Hiệu suất chiếu sáng của các nguồn sáng khác nhau

Các nguồn sáng thông thường

Có ba nguồn chiếu sáng kiến trúc nhân tạo được sử dụng chính hiện nay gồm: sợi đốt, phóng điện và LED.

Đèn sợi đốt hoạt động bằng cách nung nóng sợi đốt tới khi nó phát sáng bằng bức xạ vật đen.

Nguyên lý của đèn phóng điện là truyền dòng điện qua lớp khí để tách nó thành thể plasma phát sáng.

Đèn huỳnh quang là một loại nhỏ của đèn phóng điện. Đèn LED hay còn gọi là điôt phát quang truyền dòng điện qua thiết bị bán dẫn nhằm tạo ra hiện tượng phát xạ photon.

Đèn sợi đốt Vonfram

Theo nghĩa rộng, đèn sợi đốt có chi phí lắp đặt rẻ nhưng lại đắt khi vận hành. Nó chỉ phù hợp nếu chi phí đầu tư ban đầu phải ở mức tối thiểu và số giờ chiếu sáng thấp hoặc sử dụng liên tục nhưng cần thay đổi tường xuyên.

Trong một vài trường hợp, do các yêu cầu đặc biệt trong chiếu sáng nội thất thì một lượng nhỏ nguồn sáng sợi đốt có thể được sử dụng nhờ vào việc nó cho phép kiểm soát chính xác nhất có thể; tuy nhiên, các loại đèn sợi đốt không nên được sử dụng cho việc chiếu sáng nội thất.

Đèn sợi đốt halogen

Đèn sợi đốt halogen là bóng đèn sợi đốt với lớp vỏ được thiết kế vô cùng nhỏ gọn nhằm tạo ra loại đèn chiếu sáng sử dụng đặc biệt hiệu quả cho những nơi yêu cầu chiếu sáng thẳng đứng.

Nó vẫn mang các nhược điểm của bóng đèn sợi đốt thông thường như tuổi thọ, hiệu quả chiếu sáng thấp cho nên đèn sợi đốt halogen có chi phí vận hành cao. Tuy nhiên, khả năng phát màu lại vô cùng xuất sắc.

Đèn hơi Natri áp suất thấp

Một loại đèn phóng điện thường xuyên được sử dụng là đèn hơi natri. Nó có hiệu quả chiếu sáng cao nhất trong chiếu sáng thương mại hiện nay.

Dòng điện nhỏ chạy qua khí natri khi bóng đèn được bật và phát ra ánh sáng đỏ nhạt. Sau một vài phút, natri bên trong bắt đầu bốc hơi và kết quả là hơi natri gần như tạo cho bóng đèn này hiệu quả phát sát đơn sắc (589-589.6 nm, ánh sáng vàng). Điều này làm cho cảm nhận màu sắc khá khó khăn, chính vì thế loại đèn này được sử dụng cho chiếu sáng đường phố.

Đèn hơi thủy ngân áp suất cao

Đèn hơi thủy ngân có khả năng phát sáng cộng hưởng hai bước sóng UV là 185 nm và 254 nm. Trong điều kiện áp suất cao, khí thủy ngân hấp thụ những bức xạ này và phát ra ánh sáng có thể cảm nhận bằng mắt thường. Phát xạ này là sự kết hợp của ba dải sóng hẹp, mang lại màu sắc tím-xanh da trời-xa lá. Do dải màu này thiếu sắc đỏ cho nên cảm nhận màu sắc có thể bị xáo trộn. Tuy nhiên, loại đèn này lại có hiệu quả chiếu sáng cao.

