CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN ÁNH SÁNG MẶT TRỜI I Hệ số chiếu sáng tự nhiên (e) Nguồn sáng tự nhiên là mặt trời Ánh sáng bức xạ mặt trời tới trên mặt đất gồm 2 thành phần o Bức xạ trực tiếp là những tia sáng xu.
CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN ÁNH SÁNG MẶT TRỜI I Hệ số chiếu sáng tự nhiên (e) Nguồn sáng tự nhiên mặt trời Ánh sáng xạ mặt trời tới mặt đất gồm thành phần: o Bức xạ trực tiếp tia sáng xuyên suốt qua khí truyền thẳng xuống mặt đất tạo nên độ rọi trực tiếp (Ett) o Bức xạ khuếch tán (tản xạ) vòm trời, hạt lơ lửng khí hấp thu tản xạ tia sáng mặt trời xuống mặt đất, tạo nên độ rọi khuếch tán (Ekt) Độ rọi toàn phần điểm nhà, nơi quang dãng mặt trời gây ra: Eng = Ett + Ekt Eng: độ rọi nhà Eng phụ thuộc nhiều yếu tố: độ cao mặt trời, tình hình phản xạ mặt đất, độ suốt khí (độ mây bầu trời)… Ánh sáng trực tiếp không ổn định, bị mây che lấp nhiều, ít… tính tốn chiếu sáng tự nhiên người ta tính với ánh sáng khuếch tán Ekt, bỏ qua Ett Trong tính toán chiếu sáng tự nhiên, quy ước độ rọi nhà độ rọi ánh sáng khuếch tán vòm trời Eng = Ekt o Những nhân tố ảnh hưởng tới độ rọi nhà nhiều, thay đổi theo thời gian, nên giải nhiệm vụ cụ thể thực tế đưa hết vào tính tốn, đặc trưng hệ số tổng hợp gọi hệ số quang khí hậu (khí hậu ánh sáng) o Hệ số quang khí hậu đại diện cho tác dụng hỗn hợp nhân tố ảnh hưởng tới độ rọi nhà o Vì Eng = Ekt thay đổi theo thời gian, độ rọi điểm M (EM) phịng thay đổi theo thời gian, cần phải quy định độ rọi tối thiểu phòng, giá trị độ rọi tối thiểu cửa lấy sáng mang vào o Độ rọi nhà thay đổi có tính chu kỳ, mùa đơng, điều kiện khí hậu số địa phương khơng đủ độ rọi tối thiểu theo quy định chung, mức độ nhìn rõ cịn phụ thuộc tỷ lệ độ sáng vật quan sát với độ sáng bối cảnh quen Để xác định giá trị tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên, người ta dùng hệ số bách phân không thứ nguyên, gọi hệ số chiếu sáng tự nhiên (HSCSTN), ký hiệu e (%): e = 𝐄𝐌 100% 𝐄𝐧𝐠 HSCSTN số % tỷ số giá trị độ rọi điểm tính tốn M (EM) mặt phẳng nằm ngang phịng, với độ rọi ngồi nhà (Eng = Ekt) mặt phẳng nằm ngang, nơi quang đãng, xuất thời điểm với độ rọi phòng EM EM = 𝐞𝐌.𝐄𝐧𝐠 𝟏𝟎𝟎 Vậy muốn xác định giá trị độ rọi phịng (EM) thời điểm phải biết giá trị số độ rọi nhà thời điểm II Định luật Quang học Kiến trúc Định luật hình chiếu góc khối Xét trường hợp thông thường mặt phẳng làm việc (MLV) nằm ngang Lấy điểm cần tìm độ rọi (M) làm tâm, dựng bán cầu bán kính r = đơn vị (r =149,5.106km: đơn vị thiên văn) Giả thiết độ chói mặt bán cầu phân bố Độ rọi M phần diện tích ∆S nhìn từ M qua cửa lấy sáng gây ra: ∆I = B ∆S EM = ∆𝐈 cos𝛃; 𝐫𝟐 r = đơn vị EM= ∆I.cos𝛃 = B.∆S.cos𝛃 ∆S.cos𝛃 = ∆𝛔: hình chiếu ∆S lên mặt phẳng nằm ngang (MLV) đó: EM = B ∆𝛔 I: cường độ sáng – B: độ chói Vì bán cầu (hình ảnh bầu trời) có độ chói B phân bố đều, độ rọi M mặt S rọi sáng bằng: EM = B 𝛔 Diện tính hình chiếu bán cầu mặt phẳng nằm ngang: 𝚺𝛔 = 𝛑.r2 diện tích hình trịn có bán kính r = Do đó: Eng = B 𝚺𝛔 = B 𝛑 Giá trị độ rọi mặt phẳng thẳng đứng trời nửa giá trị độ rọi mặt phẳng nằm ngang ngồi trời Điều xác với mặt đứng kiến trúc nơi có hệ số phản xạ bề mặt xung quanh nhỏ Hệ số phản xạ 𝛒 mặt đất trần khoảng từ 0,15 ÷ 0,3 Do độ rọi thực tế mặt đứng kiến trúc, chiếu sáng ánh sáng khuếch tán bầu trời lớn 50% độ rọi mặt phẳng nằm ngang: Eng đứng = B.𝚺𝛔 = B.𝛑/2 = 0,5.B.𝛑 Định luật gần kỹ thuật chiếu sáng: Độ rọi EM điểm M mặt làm việc phòng nhiều lớp cửa lấy sáng gây ra, kích thước lớp cửa khác nhau, sử dụng kính cửa khác độ chói cửa khác Nếu thiết kế cửa có góc khối, nhìn từ M, đồng thời sử dụng loại kính độ chói lớp cửa nhau: B1 = B2 = … = Bn = Bconst Định luật gần giúp đơn giản tính tốn chiếu sáng tự nhiên III Quang khí hậu – Khí hậu ánh sáng Ánh sáng tự nhiên phòng lấy từ ánh sáng nhà qua hệ thống cửa lấy sáng Ánh sáng nhà phụ thuộc nhiều nhân tố khí hậu, địa hình, cảnh quan… Nguồn sáng tự nhiên: Mặt trời nguồn sáng tự nhiên xạ ánh sáng thường xuyên xuống mặt đất Tuỳ theo cường độ thời gian tác dụng, phân biệt loại ánh sáng: ánh sáng ban ngày, ánh sáng hồng ánh sáng ban đêm Khi bầu trời có mây khơng có mây có loại ánh sáng ánh sáng trực tiếp Ett, ánh sáng khuếch tán Ekt ánh sáng phản xạ Ep từ mặt đất bề mặt xung quanh Do độ rọi tổng cộng bề mặt nhà, nơi quang đãng bằng: Ec = Ett + Ekt + Ep Phương pháp biểu đồ Danhiluk: Phương pháp biểu đồ Danhiluk áp dụng để tính tốn kiểm tra cuối giai đoạn thiết kế kỹ thuật Nguyên lý lập biểu đồ § Lấy điểm tính tốn M phịng làm tâm, dựng bán cầu bán kính đơn vị Điểm M đỉnh góc khối nhìn thấy mảng trời chiếu sáng cho qua lỗ cửa § Dùng 100 mặt phẳng tựa đường kính X-X song song với mặt cửa, chia bầu trời thành 100 dãi, cho hình chiếu dãi mặt phẳng chân trời Như dãy dài vô hạn có giá trị tương đương e=1% Những mặt phẳng cắt vịm trời thành 100 đường kinh tuyến § Dùng 100 mặt phẳng thẳng đứng song song song song với đường kính Y-Y, mặt phẳng vng góc với mặt phẳng lấy ánh sáng, chia bầu trời thành 100 phần, cho hình chiếu phần mặt phẳng chân trời Những mặt phẳng cắt vòm trời thành 100 đường vĩ tuyến § Như 100 đường kinh tuyến 100 đường vĩ tuyến chia vòm trời thành 100x100=10 000 d σ , có hình chiếu mặt phẳng chân trời Lấy mặt phẳng nửa vòng tròn qua trục Y-Y: Nối tâm mặt phẳng nửa vòng tròn với giao điểm đường tròn với kinh tuyến, ta có biểu đồ Danhiluk Lấy mặt phẳng nửa vòng tròn qua trục X-X: Nối tâm mặt phẳng nửa vòng tròn với giao điểm vịng trịn với vĩ tuyển, ta có biểu đồ Danhiluk Phương pháp sử dụng biểu đồ Xác định giá trị e1 Vẽ mặt cắt ngang phòng qua cửa lấy sáng, tỷ lệ tuỳ ý, đủ đặt lọt biểu đồ Danhiluk I Đặt tâm O biểu đồ Danhiluk I trùng với điểm tính tốn M mặt làm việc, trục gốc biểu đồ trùng với mặt làm việc – Mặt làm việc nằm ngang, nghiêng thẳng đứng Đọc số ô giới hạn tia chiều cao cửa Số giá trị e1 Ghi lại khoảng cách 𝐎𝐂, C tâm cửa, đại diện tâm mảng trời nhìn thấy qua cửa lấy sáng 𝐎𝐂 giá trị quãng đường trung bình chùm sáng từ cửa tới điểm tính tốn, M≡O Xác định giá trị e2: Vẽ mặt phòng qua cửa lấy sáng, tỷ lệ với mặt cắt Đặt tâm O biểu đồ Danhiluk vết mặt cắt ngang, trục gốc biểu đồ song song với trục dọc cửa lấy sáng (cũng vng góc với vết cắt ngang), cách tâm cửa đoạn OC Đọc số ô giới hạn tia nằm phạm vị chiều rộng cửa, e2, chẳng hạn e2 = 10 Hệ số chiếu sáng tự nhiên eM tính biểu đồ bằng: eM= 𝐞𝟏.𝐞𝟐 𝟏𝟎𝟎 = 𝟔.𝟏𝟎 = 𝟏𝟎𝟎 0,6% Đây HSCSTN độ rọi khuếch tán Ekt bầu trời gây điểm M Ưu điểm phương pháp biểu đồ Danhiluk biểu đồ tỷ lệ tuỳ ý, tỷ lệ vẽ phòng tuỳ ý, cần mặt mặt cắt tỷ lệ đặt lọt biểu đồ eM hệ số chiếu sáng tự nhiên độ rọi khuếch tán Ekt bầu trời gây điểm M, chưa kể tới hệ số độ chói khơng đồng bầu trời hệ số xuyên sáng 𝛕0 cửa Để tiện sử dụng biểu đồ I vẽ thêm đường tròn đồng tâm, biểu đồ II vẽ lưới đường thẳng song song Lưới đường tròn đường thẳng để đọc giá trị OC Đặt biểu đồ I mặt cắt ngang phòng, đọc giá trị e1, đồng thời đọc ký hiệu vòng tròn biểu đồ qua tâm cửa lấy sáng, ký hiệu khoảng cách 𝐎𝐂 Trên biểu đồ II tìm thấy đường thẳng nằm ngang có ký hiệu tương ứng, đặt đường thẳng trùng với trục cửa lấy ánh sáng mặt Biểu đồ Danhiluk Biểu đồ Danhiluk V Tính ánh sáng phản xạ Lượng ánh sáng tăng thêm tác dụng phản xạ bề mặt phòng gây ra, giá trị định màu sắc kích thước bề mặt giới hạn phịng Khi diện tích bề mặt lớn, màu sáng lượng tăng thêm đáng kể, đồng thời làm cho trường sáng phòng đồng nhiều Trong nhiều trường hợp chiều sâu lấy ánh sáng lớn, vị trí xa cửa nhận ánh sáng phản xạ từ bề mặt phòng chủ yếu Vấn đề có ý nghĩa thiết kế tổ chức nội thất Chiếu sáng cửa bên Khảo sát trường hợp đơn giản phịng hình hộp, chiếu sáng bên Độ rọi điểm phịng chủ yếu gồm thành phần: § Độ rọi ánh sáng khuyếch tán mảng trời nhìn thấy qua cửa gây Ekt § Độ rọi ánh sáng phản xạ từ bề mặt phòng gây E0: EM = Ekt + E0 Bỏ qua ánh sáng phản xạ từ mặt đất ánh sáng phản chiếu từ cơng trình đối diện Thừa nhận gần sau phản xạ qua lại nhiều lần bề mặt giới hạn phòng, ánh sáng phân bố khắp diện tích bao quan phịng Chiếu sáng cửa mái Đối với nhà công nghiệp chiếu sáng cửa mái, ánh sáng phản xạ bề mặt phịng gây ra, xác định phương pháp tính bước theo quang thơng phản xạ: § § § § Quang Quang Quang Quang thông thông thông thông phản phản phản phản xạ xạ xạ xạ từ từ từ từ lên trần: trần xuống: lên trần: trần xuống: F.𝛒1 F.𝛒1𝛒2 F.𝛒1𝛒2𝛒1 = F.𝛒𝟐𝟏 𝛒2 F.𝛒𝟐𝟏 𝛒2𝛒2 = F.𝛒𝟐𝟏 𝛒𝟐𝟐 Ftổng = F + F.𝛒1𝛒2 + F.𝛒𝟐𝟏 𝛒𝟐𝟐 + … = F 𝟏 + 𝛒1𝛒2 + 𝛒𝟐𝟏 𝛒𝟐𝟐 + … S: diện tích nhà diện tích mặt làm việc Với phịng chiếu sáng cửa mái ánh sáng qua cửa mái rọi thẳng xuống nhà, lượng ánh sáng phản xạ phụ thuộc chủ yếu vào hệ số phản xạ trần, độ sáng nhà có ý nghĩa lớn thiết kế kiến trúc lấy sáng cửa mái Có thể suy dẫn kết sau: r = 𝐄𝐤𝐭< 𝐄𝟎 𝐄𝐤𝐭 = 𝐞𝐤𝐭< ?𝟎 ?𝐤𝐭 = 𝟏 𝟏 @𝛒1𝛒2 r: hệ số xét tới ảnh hưởng ánh sáng phản xạ bề mặt phòng gây Ekt: hệ số chiếu sáng tự nhiên ánh sáng khuếch tán nhà, qua cửa lấy sáng vào phòng gây E0: hệ số chiếu sáng tự nhiên ánh sáng phản xạ từ bề mặt phòng gây Kết luận: Từ suy dẫn tới cơng thức tính ánh sáng phản xạ, đưa kết luận quan trọng thực tế ứng dụng màu sắc bề mặt phòng nhà trang thiết bị nên màu sáng diện tích cửa lấy ánh sáng cần thiết giảm nhỏ ... Nguồn sáng tự nhiên: Mặt trời nguồn sáng tự nhiên xạ ánh sáng thường xuyên xuống mặt đất Tuỳ theo cường độ thời gian tác dụng, phân biệt loại ánh sáng: ánh sáng ban ngày, ánh sáng hồng ánh sáng. .. gần giúp đơn giản tính tốn chiếu sáng tự nhiên III Quang khí hậu – Khí hậu ánh sáng Ánh sáng tự nhiên phịng lấy từ ánh sáng ngồi nhà qua hệ thống cửa lấy sáng Ánh sáng nhà phụ thuộc nhiều nhân... xét tới ảnh hưởng ánh sáng phản xạ bề mặt phòng gây Ekt: hệ số chiếu sáng tự nhiên ánh sáng khuếch tán nhà, qua cửa lấy sáng vào phòng gây E0: hệ số chiếu sáng tự nhiên ánh sáng phản xạ từ bề mặt