Thiết kế chiếu sáng và thiết kế tận dụng ánh sáng tự nhiên: Bài học từ mái nhà hình cánh bướm của Nhà ga số 3, Sân bay Changi

“Ánh sáng tự nhiênlà nguồn ánh sáng tuyệt vời nhất mà chúng ta có. Tuy nhiên, nó cần được điều chỉnh để trở thành một lợi thế thay vì một yếu tố gây phiền toái.”

— Christian Bartenbach, Bartenbach LichtLabor

Ánh sáng tự nhiên thay đổi linh hoạt trong các khu vực công cộng giúp không gian trở nên đẹp hơn và tốt cho sức khỏe

Khi kiến trúc hòa hợp với thiên nhiên

Cách mái nhà hình cánh bướm biến ánh sáng mặt trời thành trải nghiệm không gian lấy con người làm trung tâm

Ngay khi bước vào Nhà ga số 3 của Sân bay Changi, tôi lập tức cảm nhận được rằng sân bay này khác hẳn so với bất kỳ sân bay nào tôi từng trải nghiệm. Điều đó không chỉ đơn thuần là do quy mô rộng lớn hay kiến trúc ấn tượng của nó. Bản thân tòa nhà dường như đang sống động.

Ánh sáng tự nhiên thay đổi nhẹ nhàng theo sắc trời. Nhiệt độ bên trong vẫn ổn định một cách đáng kinh ngạc dù phía trên là mái kính khổng lồ. Điều đáng ngạc nhiên nhất là nhà ga mang lại cảm giác vô cùng yên tĩnh, ngay cả khi hàng nghìn hành khách liên tục di chuyển qua không gian này.

Với tư cách là một chuyên gia tư vấn hiệu suất công trình lấy con người làm trung tâm, trải nghiệm đó ngay lập tức khơi dậy trong tôi một câu hỏi kỹ thuật. Làm thế nào một không gian công cộng quy mô như vậy có thể đồng thời mang lại sự thoải mái về thị giác, nhiệt độ và âm thanh? Câu trả lời, hóa ra, lại ẩn ngay phía trên đầu chúng tôi. Đó là một hệ thống chiếu sáng tự nhiên động và thích ứng tinh vi , được gọi là “Mái nhà Bướm”.

Mái nhà hình cánh bướm là gì?

Hệ thống Mái Bướm là một hệ thống chiếu sáng tự nhiên động, có khả năng thích ứng, tích hợp các tấm phản xạ có thể di chuyển, cảm biến ánh sáng tự nhiên, kính Low-E và hệ thống chiếu sáng nhân tạo tự động nhằm tối ưu hóa ánh sáng tự nhiên, giảm thiểu sự hấp thụ nhiệt mặt trời không mong muốn, đồng thời nâng cao sự thoải mái về thị giác, nhiệt độ và âm thanh trong toàn bộ tòa nhà.

Thay vì coi ánh sáng mặt trời là thứ cần phải ngăn chặn, hệ thống này điều khiển một cách thông minh cách ánh sáng tự nhiên đi vào tòa nhà — biến nó thành một nguồn tài nguyên môi trường quý giá.

Cách tiếp cận này là một trong những ví dụ tiêu biểu nhất về Thiết kế chiếu sáng tự nhiên trong kiến trúc, trong đó Thiết kế chiếu sáng, Vật lý công trình và Tự động hóa công trình hoạt động phối hợp với nhau như một hệ thống công trình tích hợp.

---

Tại sao Sân bay Changi lại áp dụng thiết kế mái hình cánh bướm?

Mái nhà hình cánh bướm tại Nhà ga số 3 của Sân bay Changi không chỉ đơn thuần là một công trình kiến trúc mang tính biểu tượng.

Từ góc độ Vật lý Xây dựng, đây là một hệ thống môi trường tích hợp, được thiết kế nhằm cân bằng giữa hiệu quả năng lượng, sự thoải mái cho người sử dụng và tính bền vững lâu dài trong một giải pháp kiến trúc duy nhất.

Là một trong những sân bay quốc tế nhộn nhịp nhất thế giới, Tập đoàn Sân bay Changi (CAG) cần một nhà ga có thể duy trì không gian sáng sủa, thoải mái và tiết kiệm năng lượng suốt cả ngày, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường từ việc vận hành một cơ sở quy mô khổng lồ như vậy.

Khi Nhà ga số 3 đi vào hoạt động vào năm 2007, CAG đã áp dụng Hệ thống chiếu sáng tự nhiên động thích ứng thông qua thiết kế “Mái nhà hình bướm” — một giải pháp sáng tạo vẫn tiếp tục định hình hiệu suất môi trường của tòa nhà.

