CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN ÁNH SÁNG MẶT TRỜI

PHẦN II: CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
CHƯƠNG 5: ÁNH SÁNG MẶT TRỜI
I. HỆ SỐ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN (e)
Nguồn sáng tự nhiên là mặt trời. Ánh sáng (bức xạ) mặt trời tới trên mặt đất
gồm 2 thành phần:
- Bức xạ trực tiếp: những tia sáng xun suốt qua khí quyển truyền thẳng
xuống mặt đất, tạo nên đơ rọi trực tiếp ( E
tt
)
- Bức xạ khuếch tán ( tản xạ) của vòm trời là do các hạt lơ lửng trong khí
quyển hấp thu và tản xạ những tia sáng của mặt trời xuống mặt đất, tạo
nên độ rọi khuếch tán (E
kt
)
Như vậy, độ rọi tồn phần trên 1 điểm bất kì ngồi nhà : E
ng
= E
tt
+ E
kt
(lux)
E
ng
phụ thuộc nhiều yếu tố: độ cao mặt trời, tình hình phản xạ của mặt đất,
được trong suốt của khí quyển ( độ mây của bầu trời, )
ĐỘ RỌI NGOÀI NHÀ
M
M
E
MẶT TRỜI
MẶT ĐẤT

KHÍ QUYỂN
E
tt
E
kt
Tính toán chiếu sáng tự nhiên, bỏ qua ánh sáng trực tiếp ( do ánh sáng trực
tiếp không ổn định)
E
ng
= E
kt
Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến độ rọi ngoài nhà và thay đổi theo thời gian,
nên khi đưa vào tính toán chỉ có thể đặc trưng bằng một hệ số tổng hợp gọi là hệ số
quang khí hậu.
Hệ số quang khí hậu đại diện cho tác dụng hỗn hợp của các nhân tố ảnh
hưởng đến độ rọi ngoài nhà.
E
ng
=E
kt
thay đổi theo thời gian nên độ rọi tại điểm M ( E
M
) trong phòng cũng
thay đổi theo thời gian. Do đó cần phải quy định một độ rọi tối thiểu trong phòng,
giá trị này là do các của lấy sáng mang vào.
Độ rọi trong nhà thay đổi có tính chu kì. Tùy thuộc vào điều kiện khí hậu và tỉ
lệ giữa độ sáng của vật quan sát - độ sáng của bối cảnh địa phương nên đánh giá độ
rọi trong phòng tính bằng lux là không hợp lý.
Xác định tiêu chuần chiếu sáng tự nhiên, ta dùng hệ số bách phân không thứ
nguyên ( hệ số chiếu sáng tự nhiên- HSCSTN)

HSCSTN là số phần trăm của tỉ số giữa giá trị độ rọi tại điểm tính toán M
(E
M
)
e
M
= E
M
. 100% / E
ng
Ta có:
E
M
= e
M
. E
ng
/100
E
M
, E
ng
xác định cùng thời điểm
II. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN CỦA QUANG HỌC KIẾN TRÚC
1. Định luật hình chiếu góc khối
Xét mặt phẳng làm việc ( MLV) nằm ngang.
Lấy điểm cần tìm độ rọi (M) làm tâm, dựng bán cầu bán kính r bằng 1 đơn vị.
Độ chói B phân bố đều.
Độ rọi tại M là do phần diện tích ∆S qua
cửa lấy ánh sáng. ∆S khá bé, như nguồn sáng

điểm
Cường độ sáng ∆I do ∆S phát ra, ta có:
E
M
= (∆I/ r
2
).cos 
Vì r = 149,5.10
6
= 1 đơn vị thiên văn
 E
M
= ∆I.cos  = (B.S).cos 
Vì ∆S.cos = ∆ là hình chiếu của ∆S lên (MLV)
E
M
= B. ∆
Độ rọi tại M do mặt S rọi sáng
 E
M
= B.  ( hình)
Diện tích hình chiếu bán cầu:
∑ = . r
2
là diên tích hình tròn lớn có bán kính r =1
E
ng
= B. ∑ = B. 
e
M

= E
M
/E
ng
= B/ B = /
hay: e
M
= (/). 100%
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.
Giá trị độ rọi trên mặt phẳng đứng ngoài trên bằng ½ giá trị độ rọi trên mặt
phẳng ngang ngoài trời ( khá đúng với bề mặt có hệ số phản xạ (ρ) bé )
E
ng . đứng
= B. ∑ = B. /2 = 0.5.B. 
: hình chiếu của màng trời S tạo độ rọi tại M xuống MLV.
: hình chiếu của diện tích toàn vòm trời ( mặt bán cầu) xuống ML
2. Định luật gần đúng của kĩ thuật chiếu sáng
.r
2
/2
Độ rọi E
M
tại điểm M bât kì trên mặt làm việc trong phòng do nhiều lớp cửa
lấy ánh sáng gây ra, kích thước các lớp của khác nha, nếu sử dụng kính cửa khác
nhau thì độ chói các cửa cũng khác nhau.
Cửa có cùng góc khối, nhìn từ M, cùng một loại kính thì độ chói (B) của các
lớp cửa đều bằng nhau:
B1 = B2 = … = Bn = const
Ý nghĩa: định luật giúp đơn giản tính toán chiếu sáng tự nhiên. Dùng phương

pháp mô hình để nghiên cứu tình hình phân bố độ rọi trong phòng.
III. HỆ SỐ CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN MẶT CẦU BÁN CẦU, ĐỘ RỌI
TRỤ
Trong giá trị của e chưa xét tới sự phân bố ánh sáng và bóng đổ trên chi tiết
của ánh sáng.
Độ nhìn phụ thuộc vào tỉ lệ phân bố và bóng đổ trên vật quan sát do ánh sáng
tới gây ra
Do đó, đánh giá độ nhìn đối với các vật phẩm không gian bằng giá trị của hệ
số chiếu sáng tự nhiên e là thiếu chính xác.
Độ rọi mặt cầu bán vầu, độ rọi trụ là những độ rọi không gian đánh giá chính
xác độ nhìn khi quan sát vật từ các phía. Đọ rọi không gian được dùng làm tiêu
chuẩn đánh giá độ nhìn.
1. Đặc trưng của độ rọi không gian
Là độ rọi trung bình mặt cầu, về giá trị , bằng
mật độ quang thông trung bình trên mặt cầu.
Độ rọi trung bình trên mặt cầu:
E
4
p
= ∫

