Bài giảng Vật lý kiến trúc: Chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo các công trình kiến trúc trình bày về khí hậu ánh sáng, mô hình tính toán chiếu sáng tự nhiên, yêu cầu về chiếu sáng tự nhiên, tính toán chiếu sáng tự nhiên, các kết luận chính khi dùng ánh sáng tự nhiên.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Bài giảng Vật lý kiến trúc: Chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo các công trình kiến trúc
- VẬT LÝ KIẾN TRÚC
CHIẾ
CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
TỰ
CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2. 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 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.
Độ rọi khuyếch tán phân bố khá đồng đều trên 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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2. CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2. CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
2.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2. CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
2.2 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHIẾU
SÁNG TỰ NHIÊN
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
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
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
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.3. YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
2.3.1. ĐÁNH GIÁ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
Như vậy:
EM
eM 100%
Trong đó:
En
eM là hệ số độ rọi tự nhiên tại điểm M trong nhà, %;
EM là độ rọi tự nhiên tại điểm M, lx;
En là độ rọi nằm ngang ngoài nhà ở cùng thời điểm
khảo sát do cả bầu trời khuyếch tán gây ra, lx.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.3. YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
2.3.1. ĐÁNH GIÁ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.3.2 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
a, Độ rọi tự nhiên yêu cầu
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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.3.2 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
a, Độ rọi tự nhiên yêu cầu
Độ rọi giới hạn ngoài nhà ở một số nước như sau:
Anh và Pháp: Egh = 5000 lx
Đức: Egh = 3000 lx
CIE đề nghị: Egh = 5000 lx
Nước ta, do chưa có quy định, tạm dùng trị số Egh=4000 lx.
Hệ số độ rọi tự nhiên yêu cầu eyc tương ứng với độ rọi yêu cầu
xác định theo công thức sau:
E yc
e yc 100%
E gh
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.3.2 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
a, Độ rọi tự nhiên yêu cầu
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
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.3.2 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
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:
Emax / Emin ≤ 2 – 3 lần.
Lấy bằng 2 cho các công việc yêu cầu độ chính xác cao và lấy
bằng 3 cho các công việc chính xác trung bình.
Ngoài ra người ta còn đánh giá hệ số đồng đều độ rọi bằng
tỷ số Etb / Emin.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.3.2 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.3.2 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.3.2 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
2.3.2 YÊU CẦU CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
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.
- CSTN& NT CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÚC
KIẾ
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
Độ rọi do ánh sáng phản xạ từ các bề mặt trong phòng
(tường, trần, sàn) tới điểm khảo sát, kí hiệu Eρt.
Như vậy ta có: EM = Etr + Eρn + Eρt
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
