Chiếu sáng tự nhiên công trình kiến trúc & hiệu quả năng lượng

 

Giới thiệu:

Chiếu sáng tự nhiên (daylighting) là giải pháp đã được nghiên cứu và áp dụng trong kiến trúc công trình từ thời cổ đại nhằm cung cấp đầy đủ các điều kiện hoàn hảo về tiện nghi nhìn để làm việc lâu dài. Tuy nhiên, từ sau khi Thomas Edison phát minh ra bóng đèn sợi đốt (năm 1879), các kiến trúc sư công trình và các nhà thiết kế nội thất có xu hướng thể hiện các thiết kế phụ thuộc quá nhiều vào các nguồn sáng nhân tạo. Điều này dẫn đến điện năng tiêu thụ cho các hệ thống chiếu sáng tăng lên đáng kể; cụ thể là hệ thống chiếu sáng nhân tạo công trình hiện tiêu thụ đến 17% năng lượng điện toàn cầu, con số này tại Việt Nam đối với các tòa nhà văn phòng, các trung tâm thương mại, các khách sạn và trong công trình dân dụng lần lượt là 14%, 23%, 15% và 31%1. Trước thực trạng nguồn nguyên liệu sơ cấp ngày càng cạn kiệt dẫn tới những khó khăn nhất định trong việc thiếu hụt điện năng cung cấp, hao phí năng lượng, báo động về phát thải khí nhà kính và biến đổi khí hậu, tất cả các lĩnh vực tiêu thụ năng lượng được yêu cầu phải cắt giảm mức tiêu thụ hiện tại; Lĩnh vực chiếu sáng cũng vì vậy mà bắt đầu có dấu hiệu chuyển dịch ngược về xu hướng thiết kế thân thiện với môi trường, tận dụng tối đa nguồn ánh sáng tự nhiên vào ban ngày và sử dụng các nguồn ánh sáng ít tiêu thụ năng lượng vào ban đêm. Đây là lý do khiến các hệ thống chiếu sáng tự nhiên (daylighting system) cần được quan tâm nghiên cứu. Các nghiên cứu không dừng lại ở lĩnh vực thiết kế kiến trúc, nội thất, mà còn lan tỏa sang lĩnh vực thiết kế cơ - điện, xây dựng, và năng lượng.

Quá trình tư vấn thiết kế kiến trúc và nội thất công trình hiện nay cho thấy giải pháp chiếu sáng tự nhiên không chỉ phụ thuộc vào nhu cầu chiếu sáng để đảm bảo tính chất công việc của người sinh sống và làm việc bên trong công trình, đặc điểm tư tưởng văn hóa, tôn giáo và nghệ thuật của công trình, vị trí và hướng công trình, điều kiện tự nhiên tại vị trí xây dựng công trình, mà còn phụ thuộc rất lớn vào giải pháp kiến trúc công trình. Thực tế này cho thấy các giải pháp chiếu sáng tự nhiên của một công trình phụ thuộc phần lớn vào kinh nghiệm, ý tưởng, và giải pháp thiết kế mang tính chủ quan của kiến trúc sư công trình. Trong khi đó, lý thuyết về chiếu

sáng tự nhiên trong công trình còn rời rạc ở nhiều tài liệu nghiên cứu khác nhau mà chưa có sự tổng hợp, biên soạn thành một tài liệu mang tính định hướng cho kiến trúc sư và kỹ sư thiết kế chiếu sáng trong quá trình hành nghề tư vấn và thiết kế kiến trúc công trình.

Từ những lý do trên, nhóm tác giả xin giới thiệu cuốn sách “Chiếu sáng tự nhiên công trình kiến trúc và hiệu quả năng lượng” nhằm tổng hợp và giới thiệu các chiến lược thiết kế chiếu sáng tự nhiên cho công trình kiến trúc đã được nghiên cứu và ghi chép trong các tài liệu khác nhau; đồng thời giới thiệu quy trình thiết kế chiếu sáng tự nhiên tuân thủ các quy chuẩn và tiêu chuẩn hiện hành tại Việt Nam, hướng đến mục tiêu cắt giảm tiêu thụ năng lượng cho hệ thống chiếu sáng nhân tạo trong công trình. Các mục tiêu nêu trên cũng là mục tiêu của nhiệm vụ khoa học cấp Bộ đã được nhóm tác giả hoàn thành trong giai đoạn 2018 - 2020. Kết quả của nhiệm vụ đã được phản biện, nghiệm thu ở hội đồng khoa học các cấp và được tóm tắt cẩn thận trong cuốn sách này.

