Phương pháp xác định hệ số phân bố không đồng đều độ chói cho bầu trời nhiệt đới việt nam

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng NUCE 2019 13 (3V): 136–147 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH HỆ SỐ PHÂN BỐ KHƠNG ĐỒNG ĐỀU ĐỘ CHĨI CHO BẦU TRỜI NHIỆT ĐỚI VIỆT NAM Nguyễn Thị Khánh Phươnga,∗, Aleksei Solovyovb , Nguyễn Thị Hoaa a Khoa Kiến trúc Quy hoạch, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Kiến trúc Quy hoạch, Trường Đại học Xây dựng Moscow, Liên Bang Nga Nhận ngày 18/06/2019, Sửa xong 15/07/2019, Chấp nhận đăng 25/07/2019 Tóm tắt Thiết kế chiếu sáng tự nhiên cho cơng trình đóng vai trị quan trọng tiện nghi thị giác người, nâng cao hiệu suất lao động tiết kiệm lượng cho cơng trình Cho đến việc tính tốn thiết kế chiếu sáng tự nhiên nước ta dựa mơ hình bầu trời đầy mây CIE Mơ hình bầu trời đặc trưng cho nước ơn đới có thời gian mùa đơng dài, khơng đặc trưng cho bầu trời nhiệt đới Việt Nam, nơi mà độ rọi mặt ngang ngồi nhà độ chói bầu trời gây lớn Vì cần thiết phải nghiên cứu cập nhật lý thuyết tính tốn thiết kế chiếu sáng tự nhiên Nghiên cứu đề xuất phương pháp phân tích phân bố độ chói bầu trời nhiệt đới Việt Nam xác định hệ số phân bố không đồng độ chói q cho hai thành phố Hà Nội TP Hồ Chí Minh dựa số liệu khí hậu ánh sáng Việt Nam, phương pháp: 1) phương pháp sử dụng 15 mơ hình bầu trời đề xuất Kittler; 2) phương pháp sử dụng hệ số mây Ko (tỉ số độ rọi ngang tán xạ độ rọi ngang tổng xạ) Kết nghiên cứu khác biệt giá trị hệ số phân bố không đồng độ chói q tính tốn với mơ hình bầu trời đầy mây bầu trời nhiệt đới thưc tế Việt Nam Phương pháp nghiên cứu sử dụng cho nhiều vùng khí hậu khác Từ khố: hệ số phân bố khơng đồng độ chói; chiếu sáng tự nhiên; hệ số phân bố độ chói; tính tốn chiếu sáng tự nhiên CORRECTION OF THE UNEVEN BRIGHTNESS COEFFICIENT FOR THE TROPICAL SKY CONDITIONS Abstract In the design of buildings and structures, the calculation of natural lighting plays an important role in providing visual comfort, rational use of the daylight resource and achieving energy efficiency Until now, the overcast sky CIE is mainly used in the daylight calculations as the most unfavorable condition This sky condition is characteristic of a long winter period of temperate climate and is not typical of the tropical sky, where diffuse horizontal illuminance values are very high For these reasons, an update of theoretical studies in the daylighting calculations and design the daylighting systems must be completed Accordingly, this study proposes modern methods of analyzing the firmament luminance distributions to determine the coefficient of uneven brightness when calculating the Daylight Factor for more realistic sky conditions in the tropical climate of Vietnam For this, the sky types have to be defined according to the locations Fifteen international standard types of the firmament with their descriptors are provided by Kittler et al and a technique using a relation of diffuse and total solar illuminance levels named the cloudiness coefficient Ko are considered to confirm the sky type for Hanoi and Ho Chi Minh City A comparison of the results shows the differences of using classical Overcast sky condition and the proposed sky conditions The method offered and verified in this study showed that, it has potential to be used for difference climate areas Keywords: coefficient of uneven brightness; tropical sky condition; daylight climate; daylighting calculations https://doi.org/10.31814/stce.nuce2019-13(3V)-15 c 2019 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) ∗ Tác giả Địa e-mail: phuongntk@nuce.edu.vn (Phương, N T K.) 136 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Giới thiệu Trong nhiều năm gần đây, biến đổi khí hậu ngày trầm trọng hơn, thiết kế cơng trình hiệu lượng ngày quan tâm đặc biệt, bao gồm nhiều vấn đề kỹ thuật như: thiết kế nhiệt, thiết kế thơng gió tự nhiên, sử dụng lượng mặt trời [1–3] đó, thiết kế chiếu sáng tự nhiên đóng vai trị quan trọng để đảm bảo tiện nghi nhìn kết nối người với môi trường Ánh sáng tự nhiên nguồn sáng bền vững cho cơng trình, cho chất lượng ánh sáng tốt Nhiều nghiên cứu ánh sáng tự nhiên ln đóng vai trò chủ đạo sống người, giúp tiết kiệm lượng cho cơng trình, giúp phân định màu sắc tốt nhất, tăng suất lao động, tạo cảm giác thoải mái cho thị giác nhu cầu tâm lý sinh lý người [4–8] Để tính tốn chiếu sáng tự nhiên cách xác thực mơ cần phải nghiên cứu khí hậu ánh sáng địa phương Điều quan trọng để tính hệ số phân bố độ chói hệ số phân bố khơng đồng độ chói cho dạng bầu trời khác Trong tính tốn chiếu sáng tự nhiên tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên Liên Bang Nga [9] cần phải xác định hệ số chiếu sáng tự nhiên (HSCSTN) điểm phòng Cũng theo tiêu chuẩn HSCSTN điểm phòng xác định theo công thức sau: Chiếu sáng bên:   M   L (1) εtn j b f j ktn j  ro τo MF ebp = C N  εbi q(γ)i + i=1 j=1 Chiếu sáng (cửa trời):   etp = C N  T i=1   εti q(γ)i + εtb (r2 k f − 1) τo MF (2) C N hệ số khí hậu ánh sáng địa phương; L số mảng trời nhìn thấy từ điểm tính tốn nhà qua cửa sổ; M số mặt đứng đối diện nhìn thấy từ điểm tính tốn nhà qua cửa sổ; εbi hệ số chiếu sáng tự nhiên hình học điểm tính tốn chiếu sáng bên có tính đến ánh sáng trực tiếp bầu trời; qi hệ số phân bố không độ chói mảng trời thứ i; εtn j hệ số chiếu sáng tự nhiên hình học điểm tính tốn chiếu sáng bên có tính đến ánh sáng phản xạ từ nhà đối diện; b f j độ chói trung bình từ mặt đứng thứ j tòa nhà đối diện; ro hệ số phản xạ trung bình từ bề mặt phịng chiếu sáng bên; ktn j hệ số ảnh hưởng tới phản xạ bề mặt phòng xuất cơng trình đối diện; τo hệ số xuyên sáng kính cửa sổ; MF hệ số bảo dưỡng cửa sổ; T số lượng cửa sổ tính chiếu sáng trên; εti hệ số chiếu sáng tự nhiên hình học chiếu sáng có tính đến ánh sáng trực tiếp bầu trời; εt b hệ số chiếu sáng tự nhiên hình học trung bình chiếu sáng điểm nằm giao tuyến mặt cắt đặc trưng phòng mặt làm việc quy ước; r2 hệ số phản xạ bề mặt phòng chiếu sáng trên; k f hệ số phụ thuộc dạng cửa chiếu sáng Để tính hệ số chiếu sáng tự nhiên nhà cần xác định hệ số phân bố khơng đồng độ chói q thơng qua hệ số phân bố độ chói bầu trời β Hệ số β tính theo tỷ số thập phân khơng thứ nguyên độ chói mảng trời quan sát với độ chói thiên đỉnh xác định theo công thức (3), (4) [7, 10] Hệ số phân bố độ chói bầu trời trung gian xác định dựa hai bầu trời CIE tiêu chuẩn [11]: bầu trời quang mây (Clear Sky - Kittler, 1973) bầu trời đầy mây (Overcast Sky - Moon & Spencer, 1942) 137 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hệ số phân bố độ chói bầu trời quang mây (Clear Sky) xác định theo công thức sau: −0,32 L(α,γ) (1 − e sin γ )(0,91 + 10e−3X + 0,45cos2 X) βcs = = Lz 0,274 × (0,91 + 10e−3Zs + 0,45cos2 Z s ) (3) X = arccos(cos Z s cos Z + sin Z s sin Z cos Az ) (4) Đối với bầu trời đầy mây (Overcast Sky), hệ số phân bố độ chói xác định theo công thức: βos = Lγ + sin γ = Lz (5) βcs hệ số phân bố độ chói bầu trời quang mây; βos hệ số phân bố độ chói bầu trời đầy mây; γ góc độ cao mảng bầu trời, (radians); Lz độ chói thiên đỉnh, (cd.m−2 ); γ s góc độ cao mặt trời (radians); Z góc mảng bầu trời thiên đỉnh, Z = 900 − γ (độ); Lγα