vật lý kiến trúc 2,TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, EBOOK quang học kiến trúc , chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo phần 1. Việt Hà, Nguyễn Ngọc Giả. bài tiểu luận nghiên cứu về yêu cầu thẫm mỹ khi thiết kế chiếu sang tự nhiên vào bên trong công trình kiến trúc
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIÊN TRÚC THÀNH PHƠ HƠ CHÍ MINH Việt Hà - Nguyễn Ngọc Giả Chiếu sáng tự nhiên chiều sáng nhân tạo NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC THANH PHO HO CHi MINH VIET HA - NGUYEN NGOC GIA QUANG HOC KIEN TRUC CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN VÀ CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO DÙNG CHO SINH VIÊN NGÀNH KIẾN TRÚC, XÂY DỰNG, CÁC ĐƠN VỊ THIET KE UNG DUNG THUC TE NHA XUAT BAN XAY DUNG HA NOI - 1998 LOI NOI PAU Qua nhiều năm giảng dạy thiết kế úng đụng thực tế, mạnh dạn cho xuất sách "Quang học kiến trúc" với mong muon gop phan nâng cao chất lượng dạy học, động thời tài liệu tham khảo tin cậy thiết kế ứng dụng thực tế Nội dung sách gồm phân : Kĩ thuật sử nghệ thuật chiếu sáng Chiếu sảng tự nhiên Chiếu sáng nhân tạo Đặc biệt, chúng tơi trích biên soạn sỗ tiêu chuẩn lí thuyết sở Ủy hội thắp sáng giới (C.L.E) Liên đoàn ki thuật điện thé giải (U.T E), với chủ ý để bước hòa nhập dần theo kĩ thuật tiên tiễn thể giới, với đà tăng trưởng giao lưu kinh tế đất nước Khi nghiên cứu thiết kế kiến trúc ngun lí giải pháp nội dụng song hành, thấu đáo ngun lí giải pháp lựa chọn xác có hiệu kiến trúc cao khơng mặt cơng năng, kinh tế, tính hợp lí, mà thẩm mĩ kiến trúc đạt độ bần vững ưu én mao kién tric thẩm mĩ diện mạo người VỀ số lượng yêu tố cấu thành diện mạo, người giống nhau, thẩm mĩ điện mạo không di giống Và quan trọng yếu tố cấu thành điện mạo người hồn tồn xác định với cơng bên tồn bên ngồi nó, Quang học kiến trúc phận khơi sâu lí thuyết kién trúc gọi nguyên lí kiến trúc, Khi biên soạn tâm huyết véi Chắc chắn thiếu sót, chúng tơi mong nhận ý đồng nghiệp xa gân, xin gửi Phịng Nghiên cứu khoa học Trường đại Hà Chí Minh, gửi cho tác giả Trân trọng biết ơn tắt đồng nghiệp Tác giả mà chúng chủ ý ta quen kiến đóng góp học Kiên trúc TP PHẦN I NHỮNG KIẾN THỨC CHUNG VỀ KĨ THUẬT CƠ SỞ CỦA NGHỆ THUẬT CHIẾU SÁNG Chương KHÁI NIỆM VỀ BẢN CHẤT CỦA ÁNH SÁNG I SÓNG ĐIỆN TỪ, SỰ TẠO THÀNH SÓNG ĐIỆN TỪ Hez Dùng làm thí nghiệm nguồn sau : điện xoay chiều cao tần nối qua ống dây tự cảm L va L’ tới kim loại D D' Trên đầu kim loại gắn cầu A B gần (hình 1-1) Điều chỉnh hiệu điện khoảng cách A, B để xuất hiện tượng phóng điện A B Điện trường xuất A B biến thiên theo thời gian, (dịng điện xoay chiều), đó, dùng dụng cụ đo lường phát thấy điểm M khơng gian có Cặp véctd: - Véctơ X cường - Vếctơ cường a aia độ điện thiên theo thời gian N aa trường E độ từ trường H biến K Thí nghiệm chứng tỏ rằng, điện trường biến thiên tạo từ trường biến thiên truyền khơng gian trình điểm Mắcxoen : giải thích nhờ Quá M luận Do tác dụng từ dòng điện, xung quanh Hình 1-1 điện trường biến thiên xuất từ trường biến thiên, véctd cường độ từ trường H biến thiên tuần hoàn theo thời gian Do tượng cảm ứng điện từ, từ trường biến thiên lại làm xuất chung quanh điện trường xốy, tức làm xuất