Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh

Trang 1/21
Chơng I
Khí hậu, vi khí hậu kiến trúc v con ngời

Phần I: kháI quát khí hậu
* Các yếu tố khí hậu liên quan đến công trình kiến trúc:
- Mặt trời và Bức xạ mặt trời,
- Nhiệt độ và Độ ẩm không khí,
- Gió, Ma.
* Khi giải các bài toán kiến trúc - khí hậu, chúng ta cần tính đến giá trị của Bức xạ mặt trời
(BXMT) trực tiếp hoặc tổng cộng chiếu tới các bề mặt của kết cấu công trình. Cờng độ của
BXMT thay đổi tuỳ thuộc vào vị trí của bề mặt khảo sát so với tia nắng mặt trời nh: các tờng
bao quang (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.
I.1. Mặt trời và chuyển động biểu kiến của mặt trời: Trái đất ngày 22/6 - Hạ Chí

Mô hình bầu trời biểu kiến
Quy luật chuyển động của trái đất quay xung quanh mặt trời
(PP là trục của mặt quỹ đạo chuyển động của trái đt)
(tr17, sách Các giải pháp kiến trúc khí hậu Việt nam của P Gs.TS.Phạm Đức Nguyên).
- Mặt hoàng đạo (tất cả vị trí của Mặt trời trong một năm) nghiêng với Mặt phẳng xích
đạo hay (XDBT-xích đạo bầu trời) một góc - xích độ(góc lệch của mặt trời). Giao
Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh

Trang 2/21

thời điển bất kì đợc xác định bằng hai
toạ độ cầu là góc độ cao h và góc
phơng vị A

Cách xác định vị trí của mặt trời
(tr20, sách Các giải pháp kiến trúc khí
hậu Việt nam của P Gs.TS.Phạm Đức
Nguyên).
a. Cách 1: Dùng công thức tính toán:
Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh

Trang 3/21
Sinh

= sin.sinV + cos.cosV.cosZ
(I.1)
S
đg
=S

. cos h

.cos(A

- a)
Trong đó:
h

- góc độ cao mặt trời.
- xích độ: (T6=+23.27; T5,7=+20.12;

o
.
Ví dụ lúc 14 giờ 20.

oo
Z 3515.
'60
'20
152
0
=+ì=

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) khi đó h

= 0, từ công thức (I.3a):
cosV

sin
cos =
o
A
(I.3b)
- Độ cao mặt trời lúc 12 giờ tra khi đó cos Z = 0: từ công thức (I.1):
h = 90
o
- V + (I.4)
- Giờ mặt trời mọc hay lặn: từ công thức (I.2) có:

có thể áp dụng cho: Hà tây, Hoà Bình, Hải Dơng, Hng Yên, Quảng Ninh, Bắc Ninh,
Bắc Giang. Vĩnh Phúc, Sơn La, Hải Phòng, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Thái Bình.
(trích phụ lục 1, tr293, sách Nhiệt và khí hậu kiến trúc của Gs.TSKH.Phạm Ngọc Đăng) Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh

Trang 6/21
I.2. Bức xạ mặt trời:

Sơ đồ bức xạ nhiệt của mặt trời chiếu xuống mặt đất.
Cờng độ nhiệt bức xạ mặt trời tác dụng lên bề mặt công trình kiến trúc đợc biểu thị
thông qua tổng lợng bức xạ mặt trời (I) chiếu xuống đến mặt đất gồm 2 thành phần:
trực xạ (S) do tia nắng trực tiếp chiếu tới và tán xạ (D) do bầu trời khuyếch tán tới:

I = S + D (kCal/m2.h) (I.6)
*Chú ý:
Để tính đợc các thành phần S và D phải dựa vào:
- S


: Trực xạ chiếu lên mặt phẳng vuông góc với tia nắng mặt trời.
- D
ng
: Tán xạ trên mặt ngang.

Sơ đồ xác định trực xạ

Sơ đồ xác định trực xạ chiếu lên mặt ghiêng


đ
. sin = S


. sin h
0
. cos + S


. cos h
0
. cos(A
0
- a) sin (I.9)

Tính tán xạ D(kCal/m2.h):
+ Trên mặt đứng: D
đ
= 1/2D
ng
(I.10)
+ Trên mặt nghiêng : D

= D
ng
- (D
ng
- D
đ
) .