độ chói mảng bầu trời có góc phương vị góc độ cao α, γ, (cd.m−2 ); X góc mảng bầu trời mặt trời, xác đinh phương trình (4) (radians); Z s góc thiên đỉnh mặt trời, (radians); Az Chênh lệch góc phương vị mảng bầu trời kinh tuyến bầu trời (radians), Az = |α − α s |; α α s góc phương vị mặt đứng mảng bầu trời góc phương vị mặt trời, (radians) Sự phân bố độ chói bầu trời đầy mây khơng phụ thuộc vào góc phương vị mặt trời hay góc phương vị mảng trời khảo sát độ chói thiên đỉnh gấp ba lần độ chói chân trời Kittler cs [10] xây dựng mơ hình bầu trời tiêu chuẩn cách sử dụng hai đại lượng: tỉ số độ rọi ngang tán xạ chia cho độ rọi ngang bên lớp khí (extra-terrestrial horizontal illuminance) Dv /Ev hệ số T v đặc trưng cho độ đục khí (luminous turbidity factor) Một phương pháp phân loại bầu trời dựa hệ số mây Ko đề xuất để tính tốn so sánh a hệ số mây K đề xuất để tính tố 1.Hình Các1.góc thể vị trí mặt trời mảng trời k Các góc thể vị trí mặt trời mảng trời khảo sát Mục tiêu nghiên cứu đề xuất phương pháp tính tốn hệ số phân bố khơng đồng độ chói điều kiện bầu trời nhiệt đới thực tế Việt Nam cho hai thành phố: Hà Nội TP Hồ Chí Minh Theo đó, có ba nhiệm vụ nghiên cứu chính: - Xác định loại bầu trời Việt Nam hai phương pháp: phương pháp thứ sử dụng tỉ số độ rọi ngang khuếch tán nhà Dv chia cho độ rọi ngang ngồi tầng khí Ev hệ số T v ; phương pháp thứ hai sử dụng hệ số mây K0 để xác định loại bầu trời thực theo thống kê độ mây - Xác định hệ số phân bố độ chói β bầu trời thực tế - Tính tốn giá trị hệ số phân bố khơng đồng độ chói bầu trời cho Hà Nội TP Hồ Chí Minh 138 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Phương pháp nghiên cứu Dựa hai mơ hình bầu trời CIE tiêu chuẩn, sử dụng phương pháp Kittler phương pháp hệ số mây Ko để xác định bầu trời trung gian Các mô tả loại bầu trời hệ số Ko tính tốn dựa số liệu khí hậu địa phương Từ tính tốn hệ số phân bố độ chói bầu trời β hệ số phân bố khơng đồng độ chói bầu trời q 2.1 Các loại bầu trời tiêu chuẩn Kittler phương pháp xác định β theo 15 bầu trời tiêu chuẩn Tập hợp loại bầu trời tiêu chuẩn thiết lập [12], theo đó, dựa số liệu đo lường độ chói Tokyo, Berkeley, Sydney, Kittler cs [13] đưa 15 loại bầu trời vào tiêu chuẩn CIE (2001): loại bầu trời đầy mây, loại bầu trời quang mây loại bầu trời trung gian Việc xác định 15 loại bầu trời chi tiết bao trùm tất dạng bầu trời xem xét tán xạ khuếch tán khác bầu khí ảnh hưởng ánh sáng mặt trời trực xạ [14, 15] Để xác định loại bầu trời cần xác định tỉ số Dv /Ev hệ số T v [7, 16]: − ln Tv = Pv Ev (6) Av m Pv G v Dv = − Ev Ev Ev Ev = 133,8 sin γ s (lux) m= (7) (8) sin γ s + 0,50572(γ s + 6,079950 ) Av = −1,6364 9,9 + 0,043m (9) (10) T v hệ số đặc trưng cho độ đục khí quyển; Pv độ rọi trực xạ mặt ngang, (Klux); Ev độ rọi ngồi khí mặt ngang, (Klux); Dv độ rọi tán xạ mặt ngang, (Klux); Gv độ rọi tổng xạ, (Klux); m khối lượng khí Av ánh sáng phát trạng thái lý tưởng, phụ thuộc vào góc độ cao mặt trời [16] Sau đưa loại bầu trời tiêu chuẩn vào, việc tính tốn hệ số phân bố độ chói dựa tham số vị trí mặt trời vị trí mảng trời khảo sát (các tham số a, b, c, d, e) Lγα f (X)ϕ(Z) = Lz f (Z s )ϕ(00 ) (11) b cos Z (12) ϕ(00 ) = + a exp (b) (13) β= ϕ(Z) = + a exp f (X) = + c exp (dX) − exp dπ + ecos2 X (14) f (Z s ) = + c exp (dZ s ) − exp dπ + ecos2 Z s (15) với ≤ Z ≤ π/2 chân trời ϕ(π/2) = Các tham số a, b, cd, e tham khảo từ Bảng 139 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Các tham số tiêu chuẩn 15 loại bầu trời Các yếu tố đặc trưng loại bầu trời Các tham số tiêu chuẩn Loại bầu trời Chỉ số Gradation Chỉ số indicatrix a