Bài giảng chiếu sáng tự nhiên & nhân tạo

ĐÁNH GIÁ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN  Kết quả sử dụng ánh sáng tự nhiên để chiếu sáng phòng được đánh giá trực tiếp bằng độ rọi tự nhiên tại các điểm khác nhau trên mặt phẳng làm việc của phòng

Trang 1

VẬT LÝ KIẾN TRÚC

CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC

Trang 2

CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC

2 CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

2.1 KHÍ HẬU ÁNH SÁNG

 Ánh sáng tự nhiên chiếu sáng phòng được lấy trực tiếp từ ánh sáng

bên ngoài của mặt trời.

 Ánh sáng mặt trời có hai thành phần chính là:

 Ánh sáng trực xạ nhận được thông qua các

tia nắng của mặt trời

 Ánh sáng tán xạ của bầu trời.

 Giá trị của mỗi thành phần thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào quy luật

chuyển động của mặt trời, độ trong suốt của khí quyển, lượng mây và dạng mây trên bầu trời.

Trang 3

2.1 KHÍ HẬU ÁNH SÁNG

 Phân vùng khí hậu ánh sáng Việt Nam:

 Độ rọi giảm từ ven biển vào đất liền và thể

hiện sự chênh lệch theo vĩ độ (thường tăng dần từ Bắc vào Nam)

 Độ rọi trung bình khác nhau theo mùa, cao

nhất là mùa Xuân và mùa Hè.

toàn lãnh thổ Về mùa hè độ rọi ở miền Bắc cao hơn ở miền Nam Ngược lại, về mùa đông

độ rọi ở miền Nam cao hơn miền Bắc rõ rệt.

Trang 4

2.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

 Độ rọi tổng cộng ngoài nhà gồm hai thành phần:

 Độ rọi trực tiếp của bầu trời: có trị số lớn nhưng

thay đổi nhiều lần trong ngày Các tia mặt trời trực tiếp có thể gây chói lóa mất tiện nghi và làm tăng nhiệt độ phòng Trong tính toán CSTN người ta không xét đến nó.

 Độ rọi khuyếch tán của bầu trời: thay đổi phụ

thuộc vào lượng mây trên bầu trời nhưng tương đối ổn định theo các mùa trong năm Sử dụng hợp

lý ánh sáng khuyếch tán có thể đạt được môi trường ánh sáng tiện nghi cao cho các không gian làm việc và sinh hoạt nên được coi là là thành phần chủ yếu trong tính toán CSTN.

Trang 5

 Độ rọi khuyếch tán ngoài nhà do cả bầu trời có độ chói gây ra Hai

trạng thái của bầu trời cần xem xét là:

 Bầu trời đầy mây: Bầu trời bị che khuất

hoàn toàn và độ chói thay đổi theo độ cao

so với chân trời Theo phân bố độ chói Moon

& Spencer, độ chói của bầu trời cao nhất ở thiên đỉnh và giảm dần đến chân trời.

 Bầu trời quang mây: Khi đó mặt trời xuất

hiện trên bầu trời và độ chói mặt trời phụ thuộc vào vị trí mặt trời Sự phân bố độ chói trong trường hợp này khá phức tạp.

Trang 6

Trang 7

 Để đơn giản trong tính toán CSTN, người ta

chọn bầu trời đầy mây chói đều làm mô

hình bầu trời tính toán.

 Đó là một bán cầu bán kính đơn vị có độ

chói không đổi mà tâm là điểm khảo sát.

 Sau đó, tùy theo từng trường hợp cụ thể

của địa phương mà đưa vào các hệ số điều

chỉnh, xét đến sự phân bố không đều của

độ chói trên bầu trời

Trang 8

2.3 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

2.3.1 ĐÁNH GIÁ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

 Kết quả sử dụng ánh sáng tự nhiên để chiếu sáng phòng được đánh giá trực tiếp bằng độ rọi tự nhiên tại các điểm khác nhau trên mặt phẳng làm việc của phòng (thường là mặt phẳng ngang ở độ cao cách sàn 0,85m).

 Độ rọi này thay đổi theo độ rọi ngoài nhà nên khó có thể đặc trưng bằng một trị số.

 Để tránh nhược điểm này, người ta đưa ra cách đánh giá thứ hai, bằng cách dùng tỷ số giữ độ rọi trong nhà và độ rọi ngoài nhà ở cùng một thời điểm , biểu diễn bằng phần trăm gọi là hệ số độ rọi tự nhiên, kí hiệu là e

Trang 9

 Như vậy:

Trong đó:

 eM là hệ số độ rọi tự nhiên tại điểm M trong

nhà, %;

 EM là độ rọi tự nhiên tại điểm M, lx;

thời điểm khảo sát do cả bầu trời khuyếch tán gây ra, lx.

%

100

n

M M

E E

e =

Trang 10

 Đánh giá chiếu sáng tự nhiên của toàn phòng bằng cách xác định

độ rọi tự nhiên, lx hoặc hệ số độ rọi tự nhiên (%) theo một mạng lưới các điểm trên mặt phẳng làm việc (không ít hơn 5) hoặc tại các điểm trên mặt cắt đặc trưng của phòng.

 Trị số trung bình của độ rọi hoặc hệ số độ rọi là trung bình số học

của các điểm khảo sát.

Trang 11

2.3.2 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

a, Độ rọi tự nhiên yêu cầu

 Độ rọi tự nhiên yêu cầu trong CSTN &NT đều nhằm đảm bảo nhìn

rõ chi tiết để hoàn thành tốt công việc

 Độ rọi nhân tạo ổn định trong suốt thời gian làm việc còn độ rọi tự nhiên tăng dần từ sáng sớm đến giữa trưa và giảm dần cho đến chiều tối.

 Vì vậy, người ta quy định độ rọi tự nhiên yêu cầu là độ rọi tại thời

điểm tắt đèn buổi sáng và bật đèn buổi chiều.

Trang 12

 Để tránh sự điều tiết của mắt khi chuyển từ AS tự nhiên sang AS nhân tạo người

ta chọn độ rọi tự nhiên yêu cầu đúng bằng độ rọi nhân tạo yêu cầu.

 Tại thời điểm này, độ rọi TN trong nhà chủ yếu phụ thuộc vào độ rọi nằm ngang ngoài nhà và các tổ chức các cửa chiếu sáng Độ rọi ngoài nhà lúc này được gọi là

độ rọi giới hạn ngoài nhà Egh.

 Egh là trị số quan trọng khi định TC CSTN vì nó liên quan đến:

 Sự thay đổi độ rọi tự nhiên trong phòng trong một ngày.

 Kích thước các cửa chiếu sáng ; Số giờ sử dụng CSTN trong năm.

Trang 13

 Độ rọi giới hạn ngoài nhà ở một số nước như sau:

E E

e =

Trang 14

Yêu cầu chiếu sáng tự nhiên

( Egh = 4000 lx)

Loại công việc Độ rọi Eyc, lx Hệ số độ rọi eyc, % Thô, lối đi 40

Nửa chính xác 80 Chính xác 150 Rất chính xác 300

Trang 15

b, Độ đồng đều của ánh sáng trên mặt phẳng làm việc

 Độ đồng đều của ánh sáng được quy định đối với các không gian như lớp học, phòng làm việc, các xưởng sản xuất.

 Độ đồng đều được đánh giá bằng tỷ số giữa các điểm có độ rọi lớn nhất Emax nhỏ nhất Emin Khi đó yêu cầu:

Trang 16

c, Sự phân bố không gian và hướng ánh sáng

 Phân bố không gian của ánh sáng được đánh giá bằng tỷ số giữa độ rọi trụ và

độ rọi ngang (chỉ số nổi).

 Trong một số công trình, người ta còn quy định hướng ánh sáng tới vị trí làm việc để tránh tạo bóng gây mất tiện nghi.

 Ví dụ trong các lớp học, yêu cầu chiếu sáng từ trái sang phải hoặc từ phía

trước.

Trang 17

d, Tỷ lệ độ chói nội thất

 Độ chói của các bề mặt trong phòng như trần, tường sàn, các thiết bị, bảng đen có ảnh hưởng đến tiện nghi môi trường sáng cũng như tâm sinh lý của con người.

 Nếu tỷ lệ giữa chúng quá lớn sẽ gây cảm giác chói chang, căng thằng đối

với mắt, nếu quá nhỏ sẽ tạo cảm giác âm u, tối tăm.

 Nhiều nghiên cứu đã cho thấy tỷ lệ độ chói trong thiên nhiên là phù hợp nhất với mắt người và nên bắt chước tạo lại trong phòng.

Trang 18

d, Tỷ lệ độ chói nội thất

 Ở nước ta, bầu trời nhiều mây, độ trong suốt của khí quyển thấp, bầu trời

sáng, chân trời có cây xanh bao bọc, mặt đất là cỏ cây ruộng lúa Tỷ lệ độ chói là:

Thiên đỉnh : chân trời : mặt đất = 10 : 7 : 3.

 Từ đó có thể tạo màu sắc nội thất một cách thích hợp.

 Ví dụ: mặt trần màu sáng, tường sẫm màu hơn, sàn lát màu tối, kết hợp với

kết cấu che nắng, rèm cửa và đưa thêm cây xanh vào phòng, trước các lỗ cửa chói chang

Trang 19

e, Loại trừ chói lóa mất tiện nghi

 Tránh ánh nắng chiếu trực tiếp vào phòng, lên mặt phẳng làm việc, lên các thiết bị gây chói lóa.

 Không chọn hướng cửa sổ, hướng bàn làm việc về phía bầu trời quá sáng hoặc phía có các bề mặt tường sáng bị mặt trời chiếu vào.

 Tránh các kết cấu che nắng có hệ số phản xạ quá cao.

Trang 20

2.4 TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

2.4.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐỘ RỌI TỰ NHIÊN

 Độ rọi TN trong phòng EM được tạo thành bởi ba thành phần:

 Độ rọi do phần bầu trời không bị che chắn nhìn

thấy từ điểm khảo sát hoặc qua lỗ cửa gây ra, kí hiệu là Etr;

 Độ rọi do ánh sáng phản xạ từ các tường nhà đối

diện, hoặc từ mặt đất chiếu vào điểm khảo sát qua cửa lấy ánh sáng, kí hiệu là Eρn

Trang 21

 EM = Etr + Eρn + Eρt

Trang 22

a, Độ rọi do phần bầu trời gây ra, Etr

 Độ rọi tại một điểm trên mặt phẳng làm việc trong phòng tỷ lệ thuận với diện

tích hình chiếu của mảng trời nhìn thấy từ điểm khảo sát qua lỗ cửa xuống mặt phẳng được chiếu sáng và độ chói của nó.

Trang 23

2.4.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐỘ RỌI TN

b, Độ rọi do AS phản xạ từ bên ngoài, Eρn

 Độ rọi phản xạ từ bên ngoài bao gồm phần phản xạ

từ tường nhà đối diện và phần phản xạ từ mặt đất

Nó phụ thuộc vào lớp phủ mặt đất, vị trí mà màu sắc

của các tường đối diện Khi tường đối diện bị nắng

chiếu, độ chói của nó tăng lên và làm tăng độ rọi

phản xạ từ bên ngoài.

 Ánh sáng phản xạ vai trò rất lớn trong chiếu sáng tự

nhiên các tầng dưới.

Từ tầng thấp phải nhìn thấy bầu trời qua cửa sổ

Trang 24

2.4.1 CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐỘ RỌI TN

c, Độ rọi do ánh sáng phản xạ trong, Eρt

 Phần AS phản xạ trong có vai trò quan trọng

đối với nửa phòng phía xa cửa sổ

 Đường cong độ rọi gián tiếp sẽ giảm rất

nhanh nếu tường đen, giảm chậm hơn với

tường có màu và gần như không giảm với

tường màu trắng.

Trang 25

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 của độ rọi nằm ngang trong phòng, có thể áp dụng cho các thiết kế sơ bộ.

 Phương pháp được tiến hành theo các trình tự sau:

a, Độ rọi giới hạn ngoài nhà Egh

 Độ rọi giới hạn ngoài nhà là độ rọi tại thời điểm tắt đèn buổi sáng và bật đèn buổi chiều Trong điều kiện Việt Nam chọn Egh = 4000 lx

Trang 26

2.4.2 PHƯƠNG PHÁP GẦN ĐÚNG

b Độ rọi thẳng đứng ngoài nhà Eđ

 Độ rọi thẳng đứng ngoài nhà do nửa bầu trời gây ra:

Eđ = 2000 lx

c Độ rọi thẳng đứng trên mặt cửa sổ Ecs

 Khi cửa sổ nằm ở mặt ngoài tường và tầm nhìn hoàn toàn không bị che chắn, khi đó độ rọi của cửa sổ đúng bằng Eđ

