Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng: Chương 2 - Vũ Việt Hưng

Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng: Chương 2 Chiếu sáng tự nhiên, cung cấp cho người học những kiến thức như: Nguồn sáng tự nhiên; Phương pháp thành lập tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên; Trình tự thiết kế; Chiếu sáng tự nhiên cho 1 số công trình công cộng và nhà ở. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 2: Chiếu sáng tự nhiên

- Có tính năng sinh lý cao.

- Tạo được cảm nhận thật về màu sắc của vật

quan sát.

- Tiết kiệm năng lượng.

Thay đổi theo thời gian trong ngày, theo mùa,

theo thời tiết

TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG DO CSTN

Cơ cấu sử dụng năng lượng của ba thể loại công trình Chung cư –

Thương mại – Văn phòng tại Hà Nội năm 2013

Thay đổi theo thời gian trong ngày

Theo thời tiết

Solar geometry works for us because the sun is naturally

HIGH in the summer, making it easy to block the sun with

shading devices.

And it is naturally LOW in Winter, allowing the sun to penetrate below our shading devices and enter the building - with FREE heat.

Theo mùa

MÙA HÈ

MÙA ĐÔNG

Nội dung

2.1 Nguồn sáng tự nhiên

2.1.1 KN 2.1.2 Biểu đồ quang khí hậu = Khí hậu as 2.2 PP thành lập tiêu chuẩn CSTN

2.2.1 PP gián tiếp (PP hình học) 2.2.2 PP trực tiếp (PP KTCS)

2.3 Trình tự thiết kế

2.4 CSTN cho 1 số công trình công cộng và nhà ở

Mọi vật thể ở nhiệt độ lớn hơn

độ không tuyệt đối sẽ không ngừng BX năng lượng vào KG xung quanh dưới dạng các BX điện từ.

Reflective glazing

Types of Radiation

2.1.1 KN (tt):

-Cần phải quy định độ rọi tối thiểu trong phòng do các cửa lấy AS mang vào.

ASTN tại 1 điểm bất kỳ trong phòng được đặc trưng bằng hệ

số ĐRASTN

Hệ số độ rọi ASTN

2.1 Nguồn sáng TN

2.1.2 Biểu đồ quang khí hậu = Khí hậu AS

-Tổng hợp toàn bộ các số liệu đặc trưng cho tình hìnhASTN tại địa phương nào đó trong thời gian quan trắctrên 10 năm (độ rọi, lượng ASTN trên mp nằm ngang và đứng ở các hướng khác nhau, AS trực tiếp của MT, tỷ lệ nắng

và số giờ nắng của địa phương, AS phản xạ từ MĐ, cây cối

2.1 Nguồn sáng TN

2.1.2 Biểu đồ quang khí hậu = Khí hậu AS (tt)

-Cách lập biểu đồ đường cong độ rọi trung bình ngoàinhà cho mỗi địa phương

-Biểu đồ quang khí hậu là thông tin quan trọng để thiết

hậu

-VN chưa có số liệu quang khí hậu cho từng địa phương

tổng kết nhiều số liệu quan trắc trong nhiều năm)

2.1.2 Biểu đồ quang khí hậu = Khí hậu AS (tt)

TCVN: Eng.gh=5.000lux (độ rọi giới hạn ngoài nhà- độ

rọi ngoài nhà mà lúc đó trong nhà phải mở đèn)→ Xđ được thời gian CSTN và NT cần thiết

2.2 PP thành lập tiêu chuẩn CSTN

❖ Sử dụng phương án kiến trúc và KC truyền thống

❖ Không có yêu cầu về sự phân bố AS trên bề mặt làm việc hoặc vùng nào đó trong phòng

❖ Không có hạn chế về độ nhìn tốt/xấu với vật quan sát

2.2 PP thành lập tiêu chuẩn CSTN

2.2.2 PP trực tiếp (PP KTCS)

-Quy định hệ số ĐRASTN trong phòng tương ứng với hệ thống CS được chọn, căn cứ theo độ rọi yêu cầu trên mặt làm việc.