425
75
87
157
182
124
144
152
176
115
133
Biên độ dao động ngày
AI
741
860
180
210
565
660
426
495
507
590
153
176
Thời điểm xuất hiện trị số cức
đại (giờ)
12 12 8 hay 16 9 hay 15 8 hay 16
8 và
16


Trang 8/21
a. Dung ẩm của không khí: ký hiệu d (g/kg k.k.khô) đo bằng số gam hơi nớc chứa trong 1
kg không khí khô. VD: nếu trong 1,018 kg không khí ẩm có 18g hơi nớc => k.k đó có d = 18
(g/kg k.k.khô). ở trạng thái bão hoà ký hiệu: D.
b. áp suất hơi nớc: (vapour pressure) hay là áp suất phần hơi nớc trong không khí, ký hiệu e
(mmHg) hay Pa(N/m
2
), 1mmHg = 1,333*10
2
N/m
2
. ở trạng thái bão hoà ký hiệu: E.
c. Độ ẩm không khí:
+ Độ ẩm tuyệt đối (absolute humidity): ký hiệu
f (g/m
3
): là số gam hơi nớc chứa trong 1m
3

không khí. ở trạng thái bão hoà ký hiệu: F.
+ Độ ẩm tơng đối (relative humidity): ký hiệu
(%), tỷ số giữa độ ẩm của không khí ở
trạng thái khảo sát so với trạng thái bão hoà hơi nớc của không khí đó (ở cùng một nhiệt độ):
= f/ F*100% = d/D*100% = e/E*100% .
d. Nhiệt độ:
* Quy đổi nhiệt độ:
0
C = (1.8
0


Nhiệt kế khô ớt

+ Nhiệt độ điểm sơng (t
S
,
0
C): Là nhiệt độ tại đó hơi nớc có trong không khí đạt tới trạng
thái bão hoà (hơi nớc d trong không khí đọng thành từng hạt nớc nhỏ nh hạt sơng) mà
dung ẩm d = const (không đổi).
* Tại t
S
: e = E
(tS)
hoặc
(tS)
= 100% (tại đây t
k
= t

).
* Hiện tợng trong thực tế: Mùa Đông có HT sơng mù tháng 3, 6(chuyển Đông => Hè). do
t
0
kk
t
S
; HT đổ mồ hôi nền nhà do t
0
bề mặt nền nhà

) = t
n,tb
(
0
C)
t
n,tb
(
0
C)

n,tb
(%)
t
n
max

(
0
C)

n
min

(%)
t
n
min

(

là lợng nhiệt do sự có mặt của hơi nớc trong
không khí. Đó là lợng nhiệt cần thiết để làm bay hơI toàn bộ lợng hơi ẩm trong không khí
(nhiệt ẩm bay hơi).
H
l
= d*h
l
; (kJ/kg.k.k.khô)
Trong đó : h
l
- nhiệt dung riêng của hơi nớc ở nhiệt độ không khí khô.
+ Do vậy: H = H
S
+ H
l
= 1,005*t
K
+ d*h
l
; (kJ/kg.k.k)
g. Trọng lợng riêng của không khí:
k
Trọng lợng riêng của không khí là trọng lợng tính bằng kg của 1m
3
không khí. Trọng
lợng riêng của không khí khô phụ thuộc vào áp suất khí quyển và nhiệt độ của không khí. ứng
với áp suất khí quyển là P
kq
= 760 mmHg và nhiệt độ không khí t
K

C).
Trọng lợng riêng của không khí ẩm (trong kk có chứa hơi nớc):

T
e
khotamt
176,0
,.
=

, kg/m
3
- e: áp suất riêng của hơi nớc có trong không khí, mmHg.
Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh

Trang 10/21
- T: nhiệt độ tuyệt đối của không khí T = t + 273,
0
K.
Nh vậy, trọng lợng riêng của không khí ẩm (không khí thông thờng) nhỏ hơn trọng lợng
riêng của không khí khô.
Trọng lợng của không khí khô có trong 1m
3
không khí ẩm:








, d, , e, V. Nếu biết hai giá trị bất kỳ trong
sáu giá trị trên thì hoàn toàn có thể xác định đợc các giá trị còn lại. Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh

Trang 11/21
Qúa trình hút ẩm đặc biệt Giảm t
K
, giữ cố định d
Giảm t
K
, dung ẩm d

Tăng ẩm đoạn nhiệt Giảm ẩm đoạn nhiệt

Giảm ẩm ngng tụ A

B
C
H
A
Nhiệt độ khô,

VKH về vùng tiện nghi
Quá trình trộn khí

*Quá trình trộn khí:
Không khí ở trạng thái A (điểm A ) có nhiệt độ khô bằng t
A
, dung ẩm d
A
, khối lợng
không khí khô là m
A
, không khí ở trạng thái B (điểm B ) có nhiệt độ khô bằng t
B
, dung ẩm d
B
,
khối lợng không khí khô là m
B
. Nếu đem hòa trộn hai khối khí này sẽ có đợc hỗn hợp khí ở
trạng thái C. 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
CB
CA
=

Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh

=Dung ẩm của hỗn hợp khí:
BA
BBAA
C
mm
dmdm
d
+
+
=I.4. Đặc điểm khí hậu Việt Nam:
- Nớc ta thuộc loại khí hậu nhiệt đới ẩm - gió mùa, với sự tác động của nhiều loại gió khác
nhau:
+ Gió mùa: Mùa hè lục địa nóng nên gió thổi từ đại dơng vào lục địa theo hớng Tây Nam,
Mùa Đông thổi ngợc lại từ lục địa ra đại dơng theo hớng Đông Bắc.
+ Gió Phơn:

Hình 18. Hiệu ứng Phơn (Foehn)
+ Gió Bridơ: gió thổi ven bờ đại dơng, ven biển, các hồ lớn: ban ngày thổi từ biển vào, ban
đêm thổi từ đất liền ra.
+ Gió núi - thung lũng: vùng núi cao ban ngày nhiệt độ đỉnh núi cao hơn thung lũng gió thổi từ
thung lũng lên đỉnh núi, ban đêm nhiệt độ đỉnh núi hạ thấp do mất nhiệt nhanh hơn thung lũng
nên gió thổi từ đỉnh núi xuống.
- Hớng, vận tốc và tần xuất gió:
Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh

- Khí hậu ít biến động.
3. Phân vùng khí hậu xây dung:

Phân vùng khí hậu Việt Nam
Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh

Trang 15/21
Phần iI: vi khí hậu kiến trúc v con ngời
II.1. Vi khí hậu (VKH) trong phòng:
- Khí hậu ngoài nhà do khí hậu của một vùng tác động lên công trình kiến trúc.
- Khí hậu ngoài nhà (bức xạ mặt trời, nhiệt độ, độ ẩm, gió, ma)tác động lên công trình
thông qua các kết cáu bao che bên ngoài (mái. tờng, cửa đI, cửa sổ, nền) và tạo nên môi
trờng VKH trong nhà hay trong phòng.

Khí hậu ngoài nhà và VKH trong phòng
- Con ngời sống trong nhà sẽ có cảm giác nhiệt khác nhau phụ thuộc vào các yếu tố:
+ 4 yếu tố khí hậu: t
K

ua biên đọ dao độn
g
nhiệt độ:
At
K
= t
K
max
t
K
tb
Trong đó: - At
K
: biên độ dao động nhiệt độ,
0
C
- t
K
max
: nhiệt độ cực đại của k.k trong phòng,
0
C
- t
K
tb
: nhiệt độ trung bình của k.k trong phòng,
0
C
2. Độ ẩm không khí trong phòng , %
- Đợc xác định theo dung ẩm, độ ẩm tơng đối hay chênh lệch t

