Giáo trình kiến trúc khí hậu và chiếu sáng

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA KIẾN TRÖC

Giáo trình

KIẾN TRÚC KHÍ HẬU VÀ CHIẾU SÁNG
( Lưu hành nội bộ )

Phần 1: KIẾN TRÖC KHÍ HẬU
Phần 2: CHIẾU SÁNG TỰ NHIÊN CÁC CÔNG TRÌNH KIẾN TRÖC

Chủ trì & biên soạn :
PGS. TS. Giảng viên cao cấp Phạm Đức Nguyên

Tháng 10 năm 2015
1


Mục lục
Lời giới thiệu
Các ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong sách
Phần 1. Kiến trúc khí hậu
Chương 1. Khái quát về khí hậu Việt Nam và thế giới
1.1. Các yếu tố tự nhiên cơ bản tạo thành khí hậu
1.2. Các thông số vật lý của khí hậu và biểu đồ không khí ẩm
1.3. Sơ lược các vùng khí hậu lớn trên thế giới
1.4. Khí hậu Việt Nam
Chương 2. Vi khí hậu và con người
2.1. Vi khí hậu phòng
2.2. Phản ứng của con người đối với khí hậu
2.3. Đánh giá vi kí hậu

2.4. Phân tích sinh khí hậu ngoài nhà
2.5. Tổng quan về phương pháp thiết kế kiến trúc thich ứng với khí hậu Việt Nam
Chương 3. Truyền nhiệt qua vỏ công trình
3.1. Khái niệm cơ bản về truyền nhiệt
3.2. Truyền nhiệt ổn định qua vỏ công trình
3.3. Truyền nhiệt qua vỏ công trình trong mùa nóng
Chương 4. Che nắng cho vỏ công trình và cho phòng
4.1. Xác định bóng của công trình
4.2. Thiết kế cấu tạo che nắng
Chương 5. Thông gió tự nhiên trong khu nhà và trong phòng
5.1. Vai trò Thông gió tự nhiên trong xây dựng Việt Nam
5.2. Sự hình thành Thông gió tự nhiên
5.3. Thông gió tự nhiên trong nhà dân dụng
5.4. Ảnh hưởng quy hoạch công trình đến TGTN
5.5. TGTN trong nhà công nghiệp
Chương 6. Kiến trúc cảnh quan và giảm hiệu ứng đảo nhiệt đô thị
6.1. Cây xanh, mặt nước và môi trường đô thị
6.2. Cây xanh và hiệu ứng đảo nhiệt đô thị
Phần 2. Chiếu sáng tự nhiên các công trình kiến trúc
Chương 7. Các khái niệm cơ bản
7.1. Ánh sáng, màu sắc
7.2. Mắt người và sự cảm thụ ánh sáng, màu sắc
7.3. Các đơn vị cơ bản
7.4. Tiện nghi nhìn
Chương 8. Thiết kế chiếu sáng tự nhiên
8.1. Nguồn sáng tự nhiên và mô hình bầu trời thiết kế CSTN
8.2. Cơ sở thiết kế CSTN
8.3. Yêu cầu thiết kế CSTN
8.4. Tính toán CSTN
8.5. Chiếu sáng có hiệu quả năng lượng

Phụ lục
Tài liệu tham khảo 154

4
5
8
8
20
22
25
29
29
31
33
35
38
40
40
42
45
62
62
67
78
78
79
84
89
93
96

96
98
105
105
108
111
118
125
125
127
130
133
141
148
154

2


Lời giới thiệu
Giáo trình “ Kiến trúc khí hậu và chiếu sáng” được soạn sát với bài giảng của
môn học cho ngành Kiến trúc của Viện Đại học Mở Hà Nội với thời lượng 45 tiết (30
tiết phần 1 + 15 tiết phần 2) giảng trên lớp, kèm theo một bài tập lớn cho sinh viên
thực hiện tại nhà.
Giáo trình gồm hai phần chính, là:
Phần 1: Kiến trúc khí hậu – phần này trình bày những yếu tố cơ bản tạo ra đặc
điểm khí hậu Việt Nam trên lãnh thổ kéo dài 15 vĩ độ (chương 1), đồng thời giới thiệu
những kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu trong công trình – Vi khí hậu – tới
con người, cơ sở tạo ra “Tiện nghi nhiệt” của con người khi hoạt động trong các
không gian trong nhà (chương 2).

Nội dung chính của phần 1 là trình bày và yêu cầu thực hành thành thạo các giải
pháp thiết kế kiến trúc cơ bản để công trình thích ứng nhiều nhất với khí hậu nhiệt đới
ẩm, có gió mùa Việt Nam, lợi dụng được nhiều nhất những thuận lợi và giảm thiểu bất
lợi của khí hậu, giảm sử dụng năng lượng hóa thạch mà tạo được môi trường vệ sinh
và sức khỏe trong công trình. Các giải pháp cơ bản là: Cách nhiệt cho vỏ nhà (chương
3), Thiết kế che nắng (chương 4), thông gió tự nhiên (chương 5) và kiến trúc cảnh
quan và chống hiệu ứng đảo nhiệt đô thị (chương 6).
Phần 2: Chiếu sáng tự nhiên trong kiến trúc – trình bày những cơ sở khoa học
trong thiết kế ánh sáng và khí hậu ánh sáng Việt nam (chương 7). Chương 8 giới thiệu
các phương pháp thiết kế sử dụng ánh sáng tự nhiên – ánh sáng ban ngày – được
khuyến nghị áp dụng trên thế giới. Từ đó, giới thiệu các giải pháp kiến trúc để thiết kế
công trình sử dụng được nhiều nhất ánh sáng tự nhiên – một ưu thế của thiên nhiên
vùng nhiệt đới.
Trong giáo trình có giới thiệu và phân tích một số công trình trong nước và thế
giới đã thực hiện tốt các giải pháp đã giới thiệu, giúp sinh viên nắm vững và thực
hành trong Bài tập lớn môn học, cũng như để áp dụng sáng tạo khi hành nghề thiết kế
sau này.
Giáo trình được viết với sự hỗ trợ của Thạc sỹ, KTS Nguyễn Thị Phương Anh. Tác
giả chân thành cám ơn.
Hà Nội ngày 06 tháng 08 năm 2015
Tác giả
Nhà giáo ưu tú, Giảng viên cao cấp
PGS. TS. Phạm Đức Nguyên