véctơ điện trường E biến thiên Hiện biến theo thời gian Điện trường lại tạo quanh từ trường biến thiên tượng xuất liên tiếp, kết điện từ trường biến thiên lan truyền không gian, tạo thành sóng điện từ Như vậy, sóng điện từ trường điện từ thiên lan truyền khơng gian Có thể mơ tả q trình qua sơ đồ sau (hình ¡.2) II NHỮNG TÍNH CHẤT CHUNG CỦA SĨNG ĐIỆN TU Sóng điện từ tồn mơi trường chất mơi trường chân khơng Sóng điện từ sóng ngang : dao động véctd E H vng góc với phương truyền sống Vận tốc truyền sóng điện từ mơi trường chân khơng lớn so với truyền môi trường khác Sóng điện từ lan truyền khơng có liên quan với trình chuyển động phần tử mơi trường sóng, Hình sóng điện từ truyền chân khơng 1-2 II SĨNG ĐIỆN TỪ PHẲNG ĐƠN SẮC - Sóng điện từ phẳng đơn sắc sóng có + ⁄ tần số ( xác định, tức có chu kì T xác định : ị 2m =o Trong : œ vận tốc góc Và mơi trường xác định, có bước sóng ^ xác định : » = CT Trong C vận tốc lan truyền sóng Hình 1-3 - Trong môi trường đồng chất đẳng hướng, nguồn sóng nguồn điểm, vị trí gần tâm sóng, mặt sóng mặt câu có tâm nguồn song, phuong truyén sống trùng với bán kính xuất phát từ nguồn vi trí xa nguồn sóng, coi mặt sóng sống (tia sống) Sóng điện từ phẳng khơng mặt phẳng song song vng góc với phương truyền đơn sắc, vừa tuần hoàn theo thời gian (Ð), vừa tuần hoàn theo gian (x), mơ tả tọa độ chiêu (hình 1-3) IV PHAN LOẠI SĨNG ĐIỆN TỪ Sóng điện từ có tần số f bước sóng À khác có khác Thơng tính chất thường, phân loại sóng điện từ theo giá trị chiều dai bước sống A 1, Sóng điện từ có bước sóng từ vài km đến vài cm sóng vơ tuyến điện - Vơ tuyến truyền đùng sóng từ 2km đến I1m - Vơ tun truyền hình dùng sóng mét - Vơ tuyến định vị (rada) dùng sống cm Những sóng điện từ ngắn hơn, A = 0,38 đến 0,76u xạ nhìn thấy (ánh sáng) Những xạ có chu kì bé, khoảng - Những xạ điện từ có bước sóng ^ > - Những xạ điện từ có bước sóng ^ < Tia Rơnghen (cịn gọi tia X) phát chim tia 4m cực, tia xạ y phát 15 ”” sóc 0,76m gọi xạ hồng ngoại 0.38u gọi xạ tử ngoại từ vật rắn đưới tác dụng từ chât phóng xạ tự nhiên sóng điện từ có bước sóng vào khoảng 2.10! mét nhỏ Mọi vật tự nhiên có nhiệt độ cao độ không tuyệt đối, luôn xạ lượng chưng quanh, lượng gọi lượng xạ Năng lượng xạ lan truyền khơng gian dạng sóng điện từ H- Đọc micrômét lụ = 10m = 10%mm hay 1A im = 10'mm = 10% mu - Đọc milimicrômét Ll mp = 107p = 10°m v ANH SANG - BUC XẠ ĐIỆN TỪ KHẢ KIẾN (hình 1-4) Tồn miền xạ điện từ « Tia vi tru Y † † 1012 Tử Tia X 19! ầ ngoại Hồng qgể ngoại ; † lợ6 l0 a ad Sóng vô tuyến † 102 sô † Aim Bức xạ điện từ khả kiến Tử ngoại 380 Tím 400 Lam 439 Xanh 498 Lục 500 + Vàng |Da cam | 568 600 Hồng 631 Đỏ 700 Hồng ngoại 760mH À: Hình 1-4 + Tồn phổ xạ điện từ, theo Ủy ban thắp sáng giới CI.E Từ (hình 1-4) đễ đàng mỊi nhận biết rằng, ánh sáng chiếm dải hẹp phơ xạ sóng điện từ, có bước sóng liên tuc tir 380mp đến 760mit, ứng với dải màu : tím, lam, xanh, lục, vàng, da cam, hồng, đỏ - Ánh sáng trắng ban ngày mà mắt nhìn thấy tập hợp liên tục xạ điện từ đơn sắc từ màu tím đến màu đỏ - Một xạ điện từ có bước sóng ^ xác định miền khả kiến, tác dụng vào mắt người tạo cảm nhận màu sắc xác định - Nhiều ánh sáng đơn sắc hợp thành ánh sáng phức tạp - Tính chất ánh sáng