Vat lý xây dựng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (11.71 MB, 208 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

ThS. Nguyễn Thị Quỳnh Chi

Bài giảng

VẬT LÝ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP, 2014

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

LỜI NÓI ĐẦU

Vật lý xây dựng (VLXD) là môn học cơ sở của ngành Kỹ thuật Xây dựng cơng trình. Mơn học giúp SV có cơ sở học tốt các môn thuộc chuyên ngành.

Khoa học VLXD tuy là môn khoa học ứng dụng mới mẻ nhưng thực chất đã hình thành qua quá trình lâu dài cùng với sự phát triển của ngành kiến trúc tạo những thành tựu về nghệ thuật và kỹ thuật kiến trúc, xây dựng sáng tạo môi trường vi khí hậu, âm thanh và ánh sáng v..v…của các nhà kiến trúc lớn biểu hiện qua các cơng trình kiến trúc hồn mỹ được xây dựng trong 20 thế kỷ qua, chứng tỏ khi sáng tạo ra một cơng trình kiến trúc những kiến trúc sư khơng thể tách rời các vấn đề VLXD và các vấn đề nghệ thuật, kỹ thuật xây dựng khác.

Tuy nhiên đầu thế kỷ 20 với quy mô xây dựng nhà ở, cơng trình công cộng và nhà công nghiệp ngày càng lớn. VLXD mới trở thành môn khoa học riêng biệt bao gồm nhiều môn kết hợp chặt chẽ với nhau trong quá trình sáng tạo kiến trúc.

Bài giảng VLXD này được biên theo khung chương trình của Trường Đại học Lâm nghiệp đã được duyệt năm 2013 gồm 11 chương và 3 phần chính: khí hậu, nhiệt kiến trúc và con người; môi trường âm thanh (âm học xây dựng); môi

trường quang học (chiếu sáng trong kiến trúc) dùng để giảng dạy cho sinh viên đào tạo theo tín chỉ của ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình.

Trong q trình biên soạn, tác giả đã nhận được ý kiến đóng góp quý báu của các bạn đồng nghiệp trong bộ môn Vật lý, Khoa Cơ điện và công trình. Tuy nhiên, do thời gian và khả năng có hạn nên không thể tránh khỏi thiếu sót, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các bạn đọc và các đồng nghiệp bộ môn.

Thư góp ý xin gửi về Bộ môn Vật lý – Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Nguyễn Văn Muôn, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội đã có sự giúp đỡ quý báu!

Tác giả

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

MỞ ĐẦU

Bài giảng VLXD cung cấp cho sinh viên những kiến thức về các hiện tượng vật lý xảy ra bên trong và bên ngồi cơng trình. Trên cơ sở nắm vững kiến thức này, sinh viên biết cách điều chỉnh các thông số vật lý đó (bằng các giải pháp kiến trúc và quy hoạch) nhằm tạo điều kiện tiện nghi cho con người sử dụng trong công trình ấy. Bài giảng VLXD gồm 3 phần:

- Khí hậu, nhiệt kiến trúc và con người, khí hậu và sự tác động qua lại của khí hậu tới hình thái kiến trúc cơng trình, vi khí hậu trong cơng trình kiến trúc, điều kiện tiện nghi vi khí hậu của con người, ứng dụng của bài toán kỹ thuật để thiết kế định hướng các giải pháp kiến trúc, chống nóng cho nhà trong điều kiện khí hậu nóng ẩm và chống nồm.

- Môi trường âm thanh (âm học xây dựng): các khái niệm cơ bản về âm thanh, đặc tính hút âm của vật liệu và kết cấu, thiết kế âm học phòng khán giả, thiết kế cách âm cho các kết cấu phân cách.

- Môi trường quang học (chiếu sáng trong kiến trúc): một số khái niệm cơ bản về ánh sáng về khả năng nhìn và tiện nghi nhìn thấy của mắt, khí hậu ánh sáng và các nguồn sáng tự nhiên, thiết kế và tính tốn chiếu sáng tự nhiên, thiết kế và tính tốn chiếu sáng điện.

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

PHẦN I. KHÍ HẬU, NHIỆT KIẾN TRÚC VÀ CON NGƯỜI Chương 1

KHÍ HẬU NGỒI NHÀ VÀ VI KHÍ HẬU TRONG CƠNG TRÌNH KIẾN TRÚC

1.1. Khái quát khí hậu

Những nhân tố khí hậu trong lĩnh vực vật lý xây dựng cần xét đến là: Mặt trời, bức xạ mặt trời; khơng khí bao gồm nhiệt độ, độ ẩm khơng khí; gió, mưa. Mỗi nhân tố đều có ảnh hưởng đến sự hình thành đặc điểm kiến trúc và đòi hỏi những kiến thức kiến trúc, xây dựng thích hợp.

Một cơng trình kiến trúc, xây dựng có chất lượng tốt phải thỏa mãn yêu cầu sử dụng và phù hợp với điều kiện khí hậu nơi xây dựng.

1.1.1. Mặt trời và chuyển động biểu kiến của mặt trời

a. Mặt trời

Mặt trời là một khối khơng khí nóng khổng lồ, có nhiệt độ bề mặt khoảng 6000K, liên tục phát năng lượng nhiệt ra xung quanh dưới dạng tia bức xạ và truyền đi bốn phương dưới dạng sóng điện từ. Trái đất chúng ta chỉ nhận được khoảng 1/2.200.000.000 tổng lượng bức xạ mặt trời. Sở dĩ mặt trời có nguồn năng lượng lớn như vậy là vì ở đó có quá trình phản ứng nhiệt hạch liên tục từ nguyên tử hyđrô biến thành nguyên tử hêli.

Trong thái dương hệ, mặt trời là hệ đứng yên. Trái đất quay xung quanh mặt trời một năm được một vịng và nó tự quay quanh mình nó một vịng trong một ngày đêm.

Hình 1-1. Quy luật chuyển động của trái đất quay xung quanh mặt trời

Trục tự quay của trái đất làm với mặt phẳng của quỹ đạo trái đất quay quanh mặt trời một góc nghiêng là 66o33’. Vì vậy mà góc của tia mặt trời chiếu xuống mỗi điểm trên bề mặt trái đất luôn thay đổi trong năm, tạo thành hiện

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

tượng ngày đêm dài ngắn khác nhau, cũng như tạo thành bốn mùa Xn, Hạ, Thu, Đơng.

Trên hình 1-1, khi trái đất ở vị trí A thì tia chiếu của mặt trời làm với mặt phẳng xích đạo một góc về phía bắc  = 90o – 66o33’ = 23o27’ về phía bắc,  gọi là xích vĩ (hoặc góc xích vĩ - declination). Trong ngày này (21/6) vào giữa trưa ở Bắc Bán cầu mặt trời ở vị trí cao nhất, ban ngày dài nhất, ta gọi là ngày Hạ chí, cịn ở Nam Bán cầu thì lại là ngày Đơng chí.

Khi trái đất ở vị trí B, tia mặt trời chiếu song song với mặt phẳng xích đạo ( = 0), đêm ngày dài bằng nhau, ta gọi là ngày Thu phân (23/9).

Khi trái đất ở vị trí C, tia mặt trời chiếu lệch về phía nam mặt phẳng xích đạo một góc  = -23o27’, trong ngày này, ở Bắc Bán cầu năng lượng bức xạ chiếu trên đơn vị diện tích bề mặt sẽ nhỏ nhất và đêm dài, ngày ngắn, đó là ngày Đơng chí (22/12), ở Nam Bán cầu, ngược lại, là ngày Hạ chí.

