QUANG HỌC KIẾN TRÚC PHẦN 06: CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

I. AÙNH SAÙNG MAËT TRÔØI:1. Ñoä roïi ngoaøi nhaø.2.Öu khuyeát ñieåm cuûa aùnh saùng Maët trôøi.II. CAÙC YEÁU TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN CSTN:1. Maët trôøi. 2. Khí quyeån.QUANG KHÍ HAÄU:CAÙC ÑÒNH LUAÄT CÔ BAÛN CUÛA QUANG HOÏC KIEÁN TRUÙC:1. Ñònh luaät hình chieáu goùc khoái. 2. Ñònh luaät gaàn ñuùng cuûa kyõ thuaät chieáu saùng.

BÀI 6: CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

I ÁNH SÁNG MẶT TRỜI:

1 Độ rọi ngoài nhà.

2.Ưu khuyết điểm của ánh sáng Mặt trời.

II CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CSTN:

1 Mặt trời.

2 Khí quyển.

III QUANG KHÍ HẬU:

IV CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG

HỌC KIẾN TRÚC:

1 Định luật hình chiếu góc khối.

2 Định luật gần đúng của kỹ thuật chiếu

sáng.

MẶT TRỜ I

MẶT ĐẤ T

KHÍ QUYỂ N

E

tt

E kt

I ÁNH SÁNG MẶT TRỜI:

Các hạt huyền phù nhận NL từ BXMT

 Phản xạ + hấp thụ + xuyên qua

AS Mặt Trời truyền đến mặt đất gồm:

AS trực tiếp: E tt

AS khuếch tán: E kt

Độ rọi ngoài nhà do Mặt trời tạo ra: E ng = E tt +

E kt

Độ rọi tổng cộng ngoài nhà: E c = E tt + E kt + E

Khi tính toán CSTN, độ rọi ngoài nhà: E ng =

E kt

1 Độ rọi ngoài

nhà:

Ưu khuyết điểm của AS trực tiếp:

- Tăng cường hiệu qủa sáng vào phòng.(kèm năng lượng nhiệt)

- Tạo bóng đổ

- Diệt khuẩn, chống rêu mốc

2 Ưu khuyết điểm của

AS.Mặt Trời:

Ưu khuyết điểm của AS khuếch tán:

-A

O

o

ho

B

Đ

R

II CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

ĐẾN CSTN:

- Là qủa cầu lửa, D =

695.000 km

 Lò phản ứng hạt nhân

khổng lồ

a Vị trí Mặt

Trời:

1 Mặt Trời:

- Khoảng cách trung bình từ Trái Đất

đến Mặt Trời:

R = 149,5.10 6 km = 1 đơn vị thiên văn

- Năng lượng của MT truyền đến Trái Đất:

= khoảng 1/ (2 tỉ) NL toàn phần của MT.

A O

Góc định vị MT:

MẶT TRỜ I

E

MẶT ĐẤ T

So

o

b Năng lượng của

Mặt Trời:

Năng lượng MT dược đặc trưng bằng

2 đại lượng:

- Hằng số độ rọi: ( E O )

- Hằng số nhiệt : ( S O )

Sự phân bố năng lượng trong quang phổ bức xạ của MT:

+ Bức xạ khả kiến: 52%

+ Bức xạ hồng ngoại: 43% 

+ Bức xạ tử ngoại: 5%

Hằng số độ rọi: (E O )

- Đặc trưng cho khả năng bức xạ AS thường xuyên xuống Trái Đất của MT

- EO là độ rọi nhận được trên bề mặt mặt đất

vuông góc với chùm bức xạ MT với khoảng cách đến MT bằng 1 đv thiên văn

E O 135.000 lux (đo bên ngoài giới hạn khí quyển)

Độ rọi trên các bề

mặt khác:

·       - Độ rọi trên bề mặt vuông góc với chùm bức xạ MT:

E = E O P m /r 2 (lux)

Trong đó: r 1.

P: độ trong suốt của khí quyển

m: hệ số khối lượng của khí quyển (m

= 1/sin hO)

- Độ rọi trên mặt phẳng nằm

ngang:

E ng = E.sin h O (lux)

Hằng số nhiệt: (S O )

- Đặc trưng cho khả năng bức xạ nhiệt thường xuyên xuống Trái Đất của MT

- SO là năng lượng bức xạ của MT tới trên 1 cm2 bề mặt đặt vuông góc với chùm bức xạ trong khí quyển , trong thời gian 1 phút với khoảng cách đến MT bằng 1 đv thiên văn

SO = 0,135 watt /cm2 = 1,938 cal/cm2.phút (Mỹ)

SO = 0,132 watt /cm2 = 1,895 cal/cm2.phút (Châu Âu)

·       - Độ rọi trên bề mặt thẳng đứng

(hợp với mp của chùm bức xạ tới 1 góc (A

- ) :

E tđ = (E O /r 2 ).P m cos(A - ).cos h O

( Với : E’ = (EO/r2).Pm.cos(A - )

E tđ = E’.cos hO )

Trong đó : A: góc phương vị của MT

: góc phương vị của pháp tuyến hướng

ngoại

của mặt nghiêng (mp xác định E’).

2 Khí quyển:

a Mây:

- Đặc tính của mây: phụ thuộc loại mây

- Đặc điểm của khí quyển ảnh hưởng lớn đến độ rọi của AS khuếch tán

- Các yếu tố ảnh hưởng đặc điểm của khí quyển:

+ Mây + Độ trong suốt khí quyển

+ Hệ số phản xạ của Mặt Đất

+ Sự phân bố độ chói của bầu trời

+ Mây cao: cách Mặt Đất từ vài km đến 12 km

(gồm mây cuộn, mây cuộn lớp, mây tầng tích)

+ Mây thấp: cách MĐ khoảng 1 km (gồm mây

lớp, mây mưa, mây tích)   - Lượng mây: đánh giá bằng cấp

mây

+ Trời trong: cấp 0  2 + Trời nửa trong: cấp 3  7 + Trời đầy mây: cấp 8  10

b Độ trong suốt của khí quyển (P) :

Được đánh giá bằng Hệ số trong suốt của không khí:

P = Q X / Q Y < 1 (P ≈ 0,5  0,9)

Trong đó:

QX : là lượng quang thông sau khi xuyên qua 1

km không khí

QY : là lượng quang thông trước khi xuyên qua

1 km không khí

1km

c Hệ sồ phản xạ của Mặt Đất ():

Tính chất phản xạ của các lớp phủ khác nhau trên Mặt Đất được đặc trưng

bằng hệ số phản xạ của Mặt Đất ()

d Hệ số độ chói của bầu trời:

Trong tính toán: độ chói của bầu trời sẽ cực đại

ở thiên đỉnh và giảm dần đều đến chân trời

T M

N

B

z

Đ

Hệ số độ chói không đều của bầu trời (q)

q = B / B z = 3(1 + 2sin)/7.

Trong đó:

B : độ chói trung bình của mảng trời nhìn thấy từ điểm tính toán qua cửa lấy sáng

Bz : độ chói ở thiên đỉnh

 : góc cao của mảng trời nhìn thấy từ điểm tính toán qua cửa lấy sáng

B

C

M

Bz

MLV



III QUANG KHÍ HẬU:

Là khí hậu AS, là đặc điểm AS của 1 địa phương

Biểu đồ quang

khí hậu:

Giá trị độ rọi trung bình từng giờ trong tháng

 Thành lập biểu đồ đường cong độ rọi trung bình ngoài nhà cho mỗi địa phương

Biết độ rọi giới hạn ngoài nhà (E ng.gh) là độ rọi ngoài

nhà mà lúc đó trong nhà phải mở đèn:

 Xác định được thời gian chiếu sáng tự nhiên và nhân

tạo cần thiết

TCVN qui định : E ng.gh = 5000 lux

Nếu thiết kế CSTN tốt:

Eđ = etc .Eng.gh

(lấy AS ban ngày ngoài nhà để sử dụng trong nhà)

Trong đó: E đ là độ rọi tiêu chuẩn của CS nhân tạo

(qui phạm hiện hành Eđ = 3000 – 5000 lux)

etc là hệ số CSTN tiêu chuẩn

ĐỘ RỌI NGOÀ I NHÀ

M M E

IV CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC KIẾN TRÚC:

a Trường hợp MLV nằm

ngang:

1 Định luật hình chiếu góc

khối:

Độ rọi tại 1 điểm ngoài nhà: Eng = Ekt

Vì độ rọi tại 1 điểm ngoài nhà do diện tích

toàn bán cầu gây ra:

 Eng = B.(.R2) = B.(.12) = B.

Giả thuyết là độ chói

của mặt bán cầu phân bố

đều

Độ rọi tại M do phần

diện tích S của mặt bán cầu

rọi đến:

EM = (I/ R2).cos 

Vì R = đơn vị  EM = I.cos 

= (B.S).cos 

Vì S.cos  =   E M = B  (*)

M

M

E

B = Const

MLV

R=1

B





Ta có:

eM = (EM / Eng ).100% = (B. / B.).100%

 e M = ( / ).100% (gọi là ĐL hình chiếu góc khối) Trong đó:

: là hình chiếu của diện tích mảng trời S tạo độ rọi tại M xuống mp chân trời (mp nằm ngang, MLV)

: là hình chiếu của diện tích toàn vòm trời (mặt bán cầu) xuống mp chân trời

 Biết e M, ta xác định được giá trị tương đối của độ rọi tại

1 điểm bất kỳ trên mặt làm việc trong phòng được lấy sáng qua hệ thống cửa bên hay cửa mái (so với độ rọi ngoài nhà ở cùng thời điểm đóĐộ rọi trên mp thẳng )

đứng:

Etđ = B.(.r2/2) = B./2

 Etđ = En.ngang /2

 Thực tế thì Etđ >

En.ngang /2

b Trường hợp MLV nằm

nghiêng:

Vì giả thuyết độ chói

của

bầu trời phân bố đều

 Có thể xoay bầu trời

theo phương của MLV

B = Const

MLV

S

S'

M MLV NẰM NGHIÊNG

E

C M R = 1





B

2 Định luật gần đúng của kỹ

thuật chiếu sáng:

Nếu: 1 =  2 = 

Thì : E 1M = E 2M (Dù F1 =/= F2 ) B = Const

S

E

F

1

F 2

M



Ứng dụng:

+ Khi sử dụng biểu đồ trong

thiết kế,

có thể vẽ tỉ lệ tùy ý

+ Có thể dùng mô hình để

kiểm tra

hiệu quả thiết kế CS trước khi

XD thực tế

(Nên thu nhỏ mô hình tối đa

là1/20)