-Ưu điểm

2.3 Trình tự thiết kế (Tính toán CSTN)

Khi thiết kế CSTN cho nhà ở và nhà công cộng, cần

tiến hành tính toán và xđ hệ số ĐRASTN trong

phòng:

0.5%:

không phải tính toán CSTN Chỉ cần xđ tỷ lệ diện tích cửa

mọi sinh hoạt trong phòng.

0.5%:

❑ Chọn vị trí và loại cửa theo đặc tính CS của từng loại cửa.

❑ Xác định kích thước của cửa AS.

❑ Kiểm tra hệ số ĐRASTN tại các MC đặc trưng và các điểm quan trọng trong phòng.

2.3 Trình tự thiết kế (Tính toán CSTN)

MC đặc trưng của phòng

@ MC đứng qua điểm giữa của phòng vuông

góc với mặt lắp kính của cửa lấy AS (CS bên)

hoặc qua trục dọc của phòng (CS trên).

@ MC đặc trưng cần phải cắt qua vị trí có đặt

nhiều thiết bị nhất hoặc qua các điểm trên bề

mặt lv đặt cách cửa lấy AS một khoảng xa nhất.

TCXD 29-1991:

CSTN trong công trình dân dụng

➢ CSTN trong nhà ở và nhà công cộng được chia ra:

 CS bên (qua cửa lấy AS bố trí ở tường ngoài: dt cửa

Chiếu sáng trên

 Cửa trời (skylight)

Chiếu sáng trên (tt)

 Ống lấy as (light pipe)

Diffuser of the Lightpipe system used in the David Suzuki Public School, Canada (Photo courtesy: Greater Essex County District School Board)

Chiếu sáng trên (tt)

 Cửa mái răng cưa

Chiếu sáng trên (tt)

 Cửa trên cao

Chiếu sáng bên

 Cửa sổ bên

Chiếu sáng bên (tt)

 Cửa sổ bên kết hợp giá lấy as

1) Loại cửa:

a Cửỷa beõn:

- ệu : + Giaự thaứnh reỷ, khoõng haùn cheỏ soỏ taàng nhaứ.

+ Caỏu taùo, quaỷn lyự vaứ sửỷ duùng ủụn giaỷn.

+ AS laỏy vaứo coự tớnh ủũnh hửụựng maùnh.

- Khuyeỏt : + AS laỏy vaứo phaõn boỏ khoõng ủeàu

+ Haùn cheỏ chieàu saõu laỏy saựng → Haùn cheỏ chieàu roọng nhaứ

b Cửỷa maựi:

+ 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.

+ Diện tích cửa trên quá lớn, làm tăng giá thành

XD, tăng chí phí bảo quản sau này.

➢ Windows should be high on the wall, widely distributed and of an optimum area to achieve adequate daylighting.

Figure 4: show Light and shadow distribution produced by different windows positions, directions and sizes in a room.

Figure 3

➢ Horizontal rooflights admit more daylight per square metre of glazed area than do vertical windows, a horizontal rooflight is proportionately three times more

Roof Lighting :

Skylights:

➢ Skylights are domed, horizontal or slightly

sloping glazed openings in the roof.

➢ Roof light areas should be limited to a maximum of 12%

of the floor area to reduce excessive heat losses and

Monitor Lighting

➢ Monitor lighting can be used to reduce glare, heat gains, and protect internal spaces from direct sunlight, by

A simple roof overhang acts as a

shading device.

Saw Tooth Lighting

➢ Heat gains can be reduced by tilting roof lights towards the North in order to utilise diffuse north lighting.

Clerestory Windows

➢ Usually situated at a

ceiling of the room) always above eye level.

source of natural light

reducing glare.