ω
=4
p

E.dω/ 4p
Cường độ sáng trung bình trên mặt cầu, bằng:
I
4
p

= ∫

ω
=4
p

I.dω/ 4p
Độ rọi trung bình mặt cầu(E
4
p) phụ thuộc mật độ không gian của quang
thông trong trường sáng, biểu thị mức độ đầy đủ ánh sáng trong không gian.
Trường hợp bán cầu trên bức xạ ánh sáng rọi vào điểm quan sát, khi đó sử
dụng độ rọi trung bình mặt bán cầu:
E
2
p
= ∫

ω
=2
p

E.dω/ 2p
Dùng độ rọi trung bình mặt bán cầu E
2
p
có thể đánh giá tình hình chiếu sáng khá chính
xác chiếu sáng những chi tiết không gian trên
mặt bằng lớn, chẳng hạn chi tiết trang trí trên mặt
đứng kiến trúc, những vật phẩm trưng bày trong

phòng triển lãm, những chi tiết sản xuất trên mặt
phẳng làm việc trong nhà xưởng.
HSCSTN mặt bán cầu e
2
p bằng:
e
2
p
= (E
2
p
/ E
ng2
p

). 100
HSCSTN mặt bán cầu e
4
p bằng:
e
4
p
= (E
4
p
/ E
ng4
p

). 100

Từ độ chói B của bầu trời, có thể dẫn tới mối
quan hệ giữa e, e
2
p
và , e
4
p

như sau:
e
4
p
=ω/2p và e
2
p

= 2. e
4
p
/3 + e/3
Sử dụng hệ số chiếu sáng mặt bán cầu e
2
p
là để
đánh giá lượng và chất ánh sáng lâý vào phòng qua hệ
thống cửa bên, cửa mái khá chính xác, không cần
phân biệt dùng 2 tiêu chuẩn ( 2 giá trị của e) cho cửa
bên và cửa mái.
Để đánh giá chất lượng chiếu sáng tự nhiên, dùng “ hệ số độ chói” trong ngày
thay cho giá trị “ hệ số chiếu sáng tự nhiên” e.

Hệ số độ chói trong ngày = độ rọi tại điểm đang xét trong phòng/ độ chói
trung bình của mảng trời nhìn thấy từ điểm tính toán qua cửa lấy ánh sáng.
2. Độ rọi nửa hình trụ
Có thể thừa nhận vật quan sát không gian như một nửa hình trụ tròn đặt thẳng
đứng trên mặt phẳng làm việc, xác định độ rọi trên mặt cong nửa hình trụ tròn.
a. Độ rọi trên mặt cong
Độ rọi thẳng đứng trên phương nhìn hợp với phương về chân đèn l góc
u , bằng:
E
đ
= I(sinγcosu)/r
2
Mặt trụ cong thẳng đứng, cao l, bán kính , nguyên tố diện tích dS theo
hướng quan sát bất kì có giá trị không đổi, bằng nửa chu vi mặt trụ: dS =
p.ρ.l
Nửa mặt trụ nhìn tới nguồn là một hình chữ nhật cao.
Do đó, đọ rọi trên nửa mặt trụ, bằng: E
tr
= Isinγ(1 + cosu)/r
2
p
Nếu là mặt cầu bán kính bằng ρ , nguyên tố diện tích dS nhìn thấy trên
mọi hướng quan sát bằng 2pρ
2
. mặt cầu nhìn tới nguồn thừa nhận bằng nửa
hình tròn pρ
2
/2, δ là góc hợp bởi phương nhìn và tia sáng tới.
E
bc

= Ipρ
2
(1 + cosδ)/(r
2
.
.2.2pρ
2
)
E
tr
= I (1 + cosδ)/(4r
2
)
Độ rọi nửa mặt trụ luôn luôn dương với góc u trong phạm vi từ -p đến
p, do đó đủ để thích nghi tri giác nhìn.
Độ rọi trên mặt phẳng không đủ để cho
một tri giác nhìn vật phẩm không gian.
Một hình hộp hoặc một khối trụ có 2 đọ rọi thẳng đứng vì vậy quan sát
thấy một nửa với tỉ lệ sáng tối khác nhau, sẽ tạo một trị giác nhìn nổi khối
không gian của nó.
Trong trường sáng phân bố đều, có thể dễ dàng xác định được trung
bình.
Mỗi nguồn sáng điểm, đặc trưng bằng cường dộ bức xạ theo phương
trong không gian chung quan nó:I(C,γ)
Với C thay đổi từ 0 đến 2p và từ 0 đến xấp xỉ p/2.
Nếu chiều cao treo đèn là h, ta có:
E
trtb
= I/(3 p
3

h
2
)
Độ rọi nửa hình trụ có thể đánh giá chính xác độ rõ trên quảng trường,
bãi đậu xe, …
b. Chỉ số rõ
Chỉ số rõ để đánh giá khả năng nhìn rõ vậy quan sát không gian xác
định bằng tỉ số giữa E
đ
và E
tr
: E
đ
/E
tr
Khi E
đ
/E
tr
= 0.8 đến 1.3 đảm bảo thỏa
mãn để nhìn rõ.
Chỉ số rõ phụ thuộc vào phương nhìn,
tức là phụ thuộc vào vị trí người quan sát:
0.8 < p.cosu/ (1 + cosu) = E
đ
/ E
tr
<
1.3
Tức là 45° < u < 70°