Khi trái đất ở vị trí D, tia mặt trời lại chiếu song song với mặt phẳng xích đạo, ( = 0), ngày đêm dài bằng nhau, đó là ngày Xuân phân (21/3). Trong các ngày khác trong năm góc giữa tia chiếu của bức xạ mặt trời và mặt phẳng xích đạo thay đổi từ  = 23o27’ đến - 23o27’.

b. Chuyển động biểu kiến của mặt trời

Khi giải các bài tốn 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 cơng trình. Cường độ của BXMT thay đổi phụ thuộc vào vị trí của bề mặt khảo sát so với tia nắng mặt trời như: các tường bao quanh (mặt đứng), mái nhà (mặt ngang). Hoặc xét cùng một vị trí thì ở các thời điểm khác nhau trong ngày 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”.

Theo định luật chuyển động tương đối, chúng ta có thể xem như trong một ngày đêm, mặt trời quay một vòng tròn quanh trái đất.

Đứng ở điểm A trên mặt đất có vĩ độ φ (vĩ độ của địa điểm quan sát) quan sát mặt trời chuyển động (hình 1-2) trong một ngày mặt trời chuyển động trên một vòng tròn phẳng, khi mặt trời ở trên mặt phẳng chân trời là ban ngày và khi xuống thấp dưới chân trời là ban đêm.

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Hình 1-2. Hình chiếu của quỹ đạo biểu kiến trên mặt phẳng chân trời

Trên hình 1-2 có 3 đường chuyển động biểu kiến của mặt trời trong ngày Hạ chí, ngày Xuân phân, Thu phân và ngày Đơng chí.

Ta coi mặt trời chuyển động đều trong một ngày đêm và như vậy cứ một giờ mặt trời đi được một cung bằng

24giê360o

= 15o trên vịng vận động của nó. Giờ này gọi là giờ trung bình của mặt trời (gọi tắt là giờ mặt trời).

Giờ mặt trời không trùng với giờ hành chính thường dùng hàng ngày. Ví dụ ở nước ta, lấy giờ trung bình mặt trời ở kinh tuyến 105o Đông (kinh tuyến qua Hà Nội là 105o45’) làm giờ hành chính chung cho cả nước. Như vậy giờ hành chính ở nước ta sớm hơn giờ hành chính ở Anh (kinh tuyến Greenwich) là

Vào ngày Xuân phân (21/3) và Thu phân (23/9), mặt trời mọc ở đúng hướng Đông và lúc 6 giờ sáng (giờ trung bình mặt trời) và vào lúc 18 giờ chiều thì lặn ở đúng hướng Tây. Trong các ngày khác, mặt phẳng chuyển động của mặt trời dịch chuyển dần về phía Bắc (từ 21/3 đến 23/9), hoặc về Nam (từ 23/9 đến 21/3). Tại các địa điểm ở Bắc Bán cầu thì từ 21/3 đến 23/9 ngày dài hơn đêm, từ 23/9 đến 21/3, đêm dài hơn ngày. Tại các điểm ở Nam Bán cầu thì ngược lại. Tại các điểm trên đường xích đạo ngày và đêm ln luôn bằng nhau và bằng 12 giờ. Ở Bắc cực và Nam cực, trong một năm có 6 tháng ngày liền và 6 tháng đêm liền.

Hai cách xác định vị trí mặt trời

Vị trí của mặt trời trên bầu trời vào một thời điểm bất kì được xác định bằng hai toạ độ cầu là góc độ cao “ho” và góc phương vị “Ao” (hình 1-3).

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Hình 1-3. Tọa độ mặt trời từ vị trí quan sát

Cách 1: dùng cơng thức tính tốn

Từ các công thức quan hệ trong tam giác cầu “vĩ độ φ, xích vĩ  và góc thời gian Z” có thể tính được hai toạ độ đó bằng các cơng thức sau:

sinh0sinsincoscoscosZ

ho - góc độ cao mặt trời (góc giữa tia mặt trời với mặt phẳng chân trời) φ - vĩ độ của địa điểm quan sát

Ao - góc phương vị của mặt trời (góc hợp bởi hình chiếu của tia mặt trời xuống mặt phẳng chân trời với phương Nam chọn làm gốc có Ao= 0o);

Z - góc giờ, tính như sau: lúc 12 giờ (giờ trung bình mặt trời) thì Z = 0, cứ trước hay sau đó một giờ lấy Z = 15o. Ví dụ lúc 14 giờ 20’:

trong đó M là số thứ tự ngày kể từ ngày 1/1 đến 31/12, tức là ngày 1/1 có M=1, ngày 2/1 có M=2, ..., ngày 31/1 có M=31, ngày 1/2 có M=32,.. ngày 28/2 có M=59, v.v....

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Hình 1-4. Phương pháp dựng biểu đồ quỹ đạo chuyển động biểu kiến của mặt trời

Từ các cơng thức trên, có thể suy ra cơng thức để tính độ dài của ngày, góc phương vị của mặt trời lúc mọc và lặn, cũng như độ cao của mặt trời lúc 12 giờ trưa như sau:

- Góc phương vị của mặt trời khi mọc (hay lặn), từ công thức (1.1), cho h0 = 0,

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

- Độ cao mặt trời lúc 12 giờ trưa: từ công thức (1.1), cho cosZ = 0, ta có: h0 = 90o - φ +  Giờ mặt trời mọc hay lặn: từ cơng thức tính giờ trung bình của mặt trời, khi đã biết độ cao mặt trời là

cosZ  , cho h0 = 0 ta sẽ được cơng thức tính giờ mặt trời mọc hay lặn.

cos Z = - tgφtg

Cách 2: dùng biểu đồ chuyển động biểu kiến của mặt trời

Để giải quyết các bài toán về che nắng, chiếu nắng, xác định bóng đổv.v… người ta biểu diễn đường đi của mặt trời qua các ngày tháng trong năm trên một biểu đồ gọi là biểu đồ chuyển động biểu kiến của mặt trời. Nguyên tắc biểu diễn là chiếu vị trí của mặt trời lên mặt phẳng chân trời của địa phương (hình 1-4).

Tại những địa phương nằm gần các vòng bắc cực hay nam cực (như St-Peterburg chẳng hạn), ban ngày mùa đông rất ngắn thậm chí bằng 0 giờ, cịn ban ngày mùa hè rất dài có thể tới 24 giờ. Tại những địa phương này, những ngày gần hạ chí thường gọi là những đêm trắng. Khác với Hà Nội, tại những địa phương này mặt trời khơng bao giờ đi qua đỉnh đầu, vì vậy trong các cơng trình xây dựng có thể lấy ánh sáng bằng các cửa kiểu giếng trời mà không bị nắng chiếu vào nhà.

1.1.2. Bức xạ mặt trời

Quang phổ bức xạ mặt trời chiếu xuống trái đất có bước sóng  = 0,17 – 4

m, với năng lượng bức xạ tập trung trong khoảng bước sóng từ 0,4 – 1 m trong đó 50% năng lượng bức xạ nằm trong vùng tia nhìn thấy (ánh sáng) ( = 0,38 - 0,76 m), 43% nằm trong phần hồng ngoại ( > 0,76 m) và 7% trong phần tử ngoại ( < 0,38 m).

Ở ngồi khí quyển, bức xạ mặt trời cực đại ở bước sóng  = 0,47 m (nằm giữa màu xanh biếc và màu da cam). Quang phổ bức xạ ở gần mặt đất

Hình 1-5. Bức xạ mặt trời trực tiếp khuếch tán và tổng cộng

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

được giới hạn trong phạm vi bước sóng  = 0,29 - 4,0 m và cực đại ở bước sóng  = 0,56 m (màu da cam).

Năng lượng bức xạ mặt trời được đo bằng đơn vị Calo hay Watt. Số nhiệt lượng mà một đơn vị bề mặt thẳng góc với tia mặt trời nhận được trong một đơn vị thời gian gọi là cường độ bức xạ mặt trời (đo bằng W/m2 hay Calo/cm2.phút).