Triết lý thiết kế này cũng hoàn toàn phù hợp với nỗ lực toàn cầu nhằm chống lại biến đổi khí hậu.

Thông qua Thỏa thuận Paris, hơn 190 quốc gia đã cam kết hạn chế mức tăng nhiệt độ toàn cầu ở mức thấp hơn nhiều so với 2°C, đồng thời nỗ lực để giữ mức tăng nhiệt độ dưới 1,5°C.

Ngành xây dựng được ước tính chiếm khoảng 37% tổng lượng phát thải carbon toàn cầu, do đó các chiến lược thiết kế thụ động, tối ưu hóa ánh sáng tự nhiên và hệ thống vỏ công trình hiệu suất cao trở thành những thành phần thiết yếu trong nỗ lực giảm phát thải carbon trên toàn cầu.

Mái nhà hình cánh bướm giải quyết những thách thức này bằng cách tận dụng tối đa ánh sáng tự nhiên, giảm lượng nhiệt thu được từ mặt trời, đồng thời giảm nhu cầu sử dụng đèn điện và hệ thống làm mát cơ học.

Kết quả mang lại không chỉ là một môi trường thoải mái cho hàng triệu hành khách mỗi năm.

Hệ thống này còn giúp giảm lượng khí thải carbon khoảng 2,4 triệu kg CO₂ mỗi năm, góp phần thực hiện Lộ trình đạt mức phát thải carbon ròng bằng không của Tập đoàn Sân bay Changi.

Nói cách khác, Mái nhà Hình bướm chưa bao giờ chỉ đơn thuần được thiết kế như một tuyên ngôn kiến trúc.

Dự án này được hình thành như một giải pháp về Vật lý Xây dựng— một giải pháp biến ánh sáng mặt trời thành nguồn tài nguyên được quản lý một cách thông minh, mang lại lợi ích cho cả con người và môi trường.

---

Khi Mặt Trời trở thành một phần của hệ thống tòa nhà

Phía trên các cửa sổ trần của Nhà ga số 3 Sân bay Changi, 919 tấm pin hình cánh bướm đã được lắp đặt và được điều khiển liên tục bởi các cảm biến ánh sáng ban ngày và Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS).

Thay vì để ánh nắng trực tiếp tràn vào nhà ga, hệ thống này liên tục điều chỉnh góc nghiêng của từng tấm phản xạ để thích ứng với những thay đổi của điều kiện thời tiết.

Các tấm cánh bướm không chỉ đơn thuần dùng để mở và đóng.

Chúng hoạt động giống như một thiết bị quang học khổng lồ, điều chỉnh một cách chính xác lượng ánh sáng ban ngày đi vào tòa nhà.

Như Christian Bartenbach giải thích, mục tiêu không phải là chặn hoàn toàn ánh sáng mặt trời, mà là “kiểm soát” nó — chỉ cho phép ánh sáng tự nhiên có chất lượng cao nhất chiếu đến những người ở trong nhà.

Ánh sáng chiếu vào nhà ga không phải là ánh nắng trực tiếp gay gắt, mà là ánh sáng ban ngày khuếch tán— ánh sáng từ bầu trời đã được tán xạ bởi khí quyển, tạo ra nguồn ánh sáng dịu nhẹ, đồng đều, dễ chịu cho mắt người.

Đây là một trong những nguyên tắc cốt lõi của Thiết kế tận dụng ánh sáng tự nhiên: không phải là tối đa hóa lượng ánh sáng tự nhiên, mà là tối ưu hóa chất lượng của nó.

Tấm kim loại đục lỗ Dinamis có thể mở và đóng trên toàn bộ diện tích trần nhà

---

Sự tích hợp linh hoạt giữa hệ thống chiếu sáng, ánh sáng tự nhiên và sự thoải mái về nhiệt

Mái nhà Bướm không chỉ đơn thuần là một tập hợp các tấm phản xạ có thể di chuyển.

Đây là một Hệ thống chiếu sáng tự nhiên động và thích ứng, bao gồm bốn công nghệ liên kết với nhau, hoạt động phối hợp liên tục để duy trì sự thoải mái về thị giác, sự thoải mái về nhiệt và hiệu quả năng lượng trong điều kiện bầu trời luôn thay đổi.

Tấm trang trí hình bướm (919 chiếc)

Các tấm chắn hình cánh bướm điều chỉnh cả cường độ lẫn hướng của ánh sáng tự nhiên chiếu vào nhờ các cảm biến ánh sáng tự nhiên được tích hợp với Hệ thống Quản lý Tòa nhà.

