Giáo trình kỹ thuật chiếu sáng

TRƯ NG ð I H C C N THƠ KHOA CÔNG NGH B MÔN K THU T ðI N GIÁO TRÌNH K THU T CHI U SÁNG Biên so n: ThS ðINH M NH TI N -C n Thơ 2008 Trang MƠ T TĨM T T N I DUNG MÔN H C CN273 (2TC) K THU T CHI U SÁNG K Thu t Chi u Sáng m t môn h c c n thi t cho sinh viên chuyên ngành K Thu t ði n nói riêng sinh viên ngành khác K Thu t Cơ Khí, K Thu t Xây D ng nói chung Khi hồn thành mơn h c này, sinh viên t tính tốn thi t k hoàn ch nh, ho c giám sát thi cơng cơng trình chi u sáng, đ t tiêu chu n v ñ r i, th m m , an tồn n, cho cơng trình dân d ng là: Chi u sáng trư ng h c, chi u sáng nhà xư ng, chi u sáng Trung tâm thương m i, chi u sáng siêu th , Chi u sáng ñư ng ph , tư!ng ñài… Trang B" GIÁO D#C VÀ ðÀO T O TRƯ NG ð I H C C N THƠ -H c ph n: ð CƯƠNG CHI TI T H C PH N K THU T CHI U SÁNG LIGHTING TECHNOLOGY - Mã s : CK 394 - S Tín ch : + Gi lý thuy t: 30 Thông tin gi ng viên Tên gi$ng viên: Ths ðinh M nh Ti n Tên ngư i tham gia gi$ng d y: Ks Lê Vĩnh Trư ng ðơn v : Khoa Công Ngh ði n tho i: 071 832598 – 0913 180 976 E-mail: dmtien@ctu.edu.vn H c ph n tiên quy t: M ch ði n (CK 519) N i dung: 3.1 M c tiêu - Tìm hi%u ñ i lư!ng b$n v ánh sáng quang thơng, đ r i, cư ng đ ánh sáng, Tìm hi%u ngu&n sáng thi t b chi u sáng - Tiêu chu n hoá chi u sáng nhân t o, - Tính tốn thi t k cơng trình chi u sáng nhà - Tính tốn thi t k cơng trình chi u sáng ngồi tr i - Tính tốn cung c'p n cho h th ng chi u sáng 3.2 Phương pháp gi ng d y: - Lý thu t : 10 ti t - Tình Hu ng 20 ti t 3.3 ðánh giá môn h c: - Ki%m tra gi(a kỳ: 50% - ð& án 50% ð! cương chi ti t: N i dung Ti t ti t CHƯƠNG I: CÁC ð I LƯ"NG ðO ÁNH SÁNG I KHÁI NI M CHUNG 1: Ánh sáng: 2: Ngu&n sáng: 3:S c n thi t ph$i có đơn v m*i ño ánh sáng 4:Góc kh i , (Ω) , steradian ký hi u sr 5: Cư ng ñ sáng (I), 6: Công th+c liên h gi(a quang thông cư ng ñ sáng 7: ð r i (E), ñơn v lux (lx) 8: Tri giác nhìn th'y s tương ph$n 9: ð nh lu t Lamber II Bài T p chương I CHƯƠNG II: THI T B# CHI U SÁNG (sinh viên t$ ñ c) C,a l'y sáng ðèn s!i ñ t ðèn Huỳnh quang ðèn cao áp th-y ngân ðèn cao áp Natri ðèn Sodium Trang CHƯƠNG III: LÝ THUY T CHI U SÁNG TRONG NHÀ I Phương pháp h s& s'a d ng I.1: M c đích: I.2: Cơ s : I.3: Các bư*c ti n hành: 1: Nh n xét ñ a ñi%m chi u sáng: 2: Ch n lo i ñèn: 3: Ch n ki%u chi u sáng b ñèn 4: Ch n chi u cao ñèn: 5: B trí ñèn: 6: Xác ñ nh quang thông t.ng 7: Ki%m tra thi t k II Phương phát tính tốn theo đơn v( cơng su)t III Phương pháp ði*m IV Bài T p Chương II CHƯƠNG IV: LÝ THUY T CHI U NGOÀI TR I I Nguyên lý b n Cơ s Các c'p chi u sáng Phương pháp t/ s R 10 B trí đèn theo t0ng lo i đư ng 11 Kho$ng cách gi(a ñèn 12 Xác ñ nh đ r i, đ chói trung bình 13 Tính tốn h s s, d ng 14 B trí v trí b ñèn 15 Ki%m tra m+c ñ ti n nghi G (Glare index) II Bài T p Chương IV