(Đồ án hcmute) thiết kế chiếu sáng tự nhiên cho công trình đặc trưng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN CHO CƠNG
TRÌNH ĐẶC TRƯNG

GVHD:TRƯƠNG VIỆT ANH
SVTT:ĐỖ MINH HƯNG
MSSV:15142049
SVTT:NGUYỄN QUANG MINH
MSSV:15142072

S KL 0 0 5 7 8 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2019

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN CHO CƠNG
TRÌNH ĐẶC TRƯNG

SVTH:

ĐỖ MINH HƯNG

MSSV: 15142049

NGUYỄN QUANG MINH

MSSV: 15142072

Khóa:

2015

Ngành:

CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

GVHD:

PGS.TS. VÕ VIẾT CƯỜNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2019

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC


PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên: Đỗ Minh Hưng
MSSV : 15142049
Nguyễn Quang Minh
MSSV : 15142072
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện – điện tử
Tên đề tài : Thiết kế chiếu sáng tự nhiên cho cơng trình đặc trưng
Họ và tên giảng viên phản biện : PGS.TS. Trương Việt Anh

NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện:
- Nội dung Đồ án đầy đủ, ở mức Khá.
- Phương pháp nghiên cứu phù hợp.
- Đồ án có tham khảo từ các nguồn khác có trích dẫn đầy đủ.
2. Ưu điểm:
Tính ứng dụng Cao
3. Khuyết điểm:
Giải pháp đưa ra khơng có tính mới
4. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng:
Được bảo vệ nhưng cần chỉnh sửa ít
5. Đánh giá loại: Khá
6. Điểm: 8.1 ( Bằng chữ: Tám chấm một điểm )
Tp. Hồ Chí Minh, ngày..…tháng…..năm.….
Giáo viên phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)

do an

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của Thầy PSG.TS.
Võ Viết Cường, Giảng viên khoa Đào tạo chất lượng cao, trường Đại học Sư phạm
kỹ thuật Tp.HCM. Những lời nhận xét và góp ý của Thầy là động lực to lớn giúp
nhóm em hồn thành đồ án này.
Ngồi ra, em xin cảm ơn Thầy Th.S Nguyễn Lê Duy Luân, Giảng viên khoa Kỹ
thuật đô thị, trường Đại học Kiến Trúc Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ, góp ý và cung
cấp tài liệu cho nhóm em trong q trình thực hiện đồ án.
Cuối cùng em xin cảm ơn tất cả quý Thầy Cô khoa Đào tạo chất lượng cao
trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp.HCM đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức
quý báu cho chúng em trong khoảng thời gian theo học tại trường.
Cảm ơn bạn bè lớp 15142CL2 đã khuyến khích và giúp đỡ tơi vượt qua những
khó khăn trong học tập.
Cảm ơn tất cả các thành viên trong gia đình đã ln ủng hộ tơi về mặt vật chất
và tinh thần, quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện cho tơi trong suốt q trình học
tập và hồn thành đồ án tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 9 tháng 7 năm 2019
Sinh viên thực hiện

Đỗ Minh Hưng

Nguyễn Quang Minh

i

do an


TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Đề tài được thực hiện nhằm nghiên cứu, xây dựng quy trình thiết kế chiếu sáng
tận dụng ánh sáng tự nhiên cho các cơng trình xây dựng, dựa trên phần mềm Revit
và phần mềm DIAlux Evo.
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài là phương pháp thu thập thơng
tin thứ cấp; phương pháp phân tích, tổng hợp và phương pháp quy nạp. Nội dung
nghiên cứu gồm có bốn phần chính:
Bước đầu, đề tài liệt kê 08 phần mềm, là những công cụ hỗ trợ mô phỏng năng
lượng và thiết kế chiếu sáng tính đến hiện tại, phân tích ưu nhược điểm từng phần
mềm, lựa chọn 02 phần mềm có tính năng vượt trội, phù hợp với quy mô đề tài làm
công cụ hỗ trợ nghiên cứu, cụ thể là phần mềm Revit và phần mềm DIAlux Evo.
Ứng với mỗi phần mềm, đề tài xây dựng quy trình áp dụng chi tiết để sử dụng
phân tích mơ phỏng ánh sáng tự nhiên cơng trình, tiến hành áp dụng lần lượt từng
phần mềm vào cơng trình mẫu.
Sau khi mơ phỏng, đề tài phân tích kết quả, so sánh ưu nhược điểm giữa 02 phần
mềm. Qua đó đề tài đánh giá, lựa chọn sử dụng một trong hai kết quả nhằm xây dựng
giải pháp chiếu sáng tận dụng ánh sáng tự nhiên cho cơng trình mẫu, tính tốn lượng
chi phí tiết kiệm khi ứng dụng giải pháp.
Qua q trình nghiên cứu, ứng dụng thực tế các quy trình đã xây dựng, đề tài
tổng hợp kết quả, đưa ra quy trình kết hợp phần mềm Revit và DIAlux Evo, ứng dụng
thiết kế hệ thống chiếu sáng tận dụng ánh sáng tự nhiên cho các cơng trình xây dựng.
Kết quả nghiên cứu cuối cùng của đề tải là một quy trình kết hợp phần mềm
Revit và DIAlux Evo, ứng dụng thiết kế hệ thống chiếu sáng ban ngày tận dụng ánh
sáng tự nhiên cho các cơng trình xây dựng.

