Bài giảng chiếu sáng tự nhiên & nhân tạo

VẬT LÝ KIẾN TRÚC CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.1 KHÍ HẬU ÁNH SÁNG  Ánh sáng tự nhiên chiếu sáng phòng lấy trực tiếp từ ánh sáng bên mặt trời  Ánh sáng mặt trời có hai thành phần là:    Ánh sáng trực xạ nhận thông qua tia nắng mặt trời Ánh sáng tán xạ bầu trời Giá trị thành phần thay đổi nhiều phụ thuộc vào quy luật chuyển động mặt trời, độ suốt khí quyển, lượng mây dạng mây bầu trời CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.1 KHÍ HẬU ÁNH SÁNG  Phân vùng khí hậu ánh sáng Việt Nam:    Độ rọi giảm từ ven biển vào đất liền thể chênh lệch theo vĩ độ (thường tăng dần từ Bắc vào Nam) Độ rọi trung bình khác theo mùa, cao mùa Xuân mùa Hè Độ rọi khuyếch tán phân bố đồng toàn lãnh thổ Về mùa hè độ rọi miền Bắc cao miền Nam Ngược lại, mùa đông độ rọi miền Nam cao miền Bắc rõ rệt CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN Độ rọi tổng cộng nhà gồm hai thành phần:    Độ rọi trực tiếp bầu trời: có trị số lớn thay đổi nhiều lần ngày Các tia mặt trời trực tiếp gây chói lóa tiện nghi làm tăng nhiệt độ phòng Trong tính toán CSTN người ta không xét đến Độ rọi khuyếch tán bầu trời: thay đổi phụ thuộc vào lượng mây bầu trời tương đối ổn định theo mùa năm Sử dụng hợp lý ánh sáng khuyếch tán đạt môi trường ánh sáng tiện nghi cao cho không gian làm việc sinh hoạt nên coi là thành phần chủ yếu tính toán CSTN CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN Độ rọi khuyếch tán nhà bầu trời có độ chói gây Hai trạng thái bầu trời cần xem xét là:    Bầu trời đầy mây: Bầu trời bị che khuất hoàn toàn độ chói thay đổi theo độ cao so với chân trời Theo phân bố độ chói Moon & Spencer, độ chói bầu trời cao thiên đỉnh giảm dần đến chân trời Bầu trời quang mây: Khi mặt trời xuất bầu trời độ chói mặt trời phụ thuộc vào vị trí mặt trời Sự phân bố độ chói trường hợp phức tạp CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN  Để đơn giản tính toán CSTN, người ta chọn bầu trời đầy mây chói làm mô hình bầu trời tính toán  Đó bán cầu bán kính đơn vị có độ chói không đổi mà tâm điểm khảo sát  Sau đó, tùy theo trường hợp cụ thể địa phương mà đưa vào hệ số điều chỉnh, xét đến phân bố không độ chói bầu trời CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.3 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.3.1 ĐÁNH GIÁ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN  Kết sử dụng ánh sáng tự nhiên để chiếu sáng phòng đánh giá trực tiếp độ rọi tự nhiên điểm khác mặt phẳng làm việc phòng (thường mặt phẳng ngang độ cao cách sàn 0,85m)  Độ rọi thay đổi theo độ rọi nhà nên khó đặc trưng trị số  Để tránh nhược điểm này, người ta đưa cách đánh giá thứ hai, cách dùng tỷ số giữ độ rọi nhà độ rọi nhà thời điểm, biểu diễn phần trăm gọi hệ số độ rọi tự nhiên, kí hiệu e CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.3 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.3.1 ĐÁNH GIÁ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN  Như vậy: EM Trong đó: eM = 100% En điểm M  eM hệ số độ rọi tự nhiên   nhà, %; EM độ rọi tự nhiên điểm M, lx; En độ rọi nằm ngang nhà thời điểm khảo sát bầu trời khuyếch tán gây ra, lx CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.3 