Đèn huỳnh quang

Đèn huỳnh quang là loại đèn hoạt động dựa trên nguyên lý phát điện tạo ra các quang phổ cực tím, tuy nhiên bên trong mặt đèn được phủ lân quang, hấp thụ các bước sóng này và tạo ra các bước sóng nhìn thấy được. Loại đèn này có thể tạo nhiệt độ màu và chỉ số tạo màu với khoảng rộng cùng hiệu suất chiếu sáng khác nhau. Thông thường đường kính đèn càng bé thì hiệu quả chiếu sáng càng cao (T5 hiệu quả hơn so với T8 hoặc T12), mặc dù đèn compact huỳnh quang có nguồn cấp năng lượng ít hiệu quả hơn so với các thiết bị của T5 và T8.

Đèn phát quang điốt

Đèn LED hiện này có hiệu quả chiếu sáng ở mức tương tự như đèn huỳnh quang compact. Tuy nhiên, tuổi thọ của loại đèn này cực kì cao (30,000 tới 100,000 giờ sử dụng), độ bền cao, kích thước vô cùng nhỏ và có thể áp dụng dưới nhiều hình thức khác nhau.

Giá thành cao khiến cho tính phổ biến rộng rãi của loại đèn này trong chiếu sáng kiến trúc chưa được cao. Tuy nhiên, với việc công nghệ đang cải thiện với tốc độ chóng mặt, đèn LED đang ngày càng trở nên rẻ hơn và có hiệu quả năng lượng cao hơn.

Lựa chọn loại đèn

Bạn nên xem xét một vài tiêu chí nhất định khi lựa chọn nguồn chiếu sáng phù hợp. Những yếu tố đưa ra sau đây thông thường liên quan trực tiếp tới chức năng của đèn hơn là thiết bị hỗ trợ cho việc lắp đặt nó.

Hiệu quả, tuổi thọ, giảm quang thông

Tất cả những yếu tố này ảnh hưởng tới chi phí vòng đời của thiết bị. Nếu mức quang thông của đèn giảm nhanh chóng theo thời gian sử dụng của đèn, nhà thiết kế thông thường nâng cao mức quang thông ban đầu trên mức yêu cầu nhằm bù đắp cho mức giảm theo tuổi thọ của đèn. Nói cách khác, nếu 7 lumens là mức yêu cầu để chiếu sáng cho không gian, chúng ta có thể thiết kế ở mức 8 lumens, điều này khiến cho không gian có thể bị chiếu sáng quá mức ở thời điểm ban đầu tuy nhiên về lâu dài ánh sáng sẽ được cấp đủ cho dù quang thông của đèn giảm theo thời gian. So sánh mức giảm quang thông giữa các loại đèn là phần quan trọng trong quá trình đánh giá chi phí.

Mức độ khuếch tán mong muốn

Trong nhiều trường hợp thì ánh sáng khuếch tán được ưa chuộng hơn ánh sáng trực tiếp do mong muốn tránh việc tạo bóng quá rõ nét. Một nguồn sáng khu vực hay dạng dải (như đèn huỳnh quang) tạo ra ánh sáng khuếch tán và bóng mềm mại hơn so với nguồn sáng điểm.

Khả năng điều khiển

Một số loại đèn có thể được điều chỉnh giảm sáng dễ dàng hơn so với các loại khác. Quá trình lựa chọn cần được xem xét liệu công tắc bật/tắt đơn giản là chất nhận được, hay là mong muốn có thể điều chỉnh giảm sáng với chi phi thấp hoặc liệu có phù hợp không khi đầu tư chi phí cao nhằm có được hiệu quả điều chỉnh sáng cao hơn.

Tạo màu

Một trong số mối quan tâm hàng đầu cho kiến trúc sư, nhà thiết kế nội thất và kĩ sư chiếu sáng là màu sắc của không gian. Phần lớn các nguồn sáng có chức năng điều chỉnh mức điện năng cấp cho nó và qua đó điều chỉnh chỉ số tạo màu và nhiệt độ màu. Người thiết kế ánh sáng cần phải nắm rõ các yếu tố này nhằm thu được hiệu ứng mong muốn với thiết bị đã lựa chọn.