ii

do an


ABSTRACT

The project was conducted in order to research and build up the lighting design
process which utilizes the natural light for constructions projects using Revit software
and DIAlux Evo software.
Throughout the research, collecting secondary data, analysis, synthesis and
inductive methods are used collectively. The research content consists of four main
parts:
In the first part, the topic lists 08 softwares which are the supporting tools of
energy simulation and lighting design. The topic, then, analyze the advantages and
disadvantages of each software, and choose 02 softwares which have outstanding
features, and are the most suitable supporting tools for the project, Revit software and
DIAlux Evo software in detail.
For each software, the project creates a detailed application process which helps
analyze the natural light simulation of the constructions, then applies each software,
in turn, to the sample construction.
In the next part, the topic analyzes the results and compares the advantages and
disadvantages between 02 softwares. The topic, thereby, assesses and chooses to use
one of the results to come up with the solution of using natural light onto the sample
construction, and calculate the cost savings of it.
After researching, applying practically the developed processes, the topic
synthesizes the results, introduces the process of combining Revit and DIAlux Evo
softwares, applies the lighting system design using natural light for construction
projects.
The last result of the research is the process of combining Revit and DIAlux
Evo softwares which applies the design of daylighting system to utilize the natural
light for construction works.

iii

do an

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………………….i
TÓM TẮT ĐỀ TÀI .................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... ix
TÀI LIỆU THAM KHẢO
CHƯƠNG 1 _TỔNG QUAN ....................................................................................1
1.1.Đặt vấn đề .........................................................................................................1
1.2.Mục tiêu đề tài ...................................................................................................2
1.3.Phương pháp nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu ..........................................2
1.3.1.Phương pháp nghiên cứu............................................................................2
1.3.2.Đối tượng nghiên cứu ................................................................................2
1.4.Kết quả dự kiến .................................................................................................3
1.5.Giới hạn đề tài ...................................................................................................3
CHƯƠNG 2_CƠ SỞ LÝ THUYẾT .........................................................................4
2.1.Lý thuyết về chiếu sáng và CSTN ....................................................................4
2.1.1.Một số khái niệm về CSTN (Daylighting) .................................................4
2.1.2.Ưu điểm của CSTN ....................................................................................6
2.1.3.Khuyết điểm của CSTN .............................................................................7
2.2.Tình hình chiếu sáng thời điểm hiện tại ............................................................8
2.2.1.Trên Thế giới ..............................................................................................8
2.2.2.Tại Việt Nam ..............................................................................................8
2.3.Phân tích xu hướng tương lai của phương pháp Daylighting .........................10
2.4.Giới thiệu công nghệ mô phỏng năng lượng và TKCS...................................11
2.4.1.Calculux ...................................................................................................11
iv

do an


2.4.2.Luxicon ....................................................................................................13
2.4.3.Visual .......................................................................................................14
2.4.4.AGi32 .......................................................................................................16
2.4.5.DIAlux Evo ..............................................................................................18
2.4.6.Relux ........................................................................................................20
2.4.7.Ecotect ......................................................................................................22
2.4.8.Revit .........................................................................................................24
CHƯƠNG 3_LỰA CHỌN VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM VÀO CƠNG TRÌNH
MẪU .........................................................................................................................26
3.1.Mở đầu ............................................................................................................26
3.2.Lựa chọn phần mềm ........................................................................................28
3.2.1.Phần mềm Revit .......................................................................................28
3.2.2.Phần mềm Dialux Evo .............................................................................29
3.3.Quy trình áp dụng phần mềm ..........................................................................30
3.3.1.Phần mềm Revit .......................................................................................30
3.3.2.Phần mềm DIAlux Evo ............................................................................37
3.4.Áp dụng quy trình vào cơng trình mẫu ...........................................................44
3.4.1.Giới thiệu..................................................................................................44
3.4.2.Phân tích ASTN sử dụng phần mềm Revit ..............................................48
3.4.3.Phân tích ASTN sử dụng phần mềm DIAlux Evo ...................................56
CHƯƠNG 4_PHÂN TÍCH, SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ GIẢI PHÁP
CHIẾU SÁNG CHO CƠNG TRÌNH MẪU ..........................................................66
4.1.Phân tích kết quả của từng phần mềm ............................................................66
4.1.1.Phần mềm Revit .......................................................................................66
4.1.2.Phần mềm Dialux Evo .............................................................................67
4.2.So sánh ưu nhược điểm hai phần mềm khi áp dụng phân tích ASTN ............68
4.3.Đánh giá kết quả..............................................................................................69

4.4.Giải pháp chiếu sáng cho cơng trình ...............................................................70
v

do an


4.5.Tính tốn chi phí tiết kiệm ..............................................................................76
4.5.1.Tính tốn chi phí đầu tư và vận hành hằng năm cho việc chiếu sáng nhân
tạo ......................................................................................................................76
4.5.2.Tính tốn chi phí tiết kiệm .......................................................................78
CHƯƠNG 5_KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .......................79
5.1.Kết luận đề tài .................................................................................................79
5.1.1.Kết quả nghiên cứu ..................................................................................79
5.1.2.Kết luận ....................................................................................................80
5.2.Hướng phát triển .............................................................................................80
5.3.Đề xuất nghiên cứu .........................................................................................81

vi

do an


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TKCS: Thiết kế chiếu sáng
CSTN: Chiếu sáng tự nhiên
ASTN: Ánh sáng tự nhiên

vii

do an

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. So sánh ưu nhược điểm các phần mềm
---------Bảng 4.1. Phân tích kết quả mơ phỏng từ phần mềm Revit
Bảng 4.2. Phân tích kết quả mơ phỏng từ phần mềm DIAlux Evo
Bảng 4.3. So sánh ưu nhược điểm phần mềm Revit và phần mềm DIAlux Evo
Bảng 4.4. Phương án sử dụng đèn cho từng phòng
Bảng 4.5. Chi phí đầu tư đèn ban đầu
Bảng 4.6. Chi phí tiết kiệm sau khi tận dụng ASTN chiếu sáng ban ngày

