Phát triển chiếu sáng đô thị Việt Nam theo hướng Xanh

MTXD - Hệ thống chiếu sáng đô thị tại Việt Nam nếu sử dụng công nghệ tiên tiến có thể giảm 65 - 70% điện năng tiêu thụ, giảm phát thải CO2, góp phần hiện thực hóa mục tiêu đưa phát thải ròng về 0 vào năm 2050.

Chiếu sáng xanh

Ánh sáng có vai trò quan trọng trong việc phát triển một mô hình bền vững. Trong hệ thống chiếu sáng, một số yếu tố có thể góp phần gây ô nhiễm môi trường và hậu quả là biến đổi khí hậu. Dù là đèn, thiết bị cố định hay nguồn sáng, hệ thống chiếu sáng ước tính chiếm 20% lượng điện tiêu thụ của thế giới. Hoạt động theo mô hình xanh có nghĩa là hạn chế tác động đến môi trường, thông qua việc sử dụng có trách nhiệm các nguồn tài nguyên thiên nhiên và tái tạo được, trong mọi lĩnh vực. Trong hệ thống chiếu sáng, chứng kiến sự quan tâm ngày càng tăng vào tính bền vững của môi trường, ngày càng liên quan đến nghiên cứu công nghệ mới và nghiên cứu các vật liệu cải tiến để thiết kế các thiết bị chiếu sáng Xanh.

Cùng với đô thị hóa, ô nhiễm ánh sáng như lạm dụng ánh sáng thiếu kiểm soát, ánh sáng trang trí quá mức… đang gây lãng phí điện năng. Bên cạnh đó, hệ thống chiếu sáng đô thị tại Việt Nam hiện phần lớn còn dùng đèn chiếu sáng công nghệ cũ. Trong khi nếu sử dụng công nghệ tiên tiến có thể giảm 65 - 70% điện năng tiêu thụ, giảm phát thải CO2, góp phần hiện thực hóa mục tiêu đưa phát thải ròng về 0 vào năm 2050 mà Việt Nam đã cam kết tại COP26.

Việc chuyển từ hệ thống chiếu sáng truyền thống sang hệ thống đèn LED có thể tiết kiệm 80% điện năng, tương đương với việc cắt giảm hàng trăm tấn CO2 và tiết kiệm 6,3 triệu đồng cho mỗi tấn CO 2 được cắt giảm. Ví dụ, khu dân cư có thể giảm thiểu 276 tấn CO 2, tiết kiệm 1,738 tỷ đồng. Không những thế, chuyển đổi từ hệ thống chiếu sáng truyền thống sang các hệ thống chiếu sáng xanh - thông minh, không chỉ những doanh nghiệp lớn mà những cá nhân, tổ chức trong và ngoài nước đã có thể đóng góp vào mục tiêu tăng trưởng xanh (1).

Một hệ thống chiếu sáng hiệu quả phải bao gồm đảm bảo tiện nghi thị giác và giảm thiểu năng lượng cho hệ thống, nghĩa là hệ thống có thể tiết kiệm điện đồng thời vẫn duy trì được việc thỏa mãn nhu cầu người sử dụng, đạt tính kinh tế, bảo vệ môi trường, phù hợp với không gian, an toàn cho người sử dụng.

Theo đó, chuyển dịch phát triển chiếu sáng đô thị Việt Nam theo hướng xanh và thông minh là việc làm cần thiết góp phần thúc đẩy tăng trường kinh tế, cải thiện, nâng cao chất lượng cuộc sống và đảm bảo văn minh đô thị. (hình 1)

Chiếu sáng xanh là chiếu sáng sử dụng nguồn sáng chất lượng cao, hiệu suất cao, tiết kiệm điện và thân thiện với môi trường.

Chiếu sáng bền vững (Sustainable lighting) là chiếu sáng được thiết kế bởi các nguồn sáng tiết kiệm năng lượng.

Cụ thể là:

- Nguồn sáng được thiết kế đơn giản, sử dụng vật liệu giúp tiết kiệm năng lượng hoặc tận dụng ánh sáng tự nhiên.

- Nội thất sáng màu và sơ đồ không gian mở là cách làm tăng hiệu quả sử dụng ánh sáng nhân tạo.

- Chiếu sáng tiết kiệm năng lượng không chỉ đơn giản là nguồn sáng/đèn sáng nhất với công suất thấp nhất hay bóng đèn có tuổi thọ cao nhất mà còn cần xem xét kích thước đèn phù hợp với nhu cầu, địa điểm (chiếu sáng theo nhiệm vụ) là một chiến lược tiết kiệm năng lượng.

Nguồn chiếu sáng bền vững nhất là ánh sáng ban ngày hoặc đèn năng lượng mặt trời. Ngoài ra, các công nghệ như đi-ốt phát quang (LED) cũng giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng đáng kể.

Tại Việt Nam, hiện nay sản lượng điện cần cung cấp cho các tòa nhà (nhà hàng, khách sạn, trung tâm thương mại, sinh hoạt…) gần 13,924 tỷ KWh, tương đương với 48% cơ cấu điện thương phẩm. Nhu cầu sử dụng năng lượng của các tòa nhà ngày một tăng. So sánh 2 năm 2006 và 2009 có trên 600 toà nhà trụ sở làm việc có mức năng lượng tiêu hao tăng so với cùng kỳ (một số đơn vị tăng 3,6 lần) (2).

Các tổn thất năng lượng cho chiếu sáng tại các tòa nhà ở Việt Nam theo các nghiên cứu gần đây thường bao gồm: Chưa tận dụng tối đa chiếu sáng tự nhiên; Mật độ chiếu sáng còn cao (chiếu sáng thừa); Bóng huỳnh quang T10 và chấn lưu truyền thống vẫn được dùng phổ biến; Chưa sử dụng nhiều các loại đèn tiết kiệm năng lượng có hiệu suất cao như đèn compact, huỳnh quang T5; Không sử dụng điều khiển tự động chiếu sáng tại các khu vực công cộng như: các khu vệ sinh, sảnh, hành lang, đèn quảng cáo…

Sử dụng năng lượng cho chiếu sáng ngày càng chiếm tỉ trọng lớn và tăng nhanh đáng kể trong tổng nhu cầu về sử dụng năng lượng trong các tòa nhà, không gian công cộng... Vì vậy, việc sử dụng năng lượng dành cho hệ thống chiếu sáng hiệu quả, tiết kiệm sẽ hạn chế được sự tăng lượng điện tiêu thụ, giảm các chi phí kinh tế, giảm gánh nặng cho xã hội, đồng thời giảm lượng phát thải khí nhà kính và một số chất độc hại khác vào môi trường.

Tại nhiều đô thị ở Việt Nam đã sử dụng đèn LED trong chiếu sáng công cộng, đồng thời hầu hết các cơ quan nhà nước đã sử dụng đèn LED tại các vị trí thích hợp nhằm tiết kiệm điện. Khả năng tiết kiệm năng lượng mà đèn LED mang lại rất rõ từ 50 - 70% so với các đèn truyền thống và tuổi thọ cao gấp 5 - 10 lần so với đèn cùng công năng. Điều chỉnh độ sáng (dimming) bằng điều chỉnh động (theo mật độ lưu lượng giao thông) và theo thời gian. Nhiều đô thị lớn như TP.HCM, Hà Nội, Hải Phòng, Cần Thơ, Đà Nẵng… đã triển khai thay thế hoàn toàn đèn cao áp truyền thống bằng đèn LED, việc triển khai thực hiện các giải pháp chiếu sáng thông minh (bao gồm nguồn sáng, cảm biến, bộ điều khiển và truyền thông) góp phần tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải khí CO 2, bảo vệ môi trường. Trung tâm điều khiển chiếu sáng là một phần của Trung tâm điều khiển của thành phố với nhiều chức năng khác nhau (chiếu sáng, giao thông, môi trường) cùng với tự động hóa trong quản lý điều khiển hệ thống chiếu sáng công cộng đô thị theo hướng thông minh góp phần bảo đảm an ninh, an toàn xã hội, cải thiện và nâng cao chất lượng cuộc sống hướng tới phát triển thành phố xanh đã và đang là yêu cầu đặt ra cho chính quyền đô thị các cấp.

Bằng cách kết hợp công nghệ tiên tiến, khả năng kết nối và hiệu quả năng lượng, hệ thống chiếu sáng xanh đường phố thông minh đang cách mạng hóa cảnh quan đô thị và mở đường cho một tương lai tươi sáng và thông minh hơn.

Hệ thống chiếu sáng đường phố xanh - thông minh tận dụng tiềm năng của công nghệ Internet of Things (IoT) để tạo ra mạng lưới kết nối thông minh. Hệ thống thông tin này được trang web cảm biến, giao tiếp không dây và khả năng phân tích dữ liệu để tối ưu hóa và tự động hóa các hoạt động chiếu sáng. Dưới đây là một số ưu tiên và tính năng chính của chiếu sáng xanh cho đường phố: (hình 2)

- Hiệu quả năng lượng: Bằng cách sử dụng đèn LED thay vì truyền thống bóng đèn, hệ thống chiếu sáng xanh có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng xuống 50%. Đèn LED có hiệu suất cao và có tuổi thọ dài hơn, giúp tiết kiệm chi phí đáng kể cho các thành phố.

- Điều khiển thông minh: Đèn đường thông minh có thể được điều khiển từ xa và tăng lịch dựa trên thời gian thực dữ liệu. Điều này cho phép các thành phần điều chỉnh độ sáng, độ sáng và nhiệt độ màu theo yêu cầu của cụ, từ đó nâng cao độ an toàn và giảm độ sáng ô nhiễm bạch cầu.

- Tích hợp cảm biến: Đèn đường thông minh có thể được tích hợp với nhiều cảm biến khác nhau, suy nghĩ như cảm biến chuyển động, cảm biến môi trường và giám sát camera. Điều này cho phép đèn phản ứng với các thay đổi điều kiện, có giới hạn như độ mờ hoặc độ sáng khi không hoạt động hoặc tăng độ sáng để đáp ứng phản ứng với người đi bộ hoặc phương tiện.

Hình 1: Sơ đồ hình họa hệ thống chiếu sáng hiệu quả.

- Phân tích dữ liệu: Khả năng thu thập và phân tích dữ liệu từ đèn điện thông minh cho phép các thành phần được đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu. Bằng cách giám sát mô hình tiêu thụ năng lượng, lưu trữ môi trường giao thông và điều kiện chất lượng, các thành phố có thể tối ưu hóa phân bổ nguồn lực, toàn bộ đường bộ và bảo trì hoạt động.

- Kết nối: Hệ thống chiếu sáng đường phố thông minh làmột phần quan trọng của hệ sinh thái thành phố thông minh.Hoạt động như các trung tâm kết nối, hỗ trợ phát triển cácthiết bị và dịch vụ IoT khác. Điều này mở ra con đường cho các ứng dụng sáng tạo như bãi đậu xe thông minh, giám sátchất lượng không khí và hệ thống giao thông thông minh.

Chiếu sáng xanh thành phố đóng vai trò quan trọng về thẩm mỹ và chức năng. Tuy nhiên, các phương pháp truyền sáng chiếu sáng hạn chế như bóng đèn đốt cháy có thể không mang lại hiệu quả và lãng phí. Việc tiêu thụ năng lượng quá mức, cung cấp phần phát khí cho nhà kính và các biến khí hậu. Bằng cách áp dụng các giải pháp chiếu sáng tiết kiệm năng lượng, các thành phố có thể giảm đáng kể tiêu thụ năng lượng và thúc đẩy phát triển bền vững

Lợi ích của chiếu sáng xanh

Giảm phát thải khí nhà kính:Khí nhà kính được giải phóng khi điện được tạo ra bằng nhiên liệu hóa thạch, góp phần vào sự nóng lên toàn cầu và các tác động tiêu cực liên quan đến môi trường. Một cách để giảm lượng khí thải độc hại là giảm lượng năng lượng sử dụng, do đó sự phổ biến của các bóng đèn tiết kiệm năng lượng thân thiện với môi trường đòi hỏi ít năng lượng hơn để tạo ra ánh sáng mạnh.Thiết bị chiếu sáng bền vững rất quan trọng, giúp làm giảm lượng khí thải carbon tới môi trường. Điều này góp phần giảm ô nhiễm không khí, đất, nước, biến đổi khí hậu và các vấn đề môi trường khác.Lựa chọn ánh sáng bền vững cho doanh nghiệp sẽ giảm tác động xấu lên môi trường. Chỉ cần việc thiết kế chiếu sáng hợp lý, không gây lãng phí cũng giúp tiết kiệm được nhiều nguồn năng lượng, tài nguyên của trái đất.Tính kinh tế:Có thể thấy giá thành đèn năng lượng mặt trời hay đèn LED có chi phí ban đầu khá cao so với đèn sợi đốt hay đèn huỳnh quang, nhưng tính tổng thể sẽ tiết kiệm hơn rất nhiều do phí bảo trì thấp.Tuổi thọ đèn led kéo dài hơn giúp làm giảm nhiều chi phí về nhân công và chi phí thay thế.

Nhiều giải pháp chiếu sáng hiện đại được thiết kế để có tuổi thọ cao. Điều này có nghĩa là tác dụng tích cực của chúng sẽ được cảm nhận trong nhiều năm và không cần phải thay thế thường xuyên như các giải pháp truyền thống không bền vững, làm giảm nhu cầu năng lượng, vật liệu và giá cả trong sản xuất. Vì nhiều giải pháp chiếu sáng xanh được thiết kế để có tuổi thọ cao nên người tiêu dùng có thể tiết kiệm tiền thay thế. Ngoài ra, bằng cách tiết kiệm năng lượng hơn, các giải pháp chiếu sáng hiện đại, thân thiện với môi trường có thểgiảm lượng điện mà người tiêu dùng phải trả.Tính linh hoạt:Các thiết bị chiếu sáng bằng năng lượng mặt trời/ thiết bị chiếu sáng LED có thể đáp ứng nhu cầu sử dụng ở bất cứđâu: nhà ở, bệnh viện, trường học… và trong bất cứ điều kiện thời tiết nào. Chiếu sáng bền vững với sự có mặt của thiết bị chiếu sáng cảm ứng giúp tự động bật/tắt khi không dùng đến cũng góp phần tiết kiệm năng lượng.

Tính linh hoạt còn được thể hiện khi thay thế từ thiết bị tiêu tốn năng lượng sang các thiết bị tiết kiệm điện. Bạn chỉ cần thay thế một số phụ kiện là có thể giảm chi phí tiêu thụ điện. (4)Sức khỏe và hạnh phúc:Chiếu sáng xanh có thể tác động tích cực đến sức khỏe và hạnh phúc của con người. Hệ thống chiếu sáng xanh là giải pháp thay thế lý tưởng cho mọi nguồn sáng thông thường. Do đó, có vô số lĩnh vực ứng dụng các giải pháp chiếu sáng LED hiện đại. Đặc biệt có thể đạt được chi phí cao và tiết kiệm năng lượng ở những nơi thường được chiếu sáng suốt ngày đêm. Chúng bao gồm các bãi đậu xe, ví dụ: sân bay, nhà ga và bệnh viện . Tuy nhiên, đầu tư vào chiếu sáng xanh không chỉ có giá trị ở những lĩnh vực này, bởi vì công nghệ chiếu sáng hiện đại có thể đóng góp rất nhiều cho sự phát triển sinh thái. Chi phí điện và bảo trì thấp hơn sẽ bù đắp cho những chi phí cần thiết. Công nghệ chiếu sáng hiện đại góp phần quan trọng vào sự phát triển đô thị bền vững: Ánh sáng giúp chúng ta tìm đường, tăng cảm giác an toàn và làm đẹp cảnh quan thành phố.Việc sử dụng công nghệ chiếu sáng cũ tạo ra chi phí rất lớn và gây hại cho môi trường. Mỗi năm, hàng triệu côn trùng chết vì ô nhiễm ánh sáng vì bầu trời đêm liên tục sáng hơn và chúng bị thu hút bởi đèn đường hoặc biển quảng cáo. Khi sử dụng công nghệ mới, cả chi phí lẫn lượng phát thải ánh sáng cao đều được khắc phục bằng cách chuyển sang sử dụng bộ đèn bền vững.Việc cải thiện, nâng cao hiệu quả trong chiếu sáng đô thị không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống, tạo mỹ quan đô thị. Do đó, trong quá trình phát triển của ngành chiếu sáng thời gian tới, rất cần sự chung tay, đóng góp hơn nữa của các tổ chức trong và ngoài nước, trong đó có đề xuất các cơ chế, chính sách phù hợp với nhu cầu phát triển mới, giải pháp ứng dụng công nghệ mới và kinh nghiệm quốc tế.

Hình 2: Tỷ lệ đèn LED trong chiếu sáng đèn đường tại Việt Nam theo khảo sát của tư vấn ADB vào năm 2022(3).

Các công nghệ chiếu sáng tiết kiệm chất lượng quan trọng

Các giải pháp chiếu sáng tiết kiệm năng lượng khác nhau dành cho các thành phố thân thiện với môi trường:

Chiếu sáng bằng đèn LED: Đèn LED đã cách mạng hóa ngành công nghiệp chiếu sáng nhờ hiệu quả sử dụng năng lượng vượt trội, độ bền và tính hoạt động. Chúng có nhiều màu sắc khác nhau, có thể điều chỉnh độ sáng một cách dễ dàng và có tuổi thọ cao hơn so với hệ thống đèn điện. Đường đèn LED và hệ thống chiếu sáng thông minh có thể được điều khiển từ xa, tiết kiệm năng lượng bằng cách điều chỉnh độ sáng theo thời gian trong ngày hoặc điều kiện giao thông.

Chiếu sáng bằng năng lượng mặt trời: Chiếu sáng bằng năng lượng mặt trời khai thác năng lượng mặt trời để cung cấp năng lượng cho đèn đường, biển báo và các thiết bị ngoài trời khác. Các hệ thống duy trì này có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng và phụ thuộc vào mạng điện. Sử dụng năng lượng sạch và tái tạo, chiếu sáng bằng năng lượng mặt trời là sự lựa chọn thân thiện với môi trường cho các thành phố thân thiện với môi trường.

Hệ thống chiếu sáng thông minh: Được tích hợp các biến cảm và điều khiển tiên tiến, hệ thống chiếu sáng thông minh thích hợp với môi trường điều kiện, đảm bảo sử dụng năng lượng tối ưu. Hệ thống chiếu sáng thông minh có thể tự động điều chỉnh độ sáng dựa trên độ sáng tự nhiên, phát hiện chuyển động để bật hoặc tắt đèn và theo dõi mức độ tiêu thụ. Hệ thống này tiết kiệm năng lượng hiệu quả trong khi vẫn cung cấp đủ ánh sáng ở các khu vực cụ thể.

Chiếu sáng cảm ứng: Chiếu sáng cảm ứng sử dụng trường điện từ để tạo ra độ sáng nhẹ, làm cho nó trở thành giải pháp thay thế hiệu quả và kéo dài cho hệ thống chiếu sáng tùy chọn. Những đèn đặc biệt này thích hợp cho các khu vực ngoài trời rộng lớn như bãi đậu xe và sân vận động thể thao, mang lại chất lượng sáng cao với tiêu thụ năng lượng tối thiểu.