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.3.1 ĐÁNH GIÁ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN  Đánh giá chiếu sáng tự nhiên toàn phòng cách xác định độ rọi tự nhiên, lx hệ số độ rọi tự nhiên (%) theo mạng lưới điểm mặt phẳng làm việc (không 5) điểm mặt cắt đặc trưng phòng  Trị số trung bình độ rọi hệ số độ rọi trung bình số học điểm khảo sát CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐỘ RỌI TỰ NHIÊN a, Độ rọi phần bầu trời gây ra, E tr  Độ rọi điểm mặt phẳng làm việc phòng tỷ lệ thuận với diện tích hình chiếu mảng trời nhìn thấy từ điểm khảo sát qua lỗ cửa xuống mặt phẳng chiếu sáng độ chói CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐỘ RỌI TN b, Độ rọi AS phản xạ từ bên ngoài, E ρn  Độ rọi phản xạ từ bên bao gồm phần phản xạ từ tường nhà đối diện phần phản xạ từ mặt đất Nó phụ thuộc vào lớp phủ mặt đất, vị trí mà màu sắc tường đối diện Khi tường đối diện bị nắng chiếu, độ chói tăng lên làm tăng độ rọi phản xạ từ bên  Ánh sáng phản xạ vai trò lớn chiếu sáng tự nhiên tầng Từ tầng thấp phải nhìn thấy bầu trời qua cửa sổ CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐỘ RỌI TN c, Độ rọi ánh sáng phản xạ trong, E ρt  Phần AS phản xạ có vai trò quan trọng nửa phòng phía xa cửa sổ  Đường cong độ rọi gián tiếp giảm nhanh tường đen, giảm chậm với tường có màu gần không giảm với tường màu trắng CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4 TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.4.2 PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG XÁC ĐỊNH ĐỘ RỌI TRUNG BÌNH TRÊN MẶT PHẲNG NGANG KHI CHIẾU SÁNG BẰNG CỬA SỔ (GS H.G.Fruhling, Đức)  Phương pháp nhằm xác định nhanh trị số trung bình độ rọi nằm ngang phòng, áp dụng cho thiết kế sơ  Phương pháp tiến hành theo trình tự sau: a, Độ rọi giới hạn nhà E gh  Độ rọi giới hạn nhà độ rọi thời điểm tắt đèn buổi sáng bật đèn buổi chiều Trong điều kiện Việt Nam chọn E = 4000 lx gh CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4 TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.4.2 PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG b Độ rọi thẳng đứng nhà E đ  Độ rọi thẳng đứng nhà nửa bầu trời gây ra: E = 2000 lx đ c Độ rọi thẳng đứng mặt cửa sổ E cs  Khi cửa sổ nằm mặt tường tầm nhìn hoàn toàn không bị che chắn, độ rọi cửa sổ E đ E = E = 50% E cs đ gh  Khi tầm nhìn qua cửa sổ bị nhà đối diện che bớt phần, độ rọi cửa sổ bị giảm, xác định theo hệ số cửa sổ C E = CE cs gh CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4.2 PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4 TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.4.2 PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG d Hiệu suất chiếu sáng η  Trong thực tế, có phần quang thông tới cửa sổ rơi xuống mplv, phần lại chiếu lên bề mặt khác phản xạ phần quang thông xuống mflv  Qua thực nghiệm văn phòng, nhà máy, GS H.G.Fruhling xác định hiệu suất quang thông chiếu sáng mplv cửa sổ đứng – η vào khoảng 30-50%  Khi tính toán gần chấp nhận hiệu suất chiếu sáng trung bình 40% CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4 TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.4.2 PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG e, Độ rọi ngang trung bình phòng E  tb E xác định theo công thức: tb  Hay: S cs Etb = Ecsη Ss S cs E = E C η tb cs – diện tích tổng cộng cửaS sổ, m s  Trong đó:  Scs  Ss – diện tích sàn nhà, m2 CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4 TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.4.2 PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG d Hiệu suất chiếu sáng η  Từ công thức trên, ta xác định hệ số độ rọi trung bình mặt ngang toàn phòng E S e = 100% = Cη 100% E gh Ss tb cs  Khi biết độ rọi trung bình yêu cầu phòng E yc, ta xác định gần tb diện tích cửa sổ chiếu sáng để đưa vào thiết kế sơ công trình CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4 TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.4.2 PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4 TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN 2.4.3 XÁC ĐỊNH GẦN ĐÚNG DIỆN TÍCH CỬA MÁI (GS N.M GUXEB)  Khi dùng cửa mái chiếu sáng nhà công nghiệp, hệ số cửa sổ công thức Fruhling không ý nghĩa  Công thức giáo sư N.M Guxeb cho phép xác định tỷ lệ diện tích cửa mái S so với diện tích sàn S cm s S cm E yc k m = Ss E ghτ r CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.4.3 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH CỬA MÁI (GS N.M GUXEB)  km – hệ số xét đến dạng cửa mái S cm E yc k m = Ss E ghτ r  τo = τ1 τ2 τ3 τ4 τ5 – tổng hệ số xuyên sáng cửa mái,  τ1 - hệ số xuyên sáng kính,  τ2 - hệ số xét đến vật liệu làm khung cửa,  τ3 – hệ số xét đến bụi bẩn bám kính,  τ4 – hệ số xét đến kết cấu chịu lực nhà  τ5 – hệ số xét đến kết cấu che nắng  r – hệ số xét đến AS phản xạ nhà (tra bảng) CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.5 CÁC KẾT LUẬN CHÍNH KHI DÙNG ÁNH SÁNG TỰ NHIÊN 2.5.1 CỬA LẤY ÁNG SÁNG  Hình thức cửa lấy ánh sáng (cửa bên, cửa mái) cấu tạo có vai trò đặc biệt quan trọng chiếu sáng tự nhiên  Trong nhà công nghiệp có nhiều bụi khói cần định thời gian chăm sóc lau chùi kính  Một số loại kính đặc biệt tạo khuyếch tán ánh sáng nhờ lợi dụng tượng phản xạ nhiễu xạ ánh sáng, nhờ độ đồng ánh sáng phòng tăng lên đáng kể CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.5 CÁC KẾT LUẬN CHÍNH KHI DÙNG ÁNH SÁNG TỰ NHIÊN 2.5.2 HƯỚNG CỬA SỔ  Hướng cửa sổ ảnh hưởng tới độ đồng ánh sáng phòng Mặt khác, làm cho phòng bị nắng chiếu gây chói lóa tiện nghi  Ở Việt Nam, sở phân tích chuyển động mặt trời, kết khảo sát độ chói bầu trời, đưa nhận xét sau:   Độ đồng ánh sáng đạt cao cửa lấy ánh sáng quay hướng Bắc, miền khí hậu phía Bắc Đối với khí hậu phía Nam, mở cửa lấy ánh sáng hướng Bắc cần có giải pháp che nắng thích hợp (kết cấu che nắng đứng kết hợp với ngang) CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC 2.5 CÁC KẾT LUẬN CHÍNH KHI DÙNG ÁNH SÁNG TỰ NHIÊN 2.5.3 VỊ TRÍ CỬA SỔ Vị trí cửa sổ ảnh hưởng tới phân bố AS phòng Cửa sổ vị trí cao phần diện tích xa cửa sổ chiếu sáng tốt Và độ đồng AS phòng cao 2.4.5 CHIỀU RỘNG PHÒNG VÀ VAI TRÒ CỬA MÁI  Khi chiều rộng phòng lớn, vị trí xa cửa sổ, độ đồng AS phòng Để khắc phục tình trạng người ta dùng biện pháp chiếu sáng cửa mái  Trong nhà công nghiệp nhiều nhịp, cửa mái giải pháp để CSTN Đồng thời, cửa mái có vai trò làm thông thoáng, thải nhiệt, bụi, khí độc nâng cao điều kiện tiện nghi môi trường