Ecs = Eđ = 50% Egh

 Khi tầm nhìn qua cửa sổ bị nhà đối diện che bớt một phần, độ rọi cửa sổ bị giảm, xác định theo hệ số cửa sổ C Ecs = CEgh

Trang 27

Trang 28

d Hiệu suất chiếu sáng η

 Trong thực tế, chỉ có một phần quang thông tới cửa sổ rơi xuống mplv, phần còn lại chiếu lên các bề mặt khác và chỉ phản xạ một phần quang thông xuống mflv.

 Qua thực nghiệm đối với các văn phòng, nhà máy, GS H.G.Fruhling đã xác định được rằng hiệu suất quang thông chiếu sáng mplv của các cửa sổ đứng –

η chỉ vào khoảng 30-50%.

 Khi tính toán gần đúng có thể chấp nhận hiệu suất chiếu sáng trung bình là 40%.

Trang 29

e, Độ rọi ngang trung bình trong phòng Etb.

 Etb được xác định theo công thức:

tb

S

S E

E = η

s

cs cs

tb

S

S C

E

E = η

Trang 30

d Hiệu suất chiếu sáng η

 Từ công thức trên, ta có thể xác định hệ số độ rọi trung bình trên mặt ngang toàn phòng.

 Khi biết độ rọi trung bình yêu cầu của phòng Eyc, ta có thể xác định gần đúng diện tích cửa sổ chiếu sáng để đưa vào thiết kế sơ bộ công trình.100 % 100 %

s

cs gh

tb tb

S

S C

E E

Trang 31

Trang 32

2.4.3 XÁC ĐỊNH GẦN ĐÚNG DIỆN TÍCH CỬA MÁI (GS N.M GUXEB)

 Khi dùng cửa mái chiếu sáng trong nhà công nghiệp, hệ số cửa sổ trong công thức của Fruhling không còn ý nghĩa nữa

 Công thức của giáo sư N.M Guxeb cho phép xác định tỷ lệ diện tích cửa mái Scm so với diện tích sàn Ss.

r E

k

E S

S

gh

m yc

Trang 33

2.4.3 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH CỬA MÁI (GS N.M GUXEB)

k

E S

S

gh

m yc

Trang 34

2.5 CÁC KẾT LUẬN CHÍNH KHI DÙNG ÁNH SÁNG TỰ NHIÊN

Trang 35

2.5.2 HƯỚNG CỬA SỔ

 Hướng cửa sổ ảnh hưởng tới độ đồng đều của ánh sáng trong phòng Mặt khác,

nó cũng có thể làm cho phòng bị nắng chiếu và gây ra chói lóa mất tiện nghi.

 Ở Việt Nam, trên cơ sở phân tích chuyển động của mặt trời, và kết quả khảo sát

độ chói trên bầu trời, có thể đưa ra nhận xét sau:

 Độ đồng đều của ánh sáng đạt được cao nhất khi cửa lấy ánh sáng quay về hướng Bắc, nhất là đối với miền khí hậu phía Bắc.

 Đối với khí hậu phía Nam, khi mở cửa lấy ánh sáng hướng Bắc cần có giải pháp che nắng thích hợp (kết cấu che nắng đứng kết hợp với ngang).

Trang 36

2.5.3 VỊ TRÍ CỬA SỔ

Vị trí cửa sổ ảnh hưởng tới sự phân bố AS trong phòng Cửa sổ ở vị trí càng cao phần diện tích xa cửa sổ càng được chiếu sáng tốt hơn Và độ đồng đều của AS trong phòng càng cao.

2.4.5 CHIỀU RỘNG PHÒNG VÀ VAI TRÒ CỬA MÁI

 Khi chiều rộng phòng quá lớn, tại các vị trí xa cửa sổ, độ đồng đều của AS trong phòng kém Để khắc phục tình trạng này người ta dùng biện pháp chiếu sáng bằng cửa mái.

 Trong nhà công nghiệp nhiều nhịp, cửa mái là giải pháp duy nhất để CSTN Đồng thời, cửa mái còn có vai trò làm thông thoáng, thải nhiệt, bụi, khí độc nâng cao điều kiện tiện nghi môi trường.

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	2,62 MB