3


Các ký hiệu và chữ viết tắt sử dụng trong sách
● Danh từ chuyên môn viết tắt
BXMT

HC
ĐC
XP
TP
MPCT
XĐBT
BĐMT
QĐMT
TĐ
BĐSKHXD
TGTN
ĐHKK
VKH
ASTN

bức xạ mặt trời
ngày hạ chí
ngày đông chí
ngày xuân phân
ngày thu phân
mặt phẳng chân trời
xích đạo bầu trời
biểu đồ mặt trời
quỹ đạo mặt trời
thiên đỉnh (của bầu trời)
Biểu đồ sinh khí hậu xây dựng
thông gió tự nhiên
điều hòa không khí
vi khí hậu
ánh sáng tự nhiên

4


● Ký hiệu chuyên môn
IO
BXMT tổng cộng
IS
BXMT trực tiếp (trực xạ)
ID
BXMT khuếch tán (tán xạ)
δ
góc lệch mặt trời
ho
góc cao của mặt trời
Ao
góc phương vị của mặt trời
V
vĩ độ địa lý của địa điểm
vg
vận tốc gió
H
Enthalpy của không khí
Hs
nhiệt hiện
Hl
nhiệt ẩn
f , (F)
độ ẩm tuyệt đối của không khí (ở trạng thái bão hòa)
độ ẩm tương đối của không khí

φ
d, (D)
dung ẩm của không khí (ở trạng thái bão hòa)
e, (E)
tk,
t t, t n
Atn
tư
ts
tm, tmt, tmn
tmttb, tmtmax
Ztmtmax
ttg, ttgtb, ttgmax
Attg
Zttgmax
M
qđ
qb
q
Ro
Uo
ht, hn
ν
εo
ET

áp suất phần hơi nước trong không khí (ở trạng thái bão
hòa)
nhiệt độ của không khí khô
nhiệt độ của không khí trong nhà, ngoài nhà

biên độ dao động của nhiệt độ ngoài nhà
nhiệt độ ướt của không khí
nhiệt độ điểm sươngcủa không khí
nhiệt độ bề mặt, mặt trong , mặt ngoài kết cấu
nhiệt độ mặt trong trung bình, cực đại
thời điểm xuất hiện nhiệt độ mặt trong cực đại
nhiệt độ tổng ngoài nhà,trung bình, cực đại
biên độ dao động của nhiệt độ tổng
thời điểm xuất hiện nhiệt độ tổng cực đại
nhiệt sinh lý (Metabolic Rate)
lượng nhiệt đơn vị trao đổi bằng đối lưu
lượng nhiệt đơn vị trao đổi bằng bức xạ
dòng nhiệt đơn vị truyền qua vỏ công trình
tổng trở nhiệt của kết cấu
tổng hệ số truyền nhiệt (U- value)
hệ số trao đổi nhiệt ở mặt trong, mặt ngoài kết cấu
hệ số tắt dao động
thời gian trễ của dao động nhiệt độ mặt trong
nhiệt độ hiệu quả (Effective temperature)

W/m2
W/m2
W/m2
độ
độ
độ
độ
m/s
kJ / kg
kJ / kg

kJ / kg
g/m3
%
g/kg k.k.
khô
Pa
o

C
C
o
C
o
C
o
C
o
C
o
C
h
o
C
o
C
h
W / m2
W/m2
W/m2
W/m2

m2.K/ W
W/ m2.K
W/m2.K
o

h
5


CET
PMV
λ
α

ρ
VLT
I
C
SHG
OTTVTG, OTTVM

G
Qg
F
I
E
Et
Egh
eM
L

CRI
Eyc
eyc

nhiệt độ hiệu quả hiệu chỉnh (Corrected effective
temperature)
chỉ số dự đoán (biểu quyết) trung bình (Predicted Mean
Vote)
hệ số dẫn nhiệt của vật liệu
hệ số hấp thụ BXMTcủa bề mặt kết cấu (hoặc kính)
hệ số xuyên BXMT của kính
hệ số phản xạ BXMT, ánh sángcủa bề mặt kết cấu (hoặc
kính)
hệ số truyền ánh sáng qua kính (Visible Light
Transmission)
cường độ BXMT chiếu lên bề mặt kết cấu
hệ số bức xạ nhiệt
hệ số nhận BXMT của kính (Solar Heat Gain
Coefficient)
Chỉ số truyền nhiệt tổng của tường, mái nhà (Overall
Thermal Transfer Value)
lượng thông gió qua cửa
lượng nhiệt thông gió
quang thông (Luminous Flux)
cường độ sáng (Luminous Intensity)
độ rọi (Illuminance)
độ rọi trụ (Cylindrical Illuminance)
độ rọi giới hạn ngoài nhà
hệ số độ rọi tự nhiên (tại điểm M trong nhà)
độ chói (Luminance)

chỉ số truyền màu(0 – 100)
độ rọi
hệ số độ rọi yêu cầu

W/ m.K

W/m2
W/m2 K4

W/m2
m3
W
lm
cd
lx
lx
lx
%
cd / m2
lx
%

6


Phần 1
KIẾN TRÖC KHÍ HẬU
Mở đầu
Kiến trúc khí hậu là môn học nghiên cứu sự hình thành khí hậu trong một không
gian rộng lớn – một quốc gia, một vùng, miền hay một đô thị - và trong một không

gian nhỏ của một khu xây dựng, một công trình xây dựng, nghiên cứu ảnh hưởng của
chúng tới công trình xây dựng và tới con người. Từ đó đề xuất các phương pháp và các
giải pháp quy hoạch đô thị và thiết kế công trình kiến trúc nhằm tận dụng được nhiều
nhất khí hậu thuận lợi, giảm tối đa những tác động xấu của khí hậu tới công trình, để
tạo được môi trường khí hậu tiện nghi nhất cho con người sống trong đô thị cũng như
trong công trình xây dựng.
Môn học cung cấp những phương pháp thiết kế công trình theo khí hậu các vùng
khác nhau trên thế giới, đặc biệt cung cấp các cơ sở khoa học để thiết kế công trình
thích ứng với khí hậu các miền, các vùng trên lãnh thổ Việt Nam.