Bức xạ mặt trời xuyên qua tầng khí quyển sẽ bị hấp thụ một phần do các hạt nước, bụi, khói, khí CO2, ơzơn, các phần tử khơng khí, một phần bị mây phản xạ và phần lớn còn lại sẽ chiếu xuống mặt đất gọi là trực xạ S.

Sau khi hấp thụ bức xạ mặt trời, khí quyển nóng lên và trở thành vật bức xạ phát nhiệt xuống mặt đất, lượng nhiệt này cùng với phần bức xạ mặt trời bị khí quyển khuếch tán chiếu xuống trái đất, gọi là bức xạ khuếch tán (tán xạ) gọi

Trực xạ là bức xạ mặt trời do các tia nắng xuyên qua khí quyển chiếu trực tiếp xuống mặt đất sinh ra. Khi xuyên qua khí quyển một phần năng lượng của tia bức xạ mặt trời bị khuếch tán và hút mất, nên cường độ của nó giảm đi. Sở dĩ có hiện tượng này là vì khí quyển thường khơng trong suốt, đặc trưng cho tính chất đó của khí quyển người ta dùng hệ số trong suốt p. Khơng khí càng ẩm, trời càng âm u thì hệ số p càng nhỏ. Ở đồng bằng Bắc bộ vào mùa xuân (tháng 2 – 4) có p ~ 0,6; mùa Đông (tháng 11 năm trước đến tháng 1 năm sau) có p = 0,75; cịn vào mùa Hè và mùa Thu trị số p xấp xỉ bằng 0,7. Hệ số trong suốt của khí quyển ở miền núi, trung du lớn hơn ở vùng đồng bằng. Bầu trời thị trấn Sa Pa có p = 0,8. Ở các thành phố công nghiệp, do khơng khí có nhiều bụi khói nên hệ số p thường nhỏ hơn ở nông thôn.

Gọi S là trực xạ chiếu lên mặt phẳng thẳng góc với tia mặt trời. Trị số S

phụ thuộc góc cao mặt trời và độ trong suốt của khí quyển có thể tính theo công thức hoặc lấy theo số liệu đo tại Trạm khí tượng.

Trực xạ chiếu lên các mặt phẳng bất kỳ bao giờ cũng bằng trị số S nhân với cosin của góc giữa pháp tuyến của mặt phẳng ấy và hướng của tia nắng.

Si = S .cos(i)

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

trong đó i - là góc giữa pháp tuyến của mặt phẳng và hướng của tia nắng.

Trường hợp tổng quát tính cho mặt phẳng nghiêng một góc  so với mặt ngang, dựa theo các cơng thức giải tam giác cầu dễ dàng tìm được cosi là :

cosi = cos h0.cos(A0 - a). sin + sin h0.cos (1.3)

- góc nghiêng của mặt phẳng nghiêng so với mặt phẳng ngang h0- góc độ cao mặt trời

A0 - góc phương vị mặt trời

a – góc hợp bởi pháp tuyến của mặt tường và hướng Nam hay có thể gọi là góc phương vị của pháp tuyến tường

Khi =0 thì ta có trực xạ trên mặt nằm ngang:

Trong khi tính tốn theo công thức (1.5) cần chú ý rằng khi (A0 - a) > 90O, thì giá trị cos (A0 - a) sẽ âm, do đó thành phần trực xạ lúc này sẽ mang giá trị âm, trong trường hợp này phải coi trực xạ bằng 0 vì tia nắng mặt trời không chiếu vào mặt tường mà chiếu vào phía sau.

Tán xạ

Tán xạ (bức xạ khuếch tán) chính là bức xạ từ bầu trời chiếu xuống. Trong điều kiện có mây, tán xạ thường tăng lên rất nhiều so với khi trời quang mây. Cường độ tán xạ khi trời có mây phụ thuộc lượng mây và dạng mây (mây tầng thấp, mây tầng trung, mây tầng cao). Ở nước ta, khí hậu ẩm ướt, tán xạ lớn hơn ở các nước nóng khô.

Tán xạ trên mặt phẳng nghiêng làm với mặt phẳng ngang một góc  được xác định gần đúng như sau:

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Hầu hết các cơng trình nghiên cứu trên thế giới đều dựa trên cơ sở sử dụng các hằng số của phương trình hồi quy giữa bức xạ tổng cộng ngày trung bình tháng với tỉ số tương đối của tổng số giờ nắng trong ngày trung bình tháng trên tổng số giờ nắng trung bình ngày khả dĩ để xác định lượng bức xạ tổng cộng ngày trung bình tháng. Dạng cơ bản của phương trình này là phương trình hồi quy tuyến tính của Angstrom

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Trong bảng 1-2, số giờ nắng được lấy từ TCVN-4088-85

Qs=36 MJ/m2.ngày là bức xạ trực tiếp (hoặc gọi là bức xạ tổng cộng) trung bình ngày trên mặt ngang ở ngồi tầng khí quyển.

 - vĩ độ địa lý

n - tổng số giờ nắng trong tháng (giờ)

N - tổng số giờ nắng khả dĩ trong ngày (giờ)

Trong thực hành tính tốn có thể lấy tổng số giờ nắng trong tháng theo các tài liệu khí hậu (QCXDVN 02: 2008/BXD- Số liệu điều kiện tự nhiên dùng trong xây dựng). bảng 1-2 là giá trị tính tốn tổng xạ theo công thức (1.11) cho thành phố Hà Nội.

Bóng đổ của cơng trình kiến trúc

Hình 1-6. Mơ tả bóng đổ của cọc trên mặt bằng

Vẽ bóng đổ của cơng trình lên trên các mặt phẳng là bài toán thường gặp của các nhà thiết kế cơng trình. Để đơn giản, trong phần này sẽ nêu phương pháp vẽ bóng đổ trên mặt đất bằng cách áp dụng phương pháp bóng cọc. Về thực chất, việc vẽ bóng đổ cơng trình chính là việc vẽ bóng đổ của các đỉnh cọc rồi nối lại.

Cọc có chiều cao H= PP’, bóng cọc là L=P’T, dựa treo hình vẽ ta có:

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

1.1.3. Các thơng số vật lý của khơng khí và biểu đồ khơng khí ẩm

1.1.3.1. Các thơng số vật lý của khơng khí

Mơi trường sống của chúng ta hiện nay chính là khơng khí ẩm nó bao gồm khơng khí khơ và hơi nước (KKẩm = KKkhô + Hơi nước).

a. Dung ẩm của khơng khí: ký hiệu d (g/kg k.k.khô) đo bằng số gam hơi nước

chứa trong 1 kg khơng khí khơ. VD: nếu trong 1,018 kg khơng khí khơ có 18g

hơi nước => k.k đó có d = 18 (g/kg k.k.khơ). Ở trạng thái bão hoà ký hiệu: D.

b. Áp suất hơi nước: (vapour pressure) hay là áp suất phần hơi nước trong khơng

khí, ký hiệu e (mmHg) hay Pa hoặc (N/m2), 1mmHg = 1,333.102 N/m2. Ở trạng

thái bão hoà ký hiệu: E.

c. Độ ẩm khơng khí:

+ Độ ẩm tuyệt đối (absolute humidity): ký hiệu f (g/m3): là số gam hơi nước chứa trong 1 m3 khơng khí. Ở trạng thái bão hồ ký hiệu: F.

+ Độ ẩm tương đối (relative humidity): ký hiệu φ(%), tỷ số giữa độ ẩm

của khơng khí ở trạng thái khảo sát so với trạng thái bão hoà hơi nước của

khơng khí đó (ở cùng một nhiệt độ): φ = f/ F*100% = d/D*100% = e/E*100%.

• Thiết bị đo nhiệt độ (nhiệt kế khô ướt-Asman):

+ Nhiệt độ khô (tk , 0C): nhiệt độ của khơng khí được đo bằng nhiệt kế

thuỷ ngân thông thường (bầu thuỷ ngân để khô)

+ Nhiệt độ ướt (tư,0C): nhiệt độ của khơng khí được đo bằng nhiệt kế

thuỷ ngân với bầu thuỷ ngân được bọc bông hay vải luôn ẩm ướt.