b c d e Tv Dv /Ev 10 11 12 13 14 15 I I II II III III III III IV IV IV V V VI VI 2 4 5 4,0 4,0 1,1 1,1 0,0 0,0 0,0 0,0 −1,0 −1,0 −1,0 −1,0 −1,0 −1,0 −1,0 −0,7 −0,7 −0,8 −0,8 −1,0 −1,0 −1,0 −1,0 −0,55 −0,55 −0,55 −0,32 −0,32 −0,15 −0,15 2 10 10 10 16 16 24 −1,0 −1,5 −1,0 −1,5 −1,0 −1,5 −2,5 −3,0 −1,5 −2,5 −3,0 −3,0 −3,0 −3,0 −2,8 0,00 0,15 0,00 0,15 0,00 0,15 0,30 0,45 0,15 0,30 0,45 0,45 0,30 0,30 0,15 > 45 > 20 > 45 > 20 > 45 > 20 12,0 10,0 12,0 10,0 4,0 2,5 4,5 5,0 4,0 0,10 0,18 0,15 0,22 0,20 0,38 0,42 0,41 0,40 0,36 0,23 0,10 0,28 0,28 0,30 Bảng cho thấy, phân bố độ chói 15 dạng bầu trời tiêu chuẩn dựa nhóm giá trị a b nhóm giá trị c, d e Theo công thức từ (6)–(15) sau loại bầu trời địa phương xác định, sử dụng tham số tiêu chuẩn a, b, c, d e tính phân bố độ chói bầu trời thực địa phương (kết xem Bảng 3) 2.2 Đánh giá khí hậu ánh sáng địa phương phương pháp xác định β theo hệ số mây Ko Đánh giá dựa tính tốn phân bố độ chói loại bầu trời CIE tiêu chuẩn cách sử dụng hệ số mây Ko đề xuất Aleksey K Solovyov Phương pháp xác định độ chói vùng bầu trời thực tế mô tả tài liệu [17, 18], mơ tả ngắn gọn: Chia nửa bán cầu bầu trời thành phần nhỏ, theo góc phương vị, giới hạn mặt phẳng ngang chia theo góc 15◦ Theo góc cao bầu trời, chia toàn bầu trời thành vùng: vùng chân trời (góc cao 2,5◦ ); vùng bầu trời trung tâm (góc cao từ 10◦ ÷ 80◦ ), vùng bầu trời thiên đỉnh (góc cao từ 80◦ ÷ 90◦ ) Vùng bầu trời trung tâm (độ cao 10◦ ÷ 80◦ ) chia với bước chia 10◦ (Hình 1) Tổng giá trị độ chói mảng trời cho độ rọi vùng bầu trời xem xét Đối với bầu trời quang mây, phân bố độ chói phụ thuộc vào vị trí Mặt trời Nghiên cứu tính tốn giá trị hệ số phân bố khơng đồng độ chói q trường hợp bất lợi nhất, có nghĩa 140 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng trường hợp HSCSTN nhỏ giá trị độ rọi nhà tương ứng độ rọi tới hạn Ecr Các điều kiện dùng để tính tốn sau: - Xác định góc phương vị hướng cửa sổ Mặt trời HSCSTN nhỏ nhất: nghiên cứu [14, 15] cho thấy, giá trị góc phương vị hướng cửa sổ Mặt trời 105◦ 225◦ HSCSTN nhỏ Trong tính tốn hệ số phân bố độ chói bầu trời, vị trí Mặt trời phải cố định theo góc phương vị dùng cơng thức (1), (2) để tính tốn theo giá trị X Z s Cần lưu ý trường hợp bầu trời loại 1, tương ứng với bầu trời đầy mây CIE tiêu chuẩn, độ chói khơng thay đổi theo góc phương vị Mặt trời so với hướng cửa lấy sáng [11], đó, việc tính tốn hệ số chiếu sáng tự nhiên khơng phụ thuộc vào vị trí Mặt trời - Xác định góc độ cao Mặt trời thời điểm độ rọi tới hạn Ecr : điều kiện bầu trời quang mây, cần xác định góc độ cao Mặt trời thời điểm độ rọi ngang nhà đạt giá trị tới hạn (Ecr ) Các giá trị Ecr chọn theo biểu thức sau: Ecr = 100 norm Eart enorm (16) norm Eart tiêu chuẩn độ rọi nhân tạo; enorm hệ số chiếu sáng tự nhiên tiêu chuẩn Trong nghiên cứu [19, 20], đánh giá phân tích ánh sáng tự nhiên cho Việt Nam thực với độ rọi khuếch tán ngang cho Hà Nội Nghiên cứu cho thấy mối quan hệ hệ số chiếu sáng tự norm nhiên e, (%); độ rọi tới hạn Ecr , (lux) độ rọi nhân tạo tiêu chuẩn Eart , (lux) dựa khoảng thời gian xem xét từ 08h00 đến 17h00 ứng với 100% thời gian làm việc Tương tự, Mardaljevic J [18] đưa số làm việc hàng ngày, ví dụ: 7:00 - 20:00, 8:00 - 17:00, 8:00 - 19:00 9:00 16:00 Bảng 2, đề xuất giá trị hệ số chiếu sáng tự nhiên trung bình điểm phịng cho Việt Nam tương ứng với 50%, 80%, 100% thời gian sử dụng ánh sáng tự nhiên (ASTN theo làm việc) Bảng Đề xuất giá trị hệ số chiếu sáng tự nhiên trung bình điểm phịng cho Việt Nam [11, 21] norm Eart (lux) 500 300 200 100 50% thời gian sử dụng ASTN 80% thời gian sử dụng ASTN 100% thời gian sử dụng ASTN e (%) Ecr (lux) e (%) Ecr (lux) e (%) Ecr (lux) 1,5 0,9 0,6 - 33300 33300 33300 - 2,25 1,35 0,90 < 0,50 22200 22200 22200 - 3,5 2,1 1,4 0,7 14286 14286 14286 14286 Bảng cho thấy, độ rọi tới hạn đạt xấp xỉ 15000 lux thỏa mãn tất trường hợp khác thời gian sử dụng ASTN Từ nhiều nghiên cứu chiếu sáng tự nhiên, phép đo Khrochitsky, Zeker Littlefair, P Tregenza [22–25], xác nhận kết nghiên cứu P Tregenza đưa công thức thực nghiệm xác định độ rọi ngang khuếch tán phụ thuộc vào góc cao Mặt trời sau đây: (17) E D = 10,5(γ s + 5)2,5 , −5◦ < γ s ≤ 5◦ E D = 48800sin1,105 γ s , 5◦ < γ s ≤ 60◦ (18) Sử dụng cơng thức (18) để tính góc cao Mặt trời, độ rọi tới hạn 15000 lux tương ứng góc cao Mặt trời là 20,1◦ 141 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Giả định rằng, bầu trời trung gian có độ mây thay đổi liên tục từ trạng thái đầy mây đến trạng thái quang mây, theo Gillette Trido đề xuất, hệ số mây xác định tỉ lệ độ rọi ngang tán xạ chia cho độ rọi ngang tổng xạ K0 = E D /E Q Hệ số giảm từ 1,0 bầu trời hoàn toàn đầy mây đến giá trị 0,2 bầu trời quang mây [11, 19] Độ chói bầu trời trung gian xác định dựa trọng số hai loại bầu trời giới hạn L(z, α) = ξL(z, α)clear + (1 − ξ)L(z)overcast (19) βreal = ξβclear + (1 − ξ)βovercast L(z, α)clear độ chói bầu trời quang mây theo công thức Kittler; L(z)overcast độ chói bầu trời đầy mây Moon and Spencer; ξ hàm pha tương ứng với luật phân phối chuẩn xác nhận nghiên cứu [11, 18] + cos (K0 π) ξ= (20) 2.3 Xác định hệ số phân bố không đồng độ chói q cho bầu trời Việt Nam Hệ số phân bố khơng đồng độ chói q xác định theo công thức: q= E skyuni f orm β Erealsky (21) β phân bố độ chói bầu trời; E skyuni f orm độ rọi mặt ngang bầu trời chói đều, E skyuni f orm = Lz π; Erealsky độ rọi mặt ngang bầu trời thực tế có phân bố độ chói khơng đồng [17, 18], tương ứng với góc cao mặt trời độ rọi tới hạn nhà Trong công thức (21): 345 E Hα + 0,024Lz + E2,5 Erealsky = (22) γ=80◦ ∆E Hα = 0,046Lz βγ cos γ sin γ (23) γ=10◦ 345 E2,5 = 0,001Lz βα;2,5 (24) số hạng công thức (22) tổng giá trị độ rọi phần bầu trời trung tâm, xác định với góc độ cao Mặt trời tương ứng với giá trị độ rọi ngang tới hạn; số hạng thứ hai độ rọi phần bầu trời thiên đỉnh; số hạng thứ ba độ rọi phần bầu trời chân trời, với chiều cao góc tính 2,5◦ đường chân trời (xem Hình 1) Kết nghiên cứu bàn luận Các liệu khí hậu ánh sáng Hà Nội TP Hồ Chí Minh sử dụng cho nghiên cứu tham khảo từ liệu ASHRAE IWEC2 Tập tin phát triển cho ASHRAE White Box Technologies, Inc dựa sở tích hợp hàng bề mặt cho 3012 địa điểm bên Hoa Kỳ Canada, thời gian thu thập liệu 12 năm tới 25 năm [19] 142 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 3.1 Xác định loại bầu trời với tỉ số DV/Ev hệ số Tv dựa bầu trời tiêu chuẩn đề xuất Kittler Để xác định tỉ số DV/Ev, liệu độ rọi ngang khuếch tán độ rọi ngang tổng nhà sử dụng cơng thức (6)–(10) Kết tính tốn cho thấy bầu trời Hà Nội xác định dạng bầu trời mây khơng hồn tồn, khơng theo quy luật tăng dần thiên đỉnh, sáng nhẹ phía Mặt trời thuộc bầu trời loại 6; bầu trời loại 10 – “bầu trời mây phần với vùng trời sáng gần vị trí mặt trời đại diện cho bầu trời thành phố Hồ Chí Minh [11] Hình 2(a) thể biểu đồ phân bố độ chói β tùy thuộc vào loại bầu trời, tính từ cơng thức (11)–(15) Để tính toán, tham số tiêu chuẩn loại bầu trời sử dụng Giá trị góc phương vị mặt trời hướng cửa sổ X lấy theo mơ tả mục 2.2 Các góc quan sát mảng bầu trời tính theo độ cao từ 10◦ đến 90◦ (a) Phương pháp Kittler (b) Phương pháp hệ số mây K0 K Hình Hệ số phân bố độ chói β cho Hà Nội TP HCM vị trí Mặt