Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 1/21 Chơng I Khí hậu, vi khí hậu kiến trúc vệ con ngời Phần I: kháI quát khí hậu * Các yếu tố khí hậu liên quan đến công trình kiến trúc: - Mặt trời v Bức xạ mặt trời, - Nhiệt độ v Độ ẩm không khí, - Gió, Ma. * Khi giải các bi toán kiến trúc - khí hậu, chúng ta cần tính đến giá trị của Bức xạ mặt trời (BXMT) trực tiếp hoặc tổng cộng chiếu tới các bề mặt của kết cấu công trình. Cờng độ của BXMT thay đổi tuỳ thuộc vo vị trí của bề mặt khảo sát so với tia nắng mặt trời nh: các tờng bao quang (mặt đứng), mái nh (mặt ngang). Hoặc xét cùng một vị trí thì ở các thời điểm khác nhau trong ngy vị trí của mặt trời thay đổi do vậy BXMT cũng khác nhau. Để xác định vị trí của mặt trời chúng ta cần nghiên cứu Chuyển động biểu kiến của mặt trời. I.1. Mặt trời v chuyển động biểu kiến của mặt trời: Trái đất ngy 22/6 - Hạ Chí Mô hình bầu trời biểu kiến Quy luật chuyển động của trái đất quay xung quanh mặt trời (PP l trục của mặt quỹ đạo chuyển động của trái đt) (tr17, sách Các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt nam của P Gs.TS.Phạm Đức Nguyên). - Mặt hong đạo (tất cả vị trí của Mặt trời trong một năm) nghiêng với Mặt phẳng xích đạo hay (XDBT-xích đạo bầu trời) một góc G - xích độ(góc lệch của mặt trời). Giao Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 2/21 tuyến của hai mặt phẳng ny trùng với đờng thẳng nối hai ngy Xuân phân v Thu phân. + Ngy Xuân phân v Thu phân: G=O 0 mặt trời mọc chính Đông v lặn chính Tây => quỹ đạo mặt trời trên biểu đồ ở chính Đông-Tây. + Ngy Đông chí : G= -23,5 0 quỹ đạo mặt trời dịch chuyển về phía Nam. + Ngy Hạ chí : G=+23,5 0 - quỹ đạo mặt trời dịch chuyển về phía Bắc. => -23,5 0 G +23,5 0 - Theo định luật chuyển động tơng đối, trong một ngy đêm, mặt trời quay một vòng tròn quanh trái đất. - Đứng ở điểm A(điểm quan sát) trên mặt đất có vĩ độ V(vĩ độ của điểm quan sát) quan sát mặt trời chuyển động, mặt phẳng di chuyển của mặt trời trong một ngy kết hợp với mặt phẳng thẳng đứng đi qua hớng chính Đông - Tây tạo thnh một góc V: Mặt trời ở trên mặt phẳng chân trời l ban ngy v khi xuống thấp dới chân trời l ban đêm. Bầu trời biểu kiến(hình không gian v hình chiếu đứng) . (tr18, sách Các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt nam của P Gs.TS.Phạm Đức Nguyên) * Hai Cách xác định vị trí mặt trời: Vị trí của mặt trời trên bầu trời vo một thời điển bất kì đợc xác định bằng hai toạ độ cầu l góc độ cao h v góc phơng vị A Cách xác định vị trí của mặt trời (tr20, sách Các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt nam của P Gs.TS.Phạm Đức Nguyên). a. Cách 1: Dùng công thức tính toán: Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 3/21 Sinh = sinG.sinV + cosG.cosV.cosZ (I.1) S đg =S A . cos h .cos(A - a) Trong đó: h - góc độ cao mặt trời. G - xích độ: (T6=+23.27; T5,7=+20.12; T4,8=+12.06; T3,9=+0; T12=-23.27). V - vĩ độ của địa điểm quan sát. A - góc phơng vị của mặt trời. 4 4 hcos sinZ cos G Asin (I.2) cosV h cos sinV sinh 0 0 G sin cos 0 A (I.3a) Z - góc giờ, tính nh sau: lúc 12 giờ (giờ trung bình mặt trời) thì Z = 0, cứ trớc hay sau đó một giờ lấy Z = 15 o . Ví dụ lúc 14 giờ 20. oo Z 