CƠ SỞ KỸ THUẬT NGHỆ THUẬT CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

Tùy theo cường độ chiếu sáng mà có những hiệu quả khác nhau. Ánh sáng trong phòng khách được tận dụng tối đa, tạo nên cảm giác vui vẻ, phấn khởi, ánh sáng trong phòng ngủ được giảm nhẹ đi, để tạo cảm giác thư thái và nghỉ ngơi.

A CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

16 – 40

50 – 80

40 – 140 Hiệu suất ánh sáng của một số nguồn sáng

1 Nguồn sáng tự nhiên

- Vị trí của mặt trời trên bầu trời

- Tình trạng mây của bầu trời

- Đặc điểm phản xạ của bề mặt đất

Chất lượng Nguồn sáng tự nhiên phụ thuộc vào 3 yếu tố chính:

1 Nguồn sáng tự nhiên

Ba mô hình bầu trời:

- Bầu trời sáng: độ chói phụ thuộc vi trí mặt trời, phân bố không đều

- Bầu trời ít mây: độ chói phân bố không đều, không có quy luật

- Bầu trời đầy mây: độ chói phân bố không đều nhưng theo quy luật tăng dần từ chân trời đến thiên đỉnh, không phụ thuộc phương

hướng

1 Nguồn sáng tự nhiên

• Ánh sáng trực xạ là những

tia sáng xuyên suốt qua khí quyển truyền thẳng xuống mặt đất.

• Hiệu suất ánh sáng Mặt Trời

phụ thuộc:

• Vị trí của Mặt Trời

• Tình trạng mây của bầu trời

• Không dùng ánh sáng trực

xạ trong chiếu sáng tự nhiên

vì chói chang, mang nhiều nhiệt và không ổn định

Biểu đồ quang phổ ánh sáng mặt trời

2 Ánh sáng trực tiếp

• Ánh sáng tán xạ là bức xạ mặt trời bị các phần tử lơ lửng trong khí quyển (bụi, khí, hơi nước, khói,…) hấp thụ và tán xạ.

• Ánh sáng tán xạ phụ thuộc các yếu tố:

3 Ánh sáng khuếch tán

QUANG KHÍ HẬU

II

Ánh sáng tự nhiên trong phòng là lấy từ ánh sáng ngoài nhà qua hệ thống cửa lấy sáng Ánh sáng ngoài nhà phụ thuộc vào nhiều nhân tố như khí hậu, địa hình, cảnh quan…

MT:

Đặc điểm cơ bản của bức xạ mặt trời:

- Khả năng bức xạ ánh sáng thường xuyên, hằng số chiếu sáng Eo = 135

000lux, tương ứng với độ chói trung bình của mặt trời B = 2.10 nit lúc chính ngọ

- Bức xạ nhiệt thường xuyên xuống mặt đất, đặc trưng bằng hằng số nhiệt S

Độ trong suốt của khí quyển (P):

- Được đánh giá bằng độ trong suốt của không khí:

P = QX / QY < 1 (P ≈ 0,5  0,9)) Trong đó

Qx : là lượng quang thông sau khi xuyên qua 1km không khí.

Qy : là lượng quang thông trước khi xuyên qua 1km không khí.

QY QX

1km

1 Một số khái niệm

1 Một số khái niệm

Với m – hệ số khối lượng khí quyển.

r – khoảng cách từ điểm tính toán tới mặt trời tại thời điểm khảo sát, lấy bằng một đơn vị thiên văn.

p – độ trong suốt của khí quyển.





o

m o ng

E .   sinh

) cos(

1 Một số khái niệm

Nhận xét:

Ánh sáng trực tiếp từ mặt trời không là nguồn thực tế dùng trong thiết kế chiếu sáng cho nội thất, vì:

- Thường xuyên thay đổi

- Yêu cầu những giải pháp che chắn và bảo vệ làm giảm nhiệt và chói

- Có ảnh hưởng tiêu cực đến sự nhìn ( hạn chế điều tiết mắt, gây mệt mỏi, nhiễu loạn không gian cần sự nhìn

trong…)

1 Một số khái niệm

Ánh sáng khuếch tán của bầu trời là do sự phản xạ nhiều lần

những tia sáng mặt trời trong hơi nước, bụi và các hạt huyền phù khác trong khí quyển Do đó đặc tính và lượng mây có ảnh hưởng lớn tới độ rọi của ánh sáng khuếch tán của bầu trời.

