Mở đầu
Chiếu sáng là một lĩnh vực đa ngành, thu hút sự quan tâm của kỹ sư điện, nhà nghiên cứu quang học, cán bộ kỹ thuật và quản lý đô thị Ngoài ra, nó còn là mối quan tâm của các kiến trúc sư, nhà xây dựng và nghệ sĩ Nghiên cứu về chiếu sáng cũng đóng vai trò quan trọng trong giáo dục thể chất tại trường học.
Gần đây, sự phát triển của các nguồn sáng hiệu suất cao cùng với các phương pháp tính toán và công cụ phần mềm thiết kế chiếu sáng mới đã chuyển đổi kỹ thuật chiếu sáng từ hình thức tiện nghi sang chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện, được gọi là chiếu sáng tiện ích.
Chiếu sáng tiện ích là việc áp dụng nguồn sáng hiệu quả cao để thay thế đèn sợi đốt kém hiệu quả bằng đèn compact và đèn LED thế hệ mới Việc sử dụng chấn lưu từ hao tổn thấp và chấn lưu điện tử, cùng với ánh sáng tự nhiên, giúp điều chỉnh ánh sáng theo nhu cầu sử dụng Mục tiêu là giảm điện năng tiêu thụ, đảm bảo tiện nghi nhìn tốt nhất, tiết kiệm năng lượng, hạn chế khí nhà kính và bảo vệ môi trường.
Trong bối cảnh phát triển kinh tế, việc xây dựng nhà xưởng công nghiệp ngày càng gia tăng, kéo theo nhu cầu thiết kế hệ thống chiếu sáng phù hợp Chiếu sáng là yếu tố thiết yếu giúp đảm bảo quy trình sản xuất diễn ra liên tục cả ngày lẫn đêm Mức độ và yêu cầu chiếu sáng sẽ khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm và tính chất công việc của từng loại xưởng như xưởng may, sản xuất gỗ, cơ khí hay kho lưu hàng Do đó, cần nghiên cứu kỹ lưỡng đặc điểm nhà xưởng và nhu cầu sử dụng của từng khu vực để lựa chọn mức độ chiếu sáng phù hợp Một số yêu cầu quan trọng bao gồm: lựa chọn nguồn sáng và màu sắc ánh sáng giúp công nhân làm việc thoải mái, thiết bị cần có tuổi thọ dài, hạn chế chói lóa, và có khả năng chống bụi, nước Đặc biệt, đối với các xưởng có thiết bị quay, tần số nháy ánh sáng cần khác với tần số quay để đảm bảo an toàn Cuối cùng, cần bố trí đèn hợp lý, tránh bị che khuất và đảm bảo an toàn cho việc vận hành, bảo trì.
Các đại lượng thường dùng liên quan đến hệ thống chiếu sáng
1.2.1 Khái niệm ánh sáng Ánh sáng là một bức xạ (sóng) điện từ nằm trong dải quang học mà mắt người có thể nhìn thấy trực tiếp được, thường có bước sóng trong khoảng 380 780mm.
Hình 1.1: Dải quang phổ điện từ
Hình 1.2: Góc khối chiếu sáng
Góc khối (Ω) là khái niệm mô tả không gian được chiếu sáng từ nguồn sáng O xuống diện tích S, được hình thành bởi hình nón có đỉnh tại O và các đường sinh bao quanh S Khi nguồn sáng có góc khối rộng, ánh sáng sẽ được phát tán ra một vùng lớn hơn xung quanh.
Quang thông là đại lượng đặc trưng cho lượng ánh sáng phát ra của nguồn sáng và có đơn vị là Lumen (lm).
Quang thông là thông số quan trọng cho biết lượng ánh sáng phát ra từ mỗi nguồn sáng, giúp ứng dụng vào thiết kế chiếu sáng đạt tiêu chuẩn cần thiết Giá trị quang thông này thường được cung cấp trong catalog của nhà sản xuất nguồn sáng.
Quang thông của nguồn sáng sẽ giảm theo thời gian sử dụng và mức độ ô nhiễm môi trường xung quanh Mức độ suy giảm này khác nhau tùy thuộc vào từng loại nguồn sáng.
Hình 1.3: Cường độ ánh sáng
Cường độ sáng I (đơn vị: Candela, cd) của một nguồn sáng điểm theo phương xác định được tính bằng tỷ lệ giữa quang thông dФ phát ra từ một góc đặc cơ bản và giá trị dΩ của góc đó.
Nếu nguồn sáng tỏa tia như nhau theo mọi hướng thì khi đó góc khối đạt được lớn nhất là 4 và ta xác định được quan hệ giữa Ω và I: Φ = = 4 ( 1.2)
1.2.4 Độ rọi E Độ rọi E của một diện tích ở tại một điểm là tỷ lệ giữa quang thông dФ nhận được bởi một vi phân diện tích ở xung quanh điểm này với diện tích dS của nó.