Tri giác nhìn tối ưu chỉ giới hạn trong phạm vi của phương nhìn u từ
450 đến 700. Tuy nhiên khi bố trí đèn đối xứng qua vật quan sát, vậy quan sát
không có bóng tối, chỉ số rõ tới ưu trên đây không còn đúng nữa.
Khi đó, E
đ
= 2E
đl
và E
tr
= 2E
trl
Nếu chuyển đèn 1 về đèn 2, tiện nghi quan sẽ dễ thay đổi, giá trị E
đ
và
E
tr
không đổi nhưng trên vật quan sát có bóng tối.
IV. QUANG KHÍ HẬU - KHÍ HẬU ÁNH SÁNG
Ánh sáng tự nhiên chiếu sáng phòng được lấy từ ánh sáng ngoài nhà qua hệ
thống cửa lấy sáng.
1. Một số khái niệm
a. Mặt trời
- Mặt trời là một hình cầu, đường kính 695.000km. Khoảng cách trung
bình từ mặt đất tới mặt trời R = 149,5.10
6
km, bằng bán kính trục lớn
quỹ đạo trái đất.
- Nhiệt độ bề mặt của mặt trời khoảng 6000
o
C . Mặt trời không ngừng

bức xạ năng lượng vào không gian vũ trụ, phần năng lượng truyền
xuống mặt đất chỉ bằng ½.10
9
năng lượng bức xạ toàn phần của nó.
- Quang phổ của bức xạ Mặt trời rất rộng (từ bước sóng tử ngoại có bước
sóng ngắn đến bức xạ hồng ngoại có bước sóng dài) và không đều.
- Vị trí mặt trời:
Góc định vị: h
o
Góc phương vị: A
o
- Bức xạ mặt trời có khả năng bức xạ thường xuyên, hằng số chiếu sáng
E
o
= 135.000 lux, tương ứng với độ chói trung bình B= 2.10
9
nít lúc
chính ngọ.
- Bức xạ nhiệt thường xuyên xuống mặt đất, đặc trưng bằng “hằng số
nhiệt” S
o
. S
o
là năng lượng bức xa trên 1cm
2
bề mặt vuông góc với
chùm bức xạ trong khí quyển, trong thời gian 1 phút, với khoảng cách
trung bình từ điểm tính toán đến mặt trời bằng một đơn vị thiên văn
+ Theo đo lường Mỹ: S
o

= 1,938 cal/cm
2
.phút= 0,135 watt/cm
2
+ Theo đo lường Châu Âu : S
o
= 1,895 cal/cm
2
.phút= 0,132 watt/cm
2
- Lượng bức xạ mặt trời phụ thuộc vào vĩ độ địa lý của địa phương và
thời gian khác nhau trong năm
E
o
= S
o
Trong đó : S
o
= 1,938 cal/cm
2
.phút= 0,135 watt/cm
2
= đương lượng ánh sáng
b. Độ rọi ngoài nhà (E
ng
)
- Ánh sáng mặt trời truyền đến mặt đất gồm:
+ Ánh sáng trực tiếp : E
tt
+ Ánh sáng khuếch tán : E

kt
+ Ánh sáng phản xạ :

E
p
- Độ rọi ngoài nhà do mặt trời tạo ra: E
ng
= E
tt
+ E
kt
- Độ rọi tổng cộng ngoài nhà: E
c
= E
tt
+ E
kt
+ E


- Khi tính toán chiếu sáng CSTN, độ rọi ngoài nhà: E
ng
= E
kt
- Độ rọi tổng cộng ngoài nhà: E
c
= E
tt
+ E
kt

+ E
c. Độ trong suốt của khí quyển (P)
- Độ trong suốt của khí quyển phụ thuộc vào hạt lơ lửng, lượng bụi trong
khí quyển thường có giá trị từ 0,5 – 0,9 .Ở những thành phố lớn, trung
tâm cộng nghiệp lớn bụi bẩn nhiều P = 0,7. Nó có ảnh hưởng tới độ rọi
khuếch tán
- Được đánh giá bằng độ trong suốt của không khí:
P = Q
X
/ Q
Y
< 1 (P ≈ 0,5  0,9)
Trong đó:
T
-A
O
o
h
o
B
Ñ
R
M.TRÔØI
TR.ÑAÁT
Q
x
: là lượng quang thông sau khi xuyên qua 1km không khí.
Q
y
: là lượng quang thông trước khi xuyên qua 1km không khí.

2. Ánh sáng mặt trời
a. Ánh sáng trực tiếp từ mặt trời
Ánh sáng trực tiếp là bức xạ mặt trời do các tia nắng xuyên qua khí quyển
chiếu trực tiếp xuống mặt đất. Khi xuyên qua khí quyển 1 phần năng
lượng của tia bức xạ mặt trời bị khuếch tán và mất hút, nên cường độ của
nó giảm đi . Bộ phận năng lượng bức xạ xuyên suốt qua khí quyển (bằng
1/(2.10
9
) năng lượng bức xạ toàn phần của mặt trời ) truyền xuống mặt
đất:
- Độ rọi nhận được trên bề mặt vuông góc với chum bức xạ mặt trời
(E
∟
).
- Độ rọi trên mặt phẳng nằm ngang (E
n.ng
).
- Độ rọi trên mặt phẳng thẳng đứng (E
tđ
).
2
r
PE
E
m
o
=
⊥