Lựa chọn loại đèn

Bạn nên xem xét một vài tiêu chí nhất định khi lựa chọn nguồn chiếu sáng phù hợp. Những yếu tố đưa ra sau đây thông thường liên quan trực tiếp tới chức năng của đèn hơn là thiết bị hỗ trợ cho việc lắp đặt nó.

Hiệu quả, tuổi thọ, giảm quang thông

Tất cả những yếu tố này ảnh hưởng tới chi phí vòng đời của thiết bị. Nếu mức quang thông của đèn giảm nhanh chóng theo thời gian sử dụng của đèn, nhà thiết kế thông thường nâng cao mức quang thông ban đầu trên mức yêu cầu nhằm bù đắp cho mức giảm theo tuổi thọ của đèn. Nói cách khác, nếu 7 lumens là mức yêu cầu để chiếu sáng cho không gian, chúng ta có thể thiết kế ở mức 8 lumens, điều này khiến cho không gian có thể bị chiếu sáng quá mức ở thời điểm ban đầu tuy nhiên về lâu dài ánh sáng sẽ được cấp đủ cho dù quang thông của đèn giảm theo thời gian. So sánh mức giảm quang thông giữa các loại đèn là phần quan trọng trong quá trình đánh giá chi phí.

Mức độ khuếch tán mong muốn

Trong nhiều trường hợp thì ánh sáng khuếch tán được ưa chuộng hơn ánh sáng trực tiếp do mong muốn tránh việc tạo bóng quá rõ nét. Một nguồn sáng khu vực hay dạng dải (như đèn huỳnh quang) tạo ra ánh sáng khuếch tán và bóng mềm mại hơn so với nguồn sáng điểm.

Khả năng điều khiển

Một số loại đèn có thể được điều chỉnh giảm sáng dễ dàng hơn so với các loại khác. Quá trình lựa chọn cần được xem xét liệu công tắc bật/tắt đơn giản là chất nhận được, hay là mong muốn có thể điều chỉnh giảm sáng với chi phi thấp hoặc liệu có phù hợp không khi đầu tư chi phí cao nhằm có được hiệu quả điều chỉnh sáng cao hơn.

Tạo màu

Một trong số mối quan tâm hàng đầu cho kiến trúc sư, nhà thiết kế nội thất và kĩ sư chiếu sáng là màu sắc của không gian. Phần lớn các nguồn sáng có chức năng điều chỉnh mức điện năng cấp cho nó và qua đó điều chỉnh chỉ số tạo màu và nhiệt độ màu. Người thiết kế ánh sáng cần phải nắm rõ các yếu tố này nhằm thu được hiệu ứng mong muốn với thiết bị đã lựa chọn.

Kiểm soát sự phân phối ánh sáng

Ánh sáng từ chiếc đèn nhỏ có thể được kiểm soát dễ dàng hơn so với ánh sáng phát ra từ đèn lớn. Điều này đơn giản vì việc tạo ra thiết bị chụp, bọc điều hướng quanh đèn nhỏ dễ dàng hơn so với đèn lớn. Một vài đèn chỉ dài 10mm trong khi có những loại dài tới 1m. Ánh sáng phát ra từ chiếc đèn bé có thể được điều khiển ở mức vô cùng chính xác trong khi đối với chiếc đèn lớn thì điều tốt nhất có thể làm là điều khiển cho nó chiếu sáng theo hướng nhất định. Chúng ta gần như đồng hóa nguồn sáng bé với khái niệm “nguồn sáng điểm”. Thiết bị chiếc sáng của đèn càng bé thì nó mang càng nhiều đặc điểm toán học của nguồn sáng điểm hơn.