Suốt cả ngày — và trong mọi mùa — các tấm chắn liên tục điều chỉnh vị trí để đảm bảo ánh sáng tự nhiên trong nhà luôn cân bằng, thoải mái và không gây chói mắt.

Thay vì chỉ phản ứng với ánh nắng mặt trời, hệ thống này phản ứng với độ sáng tổng thể của bầu trời, tạo ra một môi trường được chiếu sáng tự nhiên và luôn ổn định bất chấp sự thay đổi của điều kiện thời tiết.

919 tấm panel hình cánh bướm được lắp đặt trên sân thượng của Nhà ga số 3, Sân bay Changi nhằm điều chỉnh mức độ ánh sáng tự nhiên chiếu vào phòng

Ánh sáng nhân tạo trực tiếp

Các thiết bị chiếu sáng cường độ cao được lắp đặt ngay dưới các tấm panel hình cánh bướm. Vào ban đêm hoặc trong những khoảng thời gian ánh sáng tự nhiên cực kỳ yếu, các thiết bị này thay thế ánh sáng tự nhiên một cách liền mạch, giúp duy trì đặc tính chiếu sáng đồng nhất trên toàn bộ khu vực nhà ga.

Do đó, hành khách hầu như không cảm nhận được sự chuyển đổi đột ngột giữa điều kiện ánh sáng ban ngày và ban đêm. Kiến trúc này duy trì bầu không khí thị giác nhất quán bất kể thời điểm nào trong ngày.

Máy chiếu ánh sáng công suất 1000 Watt

Kính hai lớp Low-E

Mái nhà Butterfly được trang bị hệ thống kính hai lớp Low-E, được thiết kế để giảm thiểu sự truyền nhiệt từ ánh nắng mặt trời đồng thời duy trì độ truyền sáng cao. Điều này cho phép ánh sáng tự nhiên dồi dào chiếu vào tòa nhà mà không gây ra lượng nhiệt bức xạ quá mức.

Từ góc độ Vật lý Xây dựng, việc phân tách ánh sáng khả kiến khỏi bức xạ hồng ngoại là yếu tố thiết yếu để xây dựng các công trình tiết kiệm năng lượng ở các vùng khí hậu nhiệt đới.

Trần kim loại đục lỗ động

Phía dưới hệ thống chiếu sáng tự nhiên là một trần kim loại đục lỗ động, thực hiện đồng thời hai chức năng quan trọng.

Thứ nhất, nó giúp giảm hiện tượng chói bằng cách điều chỉnh cách ánh sáng ban ngày được phân bố trong không gian bên trong.

Thứ hai, hệ thống này giúp nâng cao sự thoải mái về âm thanh bằng cách hấp thụ âm thanh phản xạ và giảm độ vang trong không gian rộng lớn của nhà ga.

Yếu tố kiến trúc đa chức năng này minh chứng cho thấy một thành phần thiết kế duy nhất có thể đồng thời nâng cao cả hiệu suất chiếu sáng lẫn hiệu suất cách âm.

Khi kết hợp lại, bốn lớp này tạo thành một chiến lược Vật lý Xây dựng có tính tích hợp cao, thể hiện rõ nét Thiết kế Chiếu sáng Tự nhiên trong Kiến trúc, trong đó Thiết kế Chiếu sáng, Tự động hóa Tòa nhà và Kỹ thuật Môi trường hoạt động như một hệ thống thống nhất và linh hoạt.

Thay vì hoạt động như những công nghệ độc lập, mỗi thành phần liên tục tương tác với các thành phần khác để tạo ra một môi trường trong nhà có khả năng thích ứng một cách tự nhiên với những thay đổi của điều kiện bên ngoài.

---

Sự hài hòa của ba niềm an lạc trong cuộc sống

Có lẽ điểm đáng chú ý nhất của Mái nhà Bướm là nó không chỉ đơn thuần điều chỉnh ánh sáng ban ngày.

Đây là một chiến lược về Vật lý Xây dựng, tích hợp đồng thời ba khía cạnh cơ bản của sự thoải mái cho con người:

• Sự thoải mái về thị giác

• Sự thoải mái về âm thanh

• Sự thoải mái về nhiệt

Kết hợp lại, những đặc tính môi trường này định hình cách con người nhận thức, di chuyển và trải nghiệm không gian kiến trúc.

Sự thoải mái về thị giác

"Mọi thứ đều hiện rõ trước mắt"

Ở các vùng khí hậu nhiệt đới, các cửa sổ mái lớn thường đi kèm với một vấn đề không thể tránh khỏi: hiện tượng chói mắt.