7


Chƣơng 1
KHÁI QUÁT VỀ KHÍ HẬU VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI
1.1. CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN CƠ BẢN TẠO THÀNH KHÍ HẬU
Có 3 yếu tố tự nhiên cơ bản hình thành khí hậu: Mặt Trời, hoàn lưu khí quyển (sự
chuyển động của các khối không khí) và địa hình (mặt đệm)
1.1.1. Mặt trời
1.1.1.1. Bức xạ mặt trời (BXMT)

Chú thích:
1 - Phổ BXMT ngoài khí quyển;
2 - Phổ BX của vật đen ở 59000
K;
3- BXMT trực tiếp trên mặt biển

Hình 1.1. Phổ BXMT ở ngoài khí quyển Trái Đất và trên mặt nước biển
Ảnh hưởng của mặt trời tới trái đất thông qua BXMT mà bề mặt trái đất nhận
được.

Phổ của BXMT trải từ 290 đến 2300 nm (1m = 109 nm).
Trong đó:
+ Bức xạ tử ngoại : bước sóng từ 290 đến 380 nm, có hiệu ứng quang hóa, làm
rám da;
+ Ánh sáng : từ 380 nm (màu tím) đến 760 nm (màu đỏ);
+ Bức xạ hồng ngoại ngắn : 700 nm đến 2300 nm, bức xạ nhiệt với một số hiệu
ứng quang hóa.
Phổ của BXMT ở ngoài lớp khí quyển gần giống với phổ của “vật đen” ở nhiệt độ
5900 oC (hình 1.1).
1.1.1.2. Cƣờng độ BXMT trên mặt đất
Ở ngoài khí quyển, BXMT có giá trị gần như không thay đổi, bằng 1353 W/m2 , được
gọi là “Hằng số mặt trời”.
8


Khi tới mặt đất năng lượng BXMT chỉ còn 50% của BXMTở ngoài khí quyển,
bao gồm 27% dưới dạng BXMT trực tiếp và 23% dưới dạng khuếch tán (hình 1.2).

Hình 1.2. BXMT xuyên qua khí quyển tới mặt đất
a - Phản xạ từ mặt đất 5%; b - Phản xạ từ đám mây 20%;
c - Khí quyển hấp thụ 25%; d - Tán xạ tới mặt đất 23%; e - Trực xạ tới mặt 27%
Phần năng lượng này lại phân bố theo bước sóng như sau: 50% trong phạm vi
bước sóng nhìn thấy (ánh sáng), 43% trong phần hồng ngoại và 7% trong phần tử
ngoại.
Như vậy, BXMT tổng cộngcó thể xác định theo công thức:
IO = IS + ID
(1.1)
Trong đó: IO-BXMT tổng cộng;
IS-BXMT trực tiếp (trực xạ);
ID-BXMT khuếch tán (tán xạ)

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ BXMT
i) Luật Cosin của BXMT: cường độ BXMT trên mặt nghiêng bằng cường độ trên
mặt vuông gócvới tia chiếu (IB) nhân với Cosin của góc lập bởi tia mặt trời và pháp
tuyến của mặt phẳng chiếu (β), theo công thức:
IC = IB . cos β (1.2)
ii) Độ trong sạch của khí quyển: mây, khói, bụi, hơi nước trong khí quyển;
iii) Chiều dài tia Mặt Trời qua khí quyển được đánh giá bằng “khối lượng khí
quyển”, m , phụ thuộc góc cao của Mặt trời so với chân trời và độ cao của địa điểm
khảo sát. Góc cao càng lớn, Mặt trời càng gần thiên đỉnh, và địa điểm khảo sát càng
cao (so với mặt biển) chiều dài tia mặt trời càng nhỏ, khối lượng m càng nhỏ. Khối
lượng khí quyển bằng 1 khi mặt trời ở thiên đỉnh và bằng 27 khi ở chân trời (bảng 1.1)

9


Hình 1.3. Chiều dài của tia mặt trời qua khí quyển phụ thuộc góc cao của Mặt Trời
Bảng 1.1. Khối lượng khí quyển m
Góc cao
Mặt trời, độ
Khối
lượng
khí quyển, m

90
Thiên đỉnh
1

42

30

20

14,5

11,5

9,6

1,5

2

3

4

5

6

0
Chân trời
27

Khi giải các bài toán kiến trúc khí hậu cần xem xét BXMT trực tiếp hoặc BXMT
tổng cộng chiếu tới các bề mặt của kết cấu. Thường khảo sát trên mặt ngang (mái nhà)
hay đứng (tường nhà).
Góc cao của Mặt Trời và độ dài của ngày và đêm phụ thuộc vĩ độ địa lý trên Trái
Đất và chuyển động cuả Trái Đất quanh trục của nó và quanh Mặt Trời.

1.1.1.3. Chuyển động biểu kiến của Mặt Trời
Hình 1.4 mô tả chuyển động thực của Trái đất quanh mặt trời theo một quỹ đạo gần
đường tròn. Trục trái đất luôn nghiêng một góc 23o5 so với pháp tuyến của của mặt
phẳng quỹ đạo trái đất.

Hình 1.4. Chuyển động thực của Trái Đất xung quanh Mặt Trời
10


Hình 1.5 mô tả 4 vị trí đặc biệt của trái đất trong chuyển động thực quanh Mặt trời
trong một năm, đó là các ngày:
21/III – ngày xuân phân (XP), ở bắc bán cầu và thu phân (TP) ở nam bán cầu;
21/VI – ngày hạ chí(HC) ở bắc bán cầu và đông chí (ĐC) ở nam bán cầu;
23/IX – ngày thu phân (TP) ở bắc bán cầu và xuân phân (XP) ở nam bán cầu;22/XII –
ngày đông chí (ĐC) ở bắc bán cầu và hạ chí (HC) ở nam bán cầu;

Hình 1.5. Giải thích vị trí Trái đất và Mặt Trời
Trên hình 1.6 là mô hình bầu trời nhìn thấy hay được gọi là “bầu trời biểu kiến”: Mặt
trời nhìn thấy chuyển động trên một bán cầu lớn theo một quỹ đạo (hoàng đạo), lệch
một góc 23o5 so với xích đạo bầu trời. Trên mô hình này, vị trí các ngày HC, ĐC, XP
và TP ở các vị trí đối diện so với các vị trí trong chuyển động thực.

Hình 1.6. Mô hình bầu trời biểu kiến
11


Quan sát mô hình bầu trời ta có nhận xét: Hoàng đạo (tất cả vị trí của mặt trời trong
một năm) nghiêng với xích đạo bầu trời (XĐBT) một góc δ = 23o5. Hai đường này gặp
nhau đúng ngày xuân phân và thu phân (δ = 0 o) và xa nhất vào các ngày hạ chí và
đông chí (δ = ±23o5). Góc δ được gọi là “góc lệch” (góc xích vĩ) của quỹ đạo ngày

của mặt trời và nó thay đổi trong một năm từ +23o5 đến -23o5.
Cáchdựng mô hình bầu trời biểu kiến (hình 1.7):
+ Bầu trời là một bán cầu mà tâm là điểm quan sát trên mặt đất. Mặt phẳng đáy đi qua
điểm quan sát là mặt phẳng chân trời (MPCT).
+ Trục của bầu trời song song với trục quay của Trái đất và gọi là trục thế giới, nó chỉ
cực Bắc của thế giới.
+ Quỹ đạo ngày đêm của mặt trời vẽ thành một vòng tròn trong mặt phẳng vuông góc
với trục thế giới, phần nằm trên MPCT tương ứng với ban ngày, phần dưới MPCT
tương ứng ban đêm.

Hình 1.7.Mô hình bầu trời biểu kiến (vĩ độ 40oB)
Các nhận xét quan trọng:
Trục thế giới luôn tạo với MPCT một góc đúng bằng góc vĩ độ địa lý (V) của
điểm quan sát.
Ngày xuân và thu phân, quỹ đạo ngày của Mặt Trời trùng với XĐBT. Mặt Trời
lặn ở chính Đông và lặn ở chính Tây.
Ngày hạ chí, quỹ đạo Mặt Trời ở xa nhất, về phía Bắc XĐBT một góc δ = 23o5.
Ngày đông chí, quỹ đạo Mặt Trời ở xa nhất về phía Nam của XĐBT với góc lệch
δ = -23o5.
Quỹ đạo mặt trời một ngày bất kỳ nằm trong giới hạn giữa ngày hạ chí và đông
chí. Ta có thể xác định dễ dàng nếu biết góc lệch δ của ngày đó.
Quỹ đạo mặt trời chỉ phụ thuộc vĩ độ địa lý của địa điểm khảo sát. Mọi dịa điểm
có cùng vĩ độ, hoạt động của Mặt trời là hoàn toàn giống nhau.
1.1.1.4. Biểu đồ Mặt Trời (BĐMT)
Vị trí của mặt trờitrên bầu trời được xác định bởi hai tọa độ góc(hình 1.8):
12


+ Góc cao ho : góc lập bởi tia mặt trời và mặt phẳng chân trời
+ Góc phương vị Ao: góc lập bởi hình chiếu của tia mặt trời trên MPCT với

hướng Nam.

HÌnh 1.8. Xác định vị trí Mặt Trời theo tọa độ cực
Có nhiều phương pháp vẽ BĐMT. Dưới đây chỉ giới thiệu hai phương pháp được dùng
nhiều nhất.
a- Phƣơng pháp phép chiếu thẳng góc
BĐMT dựng theo phương pháp này được tiến hành bằng cách dựng hình chiếu
thẳng góc của các quỹ đạo mặt trời trên bầu trời biểu kiến xuống MPCT. Phương pháp
được tiến hành theo các bước sau đây:
1) Dựng hệ tọa độ góc trên biểu đồ (hình 1.9)
+ Góc cao ho: MPCT tương ứng với góc cao ho = 0oC, chính là vòng tròn lớn của biểu
đồ. Các vòng độ cao ho= 30o và ho = 60o được chiếu thẳng góc từ các vòng tròn đồng
độ cao tương ứng trên bầu trời biểu kiến.
+ Góc phương vị Ao: biểu diễn bằng các đường bán kính được chia độ từ Ao=
0o(hướng chính Nam) đến Ao = 180o (hướng chính Bắc). Dấu (+) tương ứng với thời
gian buổi chiều; dấu (-) ngược chiều kim đồng hồ - buổi sáng.
2) Dựng quỹ đạo mặt trời(QĐMT)
QĐMT dựng bằng cách vẽ hình chiếu thẳng góc của chúng từ bầu trời biểu kiến
xuống MPCT (hình 1.10)
3) Dựng các đường chỉ giờ
Các đường chỉ giờ trên bầu trời là những kinh tuyến đi qua cực Bắc và Nam của
bầu trời. Trên BĐMT, chúng là những đường elip, quy tụ về hình chiếu của cực Bắc và
Nam.