o

m
o
ngn
P
r
E
E sinh.
2
.
=
=>
ongn
EE sinh
. ⊥
=

)cos(cosh.
2
aAP
r
E
E
o
m
o
tđ
−=


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.
b. Ánh sáng khuếch tán từ bầu trời
- Bộ phận năng lượng bị hấp thu và phản xạ qua lại nhiều lần giữa các
hạt lơ lửng trong khí quyển ( mây, bụi cát, khói ) nên bị khuếch tán,
tạo nên ánh sáng khuếch tán của vòm trời. Do đó, đặc tính và lượng
mây có ảnh hưởng lớn tới ánh sáng khuếch tán của bầu trời.
- Đặc tính của mây phù thuộc vào loại mây:
+ Mây băng kết tinh
+ Mây cao: mây cuộn, mây cuộn lớp, mây tầng tích
+ Mây thấp: mây lớp, mây mưa, mây tích và mây chớp mưa.
Mây cuộn Mây chớp mưa Mây tầng tích Mây tích

+ Lượng mây đánh giá bằng cấp mây: khi bầu trời quang đãng là cấp
0, trời đầy mây là cấp 10. Tình trạng bầu trời biểu thị bằng số ngày trời
trong, nửa trong và đây mây trong một năm thời tiết.
- Đặc trưng bằng độ rọi khuếch tán ngoài nhà (E
kt
):
o
z
h
B
2
sin13
8
+
π
Trong đó, B

z
- độ chói của bầu trời ở đỉnh đầu.
- Khi bầu trời quang đãng, độ rọi trực tiếp và độ roi khuếch tán có quan
hệ gần đúng:
E
kt
= KE
tt
Trong đó, K - hằng số, phụ thuộc vào vĩ độ địa lý của địa phương, biến
thiên trong khoảng 0.1 - 0.2. Khi đó, độ rọi tổng cộng:
E
c
= P
m
E
o
sinh
o
(1+K)
- Nhận xét:

Ánh sáng khuếch tán của bầu trời là nguồn thích hợp trong
thiết kế chiếu sáng:
+ 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.
Ngày trời trong,
lượng mây cấp 0 - 2
Ngày trời nửa trong,

lượng mây cấp 3-7.
Ngày trời âm u, lượng
mây cấp 8-10
c. Sự phân bố độ chói (q) của bầu trời
- Thực tế, độ chói của bầu trời phân bố không đều. Sự phân bố độ chói
của bầu trời có ảnh hưởng rất lớn đối với độ rọi ngoài nhà và trong nhà.
Không kể vị trí của mặt trời, độ chói của mặt trời cực đại ở đỉnh đầu và
giảm dần xuống chân trời. Hệ số độ chói không đều của bầu trời (q):
7
)sin1(3
θ
θ
+
==
z
B
B
q
Trong đó, B
ѳ
- Độ chói trung bình của mảng trời nhìn thấy từ điểm tính
toán qua cửa lấy sáng , bằng độ chói tại điểm trung đình của mảng trời đó.
B
Z
- Độ chói ở thiên đỉnh
- Góc cao của mảng trời nhìn thấy từ điểm tính toán qua cửa
lấy sáng bằng góc hợp thành giữa mặt phẳng nằm ngang với đoạn thẳng
nối từ điểm tính toán tới tâm lỗ cửa.
- Sự phân bố độ chói của bầu trời được 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
3. Biểu đồ quang khí hậu – Hệ số quang khí hậu ()
a. Biểu đồ quang khí hậu
- Trạng thái tổng hợp tạo nên hoàn cảnh ánh sáng tự nhiên của địa
phương nào đó gọi là quang khí hậu của địa phương đó. Yếu tố quan
trọng nhất của quang khí hậu là độ rọi của ánh sáng khuếch tán (E
kt
)
ngoài nhà. Trên cơ sở tổng kết, chỉnh lý những số liệu đo đạt trong
nhiều năm của các trạm đài khí tượng ở địa phương, thành lập một hợp
giá trị trung bình của độ rọi ngoài nhà biến đổi trong từng giờ, từng
ngày, từng tháng, từng năm. Để thuận tiện, người ta lập thành biểu đồ
để tra. Từ biểu đồ ta có thể biết được giờ nào thì dùng được ánh sáng tự
nhiên để chiếu sáng mà không cần ánh sáng nhân tạo. Đánh giá bằng độ
rọi giới hạn E
ng.gh
:
tc
đ
ghng
e
E
E =
.
Trong đó, E

đ
- độ rọi tiêu chuẩn của
ánh sáng nhân tạo (E
đ
= 5 - 3000 lux)
e
tc
- tiêu chuẩn chiếu sáng
tự nhiên trong phòng.
- Giúp người thiết kế kiến trúc khai
thác triệt để:
+ Khả năng sát trùng, làm sạch môi
trường
+ Khả năng tải nhiệt
+ Khả năng tạo bóng.
Có ý nghĩa lớn: trong thiết kế đối với vùng khí hậu nhiệt đới có nhiều
ngày nắng trong năm như nước ta; khi thiết kế sân vận động ngoài trời:
giải quyết độ nhìn không gian cho những chỗ ngồi xa.
b. Hệ số quang khí hậu ()
- Có 2 phương pháp quy định độ rọi trong nhà:
+ Phương pháp thứ nhất: quy định thời gian tận dụng chiếu sáng tự
nhiên hoàn toàn giống nhau cho tất cả các phòng.
+ Phương pháp thứ 2: Mức độ chiếu sáng tự nhiên giống nhau cho
những phòng cùng loại, cùng chức năng sử dụng.
- Hệ số chiếu sáng tự nhiên biểu thị lượng ánh sáng ban ngày ngoài trời
được sử dụng để chiếu sáng trong nhà. Hệ số chiếu sáng tự nhiên tại 1
điểm M của mặt phẳng làm việc trong phòng là tỉ số giữa độ rọi ánh
sáng tự nhiên tại điểm đó với độ rọi ánh sáng tự nhiên tại mặt phẳng
nằm ngang ngoài trời lúc đó:
%100.