Tuy nhiên, trải nghiệm của tôi tại Nhà ga số 3 lại hoàn toàn ngược lại.

Dù đã dành một khoảng thời gian dài dưới mái kính rộng lớn, mắt tôi vẫn không hề cảm thấy mỏi.

Về mặt kỹ thuật, các tấm cánh bướm điều chỉnh cường độ sáng bằng cách phản xạ ánh sáng mặt trời trực tiếp — nguồn chính gây ra bức xạ mặt trời quá mức — đồng thời chỉ cho phép ánh sáng ban ngày khuếch tán đi vào nhà ga.

Trước khi chiếu vào không gian bên trong, ánh sáng tự nhiên này đi qua lớp kính kép Low-E, giúp nâng cao hơn nữa chất lượng ánh sáng đồng thời giảm thiểu sự hấp thụ nhiệt không mong muốn.

Kết quả là ánh sáng đồng đều một cách đáng kinh ngạc, với Chỉ số tái tạo màu (CRI) cao tự nhiên mà chỉ ánh sáng ban ngày mới có thể mang lại.

Các vật liệu, thảm thực vật, biển báo và thậm chí cả nét mặt đều hiện lên sống động và rõ nét mà không có độ tương phản quá cao hay ánh chói gây mất tập trung.

Độ rõ nét hình ảnh vượt trội này còn giúp cải thiện khả năng định hướng không gian, nhờ đó hàng triệu hành khách mỗi năm có thể di chuyển trong nhà ga một cách trực quan hơn.

Tấm kim loại đục lỗ Dinamis này có chức năng giảm chói ánh sáng và nâng cao sự thoải mái về âm học trong phòng

Sự thoải mái về âm thanh

"Sự bình tĩnh giữa đám đông"

Cảm giác tiếp theo mà tôi nhận thấy là sự im lặng.

Mắt tôi có thể nhìn thấy hàng nghìn người liên tục di chuyển qua nhà ga.

Thế nhưng tai tôi lại không hề nghe thấy mức độ ồn ào áp đảo mà người ta thường mong đợi ở một không gian công cộng có quy mô lớn như thế này.

Lý do nằm ở hệ thống trần kim loại đục lỗ động, được lắp đặt trên phần lớn diện tích nhà ga.

Các tấm kim loại đục lỗ này đóng vai trò là vật liệu hấp thụ âm thanh rất hiệu quả, giúp giảm năng lượng âm thanh phản xạ và duy trì thời gian dội âm ở mức kiểm soát được trong toàn bộ không gian.

Hình dạng của chúng cũng có thể được điều chỉnh để giúp phân phối ánh sáng tự nhiên từ các cửa sổ trần hiệu quả hơn.

Nói cách khác, một yếu tố kiến trúc duy nhất thực hiện đồng thời hai chức năng môi trường thiết yếu:

Sự thoải mái về thị giác.

Sự thoải mái về âm thanh.

Nếu không có hệ thống tích hợp này, một nhà ga có quy mô như Nhà ga số 3 của Sân bay Changi rất có thể sẽ phải đối mặt với tình trạng tiếng vang quá mức, các thông báo công cộng chồng chéo lẫn nhau, và trải nghiệm của hành khách sẽ trở nên mệt mỏi về mặt tinh thần hơn rất nhiều.

Sự thoải mái về nhiệt

"Sự thoải mái mà bạn không nhận ra"

Khi đứng dưới một mái kính rộng bằng mái của Nhà ga số 3, hầu hết mọi người đều tự nhiên nghĩ rằng mình sẽ cảm nhận được sức nóng bức xạ dữ dội.

Tuy nhiên, trải nghiệm của riêng tôi lại hoàn toàn ngược lại.

Không có lúc nào tôi cảm nhận được cái nóng gay gắt của mặt trời, vốn thường đi kèm với việc sử dụng kính rộng rãi ở các vùng khí hậu nhiệt đới.

Bí quyết nằm ở hệ thống kính hai lớp Low-E của tòa nhà.

Lớp phủ mỏng đến mức chỉ có thể quan sát được dưới kính hiển vi này phản xạ phần lớn bức xạ hồng ngoại của mặt trời, đồng thời vẫn cho phép ánh sáng ban ngày trong dải quang phổ nhìn thấy đi qua.

Nói một cách đơn giản:

Ánh sáng đi qua. Nhiệt lượng vẫn ở bên ngoài.

Tính ổn định nhiệt này giúp giảm đáng kể tải làm mát đặt lên hệ thống HVAC, cho phép nhà ga duy trì nhiệt độ trong nhà ở mức thoải mái đồng thời tiêu thụ ít năng lượng hơn đáng kể.

Kết quả không chỉ là hiệu quả sử dụng năng lượng được nâng cao, mà còn mang lại một môi trường trong nhà thoải mái và lành mạnh hơn cho hàng triệu hành khách mỗi năm.

---

Mái nhà hình cánh bướm hoạt động như thế nào?

Mái nhà Hình bướm được thiết kế để hòa nhịp với thiên nhiên.

Khi điều kiện bầu trời thay đổi trong suốt cả ngày — dù là do sự di chuyển của mặt trời, những đám mây trôi qua hay sự chuyển giao từ ngày sang đêm — hệ thống liên tục điều chỉnh từng bộ phận của mình để đảm bảo nhà ga luôn sáng sủa, thoải mái, mát mẻ và không bị chói mắt.

Kết quả là một trải nghiệm trong nhà vô cùng nhất quán.

Hành khách hiếm khi nhận ra rằng tòa nhà này luôn không ngừng thích ứng với môi trường xung quanh. Tuy nhiên, đằng sau hậu trường, Hệ thống Chiếu sáng Tự nhiên Động và Linh hoạt đang liên tục điều chỉnh sự cân bằng giữa ánh sáng tự nhiên, hiệu suất nhiệt và mức tiêu thụ năng lượng theo thời gian thực.

Đây là một trong những đặc trưng nổi bật của Hiệu suất công trình lấy con người làm trung tâm: công nghệ trở nên gần như vô hình, trong khi sự thoải mái của con người vẫn luôn được cảm nhận rõ ràng.

Thời tiết nắng đẹp

Khi bức xạ mặt trời đạt cường độ cao nhất, các tấm pin hình cánh bướm sẽ xoay đến các góc đã được định sẵn, giúp phản xạ ánh nắng trực tiếp ra khỏi tòa nhà. Chỉ có ánh sáng ban ngày khuếch tán— tức là ánh sáng đã được bầu khí quyển tán xạ — mới được phép chiếu vào nhà ga.

Đồng thời, hệ thống kính hai lớp Low-E giúp lọc bớt phần lớn bức xạ hồng ngoại chiếu vào, trong khi trần đục lỗ động giúp kiểm soát hiện tượng chói và phân phối ánh sáng tự nhiên đều hơn trong toàn bộ không gian.

Thay vì chống chọi với ánh nắng nhiệt đới, tòa nhà này quản lý ánh nắng một cách thông minh. Mục tiêu không phải là loại bỏ ánh sáng tự nhiên, mà là duy trì những lợi ích về mặt thị giác của nó đồng thời giảm thiểu tối đa những tác động tiêu cực về nhiệt. Đây là một trong những nguyên tắc cốt lõi của Thiết kế chiếu sáng tự nhiên: tối đa hóa ánh sáng tự nhiên hữu ích đồng thời kiểm soát sự gia tăng nhiệt và sự khó chịu về thị giác.

Thời tiết nắng đẹp

Trong những khoảng thời gian bức xạ mặt trời mạnh, mái nhà kiểu cánh bướm sẽ điều chỉnh theo một góc cụ thể, phản xạ ánh nắng trực tiếp đồng thời chỉ cho phép ánh sáng ban ngày đã được khuếch tán trong khí quyển lọt vào tòa nhà.

Nhiệt dư từ ánh nắng mặt trời được giảm đáng kể nhờ hệ thống kính hai lớp Low-E, trong khi trần nhà có thiết kế đục lỗ động giúp giảm chói và tối ưu hóa việc phân bổ ánh sáng tự nhiên trong toàn bộ không gian bên trong.

Trời nhiều mây

Khi bầu trời trở nên u ám, ánh sáng ban ngày ở ngoài trời trở nên dịu hơn nhưng cũng yếu đi. Để thích ứng với điều này, các tấm chắn hình cánh bướm sẽ mở rộng hơn, cho phép một lượng lớn ánh sáng ban ngày khuếch tán đi vào nhà ga. Do ánh sáng đi vào đã được các đám mây khuếch tán một cách tự nhiên, tòa nhà có thể tận dụng nguồn ánh sáng này một cách hiệu quả mà không gây ra hiện tượng chói quá mức.

Kết quả là một không gian nội thất rộng rãi, luôn sáng sủa và được chiếu sáng đồng đều, ngay cả vào những ngày nhiều mây, đồng thời giảm bớt sự phụ thuộc vào ánh sáng điện. Thay vì chỉ phản ứng với ánh sáng mặt trời, hệ thống mái Butterfly Roof liên tục điều chỉnh theo sự thay đổi của độ sáng bầu trời, đảm bảo điều kiện chiếu sáng bên trong luôn ổn định bất kể thời tiết ra sao.

Trời nhiều mây

Khi trời nhiều mây, mái nhà kiểu “Butterfly Roof” sẽ mở hoàn toàn, cho phép ánh sáng tự nhiên khuếch tán với đầy đủ các dải quang phổ chiếu vào không gian bên trong.

Hoạt động ban đêm

Khi màn đêm buông xuống, các tấm chắn bướm đóng lại và hệ thống Chiếu sáng Nhân tạo Trực tiếp được lắp đặt bên dưới chúng dần dần đảm nhận vai trò mà trước đây ánh sáng tự nhiên đảm nhiệm. Thay vì tạo ra một môi trường ban đêm hoàn toàn khác biệt, hệ thống chiếu sáng nhân tạo này đã được thiết kế cẩn thận để tái hiện đặc trưng của ánh sáng ban ngày đã được hình thành trong suốt thời gian ban ngày.

Do đó, hành khách được trải nghiệm sự chuyển tiếp thị giác mượt mà giữa ánh sáng ban ngày và ánh sáng điện.

Kiến trúc này duy trì một bầu không khí nhất quán bất kể thời điểm nào trong ngày. Sự nhất quán này cho thấy rằng Thiết kế chiếu sáng thành công không chỉ dừng lại ở việc lựa chọn các thiết bị chiếu sáng — mà còn đòi hỏi phải tạo ra một trải nghiệm thị giác thống nhất xuyên suốt cả chu kỳ trong ngày.

Vào ban đêm

Vào ban đêm, các tấm mái hình bướm đóng lại, và không gian được chiếu sáng bởi ánh sáng nhân tạo trực tiếp được bố trí bên dưới các tấm mái hình bướm.

---

Xác nhận hiệu suất thông qua mô phỏng ánh sáng tự nhiên

Trong thực tiễn chuyên môn, những hệ thống phức tạp như Mái nhà hình bướm (Butterfly Roof) không bao giờ được thiết kế chỉ dựa trên trực giác. Hiệu suất của chúng thường được kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng ánh sáng tự nhiên tiên tiến, bao gồm: Radiance, ClimateStudio, Honeybee và DIALux.

Các nền tảng mô phỏng này cho phép các nhà thiết kế dự đoán và tối ưu hóa hiệu quả chiếu sáng tự nhiên từ rất lâu trước khi công trình được khởi công.

Các chỉ số hiệu suất chính thường được đánh giá bao gồm:

• Tự chủ ánh sáng tự nhiên theo không gian (sDA) — đo lường tỷ lệ phần trăm diện tích sàn có người sử dụng nhận được đủ ánh sáng tự nhiên trong suốt cả năm.

• Mức độ tiếp xúc với ánh nắng mặt trời hàng năm (ASE) — xác định các khu vực có thể chịu tác động của ánh nắng mặt trời trực tiếp quá mức và nguy cơ chói mắt.

• Độ rọi ánh sáng ban ngày hữu ích (UDI) — đánh giá tần suất mức độ ánh sáng ban ngày duy trì trong phạm vi được coi là thoải mái và có lợi cho người sử dụng.

Kết hợp với các phân tích như Lượng nhiệt thu được từ mặt trời, những công cụ này giúp các kiến trúc sư và kỹ sư tối ưu hóa đồng thời sự thoải mái về thị giác, hiệu suất nhiệt và hiệu quả năng lượng.

Thay vì dựa vào các giả định, thiết kế chiếu sáng tự nhiên trong kiến trúc hiện đại ngày càng được định hướng bởi hiệu suất có thể đo lường được và các quyết định thiết kế dựa trên bằng chứng.

---

Triết lý kiến trúc lấy con người làm trung tâm

Các kiến trúc sư tại Skidmore, Owings & Merrill (SOM) không thiết kế Nhà ga số 3 chỉ đơn thuần như một trung tâm giao thông.

Họ hình dung nơi này như một không gian công cộng có khả năng phản ứng một cách thông minh với các chu kỳ tự nhiên của môi trường.

Triết lý này được thể hiện qua sự hòa quyện liền mạch giữa ánh sáng tự nhiên, cảnh quan, cấu trúc kiến trúc và các hệ thống tự động của tòa nhà, tất cả cùng hoạt động như một hệ sinh thái môi trường thống nhất.

Thay vì chống lại khí hậu nhiệt đới, nhà ga lại hòa mình vào nó.

Ánh sáng mặt trời không còn được coi là một vấn đề môi trường cần phải loại trừ khỏi công trình.

Nó trở thành một nguồn tài nguyên thiên nhiên quý giá — được kiểm soát cẩn thận thông qua Vật lý công trình, Thiết kế chiếu sáng và Tự động hóa công trình nhằm nâng cao cả sự thoải mái cho con người lẫn hiệu suất môi trường.

Đối với tôi, điều này thể hiện bản chất thực sự của “Hiệu suất công trình lấy con người làm trung tâm”.

Một công trình hiệu suất cao không chỉ đơn thuần là đáp ứng các yêu cầu về chức năng.

Nó cần tích cực hỗ trợ sự cân bằng về mặt sinh lý và tâm lý của con người thông qua việc phối hợp một cách tinh tế giữa ánh sáng, âm thanh, nhiệt độ và trải nghiệm không gian.

Những thành tựu kiến trúc vĩ đại nhất thường là những điều mà người sử dụng không bao giờ nhận ra một cách có ý thức.

Mọi người đơn giản là cảm thấy thoải mái hơn.

Họ nhìn rõ hơn.

Chúng vẫn mát hơn.

Họ nghe được các cuộc trò chuyện dễ dàng hơn.

Và họ bản năng cảm thấy thích thú khi dành thời gian trong không gian đó — mà không hề nhận ra rằng có bao nhiêu công nghệ đang âm thầm hoạt động để phục vụ họ.

Bảng lợi ích của Hệ thống chiếu sáng tự nhiên động thích ứng

---

Những bài học cho kiến trúc nhiệt đới ở Indonesia

Xét về khía cạnh khí hậu, Indonesia và Singapore có nhiều đặc điểm môi trường tương đồng.

Cả hai nơi này đều có bức xạ mặt trời dồi dào, nhiệt độ cao, độ ẩm cao và ánh sáng ban ngày mạnh mẽ trong suốt cả năm.

Tuy nhiên, thật trớ trêu là kiến trúc nhiệt đới thường vẫn coi ánh sáng mặt trời là kẻ thù thay vì coi đó là một cơ hội.

Do đó, nhiều tòa nhà được thiết kế với mặt tiền có bóng râm dày đặc, lượng ánh sáng tự nhiên chiếu vào hạn chế, hệ thống chiếu sáng nhân tạo hoạt động suốt cả ngày và phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống điều hòa không khí cơ khí.

Tuy nhiên, thách thức thực sự không phải là làm thế nào để tránh ánh nắng mặt trời.

Vấn đề là làm thế nào để kiểm soát nó một cách thông minh.

Đây chính là lúc Thiết kế chiếu sáng tự nhiên trở nên vô cùng quan trọng.

Bằng cách kết hợp mô phỏng ánh sáng tự nhiên với các chỉ số hiệu suất có thể đo lường được — chẳng hạn như Tính tự chủ về ánh sáng tự nhiên trong không gian (sDA), Lượng ánh sáng mặt trời tiếp xúc hàng năm (ASE), Độ rọi ánh sáng tự nhiên hữu ích (UDI) và phân tích thu nhiệt mặt trời— các kiến trúc sư và kỹ sư có thể thiết kế các tòa nhà đáp ứng các tiêu chí sau:

• Sáng tự nhiên

• Tiết kiệm năng lượng

• Thoải mái về mặt thị giác

• Thoải mái về mặt nhiệt độ

• Phù hợp với khí hậu nhiệt đới

• Phù hợp hơn với phúc lợi của con người

Thay vì chỉ dựa vào trực giác, các công cụ thiết kế dựa trên hiệu suất này giúp ánh sáng tự nhiên trở thành một thành phần không thể thiếu trong chiến lược môi trường của tòa nhà.

Mô hình “Mái nhà bướm” chứng minh rằng Vật lý công trình, Thiết kế chiếu sáng tự nhiên trong kiến trúc, Thiết kế chiếu sáng và các chiến lược môi trường thụ động có thể kết hợp với nhau để tạo ra những công trình lành mạnh hơn, hiệu quả hơn và bền vững hơn.

Quan trọng hơn, điều này nhắc nhở chúng ta rằng kiến trúc nhiệt đới không nên chỉ đơn thuần bảo vệ những người sinh sống trong đó khỏi thiên nhiên.

Nó nên học cách hợp tác với nó.

---

Suy ngẫm

Trong chuyến thăm Nhà ga số 3 của Sân bay Changi, tôi nhận ra rằng những công trình kiến trúc thành công nhất thường đạt được những thành tựu vĩ đại nhất nhờ những điều mà chúng ta thường không để ý đến một cách có ý thức.

Chúng ta không nhận ra rằng ánh sáng ban ngày đang được điều chỉnh liên tục.

Chúng ta không nhận ra rằng những tiếng vang đang dần bị hấp thụ một cách lặng lẽ.

Chúng ta không nhận ra rằng nhiệt từ mặt trời đang bị phản xạ đi trước khi đến được với chúng ta.

Điều chúng ta nhận thấy lại đơn giản hơn nhiều.

Một không gian mang lại cảm giác thoải mái.

Đối với tôi, đó chính là lúc thiết kế thực sự xuất sắc bộc lộ bản chất của nó.

Kiến trúc hay nhất không nhất thiết phải là kiến trúc trông hoành tráng nhất.

Đó chính là thứ bảo vệ con người một cách tự nhiên đến mức sự hiện diện của nó không bao giờ khiến người ta cảm thấy bị áp đặt.

Mái nhà hình cánh bướm tại Nhà ga số 3 của Sân bay Changi minh chứng rằng khi Vật lý công trình, Kỹ thuật chiếu sáng tự nhiên, Kỹ thuật chiếu sáng, Kỹ thuật nhiệt và Tự động hóa công trình được xem xét như một hệ thống tích hợp duy nhất, kết quả mang lại sẽ vượt xa phạm vi hiệu quả năng lượng.

Nó tạo ra những không gian lành mạnh hơn.

Thoải mái hơn.

Đẹp hơn.

Và cuối cùng, mang đậm tính con người hơn.

Đối với các kiến trúc sư, kỹ sư, nhà phát triển dự án và chủ sở hữu công trình hoạt động tại các khu vực nhiệt đới, Mái nhà Bướm không chỉ là một mô hình kiến trúc đầy cảm hứng.

Nó mang đến một bài học thực tiễn về cách Hiệu suất Công trình Lấy Con người làm Trung tâm có thể biến ánh sáng tự nhiên thành một yếu tố đóng góp có thể đo lường được vào sức khỏe và hạnh phúc của người sử dụng, tính bền vững môi trường, cũng như hiệu suất lâu dài của công trình.

Khi những thách thức về khí hậu ngày càng gia tăng và kỳ vọng về những công trình kiến trúc lành mạnh hơn không ngừng cao lên, tương lai của kiến trúc vùng nhiệt đới sẽ không phụ thuộc vào việc chống lại thiên nhiên, mà phụ thuộc vào việc thiết kế những công trình kiến trúc có khả năng thích ứng một cách thông minh với thiên nhiên.

Theo quan điểm của tôi với tư cách là một chuyên gia tư vấn về hiệu suất công trình lấy con người làm trung tâm, đây có lẽ là bài học quý giá nhất mà Nhà ga số 3 của Sân bay Changi mang lại.

Kiến trúc phát huy hết tiềm năng của mình khi công nghệ trở nên vô hình, trong khi sự thoải mái của con người lại để lại ấn tượng khó phai.

---

Thông tin dự án:

Tên dự án: Sân bay Changi, Nhà ga số 3, Singapore [SG] – Hoàn thành năm 2007

Các công ty kiến trúc SOM: Skidmore, Owings & Merrill LLP, New York [Mỹ], CPG Corporation Pte Ltd, Singapore [SG]

Nhà thiết kế ánh sáng: Bartenbach LichtLabor, Aldrans [Áo]

Ảnh: Bartenbach, durlum GmbH, David Phan, iStock: Pinopic, Joyt, Fotolia: Chrupka, Herwin Gunawan

Tài liệu tham khảo

Bartenbach LichtLabor. (không ghi năm). Nghiên cứu về ánh sáng tự nhiên và thiết kế chiếu sáng. Innsbruck, Áo: Bartenbach LichtLabor.

Tập đoàn Sân bay Changi. (Các năm khác nhau). Báo cáo Phát triển Bền vững. Singapore: Tập đoàn Sân bay Changi.

Ủy ban Quốc tế về Chiếu sáng (CIE). (2006). CIE 170:2006 – Ánh sáng tự nhiên trong các công trình. Vienna, Áo: CIE.

Hiệp hội Kỹ thuật Chiếu sáng (IES). (2020). Cẩm nang Chiếu sáng (ấn bản thứ 11). New York, NY: Hiệp hội Kỹ thuật Chiếu sáng.

Skidmore, Owings & Merrill LLP (SOM). (2008). Nhà ga số 3 Sân bay Changi, Singapore – Mô tả dự án. Chicago, IL: Skidmore, Owings & Merrill LLP.