Độ rọi của ánh sáng khuếch tán bầu trời phụ thuộc:

- Đặc tính và lượng mây

- Độ trong suốt của khí quyển P

Với Bz – độ chói của bầu trời ở đỉnh đầu.

ho – góc cao MT.

b Ánh sáng khuếch tán của bầu trời:

1 Một số khái niệm

Nhận xét:

- Ánh sáng khuếch tán của bầu trời là nguồn thích hợp trong thiết kế chiếu sáng vì:

+ Ít thay đổi trong ngày.

+Thiết kế chỉnh sáng, chúng ta có thể tạo ra những kiểu chiếu sáng nghệ thuật hay là chiếu sáng đều như ở hành lang, không gian cafe, thư giản

1 Một số khái niệm

- Giá trị của hai thành phần ánh sáng Mt và ánh sáng tổng cộng

phụ thuộc rất nhiều vào quy luật chuyển động của mặt trời, độ trong suốt của khí quyển, dạng mây và lượng mây.

1 Một số khái niệm

Thực tế độ chói của bầu trời phân bố không đều.

Ứng dụng trong thiết kế vị trí đặt cửa lấy sáng

Kết quả nghiên cứu cho thấy:

- Cửa bên cao và cửa mái cho chất lượng vệ sinh cao

- Đặt cửa lấy sáng ở hướng Đông và Tây sẽ chịu ảnh hưởng lớn nhất của độ chói Trong trường hợp cần lấy sáng từ hướng Đông và Tây cần phải có kết cấu bao che bên ngoài (hệ lam, ô văng chắn nắng, cửa chớp…) hoặc bên trong (các loại rèm)

- Cửa càng cao thì cường độ tương đối bức xạ tử ngoại (%) càng lớn

c Sự phân bố độ chói (q) của bầu trời:

1 Một số khái niệm

c Sự phân bố độ chói (q) của bầu trời:

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

2 Biểu đồ quang khí hậu

Giúp khai thác triệt để các đặc điểm sau đây của kiến trúc:

 Khả năng sát trùng, làm sạch môi trường

 Khả năng tải nhiệt

 Khả năng tạo bóng

Có ý nghĩa lớn khi thiết kế sân vận động ngoài trời: giải quyết độ nhìn không gian cho những chỗ ngồi xa

2 Biểu đồ quang khí hậu

Công thức quan hệ giữa tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên và tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo :

Eđ : Độ rọi tiêu chuẩn của chiếu sáng nhân tạo

e tc : Tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên trong nhà

𝐸𝑛𝑔 𝑔 h= 𝐸𝑑

𝑒𝑡𝑐

𝐸𝑑= 𝑒𝑡𝑐 𝑥 𝐸𝑛𝑔𝑔 h

3 Hệ số quang khí hậu

Phương pháp quy định độ rọi trong nhà:

 Quy định thời gian tận dụng chiếu sáng tự nhiên hoàn toàn giống nhau cho tất cả các phòng.

 Mức độ chiếu sáng tự nhiên giống nhau cho những phòng cùng loại, cùng chức năng sử dụng.

3 Hệ số quang khí hậu

Phòng có mục đích sử dụng như nhau cần được chiếu sáng như nhau dù vị trí địa lý khác nhau

Biểu thức

Eng1 , Eng2 , e1 , e : là độ rọi ngoài nhà và hệ số chiếu sáng tự nhiên

tương ứng ở các địa phương khác nhau có điều kiện quang khí hậu khác nhau trong toàn quốc.

E = eEng = e1Eng1 = e2Eng2 = = en Eng.n = const

4.Độ chiếu sáng so sánh Ko

Để có thể đánh giá toàn diện và chính xác điều kiện quang khí hậu khi nghiên cứu thiết kế công trình kiến trúc phải biết rõ giá trị độ chiếu sáng

K 0

B1 : Độ chói trên bề mặt quan sát do ánh sáng trực tiếp gây ra

B2 : Độ chói trên bề mặt quan sát do ánh sáng khuếch tán gây ra

IV C H I Ế U S Á N G T Ự N H I Ê N

1 HỆ SỐ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN

- Hệ số quang khí hậu đại diện cho tác dụng hỗn hợp của các

nhân tố ảnh hưởng đến độ rọi ngoài nhà.