trời góc cao 20,1 góc phương vị 105◦ 225◦ so với mảng trời quan sát ◦ 3.2 Xác định loại bầu trời dựa hệ số mây K0 Để phân loại bầu trời cho thành phố với hệ số mây K0 , giá trị độ rọi ngang khuếch tán độ rọi ngang tổng xạ sử dụng Kết cho thấy giá trị trung bình K0 0,81 cho Hà Nội 0,57 cho Thành phố Hồ Chí Minh [11] Sử dụng cơng thức (19) (20), phân bố độ chói β theo hệ số mây K0 thu Hình 2(b) 3.3 Xác định hệ số phân bố khơng đồng độ chói q Sau tính tốn hệ số phân bố độ chói β, sử dụng cơng thức (21)–(24) tính hệ số phân bố khơng đồng độ chói q (Hình 3) So sánh kết tính tốn hệ số phân bố độ chói β hệ số phân bố khơng đồng độ chói q bầu trời Hà Nội, bầu trời TP Hồ Chí Minh bầu trời đầy mây CIE cho Bảng 143 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (a) Phương pháp Kittler (b) Phương pháp hệ số mây K0 ittler Hình Hệ số phânr bố khơng đồng độ chói q Bảng Kết tính tốn hệ số phân bố độ chói β hệ số phân bố không đồng độ chói q theo mơ hình bầu trời Kittler Loại 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Loại Loại Loại Loại Loại q β q β q β q β q β q β q β q 0,36 0,51 0,67 0,79 0,87 0,93 0,97 0,99 1,00 0,45 0,64 0,84 1,00 1,11 1,18 1,23 1,26 1,27 0,35 0,50 0,65 0,77 0,86 0,92 0,96 0,99 1,00 0,44 0,62 0,81 0,95 1,06 1,14 1,19 1,22 1,24 0,68 0,74 0,82 0,88 0,93 0,96 0,98 1,00 1,00 0,76 0,83 0,92 0,99 1,04 1,08 1,10 1,12 1,12 0,67 0,73 0,80 0,87 0,91 0,95 0,97 0,99 1,00 0,74 0,80 0,89 0,95 1,01 1,05 1,07 1,09 1,10 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,98 0,98 0,98 0,98 0,99 0,99 1,00 1,00 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,95 0,95 0,96 0,98 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97 0,98 0,99 1,00 0,93 0,92 0,92 0,92 0,92 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,95 0,95 0,95 0,95 0,96 0,97 0,99 1,00 0,89 0,88 0,88 0,88 0,88 0,89 0,90 0,91 0,93 Loại 10 β q β q 2,24 1,86 1,55 1,34 1,19 1,10 1,04 1,01 1,00 1,55 1,29 1,07 0,92 0,82 0,76 0,72 0,70 0,69 2,21 1,83 1,52 1,31 1,17 1,08 1,03 1,00 1,00 1,49 1,23 1,03 0,88 0,79 0,73 0,69 0,68 0,67 Loại 11 q β 2,18 1,80 1,50 1,29 1,16 1,07 1,02 1,00 1,00ii 1,42 1,18 0,98 0,84 0,75 0,70 0,67 0,65 0,65 Loại 12 β Loại 13 q β 2,96 1,75 3,00 2,12 1,25 2,15 1,64 0,97 1,67 1,36 0,80 1,38 1,19 0,70 1,21 1,09 0,64 1,10 1,03 0,61 1,04 1,00 0,59 1,00 1,00Ch 0,59inh1,00 Ho ,45 ,45 ,56 ,56 ,67 ,67 qq ,57 0,67 0,67 ,57 ,71 ,71 0,70 0,70 ,85 ,85 0,75 0,75 98 1,38 1,38 98 144 97 97 1,13 1,13 97 97 1,02 1,02 Loại 14 Loại 14 q β q β q 1,75 1,25 0,97 0,81 0,70 0,64 0,60 0,58 0,58 4,05 2,47 1,80 1,44 1,24 1,11 1,04 1,01 1,00 i 2,12 1,29 0,94 0,76 0,65 0,58 0,54 0,53 0,52 4,10 2,51 1,83 1,47 1,26 1,13 1,05 1,01 1,00 2,09 1,28 0,93 0,75 0,64 0,58 ồng 0,54 0,52 0,51 inh /E ,, /E 10 20 30 Loại β Loại 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Loại /E , 16 79 49 0,77 0,79 0,87 94 94 94 1,22 0,99 0,98 49 23 03 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Bảng Kết tính tốn hệ số phân bố độ chói β hệ số phân bố khơng độ chói q theo phương pháp hệ số mây K0 K = 0,1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 K = 0,2 K = 0,4 K = 0,5 K = 0,6 β q β q β q β q β q β q 2,89 2,07 1,61 1,34 1,18 1,08 1,02 1,00 1,00 1,66 1,19 0,92 0,77 0,67 0,62 0,59 0,57 0,57 2,71 1,96 1,54 1,30 1,15 1,07 1,02 1,00 1,00 1,62 1,17 0,92 0,77 0,69 0,64 0,61 0,59 0,60 2,43 1,79 1,43 1,23 1,11 1,05 1,01 1,00 1,00 1,55 1,14 0,91 0,78 0,71 0,67 0,64 0,64 0,64 2,09 1,57 1,30 1,15 1,06 1,02 1,00 1,00 1,00 1,46 1,10 0,91 0,80 0,74 0,71 0,70 0,70 0,70 1,70 1,34 1,15 1,06 1,01 1,00 0,99 0,99 1,00 1,33 1,04 0,90 0,83 0,79 0,78 0,78 