Độ rọi là mật độ ánh sáng trên một đơn vị diện tích và là tiêu chuẩn đánh giá lượng ánh sáng trong không gian nội thất theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam Giá trị độ rọi tiêu chuẩn sẽ khác nhau tùy thuộc vào tính chất công việc, chẳng hạn như độ rọi cho lớp học là 400 Lx Độ rọi tại một điểm A cụ thể được xác định theo công thức nhất định.
IA: Cường độ sáng do nguồn sáng chiếu đến điểm A (cd);
: Góc tới của tia sáng đến điểm A; r : Khoảng cách từ nguồn sáng đến điểm A (m).
Theo công thức 1.4, độ rọi tỷ lệ thuận với cường độ sáng và cos của góc tới của tia sáng, đồng thời tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn sáng đến điểm xét Điều này có nghĩa là nguồn sáng có quang thông lớn sẽ tạo ra độ rọi lớn tại điểm xét, và khi nguồn sáng gần điểm xét hơn, độ rọi cũng sẽ tăng Tuy nhiên, cần lưu ý đến vấn đề gây chói mắt cho người quan sát.
1.2.5 Độ chói L Độ chói là đại lượng đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng của một nguồn sáng hay một bề mặt phản xạ lại ánh sáng nhận được tạo ra cảm giác chói đối với mắt người quan sát Độ chói có đơn vị là cd/m 2
L 0: Độ chói của vật đặt trên nền.
Ánh sáng cần tạo ra sự chênh lệch về độ chói giữa vật cần quan sát và không gian xung quanh để dễ dàng quan sát Chẳng hạn, trong các xưởng gia công cơ khí, khi sử dụng máy tiện kim loại, độ chói của dao tiện và chi tiết thường giống nhau, gây khó khăn trong việc kiểm tra kích thước và dung sai Để khắc phục, việc thiết kế chiếu sáng với một đèn tại vị trí cần quan sát sẽ giúp tăng độ rọi, làm cho việc quan sát dễ dàng hơn Tương tự, trong lớp học hoặc phòng họp có máy chiếu, phông chiếu cần có độ chói cao nhưng nếu không gian xung quanh cũng sáng, sẽ gây khó khăn cho người quan sát Do đó, tạo ra một không gian tối hơn xung quanh phông chiếu sẽ giúp tăng cường sự tương phản, giúp việc theo dõi trở nên dễ dàng hơn.
1.2.6 Định luật Lambert Định luật Lambert mô tả mối quan hệ giữa độ chói L và độ rọi E của cùng một diện tích Nói cách khác, định luật này thể hiện mối quan hệ tổng quan giữa ánh sáng phản xạ và ánh sáng nhận được. ρ E = (1.7)
Trong đó: ρ: Là hệ số phản xạ của diện tích đó;
Hiệu quả ánh sáng của đèn, được đo bằng tỷ số giữa quang thông (Φ) và công suất điện năng tiêu thụ (P), thể hiện khả năng tiết kiệm điện năng Đèn có hiệu quả ánh sáng cao không chỉ giúp giảm lượng điện tiêu thụ mà còn tiết kiệm số lượng bóng đèn và dây dẫn cần thiết trong không gian chiếu sáng.
Nhiệt độ màu, đo bằng đơn vị Kelvin, phản ánh màu sắc của ánh sáng do nguồn sáng phát ra Nó được định nghĩa là nhiệt độ tuyệt đối cần thiết để nung nóng một vật đen tuyệt đối cho đến khi vật đó phát ra bức xạ có phổ tương tự như bức xạ của ánh sáng từ nguồn sáng đang được xem xét.
Khi thiết kế hệ thống chiếu sáng, việc chọn loại đèn với nhiệt độ màu phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo môi trường làm việc thoải mái Nhiệt độ màu của đèn cần phải đáp ứng tiêu chuẩn độ rọi trong phòng, từ đó nâng cao chất lượng công việc trong không gian.
Độ hoàn màu, được biểu hiện qua chỉ số hoàn màu (Ra), nằm trong khoảng từ 0 đến 100, cho biết khả năng tái hiện màu sắc của các vật thể dưới ánh sáng mà mắt người có thể thấy Chỉ số Ra bằng 0 tương ứng với ánh sáng đơn sắc, trong khi Ra bằng 100 phản ánh ánh sáng có quang phổ liên tục như ánh sáng mặt trời hoặc đèn sợi đốt Chỉ số Ra càng cao thì khả năng hoàn màu càng tốt, mang lại trải nghiệm thị giác tốt hơn cho người quan sát Do đó, việc lựa chọn đèn với chỉ số màu phù hợp là rất quan trọng, tùy thuộc vào tính chất công việc cụ thể.
Bảng 1.1 : Bảng ứng dụng của các nhóm hoàn màu
Chỉ số hoàn màu Ra Ứng dụng đặc trưng
1 Ra>90 Bất kỳ nơi nào cần có sự hoàn màu chính xác , ví dụ việc kiểm tra in màu, …
2 80< Ra
