Nghệ thuật chiếu sáng

Nguồn sáng tự nhiên trong thiết kế chiếu sáng

1. nguồn sáng tự nhiên
Nguồn sáng tự nhiên duy nhất đó là Mặt Trời nếu không muốn kể thêm Mặt Trăng. Nguồn sáng tự nhiên có ưu điểm là sẵn có ở bất kỳ nơi nào trên bề mặt Trái Đất và con người tự do sử dụng, không phải trả bất cứ một chi phí nào. Ánh sáng tự nhiên là ánh sáng trắng hoàn toàn, nên nó phản ánh chính xác màu sắc của các đối tượng kiến trúc tới mắt người quan sát.
       Tuy nhiên, nguồn sáng tự nhiên cũng có nhược điểm đó là số giờ có nắng tại các vùng khác nhau trên bề mặt trái đất khác nhau và có hạn (hình 2.4). Ngoài ra, độ rọi ánh sáng tự nhiên không ổn định vì phụ huộc vào độ trong quang của bầu trời hay do hiện tượng tự quay xung quanh mình và tự quay xung quanh Mặt Trời theo một chu kỳ đểu đặn của Trái Đất, nên bề mặt Trái Đất sẽ có vùng sáng, tối biến hóa đều đặn theo chu kỳ ngày và đêm.

     Ánh sáng tự nhiên còn có nhược điểm là khó có thể chiếu sáng cho những góc sâu của nội thất. Ánh sáng mặt trời có hai thành phần chính mà các nhà thiết kế ánh sáng quan tâm đó là ánh sáng trực xạ của Mặt Trời và ánh sáng tán xạ của bầu trời. Nói đến nguồn sáng tự nhiên không thể không đề cập đến ánh trăng – nguồn sáng phản quang về đêm của Mặt Trời, và ánh sáng ngọn lửa cháy mà từ lâu con người đã biết lợi dụng, khai thác từ thiên nhiên.
 Ánh sáng trực xạ của Mặt Trời
     Ánh sáng trực xạ của Mặt Trời là ánh sáng nhận được từ những tia nắng của Mặt Trời. Đặc điểm của loại ánh sáng này là có cường độ cao, nên khi nó chiếu vào các vật thê có hình khối nổi thì tạo ra bóng đổ đậm và sắc nét. Tia nắng mặt trời sinh ra nhiệt lượng rất cao nên nhờ đó trái đất mới được sưởi ấm. Ngoài ra, trong tia nắng mặt trời có tia tử ngoại diệt vi trùng nên tạo ra môi trường có lợi cho sức khỏe con người. Do có cường độ cao, tạo ra bóng đổ đậm và sắc nét nên ánh sáng trực xạ mặt trời có thể làm nổi các bức phù điêu, gờ phào ở các mặt đứng hướng Đông – Tây của công trình kiến trúc, nhưng nó không phù hợp với việc chiếu sáng nội thất phòng học vì thường gây xấp bóng, chói lóa mắt học sinh. Ở những địa phương gần xích đạo thì ánh sáng trời có cường độ sáng rất cao và sinh ra nhiệt lượng lớn nên tạo ra những cảm giác tiêu cực cho con người. Nó gây cảm giác nóng nực và chói lóa mắt. Con người càng thấy gò bó và khó chịu hơn khi biết rằng việc cải thiện điều kiện sống ở các khu vực gần xích đạo là khó thực hiện bởi có sự mâu thuẫn giữa việc ngăn bớt ánh sáng với sự thông thoáng để lấy gió mát. Nếu dùng các mành rèm để ngăn cản ánh sáng trực xạ mặt trời, thì cũng có nghĩa là ta ngăn cản luồng gió mát vào trong phòng và che chắn tầm nhìn. Trong khi tính toán ánh sáng, người ta thường bỏ qua thành phần ánh sáng trực xạ của Mặt Trời vì độ sáng trực xạ của bề mặt mặt trời là 165.107cd/m2 nên gây cảm giác nóng bức và sự chói lóa mắt con người (mắt người không cảm thấy chói khi độ sáng của một bề mặt nào đó bằng hoặc nhỏ hơn 5000cd/m2), hơn nữa khi có một đám mây bay qua nó có thể thay đổi hàng chục lần trong vòng một vài giây, và ánh sáng trực xạ mặt trời khi lọt qua cửa sổ còn bổ sung nhiệt lượng rất cao, gây nóng bầu không khí ở trong phòng.