bt
M
E
E
=
ϕ
E
M
: độ rọi tại điểm M trong phòng.
E
bt
: độ rọi ánh sáng tán xạ của bầu trời tạo nên tại mặt phẳng nằm
ngang ngoài trời .
4. Độ chiếu sáng so sánh K
o
- Góc cao mặt trời càng lên cao, độ sáng rõ của bóng càng rõ, giá trị của Ko
càng tăng.
- Giá trị Ko có ý nghĩa đặc biệt khi nghiên cứu thiết kế đến thẩm mỹ mặt
đứng kiến trúc và nội thất. VD: Sử dụng màu, họa tiết, gờ chỉ trang trí….
1
21
B
BB
K
o
−
=
V. TÍNH CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN
1. Độ rọi tổng hợp trong phòng
- Việc xác định độ rọi trong phòng liên quan tới một loạt những nhân tố

khác thường, ngẫu nhiên và phức tạp.
- Độ rọi trong phòng, trước tiên phụ thuộc vào độ rọi ngoài nhà (E
ng
). Độ
rọi ngoài nhà phụ thuộc vĩ độ địa lý địa phương, thời gin, điều kiện khí
tượng một tháng, một năm,phụ thuộc tình hình ánh sáng trực tiếp (E
tt
),
hướng cửa lấy ánh sáng, ánh sáng phản xạ từ các bề mặt trong phòng, từ
các công trình xung quanh, từ mặt đất. Căn cứ vào tỉ lệ giữa độ rọi trực
tiếp E
tt
và độ rọi khuyếch tán E
kt
ngoài nhà có thể nhận đoán độ rọi trong
phòng ngày trời nắng.
- Có thể thừa nhận gần đúng rằng, độ rọi trên bề mặt được chiếu nắng lớn
gấp 7 đến 9 lần do độ rọi ánh sáng khuếch tán gây ra.
- Nước ta, trên mọi miền lãnh thổ đều có nhiều nắng, giá trị E
tt
lớn, số ngày
nắng trong năm nhiều, nên lưu ý việc chọn hướng nhà,chọn hệ thống
chiếu sáng cho các xưởng sản xuất chính, chọn giải pháp che chắn hợp lí.
- Vì rằng độ chói của bầu trời phân bố không đều, cho nên hướng cửa lấy
ánh sáng khác nhau, ảnh hưởng của độ chói bầu trời khác nhau, và độ rọi
lấy vào phòng cũng khác nhau.
- Ánh sáng phản xạ từ mặt đất, từ các bề mặt của công trình chung quanh,
từ các bề mặt trong phòng, làm cho độ rọi trong phòng tăng lên. Lượng
tăng này phụ thuộc vào hệ số phản xạ của các bề mặt, vào kích thước và
hình thức cửa lấy sáng.

- Tác dụng của ánh sáng phản xạ đặc biệt lớn đối với các kiến trúc công
cộng, nhà văn hóa, nhà ở, còn trong các nhà xưởng sản xuất thì nền nhà
thường là màu tối, hoặc các thiết bị che chắn, do đó ánh sáng qua cửa mái
vào phòng bị mặt nền hấp thụ hết, tác dụng phản xạ không nhiều.
- Quang thông F tới 1 điểm nào đó trong phòng bằng tổng những quang
thông sau:
+ Quang thông khuyếch tán của vòm trời trực tiếp vào phòng: F
kt
+ Quang thông phản xạ từ các bề mặt trong phòng: F
0
+ Quang thông phản xạ từ bề mặt các công trình đối diện: F
đ
+ Quang thông phản xạ từ mặt đất: F
S
- Tương ứng hệ số chiếu sáng tự nhiên
tại một điểm nào đó trong phòng,
bằng: E = e
kt
+ e
O
+ e
đ
+ e
p
- Tập hợp này bao gồm nhiều nhân tố ngẫu nhiên và khác thường, do đó, để
đơn giản tính toán quang học, người ta đưa vào những giả thiết sau đây:
+ Không xét độ rọi tăng thêm do ánh sáng trực tiếp (E
tt
) gây ra
+ Không tính ảnh hưởng của ánh sáng phản xạ

+ Không xét tới đặc điểm quang khí hậu của địa phương.
- Phương pháp tính toán cho phép xác định được kích thước cửa lấy sáng,
trong đó đã xét tới hình dáng, vị trí, kết cấu cửa, và đk sử dụng của phòng.
- Kết hợp với 2 giai đoạn thiết kế, phương pháp tính toán chia làm 2 bước:
+ Giai đoạn thiết kế sơ bộ, áp dụng phương pháp tính gần đúng hoặc dự
đoán hình thức và kích thước cửa theo kinh nghiệm.
+ Giai đoạn thiết kế kĩ thuật, áp dụng phương pháp kiểm tra cuối cùng
hoặc bằng tính toán hoặc bằng biểu đồ.
2. Phương pháp gần đúng theo độ rọi E trong phòng
- Mặt làm việc được xác định thì đồng thời cũng xác định được các định
hướng cần thiết khác:
+ Hướng ánh sáng tới, bao gồm cả tự
nhiên và nhân tạo, đảm bảo quá trình
chuyển tiếp nhịp nhàng và đều đặn.
+ Tổ chức thông thoáng, che nắng,
che mưa.
+ Mối liên hệ thông thoáng giữa
trong và ngoài nhà.
+ Tổ chức thểm mỹ mặt đứng kiến
trúc.
- Trên cơ sở đó xác định hình dáng
cửa lấy ánh sáng. Tính toán xác định
gần đúng kích thước cửa theo độ rọi
trung bình trong phòng E
tb
như sau:
E
tb
= F/ S
S