+ Nhiệt độ điểm sương (tS , 0C): Là nhiệt độ tại đó hơi nước có trong

khơng khí đạt tới trạng thái bão hoà (hơi nước dư trong khơng khí đọng thành từng hạt nước nhỏ như hạt sương) mà dung ẩm d = const (không đổi).

* Tại tS : e = E(tS) hoặc φ(tS) = 100% (tại đây tk = tư ).

* Hiện tượng trong thực tế: Mùa Đông có hiện tượng sương mù vào

tháng 3, 6 (chuyển Đông => Hè) do t0kk ≤ tS; hiện tượng đổ mồ hôi nền nhà do

kk bề mặt nền nhà ≤ tS

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Hình 1-7. Nhiệt kế khơ ướt

Khả năng chứa hơi nước cực đại của một khối khơng khí phụ thuộc vào nhiệt độ của nó. Nhiệt độ càng cao khơng khí càng chứa được nhiều hơi nước.

e. Thể tích riêng của khơng khí (specific volume): ký hiệu V (m3/kg).

f. Nhiệt dung hay Enthaphy của khơng khí ký hiệu H (kJ/kg): là lượng nhiệt

chứa trong một đơn vị khối lượng khơng khí, so với lượng nhiệt của khơng khí khơ ở 0oC. Gồm hai thành phần:

+ Nhiệt hiện (sensible heat): ký hiệu HS là lượng nhiệt làm tăng nhiệt

độ của phần khơng khí khơ.

HS = 1,005*tK (kJ/kg.k.k.khơ)

Trong đó: 1,005 kJ/kg - nhiệt dung riêng của khơng khí khơ.

+ Nhiệt ẩn: ký hiệu Hl là lượng nhiệt do sự có mặt của hơi nước

trong khơng khí. Đó là lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi toàn bộ lượng hơi ẩm trong khơng khí (nhiệt ẩm bay hơi).

Hl = d*hl (kJ/kg.k.k.khơ)

Trong đó: hl - nhiệt dung riêng của hơi nước ở nhiệt độ khơng khí khơ. + Do vậy:

H = HS + Hl = 1,005*tK + d*hl (kJ/kg.k.k.khô)

g. Trọng lượng riêng của khơng khí: γk

Trọng lượng riêng của khơng khí là trọng lượng tính bằng kg của 1m3 khơng khí. Trọng lượng riêng của khơng khí khơ phụ thuộc vào áp suất khí

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

quyển và nhiệt độ của khơng khí. Ứng với áp suất khí quyển là Pkq = 760 mmHg và nhiệt độ khơng khí tK = 00C thì khối lượng riêng của khơng khí khơ

- t: nhiệt độ của khơng khí t0C;

Trọng lượng riêng của khơng khí ẩm (trong kk có chứa hơi nước):

- e: áp suất riêng của hơi nước có trong khơng khí, mmHg; - T: nhiệt độ tuyệt đối của khơng khí: T = t + 273 K.

Như vậy, trọng lượng riêng của khơng khí ẩm (khơng khí thơng thường) nhỏ hơn trọng lượng riêng của khơng khí khơ.

Trọng lượng của khơng khí khơ có trong 1m3 khơng khí ẩm: h. biểu đồ khơng khí ẩm, biểu đồ t – d.

Tất cả các đại lượng vật lý của một trạng thái môi trường không khí có

thể biểu diễn trên một biểu đồ khơng khí ẩm (Psychrometric Chart) hay cịn gọi

là biểu đồ nhiệt - ẩm, biểu đồ t - d.

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Hình 1-8. Biểu đồ nhiệt – ẩm, biểu đồ t - d

i. Phân tích các sự biến đổi trạng thái khơng khí theo biểu đồ t - d

- Trạng thái của không khí được xác định bằng một điểm trên Biểu đồ t-d (biểu đồ nhiệt - ẩm) tại điểm đó cho biết các giá trị: tk, tư, d, φ, e, V. Nếu biết hai giá trị bất kỳ trong sáu giá trị trên thì hồn tồn có thể xác định được các giá trị còn lại.

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Quá trình hút ẩm đặc biệt Giảm tk, giữ cố định d

Giảm tk , dung ẩm d Tăng ẩm đoạn nhiệt

Giảm ẩm đoạn nhiệt Giảm ẩm ngưng tụ Hình 1-9. Q trình trộn khí

*Q trình trộn khí

Khơng khí ở trạng thái A (điểm A) có nhiệt độ khơ bằng tA, dung ẩm dA, khối lượng khơng khí khơ là mA, khơng khí ở trạng thái B (điểm B) có nhiệt độ khơ bằng tB, dung ẩm dB, khối lượng khơng khí khơ là mB. Nếu đem hịa trộn hai khối khí này sẽ có được hỗn hợp khí ở trạng thái C. Điểm C nằm trên đường thẳng AB chia AB thành 2 đoạn tỉ lệ nghịch với khối lượng khơng khí khơ của 2 trạng thái A và B, trong đó: mA là khối lượng không khí khơ ở trạng thái A, mB là khối lượng không khí khơ ở trạng thái B.

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

Dựa vào hình vẽ 1-9, áp dụng quy tắc tam giác đồng dạng có thể tìm được các biểu thức sau:

Là sự vận động của không khí từ nơi áp suất cao đến nơi áp suất thấp nghĩa là từ nơi nhiệt độ thấp đến nơi nhiệt độ cao. Như vậy bản chất của gió là: Gió thổi từ nơi áp suất cao đến nơi áp suất thấp và gió thổi từ nơi nhiệt độ thấp đến nơi nhiệt độ cao.

Có thể giải thích bản chất nói trên của gió dựa theo cơng thức tính mật độ

Khi t tăng thì t giảm, như vậy tại đó nhiệt độ khơng khí cao, có mật độ lỗng hơn và có áp suất thấp hơn, do đó khơng khí từ vùng nhiệt độ thấp hơn hay từ vùng có áp suất cao hơn sẽ di chuyển tới.

Phân loại gió:

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

- Lục địa ra biển. * Mùa hè

Gió thổi từ:

- Nam bán cầu lên. - Biển vào lục địa.

* Gió địa phương: thổi trong những ngày thời tiết ổn định theo ngày và đêm do ảnh hưởng của địa hình, bao gồm:

- Gió núi và thung lũng:

Ngày: gió thổi từ thung lũng lên đỉnh núi (vì đỉnh núi bị mặt trời đốt nóng hơn dưới thung lũng).

Đêm: Gió thổi từ đỉnh núi xuống (vì bề mặt đỉnh núi cao nguội nhanh hơn dưới thung lũng).

- Gió biển:

Ngày: Gió thổi từ biển vào đất liền (vì đất liền bị mặt trời đốt nóng nhanh hơn làm khí nóng bốc lên kéo khí lạnh từ biển vào).

Đêm: Gió thổi từ đất liền ra biển (vì mặt biển giữ nóng lâu hơn đất liền làm khí nóng bốc lên kéo khí lạnh từ đất liền ra).

Hình 1-10. Mơ tả gió núi và thung lũng

Hình 1-11. Mơ tả gió biển

Hình 1-12. Mơ tả gió phơn

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

* Gió phơn nóng khơ: xảy ra khi gió vượt núi cao khơng khí bị giãn nở lạnh đoạn nhiệt, nhiệt độ hạ thấp hơn nhiệt độ điểm sương khiến hơi nước ngưng tụ thành mưa mất nước (độ ẩm tuyệt đối e giảm). Càng lên cao càng mưa nhiều. Sang sườn bên không khí bị nén nóng lên (độ ẩm tuyệt đối bão hòa E tăng) khiến  giảm nhỏ trở thành gió nóng khô. Ở nước ta tại dãy Trường Sơn miền Trung Bộ có gió phơn. Trên thế giới tại dãy núi Alpes (Anpơ -Bắc ý); dãy núi Cascade (Capcadơ-Nga) có gió này.

- Đại lượng biểu thị gió: tốc độ v(m/s) và tần suất (%). Tần suất là tỉ lệ % số lần xuất hiện gió trên mỗi hướng so với tổng số lần đo. Quy luật gió ở mỗi địa phương được đo đạc, thống kê, biểu thị bằng hoa gió. Có 2 loại hoa gió (hình 1-13) và (hình 1-14).

a. Hoa gió biểu thị đơn thuần tần suất.

b. Hoa gió biểu thị cả tần suất và tốc độ. Trong đó, độ dài của tia biểu thị tần suất hướng gió (1 mm = 2%).

- Cơn dơng

Là cơn gió lớn, thổi đột ngột trong thời gian rất ngắn. Khi có dơng thường kèm theo mưa rào, gió giật, sét, vịi rồng, mưa đá. Sức gió trong vịi rồng rất mạnh có khi tới 400km/h. Thống kê lượng dông bão bằng ngày: ngày dơng/năm hoặc mùa.

- Bão

Là gió xốy khổng lồ gây biến động mạnh về thời tiết. Thường bắt nguồn từ biển. Thống kê lượng bão bằng số cơn bão/ năm.

Hình 1-13. Hoa gió biểu thị tần xuất cả năm tại Hà Nội

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

Thang gió Beaufort

Thang đo này được sĩ quan hải quân người Ailen là Sir Francis Beaufort nêu ra khoảng năm 1805. Mặc dù là kém chính xác nhưng lại được dùng rất rộng rãi trong thực tế.

Thang đo sức gió Beaufort được sử dụng để phục vụ cho cơng tác dự báo thời tiết.

Ngày nay, thang Beaufort được nới thêm 4 cấp để ấn định bão có sức gió trên 117 km/h dựa theo thang bão Saffir-Simpson vẫn được dùng để ấn định cấp bão ở Đại Tây Dương.

- Cấp 13 có sức gió 118-153 km/h (tương đương với cấp 1 của thang bão

Hình 1-14. Hoa gió biểu thị cả tần suất và tốc độ

Tại Việt Nam, hầu như khơng có bão mạnh đến mức cần sử dụng thang bão Saffir-Simpson (lí do là các cơn bão mạnh trên cấp 12 hầu như đều xuất phát từ ngoài đại dương, sau khi vượt qua Philipin để đổ bộ vào Việt Nam thì sức gió đã suy giảm rất nhiều) nên người ta chỉ cần sử dụng thang sức gió Beaufort để mơ tả sức mạnh của chúng là đủ. Gió xốy có cấp Beaufort từ 6 đến 7 trên một diện rộng gọi là áp thấp nhiệt đới. Gió xốy từ cấp 8 trở lên trên một

15%

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

diện rộng, có thể kèm theo mưa lớn gọi chung là bão. Tuy nhiên, điều này đã khơng cịn đúng trong thời gian gần đây, điển hình là các cơn bão Chanchu và bão Xangsane trong năm 2006. Mặc dù bão Chanchu không đi vào vùng bờ biển Việt Nam, nhưng với cấp 4 theo thang bão Saffir-Simpson nó đã làm nhiều tàu thuyền bị đánh chìm và nhiều ngư dân Việt Nam bị chết trên biển Đông. Trong dự báo bão cho cơn bão Xangsane, lần đầu tiên người ta đã sử dụng cấp 13 và trên cấp 13.

Bảng 1-3. Các cấp gió

km/h

2. Mưa

Là lượng nước ngưng kết dưới trạng thái lỏng hoặc rắn rơi xuống mặt đất (mưa đá, mưa rào, mưa phùn…).

Đánh giá lượng mưa rơi bằng chiều dày lớp nước (mm) tạo trên mặt phẳng mưa rơi: Lượng mưa mm/năm, tháng, mùa, ngày, trận, 15 phút. Còn thống kê bằng: số ngày mưa/năm, mùa, tháng.

3. Số giờ nắng

Được biểu thị bằng tổng số giờ nắng trong cả năm hoặc trong từng tháng.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Bảng 1-4. Số liệu khí tượng Hà Nội

(Tổng số giờ nắng tháng và cả năm, giờ; Lượng mưa trung bình tháng và năm, mm; Độ ẩm tương đối trung bình tháng và năm, %)

1.2. Đặc điểm khí hậu Việt Nam và phân vùng khí hậu

1.2.1. Đặc điểm khí hậu Việt Nam

Khí hậu là nhân tố trọng yếu của mơi trường, có tác động đến tồn bộ hệ sinh thái của vùng. Với tính chất chung là nhiệt đới ẩm, gió mùa, khí hậu nước ta được chia thành 2 vùng rõ rệt, vùng khí hậu phía Bắc và vùng khí hậu phía Nam, có ranh giới là 16 vĩ bắc, chạy ngang đèo Hải Vân. Sự khác biệt cơ bản giữa 2 vùng khí hậu này là ở chỗ: miền khí hậu phía Bắc có mùa đơng lạnh, nhiệt độ trung bình năm dưới 24C. Vùng khí hậu phía Nam khơng có mùa đơng, nhiệt độ trung bình năm từ 24C đến 28C. Tại các khu vực đồng bằng có mùa mưa kéo dài 6 tháng (từ tháng 5 tới tháng 10) và mùa khô 6 tháng (từ tháng 11 đến tháng 4). Ở cả 2 vùng số giờ nắng trung bình năm từ 1400 đến 2800 giờ. Tổng xạ trung bình năm 86–169 Kcal/cm2. Độ ẩm khơng khí quanh năm từ 77% đến 78%. Ở vùng khí hậu phía Bắc, mùa Đơng có mưa phùn, độ ẩm tương đối của khơng khí cao. Cuối năm có gió nồm, độ ẩm tương đối rất lớn (đến 95%), có lúc bão hồ.

Một số vùng đơng Trường Sơn có gió khơ nóng thổi từ hướng Tây, mỗi năm kéo dài chừng 1 tháng, đưa nhiệt độ khơng khí lên tới trên 35 và độ ẩm tương đối xuống dưới 55%.

Lượng mưa ở nước ta khá lớn, trung bình từ 1100 mm đến 4800 mm. Thời gian mưa trong năm kéo dài từ 67 đến 223 ngày, tập trung vào 1 số tháng nhất định. Cường độ mưa lớn, liên tục đã gây lên nhièu trận lũ lụt. Vùng ven

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

biển Khánh Hoà trở ra (vĩ tuyến 12 Bắc) có nhiều bão lớn kèm mưa to, nước biển dâng cao, thường có sóng thần.

1.2.2. Phân vùng khí hậu xây dựng

Phân vùng khí hậu Xây dựng Việt Nam (theo đề nghị mới)

Dưới góc độ ngành xây dựng, lãnh thổ Việt Nam cũng được chia làm 2 vùng khí hậu là vùng khí hậu xây dựng phía Bắc và vùng khí hậu xây dựng phía Nam.

Vùng khí hậu xây dựng phía Bắc (I) tính từ đèo Hải Vân trở ra Bắc và miền khí hậu xây dựng phía Nam (II) tính từ đèo Hải Vân trở vào Nam.

Đặc điểm của các vùng khí hậu xây dựng này được miêu tả dưới đây:

1.2.2.1. Phân vùng khí hậu phía Bắc (bao gồm 4 tiểu vùng) 1. Tiểu vùng khí hậu núi Tây Bắc và Trường Sơn

Bao gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Điện Biên, phía tây dãy Hoàng Liên Sơn thuộc các tỉnh Lào Cai, n Bái, Hồ Bình.

Nhiệt độ thấp nhất có thể xuống tới dưới 0C ở phía Bắc và dưới 5C ở phía Nam. Tại khu vực núi cao phía Bắc có khả năng xuất hiện băng giá, mưa tuyết.

Chịu ảnh hưởng của thời tiết khơ nóng, ở các thung lũng thấp, nhiệt độ cao nhất có thể trên 40C. Vùng Tây Bắc không chịu ảnh hưởng của biển, khí hậu mang nhiều tính chất lục địa, biên độ nhiệt độ ngày đêm lớn. Trừ 1 số khu vực thấp ở phía Bắc và phần đi phía Nam, tại vùng này chú ý chống lạnh ngang chống nóng. Thời kỳ cần sưởi: 60 – 90 ngày.

Trên phần lớn vùng này, hàng năm có một mùa khô kéo dài gần trùng với thời kì lạnh. Khơng có thời kì mưa phùn, lạnh ẩm hoặc nồm ẩm.

Mưa có cường độ lớn và phân bố khơng đều.

Vùng này ít chịu ảnh hưởng của gió bão nhưng vận tốc gió mạnh có thể trên 40m/s, với thời gian tồn tại ngắn (do ảnh hưởng của các trận lốc, vòi rồng).

2. Tiểu vùng khí hậu núi Đông Bắc và Việt Bắc

Bao gồm các tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn, Hà Giang, Tuyên Quang, Bắc Cạn, Thái Ngun, Phú Thọ, phần phía đơng dãy núi Hoàng Liên Sơn thuộc các tỉnh Lào Cai, Bắc Giang, Quảng Ninh.

Đây là vùng có mùa đông lạnh nhất nước ta.

Nhiệt độ thấp nhất có thể xuống dưới 0C, có khả năng xuất hiện băng giá, ở núi cao có thể mưa tuyết. Mùa hè, nóng ít hơn so với đồng bằng nhưng ở các thung lũng thấp nhiệt độ cao nhất có thể đạt trên 40C.

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Trong vùng này, yêu cầu chống lạnh cao hơn chống nóng. Thời kì cần sưởi có thể kéo dài trên 120 ngày, nhất là về ban đêm và ở phần trên cùng của các vùng núi cao.

3. Tiểu vùng khí hậu đồng bằng Bắc Bộ

Bao gồm toàn bộ đồng bằng và trung du nửa phần phía Bắc, thuộc các tỉnh Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Hà Tây, Hà Nội, Hải Phòng, Hải Dương, Hưng Yên, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình.

Biên độ nhiệt độ, độ ẩm thấp hơn so với 2 vùng A1, A2. Nhiệt độ thấp nhất ít có khả năng xuống dưới 00C ở phía Bắc và 50C ở phía Nam.

Nhiệt độ cao nhất có thể đạt tới 400C. Riêng phía Nam, từ Thanh Hố trở ra có thể đạt tới 42 - 430C do ảnh hưởng trực tiếp của thời tiết khơ nóng. Trong vùng, chống nóng là quan trọng nhưng cũng cần che chắn gió lạnh mùa đơng.

Mưa nhiều, cường độ mưa khá lớn. Mùa ẩm, mùa khô không đồng nhất trong vùng.

Bão có ảnh hưởng trực tiếp tới toàn vùng. Mạnh nhất là ở ven biển, vận tốc gió mạnh có thể trên 40km/s.

4. Tiểu vùng khu IV cũ (Thanh Hoá, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế).

1.2.2.2. Vùng khí hậu phía Nam (3 tiểu vùng)

Bao gồm tồn bộ phần lãnh thổ phía Nam đèo Hải Vân.

Khí hậu cơ bản là nhiệt đới, gió mùa, khơng có mùa đơng lạnh.

Riêng phía Bắc của miền còn chịu ảnh hưởng 1 phần của các đợt gió mùa Đơng Bắc mạnh, ở đồng bằng quanh năm chỉ có 1 mùa nóng. Nhiệt độ trung bình năm lớn hơn 24C. Trừ vùng núi, miền này khơng có u cầu chống lạnh, chỉ cần chống nóng.

Miền khí hậu phía Nam được chia làm 2 tiểu vùng khí hậu:

Vùng 1. Tiểu vùng Nam Bộ

Hàng năm chỉ có 2 mùa khơ và ẩm, tương phản nhau rõ rệt, phù hợp với 2 mùa gió và khơng đồng nhất trong vùng. Cường độ mưa khá lớn ở Nam Bộ, gồm các tỉnh: Bà Rịa Vũng Tàu, An Giang, Đồng Nai, Bình Dương, Bình

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Phước, Tây Ninh, Thành Phố Hồ Chí Minh, Vĩnh Long, Trà Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng, Kiên Giang, Bạc Liêu và Cà Mau.

Vùng 2. Tiểu vùng khí hậu Duyên Hải và Nam Trung Bộ

Bao gồm toàn bộ vùng đồng bằng và đồi núi thấp dưới 100m, thuộc tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hồ, Ninh Thuận,

Khí Hậu cơ bản là nhiệt đới, gió mùa, khơng có mùa đơng lạnh (trừ phần phía Bắc cịn có mùa đông hơi lạnh).

Nhiệt độ thấp nhất nói chung khơng dưới 10C. Nhiệt độ cao nhất vượt 40C ở phía Bắc và đạt 35 - 40C ở phía Nam. Do ảnh hưởng của biển, biên độ nhiệt độ ngày cũng như năm đều nhỏ. Trong vùng không cần chống lạnh.

3. Tiểu vùng khí hậu Tây Ngun

Bao gồm tồn bộ phần núi cao trên 100m của nửa phần phía Nam, thuộc các tỉnh Gia Lai, Kon Tum, Đắc Lắc, Lâm Đồng.

Khí hậu vùng núi, nhiệt đới.

Mùa đông chịu ảnh hưởng chút ít của gió mùa Đơng Bắc ở phần Bắc. Mức độ lạnh phụ thuộc độ cao địa hình. Trên vùng núi cao, ít lạnh, nhiệt độ các tháng đơng cao hơn vùng Tây Bắc từ 4 đến 5C. Nhiệt độ thấp nhất trên vành đai núi cao từ 0 đến 5C, ở các vùng khác trên 5C.

1.3. Vi khí hậu và con người

1.3.1. Vi khí hậu (VKH) trong phịng

- Khí hậu ngồi nhà do khí hậu của một vùng tác động lên cơng trình kiến trúc. - Khí hậu ngoài nhà (bức xạ mặt trời, nhiệt độ, độ ẩm, gió, mưa…) tác động lên cơng trình thơng qua các kết cấu bao che bên ngoài (mái, tường, cửa đi, cửa sổ, nền) và tạo nên mơi trường VKH trong nhà hay trong phịng.

Hình 1-15. Khí hậu ngồi nhà và VKH trong phòng

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

- Con người sống trong nhà sẽ có cảm giác nhiệt khác nhau phụ thuộc vào các yếu tố:

+ 4 yếu tố khí hậu: nhiệt độ khơng khí trong phịng tk, độ ẩm φ%, tốc độ gió vg(m/s), ti nhiệt độ của các bề mặt trong phòng.

+ 1 yếu tố sinh lý: sự tự sản nhiệt của cơ thể người M (kCal/h).

1.3.1.1. Nhiệt độ khơng khí trong phòng tK , 0C

- Nhiệt độ khơng khí (k.k) trong phịng không giống nhau ở các vị trí khác nhau nên cần dùng trị số trung bình tại các điểm khác nhau.

- Nhiệt độ cũng thay đổi trong ngày, thể hiện sự thay đổi thông qua biên

A biên độ dao động nhiệt độ, 0C;

- tKmax : nhiệt độ cực đại của k.k trong phòng, 0C; - tKtb: nhiệt độ trung bình của k.k trong phịng, 0C. Trong đó: ti là nhiệt độ trung bình của bề mặt diện tích Si (0C).

- Trong thực nghiệm người ta hay dùng nhiệt kế cầu đen để đánh giá nhiệt độ các bề mặt trong phòng, xác định được trị số nhiệt độ bức xạ trong phịng:

Trong đó: tcđ - nhiệt độ cầu đen (0C);

tK - nhiệt độ khơng khí trong phịng (0C); vg - vận tốc gió trong phịng m/s.

Bốn yếu tố của VKH đồng thời tác động lên con người và có cảm giác nóng lạnh khác nhau. Khi có cảm giác dễ chịu gọi là đạt được điều kiện tiện nghi VKH (hay tiện nghi nhiệt).

1.3.2. Sự trao đổi nhiệt của cơ thể người với môi trường

Nhiệt độ bản thân con người (thân nhiệt) thường giữ một trị số không đổi từ 36,5oC đến 37,5oC, trung bình là 37oC. Sở dĩ thân nhiệt cố định là do các bộ

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

phận chức năng điều hoà nhiệt dưới sự chi phối của hệ thần kinh, nhiệt năng không ngừng được sản sinh ra trong cơ thể và khơng ngừng được toả ra ngồi.

Hình 1.17. Sự trao đổi nhiệt giữa cơ thể với môi trường

Con người trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh dưới các dạng chủ yếu sau: bức xạ, đối lưu, bốc hơi, mồ hôi và hơ hấp. Lượng nhiệt trao đổi đó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: quần áo mặc, tư thế con người (ngồi, nằm, đứng) và điều kiện vi khí hậu của mơi trường. Điều kiện cần thiết để có được sự thoải mái (tiện nghi nhiệt) là:

Cd – lượng nhiệt trao đổi giữa cơ thể với bàn ghế bằng dẫn nhiệt, W/m2; E – lượng nhiệt mất đi do bốc hơi của cơ thể, W/m2.

Các đại lượng trong công thức trên được tính cho một đơn vị diện tích cơ thể người. Diện tích mặt da của cơ thể người hay còn gọi là hệ số Du Bois được

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

* Lượng nhiệt trao đổi bằng bức xạ giữa cơ thể người với môi trường xung quanh được thể hiện bằng công thức:

Fi và i – diện tích và nhiệt độ bề mặt của kết cấu thứ i của phòng; tcđ – nhiệt độ cầu đen 0C;

ta – nhiệt độ khơng khí trong phịng 0C; v – vận tốc gió trong phịng m/s.

Bảng 1- 6. Lượng nhiệt do quá trình sinh lý trong cơ thể người sinh ra (M)

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Nhiệt độ cầu đen được xác định bằng cách dùng một quả cầu bằng đồng mỏng, đường kính khoảng 10 – 15 cm, mặt ngồi qt đen (bằng muội khói đèn) sao cho hệ số bức xạ bề mặt xấp xỉ bằng hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối. Cầu đen được treo ở vị trí cần xét trong phịng. Đặt một nhiệt kế vào trong quả cầu sao cho bầu thuỷ ngân ở chính tâm quả cầu, để đo nhiệt độ khơng khí ở trong cầu đen, nhiệt độ này gọi là nhiệt độ cầu đen. Nó có một qn tính cỡ chừng 15 phút, tuy nhiên sau khoảng thời gian này, số đọc được sẽ cho tổ hợp của nhiệt độ khơng khí và ảnh hưởng của bức xạ phát xạ hoặc nhận được. Nếu nhiệt độ khơng khí nóng, nhưng mặt tường đối diện lạnh thì bức xạ sẽ phát xạ từ quả cầu và do đó số đọc được sẽ thấp hơn nhiệt độ khơng khí. Nếu bức xạ nhận được thì số đọc được sẽ cao hơn nhiệt độ khơng khí.

* Lượng nhiệt trao đổi bằng đối lưu giữa cơ thể người với môi trường xung quanh được thể hiện bằng cơng thức:

v – tốc độ gió của khơng khí trong phịng (m/s ).

Nếu qK dương, gió có tác dụng giúp người toả nhiệt, ngược lại, gió sẽ làm tăng nhiệt đối lưu truyền vào người.

* Lượng nhiệt tỏa đi bằng bốc hơi mồ hôi được thể hiện bằng công thức: e - áp suất hơi nước (mmHg);

E = 42 - áp suất hơi nước bão hòa trên mặt da (mmHg).

1.3.3. Đánh giá tiện nghi vi khí hậu

Chỉ tiêu nhiệt độ hiệu quả ( Effective Temperature)

Nhiệt độ hiệu quả (Effective Temperature) là một chỉ số môi trường tổng hợp về một con số các tác động của nhiệt độ khô, nhiệt độ ướt, độ ẩm và tốc độ gió tới cảm giác nóng lạnh mà cơ thể người cảm thấy. Nhiệt độ hiệu quả được định nghĩa là nhiệt độ mà tại đó khơng khí với độ ẩm bão hịa và khơng chuyển động gây ra cho người mặc quần áo bình thường ngồi trong nhà một cảm giác tiện nghi giống như ở trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ gió thực tế.

Nhiệt độ hiệu quả dùng để đánh giá tiện nghi nhiệt của cơ thể người được tính theo hai phương pháp:

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

b. Bằng toán đồ nhiệt độ hiệu quả

Dựa trên cơng thức Webb có thể dựng được tốn đồ như hình1-18 và gọi là tốn đồ nhiệt độ hiệu quả. Vùng tiện nghi nằm trong khoảng:

20oC< thq<27oC Ví dụ: Cho tk=32oC, =80%, v=5 m/s, tìm thq

Dùng biểu đồ t-d (toán đồ nhiệt độ hiệu quả) tra được tU = 29oC, dóng đường thẳng nối tk với tU, giao điểm của đường này với đường tốc độ gió v=5 m/s sẽ gặp đường thq = 26oC. Đáp số: thq = 26oC. Như vậy cảm giác nhiệt là dễ chịu.

Khi sử dụng tốn đồ này có thể thay nhiệt độ khơng khí bằng nhiệt độ bức xạ khi tR>tK.

Giá trị nhiệt độ hiệu quả tìm được bằng cách thay nhiệt độ khơng khí bằng nhiệt độ cầu đen sẽ được gọi là nhiệt độ hiệu quả đã hiệu chỉnh (Corrected Effective Temperature- CET)

Hình 1-18. Tốn đồ nhiệt độ hiệu quả (dùng cho người mặc quần áo bình thường)

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Chương 2

TRUYỀN NHIỆT ỔN ĐỊNH VÀ THIẾT KẾ CÁCH NHIỆT MÀU LẠNH 2.1. Khái niệm cơ bản về truyền nhiệt

* Đặc điểm: Nhiệt năng (q) truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt

độ thấp. Chẳng hạn, nhiệt độ giữa khơng khí trong nhà và ngồi nhà khác nhau,

sẽ phát sinh hiện tượng truyền nhiệt qua các kết cấu ngăn che nhà (như tường, mái nhà, cửa sổ..). Về mùa lạnh nếu cửa đóng kín, nhiệt độ khơng khí bên ngồi thấp hơn nhiệt độ không khí trong nhà, do đó nhiệt sẽ truyền từ trong ra ngồi, làm cho nhiệt độ khơng khí trong nhà hạ xuống và phịng bị tổn thất nhiệt.

* Căn cứ vào bản chất vật lý của quá trình truyền nhiệt, người ta phân

thành 3 phương thức truyền nhiệt: truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt, truyền nhiệt

bằng đối lưu, truyền nhiệt bằng bức xạ

2.1.1. Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt

- Dẫn nhiệt là quá trình truyền động năng của các phân tử, nguyên tử, điện tử tự do khi chúng tiếp xúc nhau.