Bằng cách phát triển các công nghệ chiếu sáng tiết kiệm năng lượng này, các thành phố có thể tăng cường đáng tin cậy các nỗ lực phát triển bền vững, giảm chi phí năng lượng và tạo ra môi trường an toàn hơn cho cư dân (5).

Các vấn đề kỹ thuật liên quan đến chiếu sáng xanh

Kỹ thuật chiếu sáng quan trọng nhất là đáp ứng yêu cầu về độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác, hiệu quả của chiếu sáng Xanh còn phụ thuộc quang thông, màu sắc ánh ánh sáng, sự lựa chọn hợp lý các lắp đèn, sự bố trí việc chiếu sáng vừa đảm bảo kinh tế kỹ thuật và mỹ quan hoàn cảnh, yếu tố tác động đến môi trường. Việc thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu:

a) Không bị lóa mắt: Vì với cường độ ánh sáng mạnh sẽ làm cho mắt có cảm giác loá, thần kinh bị căng thẳng, thị giác sẽ mất chính xác.

b) Không lóa do phản xạ: Ở một số vật công tác có các tia phản xạ cũng khá mạnh và trực tiếp, do đó, khi bố trí đèn phải chú ý tránh hiện tượng này.

c) Không có bóng tối: Bóng tối chỉ có một số trường hợp cần như trong rạp hát, diễn kịch… Còn ở nơi sản xuất (phân xưởng) không nên có bóng tối mà phải sáng đều để có thể quan sát được toàn bộ phân xưởng. Để khử các bóng tối cục bộ, người ta thường dùng bóng mờ và treo cao đèn.

d) Phải có độ rọi đồng đều: Để khi quan sát từ nơi này qua nơi khác mắt không phải điều tiết quá nhiều, gây hiện tượng mỏi mắt.

Theo thống kê, điện năng dành cho chiếu sáng thường chiếm 20% của toàn bộ hệ thống điện. Điều đáng tiếc là, ở Việt Nam, điện chiếu sáng lại hoạt động đúng vào giờ cao điểm khi phụ tải của hệ thống điện đạt đỉnh. Do đó, vấn đề tiết kiệm điện năng của hệ thống chiếu sáng có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế - kỹ thuật không chỉ là mối quan tâm của các đơn vị chuyên ngành mà là của toàn xã hội.

Biện pháp đơn giản nhất để tiết kiệm điện là đặt thời gian đóng cắt hệ thống hợp lý. Ngoài biện pháp tổ chức hợp lý cần áp dụng những biện pháp kỹ thuật: Cải tạo lưới điện nhằm giảm tốn hao công suất truyền tải; Sử dụng đèn và linh kiện có hiệu suất cao; Thay thế bóng đèn sợi đốt bằng các bóng huỳnh quang compac, sodium áp suất cao; Sử dụng bộ đèn có phân bố thông quang hợp lý; Thay thế chấn lưu sắt bằng chấn lưu điện từ; Bảo dưỡng định kỳ hệ thống chiếu sáng (6).

KS NGUYỄN THỊ THANH HOA

Viện Nghiên cứu đô thị và phát triển hạ tầng (Tổng hội Xây dựng Việt Nam)

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

1. Chiếu sáng đèn LED để giảm phát thải, tiết kiệm điện: Sài gòn Giải phóng

2. Báo cáo Giải pháp chiếu sáng tiết kiệm hiệu quả trong các tòa nhà ở Việt Nam.

3. Chiếu sáng thông minh và tiết kiệm năng lượng hướng tới nền kinh tế xanh:

Chương trình quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả 4. Tầm quan trọng của chiếu sáng bền vững

5. https://utilitiesone-com.translate.goog/smart-street-lighting-systemsrevolutionizing-urban-llumination?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=vi&_x_tr_

hl=vi&_x_tr_pto=sc&_x_tr_hist=true#anchor-1

6. Bài giảng kỹ thuật chiếu sáng đô thị: Nguyễn Mạnh Hà - Trường ĐH Kiến trúc Đà Nẵng, năm 2009.