: nhiệt độ trung bình của bề mặt diện tích S
i
,
0
C.
- Trong thực nghiệm ngời ta hay dùng nhiệt kế cầu đen để đánh giá nhiệt độ các bề mặt trong
phòng => xác định đợc trị số nhiệt độ bức xạ trong phòng: t
b
= t
cđ
+ 2,8 v (t
cđ
- t
K
)
Trong đó:
t
cđ
- nhiệt độ cầu đen;
0
C
t
K
- nhiệt độ không khí trong phòng;
0
C


- Q
L
:Lợng nhiệt trao đổi với môi trờng xung quanh.
a. Lợng nhiệt trao đổi bằng đối lu (ký hiệu q
đ
):
)35(87,8
Kd
tvq =
, kCal/h
b. Lợng nhiệt trao đổi bằng bức xạ (ký hiệu q
b
):
q
b
= 2,16 (35 t
b
) kCal/h
c. Lợng nhiệt trao đổi bằng dẫn nhiệt (ký hiệu q
dn
): xảy ra khi cơ thể tiếp xúc trực tiếp với các
kết cấu công trình (cha co công thức xác định)
d. Lợng nhiệt đo bức xạ mặt trời chiếu trực tiếp vàongời (ký hiệu q
mt
).
q
mt
= (1 - a)*F
mt
*I

0.8
*(42 - e) kCal/h
Trong đó: e - áp lực riêng của hơi nớc chứa trong k.k (mmHg)
f. Lợng nhiệt mất hay hấp thụ theo đờng hô hấp (ký hiệu q
hh
):
q
hh
= 0,24 * G
K
(36,5 t
K
) kCal/h
Trong đó: G
K
lợng k.k hô hấp trong một giờ của ngời (kg/h).
Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng i: khí hậu, vkh kiến trúc&con ngời - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh

Trang 18/21
*** Qua sự phân tích các lợng nhiệt trao đổi trên, chúng ta có Phơng trình cân bằng
nhiệt giữa cơ thể với môi trờng:
M q
đ
q
b
+ q
mt
- q
mh
- q

K
, , V với t
K
t
R
.
Định nghĩa: t
hq
là t
0
KK trong điều kiện = 100% ; V = 0 m/s mà nó khiến con ngờốic
cảm giác nóng lạnh tơng đơng các môi trờng khí hậu có t, , V khác nhau trong điều kiện t
K

t
R
, lao động bình thờng.
Xác định t
hq
: 2 cách Công thức và Biểu đồ t
hq

+ Công thức:
v.,)tt.(,t
Ư
Khq
94150 +=

Phạm vi dễ chịu:
- Mùa hè: thq = 17,5 - 26,70C

KK trong phòng.
- v : tốc độ gió
H

Cảm giác nhiệt
Mùa đông Mùa hè
Rất lạnh
Lạnh
Hơi lạnh
Dễ chịu
Hơi nóng
Nóng
Rất nóng
<7,1
7,1
-
-
- 10
11,1 14,9
15
-
13,8 16,3
-
17,5
19,1
>19,1
c. chỉ số cờng độ nhiệt: (B) hay do H.S.Bendinh và T.F.Hats (Mỹ) đề xuất:
%100
max
Qdl Qbx M

v
v
cf
bm
t
k
k


+

,
0
C
b. Điều kiện tiện nghi cục bộ:
Điều kiện này xét đến khi con ngời sống và làm việc gần mặt kết cấu nóng, lạnh hoặc cạnh lò
nung nóngĐiều kiện này dùng làm cơ sở thiết kế hoặc kiểm tra các giải pháp kết cấu cục bộ,
nh xét khả năng cách nhiệt của từng kết cấu mái nhà, các mặt tờng, ta có các công thức xác
định các giá trị nhiệt độ cho phép của các bề mặt nh sau:
+ Đối với mặt nóng:
xng
cf
n

+


4
29
,

*Ví Dụ:
Cho một phòng ở sát mái có kích thớc R x D x C = 4m x 6m x 4m.
Hãy xác định nhiệt độ mặt trần mái tối đa cho phép là bao nhiêu.
Giải: Tính vói chiều cao ngời trung bình 1,6m , ta có: x = 4m-1,6m=2,4m
608,0
64
4,2
8,01 ==

x
xng

suy ra:
C
cf
n
0
6,35
608,0
4
29 =+

.