3515. '60 '20 152 0 u Từ các công thức trên, có thể suy ra công thức để tính độ di của ngy, góc phơng vị của mặt trời lúc mọc v lặn, cũng nh độ cao của mặt trời lúc 12 giờ tra nh sau: - Góc phơng vị của mặt trời khi mọc (hay lặn) khi đó h = 0, từ công thức (I.3a): cosV G sin cos o A (I.3b) - Độ cao mặt trời lúc 12 giờ tra khi đó cos Z = 0: từ công thức (I.1): h = 90 o - V + G (I.4) - Giờ mặt trời mọc hay lặn: từ công thức (I.2) có: cosV cos sin -h sin G G V Z sin cos ệ Giờ mặt trời mọc hay lặn: h = 0 -> Cos Z = - tgV tg G b. Cách 2: Dùng biểu đồ chuyển động biểu kiến của mặt trời: * Nguyên tắc xây dựng biểu đồ: Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 4/21 Phơng pháp dựng biểu đồ quỹ đạo chuyền động biểu kiến của mặt trời (tr20,22, sách Các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt nam của P Gs.TS.Phạm Đức Nguyên) Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 5/21 Biểu đồ quỹ đạo chuyền động biểu kiến của mặt trời tại H Nội, vĩ độ V=21 0 B, có thể áp dụng cho: H tây, Ho Bình, Hải Dơng, Hng Yên, Quảng Ninh, Bắc Ninh, Bắc Giang. Vĩnh Phúc, Sơn La, Hải Phòng, H Nam, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình. (trích phụ lục 1, tr293, sách Nhiệt v khí hậu kiến trúc của Gs.TSKH.Phạm Ngọc Đăng) Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 6/21 I.2. Bức xạ mặt trời: Sơ đồ bức xạ nhiệt của mặt trời chiếu xuống mặt đất. Cờng độ nhiệt bức xạ mặt trời tác dụng lên bề mặt công trình kiến trúc đợc biểu thị thông qua tổng lợng bức xạ mặt trời (I) chiếu xuống đến mặt đất gồm 2 thnh phần: trực xạ (S) do tia nắng trực tiếp chiếu tới v tán xạ (D) do bầu trời khuyếch tán tới: I = S + D (kCal/m2.h) (I.6) *Chú ý: Để tính đợc các thnh phần S v D phải dựa vo: - S A : Trực xạ chiếu lên mặt phẳng vuông góc với tia nắng mặt trời. - D ng : Tán xạ trên mặt ngang. Sơ đồ xác định trực xạ Sơ đồ xác định trực xạ chiếu lên mặt ghiêng x Tính trực xạ S(kCal/m2.h)trên các mặt công trình: + Trực xạ trên mặt ngang(mái bằng): S ng = S A . sin h 0 (I.7) + Trực xạ trên mặt đứng hớng a: S đ = S A . cos h 0 . cos(A 0 - a) (I.8) + Trực xạ trên mặt nghiêng 0 hớng a: Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 7/21 S = S ng . cos + S đ . sin = S A . sin h 0 . cos + S A . cos h 0 . cos(A 0 - a) sin (I.9) x Tính tán xạ D(kCal/m2.h): + Trên mặt đứng: D đ = 1/2D ng (I.10) + Trên mặt nghiêng : D = D ng - (D ng - D đ ) . 90 D Số liệu tính toán của cờng độ tổng xạ (I) ở H nội trong mùa nóng (hng trên l kcal/m 2 h, hng dới W/m 2 ) Trên các mặt phẳng thẳng đứng ở các hớng Đại lợng Trên mặt nằm ngang Nam Đông hoặc tây Đông Nam hoặc Tây Nam Đông Bắc hoặc Tây Bắc Bắc Trị số trung bình ngy I tb 366 425 75 87 157 182 124 144 152 176 115 133 Biên độ dao động ngy AI 741 860 180 210 565 660 426 495 507 590 153 176 Thời điểm xuất hiện trị số cức đại (giờ) 12 12 8 hay 16 9 hay 15 8 hay 16 8 v 16 x Trị số tính toán của bức xạ mặt trời (Hệ số bảo đảm K bđ ): Hệ số bảo đảm K bđ l hệ số xét đến tính bền vững của công trình dới tác động của các yếu tố khí hậu (bức xạ, nhiệt, ẩm, gió). Công trình yêu cầu chất lợng sử dụng cng cao thì hệ số bảo đảm thiết kế cng lớn. Hệ số bảo đảm của công trình chính l hệ số bảo