thể di chuyển thoải mái quanh phòng.

Chiếu sáng xung quanh đòi hỏi không quá nhiều độ sáng như chiếu sáng bổ sung, việc xác định chúng một cách riêng biệt là một biện pháp phổ biến để tiết kiệm năng lương trong việc chiếu sáng bằng điện.

Một số thiết kế chiếu sáng tách riêng chiếu sáng xung quanh và chiếu sáng bổ sung bằng các nguồn cấp khác nhau.

Thiết kế chiếu sáng khác tách riêng đầu ra của ánh sáng để lượng lớn của mỗi ánh sáng hướng trực tiếp vào chiếu sáng bổ sung và một tỷ lệ nhỏ được sử dụng cho chiếu sáng xung quanh.

Để quan sát được tiện nghi và sử dụng năng lượng hiệu quả

Đo lường ánh sáng

Mô tả giải pháp

Để thiết kế tạo được sự tiện nghi về ánh sáng, bạn cần phải biết các đại lượng đo lường ánh sáng. Việc đo và nhận biết ánh sáng có thể là một vấn đề mang tính chuyên môn cao. Để phân tích ánh tự nhiên hiệu quả đòi hỏi phải có được sự chính xác về các thuật ngữ cũng như hệ chuẩn được sử dụng.

Các hệ chuẩn cơ bản

“Độ sáng” của ánh sáng có thể có nhiều quan điểm khác nhau: ví dụ, lượng ánh sáng đến từ một nguồn sáng là quang thông (lumens), lượng ánh sáng tiếp cận một bề mặt là độ rọi (lux), lượng ánh sáng phản xạ ra khỏi một bề mặt là độ sáng (cd/m2)

Các đại lượng này khác nhau vì một bề mặt càng xa nguồn sáng thì ánh sáng tiếp cận với bề mặt đó càng ít, và bề mặt đó tối hơn, đồng thời cũng có ít tia sáng tới hơn được phản xạ.

Ví dụ, nguồn sáng điểm như một ngọn nến tạo ra độ rọi 1 lux trên một vật cách đó 1m có thể tạo ra độ rọi 1/4 lux trên cùng vật đó để xa 2m hay 1/9 lux trên vật khi nó cách xa 3m.

Hiểu và sử dụng đúng đại lượng là điều rất quan trọng

Quang thông và cường độ = ánh sáng đến từ nguồn sáng

Lượng ánh sáng rời khỏi 1 nguồn nhất định theo tất cả các hướng được gọi là quang thông (hay “cường độ chiếu sáng”) và là một đơn vị đo của tổng tất cả năng lượng ánh sáng nhận được.

Nó được đo bằng đơn vị lumen. Lumen là một hệ chuẩn rất hữu dụng để so sánh xem nguồn sáng đó sáng như thế nào (vd. Một bóng sợ đốt 60W tương đương khoảng 850 lumens).

Mắt người có thể tiếp nhận được ánh sáng trong “dải quang phổ quan sát được” – giữa các bước sóng khoảng 390 nm (tím) và 700 nm (đỏ). Con người tiếp nhận được một số bước sóng của các ánh sáng mạnh hơn và quang thông được tách ra để phản xạ nó (sử dụng chức năng hiệu suất sáng).

Dòng bức xạ là một đơn vị có liên quan được xác định bằng tổng năng lượng bức xạ điện từ một nguồn sáng (không chỉ ánh sáng quan sát được – cả tia hồng ngoại và tia cực tím) và được đo bằng đơn vị watt.

Lượng ánh sáng truyền theo một hướng nhất định thì được gọi là “cường độ sáng” và nó được đo bằng candelas. Một ngọn nến phát ra khoảng một candela theo tất cả các hướng (ngọn nến này phát ra tổng cộng 12,6 lumen – xem thêm về lumens, solid angles, và candelas trên Wikipedia).

Khi mô phỏng chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo, các đặc tính này được mã hóa vào các nguồn sáng mà chương trình của bạn sử dụng – dù nó là mặt trời (và ở điều kiện bầu trời nhất định) hay bóng đèn và các thiết bị khác.

Độ rọi = ánh sáng tới bề mặt

Lượng ánh sáng tiếp cận được trên một bề mặt được gọi là “độ rọi” và nó được đo bằng đơn vị lux (đơn vị đo = lumen/m2) hay foot-candle (đơn vị của Anh = lumen/ft2). 1 footcandle tương đương 10.8 lux.

Đây là đơn vị mà bạn thường xuyên sử dụng để tối ưu hóa sự tiện nghi về ánh sáng vì các quy chuẩn và tiêu chuẩn xây dựng sử dụng đội rọi để chỉ định mức sáng tối thiểu cho từng trường hợp và từng môi trường.

Giá trị này không phụ thuộc vào đặc tính của vật liệu bề mặt được chiếu sáng. Tuy nhiên, vì lượng ánh sáng bề “quan sát được” lại tùy thuộc vào lượng ánh sáng được phản xạ từ các bề mặt xung quanh nó; nó cũng phục thuộc vào màu sắc và khả năng phản xạ của các bề mặt xung quanh.

Độ sáng của bầu trời được đưa ra sử dụng giá trị độ rọi đo được trên một mặt phẳng nằm ngang không bị che khuất. Một số độ rọi phổ biến được liệt kê trong bảng dưới đây từ The Engineering Toolbox:

Điều kiện Độ rọi

(ftcd) (lux)

Toàn bộ ánh sáng tự nhiên 1,000 10,752

Ngày nhiều mây 100 1,075

Ngày tối trời 10 107

Chạng vạng 1 10.8

Tờ mờ sáng 0.1 1.08

Trăng tròn 0.01 0.108

Trăng khuyết 0.001 0.0108

Sao trời 0.0001 0.0011

Mức độ chiếu sáng tiện nghi

Các giá trị trên thể hiện tổng cường độ chiếu sáng tự nhiên. Là một nhà thiết kế, công việc của bạn là phải đảm bảo rằng cư dân sống trong tòa nhà có được mức chiếu sáng phù hợp cho các hoạt động và cố gắng có càng nhiều ánh sáng tự nhiên càng tốt. Các mức độ này thường được đo trên một bề mặt làm việc của công trình.

Các khu vực có thể quá tối hoặc quá sáng và các mức độ này tùy thuộc vào điều kiện công việc. Độ sáng yêu cầu phục vụ nghề kim hoàn hay lắp đặt thiết bị điện tử lớn hơn nhiều so với ánh sáng yêu cầu để có thể đi tới lối ra của phòng. Dưới đây là bảng mức sáng cho các hoạt động khác nhau. Để thiết kế cho các hoạt động trong kế hoạch của mình, xem quy chuẩn khu vực hay các tiêu chuẩn về chứng chi công trình xanh.

Độ sáng chuẩn

Độ sáng cần thiết cho các công việc khác nhau

Tin tức

Trang chủ Tin tức GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH - CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN VÀ NHÂN TẠO (TẬP 1)