Tải điều hòa

Mọi loại ánh sáng nhân tạo đều làm tăng mức tải điều hòa của công trình. Các loại đèn với hiệu quả cao hơn sẽ thải ít nhiệt năng hơn ra môi trường trong khi vẫn phát ra cùng một lượng ánh sáng. Giải pháp tối ưu nhất là khuếch tán ánh sáng tự nhiên, tiếp theo là sử dụng trực tiếp ánh sáng tự nhiên. Giải pháp có hiệu quả thấp nhất là dùng bóng đèn sợi đốt.

Tính ổn định và độ tin cậy của nguồn cung cấp điện áp

Các loại đèn phát điện khí áp suất cao nhạy cảm hơn với sự thay đổi điện áp so với các loại đèn áp suất thấp.  Nếu hồ quang bị tắt do sụt điện áp thì đèn khí áp suất cao có thể phải cần tới 15 phút để đạt lại được mức chiếu sáng tối đa.

Nhiệt độ môi trường và độ ẩm

Đối với một số loại đèn, đặc biệt là đèn huỳnh quang có đặc tính đặc biệt nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm. Những loại đèn này thông thường rất khó có thể bật lên trong điều kiện nhiệt độ môi trường thấp hoặc khi được bật lên cũng sẽ mang lại hiệu quả chiếu sáng không ở mức tối đa.

Chi phí

Một vài loại đèn ban đầu có thể có chi phí rất rẻ. Tuy nhiên trong những loại đèn này thường có hiệu quả chiếu sáng cũng như tuổi thọ thấp. Chính vì thế trong quá trình lựa chọn thì không chỉ chú tâm tới chi phí ban đầu mà còn tới cả chi phí vận hành cả hệ thống trong suốt vòng đời bao gồm cả chi phí năng lượng và chi phí cần thiết cho bảo dưỡng, thay thế định kì thiết bị. Đèn huỳnh quang và LED thường có hiệu quả chi phí cao hơn so với đèn huỳnh quang, đó là chưa kể đến yếu tố tiết kiệm năng lượng.

Điện chiếu sáng và hệ thống điều khiển

Mô tả giải pháp

Điều kiện chiếu sáng tốt thông thường là sự phối hợp thông minh giữa yếu tố ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo.

Các yếu tố quyết định tới hiệu quả năng lượng trong chiếu sáng gồm: xác định và lựa chọn đúng loại đèn sử dụng cùng trang thiết bị đi kèm, bố trí chiếu sáng hợp lý, kết hợp cùng hệ thống kiểm soát tốt và tối ưu hóa hệ thống thuận tiện cho quá trình bảo dưỡng.

Tầm nhìn

Mô tả giải pháp

Tầm nhìn là khả năng cho phép người sử dụng công trình có thể nhìn thấy cảnh quan, đồ vật và con người bên ngoài công trình.

Đối với nhiều người sử dụng, khả năng nhìn từ không gian của họ hoặc khu vực công cộng là yếu tố lớn quyết định tới sự thỏa mãn khi sử dụng và đồng thời nó cũng đóng góp phần không nhỏ vào bầu không khí chung của công trình.

Nhìn chung, quang cảnh tự nhiên hoặc không gian công cộng xã hội đã cho thấy rằng nó có thể góp phần cải thiện năng suất làm việc, điểm thi của sinh viên và cả sức khỏe con người.

Tầm nhìn được xác định bằng cách vẽ các đường thẳng – đường nhìn từ một vị trí trong nhà tới bất cứ cửa sổ chiếu sáng bên ngoài nào; nếu đường nhìn tới cửa sổ không bị chắn, điều này có nghĩa là vị trí đó có tầm nhìn ra bên ngoài.

Đường nhìn cần được vẽ ở chiều cao hợp lý cho người sử dụng, ví dụ, theo một số tiêu chuẩn xây dựng, đánh giá công trình thì một nhân viên văn phòng hay học sinh điển hình thông thường làm việc ở tư thế ngồi với vị trí mắt tương ứng ở mức 1,1m trên mức sàn.

Tầm nhìn không nên bị cản bởi nội thất hay tường trong phòng.