viii

do an


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Giao diện làm việc phần mềm Calculux
Hình 2.2. Ví dụ mơ phỏng bản vẽ 3D trong Calculux
Hình 2.3. Giao diện khởi đầu phần mềm Luxicon
Hình 2.4. Kết quả phân tích phần mềm Luxicon
Hình 2.5. Giao diện làm việc phần mềm Visual (2016)
Hình 2.6. Kết quả mơ phỏng phần mềm Visual (2016)
Hình 2.7. Giao diện làm việc phần mềm AGi32
Hình 2.8. Kết quả mơ phỏng phần mềm AGi32
Hình 2.9. Giao diện làm việc phần mềm DIAlux Evo
Hình 2.10. Kết quả mơ phỏng phần mềm DIAlux Evo
Hình 2.11. Giao diện làm việc phần mềm Relux
Hình 2.12. Kết quả mơ phỏng phần mềm Relux
Hình 2.13. Giao diện làm việc phần mềm Ecotect

Hình 2.14. Kết quả mơ phỏng phần mềm Ecotect
Hình 2.15. Giao diện làm việc phần mềm Revit
Hình 2.16. Kết quả mơ phỏng năng lượng phần mềm Revit
------------Hình 3.1. Lưu đồ áp dụng phần mềm Revit phân tích ASTN cho cơng trình
Hình 3.2. Giao diện khởi động của phần mềm Revit
Hình 3.3. Mơ hình 3D của cơng trình phân tích ánh sáng tự nhiên
Hình 3.4. Giao diện thiết lập toạ độ cơng trình
Hình 3.5. Thiết lập hướng cơng trình
Hình 3.6. Giao diện tải phần mềm hỗ trợ
Hình 3.7. Giao diện cài đặt tích hợp phần mềm khác vào Revit
Hình 3.8. Bảng thiết lập mơ phỏng ánh sáng tự nhiên
ix

do an


Hình 3.9. Kết quả phân tích dạng bảng
Hình 3.10. Kết quả độ rọi ở mục Insight Lighting
Hình 3.11. Lưu đồ áp dụng phần mềm DIALux Evo phân tích ASTN cho cơng trình
Hình 3.12. Giao diện khởi động phần mềm DIAlux Evo
Hình 3.13. Giao diện làm việc khi nhập file CAD vào phần mềm
Hình 3.14. Minh họa mơ phỏng 3D cơng trình.
Hình 3.15. Minh họa tạo mặt phẳng đo cho phịng.
Hình 3.16. Minh họa tạo mặt phẳng đo cho vật thể.
Hình 3.17. Nhập thơng số vị trí địa lý của cơng trình.
Hình 3.18. Lựa chọn kiểu bầu trời, ánh sáng và thời điểm phân tích mơ phỏng.
Hình 3.19.Lệnh chạy mơ phỏng trên phần mềm DIAlux Evo
Hình 3.20. Kết quả sau khi chạy mơ phỏng trên DIAlux Evo
Hình 3.21. Sơ đồ mặt bằng tầng 1 cơng trình
Hình 3.22. Sơ đồ mặt bằng tầng 2 cơng trình

Hình 3.23. Phối cảnh 3D cơng trình trên phần mềm Revit
Hình 3.24. Bảng chú thích kết quả độ rọi
Hình 3.25. Kết quả mơ phỏng tầng 1 lúc 7h00 phần mềm Revit
Hình 3.26. Kết quả mơ phỏng tầng 1 lúc 9h00 phần mềm Revit
Hình 3.27. Kết quả mơ phỏng tầng 1 lúc 15h00 phần mềm Revit
Hình 3.28. Kết quả mơ phỏng tầng 1 lúc 17h00 phần mềm Revit
Hình 3.29. Kết quả mô phỏng tầng 2 lúc 7h00 phần mềm Revit
Hình 3.30. Kết quả mơ phỏng tầng 2 lúc 9h00 phần mềm Revit
Hình 3.31. Kết quả mơ phỏng tầng 2 lúc 15h00 phần mềm Revit
Hình 3.32. Kết quả mơ phỏng tầng 2 lúc 17h00 phần mềm Revit
Hình 3.33. Kết quả mơ phỏng trung bình tồn năm từ 8h sáng đến 6h chiều tầng 1
trên phần mềm Revit
x

do an


Hình 3.34. Mặt Đơng Bắc cơng trình
Hình 3.35. Mặt Tây Nam cơng trình
Hình 3.36. Mơ phỏng 3D tầng 1 cơng trình
Hình 3.37. Mơ phỏng 3D tầng 2 cơng trình
Hình 3.38. Các mặt phẳng đo độ rọi ở tầng 1
Hình 3.39. Các mặt phẳng đo độ rọi ở tầng 2
Hình 3.40. Tọa độ cơng trình trên phần mềm DIAlux Evo
Hình 3.41. Đặc điểm bầu trời và kiểu ánh sáng tự nhiên áp dụng mơ phỏng
Hình 3.42. Thơng số vật liệu kinh áp dụng mơ phỏng
Hình 3.43. Kết quả mơ phỏng tầng 1 lúc 7h00 phần mềm DIAlux Evo
Hình 3.44. Kết quả mơ phỏng tầng 1 lúc 9h00 phần mềm DIAlux Evo
Hình 3.45. Kết quả mô phỏng tầng 1 lúc 15h00 phần mềm DIAlux Evo
Hình 3.46. Kết quả mơ phỏng tầng 1 lúc 17h00 phần mềm DIAlux Evo