phức tạp định tỉ lệ cường độ quang phổ ánh sáng đơn sắc thành phần chứa tập hợp Vấn đề có ý nghĩa chiếu sáng kiến trúc VI ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HÌNH HỌC Quang học kiến trúc khoa học xây dựng sở nguyên lí quang hình học Quang hình học khoa học nghiên cứu lan truyền ánh sáng không ý tới chất tỉa sáng Dựa vào định luật phép tính hình học, quang hình học giúp nghiên cứu tạo bóng kiến trúc nói chung, tiếp nhận ánh sang mặt làm việc phòng qua hệ thống chiếu sáng đơn giản Bến định a) Định luật quang hình học : luật truyền thẳng ánh sáng Trong môi trường suốt, đồng chất đẳng hướng, ánh sáng truyền theo đường thẳng Thật vậy, khí ánh sáng mặt trời lọt qua khe cửa, ánh sáng đèn pha ôtô v.v tạo thành vệt sáng thẳng bóng tơi Phương truyền ánh sang gọi tia sáng Khi ánh sáng truyền qua lỗ hở nhỏ qua vật chắn có kích thước nhỏ cỡ bước sóng ánh sáng định luật khơng cịn nữa, phải dùng ngun lí quang học sóng lí giải bị Định tia sang : luật tác dụng độc lập Tác dụng chùm tia sáng khác hoàn toàn độc lập Nghĩa tác dụng chùm Hình 1-5 tia sáng khơng phụ thuộc vào có mặt hay khơng có mặt chùm sáng khác c) Hai định luật phân xạ khúc xạ ánh sáng ĐácaH : Khi tia sáng OI tới mặt phân cách môi trường suốt, đồng chất đăng hướng tia sáng OI lại tách làm tia (hình 1-5) - Tia phản xạ IRỊ - Tia khúc xạ IRz Đồng thời tuân theo định luật sau : Định luật Décatt | : Tia phan xa IR, nằm mặt phẳng tới (mat phẳng chứa tia tới pháp tuyến IN) Góc tới góc phản xạ (¡ = Ï) Định luật ĐécafI : Tia khúc xạ nằm mặt phẳng tới OIN phía bên mặt phân cách n-n : Sinii ˆ , = nại có giá trị khơng đồi Sinia nại - Gọi chiết xuất tỉ đối môi trường môi trường Như vậy, giá trị nại phụ thuộc vào chất môi trường (môi tỉa sáng tới môi trường tia sáng khúc xạ) Sinii Khi : Sind =nại>l; in ig i) > iz trường Tia khúc xạ gập lại gần pháp tuyến IN Nếu nại < tic 1a iy < ig tia khúc xạ lệch xa pháp tuyến Chit ¥ ring igmax = 7/2, d6 tia khúc xạ IR`¿ tựa sắt vào mặt phân cách mơi trường đ) Hiện lượng phần xạ tồn phân - Như vậy, tia tới ứng với góc tỚi ¡| < imax = cho tia khúc xạ Góc tỚới itmax tng voi igmax = 7/2, ta CỐ : ` HH x = 49° \_itma Sin i2max = Sỉn 4/2 = I Sin iymax = 921 Géc téi itmax nhu vay goi 1A géc t6i tới hạn Khi iị > may Hiện (hình Hinh 1-6 tồn tia tới cho tia phan xa, khơng có tia khúc xạ Ta có tượng limax= phản xạ toàn phần 49 tượng 1-6) nước phản xạ toàn phần ứng Ánh sáng truyền từ nước khơng khí, dụng để đổi phương truyền ánh sáng Nếu vận tốc ánh sáng môi trường Vị, V¿ : n 21 vt Vy =—— Với nước khơng khí : nại = 133 Với thủy tỉnh khơng khí : nại = 1,52 Nếu C vận tốc ánh sáng môi trường chân khơng, mơi trường đó, : n= ” với bước sóng Thơng lượng xạ miền xạ khả kiến 6, : o = 2d Phổ miền xạ khả kiến (ánh sáng trắng ban ngày) : Bức xạ màu tím : A = 380 + 450 mp Buc xa mau cham : A = 450 + 480 mp Bức A = 480 + 510 xạ màu lam : Bite xa mau lục : Bức xạ màu vàng mp A = 510 + 550 mp : A = 550 = 585 mp Bức xạ mầu da cam : ^ = 585 + 620 mụ Bức A’ = 620 + 760 mp xạ mầu đỏ : Muốn biết tính chất chùm sáng phải biết cấu trúc quang phổ, sy phan bố tỉ lệ xạ đơn sắc cấu trúc chùm sáng Để giải vấn đề này, người ta đưa vào khái niệm "Cường độ quang phổ " kí hiệu ep, ll