- Xác định tiêu chuần chiếu sáng tự nhiên dùng hệ số chiếu sáng

IV C H I Ế U S Á N G T Ự N H I Ê N

2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC KIẾN TRÚC

a Định luật hình chiếu gĩc khối

- 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:

E M = ( I/ r ∆I/ r 2 ).cos 

- Vì r = đơn vị  E M = I.cos ∆I/ r 

= (B.S).cos 

- Vì ∆I/ r S.cos  = ∆I/ r   E M = B ∆I/ r 

- Vì độ rọi tại 1 điểm ngoài nhà do S toàn bán cầu gây ra:

 E ng = B.(.R 2 ) = B.(.1 2 ) = B.

IV C H I Ế U S Á N G T Ự N H I Ê N

2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC KIẾN TRÚC

a Định luật hình chiếu gĩc khối

Ý nghĩa: Định luật giúp xác định giá trị tương đối của độ rọi tại điểm bất kì

trên MLV, lấy ánh sáng bằng cửa bên hay cửa mái.

- Độ rọi trên m t ph ng thẳng đứng: ặt phẳng thẳng đứng: ẳng thẳng đứng:

E tđ = B.(.r 2 /2) = B./2

 E tđ = E n.ngang /2

: hình chiếu của màng trời S tạo độ rọi tại M xuống MLV.

: hình chiếu của diện tích tồn vịm trời ( mặt bán cầu) xuống MLV

IV C H I Ế U S Á N G T Ự N H I Ê N

2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC KIẾN TRÚC

b Định luật gần đúng của kĩ thuật chiếu sáng:

- Cửa có cùng góc khối

- Nhìn từ M

- Cùng một loại kính

Độ chói (B) của các lớp cửa đều bằng nhau

IV C H I Ế U S Á N G T Ự N H I Ê N

2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC KIẾN TRÚC

b Định luật gần đúng của kĩ thuật chiếu sáng:

- Cửa có cùng góc khối

- Nhìn từ M

- Cùng một loại kính

Độ chói (B) của các lớp cửa đều bằng nhau

IV C H I Ế U S Á N G T Ự N H I Ê N

2 CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC KIẾN TRÚC

b Định luật gần đúng của kĩ thuật chiếu sáng:

Ý nghĩa: Định luật giúp đơn giản tính toán chiếu sáng tự nhiên 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 thế ( nên thu nhỏ mô hình tối đa là 1/ 20)

B1 = B2 = ….= Bn = const

B- TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG

TỰ NHIÊN

V - LỰA CHỌN CỬA LẤY SÁNG

Hệ thống chiếu sáng cửa bên

CHỌN HỆ THỐNG VÀ HÌNH THỨC CỬA HỢP LÝ:

1, Hệ chiếu sáng cửa bên:

Chiều rộng phòng lớn, chiều sâu lấy ánh sáng sâu, thì

hệ thống cửa bên không đủ thỏa mãn yêu cầu.

a Về chiều sâu lấy ánh sáng B

Bmax = a.h Trong đó: a- Hệ số kinh nghiệm ( tra bảng ) h- Chiều cao thông thủy của cửa sổ

b Hình dáng và vị trí cửa

- Cửa chữ nhật, vòng cung, cung tròn, vòm nhọn, bát giác, lục giác … Trong đó, cửa chữ nhật sử dụng phổ biến nhất vì cấu tạo đơn giản, hiệu suất lấy ánh sáng cao so với các loại cửa khác cùng kích thước.

Cửa hình chữ nhật nằm, hình chữ nhật đứng và hình vuông có cùng diện tích nhưnggiá trị độ rọi và độ đồng đều của ánh sáng lấy vào phòng không giống nhau

1, Hệ chiếu sáng cửa bên:

Độ đồng đều, biểu thị bằng tỉ số emin/emax trên cùng hướng, tổng hợp trong

bảng sau:

Số lượng và độ đồng đều của ánh sáng trên

2 hướng ngang và dọccủa phòng phụ thuộcvào tỉ lệ cao rộng, hìnhdáng cửa, đồng thời phụthuộc vào độ cao đặtcửa trên tường

1, Hệ chiếu sáng cửa bên:

- Cửa chữ nhật đứng, ánh sáng đều hơn theo chiều sâu lấy ánh sáng, nhưng kém đều trên hướng dọc theo mặt cửa lấy sánh sáng, vì vậy thường áp dụng cho những phòng

có chiều sâu lấy ánh sáng lớn

- Cửa chữ nhật nằm, ánh sáng

đều hơn trên hướng dọc theo

mặt cửa lấy ánh sáng,

kém đều hơn trên hướng

chiều sâu lấy ánh sáng

-Cửa chữ nhật vuông,

trên 2 hướng của phòng

ánh sáng phân bố tương

đối đều

Cửa chữ nhật 2 phía:

- Ít nắng vào, ít đóng bụi, dễ làm vệ sinh.

- Cùng 1 giá trị e, diện tích kính nhiều hơn cửa nghiêng 60%

- Cửa hướng Bắc, ánh sáng ổn định.

tb

2, Hệ chiếu sáng cửa trên:

Cửa răng cưa đứng:

- Nắng ít vào, ánh sáng ổn định nếu cửa hướng Bắc.

2, Hệ chiếu sáng cửa trên:

Cửa răng cưa nghiêng:

-Diện tích kính ít hơn cửa hình thang 15% khi cùng yêu cầu một giá trị etb

2, Hệ chiếu sáng cửa trên:

Cửa treo:

- Hình thức cửa này thường dùng cho các phòng trưng bày, triển làm, e có thể đạt 6 : 7%

- Kết hợp chiếu sáng và thông gió tốt, luôn luôn có vùng áp suất âm giữa 2 cửa

- Ánh sáng lấy vào phòng khá ổn định

tb

2, Hệ chiếu sáng cửa trên:

a Độ nghiêng của mặt cửa:

Mặt cửa nghiêng, diện tích cửa cần thiết càng giảm so với mặt cửa thẳng đứng, nhưng càng nghiêng càng dễ đóng bụi, nắng vào phòng càng nhiều, dễ thấm nước.

Hình a mô tả góc nghiêng của mặt cửa và sự phân bố độ rọi trong phòng

* Các nhân tố ảnh hưởng:

2, Hệ chiếu sáng cửa trên:

b Chiều rộng b của cửa mái

Khi chiều cao và chiều dài cửa không đổi, tăng chiều rộng b giữa 2 bên cửa thì giá trị etb tăng, độ đồng đều giảm.

Nhà nhiều nhịp, nếu chiều cao và chiều rộng nhịp nhà nhỏ, tăng chiều rộng b thì độ rọi ở giữa nhà sẽ giảm Tăng b quá nhiều thì các cửa che khuất lẫn nhau.

* Các nhân tố ảnh hưởng:

2, Hệ chiếu sáng cửa trên:

c Chiều cao đặt cửa h1:

Nhà 1 hoặc 2 nhịp, chiều cao đặt cửa h1

càng cao thì giá trị e tb càng nhỏ nhưng

độ đồng đều càng tăng.

Nhà 3 nhịp trở lên, chiều cao đặt

cửa h1, không ảnh hưởng nhiều

đối với giá trị Etb trong phòng

* Các nhân tố ảnh hưởng:

2, Hệ chiếu sáng cửa trên:

d Khoảng cách B giữa các cửa mái

Khoảng cách B ảnh hưởng độ đồng đều của ánh sáng lấy vào phòng

Để đảm bảo độ đồng đều của ánh sáng lấy vào phòng, giá trị Bmax không nên vượt quá trị số trong bảng

Bmax cho phép Cửa chữ nhật và chữ M

Cửa răng cưa, hình thang Cửa tam giác đỉnh nhọn

4h 2h 2,5h

* Các nhân tố ảnh hưởng:

2, Hệ chiếu sáng cửa trên:

Kết luận:

- Nhiệm vụ cơ bản của công tác thiết kế chiếu sáng

là lựa chọn hình dáng, kích thước và vị trí cửa.

- Bằng hệ thống chiếu sáng, bảo đảm cường độ, chất lượng, phương tới của ánh sáng lấy vào phòng, phù hợp với đặc điểm thao tác tại mọi vị trí trên mặt làm việc.

- Khi xác định vị trí cửa, cần lưu ý phương của ánh sáng tới trên mặt làm việc, thiết bị, vật phẩm và bản thân công nhân thao tác thường che chắn ánh sáng lẫn nhau.

CHỌN HỆ THỐNG VÀ HÌNH THỨC CỬA HỢP LÝ:

VI TIEÂU CHUAÅN CSTN

1 Cường độ ánh sáng lấy vào phòng

2 Chất lượng ánh sáng lấy vào phòng

Phương pháp thành lập tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên

Chú ý tới các yêu cầu sau:

- Yêu cầu đối với trường ánh sáng phân bố trên mặt làm việc

- Khả năng tăng cường của ánh sáng trực xạ qua cửa vào phòng

- Cửa lấy sáng là cầu nối giữa trong và ngoài nhà: môi trường

cảnh quan

- Ý đồ tổ chức thẫm mĩ mặt đứng kiến trúc

- Cấu tạo và kinh tế, bảo quản và sử dụng sau này

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CSTN TIÊU CHUẨN (etc):