ti t ti t CHƯƠNG V: LÝ THUY T CHI U NGOÀI TR I I Nguyên lý b n Xác ñ nh ph t$i chi u sáng Ch n dây d1n Ch n khí c ði n Các ký hi u sơ ñ& h th ng chi u sáng II Bài t p chương V Tài li u c+a h c ph n: 1) K thu t chi u sáng : Lê Văn Doanh - ð ng Văn ðào Nhà xu't b$n khoa h c k thu t 2) K thu t chi u sáng : Th.S Dương Lan Hương - NXB Ð i H c Qu c Gia TPHCM 3) K thu t chi u sáng : Catalog Lighting Design 4) K thu t chi u sáng : Nguy3n Vi3n Sum - Nhà xu't b$n Tr4 5) www.siemens.com.vn 6) www.duhal.com.vn 7) www.lugiacolighting.com Duy t c+a ñơn v( Ngày 28 tháng 09 năm 2007 Ngư,i biên so n Ts Tr n Trung Tính Ths ðinh M nh Ti n Trang CHƯƠNG I CÁC ð I LƯ"NG ðO ÁNH SÁNG I KHÁI NI M CHUNG I 1: Ánh sáng: - Ánh sáng sóng n t0 đ c trưng b i: bư*c sóng ( λ ), t n s (f), chu kỳ (T) - Ánh sáng nhìn th'y có bư*c sóng n5m kho$ng 380nm (màu đ6) đ n 780nm (tím) (1nm = 10 −9 m ; 1µm = 10 −6 m ) - (Hình 2) quang ph c- a ánh sáng nhìn th' y có màu bi n ñ.i liên t c t0 màu tím ñ n màu ñ6, có nghĩa gi(a màu li n k cịn có màu trung gian, ví d gi(a màu tím màu chàm cịn có màu trung gian gi(a hai màu - M8 i ánh sáng đơn s9c đ u có m t màu ñ c trưng b i m t bư*c sóng nh't ñ nh Màu Tím Xanh da tr i Xanh Vàng Da cam ð6 λ Max (nm) 412 470 577 600 673 515 - Tr n màu: T0 ba màu b$n ngư i ta cịn có th% tr n theo t/ l đ% có đư!c nh(ng màu mong mu n (Hình 3) - Trong cơng nghi p màu ngư i ta thành l p ma tr n ñ% tr n nh(ng màu b$n thành nh(ng màu mong mu n I 2: Ngu-n sáng: Trong k thu t chi u sáng ch quan tâm ñ n hai lo i ngu& n sáng b$n: Trang Ngu&n sáng t nhiên m t tr i chi u tr c ti p, s ph$n x ánh sáng t0 nh(ng đ ám mây, thơng qua c,a l'y sáng - Ngu&n sáng nhân t o, thư ng lo i ñèn ñ i n - Ngu& n sáng bi n ñ i lư!ng mà tiêu th thành m t ho c nhi u ba ba hi u +ng sau đ ây: Hóa năng; nhi t năng; ði n t0 - Khi quan sát ngu&n sáng m9t ñ ang c$m nh n nh( ng sóng n t0 có bư*c sóng kho$ng nhìn th'y (380nm – 780nm) I 3:S$ c n thi t ph i có đơn v( m.i đo ánh sáng - Các nhà v y lý ñ nh nghĩa, lư! ng b+c x m t giây theo m i hư*ng thơng lư/ng lư/ng đư!c tính b5ng ốt đư!c tính b5ng cơng th+c P: Thơng lư!ng lư! ng (w) W (λ ) : Hàm lư!ng c-a ngu&n phát λ: Bư*c sóng c- a búc x ngu&n phát Thông lư!ng lư!ng ph nhìn th' y là: - Trong k thu t chi u sáng, m c đính c-a b trí ngu&n sáng cho hi u qu$, ti n nghi đ i v*i m9t, nói chung ph c v vi c quan sát c- a m9t Khi m9t nh n m t thông lư/ng lư/ng (P) c-a ngu&n ng nh(ng bư*c sóng khác hi u qua đ i v*i m9t khác nhau, v y tính tốn lư!ng ánh sáng mà m9t c$m nh n c n thi t ph$i ñưa thêm hàm bi%u di3n ñ l/i c+a m1t theo bư*c sóng Φ : Quang thơng c-a ngu& n sáng W (λ ) : Hàm lư!ng c-a ngu&n phát V (λ ) : Hàm ñ l!i c- a m9t ph thu c vào bư*c sóng λ : Bư*c sóng c- a búc x ngu&n phát Trang - Như v y ta có cơng th+c m*i đơn v m* i khơng ph$i t đ% tính tốn lư!ng ánh sáng m9t c$m nh n ðơn v m*i g i Quang thơng có đơn v tính lumen - Các nhà k thu t tính tốn th'y s khác gi( Watt lumen sau: N u m t ngu&n bi n đ i tồn b lư!ng đ u vào thành ánh sáng m t ốt cung c'p 683 lm m t tia đơn s9c có bư*c sóng 555nm, ng ch cung c'p 200lm ph liên t c có lư! ng phân b đ u ph nhìn th'y I 4:Góc kh&i , (Ω ) , steradian ký hi u sr ð nh nghĩa góc kh i: Ta gi$ thuy t r5ng m t ngu&n ñ t t i tâm O c- a m t hình c u r8 ng bán kính R S di n tích ngn t c-a m t c u Hình nón có đ nh t i O c9t S hình c u bi%u di3n góc kh i (Ω ) Góc kh i ñư c ñ nh nghĩa t s di n tích m t ch n S bình phương bán kính M t steradian góc kh i tri%n khai m t hình nón mà m t ngư i đ+ng tâm m t q-a c u có bán kính m t mét nhìn th'y di n tích m t mét vng I 5: Cư,ng đ sáng (I), Candela (ng n n n) , ký hi u Cd Trang ð% so sánh ñư!c gi(a ngu& n sáng khác nhau, nhà k thu t ñ ã ñưa khái ni m cư ng ñ sáng (I) Nh n xét: Quang thông c- a ngu&n phân b m t góc kh i l*n cư ng ñ sáng m nh, cư ng ñ sáng liên quan ñ n m t phương cho trư*c ð nh nghĩa ñơn v candela: Candela cư ng ñ sáng theo m t phương ñã cho c-a ngu&n f = 540.1012 Hz ( λ = 555nm ) cư ng ñ lư!ng phát m t b+c x đơn s9c có t n s theo phương 1/683 oát m t Steradian B$ng cư ng đ sáng c- a ngu& n thơng d ng: Ngu& n sáng Cư ng đ sáng V trí Hình minh h a Ng n n n 0,8 cd Theo m i hư*ng ðèn s!i ñ t 40w/220v 35 cd Theo m i hư*ng ðèn s!i ñ t 300w/220v 400 cd Theo m i hư*ng ðèn s!i ñ t 300w/220v có thêm b ph$n x ðèn Iơt kim lo i 1.500 cd gi(a chùm tia 1.4800 cd Theo m i hư*ng 250.000 cd gi(a chùm tia 2000w/220v ðèn Iôt kim lo i 2Kw/220v có thêm b ph$n x I 6: Công th2c liên h gi3a quang thông cư,ng ñ sáng ðơn v cư ng ñ sáng Candela ngu&n phát theo m i hư*ng tương +ng v*i đơn v quang thơng tính b 5ng lumen Φ = ∫ I dΦ I 7: ð r i (E), ñơn v( lux (lx) ð r i m t ñ quang thông rơi m t b m t th;ng góc có đơn v Lux (lx) E= Φ S lx = lm 1m2 Khi chi u sáng m t b m t khơng đ&ng đ u nên tính trung bình s h c t i nh( ng di n tích ngn t khác đ% tính ñ r i trung bình ETB = E1 + E2 + + E N N B ng ñ r i chi u sáng t$ nhiên chi u sáng nhân t o Ngoài tr i, bu.i trưa tr i n9ng 100.000 lx Phòng làm vi c 400 - 600 lx Tr i có mây 2000 - 10.000 Lx Nhà 150 - 300 Lx Trăng trịn 0.25 Lx Ph đư!c chi u sáng 20 - 50 Lx Trang Khi pháp n c- a b m t ñư!c chi u sáng h!p v*i cư ng ñ sáng I m t góc Khi góc kh i đư!c tính b 5ng công th+c: M t khác I= dΦ dΦ → dΩ = dΩ I T0 (1) (2) ta có: dS cos α r2 (1) (2) dΦ dS cos α I dS cos α d = → Φ = I r2 r2 E= Ta có dΩ = α (3) dΦ I dS = dS r I 7: ð chói (L), đơn v( cd/m2 ð chói theo m t phương cho trư*c c-a m t di n tích m t phát dS t/ s c- a cư ng ñ sáng dI phát b i dS theo phương di n tích bi%u ki n dS ð chói nh6 nh't mà m9t b9t ñ u c$m nhân 10 −5 cd / m b 9t ñ u gây lóa m9t 5000 cd / m Trang I 8: Tri giác nhìn th)y s$ tương ph n ð i v*i m9t quan sát m t v t có đ chói L0 m t n n có đ chói Lf , m9t ch có th% phân bi t ñư!c m+c chi u sáng v0a ñ- n u: C= L0 − L f Lf ≥ 0,01 I 9: ð(nh lu t Lamber Khi sáng chi u ñ n m t b n m t, tùy theo tính ch't c-a b m t mà cho ta hi n tư!ng sau: M t ph n hay toàn b ánh sáng chi u t*i phát l i theo nh(ng cách sau: - Tuân theo ñ nh lu t ph$n x ho c khúc x (hình 5A, 5B) - Ph$n x trưy n khuy ch tán theo ñ nh lu t Lamber (hình 5C) Khi ánh sáng khuy ch tán theo đ nh lu t Lamber b n m t nh n m t quang thông có giá tr Φ toi = E S phát l i m t quang thông Φ phat = ρES có cư ng đ sáng I theo m i hư*ng Như v y đ chói L c- a b m t S ph$i m t giá tr không ñ.i N i dung ñ(nh lu t: • V*i E: ð r i b n m t S • L: ð chói c- a b m t S • ρ : H s ph$n x c-a b m t S I 10: Bài T p Bài 1: M t ngư i ng& i vào bàn ñ c sách dư*i ánh sáng c-a m t bóng đèn đ i n có quang thơng Φ = 1380lm t6a tia theo m i hư*ng ñư!c treo ñ cao 1,3 mét t0 g(a bàn A, Kho $ng cách t0 gi(a bàn ñ n ch8 ñ t sách ñ% ñ r i c- a b5ng 50lx, ñ chói trang sách b5ng bi t h s ph$n x c- a trang sách ρ = 0,7 B, Bóng đ èn đư!c đ t t i tâm c- a m t q- a c u m có đư ng kính 30cm khuy ch tán theo ñ nh lu t Lambert 80% quang thông c- a ngu&n ð chói c-a d ng c b 5ng bao nhiêu? Bài 2: M t ñ èn ng hu ỳnh quang có chi u dài l=1,2m m t ngu &n sáng ñư ng, khuy ch tán theo ñinh lu t Lamber Cư ng ñ sáng I ñư!c quan sát xa đư ng vng góc v*i tr c c-a ng 300cd Hãy xác ñ nh: Trang 4: Phương pháp t< s& R: 4.1: N i dung: G i L:chi u r ng ñư ng; e: Kho$ng cách gi(a hai ñ èn ; h: Chi u cao treo đ èn ; a: Kho$ng cách t0 hình chi u vng góc c-a đ èn xu ng đư ng ñ n mép ñư ng ; s: Kho$ng cách t0 hình chi u vng góc c- a đèn xu ng ñư ng ñ n chân c t ñ èn Trư ng h!p a>0 (Hình 3.2) Trư ng h!p a$A $ • ?2$C 6) +2 E G = ISL + 97 log( L TB ) + 41 log h ′ − 46 log • ZWO ? F # F ) • h′ • 98W • LTB $ ) ) !6 E # / # h ′ = h − 1.5 6 p A +2 6) $ * 6) : Chi u sáng đư,ng giao thơng Ví d 2: Thi t k h th ng chi u sáng ðư ng Tr n Vi t Châu – Phư ng An Hòa – Qu n Ninh Ki u - Thành Ph C n Thơ: Kh o sát ñ(a ñi*m chi u sáng: - ðư ng Tr n Vi t Châu, r ng 10m, v hè hai bên, m8 i bên r ng 5m, chi u dài 1Km, m t ñ u thông ñư ng Nguy3n Văn C0, ñ u cịn l i thơng đư ng Ph m Ngũ Lão, l*p ph- m t đư ng bê tơng nh a nóng v y m t đư ng tương ñ i sáng, m t ñư ng s ch Ch n c)p nhi u sáng : ðư ng Tr n Vi t Châu – Phư ng An Hoà – Qu n Ninh Ki u – TP.CT thu c lo i ñư ng ph nên ch n c'p chi u sáng tiêu chu n b$ng dư*i ñây B$ng tiêu chu n C'p Lo i ñư ng M c ð chói ð đ&ng đ u ð trung bình nói chung (Cd/m2) D Các ph Các Ph sáng chi u d c = = LTB 0.4 ñ& ng ñ u Chia 0.7 s ti n nghi G có bn bán Trang 66 Ch n phương pháp thi t k : Phương pháp T/ s R Ch n cách b trí đèn tr c đư ng: Ch n c t đèn cao H=10m, t m nhơ s=2,4m Ch n b đèn SRS201-SOX 135 Philip • B trí hai bên so le Chi u r ng đư ng L=10m • T o góc b4 đ% hư*ng ánh sáng gi(a H ≥ L ñư ng B$n v@ m t c9t Ch n kho$ng cách gi(a ñèn: R H + K + V yt s % ! :) !/" /( e = 3,2 → e max = 3,2h = 3,2 * 10 = 32m h Như v y kho$ng cách gi(a ñèn 32m, v@ b$n v@ m t b5ng ta có th% n* i l6 ng hay thu hEp kho$ng cách đ% tráng chư*ng ng i v t có n ñư ng, c t ñi n hi n h(u, ñư ng c9t ngang… Trang 67 B$n v@ m t b5ng Trang 68 Ch n ñ r i trung bình: R= ETB LTB Bê tông Sạch Bẩn Lớp phủ mặt đường Sáng Trung bình Tối Hè đường Kiểu chụp sâu 11 14 14 19 25 18 Kiểu 10 10 14 18 13 chụp vừa V*i l*p ph- m t ñư ng sáng, B ñèn ki%u ch p v0a, ta có E R = TR = 10 → ETB = 10 LTB = 20 lux LTB Ch n h s suy gi$m quang thông: Tu i th bóng đèn 3000h V1 = 0,95 H s suy gi$m quang thông: V1 = 0,7 V=0,95 * 0,7=0,665 Ch n ñ èn Natri cao áp B ñ èn có loe (B$o v bóng đ èn) Khơng khí nhi3m Quang thông t ng: Tra h s s, d ng Phía đư ng L − a 10 − 2,4 = = 0,76 H 10 f1 = 0,2 Phía v hè a 2,4 = = 0,24 H 10 f = 0,1 H s s, d ng: f U = f1 + f = 0,3 Trang 69 Φ den L * e * LTB * R = = 32.000lm V * fU • L =10 m • E = 32 m • LTB = 2cd / m • R=10 • V= 0,665 • f U = 0,3 : Trang 70 Trang 71 Ch n bóng đèn MASTER SON-T PLA Plus • P=250W • Φ = 33.200lm • ðui đ èn E 40 • ði n áp 100v • Dòng 4,6 A • Tu.i th 32.000 gi Kiểm tra số tiện nghi G (Glare index) có giá trị từ đến • ISL=3,8 • h′ : Độ cao đèn đến tầm mắt h ′ = 10 − 1.5 = 8,5m • P= • LTB = 2cd / m 1000 + ≈ 32 32 G = ISL + 97 log L TB + 41 log h ′ − 46 log p G = 3,8 + 0,97 * 0,3 + 4,41 * 0,93 − 1,46 * 1,51 = K t lu n: so v*i G=4 thi t k t m ch'p nh n ñư!c, t t thi t k l i theo hư*ng ch n c t ñèn 8m K t c'u c t đ èn, góc b Trang 72 Vì chi u r ng c- a ñư ng tương ñ i R ng chia làm xe, hai xe gi(a ph c v phương ti n giao thông lưu thông nhanh, nên ta ph$i tăng cư ng ánh sáng gi( a đư ng, m t khác t m nhơ c-a c t đèn ch có h n (kho$ng 2,4m) v y ph$i ch n góc b góc nh5m hư*ng ánh sáng gi(a ñư ng Bài t p 0C 6) $ ) T ' 6 ' E ) + O # * E ) % "$C $ !" : * 6) L' [ - ( +2 \ $ /? L' ) & /" / O # * + 6) % $ $ 6) 6) + 6 / + E @W> C) B Trang 73 ... ánh sáng quang thơng, đ r i, cư ng ñ ánh sáng, Tìm hi%u ngu&n sáng thi t b chi u sáng - Tiêu chu n hố chi u sáng nhân t o, - Tính tốn thi t k cơng trình chi u sáng nhà - Tính tốn thi t k cơng trình. .. cơng cơng trình chi u sáng, ñ t tiêu chu n v ñ r i, th m m , an tồn n, cho cơng trình dân d ng là: Chi u sáng trư ng h c, chi u sáng nhà xư ng, chi u sáng Trung tâm thương m i, chi u sáng siêu... Ngu-n sáng: Trong k thu t chi u sáng ch quan tâm ñ n hai lo i ngu& n sáng b$n: Trang Ngu&n sáng t nhiên m t tr i chi u tr c ti p, s ph$n x ánh sáng t0 nh(ng ñ ám mây, thông qua c,a l'y sáng -