Hình 3.47. Kết quả mơ phỏng tầng 2 lúc 7h00 phần mềm DIAlux Evo
Hình 3.48. Kết quả mô phỏng tầng 2 lúc 9h00 phần mềm DIAlux Evo
Hình 3.49. Kết quả mơ phỏng tầng 2 lúc 15h00 phần mềm DIAlux Evo
Hình 3.50. Kết quả mơ phỏng tầng 2 lúc 17h00 phần mềm DIAlux Evo
------------Hình 4.1. Phịng 107 trước và sau khi phân bố lại đường dây kết nối đèn
Hình 4.2. Phịng 109 trước và sau khi phân bố lại đường dây kết nối đèn
Hình 4.3. Phịng 111 trước khi phân bố lại đường dây kết nối đèn
Hình 4.4. Phịng 111 sau khi phân bố lại đường dây kết nối đèn
Hình 4.5. Phịng 118 trước và sau khi phân bố lại đường dây kết nối đèn
------------Hình 5.1. Lưu đồ thiết kế hệ thống chiếu sáng tận dụng ASTN cho cơng trình

xi

do an


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]

Võ Viết Cường, Nguyễn Lê Duy Luân (2017), “Năng lượng mặt trời – thiết kế
và lắp đặt”, nhà xuât bản ĐHQG, 292 trang.

[2]

Nguyễn Trương Phúc Khánh (2015), “Xây dựng chiến lược Daylighting cho
các cao ốc ở Việt Nam”.

[3]

TCXD 29:1991, “Chiếu sáng tự nhiên trong cơng trình dân dụng”.

[4]

VGBC (2016), “LOTUS NR phiên bản 2.0 – Hướng dẫn kỹ thuật”.

[5]

QCVN 12:2014/BXD, “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về hệ thống điện của nhà
ở và nhà công cộng”.

Tiếng Anh
[6]

Berkeley (2000). “Daylight in Buildings”, A report of IEA SHC Task 21/
ECBCS Annex 29, July 2000.

[7]

David (2015). “Advances in daylight simulation”, A joint event by the CIBSE
Building Simulation Group and the CIBSE Daylight Group.

[8]

Dong Hwan Ko, Varkie Thomas, Mahjour Elnimeiri (2016). “Application of
LEED Green Building Rating System in South Korea: Daylight Requirement
and Energy Performance”.

Tài liệu online
[9]

/>
[10]

/>
[11]

/>
[12]

/>
[13]

/>
do an


[13]

/>
[14]

/>
[15]

/>
do an


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề
Tiết kiệm năng lượng hiện là yêu cầu cấp bách và đòi hỏi sự chung tay của
toàn thế giới nhằm giảm thiểu những hậu quả to lớn mà con người đang phải gánh
chịu trong suốt hơn một thập kỉ qua như: hiệu ứng nhà kính, biến đổi khí hậu, ơ nhiễm
mơi trường, mất cân bằng hệ sinh thái…
Theo thống kê, ngành công nghiệp và xây dựng hiện chiếm tỉ lệ tiêu thụ năng
lượng rất cao trong tổng cơ cấu sử dụng năng lượng toàn cầu, Tại Mỹ tỉ lệ tiêu thụ
năng lượng của các công trình xây dựng là 20%, điện năng 70% và phát thải đến 39%
tổng lượng khí thải CO2 quốc gia. Tại Việt Nam, theo thống kê của Bộ Công thương,
công suất tiêu thụ của các tòa nhà cao tầng chiếm đến 25% tổng cơng suất tiêu thụ
quốc gia. Trong đó, năng lượng tiêu thụ cho một cơng trình cao tầng điển hình bao
gồm: cơng suất lạnh chiếm 60%, chiếu sáng 18%, điều hịa thơng gió 5%, thang máy
5% và các lĩnh vực khác 4%. Số liệu trên cho thấy: (1) công trình cao tầng là đối
tượng tiềm năng về tiết kiệm năng lượng nếu xây dựng được phương án sử dụng năng
lượng hiệu quả; (2) sử dụng tiết kiệm năng lượng trong các cơng trình xây dựng, đặc
biệt là năng lượng điện có khả năng góp phần to lớn trong việc giải quyết các vấn đề
liên quan đến khí hậu và môi trường sống nêu trên.
Mặc dù công suất tiêu thụ của các ứng dụng chiếu sáng chỉ chiếm từ 14 –
26,2% tổng cơng suất tiêu thụ trong cơng trình xây dựng, nhưng chiếu sáng vẫn được
đánh giá là một cơ hội đáng tin cậy để áp dụng các giải pháp sử dụng năng lượng tiết
kiệm và hiệu quả. Tận dụng nguồn ASTN hiệu quả vào các cơng trình kiến trúc khơng
phải là xu hướng mới trên thế giới (vì đã được khai thác rất hiệu quả từ thời cổ đại),
nhưng hiện nay lại là xu hướng của nền kiến trúc thế giới sau một thời gian rất dài
con người đánh giá sai lầm về hiệu quả của CSTN trong thiết kế kiến trúc. Một trong
những giải pháp phổ biến hiện nay là thiết kế hệ thống chiếu sáng tận dụng năng
lượng mặt trời (chiếu sáng ban ngày – daylighting). Trên thực tế, CSTN đã được áp
dụng từ thời kì cổ đại và trung đại, đặc biệt là ở La Mã, Hy Lạp và Ai Cập. Tuy khơng
cịn xa lạ nhưng với sự ra đời và phát triển của các loại đèn nhân tạo hiện nay, CSTN
khơng cịn được chú trọng trong thiết kế cơng trình xây dựng ở nhiều nước trên thế

giới, đặc biệt ở Việt Nam là rất hạn chế.
Nhờ sự phát triển của khoa học, kỹ thuật và cơng nghệ mà sản phẩm điển hình
là các phần mềm TKCS hiện đang được áp dụng phổ biến để mô phỏng các thiết kế
1

do an


kiến trúc hiện đại, sự kết hợp giữa chiếu sáng nhân tạo và CSTN đã được mơ hình
trực quan hóa, hỗ trợ tăng cường hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của các giải pháp trong
cơng trình kiến trúc nhằm giảm điện năng tiêu thụ, giảm thiểu các hệ quả do các vấn
đề liên quan đến khí hậu và mơi trường sống nêu trên.

1.2. Mục tiêu đề tài
Đề tài được thực hiện nhằm nghiên cứu xây dựng quy trình TKCS tận dụng
ASTN cho cơng trình xây dựng dựa trên các phần mềm mô phỏng năng lượng, thiết
kế chiếu sáng hiện đại.

1.3. Phương pháp nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu
1.3.1. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài là phương pháp thu thập thông
tin thứ cấp; phương pháp phân tích, tổng hợp và phương pháp quy nạp. Nội dung
nghiên cứu gồm có bốn phần chính:
Đầu tiên, đề tài liệt kê 08 phần mềm, là những công cụ hỗ trợ mơ phỏng năng
lượng và TKCS tính đến hiện tại, phân tích ưu nhược điểm từng phần mềm, lựa chọn
02 phần mềm có tính năng vượt trội, phù hợp với quy mô đề tài làm công cụ hỗ trợ
nghiên cứu, cụ thể là phần mềm Revit và phần mềm DIAlux Evo.
Ứng với mỗi phần mềm, đề tài xây dựng quy trình áp dụng chi tiết để sử dụng
phân tích mơ phỏng ASTN cơng trình, tiến hành áp dụng lần lượt từng phần mềm vào
cơng trình mẫu.

Sau khi mơ phỏng, đề tài phân tích kết quả, so sánh ưu nhược điểm giữa 02
phần mềm. Qua đó đánh giá, lựa chọn sử dụng một trong hai kết quả xây dựng giải
pháp chiếu sáng tận dụng ASTN cho cơng trình mẫu, tính tốn lượng chi phí tiết kiệm
khi ứng dụng giải pháp.
Qua quá trình nghiên cứu, ứng dụng thực tế các quy trình đã xây dựng, đề tài
tổng hợp kết quả, đưa ra quy trình kết hợp phần mềm Revit và DIAlux Evo, ứng dụng
thiết kế hệ thống chiếu sáng tận dụng ASTN cho các cơng trình xây dựng.
1.3.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng được đề tài áp dụng nghiên cứu là một cơng trình thuộc loại cơng
trình nhà xưởng, được cải tạo thành văn phịng tích hợp ở huyện Nhơn Trạch, tỉnh
Đồng Nai. Kiến trúc cơng trình được cải tạo theo xu hướng cơng trình xanh với rất
2

do an


nhiều cửa kính lấy sáng, về chiếu sáng, cơng trình được TKCS nhân tạo theo hướng
tiết kiệm năng lượng với các loại đèn hiện đại nhưng hiện thiết kế chưa được kiểm
tra về khả năng ứng dụng ánh sáng mặt trời chiếu sáng ban ngày cho cơng trình.

1.4. Kết quả dự kiến
Qua nghiên cứu, đề tài đưa ra 02 quy trình áp dụng phân tích mơ phỏng ASTN
cho cơng trình xây dựng sử dụng phần mềm Revit và phần mềm DIAlux Evo, 01 giải
pháp chiếu sáng cho cơng trình áp dụng.
Kết quả cuối cùng là 01 quy trình kết hợp phần mềm Revit và DIAlux Evo,
ứng dụng thiết kế hệ thống chiếu sáng ban ngày tận dụng ASTN cho công trình xây
dựng.

1.5. Giới hạn đề tài
Vì thời gian thực hiện đề tài có hạn và trình độ nghiên cứu cịn hạn chế, đề tài

nghiên cứu dừng lại ở mức mô phỏng ASTN, kiểm tra thiết kế, chứng minh tính hiêu
quả khi ứng dụng phần mềm hỗ trợ để TKCS tự nhiên cho đối tượng cơng trình văn
phịng dựa trên kiến trúc và TKCS nhân tạo có sẵn.
Khả năng áp dụng cho các loại cơng trình khác và những đề xuất giúp hệ thống
CSTN đạt hiệu quả cao hơn sẽ được đề tài đề cập trong mục đề xuất nghiên cứu, làm
tiền đề cho các nghiên cứu về sau.

3

do an


CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Lý thuyết về chiếu sáng và CSTN
Chiếu sáng được hiểu là sử dụng ánh sáng để đạt được hiệu quả về độ rọi hoặc
nghệ thuật. Có 2 loại hình chiếu sáng chính là chiếu sáng nhân tạo và CSTN. Chiếu
sáng nhân tạo là lấy nguồn sáng từ các đèn hoặc các vật phát sáng cụ thể, cịn CSTN
là thì sử dụng chủ yếu là từ năng lượng của Mặt Trời, đối với từng loại hình chiếu
sáng đều có ưu và nhược điểm khác nhau để người thiết kế có thể lựa chọn loại hình
phù hợp.
2.1.1. Một số khái niệm về CSTN (Daylighting)
Ánh sáng ban ngày(daylight) là sự kết hợp của ánh sáng khuếch tán từ bầu trời
và ánh sáng mặt trời.
CSTN (Daylighting) là bất kỳ phương pháp nào mà ASTN được đưa vào một
căn phòng để thay thế hoặc bổ sung cho ánh sáng nhân tạo.
Độ rọi tổng cộng ngoài nhà gồm 2 thành phần:
-

-

Độ rọi trực tiếp của bầu trời: có trị số lớn nhưng thay đổi nhiều lần trong
ngày. Các tia mặt trời trực tiếp có thể gây chói lóa mất tiện` nghi và làm
tăng nhiệt độ phịng. Trong tính tốn CSTN người ta khơng xét đến nó.
Độ rọi khuếch tán của bầu trời:thay đổi phụ thuộc vào lượng mây trên
bầu trời nhưng tương đối ổn định theo các mùa trong năm. Sử dụng hợp
lý ánh sáng khuếch tán có thể đạt được môi trường ánh sáng tiện nghi
cao cho các không gian làm việc và sinh hoạt nên được coi là thành
phần chủ yếu tính tốn CSTN.

Chiến lược Daylighting (Daylighting strategy) có những khía cạnh quan trọng:
-

Tạo ra cơ sở lý thuyết có thể thuyết phục nhà đầu tư, nhà thiết kế về lợi
ích mà cơng nghệ Daylighting mang lại
Xây dựng giải thuật thiết kế
Tính tốn hiệu quả kinh tế
Đưa ra kết luận.

Điều khiển ánh sáng (Lightning control): là sử dụng cảm biến để phát hiện
mức độ ánh sáng trong phòng và từ đó điều chỉnh ánh sáng đèn điện cho phù hợp. Ở
4

do an


mức độ khơng tinh vi, các cơng cụ kiểm sốt chỉ đơn giản là bật và tắt tất cả đèn điện
để phù hợp với mức độ ánh sáng môi trường xung quanh. Mức bình thường cho phép
bật và tắt một số đèn. Tại mức độ tinh vi nhất, đèn điện được điều chỉnh liên tục để
đáp ứng với số lượng ánh sáng có sẵn. Một hệ thống điều khiển đầy đủ sẽ bao gồm

cảm biến quang, bộ điều khiển, dimmer, thiết bị cảm ứng, hệ thống che nắng…
Cảm biến quang: Một yếu tố quan trọng của tất cả các loại điều khiển quang
điện là các cảm biến.Cảm biến sẽ phát hiện sự có mặt, đủ, thiếu của ASTN và sẽ gửi
một tín hiệu đến một bộ điều khiển sẽ điều chỉnh ánh sáng phù hợp. Nếu chỉ có một
cảm biến duy nhất mà khơng được đặt đúng vị trí có thể gây ra vấn đề nếu phần không
gian nội thất bị che mờ bởi các tòa nhà hay cây cối.
Bộ điều khiển: Một bộ điều khiển được đặt ở đầu của một mạch (thường là
bảng phân phối) và kết hợp một thuật tốn để xử lý các tín hiệu từ các cảm biến quang
và chuyển đổi nó thành một tín hiệu lệnh điều khiển.
Bộ phận dimmer và switching: Một bộ phận dimmer sẽ thay đổi lượng ánh
sáng của đèn điện bằng cách thay đổi số lượng điện năng chảy vào đèn. Nếu ánh sáng
ban ngày là ít hơn so với độ rọi mục tiêu, phải tăng cường thêm ánh sáng nhân tạo.
Switching cũng có thể được sử dụng thay vì dimmer, nhưng điều này khơng được
khuyến cáo vì với thiết bị switching là chuyển đổi bật và tắtnhanh chóng có thể làm
giảm tuổi thọ bóng đèn và ảnh hưởng đến sự điều tiết mắt của người cư ngụ trong tịa
nhà.Vì vậy, Dimmer ít gây khó chịu cho người cư ngụ hơn switching. Ngoài ra, cần
phải thêm những bộ phận điều khiển bằng tay để người sử dụng có thểtự kiểm soát.
Thiết bị cảm ứng: Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nhiều cơng nhân viên được
ra khỏi văn phịng của họ khoảng 30% - 70% thời gian làm việc. Có thể đặt cảm biến
tự tắt đèn khi khơng có người trong văn phòng.Một khuyết điểm trong hệ thống này
là các hệ thống có thể sẽ tắt cả một khu vực nhất định, trong một căn phòng khác nơi
người khác vẫn làm việc.
Hệ thống che nắng:Khi người cư ngụ điều khiển bằng tay hệ thống che nắng,
các hệ thống này thường khép kín hồn tồn (vd che màn cửa, các lá song của cửa
sổ), khi đó loại bỏ tất cả các lợi ích tiềm năng từ Daylighting. Hệ thống che nắng
được điều khiển tự động thông qua một công tắc tổng điều khiển trung tâm sẽ mở,
nghiêng, hoặc đóng cửa tất cả các thiết bị che nắng cùng một lúc.
Low-emissivity (low-e) là lớp tráng kính cửa lấy sáng để giảm bức xạ mặt trời
xâm nhập vào tịa nhà mà khơng làm giảm năng lượng mặt trời.

5

do an


2.1.2. Ưu điểm của CSTN
Hạn chế ô nhiễm môi trường: Đối với ASTN khi sử dụng sẽ trực tiếp đi vào
cơng trình mà gần như khơng cần qua xử lý, do vậy sẽ khơng có những khí thải như
khi sử dụng điện để chiếu sáng, đây là một điểm cộng rất lớn cho phương pháp này,
vì ngày nay vấn đề nóng lên tồn cầu đang được các nước trên Thế Giới quan tâm rất
nhiều, một trong số nguyên nhân gây ra hiện tượng này là lượng khí thải từ các nhà
máy nhiệt điện, nếu như chúng ta có thể giảm được một lượng điện năng để chiếu
sáng nhất định thì cũng giúp cho lượng khí thải này giảm đi rất nhiều. Cụ thể, với
việc dân số và nền kinh tế đang tăng rất mạnh như hiện nay thì theo dự kiến lượng
khí thải vào năm 2020 sẽ tăng từ 50 đến 80% so với năm 1990 ( theo Nghiên cứu báo
cáo Omer của Hội đồng năng lượng Thế Giới WEC), mà nguyên nhân chính được
xác định là do hệ thống chiếu sáng nhân tạo đã thải ra một lượng lớn khí CO2 trong
q trình vận hành hệ thống. Như vậy, ngồi mặt giảm thiểu về kinh tế thì mục đích
chính của các nhà thiết kế khi áp dụng daylighting là giảm hiệu ứng nhà kính.
Tiết kiệm năng lượng: Khi áp dụng daylighting cho các cơng trình thì thời
lượng sử dụng đèn nhân tạo sẽ giảm xuống, tại một số thời điểm cịn có thể loại bỏ
việc sự dụng đèn nhân tạo, qua đó sẽ giúp cơng trình giảm tải một lượng điện năng
tiêu thụ. Tại Mỹ, theo ước tính thì khoảng 25 đến 40% điện năng tiêu thụ ở công trình
hay cao ốc là sử dụng cho chiếu sáng, con số này là rất lớn đối với những cơng trình
có chi phí vận hành cao, lấy ví dụ như các doanh nghiệp thuộc bang Wisconsin ở Mỹ
đã dành khoảng 350 triệu đơ để duy trì ánh sáng mỗi năm.
Tiết kiệm phi chí: Từ việc tiết kiệm năng lượng thì sẽ dẫn đến giảm chi phí
cho các cơng trình, đặc biệt là những cơng trình hao tốn chi phí điện năng như các
cao ốc hay resort thì chỉ cần giảm 5 hay 10% điện năng thì cũng là một con số đáng
để quan tâm.

Tốt cho sức khoẻ của con người: Ánh sáng trắng từ đèn nhân tạo không hề tốt
cho thị giác của con người, khi chúng ta làm việc dưới ánh đèn nhân tạo quá lâu thì
sẽ dẫn tới việc bị mỏi mắt và giảm thị lực, ngoài ra khi sử dụng daylighting thì da
chúng ta sẽ được cung cấp lượng Vitamin D từ Mặt Trời, đây là loại vitamin đặc biệt
mà không thể hấp thụ tốt được qua các loại thức ăn, nhưng lại cực kì quan trọng đối
với sức khoẻ của con người như tăng cường hệ miễn dịch, giúp xương chắc khoẻ hay
cải thiện giấc ngủ. Ngoài ra, theo nghiên cứu của viện Rocky Mountain (RMI) vào
năm 1994 cho biết khi con người thường xuyên thấy được cảnh tự nhiên, khơng có
cảm giác bị gị bó trong một khơng gian hẹp thì hiệu suất làm việc sẽ tăng lên.

6

do an


2.1.3. Khuyết điểm của CSTN
Kiến thức về Daylighting chưa được biết đến rộng rãi, rất nhiều cơng trình ở
những khu vực thuận lợi cho việc hấp thụ ánh sáng Mặt Trời nhưng trong quá trình
thiết kế, người kỹ sư lại khơng để ý đến vấn đề này dẫn đến tồ nhà không tận dụng
dụng được ASTN.
Một số kỹ sư khác thì cũng có kiến thức đề Daylighting nhưng chưa chun
sâu dẫn đến khơng biết rõ chi phí xây dựng tồ nhà Daylighting, cho rằng sẽ đắt hơn
nhiều so với công trình thơng thường, ảnh hưởng đến việc đấu thầu của họ nên cũng
có những quan ngại khi áp dụng phương pháp Daylighting.
Một chi phí khác mà các kỹ sư xét đến khi thực hiện Daylighting là phương
pháp điều khiển ánh sáng, khi sử dụng năng lượng từ Mặt Trời thì chúng ta đều biết
ánh sáng không bao giờ đều tại những thời điểm khác nhau, khi không rõ kiến thức
về vấn đề này thì các kỹ sư sẽ cho rằng việc điều khiển ánh sáng sẽ lại tốn thêm một
phần chi phí vào cơng trình của họ, giảm khả năng được chọn để thi công.
Cuối cùng là vấn đề bảo trì bảo dưỡng, đối với những cơng nghệ chưa được

phổ biến rộng rãi thì các kỹ sư sẽ cho rằng chi phí lúc sửa chữa sẽ cao hơn vì việc
hạn chế sản phẩm thay thế khi hư hỏng.
Các lý do trên đều đến từ những định kiến của kỹ sư đối với cơng nghệ
Daylighting, khó khăn thật sự đầu tiên đến từ vị trí cơng trình, đối với những cơng
trình mà xung quanh đó là những tồ nhà cao tầng thì việc tận dụng được ASTN sẽ
bị hạn chế, cịn đối với những cơng trình q thấp so với những tồ nhà lân cận thì
việc sử dụng phương pháp này là rất khó khăn
Một vấn đề khác mà các cơng trình gặp phải khi sử dụng Daylighting là lượng
nhiệt bên trong sẽ tăng lên, nếu như xử lý bằng các phương pháp thông thường như
sử dụng máy lạnh hay quạt thơng gió thì sẽ tăng chi phí điện năng hoặc khơng xử lý
hết được lượng nhiệt đó.
Vị trí đặt cảm biến ánh sáng cũng ít nhiều ảnh hưởng đến hiệu quả của
Daylighting đối với việc giảm chi phí, nếu như cảm biến đặc khơng hợp lý thì xem
như thiết kế sẽ khơng có hiệu quả.