Trong đó: F : Quang thông tới trên mặt làm việc qua cửa lấy ánh sáng.
S
S
: diện tích mặt làm việc, bằng diện tích sàn nhà.
- Nếu chiều dài phòng là (l), chiều sâu lấy ánh sáng là b. Mặt làm việc nằm
ngang thì quang thông F xác định bằng tích phân độ rọi E trên mặt làm
việc theo chiều dài (l) và chiều sâu lấy ánh sáng (b) của phòng
F = ∫∫ E.dl.db
- Nếu cửa là một băng dài trên chiều dọc phòng, thì độ rọi E tại những điểm
(1, 2, 3, 4, 5, 6) cách cửa lấy ánh sáng độ sâu b, có thể thừa nhận là không
đổi, khi đó, ta có:
F = ∫ E.db
Ở đây, E là độ rọi trong phòng, trên mặt
cắt song song với mặt cửa lấy ánh sáng.
- Nếu lấy chiều dọc phòng (l) làm đơn vị (l=1 đơn vị) thì quang thông F
trong phòng tính với đơn vị chiều dọc, bằng:
F = ∫ E.db
- Giá trị của tích phân có thể xác định bằng phương pháp đồ giải: trục
hoành có giá trị của b, tỉ lệ tùy ý (khoảng cách tới cửa lấy sáng). Tung độ,
ghi độ rọi E tương ứng.
- Giá trị của quang thông F rọi trên bề
mặt làm việc xác định bằng diện tích
giới hạn giữa đường cong và trục
hoành.
- Nếu dùng hệ số xuyên sáng tổng hợp
để kể sự tổn thất ánh sáng khi xuyên
qua cửa vào phòng. S
O
là diện tích cửa
lấy ánh sáng. Độ rọi trên mặt ngoài

cửa kính là E
O
.
Ta có: E
0
= ; F
đ
= E
0
.S
0
F=E
0
.S
0
. = F
đ
.
Phòng tương đối rộng, có thể thừa nhận rằng, toàn bộ quang thông vào
phòng đều rọi trên mặt làm việc nằm ngang, do đó biểu thức tổng quát E
tb
như sau:
F= E
tb
.S
s
F= E
0
.S
0

. = E
tb
.S
s
Hay là: E
tb
= ; m = =
S
o
/S
s
– Gọi là hệ số diện tích cửa lấy ánh sáng (m)
a. Cửa lấy ánh sáng thẳng đứng:
E
0
= 0.5E
ng
E
tb
= 0.5 . . E
ng
b. Cửa lấy ánh sáng nằm ngang:
Do đó: E
O
= E
ng
E
tb
= E
ng

c. Cửa lấy ánh sáng nghiêng:
Hiệu quả lấy ánh sáng của cửa nghiêng
bằng trung bình cộng 2 hình thức cửa
trên đây:
E
tb
=
E
tb
= =
d. Hệ số chiếu sáng tự nhiên trung bình (e
tb
)
Tương ứng, hệ số chiếu sáng tự nhiên e của các hình thức cửa bằng:
 Cửa lấy ánh sáng thẳng đứng:
e
tb
m =

= 2
 Cửa lấy ánh sáng nằm ngang:
e
tb
=
m =
 Cửa lấy ánh sáng nghiêng:
e
tb
=

m =
 Hệ số xuyên sáng tổng hợp τ
0
:
τ
0
= τ
1
.τ
2
.τ
3
.τ
4
Trong đó: τ
1
, τ
2
, τ
3
, τ
4
: hệ số xuyến sáng của kính cửa, lớp bụi bẩn
trên kính cửa và kết cấu gây tối lỗ cửa (chẳng hạn dầm kèo, ô-vân,
balcon, cột, v.v…)
3. Hệ số diện tích cửa lấy sáng m: S
0
/S
s
- Hệ số diện tích cửa lấy sáng (m)

a. Hệ thống chiếu sáng cửa mái (cửa trên):
%

Bảng 5-1
Số nhịp
nhà
Hệ số phản xạ trung bình
(ρ
tb
) của tường, trần, sàn
trong phòng
Giá trị r
2
khi h
1
/L
0
bằng:
0,16 0,36 0,66 1
1
ρ
tb
= 0,5
= 0,4
= 0,3
1,5
1,4
1,2
1,6
1,5

1,3
1,7
1,6
1,4
1,9
1,7
1,5
= 0,5 1,4 1,5 1,6 1,7
Trong đó:

r
2
- Hệ số chiếu sáng tự nhiên trung bình tiêu chuẩn của
phòng ( quy phạm quy định e
tb
= e
tc
tb
)
- Hệ số kể tới ánh sáng phản xạ do các bề mặt trong
phòng gây ra ( Bảng 5-1)
- Hệ số tính năng lấy sáng của cửa trên (Bảng 5-2)
2 = 0,4
= 0,3
1,3
1,2
1,4
1,3
1,5
1,4

1,6
1,5
≥ 3
= 0,5
= 0,4
= 0,3
1,3
1,2
1,1
1,3
1,2
1,1
1,3
1,2
1,1
1,3
1,2
1,1
b. Hệ thống chiếu sáng cửa bên
100% = %


Bảng
5-2:
G
i
á

t
r

ị
η
c
m

k
h
i
t
ỉ
l
ệ

Trong đó:

r
1
K
- Hệ số chiếu sáng tự nhiên nhỏ nhất tiêu chuẩn (quy
phạm quy định).
- Hệ số kể đến ảnh hưởng của ánh sáng phản xạ do các
bề mặt trong phóng gây ra (bảng 5-4).
- Hệ số kể đến ảnh hưởng che khuất của công trình đối
diện.
- Hệ số tính năng lấy ánh sáng của cửa bên (bảng 5-3).
L
cm
/h
1
bằng:

1 2 3
Và khi tỉ lệ h
1
/L
0
bằng :
0,
4
0,
7
1
0,
4
0,
7
1
0,
4
0,7 1
Cửa mái 2 phía,
Kính thẳng đứng
(cửa chữ nhật, chữ M)
1
2
≥ 3
5,
2
5,
2
4,

7
8
6,
1
4,
7
9,
9
7,
5
4,
7
4,
7
4,
7
4,
3
7,
3
5,
6
4,
3
8,
9
6,
9
4,
3

3,
9
3,
9
3,
5
6
4,6
3,5
7,3
5,6
3,5
Cửa mái 1 phía,
Kính thẳng đứng
(cửa răng cưa)
1
2
≥ 3
4,
6
4,
6
4,
2
7,
1
5,
4
4,
2

8,
8
6,
7
4,
2
4
4
3,
6
6,
3
4,
7
3,
6
7,
6
5,
8
3,
6
3,
3
3,
3
3
5,1
3,9
3

6,3
4,8
3
Cửa mái 2 phía,
Kính nghiêng
cửa chữ nhật, chữ M)
1
2
≥ 3
3,
7
3,
0
3,
0
4,
3
3,
7
3
5,
3
4,
3
3
3,
2
2,
7
2,

7
3,
8
3,
2
2,
7
4,
6
3,
8
2,
7
2,
7
2,
2
2,
2
3,1
2,7
2,2
3,8
3,1
2,2
Cửa mái 1 phía,
Kính thẳng đứng
(cửa răng cưa)
1
2

≥ 3
3
2,
5
2,
5
3,
5
3
2,
5
4,
2
3,
5
2,
5
2,
7
2,
3
2,
3
3,
2
2,
7
2,
3
3,

9
3,
2
2,
3
2,
3
1,
9
1,
9
2,7
2,3
1,9
3,3
2,7
1,9
Cửa trời,lỗ lấy sáng
Sáng trên mặt mái
1
2
3,
5
3,
5
4,
2
3,
8
5,

2
4,
2
3,
2
3,
2
3,
8
3,
5
4,
7
3,
8
2,
5
2,
5
3
2,8
3,8
3
Kính dẻo, kính cốt kẽm
≥ 3
3,
5
3,
5
3,

5
3,
2
3,
2
3,
2
2,
5
2,5 2,5
Bảng 5-3
L/B
B/h
1
0,5 1 1,5 2 3 4 5 6
≥ 4
3
2
1,5
1
0,5
-
9,5
11,5
13,0
16,0
-
-
8,5
10,0

11,5
15,0
-
7,0
9,5
11,0
12,5
17,0
22
9,0
11,5
13,0
15,0
19,0
27,0
12
16
18
20
25
43
15
19
22
25
35
-
17
23
26

30
42
-
20
26
30
35
45
-
Bảng 5-4
Hệ số phản xạ trung bình của tường, trần, sàn
(ρ
tb
)
Chiếu sáng 1
bên
(a)
Chiếu sáng 2
bên
(b)
Màu sáng (trắng, hồng nhạt, vàng nhạt) 0,5
Màu sáng trung bình (vàng, xanh da trời) 0,4
Màu sẫm 0,3
4
3
2
2,2
1,7
1,2
Hệ số phản xạ trung bình của các bề mặt trong phòng được xác định:

=
( với ρ
1
, ρ
2
, ρ
3
,…là hệ số phản xạ của các mặt có diện tích S
1
, S
2
, S
3
,…
tương ứng).
Bảng 5-5
Loại
phòn
g
Tính
chất
phòn
g
phân
tán
theo
mức
bụi
bẩn
Thí dụ

loại
phòng
Vị trí
cửa sổ
kính
Giá trị τ
0
Khung
cánh cửa
gỗ, B.T
Khung
cánh thép,
nhôm
Gạch
thủy
tinh
rỗng
Kính có
sóng
Tấm
thủy
tinh
1
lớp
kín
h
2
lớp
kín
h

1
lớp
kín
h
2
lớp
kín
h
Kính
có
cốt
Kính
θ có
cốt
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Phòn
g thải
nhiều
bụi
khói
Xưởng
đúc,
xưởng
sản
xuất
ciment
,
xưởng
rèn,
kho

vật
liệu
rời
Cửa
thẳng
đứng,
Cửa
nghiên
g
0,4
0,3
0,2
5
0,2
0,5
0,4
0,3
0,2
5
0,3
0,2
0,3
0,25
0,4
0,3
0,3
0,25
Phòn
g thải
ít bụi

khói
Xưởng
cán
nguội,
xưởng
gia
công
cơ khí,
in
Cửa
thẳng
đứng,
Cửa
nghiên
g
0,5
0,4
0,3
5
0,2
5
0,6
0,5
0,4
0,3
0,35
0,25
0,4
0,3
0,5

0,4
0,4
0,3
Kiến
trúc
nhà
công
cộng,
nhà ở
Cửa
thẳng
đứng,
Cửa
nghiên
g
0,5
0,4
0,3
5
0,2
5
0,6
0,5
0,4
0,3
0,35
0,25
0,4
0,3
0,5

0,4
0,4
0,3
4. Phương pháp biểu đồ Danhiluk
a. Nguyên lí lập biểu đồ
e
M
= (E
M
/ E
ng
).100 (%)
 e
M
= (s / p

).100 (%)
s – là diện tích hình chiếu trên mặt phẳng nằm ngang của mảng trời nhìn
thấy từ điểm tính toán qua cửa lấy sáng.
- Lấy điểm tính toán M làm tâm,
dựng bán cầu bán kính bằng đơn
vị. Điểm M là đỉnh của góc khối
nhìn thấy mảng trời chiếu sáng nó
qua lỗ cửa.
Dùng 100 mặt phẳng tựa trên
đường kính X-X của mặt phẳng chân
trời song song với mặt cửa chia bầu
trời thành 100 dải, sao cho hình chiếu
của chúng lên mặt phẳng chân trời là
bằng nhau. Những mặt phẳng này cắt vòm trời thành 100 đường kinh tuyến.

- Dùng 100 MP thẳng đứng song song nhau song song Y-Y và vuông góc
với MP lấy AS chia bầu trời thành 100 phần, sao cho hình chiếu lên MP
chân trời đều bằng nhau. Những MP này cắt vòm trời thành 100 đường vĩ
tuyến chia bầu trời thành 10000ds, có hình chiếu lên MP chân trời bằng
nhau.
- Lấy MP nửa vòng tròn đi qua trục Y-Y, nối tâm với giao điểm giữa đường
tròn với các kinh tuyến, ta có biểu đồ Danhiluk I
- Lấy MP nửa vòng tròn đi qua trục X-X, nối tâm với giao điểm giữa đường
tròn với các vĩ tuyến, ta có biều đồ Danhiluk II.
Vậy diện tích mảng trời nhìn qua lỗ cửa là s = (e
1
. e
2
)ds
Trong đó:
e
1
: Số ô bị cắt do các kinh tuyến chứa trong giới hạn chiều cao cửa – xác
định trên biểu đồ Danhiluk I
e
2
: Số ô bị cắt do các vĩ tuyến chứa trong giới hạn chiều rộng cửa – xác
định trên biểu đồ Danhiluk II
Hình chiếu toàn vòm trời trên mặt phẳng chân trời (bán kính r = đơn vị),
bằng:
= 10000σ = π
e
M
= 100 = 100 =
Nếu có nhiều cửa lấy sáng, thì:

E
M
=
b. Cách sử dụng biểu đồ
- Vẽ mặt cắt đứng và mặt cắt ngang của phòng qua tâm cửa lấy sáng trên
giấy can, theo tỉ lệ như nhau.
- Đặt tâm O của biểu đồ Danhiluk I trùng với điểm tính tốn M trên mặt
làm việc, trục góc của biểu đồ trùng với mặt làm việc. Đọc số ơ giới
hạn bởi các tia trong chiều cao cửa, số ơ đó chính là giá trị e
1
. Ghi lại
khoảng cách , trong đó C là tâm cửa, đại diện tâm của mảng trời nhìn
thấy qua cửa lấy sáng.
- Đặt mặt tâm O của biểu
đồ Danhiluk II trên vết
mặt cắt ngang, trục gốc
của biểu đồ song song
với trục dọc của cửa lấy
ánh sáng, cách tâm cửa
một đoạn bằng . Đọc số
ơ giới hạn bởi các tia
nằm trong phạm vi
chiều rộng cửa, đó
chính là e
2
.
Ta có e
M
= (%)
VD: Dựa vào 2 hình trên

ta có e
1
= 4, e
2
= 8
 e
M
= = 3,2 %
Ưu điểm của phương pháp
biểu đồ Danhiluk là biểu đồ
ÁP DỤNG BIỂU ĐỒ ĐA-NHI-LÚC 1 CHO M.CẮT > e
C
e =4
1
TRỤC GỐC
M
OC
O
MLV
BIỂU ĐỒ
1
ÁP DỤNG BIỂU ĐỒ ĐA-NHI-LÚC 2 CHO M.BẰNG >
TRỤC GỐC BIỂU ĐỒ
C
M
O
OC
e =8
2
e

2
tỉ lệ tùy ý, tỉ lệ bản vẽ tùy ý, chỉ cần mặt bằng và mặt cắt cùng tỉ lệ và đặt lọt
được trong biểu đồ.
Trường hợp MB khác tỉ lệ với mặt cắt phải nhân hệ số cho OC
Nếu cửa hình tròn thì thay thế bằng cửa “tương đương” hình vuông có cạnh
bằng 0,885d, với d là đường kính cửa. Cửa hình elip thì thay bằng hình chữ
nhật có chiều dài bằng 0,885a, chiều ngang bằng 0,885b, với a, b là 2 trục của
elip.
5. Xác định giá trị hệ số chiếu sáng tự nhiên thực tế
Giá trị e được xác định được từ biểu đồ Danhiluk chưa xét tới các yếu tố
ảnh hưởng đối với độ rọi trong phòng :
- Khả năng chiếu sáng của cửa
- Tác dụng tăng them độ rọi cho ánh sáng phản xạ.
- Ảnh hưởng do độ chói B của bầu trời phân bố không đều.
Do đó, giá trị e tính được từ biểu đồ còn có thêm 1 số hệ hiệu chình xác
định bằng thực nghiệm .
a. Chiếu sáng bằng hệ thống cửa bên ( e
b
)
e
b
= e
kt
+ e
0
+ e
đ
+
Trong đó:
e

kt
: Hệ số chiếu sáng tự nhiên do
ánh sáng khuếch tán của
mảng trời nhìn thấy từ điểm
tính toán M qua cửa rọi vào
phòng.
Công thức tính e
kt
:
e
kt
=
e
0 :
Hệ số chiếu sáng tự nhiên tăng thêm do tác dụng phản xạ ánh sáng của
các bề mặt trong phòng gây ra.
Công thức tính e
0
: e
0
= e
ktmin
.( r
1
- 1 )
Trong đó e
kt min
=
min
- Lượng ánh sáng tăng thêm do tác dụng phản xạ của các bề mặt trong

phòng e
0
thừa nhận là phân bố đều. Thực tế thì những vị trí gần mặt
phản xạ, giá trị của e
0
lớn hơn những vị trí ở xa, nhưng chênh lệch
không nhiều, cho nên để đơn giản tính toán, thừa nhận là phân bố đều.