- Nhiệt lượng truyền bằng dẫn nhiệt tính theo định luật Furiê:

“Nhiệt lượng truyền qua 1 đơn vị diện tích trong 1 đơn vị thời gian tỷ lệ thuận với gradian nhiệt độ’’

Gradian nhiệt độ theo phương x;

- k: Kcal/m.h.0C là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (xem phụ lục 5) k phụ

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

2.1.1.1. Dẫn nhiệt qua vách phẳng một lớp

Dẫn nhiệt ổn định một chiều qua vách thẳng một lớp d(m) chiều rộng lớn, bằng vật liệu có hệ số dẫn nhiệt k, nhiệt độ 2 bề mặt t và n ổn định.

R (Kcal/m2.h) nhiệt trở của vách.

Hình 2-1. Truyền nhiệt qua kết cấu

2.1.1.2. Dẫn nhiệt qua vách phẳng nhiều lớp

Trong truyền nhiệt ổn định

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

2.1.2. Truyền nhiệt bằng đối lưu

- Truyền nhiệt đối lưu là phương thức truyền nhiệt chủ yếu của chất lỏng và chất khí.

- Trong truyền nhiệt đối lưu tồn tại hai trạng thái vận động: chuyển động chảy tầng và chuyển động chảy rối.

+ Trong lớp chảy tầng các phần tử chất khí chuyển động song song với mặt kết cấu, song song với nhau theo phương vuông góc phương truyền nhiệt. Nhiệt được truyền đi chủ yếu bằng dẫn nhiệt. Nhiệt trở lớn, biểu diễn bằng đường cong (dạng Hypecbôn). Lớp chảy tầng rất mỏng.

+ Trong lớp chảy rối các phần tử chuyển động tự do. Nhiệt được truyền đi bằng sự dịch chuyển vị trí của các phần tử no nhiệt.

- Tính nhiệt truyền đối lưu: Theo định luật Niutơn – Risman

Hình 2-2. Truyền nhiệt đối lưu

- Phụ thuộc vị trí: hđ mặt bằng> hđ tường > hđ dưới trần;

- Phụ thuộc trạng thái: h đ (nhẵn) > h đ (sù sì);

- h đ thường xác định theo thực nghiệm.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

2.1.3. Truyền nhiệt bằng bức xạ

Bức xạ là quá trình truyền nhiệt năng bằng sóng điện từ.

Nhiệt truyền từ mặt trời tới trái đất qua một khoảng không gian không thể xảy ra đối lưu và dẫn nhiệt. Quá trình bức xạ là nguyên nhân gây ra sự truyền nhiệt trong không gian và cũng là nguyên nhân của nhiều hiện tượng rất quan trọng trên trái đất.

Bức xạ nhiệt xuất hiện khi năng lượng nhiệt của các nguyên tử bề mặt vật liệu phát ra sóng điện từ trong dải hồng ngoại.

Hình 2-3. Cơ chế truyền nhiệt bức xạ

Q trình bức xạ phụ thuộc vào tính chất bề mặt và nhiệt độ của vật liệu. Bề mặt thơ có diện tích lớn và hấp thụ bức xạ mạnh hơn bề mặt nhẵn. Bề mặt màu đen, hấp thụ phần lớn ánh sáng, cũng hấp thụ phần lớn nhiệt. Vật liệu hấp thụ bức xạ mạnh thì cũng phát xạ mạnh. Nói chung có quy luật là như sau:

Bề mặt đen có hấp thụ và phát xạ mạnh nhất. Bề mặt sáng bóng hấp thụ và phát xạ kém nhất.

Trong thực tế bề mặt đen hay dùng làm các colector mặt trời (cực góp của pin Mặt trời), bề mặt bóng như lá nhơm dùng để cách nhiệt.

Sóng bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ cao thì bức xạ sóng ngắn có thể xun qua nhiều hơn so với sóng dài. Nhiệt độ thấp thì bức xạ sóng dài.

Sự bức xạ nhiệt của vật tăng theo nhiệt độ. Mỗi vật đều đồng thời bức xạ và hấp thụ nhiệt ra xung quanh. Theo lí thuyết (Thuyết trao đổi của Prevot) thì

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

sự cân bằng giữa 2 quá trình này sẽ được xác định cho dù của vật thể tăng, giảm hoặc giữ nguyên như cũ.

Bước sóng của bức xạ phát ra từ vật thể phụ thuộc vào nhiệt độ của vật thể. Mọi vật thể khi ở nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối đều không ngừng bức xạ năng lượng vào khơng gian dưới dạng sóng điện từ.

- Tính nhiệt truyền bằng bức xạ theo định luật Stêfan - Bônzman:

C- hệ số bức xạ nhiệt của bề mặt vật thể (kCal/m2.h.0K4).

(vật đen tuyệt đối (black body) lấy bằng 5,67 W/m2.K4 hoặc 4,88 Kcal/m2.h. K4)

- Nếu hai vật gần nhau thì cũng xảy ra hiện tượng trao đổi nhiệt với nhau và phụ thuộc vào:

+ Nhiệt độ trên bề mặt hai vật.

+ Diện tích và vị trí tương hỗ giữa các bề mặt. Trường hợp bề mặt nhiệt song song với nhau: Trong đó: 1,2nhiệt độ trên hai bề mặt 0C;

hb: hệ số trao đổi nhiệt hai bề mặt, Kcal/m2.h.0C. Nếu 2 vật truyền nhiệt cho nhau bất kỳ:

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

21

 , 21- hệ số góc bức xạ trung bình giữa 2 vật 1 và 2. Về mặt năng lượng 12chính là tỉ số giữa phần nhiệt do mặt 1 truyền đến mặt 2 so với toàn bộ nhiệt lượng mà vật 1 phát ra xung quanh;

C’- hệ số bức xạ tương đương giữa 2 vật phụ thuộc vào hệ số bức xạ của 2 mặt và vị trí tương đối của 2 mặt đó. Nếu 2 mặt song song thì giá trị C’ được tính theo cơng thức sau:

 được gọi là hệ số hấp thụ bức xạ của vật, hệ số này phụ thuộc vào độ đen của bề mặt: bề mặt càng đen càng hấp thụ mạnh (đương nhiên phát xạ càng mạnh), bề mặt càng trắng thì ngược lại.

Xác định nhiệt trở của kết cấu, có 3 trường hợp điển hình sau: a. Kết cấu nhiều lớp vật liệu

Nhiệt trở được xác định theo công thức:

b. Kết cấu có nhiều lớp và có lớp khơng khí kín

Trong khơng khí kín nhiệt được truyền theo cả 3 phương thức dẫn nhiệt, đối lưu và bức xạ. Tổng nhiệt lượng truyền qua tầng khơng khí kín là:

q=qdn + qdl + qbx

Dưới sự chênh lệch nhiệt độ nhất định, khi chiều dày tầng khơng khí tăng lên thì qdn giảm, qdl tăng vì khơng khí chuyển động dễ hơn, qbx không thay đổi mấy. Nhiệt trở được xác định như trên, nếu có lớp khơng khí kín thì nhiệt trở của riêng lớp khơng khí kín này được xác định theo bảng dưới đây:

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Hình 2-5. Đường khơng khí chạy xung quanh vật liệu cách nhiệt Bảng 2-1. Nhiệt trở của lớp khơng khí kín - nguồn: ISO 6946:1996(E)

Chiều dày lớp kkk

(mm)

Hướng truyền nhiệt

Kết quả thí nghiệm cho thấy khi bề mặt trong khe khơng khí được làm từ vật liệu thơng thường thì có tới 2/3 lượng nhiệt truyền qua tầng khơng khí là bức xạ. Để giảm qbx người ta thường ốp mặt trong bằng vật liệu có hệ số hấp thụ bức xạ nhỏ như alluminium.

Hình 2-4. Kết cấu có nhiều lớp (a) và có lớp khơng khí kín (b)

</div>