Ánh sáng tán xạ của bầu trời
           Ánh sáng tán xạ của bầu trời là những tia nắng mặt trời bị các đám mây khuếch tán. Ánh sáng tán xạ của bầu trời có cường độ sáng yếu hơn ánh sáng trực xạ mặt trời nhưng trải đều và bao trùm lên mọi vật thể. Khi nó chiếu vào các vật thể thì bóng đổ sinh ra thường mờ nhạt, không rõ nét thậm chí còn không có. Ánh sáng tán xạ của bầu trời không gây những ảnh hưởng tiêu cực tới mắt người, rất thích hợp cho việc chiếu sáng nội thất các phòng học, thư viện cũng như nhà ở.
Chúng ta đều biết, sự nhìn không những phụ thuộc vào độ rọi tỏa ánh sáng (độ sáng) trên bề mặt của vật quan sát mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nữa như phương của ánh sáng tới, tỉ lệ giữa độ sáng và bóng tối trên bể mặt vật quan sát, tỉ lệ giữa độ sáng của vật cần nhìn so với bối cảnh xung quanh trong tầm nhìn.
          Trong môi trường tự nhiên thì tỉ lệ độ sáng – tối sẽ là tỉ lệ tương ứng độ sáng giữa bầu trời, cảnh quan trong tầm nhìn (cây cối, mặt nước…) và mặt đất. ơ những nước có số giờ nắng nhiều (thường là ở các vùng nhiệt đới), ở đó lại thường có mưa nhiều hơn nên cây cỏ tốt tươi, có nhiều diện tích mặt nước, tỉ lệ trên tất sẽ không giống ở các nước xứ lạnh, ít nắng. Kết hợp các điều kiện khí hậu đặc thù trên, kỹ sư Nguyễn Sanh Dạn có đề xuất tỷ lệ độ sáng tự nhiên tiện nghi ở các nước nhiệt đới tương ứng giữa bầu trời, cảnh vật trong tầm nhìn và mặt đất lần lượt sẽ là 10:7:3. Ở các nước xứ lạnh có số giờ nắng ít thì tỉ lệ này là 5:3:1 và ở những nước có khí hậu nóng khô là 10:3:1.
Trong kiến trúc nội thất, tỉ lệ độ sáng sẽ được tính bằng tương quan giữa các thành tố kiến trúc chính là trần:tường:sàn (trần đóng vai trò như bầu trời trong tỉ lệ độ sáng – tối tự nhiên, tường đóng vai trò của cảnh quan, và sàn đóng vai trò của đất). Do vậy, ở các nước xứ nhiệt đới tỉ lệ độ sáng trong nội thất giữa trần: sàn: tường cũng nên lấy là 10:7:3, còn ở các nước xứ lạnh nên lấy là 5:3:1 và người dân ở các nước xứ lạnh (phương Bắc) thường quen với độ tương phản sáng tối thấp, trong khi đó người dân các nước xứ nhiệt đới mưa nhiều (phương Nam) quen với độ tương phản sáng tối cao. Nhìn chung, mối quan hệ giữa màu sắc và môi trường ánh sáng tự nhiên ngoại thất thì người dân phương Bắc thích dùng các màu sơn sặc sỡ tươi vui hay sẫm màu (độ sáng thấp) cho mặt ngoài công trình kiến trúc, để mùa đông tương phản rõ với màu trắng cảnh quan cho cảnh sắc đỡ buồn tẻ và tạo cảm giác ấm cúng hơn; còn người dân phương Nam lại thích dùng các màu sơn có sắc nhạt và độ phản quang cao (như trắng, kem vàng) để giảm hấp thụ nhiệt vào nhà, phản xạ bớt nhiệt lượng mặt trời.
       Cũng do số giờ có nắng hay ánh sáng trực xạ của Mặt Trời ở những nước xứ lạnh ít, nên các công trình kiến trúc thường có hình khối và các chi tiết trang trí mặt ngoài nhà đơn giản, không cần nhiều mái hắt che nắng. Ngược lại, ở các xứ nhiệt đới bầu trời trong sáng có số giờ nắng nhiều hơn, lại tạo điều kiện tốt cho thị giác nhận biết được hình dáng, sắc độ các chi tiết trang trí và hình khối kiến trúc nên kiến trúc ở đây giàu có hơn về chất điêu khắc và các chi tiết phức tạp tỉ mỉ.
Như vậy, chế độ ánh sáng tự nhiên gồm những yếu tố cơ bản như độ rọi bầu trời, số giờ nắng trong năm, số giờ nắng tro Ìg ngày theo từng mùa ở từng vị trí là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới kiến trúc, bỏ! vì một công trình kiến trúc trong giai đoạn thiết kế đã phải được các nhà kiến trúc sư nghiên cứu để sao cho công trình khi xây xong sẽ phù hợp với khí hậu ở vùng đặt công trình.
         Tại các khu vực như Calcutta, Bombay, thành phố Hồ Chí Minh, Manila vào các tháng đông xuân rất nhiều nắng, 9-10 giờ mỗi ngày, còn các tháng mùa mưa rất ít nắng. Riêng miền Bắc Việt Nam là vùng nhiệt đới có mùa lạnh thuộc vào khu vực có ít giờ nắng trên thế giới, tình hình ngược lại: các tháng đông xuân rất ít nắng (tháng Ba ở Hà Nội chỉ có 1,5 giờ nắng mỗi ngày) còn các tháng hè thu có nhiều giờ nắng nhất trong năm nhưng cũng không quá 6 – 7 giờ mỗi ngày. Độ rọi khuếch tán có thay đổi nhưng không đáng kể theo các mùa trong năm (tham khảo cụ thể ở các atlas khí tượng từng quốc gia, vùng miền).
           Nói chung, đối với các nhà kiến trúc, nguồn ánh sáng tự nhiên là thứ ánh sáng “bị động” không nằm trong tầm kiểm soát và điều khiển của họ như là các loại nguồn ánh sáng nhân tạo. Người kiến trúc sư giỏi là người biết đánh giá tình hình khí hậu và cảnh quan của địa điểm xây dựng, có thể giải quyết có cân nhắc các yêu cầu trên (nhiều khi mâu thuẫn nhau) một cách đúng đắn, tối ưu thậm chí biết khai thác lợi dụng để tạo nên hiệu quả nghệ thuật sáng – tối của không gian về sự biến hóa sinh động theo mùa hay thời khắc ngày và đêm của các chi tiết kiến trúc trên mặt đứng công trình.