13


Hình 1.9. Dựng tọa độ cực theo phép chiếu thẳng góc

Hình 1.10. BĐMT vẽ theo phép chiếu thẳng góc (V=20o )

14


Nhận xét: BĐMT vẽ theo phép chiếu thẳng góc khó đạt được độ chính xác cao do
các đường QĐMT và đường giờ đều là các đường enlip. Đồng thời các vòng tròn đồng
độ cao cách nhau không đều, gây khó khăn khi ước lượng góc cao mặt trời tại các thời
điểm khác nhau.
b- Phƣơng pháp phép chiếu nổi
Phương pháp dựa trên định lý sau của hình học họa hình: “Hình chiếu của các
tiết diện phẳng của một mặt cầu từ tâm chiếu là một điểm trên nó lên mặt phẳng vuông
góc với đường kính mặt cầu vẽ qua tâm chiếu là một đường tròn”
Áp dụng vào mô hình bầu trời biểu kiến ta chọn:
+ Tâm chiếu S là điểm đối xứng với thiên đỉnh (TĐ) qua mặt phẳng chân trời;
+ Mặt phẳng chiếu là mặt phẳng chân trời.
Dựng QĐMT theo phương pháp này tiến trình hành theo trình tự sau(hình 1.11):
1) Dựng hệ tọa độ cực
Góc phương vị Ao dựng giống như phương pháp phép chiếu thẳng góc.
Vòng tròn đồng độ cao H – H (góc cao ho): nối tâm chiếu S với các điểm mút H –
H, chúng cắt mặt phẳng chân trời ở H1 - H1. Trên BĐMT đó là vòng tròn tâm O qua
H1 - H1
2) Dựng quỹ đạo Mặt Trời ngày bất kỳ K – K (phần vẽ đậm tương ứng với ban
ngày, phần chấm chấm – ban đêm).
Nối S với K – K, chúng cắt mặt phẳng chân trời ở K1 và K2. Đó chính là đường
kính của vòng tròn quỹ đạo trên BĐMT.
3) Dựng vòng giờ
Các vòng giờ là những đường kinh tuyến hội tụ ở các cực Bắc (B) và Nam (N)
trên mô hình bầu trời, nên trên BĐMT cũng hội tụ ở B1 và N1, là giao điểm của SB và
SN với mặt phẳng chân trời. Tâm của các vòng giờ phải nằm trên trục T – T là trung
trực của đoạn B1N1.

Trên hình 1.12 và 1.13 là BĐMT tại vĩ độ V=11o (TP Hồ Chí Minh) và V=21o(Hà Nội)
được vẽ theo phép chiếu nổi.
Nhận xét: BĐMT vẽ theo phép chiếu nổi có độ chính xác cao do các đường QĐMT và
đường giờ đều là những đường tròn, khi đã xác định đúng vị trí tâm và bán kính của
chúng.

15


Hình 1.11. BĐMT vẽ theo phép chiếu nổi tại vĩ độ V= 40o B

Hình 1.12. BĐMT tại vĩ độ V = 11o B
áp dụng cho Tp Hồ Chí Minh, Phan Thiết, Bến Cát

16


Hình 1.13. BĐMT tại vĩ độ V = 21o B
áp dụng cho Tp Hà Nội, Bắc Ninh, Bắc Giang,
Phú Thọ, Sơn La, Điện Biên, Hòn Gai
Hình 1.14 giới thiệu mô hình chuyển động biểu kiến của mặt trời ở bắc và nam
bán cầu trái đất (bên trái) và BĐMT tại các vĩ độ 0o, 20o, 40o, 60o bắc và nam bán cầu
(bên phải).

Hình 1. 14. Mô hình bầu trời biểu kiến và BĐMT ở bắc và nam bán cầu
Nhận xét chung về chuyển động biểu kiến của MT trên trái đất
Tại Xích Đạo trái đất (V=0), Mặt Trời qua thiên đỉnh hai lần trong một năm vào
đúng các ngày phân (cách nhau sáu tháng). Hai lần Mặt Trời ở thấp nhất trên bầu trời
vào các ngày chí.Hoạt động của MT như vậy gọi là “Mặt Trời dạng xích đạo”. Ngày
và đêm ở xích đạo quanh năm luôn bằng nhau.

Ở chí tuyến (V=23o27’) Mặt Trời chỉ đi qua thiên đỉnh đúng một lần trong suốt
cả năm, vào đúng ngày hạ chí. Mặt Trời thấp nhất vào ngày đông chí. Đây là “Mặt
Trời dạng chí tuyến”.
17


Trong vùng nội chí tuyến của Trái Đất, Mặt Trời qua thiên đỉnh hai lần trong một
năm. Khoảng cách thời gian giữa hai lần đó thay đổi theo vĩ độ, từ sáu tháng (ở Xích
Đạo), đến một hai ngày (cận chí tuyến).
Ở ngoài phạm vi chí tuyến, Mặt Trời không bao giờ đạt đến thiên đỉnh và góc cao
của Mặt Trời thấp dần.
Tại Bắc và Nam cực khuyên (V=66o33’), ngày hạ chí Mặt Trời suốt ngày không
lặn dưới chân trời, ngược lại ngày đông chí Mặt Trời không nhô khỏi chân trời.Số
ngày Mặt Trời không lặn tăng lên khi tiến dần đến các cực. Tại đây có sáu tháng ban
ngày và sáu tháng ban đêm.
1.1.2. Hoàn lƣu khí quyển
1-Hoàn lưu tín phong: là thứ gió thổi theo một hướng nhất định suốt năm. Sự thay đổi
theo vĩ độ của cán cân bức xạ trên mặt đất là nguyên nhân chủ yếu của hoàn lưu khí
quyển. Mặt khác sự tự quay của Trái đất quanh trục của nó (từ Tây sang Đông) cũng
tạo ra quán tính làm dịch chuyển các khối không khí: ở Bắc bán cầu bị lệch sang phải,
còn Nam bán cầu bị lệch sang trái. Hình 1.15 mô tà hoàn lưu tín phong của trái đất.

Hình 1.15. Hoàn lưu tín phong của Trái Đất
2- Hoàn lưu gió mùa: gió thổi theo mùa, đổi hướng hai lần trong một năm.
Về mùa hè, lục địa nóng hơn (khí áp thấp) đại dương (khí áp cao) nên gió từ đại
dương thổi vào lục địa, gọi là gió mùa hải dương.
Về mùa đông, ngược lại, đại dương ấm hơn lục địa, do mặt đất bức xạ nhiệt vào
không gian mạnh hơn, mất nhiệt nhanh hơn, nên có gió thổi từ lục địa ra đại dương và
gọi là gió mùa lục địa
Do sự tự quay của Trái Đất làm lệch hướng gió, nên mùa đông có gió mùa lục địa

hướng Đông Bắc, mùa hè gió mùa đại dương hướng Tây Nam.
3- Các loại gió khác:
18


 Gió Phơn (Foehn). Phơn là tên một hiệu ứng nhiệt - ẩm xảy ra khi gió vượt qua
một vùng đồi núi cao (hình 1.16).Ban đầu khối không khí có nhiệt độ thấp, độ ẩm cao
(có thể là không khí biển), khi leo lên núi, nhiệt độ giảm dần gây ra mất nước, tạo ra
những cơn mưa bên sườn đón gió. Khi tới đỉnh núi, không khí có nhiệt độ thấp và trở
nên khô. Khi đi xuống núi nhiệt độ khối không khí tăng dần nhưng độ ẩm đã mất nên
trở nên nóng và khô.

Hình 1.16. Hiệu ứng Phơn
 Gió Bridơ (Breeze), còn gọi là gió đất – gió biển – là gió thổi ở ven bờ đại
dương, ven các biển, các hồ lớn. Loại gió này một ngày đêm đổi hướng hai lần: Ban
ngày gió từ biển thổi vào đất liền; Ban đêm gió từ đất liền thổi ra biển.
 Gió núi – thung lũng: ban ngày có gió thung lũng, thổi từ thung lũng lên núi, ban
đêm có gió núi lạnh thổi từ trên núi xuống thung lũng.
1.1.3. Địa hình (Mặt đệm)
Núi, cao nguyên: thường làranh giới các vùng khí hậu;
Mặt nước: sông, biển, hồ có tác dụng điều hòa nhiệt độ, tăng độ ẩm;
Thực vật: rừng, đồng cỏ - Giảm nhận BXMT, tăng độẩm;
Đô thị, công trình xây dựng: tăng khả năng nhận BXMT.
Hiệu ứng đảo nhiệt đô thị / Urban Heat – Island Effect: Các bề mặt xây dựng (bê tông,
gạch, đá, kim loại …), mặt đường… hấp thụ mạnh BXMT sẽ nóng lên rồi trao đổi
nhiệt với không khí tiếp xúc với chúng, làm cho nhiệt độ không khí trong các đô thị
cao hơn (khoảng 3 – 4oC) so với các vùng nông thôn kế cận. Vì vậy, các nhà sinh thái
víđô thị như một sa mạc (Urban Desert).
1.2. CÁC THÔNG SỐ VẬT LÝ CỦA KHÍ HẬU
VÀ BIỂU ĐỒ KHÔNG KHÍ ẨM

1.2.1. Các thông số vật lý của khí hậu
Không khí trong khí quyển là một hỗn hợp của không khí khô (oxygen/nitrogen)
và hơi nước. Trong tự nhiên gần như không có không khí hoàn toàn khô (không có hơi
nước).

19


1- Nhiệt dung hay Enthalpy của không khí, ký hiệu là H (kJ/kg), là lượng nhiệt
chứa trong một đơn vị khối lượng không khí, so với lượng nhiệt của không khí khô ở
0oC.
H = Hs + Hl (1.3)
Trong đó:
Hs: nhiệt hiện (sensible heat) là lượng nhiệt làm tăng nhiệt độ của phần không khí
khô. Nhiệt độ không khí khi đó gọi là “nhiệt độ khô”.
Hl: nhiệt ẩn (latent heat) là lượng nhiệt có do sự có mặt của hơi nước trong không
khí. Đó là lượng nhiệt cần thiết để làm bay hơi toàn bộ lượng hơi ẩm trong không khí
(nhiệt ẩn bay hơi).
Khái niệm nhiệt hiện, nhiệt ẩn là nguyên nhân cơ bản tạo thành những cơn bão
trong vùng nhiệt đới và được coi làcơ sở quan trọng để tìm giải pháp chống nóng trong
khí hậu nóng khô.
2- Lượng hơi nước chứa trong không khí được đánh giá bằng:
Độ ẩm tuyệt đối: f (g/m3);
- Độ ẩm tương đối: 𝜑(%). Là tỷ lệ (%) giữa lượng hơi nước chứa trong 1 m3không
khí ở một nhiệt độ nào đó, so với lượng hơi nước tối đa chứa được trong không khí ở
nhiệt độ đó. Độ ẩm tương đối của không khí có thể đánh giá theo độ chênh lệch giữa
“nhiệt độ khô” và “nhiệt độ ướt” của không khí (nhiệt độ đọc trên bầu khô và bầu
ướtcủa nhiệt kế). Khi hai nhiệt độ bằng nhau (độ chênh lệch bằng 0), độ ẩm tương đối
là 100%. Độ chênh lệch càng lớn, độ ẩm tương đối càng thấp,thể hiện khả năng bay
hơi của nước càng mạnh - biểu hiện “thế bay hơi” lớn - Độ ẩm tương đối liên quan

chặt chẽ với các giải pháp chống nóng trong vùng khí hậu nóng ẩm.
- Dung ẩm của không khí: d - lượng hơi nước chứa trong 1 kg không khí khô
(g/kg k.k. khô)
- Áp suất phần hơi nước trong không khí: e (Pa), là áp suất của phần nước trong
không khí, nó cũng thể hiện khả năng bay hơi của nước.
- Khi không khí ở trạng thái bão hòa hơi nước (θ = 100%), các ký hiệu tương ứng
là: F, D, E.
3- BXMT
Tổng xạ = Trực xạ + Tán xạ (W/m2)
4- Gió: hướng, tần suất và vận tốc.
Trên hình 1.17 giới thiệu các phương pháp thể hiện hoa gió khác nhau: theo
hướng, tần suất(hình 1.17,c) và thêm vận tốc (hình 1.17, avà b). Hình 1.17,d biểu diễn
tần suất gió cho mỗi tháng trên 8 hướng.

20


Hình 1.17. Các cách thể hiện hoa gió
1.2.2. Biểu đồ không khí ẩm
Tất cả các đại lượng vật lý của một trạng thái môi trường không khí có thể biểu
diễn trên một biểu đồ gọi là Biểu đồ không khí ẩm hay biểu đồ nhiệt ẩm(Psychrometric Chart). Hình 1.18 là Biểu đồ nhiệt - ẩm ở áp suất khí quyển
101,325 kPa.
Trục hoành biểu diễn nhiệt độ không khí. Trục tung – dung ẩm và áp suất của hơi
nước. Các đường cong thể hiện độ ẩm tương đối của không khí (từ 0% đến 100%).
Nhiệt dung của không khí biểu diễn trên đường nghiêng (trái).

A

Hình 1.18. BĐ không khí ẩm ở áp suất khí quyển 101,325 kPa
Ví dụ tương ứng với thời tiết ở điểm A trên BĐ 1.18, ta xác định được các thông số vật

lý của khí hậu sau đây:
Nhiệt độ khô tk = 30oC,
Nhiệt độ ướt tư = 27oC,
Nhiệt độ điểm sương ts = 26,oC
Độ ẩm tương đốiϕ= 80%,
Dung ẩm của không khí d = 21,6 g /kg kk khô
21


Áp suất của hơi nước p = 34,8 kPa
Nhiệt dung của không khí H = 85 kJ/kg,
(trong đó nhiệt hiện Hs = 30 kJ/kg và nhiệt ẩn Hl = 55 kJ/kg)
1.3. SƠ LƢỢC CÁCVÙNG KHÍ HẬU LỚN TRÊN THẾ GIỚI
Theo lý thuyết “Khí hậu thái dương”, với giả thiết khí quyển trong suốt tuyệt đối, mặt
đất là đồng nhất, khi đó khí hậu Trái Đất chỉ bị chi phối bởi Mặt Trời và phụ thuộc vĩ
độ địa lý, Trái Đất được chia thành 5 đới khí hậu:
Nhiệt đới(đới nóng): là vùng cạnh xích đạo đến các đường chí tuyến Bắc và Nam
(±2305);
Ôn đới (đới ôn hòa): gồm hai đới từ các chí tuyến Bắc và Nam đến Bắc và Nam
cực khuyên (±6605);
Hàn đới (đới lạnh): gồm hai đới nằm ở hai cực Trái Đất kể từ Bắc và Nam cực
khuyên.
Trong thực tế, bầu khí quyển luôn thay đổi tại mỗi địa phương, còn bề mặt trái đất
rất khác nhau, vì vậy khí hậu trái đất rất phức tạp và đa dạng. Nhiều nhà khoa học thế
giới đã nghiên cứu về khí hậu và có các phương pháp phân loại khác nhau, chia Trái
đất thành nhiều “vùng”, nhiều “nhóm”, nhiều “kiểu” khí hậu (xem thêm “Khí hậu thế
giới. Phân loại” trên Internet).Trên hình 1.19 giới thiệu bản đồ phân vùng khí hậu thế
giới của Olgyay (1963) với bốn loại khí hâu cơ bản là lạnh, ôn hòa, nóng khô và ấm &
ẩm [4]. Lưu ý, Olgyay đã xếp miền bắc Việt Nam vào vùng khí hậu ôn đới.

Hình 1.19. Phân vùng khí hậu thế giới của Olgyay (1963)
Chúng ta đặc biệt quan tâm tới khí hậu nhiệt đới.Trên hình 1.20 giới thiệu bản đồ phân
vùng khí hậu nhiệt đới của Maxwell Fry & Jane Drew (trong Kiến trúc nhiệt đới khô
và ẩm [3]) với 5 loại khí hậu khác nhau. Hai loại nóng ẩm (nóng với mưa quanh năm
22


và gió mùa), hai loại nóng khô (bán khô và sa mạc) và vùng núi cao. Trong bảng 1.2
thống kê sự khác nhau giữa hai loại khí hậu nóng ẩm và nóng khô.

Hình 1. 20. phân vùng khí hậu nhiệt đới của Maxwell Fry & Jane Drew
Bảng 1.2. Sự khác nhau giữa nóng ẩm và nóng khô
Chỉ tiêu
- Nhiệtđộ ngày, t
- Dao động nhiệt độ
ngàyđêm, At
- Độẩm, θ
- Mưa

Ví dụ cácđịa phương

Nóng ẩm

Nóng khô

Không cao, t = 30oC

Cao, t > 40oC

Nhỏ, At = 5 – 8o C

Cao, θ đạt tới 100%
Nhiều, trên 500mm/năm
thậm chí 20005000mm/năm
Việt Nam, Lào, Campuchia,
Thái Lan, Ấn Độ,
Madagasca, Indonexia,
Môdămbích, Ghine,
Mexico…

Lớn, At = 10 ÷ 22o C
Thấp, θ = 15 ÷ 50%
Ít, dưới 250 mm/năm

Nam Algeria, Libi, Ai
cập, Tây Nam Phi,
Ethiopia, Trung á, Tây
Nam Mỹ…

Theo các phân loại trên Việt Nam thuộc loại khí hậu nhiệt đới ẩm có gió mùa.

23


1.4. KHÍ HẬU VIỆT NAM
1.4.1. Đặc điểm chung
(1) Mặt Trời ở Việt Nam
Lãnh thổ Việt Nam kéo dài 15 vĩ độ, từ Cà Mau (V= 8o 37’B) đến Đồng Văn (V
= 23o 22’B), nằm trọn trong vùng nội chí tuyến Bắc với đặc điểm chính là Mặt Trời đi
qua thiên đỉnh hai lần trong một năm.
Tuy nhiên, do lãnh thổ kéo dài như vậy nên đặc điểm hoạt động của Mặt Trời

không giống nhau.
Ở phía Nam, Mặt Trời theo dạng xích đạo, khoảng cách giữa hai lần Mặt Trời
qua thiên đỉnh cách nhau từ ba tháng (Đà Nẵng) đến khoảng năm tháng (Cà Mau).
Ở miền Bắc, Mặt Trời có dạng chí tuyến, hai lần qua thiên đỉnh cách nhau từ
mươi ngày (Đồng Văn) đến khoảng ba tháng (Huế).
Ở miền Bắc, BXMT, và do đó nhiệt độ không khí phân bố theo dạng chí tuyến, có
một cực đại (gần ngày hạ chí) và một cực tiểu (gần ngày đông chí) tạo ra một mùa
nóng và mùa lạnh trong một năm.
Ở miền Nam, BXMT và nhiệt độ không khí phân bố theo dạng xích đạo với hai
cực đại (ứng với hai lần mặt trời qua thiên đỉnh) và hai lần cực tiểu (lân cận những
ngày chí). Vì vậy nhiệt độ cao đều quanh năm, tạo nên một mùa nóng kéo dài suốt
năm.
(2) Hoàn lưu khí quyển ở Việt Nam
Lãnh thổ Việt Nam nằm trong vùng tranh chấp của ba khu vực “Châu Á gió
mùa”, tạo ra một hệ thống phức hợp với 5 khối gió chính thổi vào, là:
- Không khí cực đới lục địa: có nguồn gốc từ Xibia (Nga) mang theo không
khí lạnh tới miền bắc nước ta (đến vĩ độ 16 – 18OB). Khi đi qua lãnh thổ Trung quốc
vào miền bắc, tạo ra thời tiết lạnh khô (đầu mùa đông). Khi đi vòng qua biển vào nước
ta, tạo ra thời tiết lạnh ẩm, nhiều mây, có mưa phùn (cuối đông).
- Không khí nhiệt đới biển đông: cũng có nguồn gốc từ Xibia, nhưng do nằm
lâu trên vùng ven biển Trung quốc nên ấm hơn và có độ ẩm cao hơn. Không khí nhiệt
đới biển đông vào miền bắc trong suốt mùa đông. Đặc biệt cuối đông có thể tạo ra thời
tiết “nồm” rất độc đáo ở bắc bộ.
- Không khí nhiệt đới biển bắc Ấn Độ dương:nguồn gốc là không khí biển mát
(nhiệt độ 25 – 27oC) và có độ ẩm cao (80 – 85%). Khi xâm nhập vào trung bộ, bị biến
tính “Phơn” do vượt qua dãy Trường Sơn, tạo ra không khí gió tây khô nóng, nhiệt độ
có thể lên tới 40 – 43oC và độ ẩm hạ thấp còn 30 – 40%. Gió tây khô nóng ảnh hưởng
suốt vùng lãnh thổ bắc trung bộ, đôi khi lan ra cả bắc bộ, thường xuất hiện từ đầu mùa
hè.
Ở miền nam, không khí này không bị biến tính, vẫn mát và ẩm, thổi theo hướng

tây nam và tây.
24


- Không khí xích đạo: từ nam Thái Bình Dương, là không khí mát và ẩm, tạo
thành gió mùa hướng nam, thịnh hành vào giữa và cuối mùa hạ. Ở miền bắc thường
tạo ra những cơn mưa dài. Ở miền nam do đi cùng nhiễu động nên tạo ra thời tiết xấu,
nhiều mây, có mưa vừa và lớn.
Không khí nhiệt đới biển Thái Bình Dương: là không khí nằm lâu trên biển
nên ấm (nhiệt độ 27 – 30oC) và ẩm hơn (độ ẩm 85 – 90%). Nó ảnh hưởng trong suốt
mùa hạ, nhưng có tần suất thấp, đem lại thời tiết quang tạnh, trong sáng, ổn định trên
cả hai miền.
Bên cạnh 5 khối gió chính, cần quan tâm gió đất – gió biển (Breeze) xẩy ra hàng
ngày trên dải đất ven biển kéo dài trên 3200 km và gió núi, gió thung lũng trên các
vùng núi cao.
(3) Địa hình Việt Nam
Hai đặc điểm lớn của địa hình Việt Nam có ảnh hưởng lớn tới khí hậu là:
- Các dãy núi cao (Hoàng Liên sơn, Trường Sơn, …), tạo ra phân hóa khí hậu và
chúng thường là ranh giới của các vùng khí hậu;
- Lãnh thổ nằm sát biển chịu nhiều ảnh hưởng của thời tiết đặc trưng của biển
như bão, mưa lớn, nước dâng, sóng thần. Biển được coi là máy điều hòa khí hậu nhân
tạo, làm giảm cực đại nhiệt độ vùng nhiệt đới, cung cấp không khí biển mát mẻ và vệ
sinh.
(4) Những đặc trưng của khí hậu Việt Nam (theo QCVN 02:2009/BXD [20])
Lãnh thổ Việt Nam thuộc loại khí hậu nhiệt đới, ẩm, có gió mùa, với các đặc
điểm chính sau đây:
BXMT lớn. Tổng xạ trung bình năm đạt < 586 kJ/cm2 ở miền bắc và > 586
kJ/cm2 ở miền nam;
Số giờ nắng cao: miền bắc < 2000 h, miền nam > 2000 h;
Nhiệt độ trung bình năm: miền bắc < 24oC, miền nam 24- 28oC;

Độ ẩm cao trên toàn lãnh thổ, đạt 77 – 87%;
Lượng mưa lớn trên toàn lãnh thổ: 1100 – 4800 mm.
1.4.2. Phân vùng khí hậuxây dựng(theo QCVN 02:2009/BXD [20])
(1) Khí hậu Việt Nam được chia thành hai miền khí hậu lớn
Miền Bắc – từ vĩ độ 16, ngang đèo Hải Vân ra bắc: có mùa đông lạnh. Vùng
đồng bằng tháng lạnh có nhiệt độ trung bình 10 – 15oC.
Miền nam – không có mùa đông lạnh. Vùng đồng bằng quanh năm nóng và có
hai mùa rõ rệt là mùa mưa (tháng 5 đến tháng 10) và mùa khô (tháng 11 đến tháng 4) .
(2) Các vùng khí hậu
 Miền bắc có 4 vùng khí hậu là:
IA – Tây bắc &Trường Sơn: Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Tây Hòa Bình,
Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên, Huế.
25