Trong khi một số người có thể đủ cao để nhìn vượt qua vật cản, độ cao giả định nên lấy ở mức độ cao trung bình.

Để được gọi là một tầm nhìn, cửa sổ cần có khả năng cung cấp góc nhìn phù hợp ra bên ngoài công trình.

Một quy luật quy định cửa sổ nhìn là cửa sổ kính bất kì với cao độ trên 0.75m và dưới 2.3m so với mặt sàn hoàn thiện; không kể tới cửa sổ mái và cửa sổ có chiều cao lớn.

                            Cửa sổ nhìn cần phải có chiều cao nhất định để có thể nhìn ra bên ngoài

Hình khối công trình, hướng và vị trí cửa sổ cần được thiết kế nhằm mang lại khả năng nhìn ra thiên nhiên, không gian hoạt động công cộng bên ngoài tốt nhất và giảm tầm nhìn tới các cơ sở phụ trợ.

                                                              Tầm nhìn với thiên nhiên, không gian hoạt động công cộng

Tầm nhìn với độ phức tạp cùng sự thay đổi cao hơn mang có độ hấp dẫn hơn hẳn so với tầm nhìn tĩnh, đơn giản.

Ví dụ như tầm nhìn ra chân trời cùng cảnh quan sẽ tốt hơn là chỉ nhìn ra bầu trời; tầm nhìn ra quảng trường công cộng nơi thường xuyên có đông người sẽ tốt hơn là nhìn ra khoảng sân trống; đặc biệt cửa sổ với tầm nhìn ra bức tường trống khó có thể được xem là cửa sổ nhìn.

Người sử dụng thông thường ưa chuộng các khẩu độ lớn hơn cho tầm nhìn ra bên ngoài và không thích việc có khung hoặc các thanh phá vỡ tầm nhìn đó. Nếu một tầm nhìn yêu cầu phải bị phá vỡ thì khung dọc sẽ ít phản cảm hơn so với hệ khung ngang.

Hai góc của cùng một tầm nhìn với độ phức tạp khác nhau, đồng thời cũng cho thấy tác động phá vỡ tầm nhìn của hệ khung

Sự chói khi nhìn

Tầm nhìn ra cảnh mặt trời mọc hoặc lặn và các bề mặt có độ phản chiếu cao như tuyết, nước hoặc công trình lân cận bằng kính có thể gây nên sự chói cao độ.

Người sử dụng tốt nhất nên có những biện pháp che chắn khỏi tác động chói bằng hệ màn che hoặc các phương thức khác; hoặc có thể bố trí cửa sổ trong mối tương quan với người sử dụng nhằm tránh hiện tượng đó. Các ô cửa nhìn có thể lợi dụng các đặc tính của kính nhằm giảm tối thiểu độ chói trong khi vẫn cho phép cái nhìn rộng mở ra bên ngoài.

Độ truyền ánh sáng nhìn thấy được có thể thấp (ở mức 0.3 hoặc thấp hơn) nhưng vẫn mang lại tầm nhìn tốt.

Vấn đề lớn nhất là việc người sử dụng thông thường không thích nhìn qua cửa sổ kính nhuộm màu do họ mong muốn màu sắc tự nhiên hơn. Tuy nhiên, một số sắc nhuộm hiện nay có thể chấp nhận được.

                                                Giảm độ chói bằng cửa sổ kính màu

Chiếu sáng tự nhiên vs. Tầm nhìn

Cửa sổ nhìn thông thường được bố trí riêng biệt so với cửa sổ lấy sáng do các đặc điểm yêu cầu khác nhau về vị trí bố trí, tính năng của kính khi sử dụng cho chiếu sáng tự nhiên sẽ không mang tới hiệu quả tối ưu cho việc cung cấp tầm nhìn ra bên ngoài và ngược lại.

                                                        Cửa sổ lấy sáng và cửa sổ nhìn