đảm của các yếu tố khí hậu cần đạt đợc khi thiết kế. Bảng hệ số bảo đảm vi khí hậu trong nh dân dụng vo mùa nóng Đặc tính sử dụng công trình Hệ số bảo đảm K bđ Nh có yêu cầu vệ sinh cao Đ 1,0 Nh thờng xuyên có ngời ở, hay chế độ nhiệt ẩm ổn định 0,9 Nh có ngời sử dụng trong một khoảng thời gian trong ngy 0,7 Nh có ngời sử dụng trong một khoảng thời gian rất ngắn trong ngy 0,5 I.3 Các thông số vật lý của không khí v biểu đồ không khí ẩm: 1. Các thông số vật lý của không khí: Môi trờng sống của chúng ta hiện nay chính l không khí ẩm nó bao gồm không khí khô v hơi nớc (KK ẩm = KK khô + Hơi nớc). Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 8/21 a. Dung ẩm của không khí: ký hiệu d (g/kg k.k.khô) đo bằng số gam hơi nớc chứa trong 1 kg không khí khô. VD: nếu trong 1,018 kg không khí ẩm có 18g hơi nớc => k.k đó có d = 18 (g/kg k.k.khô). ở trạng thái bão ho ký hiệu: D. b. áp suất hơi nớc: (vapour pressure) hay l áp suất phần hơi nớc trong không khí, ký hiệu e (mmHg) hay Pa(N/m 2 ), 1mmHg = 1,333*10 2 N/m 2 . ở trạng thái bão ho ký hiệu: E. c. Độ ẩm không khí: + Độ ẩm tuyệt đối (absolute humidity): ký hiệu f (g/m 3 ): l số gam hơi nớc chứa trong 1m 3 không khí. ở trạng thái bão ho ký hiệu: F. + Độ ẩm tơng đối (relative humidity): ký hiệu (%), tỷ số giữa độ ẩm của không khí ở trạng thái khảo sát so với trạng thái bão ho hơi nớc của không khí đó (ở cùng một nhiệt độ): = f/ F*100% = d/D*100% = e/E*100% . d. Nhiệt độ: * Quy đổi nhiệt độ: 0 C = (1.8 0 C + 32) 0 F 0 F = {( 0 F 32)/1.8} 0 C 0 K = 0 C + 273 x Thiết bị đo nhiệt độ (nhiệt kế khô ớt-Asman) : + Nhiệt độ khô- dry temperature (t k , 0 C): nhiệt độ của kk đợc đo bằng nhiệt kế thuỷ ngân thông thờng(bầu thuỷ ngân để khô) + Nhiệt độ ớt wet-bult temperature (t , 0 C): nhiệt độ của kk đợc đo bằng nhiệt kế thuỷ ngân với bầu thuỷ ngân đợc bọc bông hay vải luôn ẩm ớt. Nhiệt kế khô ớt + Nhiệt độ điểm sơng (t S , 0 C): L nhiệt độ tại đó hơi nớc có trong không khí đạt tới trạng thái bão ho (hơi nớc d trong không khí đọng thnh từng hạt nớc nhỏ nh hạt sơng) m dung ẩm d = const (không đổi). * Tại t S : e = E (tS) hoặc (tS) = 100% (tại đây t k = t ). * Hiện tợng trong thực tế: Mùa Đông có HT sơng mù tháng 3, 6(chuyển Đông => Hè). do t 0 kk t S ; HT đổ mồ hôi nền nh do t 0 bề mặt nền nh t S Khả năng chứa hơi nớc cực đại của một khối không khí phụ thuộc vo nhiệt độ của nó. Nhiệt độ cng cao không khí cng chứa đợc nhiều hơi nớc. Trị số tính toán của nhiệt độ v độ ẩm không khí về mùa nóng ở H Nội Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 9/21 Nhiệt độ v độ ẩm trung bình trong ngy Nhiệt độ cực đại v độ ẩm cực tiểu tơng ứng Nhiệt độ cực tiểu v độ ẩm cực đại tơng ứng Hệ số bảo đảm của nhiệt độ K bđ (t n ) Biên độ dao động nhiệt độ trong ngy A(t n ) = t n,tb ( 0 C) t n,tb ( 0 C) n,tb (%) t n max ( 0 C) n min (%) t n min ( 0 C) n max (%) 0,99 5,8 32,3 65 38 45 28,7 94 0,9 4,1 30,3 85 34,4 65 27,2 96 0,7 3,7 29 90 32,7 75 26,3 96 0,5 3,6 28 90 31,7 80 25,5 96 e. Thể tích riêng của không khí (specific volume): ký hiệu V(m 3 /kg). f. Nhiệt dung hay Enthaphy của không khí: ký hiệu H(kJ/kg) , l lợng nhiệt chứa trong một đơn vị khối lợng không khí, so với lợng nhiệt