0,78 0,78 1,31 1,01 1,00 0,97 0,96 0,97 0,98 0,99 1,00 1,17 0,97 0,89 0,86 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 K = 0,7 10 20 30 40 50 60 70 80 90 K = 0,3 K = 0,8 K = 0,9 K = 1,0 K = 0,81 K = 0,57 β q β q β q β q β q β q 0,96 0,88 0,87 0,88 0,91 0,95 0,97 0,99 1,00 0,98 0,89 0,88 0,89 0,92 0,96 0,98 1,00 1,01 0,69 0,71 0,76 0,82 0,88 0,93 0,97 0,99 1,00 0,78 0,80 0,87 0,93 0,99 1,05 1,10 1,13 1,14 0,51 0,60 0,69 0,78 0,85 0,91 0,96 0,99 1,00 0,63 0,74 0,86 0,96 1,05 1,13 1,19 1,22 1,23 0,45 0,56 0,67 0,76 0,84 0,91 0,96 0,99 1,00 0,57 0,71 0,85 0,97 1,07 1,16 1,22 1,26 1,27 0,67 0,70 0,75 0,82 0,88 0,93 0,97 0,99 1,00 0,77 0,79 0,87 0,93 1,00 1,06 1,11 1,14 1,15 1,43 1,17 1,04 1,00 0,98 0,98 0,98 0,98 1,00 1,22 0,99 0,89 0,85 0,83 0,84 0,84 0,85 0,86 Bảng So sánh kết β q Hà Nội TP Hồ Chí Minh γ (độ) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Hệ số phân bố độ chói β Bầu trời đầy mây CIE Hà Nội Hệ số phân bố khơng đồng độ chói q TP Hồ Chí Minh Hà Nội TP Hồ Chí Minh β q K0 Dv /Ev , T v K0 Dv /Ev , T v K0 Dv /Ev , T v K0 Dv /Ev , T v 0,45 0,56 0,67 0,76 0,84 0,91 0,96 0,99 1,00 0,57 0,71 0,85 0,97 1,07 1,16 1,22 1,26 1,27 0,67 0,70 0,75 0,82 0,88 0,93 0,97 0,99 1,00 0,98 0,97 0,97 0,97 0,97 0,98 0,98 0,98 0,99 1,38 1,13 1,02 0,98 0,96 0,97 0,98 0,99 1,00 2,16 1,79 1,49 1,28 1,15 1,06 1,01 0,98 0,99 0,77 0,79 0,87 0,93 1,00 1,06 1,11 1,14 1,15 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,95 0,95 0,96 1,22 0,99 0,98 0,85 0,83 0,84 0,84 0,85 0,86 1,49 1,23 1,03 0,88 0,79 0,73 0,69 0,68 0,67 145 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Kết luận - Để tính hệ số phân bố độ chói β hệ số phân bố khơng đồng độ chói q bầu trời Hà Nội TP Hồ Chí Minh, chúng tơi dựa hai loại bầu trời giới hạn CIE: bầu trời đầy mây (Moon - Spenser) bầu trời quang mây tiêu chuẩn (R Kittler) Nghiên cứu trình bày hai phương pháp tính tốn: phương pháp xác định phân bố độ chói dựa 15 mẫu bầu trời đề xuất R Kittler; phương pháp sử dụng hệ số mây K0 đề xuất Aleksey K Solovyov Phương pháp Kittler phải bắt đầu định nghĩa loại bầu trời với tham số Dv /Ev T v - Phương pháp xác định loại bầu trời trung gian theo hệ số mây K0 phương pháp đơn giản so với phương pháp Kittler Trong điều kiện bầu trời nhiệt đới thực, giá trị thu hệ số q góc thấp lớn so với bầu trời nhiều mây, đặc biệt thành phố Hồ Chí Minh, nơi điều kiện bầu trời quang mây điển hình Tài liệu tham khảo [1] Ngun, P Đ (2014) Thiết kế cơng trình có hiệu lượng: hai cách tiếp cận kiến trúc vào khí hậu Việt Nam Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 8(2):40–46 [2] Nguyên, P Đ (2015) Đề xuất thiết kế kiến trúc đón nhận tự nhiên thơng gió đónkhơng khí tự nhiên có kiểm sốt Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 9(4):98–103 [3] Hà, P T H (2016) Nghiên cứu phương pháp đánh giá hiệu lượng kiến trúc nhà dân dụng cao tầng Việt Nam Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD)-ĐHXD, 10(1):119–125 [4] Solovyov, A K (2017) Research into illumination of buildings and construction, conducted in architectural and construction educational and scientific institutes: a review Light & Engineering, 25(1):23–30 [5] Boyce, P R (2014) Human factors in lighting CRC Press [6] Tregenza, P., Mardaljevic, J (2018) Daylighting buildings: Standards and the needs of the designer Lighting Research & Technology, 50(1):63–79 [7] Darula, S., Kittler, R (2002) CIE general sky standard defining luminance distributions In Proceedings eSim - The Canadian Conference on Building Energy Simulation, 11–13 [8] Castro, J C L., Zaborova, D D., Musorina, T A., Arkhipov, I E (2017) Indoor environment of a building under the conditions of tropical climate Magazine of Civil Engineering, 76(8):50–57 [9] СП 367.1325800.2017 Residential and public buildings Daylighting design [10] Kittler, R., Perez, R., Darula, S (1998) A set of standard skies characterizing daylight conditions for computer and energy conscious design US SK 92 052 Final Report, ICA SAS Bratislava, Polygrafia Bratislava [11] Phuong, N T K (2018) Luminance distributions in the tropical sky conditions Magazine of Civil Engineering, 84(8):192–204 [12] Kittler, R., Darula, S (2002) Parametric definition of the daylight climate Renewable Energy, 26(2): 177–187 [13] Draft standard CIE DS 011.0/E-2001 Spatial distribution of daylight-CIE standard general sky CIE Central Bureau, Vienna [14] Darula, S., Kittler, R., Wittkopf, S K (2006) Outdoor illuminance levels in the tropics and their representation in virtual sky domes Architectural Science Review, 49(3):301–313 [15] Darula, S., Kittler, R (2015) Classification of daylight conditions in cloud cover situations Light & Engineering, 23(1):4–14 [16] Kasten, F., Young, A T (1989) Revised optical air mass tables and approximation formula Applied Optics, 28(22):4735–4738 [17] Solovyov, A K (2009) Luminance distribution over the firmament: taking it into account when designing natural illumination for building Light & Engineering, 17(1):59–64 [18] Zemtsov, V A., Solovyov, A K., Shmarov, I A (2017) Luminance parameters of the standard cie sky within natural room illumination calculations and their application under various light climate conditions in Russia Light & Engineering, 25(1):106–111 146 Phương, N T K cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [19] Phuong, N T K., Solovyov, A K (2018) Potential daylight resources between tropical and temperate cities – a case study of Ho Chi Minh City and Moscow MATEC Web of Conferences, 193 [20] Phuong, N T K., Solovyov, A K., Ha, P T H., Hanh, D K (2019) Confirmed method for definition of daylight climate for tropical Hanoi In Advances in Intelligent Systems and Computing, Springer International Publishing, 35–47 [21] Нгуен Тхи Хань Фыонг, Соловьев, А К., Тамразян, А Г (2019) Комплкесный подход к определению размеров светопроемов в зданиях с учетом требований безопасности/Integrated approach to determining sizes of light openings in buildings taking into account safety requirements Промышленное и гражданское строительство, (5):20–25 [22] Mardaljevic, J., Christoffersen, J (2017) Climate connectivity in the daylight factor basis of building standards Building and Environment, 113:200–209 [23] Tregenza, P R (1986) Measured and calculated frequency distributions of daylight illuminance Lighting Research & Technology, 18(2):71–74 [24] Gordon, J (2013) Solar energy: The state of art Earthscan, New York, USA [25] Gillette, G., Treado, S (1985) The issue of sky conditions Lighting Design & Application, 23(19): 22–27 147 ... Cơng nghệ Xây dựng (a) Phương pháp Kittler (b) Phương pháp hệ số mây K0 ittler Hình Hệ số phânr bố khơng đồng độ chói q Bảng Kết tính tốn hệ số phân bố độ chói β hệ số phân bố khơng đồng độ chói. .. (20), phân bố độ chói β theo hệ số mây K0 thu Hình 2(b) 3.3 Xác định hệ số phân bố khơng đồng độ chói q Sau tính tốn hệ số phân bố độ chói β, sử dụng cơng thức (21)–(24) tính hệ số phân bố khơng đồng. .. với bầu trời đầy mây (Overcast Sky), hệ số phân bố độ chói xác định theo cơng thức: βos = Lγ + sin γ = Lz (5) βcs hệ số phân bố độ chói bầu trời quang mây; βos hệ số phân bố độ chói bầu trời