Japanlighting.com - Bạn không thể chỉ sử dụng ánh sáng tự nhiên để chiếu sáng cho một không gian trong suốt cả ngày, chính vì thế, bạn sẽ cần phải biết cách tối ưu hóa và nâng cao hiệu quả cho thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo. Có nhiều nguồn sáng nhân tạo khác nhau như các loại đèn, các loại bóng khác nhau hoặc các thiết bị khác được sử dụng để tạo ra ánh sáng nhân tạo.

 


 

Lựa chọn nguồn chiếu sáng là vô cùng quan trọng cho cả tiện nghi nhìn lẫn hiệu quả năng lượng. Gần 1/3 năng lượng sử dụng trong tòa nhà thương mại điển hình tại Mỹ là cho việc chiếu sáng.

Các nguồn sáng nhân tạo được  đo đạc không chỉ dựa trên các yếu tố về tiện nghi nhìn (độ sáng, nhiệt độ màu, chỉ số tạo màu, độ phân tán ánh sáng) mà còn dựa trên cả hiệu năng sử dụng – tính hiệu quả trong việc chuyển đổi từ điện năng thành quang năng.

Hiệu quả chiếu sáng

Mức độ hiệu quả năng lượng của ánh sáng nhân tạo được đo bằng “hiệu suất chiếu sáng” – là tỷ số giữa lượng ánh sáng phát ra (đơn vị Lumens) trên mức điện năng và/hoặc nhiệt năng tiêu thụ (đơn vị Watts). Năng lượng không được chuyển đổi thành ánh sáng sẽ chuyển đổi thành nhiệt năng. Điều cần lưu ý là hiệu quả chiếu sáng là tính năng đánh giá cho cả nguồn sáng lẫn thiết bị cố định nó.

Nhóm Loại Hiệu suất chiếu sáng (lm/W)
Cháy Nến 0.3
  Đèn khí đốt 1 – 2
Sợi đốt Đèn sợi đốt vonfram 14 – 15
  Đèn halogen 19
Huỳnh quang Huỳnh quang compact 46 – 75
  Đèn T8 80 – 100
  Đèn T5 70 – 104
Điốt phát quang Đèn LED đuôi vặn 58 – 93
Cao áp Halogen kim loại 65 – 115
  Natri áp suất thấp 100 – 200

Hiệu suất chiếu sáng của các nguồn sáng khác nhau

(Nguồn Wikipedia)

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.

  1. 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.

  1. 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.

  1. 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.

  1. 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.

  1. 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.

  1. 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.

  1. 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.

  1. 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.

  1. 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.