của không khí khô ở 0 0 C. Gồm hai thnh phần: + Nhiệt hiện (sensible heat): ký hiệu H S l lợng nhiệt lm tăng nhiệt độ của phần không khí khô. H S = 1,005*t K ; (kJ/kg.k.k.khô) Trong đó : 1,005 kJ/kg - nhiệt dung riêng của không khí khô. + Nhiệt ẩn (latent heat): ký hiệu H l l lợng nhiệt do sự có mặt của hơi nớc trong không khí. Đó l lợng nhiệt cần thiết để lm bay hơI ton bộ lợng hơi ẩm trong không khí (nhiệt ẩm bay hơi). H l = d*h l ; (kJ/kg.k.k.khô) Trong đó : h l - nhiệt dung riêng của hơi nớc ở nhiệt độ không khí khô. + Do vậy: H = H S + H l = 1,005*t K + d*h l ; (kJ/kg.k.k) g. Trọng lợng riêng của không khí: J k Trọng lợng riêng của không khí l trọng lợng tính bằng kg của 1m 3 không khí. Trọng lợng riêng của không khí khô phụ thuộc vo áp suất khí quyển v nhiệt độ của không khí. ứng với áp suất khí quyển l P kq = 760 mmHg v nhiệt độ không khí t K = 0 0 C thì khối lợng riêng của không khí khô J 0 = 1,293 kg/m 3 . Trọng lợng riêng của không khí khô ở nhiệt độ t 0 C đợc xác địng theo công thức sau: 273 1 293,1 273 1 0 , tt khot J J , kg/m 3 - t nhiệt độ của không khí ( 0 C). Trọng lợng riêng của không khí ẩm (trong kk có chứa hơi nớc): T e khotamt 176,0 ,. JJ , kg/m 3 - e: áp suất riêng của hơi nớc có trong không khí, mmHg. Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 10/21 - T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí T = t + 273, 0 K. Nh vậy, trọng lợng riêng của không khí ẩm (không khí thông thờng) nhỏ hơn trọng lợng riêng của không khí khô. Trọng lợng của không khí khô có trong 1m 3 không khí ẩm: á á ạ ã ă ă â Đ T eP kq amkkkho 465,0 ./ J , kg/m 3 kk.ẩm - t nhiệt độ của không khí ( 0 C). - P kq - áp suất khí quyển =760 mmHg. h. Biểu đồ không khí ẩm, biểu đồ t - d: Tất cả các đại lợng vật lý của một trạng thái môi trờng không khí có thể biểu diễn trên một biểu đồ không khí ẩm (Psychrometric Chart) hay còn gọi l biểu đồ nhiệt ẩm, biểu đồ t - d. Biểu đồ nhiệt ẩm, biểu đồ t - d. i. Phân tích các sự biến đổi trạng thái không khí theo biểu đồ t - d: - Trạng thái của không khí đợc xác định bằng một điểm trên Biểu đồ t-d (biểu đồ nhiệt - ẩm) tại điểm đó cho biết các giá trị: t K , t , d, , e, V. Nếu biết hai giá trị bất kỳ trong sáu giá trị trên thì hon ton có thể xác định đợc các giá trị còn lại. [...]... trúc&con ng ời - GV: THS.KTS Nguyễn đăng thịnh Bảng trị số giới hạn của cảm giác nhiệt của ng ời Việt Nam xác định theo nhiệt độ hiều quả t ơng đ ơng - thq b chỉ số Zôilen-Korencốp: ( H) H = 0,24 (tK + tR) + 0,1d 0,09(37,8 tK) v ) Trong đó: - tR: t0 trung bình mặt trong kết cấu - - tK: t KK trong phòng d: dung ẩm - 0 v : tốc độ gió H Cảm giác nhiệt Mùa đông 19 ,1 c chỉ số c ờng độ nhiệt: (B) hay do H.S.Bendinh v T.F.Hats (Mỹ) đề xuất: B Qmhcanthai 10 0% Qmh max M Qbx Qdl 10 0% Qmh max Tiêu chuẩn đánh giá theo B: Cảm giác nhiệt Chỉ số B Lạnh Dễ chịu Hơi nóng Rất nóng sản nhiệt M, kCal/h (metabolism) -M tính chất lao động, đặc điểm sinh lý cơ thể, lứa tuổi Trang 16 / 21 Bi giảng Phần Nhiệt - Ch ơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ng ời - GV: THS.KTS Nguyễn đăng thịnh (Với trẻ em nhân hệ số 0,8) - Sự sản nhiệt nhiều) tốc độ thải nhiệt ra... ng ời (kg/h) Trang 17 / 21 Bi giảng Phần Nhiệt - Ch ơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ng ời - GV: THS.KTS Nguyễn đăng thịnh *** Qua sự phân tích các l ợng nhiệt trao đổi trên, chúng ta có Ph ơng trình cân bằng nhiệt giữa cơ thể với môi tr ờng: M qđ qb + qmt - qmh - qlv qdn qhh q= 0 Trong đó: - q: l ợng nhiệt thừa hay thiếu của ng ời liên quan đến cảm giác nhiệt - qlv : l ợng nhiệt tổn hao cho lm... ờng(mất nhiệt do lạnh nhiều thì phải sản nhiệt 2 Sự trao đổi nhiệt của cơ thể với môi tr ờng: - Các dạng trao đổi nhiệt: đối l u, bức xạ, dẫn nhiệt, toát mồ hôi - L ợng nhiệt trao đổi vo: quần áo mặc, t thế con ng ời v điều kiện vi khí hậu - Điều kiện có đ ợc sự thoải mái (tiện nghi nhiệt) : QH = Q L - QH :L ợng nhiệt do cơ thể sinh ra M kCal/h - QL :L ợng nhiệt trao đổi với môi tr ờng xung quanh a L ợng nhiệt. .. Gió núi - thung lũng: vùng núi cao ban ngy nhiệt độ đỉnh núi cao hơn thung lũng gió thổi từ thung lũng lên đỉnh núi, ban đêm nhiệt độ đỉnh núi hạ thấp do mất nhiệt nhanh hơn thung lũng nên gió thổi từ đỉnh núi xuống - H ớng, vận tốc v tần xuất gió: Trang 12 / 21 Bi giảng Phần Nhiệt - Ch ơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ng ời - GV: THS.KTS Nguyễn đăng thịnh Biểu thị hoa gió - Do lãnh thổ kéo di 15 vĩ tuyến:... tK tR = 10 0% ; V = 0 m/s m nó khiến con ng ờốic cảm giác nóng lạnh t ơng đ ơng các môi tr ờng khí hậu có t, , V khác nhau trong điều kiện tK tR , lao động bình th ờng Xác định thq: 2 cách Công thức v Biểu đồ thq + Công thức: t hq 0,5.(t K tƯ ) 1, 94 v Phạm vi dễ chịu: - Mùa hè: thq = 17 ,5 - 26,70C - Mùa đông: thq = 15 ,7 - 23,50C Biểu đồ nhệt độ hiệu quả thq: Trang 18 / 21 Bi giảng Phần Nhiệt - Ch ơng... định nhiệt độ mặt trần mái tối đa cho phép l bao nhiêu Giải: Tính vói chiều cao ng ời trung bình 1, 6m , ta có: x = 4m -1 , 6m=2,4m ng x 1 0,8 2,4 4 x6 cf 0,608 suy ra: n 29 4 0,608 Trang 20/ 21 35,6 0 C Bi giảng Phần Nhiệt - Ch ơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ng ời - GV: THS.KTS Nguyễn đăng thịnh 5 Giải pháp thiêt kế kiến trúc xây dung nâng cao điều kiện tiện nghi VKH ở VN: - Hết Ch ơng I - Trang 21/ 21. .. bình 4 Nhiệt độ các bề mặt trong phòng ti , 0C - Nhiệt độ các bề mặt trong phòng khác nhau v khác nhau ngay trên cùng một bề mặt => có thể xác định bằng trị số trung bình: t tb ti Si Si Trang 15 / 21 Bi giảng Phần Nhiệt - Ch ơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ng ời - GV: THS.KTS Nguyễn đăng thịnh Trong đó: ti : nhiệt độ trung bình của bề mặt diện tích Si, 0C - Trong thực nghiệm ng ời ta hay dùng nhiệt . Nóng Rất nóng <7 ,1 7 ,1 - - -1 0 11 ,1 14 ,9 15 - 13 ,8 16 ,3 - 17 ,5 19 ,1 > ;19 ,1 c. chỉ số cờng độ nhiệt: (B) hay do H.S.Bendinh v T.F.Hats (Mỹ) đề xuất: %10 0 max Qdl Qbx M %10 0 max QmhQmh Qmhcanthai B rr . I tb 366 425 75 87 15 7 18 2 12 4 14 4 15 2 17 6 11 5 13 3 Biên độ dao động ngy AI 7 41 860 18 0 210 565 660 426 495 507 590 15 3 17 6 Thời điểm xuất hiện trị số cức đại (giờ) 12 12 8 hay 16 9 hay 15 8 hay 16 8 v 16 x. v.,)tt.(,t Ư Khq 9 415 0 Phạm vi dễ chịu: - Mùa hè: thq = 17 ,5 - 26,70C - Mùa đông: thq = 15 ,7 - 23,50C Biểu đồ nhệt độ hiệu quả t hq : Bi giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời -