GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
1
PHN 1
MễI TRNG NHIT M
(Lớp 09 Vật liệu, ĐHKT)
Chơng 1
Cơ sở vật lý của môi trờng nhiệt ẩm
I. những đại lợng nhiệt ẩm cơ bản.
1. Nhiệt (Nhiệt lợng )
Định nghĩa về nhiệt hiện đại nh nêu ra ở đây là 1 định nghĩa đơn giản, nhng
chân lý của định nghĩa này cũng còn cha rõ ràng và các ý tởng tản mạn về nhiệt
hiện vẫn còn rất chung chung.
Nhiệt (H) là 1 dạng năng lợng
Đơn vị : joule (J).
Joule là đơn vị năng lợng của hệ SI đợc dùng để đo đếm bất kì dạng năng
lợng nào. Một số đơn vị sau đây vẫn còn đợc dùng :
Calorie : 1 cal = 4,187J
Kilowatt giờ : 1Kwh = 3,6 MJ
Đơn vị nhiệt của Anh (Buitish Thermal Unit), 1BTU = 1,055KJ
1 W đổi ra đợc 0,86 Kcal/h
Nhiệt năng là thuộc tính nội phân tử của vật chất. Các dạng năng lợng khác
là cơ năng, hoá năng và điện năng. Những dạng này có thể chuyển thành nhiệt năng.
Ví dụ :
Ma sát ( cơ năng ) sinh ra nhiệt năng.
Dòng điện trong tụ điện sinh ra nhiệt.
Sự cháy biến hoá năng trong vật chất thành nhiệt.
Nhiệt năng thờng đóng vai trò trung gian trong việc tạo thành các dạng năng
lợng khác. Ví dụ : Điện năng đợc sản xuất nhờ đốt than, nhiệt năng do mặt trời
cung cấp cũng là gốc của các dạng năng lợng hoá thạch trên trái đất nh than, dầu
chính là những rừng nguyên thuỷ sinh ra dới ánh nắng mặt trời.
2. Nhiệt độ (Temperature)

Nhiệt dung (Heat Capacity ) hay còn gọi là tỷ nhiệt.
Các vật liệu khác nhau có cùng 1 khối lợng có thể giữ 1 nhiệt lợng khác
nhau. Để tăng nớc và dầu lên 1 khoảng nhiệt độ nào đấy thì nớc cần nhiệt lợng
hơn. Nh vậy nớc có nhiệt dung hay tỉ nhiệt lớn hơn dầu.
Nhiệt dung riêng (C) của một khối vật liệu là nhiệt lợng cần thiết để tăng 1kg
vật liệu lên 1C (1K).
Đơn vị J/kg.K (hoặc J/kg.C).
Tỉ nhiệt của nớc cao hơn nhiều chất khác. Do đó nớc chính là môi trờng tốt
để giữ nhiệt. Nhiệt độ trên trái đất ổn định là nhờ nhiệt lợng khổng lồ trong các đại
dơng và chính những vùng nớc bao quanh các đảo, thí dụ nh xứ đảo Anh Quốc sẽ
điều hoà nhiệt độ để tránh các trạng thái cực đoan. Những thiết bị trao đổi nhiệt nh
các ống dẫn nhiệt, nồi hơi đều dùng nớc làm môi trờng trung gian.
Vật liệu Nhiệt dung riêng, J/kg K
Nớc 4190
Bê tông hoặc Gạch xây 3300
Băng 2100
Dầu hỏa 2100
Gỗ 1700
Nhôm 910
Đá hoa 880
Kính 700
Thép 450
Đồng 390
Chú thích: Các giá trị sẽ khác nhau tùy loại vật liệu xây dựng (Nguồn: McMullan)
4. Nhiệt hiển và nhiệt ẩn.
Để hiểu rõ đại đa số các chất biến đổi nh thế nào, tốt nhất ta xem xét quá trình
chuyển trạng thái của nớc. Hình1.1 cho thấy tác dụng cấp nhiệt liên tục cho 1 khối
nớc đá.

Phụt khí

H
oá hơi

Nớc
N
ớc đá

0
o
C
Nhiệt cấp cho khối nớc đá

Khối lợng nớc đá = 1kG
GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
3
Nhiệt hiển (Sensible Heat)
Khi vật chất tồn tại ở dạng nớc đá, nớc, phụt khí thì nhiệt độ tăng đều trong
khi cấp nhiệt. Nhiệt lợng này gọi là nhiệt hiển ( sensible heat) vì sự thay đổi của
nó đợc hiển thị trông thấy bằng sự tăng nhiệt độ trên nhiệt kế.
Nhiệt hiển là nhiệt năng hấp thụ hoặc thải ra trong quá trình thay đổi nhiệt độ
của vật chất.
Nhiệt hiển H = m.c.
Trong đó :
H = Lợng nhiệt hiển (J).
m = Khối lợng vật chất (kg).
c = Tỉ nhiệt của chất ( J/kg.K).
=

Một số nhiệt ẩn riêng :
nhiệt ẩn riêng của nớc đá 335.000J/kg = 335 kJ/kg
nhiệt ẩn riêng của khí hơi (Steam) 2.260.000J/kg = 2.260 kJ/kg
5. Enthalpy.
Là tổng nhiệt lợng (nhiệt hiển + nhiệt ẩn) chứa trong khối vật chất so với
nhiệt độ 0C. Enthalpy còn có thể gọi là nhiệt hàm
6. Sự giãn nở (Expantion).
GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
4
Đại đa số các chất đều nở vì nhiệt và co vì lạnh. Nên sự co dãn tự nhiên của cơ
thể là có hạn thì sẽ xuất hiện sự cỡng bức. Các chất khác nhau đều dãn nở khác
nhau và hệ số nở nhiệt dài là phép đo sự thay đổi tơng đối về độ dài. Sự dãn nở bề
mặt (diện tích) và nở khối có thể đoán nhận qua sự dãn nở dài.
*Chất rắn :
Hệ số nở dài của thép là 12.10
-6
/ C có nghĩa là 1 thanh sắt sẽ tăng 1 độ dài
tơng đối là 12/1.000.000 khi nhiệt độ tăng thêm 1C. Bê tông ( Concrete) có độ dãn
nở giống thép. Nhôm dãn gấp đôi, còn chất dẻo gấp 10 lần. Sự phá huỷ công trình do
dãn nở của những ngôi nhà sau hoả hoạn là điều đáng quan tâm khi đánh giá độ bền.
*Chất lỏng :
Chất lỏng dãn nở mạnh hơn chất rắn tại cùng 1 nhiệt độ. Các chất lỏng cũng
dãn nở khác nhau: Rợu dãn nở gấp 5 lần so với nớc. Đa số các chất lỏng gặp lạnh
thì co lại, riêng với nớc thì thể tích lại tăng khi nhiệt độ thay đổi từ 4
o
C xuống 0
o
C.
Sự dãn nở của nớc sẽ là mối nguy hại cho công trình xây dựng hoặc các chi tiết
máy và mối nối công trình nếu không giám sát kĩ. Nớc ma sẽ đóng băng và dãn nở

=
tan
( P = const).
Định luật áp suất P = const x T (V = const).
Luật tổng quát :
2
22
1
11
T
V.P
T
V.P
hoặcttancons
T
V.P
==
(1.1)
Ghi chú : Nhiệt độ tính theo K.
Định luật Dalton về áp suất riêng.
Nếu 1 hỗn hợp các khí khác nhau có áp suất riêng thì sẽ có đặc điểm sau :
áp suất riêng của mỗi thành phần khí không phụ thuộc vào áp suất của các
thành phần khí khác.
Tổng áp suất của hỗn hợp = tổng áp suất các thành phần khí.
Nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn : (dùng để so sánh các khí khác nhau)
GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
5
Nhiệt độ tiêu chuẩn = 0C = 273K.
áp suất tiêu chuẩn = 101,3kPa = 766mmHg (1 atmosphere).
Ví dụ :

Nớc (H2O)
-119
-141
31
132
374
Khí quyển
Thành phần của khí quyển khô và sạch là nh sau:
Nitrogen (N2) 78%
Oxygen ( O2) 21%
Dioxide Carbon ( CO2) và các khí khác 1%
Khí quyển là một tập hợp các khí có trên bề mặt Trái đất. Ngoài không khí ra
khí quyển còn chứa một vài phần trăm hơi nớc và chứa cả các chất ô nhiễm.
Khí quyển gây ra một áp suất trên mặt đất phụ thuộc vào mật độ trung bình
và chiều cao của cột khí quyển. áp suất tác động theo các hớng và biến đổi theo vĩ độ
và điều kiện thời tiết địa phơng. Trên mực nớc biển nó có giá trị bằng 101,3 kPa và
đợc đo bằng các loại khí áp kế.
8.Độ ẩm (Humidity)
Độ ẩm tuyệt đối:
-Đại lợng f (g/m3): số gram hơi nớc có trong 1 m3 không khí.
-Một cách biểu diễn khác của độ ẩm là dùng áp suất hơi ẩm e, tức là áp suất riêng
phần của hơi nớc trong điều kiện khí quyển đã biết.
GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
6
-Đại lợng dung ẩm (moisture content), d có đơn vị là g/kgkkk tính bằng lợng hơi ẩm
tính bằng kg hoặc g đối với 1 kg không khí khô, kg/kgkkk. (kkk đọc là không khí khô
).
Vì áp suất hơi ẩm tỉ lệ thuận tuyến tính với độ ẩm tuyệt đối nên hai thang sẽ
vẽ song song với nhau:
d = 622

D
d
x100% =
E
e
x100% (1.4)
9. Đo độ ẩm:
Độ ẩm tơng đối tốt nhất nên đo bằng ẩm kế quay tay bầu khô và bầu ớt hoặc bằng
ẩm kế cánh quạt ( Hình 1.2.) Đó là dụng cụ gồm 2 nhiệt kế. Một nhiệt kế có bầu đợc
bọc trong một miếng gạc bông thấm ớt trong một lọ nớc giống nh một cái bấc đèn
dầu hỏa. Đem quay tròn ( hoặc cánh quạt quay ) để tạo ra một sự bay hơi lớn nhất,
nhiệt kế này sẽ chỉ một nhiệt độ gọi là nhiệt độ ớt (t
Ư
). Nhiệt kế kia sẽ đo nhiệt độ
trong không khí hay còn gọi là nhiệt độ khô (t
K
). Chênh lệch t
K
- t
Ư
phụ thuộc vào mức
hạ thấp của nhiệt kế ớt và nó cho biết độ ẩm của không khí. Sự bay hơi của cái bấc
có tác dụng làm lạnh, do đó nhiệt kế ớt sẽ giảm. Lợng bay hơi tỉ lệ nghịch với độ
ẩm. Khi không khí ở trạng thái bão hòa thì không bay hơi đợc, không bị lạnh đi,
thành thử t
K
= t
Ư
. Nếu độ ẩm càng thấp thì sự bay hơi xảy ra càng mạnh, làm lạnh
càng nhiều và nhiệt độ ớt càng giảm.

.).43,03,597(.24,0
++=
khi H tính theo kcal/kg.kkk, hoặc
dttH
.).88,12500(.005,1
++=
khi H tính theo
kJ/kg.kkk
trong đó: 0,24 k
cal/kg.oC=1,005 kJ/kg.oC là tỷ
nhiệt của không khí khô; 597,3 kcal/kg =2500
kJ/kg là nhiệt ẩn hóa hơi
nhiệt độ, oC.
Nếu chọn d theo g/kg kkk thì
phải đổi ra kg tức là chia cho 1000 ).

Từ phơng trình trên dựng
đồ trạng thái không khí ẩm
trên cùng là đờng bão hòa cho biết dung ẩm
lớn nhất mà không khí có thể chứa đợc tại
một nhiệt độ xác định, lợng dung ẩm này
đợc gọi là độ ẩm tuyệt đối bão hòa, ký hiệu là
D. Mỗi tung độ có thể ch
ia nhỏ và đờng cong
nối các điểm này là đờng độ ẩm tơng đối
tính theo %, tức là tỉ
số phần trăm của độ ẩm
bão hòa.
Ví dụ, ( dựa theo Hình 1.
một biểu đồ t-d) tại 25

toàn trùng hẳn ), nên để tránh lẫn lộn, chúng đợc đánh dấu bằng những thang kép
phía ở khác, nằm ngoài vùng biểu đồ và đợc vẽ bằng những đoạn thẳng ( Hình 1.

Hình 1.2. Nguyên lí ẩm kế
cánh quạt ( Asman) và ẩm kế

ng nhit m (11/2011)
(1.2)
khi H tính theo kcal/kg.kkk, hoặc

(1.3)
kJ/kg.kkk

cal/kg.oC=1,005 kJ/kg.oC là tỷ
nhiệt của không khí khô; 597,3 kcal/kg =2500
kJ/kg là nhiệt ẩn hóa hơi
của nớc ở 0oC, t-
Nếu chọn d theo g/kg kkk thì
phải đổi ra kg tức là chia cho 1000 ).

Từ phơng trình trên dựng
đợc biểu
đồ trạng thái không khí ẩm
(Hình 1.3). Đờng
trên cùng là đờng bão hòa cho biết dung ẩm
lớn nhất mà không khí có thể chứa đợc tại
một nhiệt độ xác định, lợng dung ẩm này
đợc gọi là độ ẩm tuyệt đối bão hòa, ký hiệu là
ia nhỏ và đờng cong
nối các điểm này là đờng độ ẩm tơng đối

n Muụn V
Nếu Enthalpy là một đoạn thẳng chéo kể từ điểm 0
thì thành phần nằm ngang chính là H
Thể tích riêng v
của không khí ở trạng thái bất kỳ đợc biểu diễn trên biểu đồ
bằng một tập hợp những đờng dốc ( Hình 1.
tích của không khí lấy đối với 1 kg
là m
3
/kgd.a. Đó cũng chính là nghịch đảo của tỉ trọng, kg d.a./m

Hình 1.3
. Biểu đồ trạng thái nhiệt ẩm của không khí

1.3.Các quá trình nhiệt ẩm:
Trạng thái của không khí đợc xác định bằng một điểm trên biểu đồ nhiệt ẩm.
Nếu biết 2 thông số bất kỳ trong 6 thông số ( DBT, DWT, AH, RH, H và
toàn có thể dựa vào biểu đồ xác định đợc các thông số còn lại. Các quá trình nhiệt
ẩm, tức là các
quá trình thay đổi trạng thái không khí, đợc biểu diễn bằng sự dịch
chuyển của điểm trạng thái trên biểu đồ.
n Muụn V
T Lí KIN TRCPhn 1: Mụi tr

8
Nếu Enthalpy là một đoạn thẳng chéo kể từ điểm 0
o
C và RH=0 tới điểm trạng
thì thành phần nằm ngang chính là H
S


. Biểu đồ trạng thái nhiệt ẩm của không khí

Trạng thái của không khí đợc xác định bằng một điểm trên biểu đồ nhiệt ẩm.
Nếu biết 2 thông số bất kỳ trong 6 thông số ( DBT, DWT, AH, RH, H và
v) thì hoàn
toàn có thể dựa vào biểu đồ xác định đợc các thông số còn lại. Các quá trình nhiệt
quá trình thay đổi trạng thái không khí, đợc biểu diễn bằng sự dịch
GVCC. PTS. Nguyn V
n Muụn V
Quá trình sởi và làm mát
diễn bằng sự dịch chuyển điểm trạng thái theo chiều ngang sang phải. Trong khi
DBT tăng thì dung ẩm không thay đổi, còn độ ẩm tơng đối giảm
Quá trình làm lạnh sẽ giảm DBT, điểm trạng thái sẽ dịch chuyển theo chiều ngang
về bên trái. Quá trình này làm tăng RH, nhng AH không thay đổi.
Quá trình làm mát khử ẩm
làm lạnh tiếp tụ
c dịch chuyển điểm trạng thái về phía bên trái đạt đến đờng bão hòa
thì sẽ bắt đầu xảy ra quá trình ngng tụ.
Tại giao điểm của đờng ngang với đờng bão hòa có thể đọc đợc
điểm sơng (
Dew Point Temperature
trên nó là khoảng 20,5 oC. Tại điểm này, RH sẽ bằng 100%. Nếu không khí tiếp tục
đợc làm lạnh xuống dới điểm này thì sẽ bắt đầu xảy ra sự ngng tụ ẩm, sơng mù
bắt đầu xuất hiện. Dới điểm sơng, điểm trạng thái sẽ đi dọc đờng bão hòa và độ
ẩm t
uyệt đối giảm theo đờng thẳng đứng và sẽ xảy ra ngng tụ.
Tiếp tục ví dụ trên, không khí ở 29 oC có dung ẩm 15,2 g/kg ( RH= 60%) có
điểm sơng tại 20,5
oC, nếu nó tiếp tục đợc làm lạnh xuống 15 oC thì tại điểm này (

-
DPT ) ứng với AH cho trớc. Trong ví
trên nó là khoảng 20,5 oC. Tại điểm này, RH sẽ bằng 100%. Nếu không khí tiếp tục
đợc làm lạnh xuống dới điểm này thì sẽ bắt đầu xảy ra sự ngng tụ ẩm, sơng mù
bắt đầu xuất hiện. Dới điểm sơng, điểm trạng thái sẽ đi dọc đờng bão hòa và độ
uyệt đối giảm theo đờng thẳng đứng và sẽ xảy ra ngng tụ.
Tiếp tục ví dụ trên, không khí ở 29 oC có dung ẩm 15,2 g/kg ( RH= 60%) có
oC, nếu nó tiếp tục đợc làm lạnh xuống 15 oC thì tại điểm này (
đã bão hòa) AH sẽ bằng 10,5 g/kg, nh vậy sự chênh lệch 15,2
-
10,5=4,7 g/kg chính là
lợng hơi ẩm đợc ngng tụ dới dạng chất lỏng ( Hình 1.10 ).

Làm mát bốc hơi: Phun ẩm( Evaporative Cooli
ng: Humidification
trình bay hơi ẩm vào một khối lợng không khí theo một quá trình đoạn nhiệt nếu
không có sự bổ sung hoặc mất nhiệt lợng. Quá trình này làm giảm DBT nhng lại
tăng độ ẩm ( cả RH lẫn AH). Điểm trạng thái di chuyển về phía t

Hình 1.9. Làm mát và sởi

Hình 1.10. Làm mát khử ẩm
Sự di chuyển của điểm trạng tháiHình 1.11. Làm mát bốc hơi
Hình 1.12.
Khử ẩm đoạn nhiệt

ng nhit m (11/2011)


Hình 1.10. Làm mát khử ẩmKhử ẩm đoạn nhiệt

GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
10
Quá trình khử ẩm đoạn nhiệt ( Adiabatic Dehumidification) xảy ra khi không
khí đi qua một số hóa chất hấp thụ ( chất rắn, nh silicagel, hoặc chất lỏng nh phun
glycol glycol spray), quá trình này khử bớt một số lợng ẩm ( bằng cách hấp thụ
hoặc bám dính- adsorption). Quá trình này sẽ tỏa nhiệt, thành thử DBT sẽ tăng,
trong khi độ ẩm ( cả AH lẫn RH) lại giảm đi. (Hình 1.12)

Hình 1.13. Quá trình trộn khí
Quá trình trộn khí ( Mixing process ): Nếu có hai dòng khí với lu lợng khối

A
m
và

B
m
, nhiệt độ khô t
A
và t
B
, Enthalpy H
A
và H

+
=
BA
BBAA
C
mm
HmHm
H
(1-10)
Để xác định t
C
H
C
và cả d
C
nữa cũng có thể dùng cách sau: trên biểu đồ t-d nối 2
điểm trạng thái bằng một đờng thẳng, sau đó chia đoạn thẳng theo tỷ lệ nghịch với

A
m
và

B
m
, tức là điểm C nằm trên đờng thẳng AB chia AB thành 2 đoạn tỉ lệ
nghịch với khối lợng không khí khô của 2 trạng thái A và B, tức là:
A
B
m
m

Dung ẩm, g/kg
d
C

t
B

t
A


=100

A


B


C

d
B

t
C

d
A


=30/0,825=36,3636 kg d.a.
Khối lợng không khí khô của trạng thái B bằng:
m
B
=12/0,900=13,3333 kg d.a.
Khối lợng không khí khô của trạng thái hỗ hợp ( trạng thái C) bằng:
m
A
= m
A
+ m
B
= 36,3636 + 13,3333 =49,6969 kg d.a.
Nh vậy của hỗn hợp khí sẽ có
nhiệt độ
Ct
O
C
36,20
3333,133636,36
35.3333,1315.3636,36
=
+
+
=

dung ẩm
72,10
3333,133636,36
5,19.3333,135,7.3636,36

GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
12

Chơng I1

Khí hậu

I Mặt trời và bức xạ mặt trời

1. Trái đất quay quanh Mặt trời

Mặt trời là một khối không khí nóng khổng lồ, có nhiệt độ bề mặt khoảng
6000
o
K, liên tục phát năng lợng nhiệt ra xung quanh dới dạng tia bức xạ và truyền


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/IX).
Khi trái đất ở vị trí C, tia mặt trời chiếu lệch về phía nam mặt phẳng xích đạo
một góc = -23
o
27, trong ngày này, ở Bắc Bán cầu năng lợng bức xạ chiếu trên đơn
vị diện tích bề mặt sẽ nhỏ nhất và đêm dài, ngày ngắn, đó là ngày Đông chí (22/XII), ở
Nam Bán cầu, ngợc 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/III). Trong các ngày khác
trong năm góc giữa tia chiếu của bức xạ mặt trời và mặt phẳng xích đạo thay đổi từ
= 23
o
27 đến 23
o
27.
2. Chuyển động biểu kiến của mặt trời
Theo định luật chuyển động tơng đối, chúng ta có thể xem nh trong một
ngày đêm, mặt trời quay một vòng tròn quanh trái đất.
Đứng ở điểm A trên mặt đất có vĩ độ quan sát mặt trời chuyển động, ta thấy
nh sau (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 dới chân trời
là ban đêm.
X
í
c
h

đ

g

N
a
m

c

c
C
h
í

t
u
y
ế
n

N
a
m
X
í
c
h

đ
ạ
o

N
a
m

c
ự
c
C
h
í

t
u
y
ế
n

N
a
m
~22/6
Hạ Chí
~22/6
Đông Chí
~22/3 và 23/9
Xuân, Thu phân
X
í
c
h

ò
n
g

N
a
m

c

c
C
h
í

t
u
y
ế
n

N
a
m
X
í
c
h

đ

g

N
a
m

c

c
C
h
í

t
u
y
ế
n

N
a
m
X
í
c
h

đ
ạ
o

N
a
m

c

c
C
h
í

t
u
y
ế
n

N
a
m
X
í
c
h

đ
ạ
o
C
h

m

c
ự
c
C
h
í

t
u
y
ế
n

N
a
m
X
í
c
h

đ
ạ
o
C
h
í


c
ự
c
C
h
í

t
u
y
ế
n

N
a
m
X
í
c
h

đ
ạ
o
C
h
í

t
u

c
C
h
í

t
u
y
ế
n

N
a
m
~22/6
Hạ Chí
~22/6
Đông Chí
~22/3 và 23/9
Xuân, Thu phân
A

B

C

D

GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
14

45-105
=
.
Vào ngày Xuân phân (21/III) và Thu phân (23/IX), mặt trời mọc ở đúng hớng
Đông và lúc 6 giờ sáng (giờ trung bình mặt trời) và vào lúc 18 giờ chiều thì lặn ở đúng
hớng Tây. Trong các ngày khác, mặt phẳng chuyển động của mặt trời dịch chuyển
dần về phía Bắc (từ 21III đến 23/IX), hoặc về Nam (từ 23/IX đến 21/III). Tại các địa
điểm ở Bắc Bán cầu thì từ 21/III đến 23/IX ngày dài hơn đêm, từ 23/IX đến 21/III,
đêm dài hơn ngày. Tại các điểm ở Nam Bán cầu thì ngợc lại. Tại các điểm trên đờng
xích đạo ngày và đêm luôn 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.
Vị trí của mặt trời trên bầu trời vào một thời điển bất kì đợc xác định bằng
hai toạ độ cầu là góc độ cao h và góc phơng vị A (hình 2.3).
GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
15

Hình 2.3 Tọa độ mặt trời từ vị trí quan sát
Từ các công thức quan hệ trong tam giác cầu vĩ độ , xích vĩ và góc thời gian
Z có thể tính đợc hai toạ độ đó bằng các công thức sau:
Sinh

= sin.sin + cos.cos.cosZ (2.1)



=
hcos
sinZ cos

Asin

3
1
152 =+ì=

góc xích vĩ tính theo công thức
365
284360
2723
)M.(
sin'
o
+
=


trong đó M là số thứ tự ngày kể từ ngày 1/1 đến 31/12, tức là ngày 1/1 có M=1,
2/1 có M=2, , 31/1 có M=31, 1/2 có M=32, 28/2 có M=59, v.v
Từ các công thức trên, có thể suy ra công thức để tính độ dài của ngày, góc
phơng vị của mặt trời lúc mọc và lặn, cũng nh độ cao của mặt trời lúc 12 giờ tra
nh sau:
- Góc phơng vị của mặt trời khi mọc (hay lặn): từ công thức (1.3a), cho h = 0,
ta có:


cos
sin
cos =
o
A
(2.3b)


GVCC. PTS. Nguyn V
n Muụn V
Bảng 2.1: Tọa độ mặt trời (h
Giờ
Xuân, Thu
phân
h


A
6
0,0
90,0
7
14,0
84,5
8
27,8
78,3
9
41,3
70,3
10
54,0
58,2
11
64,4
36,8
12


90,0
- - 8,2
112,0
84,5
4,5 62,7 21,4
107,9
78,3
16,6 56,0 34,8
104,6
70,3
27,6 47,0 48,4
102,1
58,2
36,8 35,0 62,2
100,7
36,8
43,2 19,0 75,9
102,8
360,0
45,6 360,0 87,6
180,0

ng nhit m (11/2011) ) trong các ngày đặc trng tại Hà Nội 112,0

Hình 2.5- Quỹ đạo biểu kiến của mặt trời tại hai vòng bắc cực và nam cực
Tại những địa phơng nằm gần các vòng bắc cực hay nam cực ( nh St-
Peterburg chẳng hạn ), ban ngày mùa đông rất ngắn thậm chí bằng 0 giờ, còn ban
ngày mùa hè rất dài có thể tới 24 giờ. Tại những địa phơng này, những ngày gần hạ
chí thờng gọi là những đêm trắng.( Hình 2.5). Khác với Hà Nội, tại những địa
phơng này mặt trời không bao giờ đi qua đỉnh đầu, vì vậy trong các công trình xây
dựng có thể lấy ánh sáng bằng các cửa kiểu giếng trời mà không bị nắng chiếu vào
nhà.
3.Bức xạ mặt trời

Quang phổ bức xạ mặt trời chiếu
xuống trái đất có bớc sóng = 0,17
đến 4àm, với năng lợng bức xạ tập
trung trong khoảng bớc sóng từ 0,4
đến 1àm (1àm = 10
-6
m) trong đó 50%
năng lợng bức xạ nằm trong vùng
tia nhìn thấy (ánh sáng) ( = 0,38
0,76àm), 43% nằm trong phần hồng
ngoại ( > 0,76àm) và 7% trong phần
tử ngoại ( < 0,38àm).
ở ngoài khí quyển, bức xạ
mặt trời cực đại ở bớc sóng =
0,47àm (nằm giữa màu xanh biếc và
màu da cam). Quang phổ bức xạ ở
gần mặt đất đợc giới hạn trong
phạm vi bớc sóng = 0,29 4,0àm và cực đại ở bớc sóng = 0,56àm (màu da cam).

Hình 2.6- Bức xạ mặt trời trực tiếp khuếch

hơn ở vùng đồng bằng. Bầu trời thị trấn Sa Pa có p = 0,8. ở các thành phố công
nghiệp, do không khí có nhiều bụi khói nên hệ số p thờng 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 tợng:
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 hớng của tia nắng.
S

i
= S

.cos(i) (2.9)
trong đó i - là góc giữa pháp tuyến của mặt phẳng và hớng của tia nắng.
Trờng hợp tổng quát tính cho mặt phẳng nghiêng một góc so với mặt ngang,
dựa theo các công thức giải tam giác cầu dễ dàng tìm đợc cos(i) là :
cos(i) = cos h

.cos(A


- a). sin + sin h

.cos (2.10)

=S

. cos h

.cos A

(2.13)
Mặt tờng hớng Bắc có a = 180
o
nên:
S
b
= S

. cos h

. cos A

(2.14)
GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
20
Mặt tờng hớng Đông có a = 90
o
nên:
S
đ
= S

. cos h


trung, mây tầng cao). ở nớc ta, khí hậu ẩm ớt, tán xạ lớn hơn ở các nớc nóng khô.
Tán xạ trên mặt phẳng nghiêng làm với mặt phẳng ngang một góc đợc xác
định gần đúng nh sau:
2
)cos1(


+
=
ng
DD
(2.17)
Khi đã biết tán xạ trên mặt phẳng nằm ngang (D
ng
) ta có thể dùng biểu đồ tra ra
Thay =90 o nhận đợc giá trị tán xạ trên mặt đứng bằng 1/2 tán xạ trên mặt ngang.
d. Tính tổng xạ
Hầu hết các công trình nghiên cứu trên thế giới đều dựa trên cơ sở sử dụng các
hằng số của phơng trình hồi quy giữa bức xạ tổng cộng ngày trung bình tháng với tỉ
số tơng đối của tổng số giờ nắng trong ngày trung bình tháng trên tổng số giờ nắng
trung bình ngày khả dĩ để xác định lợng bức xạ tổng cộng ngày trung bình tháng.
Dạng cơ bản của phơng trình này là phơng trình hồi quy tuyến tính của ngstrửm
N
n
,cos.,
Q
Q
S
520290 +=
(2.18)

GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
21
7 6,3 13,2 0,48 18,68
8 5,6 12,7 0,44 18,03
9 5,9 12,1 0,48 18,79
10 5,4 11,5 0,47 18,49
11 4,6 11,0 0,42 17,52
12 4,0 10,7 0,37 16,71
Trong các bảng trên, số giờ nắng đợc lấy từ TCVN-4088-85
4. Bóng đổ của công trình kiến trúc
Vẽ bóng đổ của công trình lên trên các mặt phẳng là bài toán thờng gặp của
kiến trúc s. Để đơn giản, trong phần này sẽ nêu phơng pháp vẽ bóng đổ trên mặt
đất bằng cách áp dụng phơng pháp bóng cọc. Về thực chất, việc vẽ bóng đổ công
trình chính là việc vẽ bóng đổ của các đỉnh cọc rồi nối lại.
Hình 2.9- Mô tả bóng đổ của cọc trên mặt bằng

Cọc có chiều cao H= PP, bóng cọc là L=PT, dựa treo hình vẽ ta có
)h(ctg.HL

=
(2.20)
Hớng đổ sẽ đối diện với phơng vị của mặt trời, tức là nằm trên cạnh thứ hai
của góc (180
o
+A

)



A


Hớng đổ
bóng

GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
22
273
1
t
o
t
+
=


, kg/m3 (2.27)
Trong đó:
t- nhiệt độ không khí, oC

t
- mật độ không khí tại t oC

O
= 1,293 kg/m3 - mật độ không khí tại 0oC,
Khi t tăng thì
t

Đêm: Gió thổi từ đất liền ra biển.( vì mặt biển giữ nóng lâu hơn đất liền làm
khí nóng bốc lên kéo khi lạnh từ đất liền ra).
- Gió phơn nóng khô: Xảy ra khi gió vợt núi cao không khí bị giãn nở lạnh
đoạn nhiệt, nhiệt độ hạ thấp hơn nhiệt độ điểm sơng khiến hơi nớc ngng tụ
thành ma mất nớc. ( Độ ẩm tuyệt đối e giảm). Càng lên cao càng ma nhiều.
Sang sờn bên không khí bị nén nóng lên ( độ ẩm tuyệt đối bão hòa E tăng) khiến
giảm nhỏ trở thành gió nóng khô.