Tiêu chuẩn chiếu sáng bao gồm 2 nội dung cơ bản:

• Cường độ ánh sáng lấy vào phòng

20 10 4 2 1

-10 - 5 2.66 1.33 -

6.6 3.3 - 1.6 0.8

-10 5 2 1 0.5 0.2

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CSTN TIÊU CHUẨN

Tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên ở một số nước

Kích thước vật

cần phân biệt

(mm)

Cấp công việc

Phân cấp

Tính chất thời gian của

Chiếu sáng bên(emin)

Từ 0,15

đến 0,30

b c

Thường xuyên chu kỳ, từng đợt không lâu

5 4 3

2,5 2,0 1,5

Từ 0,30

đến 0,50

b c

Thường xuyên chu kỳ, từng đợt không lâu

4 3 2

2,0 1,5 1,0

b c

Thường xuyên chu kỳ, từng đợt không lâu

3 2,5 2

1,5 1,0 0,5

Bảng phân cấp chiếu sáng đối với kích thước vật thể

khác nhau

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CSTN TIÊU CHUẨN

• Lượng ánh sáng lấy vào phòng nhiều

hay ít phụ thuộc vào chức năng sử dụng

của phòng

• Chuẩn qui định cường độ ánh sáng lấy

vào phòng theo cấp chiếu sáng:

+ Loại công tác theo mức độ chính xác

+ Kích thước vật phân biệt nhỏ nhất trong

phòng.

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CSTN TIÊU CHUẨN

1 Cường độ ánh sáng lấy vào phòng

2 Chất lượng ánh sáng lấy vào phòng

- Chất lượng ánh sáng lấy vào phòng quan hệ mật thiết định luật về

độ nhìn đối với vật quan sát

- Độ nhìn phụ thuộc vào

• Độ rọi trêủn bế mặt vật quan sát

• Phương ca ánh sáng tới

• Tỉ lệ giữa ánh sáng và bóng tối trên bề mạt quan sát

• Tỉ lệ giữa độ chói của vật nhìn đối với bối cảnh trong tầm nhìn.

- Tỉ lệ độ chói tự nhiên tiện nghi (giữa bấu trời với cảnh quan trong tấm nhìn và mặt đất) là:

Ở xứ lạnh : 5:3:1

Khí hậu nóng khô : 10:3:1

Theo tiêu chuẩn của Mỹ

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CSTN TIÊU CHUẨN

nít

Khi chọn phương án chiếu sáng tự nhiên thường căn cứ vào

độ chói của bầu trời nhìn thấy qua cửa lấy sáng:

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CSTN TIÊU CHUẨN

2 phương pháp cơ bản để thành lập tiêu chuẩn chiếu sáng

chiếu sáng)

Nội dung : dựa vào kinh nghiệm qua tổng kết các

công trình đã xây từ đó quy định hệ số diện tích mở

cửa m=S/So cho những phòng có mục đích xây dựng

khác nhau

Nội dung: phương pháp này quy định giá trị hệ số chiếu sáng tự nhiên e % trong phòng tương ứng với hệ thống chiếu sáng được chọn,hê số e quy định căn cứ theo độ rọi yêu cầu trên mặt làm việc

thống cửa (giaỉ phapkết cấu,phương pháp bố trí…)

Có thể so sánh giá trị e đo đạc và e thực tế từ đó tuy theo mục đích sử dụng của phòng mà xác định phân bố độ rọi và phương quanq thông lên bề mặt làm việc

Nhược điểm :chưa xét tới quy luật, cường độ ánh

sáng lấy vào phòng,tổn thất quang thong,tang lên do

phản xạ cũa các bề mặt trong phòng\

 Chỉ sử dụng cho kết cấu và kiến trúc truyền thống

Nhươc : cần có thời gian khảo sát vả tính toán kĩ càng đảm bảo đủ độ rọi phù hợp với mục đích sử dụng của phòng

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CSTN TIÊU CHUẨN

VII T R Ì N H T Ự T H I Ế T K Ế C H I Ế U S Á N G T Ự N H I Ê N

3 SƠ BỘ DIỆN TÍCH CỬA SỔ

Tư liệu thiết kế cho biết:

chức thẩm mĩ mặt đứng kiến trúc…

 Cho phép xác định được một trong hai kích thước cửa lấy sáng  kích thước thứ 2 xác định bằng biểu đồ Đanhiluk.

PHƯƠNG PHÁP BIỂU ĐỒ DANHILUK