“Chiếu sáng tự nhiên công trình kiến trúc và hiệu quả năng lượng” là cuốn sách được biên soạn lần đầu, do vậy chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm tác giả xin tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến quý Thầy Cô đồng nghiệp của trường Đại học Kiến trúc Thành phố Hồ Chí Minh và các chuyên gia đã tham gia các Hội đồng nghiệm thu, phản biện, đóng góp ý kiến chỉnh sửa nội dung cuốn sách. Xin trân trọng cảm ơn Nhà Xuất bản Xây dựng đã biên tập, góp ý, chỉnh sửa và xuất bản để cuốn sách đến được tay bạn đọc. Nhóm tác giả rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý bổ sung từ bạn đọc để lần tái bản sau cuốn sách được hoàn thiện hơn.

 

Mục lục:

Lời nói đầu          3

Danh mục từ viết tắt       5

1. Tổng quan về chiếu sáng tự nhiên công trình kiến trúc              

1.1. Khái niệm chiếu sáng tự nhiên công trình kiến trúc và các vấn đề liên quan    9

1.2. Nguồn sáng tự nhiên             17

1.3. Công trình kiến trúc                18

2. Thực trạng chiếu sáng tự nhiên công trình kiến trúc    

2.1. Giới thiệu chung      22

2.2. Thực trạng nghiên cứu về chiếu sáng tự nhiên trong công trình kiến trúc        26

2.3. Công cụ đánh giá hiệu quả chiếu sáng tự nhiên trong công trình kiến trúc      53

3. Giải pháp chiếu sáng tự nhiên công trình kiến trúc       

3.1. Giải pháp kiến trúc  67

3.2. Giải pháp vật liệu kiến trúc  79

3.3. Giải pháp chắn nắng               93

4. Tính toán thiết kế chiếu sáng tự nhiên công trình kiến trúc theo phương pháp truyền thống   

4.1. Lưu đồ phương pháp tính toán          102

4.2. Giải thích lưu đồ       103

5. Thiết kế chiếu sáng tự nhiên công trình kiến trúc theo phương pháp tích hợp

5.1. Lưu đồ thiết kế         111

5.2. Giải thích lưu đồ thiết kế      113

6. Thiết kế chiếu sáng tự nhiên công trình điển hình        

6.1. Xác định yêu cầu và thông số thiết kế             139

6.2. Thu thập dữ liệu phục vụ thiết kế     140

6.3. Thiết kế giải pháp chiếu sáng tự nhiên vùng tiếp cận ánh sáng             146

6.4. Thiết kế giải pháp chiếu sáng tự nhiên vùng lõi           148

6.5. Lựa chọn hình thức cửa sổ, vật liệu kính, vật liệu vỏ bao che công trình           150

6.6. Kiểm tra sự phù hợp của vật liệu với quy chuẩn         151

6.7. Thiết kế giải pháp chắn nắng và tầm nhìn      152

6.8. Tính toán hiệu quả kinh tế   152

6.9. Kết quả mô phỏng thiết kế  152

6.10. Tính toán hiệu quả đầu tư 163

Phụ lục 1. Thiết kế chiếu sáng tự nhiên công trình kiến trúc           165

Phụ lục 2. Hướng dẫn thiết kế chiếu sáng tự nhiên bằng phần mềm         

Revit Autodesk và Dialux EVO    168

Phụ lục 3. Hệ số dự trữ K               178

Phụ lục 4. Chỉ số ánh sáng cửa sổ Hcs       179

Phụ lục 5. Phụ lục bảng biểu các hệ số tính toán chiếu sáng tự nhiên        

theo TCXD 29:1991          180

Phụ lục 6. Phụ lục biểu đồ tra cứu các hệ số tính toán chiếu sáng tự nhiên             

theo TCXD 29:1991          185

Tài liệu tham khảo           187