ĐƯỜNG CONG PHÂN BỐ ÁNH SÁNG CỬA MÁI

(M: ĐIỂM NHÌN CỬA MÁI VỚI GÓC KHỐI LỚN NHẤT)

+ Hệ thống cửa bên

+ Hệ thống cửa trên

+ Hệ thống cửa hỗn hợp : cửa bên + cửa trên.

Cửa bên ở trên cao Cửa mái

ĐƯỜNG CONG PHÂN BỐ ÁNH SÁNG CỬA MÁI

e

3) Vị trí cửa:

+ Lấy AS vào nhiều hơn cửa bên.

+ Khả năng diệt khuẩn cao (AS lấy vào chứa nhiều

bức xạ tử ngoại).

+ Phân cách quan hệ không gian trong - ngoài.

TCXD 29-1991:

CSTN trong công trình dân dụng

 Hệ số ĐRASTN trên mặt làm việc không được nhỏ hơn quy định (theo kích thước vật cần phân biệt, tínhchất thời gian của công việc và chức năng sử dụng củaphòng)

❖Hệ số ĐRASTN-tỉ số giữa độ rọi của ASTN tại mộtđiểm nào đó trên bề mặt làm việc trong phòng và độrọi ASTN cùng lúc đó, trên mp nằm ngang ngoài nhàdưới bầu trời không bị che khuất

TCXD 29-1991:

CSTN trong công trình dân dụng

 Khi thiết kế, phải tính đến hệ số dự trữ

 tính đến sự giảm hệ số ĐRASTN trong quá trình sử dụng hệ thống CSTN do:

 cửa lấy AS bị bụi bẩn

 giảm tính chất phản xạ của các bề mặt trong phòng.

2.4 CSTN cho công trình công cộng và nhà ở

Có thể tạo được AS đẹp và ổn định, nhưng

vẫn cần phải có ASTN , vì:

- Có tính năng sinh lý cao.

- Tạo được cảm nhận thật về màu sắc của vật quan sát.

 Phòng trưng bày, triển lãm

Guests can marvel at the “rain of light” interiors Designed by architect Jean Nouvel, the 180 metre dome capping the space has been designed in such a way as to control the light and temperature inside and features geometric designs that will allow light to

move across the space

 Phòng trưng bày, triển lãm

- Mỗi loại triễn lãm có yêu cầu CS riêng

- Phải căn cứ vào đặc điểm của vật trưng bày, cách bố trí,kích thước, màu sắc và cách xử lý bề mặt của vật phẩm,…

- Hệ thống thường cửa sd trong phòng trưng bày vật phẩm:

cửa mái và cửa bên cao

- Tránh các hiện tượng phản quang gây chói mắt

 Định hướng không gian, thời gian

 Trần răng cưa định hướng sáng (cửa sổ trần chạy dọc hứớng Đông Tây để lấy as hướng Bắc Nam)

 CSTN+CSNT

2.4 CSTN cho công trình công cộng và nhà ở

 Phòng tập thể dục (nhà thi đấu)

 Phòng tập thể dục (nhà thi đấu)

Nghiên cứu kỹ số lượng và chất lượng ASTN kết hợp với CSNT.

- Độ rọi trên sân cao hơn khu vực ngồi xem.

- Không cảm nhận sự biến đổi hoàn cảnh và đk AS.

- Quá trình chuyển từ CSTN sang CSNT đảm bảo liên tục.

- Chọn đèn: quang phổ gần giống ASTN.

- Tránh hiện tượng gây chói mắt cho người xem và vận động viên.

2.4 CSTN cho công trình công cộng và nhà ở

 Bệnh viện

 Bệnh viện

- Thoả mãn 2 yêu cầu:

❖ Điều kiện làm việc của bác sĩ và nhân viên phục vụ

- Phòng CS chất lượng cao: nên dùng CSNT

- Phòng bệnh nhân: AS dịu, đảm bảo số giờ chiếu nắng vào phòng (phụ thuộc hướng cửa lấy AS).

2.4 CSTN cho công trình công cộng và nhà ở

 Trường học

Typical classroom in the David Suzuki Public School

equipped with high clerestory windows and interior lightshelves,

Canada (Photo courtesy: Greater Essex County

District School Board)

Skylight system at the Newberg Center, Canada (Photo courtesy: Stephen Miller)

Large skylights used in the lecture rooms of the Newberg Center, Canada (Photo courtesy: Stephen Miller)

 Trường học

Tạo hoàn cảnh AS có độ nhìn tốt nhất cho học sinh :

- Màu của bàn ghế: màu nhạt

- Độ chói của mặt bảng đen, các bảng biểu giảng dạy và mặt tường.

- Có giải pháp hạn chế khả năng tăng cường AS lấy vào phòng khi có nhiều trực xạ MT (vừa có td giảm chói và giảm độ nóng).

- Tránh hiện tượng phản xạ mặt gương từ các cửa

và các nguồn sáng nhân tạo.

- Hướng đặt cửa lấy AS.

- PA CSTN và CSNT

 KH từ lâu đã khẳng định: 90% thông tin con người

nhận được từ thế giới bên ngoài là thông qua cơ quan thị giác.

mắt do nhiều nguyên nhân gây nên (yếu tố di truyền, dinh dưỡng, vệ sinh,…), trong đó nguyên nhân cần chú ý

trước tiên là AS trong lớp học và chỗ học tập tại

 Hướng của các cửa sổ lấy as chính có ý nghĩa quyết định đến chất lượng CSTN trong phòng học:

 Hướng Nam: có ánh sáng tốt nhất. (Nếu lấy quang thông vào phòng học hướng Nam là 100%, thì tại các lớp học hướng đông chỉ được 71,4 - 96%, hướngTây 71.4 - 78%, hướng Bắc 55.5 - 61.4%).

 Ưu điểm: mọi mùa trong năm độ rọi đều có trị số cao, ítphải sử dụng CSNT, về mùa đông phòng học ấm áp hơn domặt trời nung nóng tường ngoài

 Nhược điểm: mùa hè as chói chang, nhưng có thể khắc phụcđược dễ dàng bằng các ô văng cửa sổ

2.4 CSTN cho công trình công cộng và nhà ở

 Nhà ở

 Nhà ở

- Thoả mãn 2 yêu cầu:

➢ Điều kiện vệ sinh

➢ Đủ AS sinh hoạt, làm việc

- Ảnh hưởng của công trình đối diện che chắn

- Phòng ở càng cao

- Chiều cao phòng, chiều cao đặt cửa và chiều sâu lấy AS; tỷ lệ giữa chiều dày và chiều cao khối kiến trúc nhà ở

Controls for Thermal Comfort Controls for Visual Comfort

Tránh nắng chiếu vào phòng: thường đặttheo hướng bắc nam; Cửa cs đặt về hướng bắc,cửa thông gió mở rộng về hướng nam là dễ đạt

được các yêu cầu về cs cũng như thông gióthoát nhiệt, góp phần tạo ra chế độ vi khí hậutrong phòng tốt

CỬa cs cùng lắm là quay về hướng nam,tuyệt đối tránh hướng đông tây

hướng đông tây: bố trí cửa trời theo hướng bắc

là tốt nhất

Bắc

Bắc

a )

b ) a) Mẫu cửa chiếu sáng tốt b) Chiếu sáng tốt, thông gió tốt

…extend device for full shading

The above two use louvres or grates that will let snow, rain and wind through.

This one uses ceramic

fritted glass that is

sloped, to allow some

light but shed rain and

wet snow.

Shading Strategies for East and West Orientations

1 The best solution

by far is to limit using

east and especially

west windows (as

much as possible in

hot climates)

2 Next best solution is to have windows on the east

and west façades face north or south

Shading Strategies for East and West Elevations

3 Use Vertical Fins Spacing is an issue, as well as fin length Must be

understood that if to be effective, they will severely restrict the view.

Shading Strategies for East and West Elevations

The sun also hits the façade from the north east and north west during the summer Fins can be used to control this oblique light as well It is a function of the latitude, window size and fin depth/frequency.

Shading Strategies for the North Elevation

Khi chiều sâu phòng lớn?

 Khi chiều dài hay chiều sâu của phòng lớn: ta phải đưa AS vào sâu trong phòng.

 Điều quan trọng là AS được phân bố đồng đều

(tốt) Nếu trong phòng có chỗ quá sáng và có chỗ lại quá tối (AS phân bố không đều) , nó có thể gây ra chói mắt

 Có thể đưa AS sâu vào trong phòng bằng các cách sau:

❖Giá AS, các mặt phản chiếu (a)

❖Cửa sổ cao (a)

❖Giếng trời hay cửa mái (b)

Cửa sổ mái có 3 loại cơ bản: hình ống, cố định, và thông gió.

1 Cửa sổ mái hình ống

Đây là dạng tương đối mới Nó có hình tròn và có thể điều chỉnh ống phản chiếu tích hợp vào thiết kế cùng với bộ khuếch tán một cách hiệu quả, đảm bảo phản chiếu ánh sáng tối ưu

Loại cửa sổ mái này có đường kính 10 – 14cm, thích hợp sử dụng cho những căn phòng nhỏ, hay hành lang

2 Loại cố định

Cửa sổ mái cố định không thể mở hoặc di chuyển, mục đích duy nhất

là cho ánh sáng vào phòng Loại này thường có hình dạng phổ biến là hình vuông và hình chữ nhật Cửa sổ mái cố định chỉ thích hợp dùng cho gác xép và cầu thang – những nơi luôn cần ánh sáng

3 Cửa sổ trần thông gió

Với cửa sổ trần thông gió, nó có thể mở để mang không khí trong lành vào phòng Loại cửa sổ này thường được sử dụng trong bếp, phòng tắm hơi

Cửa sổ trần thông gió được điều khiển bằng tay quay, điều khiển từ

xa hoặc hệ điều hành tự động bởi bộ cảm biến nhiệt

Advantages of daylighting

The utilisation of daylight in buildings has a number of advantages, namely:

It can make a significant contribution to energy efficiency.

It has a variability and subtlety which is more pleasing than the relatively monotonous environment produced by artificial lighting.

It helps to create optimum working conditions by bringing out the natural contrast and colour of objects.

Windows and skylights give occupants contact with the outside world.

The presence of natural light can bring a sense of well-being and

awareness of the wider environment.

It is also claimed that exposure to natural light can have a beneficial effect

on human health.

However, due to its uncertainty and variability, daylighting cannot provide

adequate illumination of the internal environment all of the time Therefore, artificial

lighting systems must always be incorporated into buildings in order to

supplement daylighting when this is required.

Controlling daylight

A range of methods are available to control the amount of daylight that penetrates

into the building.

Fixed external – Permanently obstructs skylight and is maintenance free, but is

architecturally dominating.

Variable external – Allows the maximisation of skylight but can suffer from

maintenance problems.

Variable internal – Absorbs solar radiation and acts as a secondary heat source

within the building Effective for visual comfort.

Various methods of controlling daylight

In addition, further control can be provided by the choice of glazing type.

Glare from daylight

Glare from daylight can be reduced by:

Using solar control devices - such as external screens and louvres, glass of low

transmittance, or internal blinds and curtains

Other methods of decreasing the contrast between the interior and the view of the sky - such as ensuring that the window wall is light coloured.

Innovative daylighting technologies

Light shelves

These can be used to redirect sunlight and skylight deep into

a space Both interior and exterior light shelves are available

Exterior shelves can also function as a shading device.

The performance of light shelves depends upon the proportion

of the shelf which is situated inside or outside the space

They can also be used to control sunlight and reduce glare.

External light shelf

No light shelf Internal light shelf

Without light shelf With light shelf