Quang học kiến trúc - Bài 6 pdf

2.Ưu khuyết điểm của ánh sáng Mặt trời.. P: độ trong suốt của khí quyển... Mây: - Đặc tính của mây: phụ thuộc loại mây - Đặc điểm của khí quyển ảnh hưởng lớn đến độ rọi của AS khuếch tá

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:

TRÚC:

1 Định luật hình chiếu góc khối.

2 Định luật gần đúng của kỹ thuật chiếu sáng.

MẶT TRỜI

MẶT ĐẤT

KHÍ QUYỂN

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 ngồi nhà do Mặt trời tạo ra: E ng = E tt + E kt

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

Khi tính tốn CSTN, độ rọi ngồi nhà: E ng = E kt

1 Độ rọi ngồi 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 M.TRỜI TR.ĐẤT

II CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CSTN:

- Là qủa cầu lửa, D = 695.000 km

 Lị 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 tồn phần của MT

Gĩc cao MT: h O

Gĩc phương vị MT: A O

Gĩc định vị MT:

MẶT TRỜI

E

MẶT ĐẤT

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 vuơng gĩc với chùm bức xạ MT với khoảng cách đến MT bằng 1 đv thiên văn

E O 135.000 lux (đo bên ngồi 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.phuùt (Mỹ)

SO= 0,132 watt /cm2 = 1,895 cal/cm2.phuùt (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 khơng khí:

P = Q X / Q Y < 1 (P  0,5  0,9)

Trong đĩ:

QX : là lượng quang thơng sau khi xuyên qua 1 km khơng khí

QY : là lượng quang thơng trước khi xuyên qua 1 km khơng khí

X

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 chĩi của bầu trời:

Trong tính toán: độ chói của bầu trơøi sẽ cực đại ơû thiên đỉnh và

giảm dần

đều đến chân trơøi

T M

N

B

z

Ñ

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 NGOÀI 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 gĩc khối:

Độ rọi tại 1 điểm ngồi nhà: EM= Ekt = Eng

Vì độ rọi tại 1 điểm ngồi nhà do diện tích tồn bán cầu gây ra:

Eng = B.(.R2) = B.(.12) = B.

Giả thuyết là độ chĩi 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  (*)

S

C

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 đó)

Độ rọi trên mp thẳng đứng:

Etđ = B.(.r2/2) = B./2

Etđ = En.ngang /2

 Thực tế thì Etđ > En.ngang /2

a 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 NAÈM NGHIEÂNG

E

M





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

M MLV



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)