7

do an


2.2. Tình hình chiếu sáng thời điểm hiện tại
2.2.1. Trên Thế giới
Hiện nay, trên Thế Giới xem việc CSTN là một yếu tố quan trọng khi xây dựng
hoặc cải tổ một cơng trình. Các kỹ sư ngày càng đưa ra các ý tưởng mới để có thể tận
dụng nguồn ASTN một cách tối ưu nhất.
Tuy nhiên, vấn đề của các kỹ sư trên Thế Giới hiện nay chính là phần mềm
mô phỏng ASTN, các phần mềm hiện tại vẫn chưa đủ đáp ứng các yêu cầu về độ
phức tạp khi phân tích lượng ASTN và lượng nhiệt hấp thụ tại một cơng trình, đặc
biệt là các cơng trình có hình thái kiến trúc phức tạp hay cách lấy sáng tự nhiên khác
biệt so với những phương pháp trước đây.

Do vậy, hiện nay các nước phát triển trên Thế Giới đang tập trung nhiều vào
việc xây dựng phần mềm mô phỏng ASTN để giúp các kỹ sư có thể đưa các mẫu thiết
kế của mình lên mơ hình kiểm tra hiệu quả trước khi đưa vào thực tế. Mỗi người kỹ
sư sẽ có một số cách thức lấy sáng tự nhiên khác nhau dự trên kinh nghiệm và sự sáng
tạo của mình, để chuyển hóa điều đó thành thực tế thì trước hết những ý tưởng đó
phải được mơ phỏng trước ở các phần mềm, nhưng đôi khi phương pháp đưa ra lại
khơng hiệu quả thì người kỹ sư cần phải thay đổi sang một cách khác, hoặc đôi khi
là thay đổi cả cách nhìn của mình về cách lấy sáng tự nhiên. Để rút ngắn thời gian
thiết kế và đẩy mạnh tính sáng tạo của các kỹ sư thì việc đưa ra một phần mềm chuyên
dụng về chiếu sáng đáp ứng các ý tưởng mới lạ đang được xem là một bước đi quan
trọng trong lĩnh vực năng lượng xanh và kế hoạch thực hiện phát triển phần mềm đó
có tên là “The Master Plan Design for Telenor Headquarters” đang được nghiên cứu
ở Oslo thuộc Norway.
2.2.2. Tại Việt Nam
2.2.2.1. Tiêu chuẩn chiếu sáng tại Việt Nam
Tại Việt Nam tiêu chuẩn chiếu sáng được nêu ở bộ TCXD 29:1991 với thông
tin như sau. Từ năm 1991 Bộ xây dựng đã công bố TCXD 29:1991 về CSTN TRONG
CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG, thay thế cho tiêu chuẩn thiết kế CSTN TCN 29:
1968.Tiêu chuẩn này được áp dụng để thiết kế mới hoặc cải tạo CSTN bên trong nhà
ở và nhà công cộng. Khi TKCS, ngoài việc tuân theo tiêu chuẩn này cũng phải tuân
theo các tiêu chuẩn, quy phạm hiện hành có liên quan. Tiêu chuẩn này không áp dụng
để thiết kế CSTN các nhà công nghiệp, nông nghiệp, nhà thể thao, các nhà dân dụng
có yêu cầu đặc biệt như nhà ga, sân bay, chuồng trại, kho tàng.
8

do an


 CSTN trong nhà ở và nhà công cộng được chia ra như sau:
- Chiếu sáng bên;

- Chiếu sáng trên;
- Chiếu sáng hỗn hợp (bao gồm chiếu sáng trên và chiếu sáng bên).
 Yêu cầu: Trong nhà ở và nhà cơng cộng phải có CSTN để bảo đảm sự
làm việc, hoạt động bình thường của người và các phương tiện vận
chuyển.
 ASTN tại một điểm bất kì trong phịng được đặc trưng bằng hệ số độ
rọi ASTN (hệ số ĐRASTN). Với mỗi hộ đặc trưng sẽ có yêu cầu về hệ
số ĐRASTN riêng.
 Bộ tiêu chuẩn này sẽ là yếu tố chủ đạo khi xây dựng chiến lược thiết kế
Daylighting cho các cao ốc tại Việt Nam.
Ở bộ QCVN 09 2013 BXD cũng có bổ sung thêm một vài thơng tin để tăng
tính hiệu quả của phương pháp CSTN. Đối với khơng gian khép kín có CSTN, việc
chiếu sáng nhân tạo cần lưu ý những vấn đề sau.
 Vùng có thể được CSTN là khu vực nằm song song với cửa sổ/ vách
kín ngồi trong phạm vi khoảng cách từ cửa sổ/vách kín ngồi tới 1,5
lần chiều cao từ sàn tới điểm cao nhất của phần kín cửa sổ hoặc vách
kín ngồi.
 Tất cả thiết bị chiếu sáng nằm trong khu vực có thể được CSTN đều
phải có thiết bị điều khiển chiếu sáng theo cách sau: Sử dụng cảm biến
ánh sáng để tự động điều khiển giảm độ sách đèn hoặc bật tắt đèn theo
mức nhận ASTN. Cảm biến ánh sáng cần được đặt ở vị trí ½ độ sâu của
vùng có thể được CSTN. Khi ASTN đo được bởi cảm biến lên trên mức
tiêu chuẩn cho không gian sử dụng đó (ví dụ 300 lux đối với văn phịng)
thì cảm biến phải phát tín hiệu để tắt đèn. Cho phép bật tắt đèn riêng
biệt tại vùng có thể được CSTN so với hệ thống đèn chiếu sáng chung.
 Khi khơng gian có sử dụng đồng thời cảm biến người và cảm biến ánh
sáng thì cảm biến người được phân quyền ưu tiên cao hơn so với cảm
biến ánh sáng khi điều khiển đèn.

9

do an