ở nớc ta tại dãy Trờng Sơn miền Trung Bộ có gió phơn. Trên thế giới tại
Anpơ ( Bắc ý) ; Capcadơ (Nga) có gió này.
- Đại lợng biểu thị gió: Tốc độ V m/s và tần suất %. Tần suất là tỉ lệ % số
lần xuất hiện gió trên mỗi hớng so với tổng số lần đo. Quy luật gió ở mỗi địa
phơngđợc đo đạc, thống kê, biểu thị bằng hoa hồng gió. Có 2 loại hoa gió (hình
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
hớng gió (1mm = 2%).
-Cơn dông:
Là cơn gió lớn, thổi đột ngột trong thời gian rất ngắn. Khi có dông thờng kèm
theo ma rào, gió giật, sét, vòi rồng, ma đá. Sức gió trong vòi rồng rất mạnh có khi
tới 400km/h. Thống kê lợng dông bão bằng ngày ngày dông/năm hoặc mùa.
- Bão:
Là gió xoáy khổng lồ gây biến động mạnh về thời tiết. Thờng bắt nguồn từ
biển. Thống kê lợng bão bằng số cơn bão/ năm.

Hình 2.13 Hoa gió biểu thị tần xuất cả năm tại Hà Nội
10,08

Thang đo này đợc sĩ quan hải quân ngời Ailen là Sir Francis Beaufort nêu ra khoảng
năm 1805. Mặc dù là kém chính xác nhng lại đợc dùng rấ rộng ri trong thực tế.

Cấp
Beau
fort

Vận tốc gió tại
10 m trên mực
nớc biển (hải
lý / km/h /
mph)
Môtả

Độ
cao
sóng
(m)
Tình trạng mặt
biển
Tình trạng đất liền

0 nhỏ hơn 1 / 2 / 1 Lặng gió 0 Phẳng lặng êm đềm
1 2 / 4 / 2
Hơi phe
phẩy
0,1
Sóng lăn tăn, không có
ngọn.
Chuyển động của gió

Sử dụng ô khó khăn.
7 30 / 56 / 35 Gió to 4
Biển cuộn sóng và bọt
bắt đầu có vệt.
Cây to chuyển động.
Phải có sự gắng sức khi
đi ngợc gió.
8 37 / 68 / 42 Gió khá to

5,5
Sóng cao vừa phải với
ngọn sóng gẫy tạo ra
nhiều bụi. Các vệt bọt
nớc.
Cành nhỏ gẫy khỏi cây.

9 44 / 81 / 50 Gió rất to

7
Sóng cao (2,75 m) với
nhiều bọt hơn. Ngọn
sóng bắt đầu cuộn lại.
Nhiều bụi nớc.
Một số công trình xây
dựng bị h hại nhỏ.
15%
GVCC. PTS. Nguyn Vn Muụn VT Lí KIN TRCPhn 1: Mụi trng nhit m (11/2011)
25
10 52 / 96 / 60 Gió bão 9
Sóng rất cao. Mặt biển

Ngày nay, thang Beaufort đợc nới thêm 4 cấp để ấn định bão có sức gió trên
117 km/h dựa theo thang bão Saffir-Simpson vẫn đợc dùng để ấn định cấp bão ở #ại
Tây Dơng.
- Cấp 13 có sức gió 118-153 km/h (tơng đơng với cấp 1 của thang bão Saffir-
Simpson),
- Cấp 14 có sức gió 154-177 km/h (tơng đơng với cấp 2 của thang bão Saffir-
Simpson),
- Cấp 15 có sức gió 178-209 km/h (tơng đơng với cấp 3 của thang bão Saffir-
Simpson),
- Và cấp 16 có sức gió 210-249 km/h (tơng đơng với cấp 4 của thang bão
Saffir-Simpson).
Tại Việt Nam, do hầu nh không có bão mạnh đến mức cần sử dụng thang bão
Saffir-Simpson (lí do là các cơn bão mạnh trên cấp 12 hầu nh đều xuất phát từ ngoài
đại dơng, sau khi vợt qua Philipin để đổ bộ vào Việt Nam thì sức gió đã suy giảm
rất nhiều), nên ngời ta chỉ cần sử dụng thang sức gió Beaufort để mô tả sức mạnh
của chúng là đủ. Gió xoáy có cấp Beaufort từ 6 đến 7 trên một diện rộng gọi là áp thấp
nhiệt đới. Gió xoáy từ cấp 8 trở lên trên một diện rộng, có thể kèm theo ma lớn gọi
chung là bão. Tuy nhiên, điều này đã không còn 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, nhng với cấp 4 theo thang bão Saffir-Simpson
nó đã làm nhiều tàu thuyền bị đánh chìm và nhiều ng dân Việt Nam bị chết trên
biển Đông. Trong dự báo bão cho cơn bão Xangsane, lần đầu tiên ngời ta đã sử dụng
cấp 13 và trên cấp 13.
2. Ma
Là lợng nớc ngng kết dới trạng thái lỏng hoặc rắn rơi xuống mặt đất( ma
đá, ma rào, ma phùn).
Đánh giá lợng ma rơi bằng chiều dày lớp nớc (mm) tạo trên mặt phẳng ma
rơi: Lợng ma mm/năm, tháng, mùa, ngày, trận, 15 phút. Còn thống kê bằng: số
ngày ma/năm, mùa, tháng.
3.Số giờ nắng: