TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ CHIẾU SÁNG
Các đại lượng đơn vị và biến đổi
1.1 1 Bức xạ, ánh sáng và màu sắc:
Mọi vật thể ở nhiệt độ lớn hơn không độ tuyệt đối (K) sẽ không ngừng bức xạ năng lượng vào không gian xung quanh nó dưới dạng sóng điện từ Đó là các sóng có bước sóng thay đổi trong phạm vi rất rộng từ 10 -10 m đến 2-3 km Các sóng mang theo những hạt năng lượng cực nhỏ gọi là phôtôn
Các bức xạ có bước sóng từ 380nm tới 780nm mới gây ra trong mắt chúng ta cảm giác sáng gọi là ánh sáng
Mắt con người như một thiết bị thu nhận ánh sáng theo từng dải rất hẹp trong phạm vi từ 380nm đến 780nm, mỗi dải đó cho ta một cảm giác màu sắc khác nhau chuyển đổi tinh tế từ đỏ sang tím mà rất khó xác định bước sóng giới hạn giữa chúng
Chúng ta có thể biểu diễn ánh sáng của nguồn sáng dưới dạng một phổ ánh sáng
- Ánh sáng chỉ gồm một bước sóng gọi là ánh sáng đơn sắc
- Ánh sáng là một pha trộn liên tục của tất cả các bước sóng với liều lượng khác nhau sẽ là một phổ liên tục Sự pha trộn của tất cả các màu sắc tự nhiên tạo nên ánh sáng trắng
- Phổ của một ánh sáng cũng có thể không liên tục hay gọi là phổ vạch Ví dụ như ánh sáng của một loại đèn phóng điện
1.1.2 Mắt và các tính năng của mắt:
Mắt người là một cơ quan cảm thụ ánh sáng có khả năng chuyển đổi không tuyến tính và thay đổi theo thời gian các kích thích quang học thành các tín hiệu điện để truyền lên não và tạo nên ở đó một hiện tượng gọi là sự nhìn
Giác mạc mà nhất là thuỷ tinh thể tạo nên một hệ thống tập trung cho phép hình ảnh được tạo lên trên võng mạc, phía sau nhãn cầu Con mắt khác với các dụng cụ quang học chủ yếu là nó rất mềm Thuỷ tinh thể có thể tụ tiêu hình ảnh mà chúng nhận được để tạo lên hình ảnh rõ nét trên võng mạc một cách khác nhau Đó là hiện tượng điều tiết Ở phía sau mắt, võng mạc được bao phủ bằng các tế bào thần kinh, thực chất là các tế bào quang điện liên hệ với bộ não bằng thần kinh thị giác phát dưới dạng luồng tín hiệu thần kinh ăn nhịp với ánh sáng kích thích vào nó Có hai loại tế bào thần kinh thị giác là tế bào hình nón và tế bào hình que với độ nhạy cảm ánh sáng khác nhau
- Tế bào hình nón có khoảng 7 triệu tế bào Chúng chiếm chủ yếu ở vùng giữa võng mạc và được kích thích bằng các mức chiếu sáng cao Chúng bảo đảm tri giác màu
- Tế bào hình que có khoảng 120 triệu tế bào, chúng bao phủ phần còn lại của võng mạc, có lẫn một ít tế bào hình nón và được kích thích bằng mức chiếu sáng thấp Chúng chỉ truyền những tri giác đen, trắng Độ nhạy cảm của mắt đối với bức xạ phụ thuộc vào bước sóng của nó Khi chuyển từ nhìn ban đêm (tế bào hình que) sang nhìn ban ngày (tế bào hình nón) hoặc ngược lại cảm giác sáng không xảy ra tức thời mà phải trải qua một thời gian Đó là hiện tượng thích ứng của mắt Gọi là thích ứng sáng nếu chuyển từ tối sang sáng và gọi là thích ứng tối khi chuyển từ sáng sang tối Sự thích ứng sáng xảy ra nhanh hơn sự thích ứng tối và chúng rất có ý nghĩa trong chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo
1.1.3 Các đại lượng và đơn vị đo ánh sáng a Sự cần thiết của các đơn vị mới:
Tất cả các nguồn sáng biến đổi năng lượng mà nó tiêu thụ thành một trong 3 hiệu ứng sau: Hoá, nhiệt, điện từ Các bức xạ ánh sáng chỉ là một phần nhỏ của bức xạ điện từ do vậy chúng chỉ mang theo một phần công suất của nguồn Các thực nghiệm về ánh sáng cho thấy cùng một năng lượng nhưng bức xạ dưới các bước sóng khác nhau lại không gây hiệu quả giống nhau trong mắt chúng ta Vì vậy, cần phải hiệu chỉnh đơn vị đo theo độ nhạy quang phổ của mắt b Quang thông , lumen – lm:
Quang thông là quan niệm đầu tiên của con người có quan hệ với các nguồn sáng Nhưng khái niệm này không nêu nên sự phân bố ánh sáng nào trong các miền sáng khác nhau của không gian chiếu sáng, hơn nữa nó không thể đo được Điều đó đã thúc đẩy nhà vật lý Lambert ở thế kỷ 18 đưa ra các cơ sở của phép đo ánh sáng dựa trên cơ sở quang học, hình học và sinh lý học
Bức xạ ánh sáng của một nguồn vào không gian trước hết được đánh giá bằng năng lượng bức xạ đo bằng oát Oát là một đơn vị vật lý thuần tuý Đối với nhà vật lý, năng lượng bức xạ trong một giây theo mọi hướng là thông lượng năng lượng được tính bằng oát và nếu W() là phân bố phổ năng lượng của nguồn Do vậy :
Thông lượng năng lượng theo phổ nhìn thấy = W() d()
Người ta dùng khái niệm quang thông biểu thị đơn vị đo độ nhậy của mắt người
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Trong đó V() là hệ số độ nhậy cảm tương đối và người ta dùng một đơn vị mới gọi là lumen (lm) c Góc khối , Stêradian- St:
Khái niệm góc khối trong không gian cũng như những góc phẳng trong một mặt phẳng Góc khối là góc không gian mà qua đó ta nhìn diện tích S trên bề mặt cầu từ tâm O của cầu
Vậy góc khối được định nghĩa như là tỉ số giữa diện tích S trên mặt cầu và bình phương bán kính R của mặt cầu đó Đơn vị của nó là Stêradian (St)
Một Steradian là một góc khối dạng hìnnh nón có diện tích bề mặt là 1m 2 trong một hình cầu có bán kính là 1m d Cường độ sáng I, candela – cd: Đây là một đại lượng mới nhất đưa vào hệ đơn vị S.I hợp lý hoá từ khái niệm về quang thông Trường hợp tổng quát một nguồn không phải luôn luôn phát sáng một cách giống nhau trong không gian Ta hãy xem xét trường hợp chung khi một nguồn sáng bức xạ quang thông tới điểm A, tâm một diện tích ds Gọi d là góc khối nhìn ds từ O ta có cường độ sáng I là:
Ta thấy cường độ sáng luôn gắn liền với một hướng đã cho và được biểu diễn bằng một véctơ mà theo hướng đó modul của nó được đo bằng candela (cd)
Như vậy ta có định nghĩa một candela là cường độ sáng theo một phương đã cho của một nguồn xạ đơn sắc có tần số 540.10 12 Hz(U5nm) và có năng lượng bức xạ là 1/683 w trong một góc khối là 1 Sr Để thấy rõ ý nghĩa hơn của đại lượng này trong thực tế, sau đây là một số đại lượng cường độ sáng của nguồn sáng thông dụng
- Ngọn nến 0,8 cd theo mọi hướng
- Đèn sợi đốt 40w/220v 35cd theo mọi hướng
- Đèn iốt kim loại 2 kw 14800 cd theo mọi hướng
Khi cường độ bức xạ không phụ thuộc vào phương thì quang thông là:
Định luật Lambert
Định luật Lambert chỉ áp dụng cho các bề mặt phản xạ hoặc xuyên sáng khuếch tán hoàn toàn Định luật Lambert thiết lập quan hệ giữa độ rọi E mà một bề mặt có hệ số phản xạ (hoặc hệ số xuyên sáng đối với bề mặt xuyên sáng) nhận được và độ chói của bề mặt này bức xạ
Loại khuếch tán này là tuyến tính và thường gặp ở các bề mặt bằng các vật liệu mịn, nó truyền ánh sáng nhận được theo mọi hướng ví dụ từ giấy sơn mờ, các vật liệu xây dựng Độ chói L của S là không đổi Chỉ số khuếch tán, đường bao của các véc tơ cường độ sáng là một hình cầu tiếp tuyến với S và có đường kính L.S
Mặt S nhận được quang thông ES, phản xạ quang thông ES Chúng ta coi một hình nón có góc khối d, là phần không gian gồm giữa hai hình nón có góc đỉnh 2 và 2(+d) Trên nửa hình cầu bán kính R tâm O, diện tích S, mặt bị chắn bằng d là một vành tròn có bán kính trong R.sin, rộng R.tgd R d Diện tích này gần bằng 2.Rsin.Rd
Quang thông phản xạ do mặt S là tổng ở bán cầu trên của các nguyên tố d phát trong góc khôi d, d =I.d và I=L.S.cos
Tương tự ta có định luật Lambert đối với bề mặt xuyên sáng khuéch tán hoàn toàn: L. = .E
Nếu gọi M là tỉ số quang thông phát bởi nguyên tố S thì khi đó định luật
Lambert được tổng quát hoá là: M = L..
Tri giác, nhìn thấy, độ tương phản
Đó là độ nhạy của mắt với sự tương phản, sự chênh lệch tương đối của hai độ chói của các vật cạnh nhau mà mắt có thể phân biệt được Đối với mắt quan sát một vật có độ chói Lo, trên một nền có độ chói Lf Người ta đưa ra tỉ lệ: f f
0 ( Gọi là hệ số tương phản)
Biểu thức này cho thấy rằng một vật sáng được đặt trên nền tối có C > 0 và (0 <
C < ).Còn một vật tối đặt trên nền sáng C < 0 và (0 < C < 1) Gía trị c nhỏ nhất mà mắt có thể phân biệt được một vật quan sát gọi là độ phân biệt nhỏ nhất(Cmin) gọi là ngưỡng tương phản: Cmin 0,01
Nghịch đảo của Cmin gọi là độ nhạy tương phản kí hiệ là RCS mà CIE chính thức coi như một đại lượng tham khảo Độ nhạy tương phản phụ thuộc vào điều kiện tiên quyết của mắt và mức độ khá lớn, phụ thuộc vào độ chói của nền quan sát.Khi Lfbé thì 1/Cmin tăng khá nhanh và đạt cực đại khi Lf = 10 3 m.Nếu Lf tiếp tục tăng nữa thì 1/Cmin sẽ giảm nhanh khi đó dộ chói gây hiện tượng loá mắt Điều này giải thích tại sao cùng một bóng đèn thắp sáng ban ngày lại ít chói hơn ban đêm
1/Cmin phụ thuộc kích thước vật quan sát tức là góc nhìn càng bé thì 1/Cmin giảm.
Tiện nghi nhìn và sự lóa mắt
Trong trường sáng tồn tại những chêch lệch quá lớn về độ chói, nhất là trong tầm nhìn thì không tránh khỏi hiện tượng loá mắt, là mất tiện nghi nhìn.Hay nói cách khác sự loá mắt là sự suy giảmhoặc tức thời mất đi cảm giác nhìn do sự tương phản quá lớn Nói chung người ta chấp nhận độ chói nhỏ nhất để mắt nhìn thấy là 10 -5 cd/m 2 và gây loá mắt ở 5000 cd/m 2
Màu của nguồn sáng
Ánh sáng trắng: a Nhiệt độ của màu Ánh sáng trắng được định nghĩa như ánh sáng có phổ năng lượng liên tục trong miền bức xạ nhìn thấy ví dụ như ánh sáng ban ngày tự nhiên, tuy nhiên chất lượng ánh sáng tuỳ thuộc vào điều kiện khí hậu
Nhiệt độ mầu là mô tả mầu của một nguồn bằng cách so sánh với mầu của một vật đen nói chung được nung nóng giữa 200 và 10.000 K
Nói chung nhiệt độ này cũng không phải là nhiệt độ của nguồn, trừ khi nguồn chính là vật đen bị nung nóng
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
(Hình 1 – 12) nêu lên đường cong phổ năng lượng theo đặc tính của nguồn.Nguồn này gọi là nguồn sáng
Có thể xác định độ lớn của nhiệt độ mầu này đối với các ánh sáng trắng khác nhau thường gặp
- Ánh sáng mặt trời lặn, đèn sợi đốt, 2500 – 3000 K
- Ánh sáng nóng, giàu bức xạ mầu đỏ
- Ánh sáng ban ngày trời nóng 4500 – 5500 K
Nhiệt độ màu của các nguồn thấp chỉ được chấp nhận ở mức độ rọi thấp trong khi đó các mức độ rọi cao đòi hỏi các nguồn lạnh có nhiệt độ màu cao Do vậy xuất hiện một tiêu chuẩn lựa chọn nguồn sáng đầu tiên để thực hiện một độ rọi đã cho trong môi trường tiện nghi Quan hệ này được cho trong biểu đồ Kruithof
Cùng một vật được chiếu sáng bằng các nguồn sáng chuẩn khác nhau hoặc bằng một vật đen có các nhiệt độ khác nhau, sẽ xuất hiện các màu khác nhau nhưng không chịu bất kỳ sự biến đổi màu nào
So sánh với một vật đen có cùng nhiệt độ màu, một nguồn nào đó làm biến đổi màu của các vật được chiếu sáng, sự biến đổi màu này do sự phát xạ phổ khác nhau được đánh giá xuất phát từ các độ sai lệch màu và gán cho nguồn một chỉ số màu nó biến thiên từ 0 đối với ánh sáng đơn sắc đến 10 đối với vật đen
Ra < 50: Các màu hoàn toàn bị biến đổi
Ra > 70: Sử dụng thông thường ở đâu có sự thể hiện màu không quan trọng
Ra > 85: Sử dụng trong nhà ở hay các ứng dụng công nghiệp đặc biệt c Tính ba màu
Trên một tờ giấy trắng chúng ta để các điểm có hai hoặc ba màu liền nhau Khi đó mắt quan sát được hỗn hợp của các màu đơn sắc và khôi phục lại một cảm giác màu trong đó bước sóng trội gồm giữa các màu đơn sắc thành phần
Bằng cách chọn ba màu gọi là màu sơ cấp hay màu cơ bản sao cho phối hợp giữa hai màu trong ba màu không thể tạo lên màu thứ ba và hai trong ba màu ấy ở đầu của phổ nhìn thấy có khả năng nhận được tất cả các màu sắc mong muốn
Năm 1931 Uỷ ban quốc tế về chiếu sáng(C.I.E) đã xác định các màu này bằng hệ thống R.G.B
G (Green – xanh lá cây) 546 nm
B (Blue – xanh da trời) 436 nm
Các ánh sáng có cùng sắc thái gọi là đồng màu Độ chói của một hỗn hợp màu là tổng độ chói của các màu thành phần.
Chiếu sáng tự nhiên
Mặt trời là nguồn sáng tự nhiên bức xạ ánh sáng thường xuyên xuống mặt đất Tuỳ theo cường độ và thời gian tác dụng có thể phân biệt 3 loại ánh sáng là ánh sáng ban ngày, ánh sáng hoàng hôn và ánh sáng ban đêm
Khi bầu trời có mây hoặc không có mây thì có ba loại ánh sáng là ánh sáng trực tiếp (có Ett),ánh sáng khuếch tán (Ekt), ánh sáng phản xạ ( Ep từ mặt đất và các bề mặt xung quanh ) Do đó độ rọi tổng cộng trên một bề mặt bất kỳ ở ngoài nhà nơi quang
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Khi xuyên qua khí quyển một bộ phận năng lượng bức xạ xuyên suốt qua khí quyển truyền xuống mặt đất tạo nên độ rọi trực tiếp Một bộ phận lớn năng lượng bị hấp thu và phản xạ qua lại nhiều lần giữa các hạt lơ lửng trong khí quyển nên bị khuếch tán, tạo nên ánh sáng khuếch tán của vòm trời Ánh sáng có bước sáng khác nhau bị khí quyển hấp thu và phản xạ khác nhau
1.6.2 Ánh sáng trực tiếp của mặt trời:
Mặt trời là một hình cầu có đường kính 695 000 km Khoảng cách trung bình từ mặt trời tới mặt đất là 149,5.10 6 Nhiệt độ của mặt trời là 6000 0 C Mặt trời không ngừng bức xạ năng lượng vào không gian vũ trụ Phần năng lượng truyền xuống mặt đất chỉ bằng 1/2.10 9 năng lượng bức xạ toàn phần của nó Quang phổ bức xạ mặt trời rất rộng từ bức xạ tử ngoại tới bức xạ hồng ngoại Sự phân bố năng lượng trong quang phổ bức xạ không đều Đặc điểm cơ bản của bức xạ mặt trời là khả năng bức xạ ánh sáng thường xuyên
1.6.3 Ánh sáng khuếch tán của bầu trời: Ánh sáng khuếch tán của bầu trời là do sự phản xạ nhiều lần những tia sáng mặt trời trong hơi nước, bụi và các hạt huyền phù khác nhau trong khí quyển Do đó đặc tính lượng có ảnh hưởng lớn tới độ rọi của ánh sáng khuếch tán của bầu trời Độ trong suốt của khí quyển ánh sáng ảnh hưởng tới độ rọi khuếch tán Ánh sáng phản xạ qua lại giữa vòm trời và mặt đất, ánh sáng phản xạ từ các lớp phủ khác nhau trên bề mặt đất làm tăng độ rọi ngoài nhà Năng lượng này tỉ lệ thuận với hệ số phản xạ của các lớp phủ trên mặt đất
1.6.4 Sự phân bố độ chói của bầu trời:
Thực tế độ chói của bầu phân bố không đều Sự phân bố độ chói của bầu trời có ảnh hưởng rất lớn đối với độ rọi ngoài nhà và trong nhà không kể vị trí của mặt trời, độ chói của bầu trời cực đại ở đỉnh đầu và và giảm dần xuống chân trời
Sự phân bố độ chói của bầu trời phụ thuộc lượng mây và đặc tính của mây Với độ cao của mặt trời xác đinh thì sự phân bố độ chói của bầu trời phụ thuộc vào vị trí mảng trời nhìn thấy qua cửa lấy ánh sáng
1.6.5 Yêu cầu của chiếu sáng tự nhiên:
Kết quả sử dụng ánh sáng tự nhiên để chiếu sáng phòng được đánh giá trực tiếp bằng độ rọi tự nhiên tại các điểm khác nhau trên bề mặt làm việc của phòng Tuy nhiên khi độ rọi ngoài nhà thay đổi thì độ rọi tự nhiên trong nhà cũng thay đổi theo
Yêu cầu chung khi sử dụng ánh sáng tự nhiên để chiếu các phòng là đạt được sự tiên nghi của môi trường sáng phù hợp với hoạt động của con người trong môi trường đó Tiện nghi môi trường sáng được xem xét ở hai mặt chất và lượng
Về lượng, đó là đạt được độ rọi yêu cầu để hoàn thành có chất lượng công việc tương ứng và đồng đều ánh sáng trên toàn diện tích làm việc
Chất lượng môi trường sáng liên quan đến việc loại trừ sự chói loà sự phân bố không gian và hướng ánh sáng, tỉ lệ độ chói nội thất và đạt được sự thích ứng tốt của mắt.
Chiếu sáng nhân tạo
Từ cổ xưa con người đã tự tìm cho mình những nguồn sáng để thay thế ánh sáng mặt trời Lịch sử phát triển của loài người luôn gắn liền với sự phát triển của nguồn sáng nhân tạo
Lịch sử chiếu sáng nhân tạo chia thành hai giai đoạn: Trước khi có đèn điện và sau khi có đèn điện
Giai đoạn trước khi có đèn điện loài người đã biết chiếu sáng ban đêm bằng bếp lửa, nến, đèn dầu … Những nguồn sáng này cho ánh sáng yếu và hiệu suất thấp
Cho đến năm 1879 nhà bác học người Mĩ, Edison cho ra đời bóng đèn thắp sáng bằng đIện đầu tiên, tóc đèn bằng sợi cacbon, nhiệt độ nóng chảy và bốc hơI 3 900 0 K Nhưng thực tế, nhiệt độ bóng đèn đạt 2100 0 K và tuổi thọ là 45 giờ
Năm 1895 chế tạo được bóng đèn với tóc kim loại osmium, nhiệt độ nóng chảy và bốc hơi 2971 0 C, cháy sáng hơn
Năm 1908 Siemence chế tạo được bóng đèn, tóc phát sáng bằng sợi hợp kim Tungses – Nickel cấu trúc tinh thể, cháy sáng hơn nhưng tuổi thọ ngắn hơn những loại đèn trước nó
Cho đến năm 1973 mới tìm ra phương pháp luyện Tungstes kéo thành sợi không có cấu trúc tinh thể, tuổi thọ của đèn dài hơn Để làm chậm tốc độ bốc hơi và làm giảm tiêu hao nhiệt lượng của bóng đèn, mặt khác uốn tóc đèn thành dạng lò xo
Tóc đèn và hỗn hợp khí trơ không ngừng cải tiến, nâng cao để tăng hiệu suất phát sáng và chất lượng ánh sáng của đèn Hiện nay chúng ta có đèn tóc phát sáng chu
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng đèn huỳnh quang ứng dụng hiện tượng phóng điện trong môi trường áp suất thấp Đèn huỳnh quang ứng dụng hiện tượng hồ quang không những có hiệu suất phát quang cao mà có thể tạo ra quang phổ bất kỳ Những năm gần đây xuất hiện những loại nguồn sáng mới là đèn thuỷ ngân cao áp, đèn xenon … Hiệu suất phát quang cao hơn, tuổi thọ lâu hơn, tiêu thụ điện năng ít hơn và chất lượng ánh sáng tốt hơn
Với những phát minh và sự phát triển không ngừng cùng những tiến bộ vượt bậc đã mở ra kỷ nguyên văn minh mới cho loài người Ngày nay đèn điện gần như là nguồn chiếu sáng ban đêm duy nhất cho toàn bộ hành tinh chúng ta, một loại thiết bị quen thuộc và không thể thiếu trong đời sống hàng ngày Đèn chiếu sáng gồm hai bộ phận chủ yếu là bóng đèn và vỏ đèn Bóng đèn là nguồn phát sáng, còn vỏ đèn nhằm hướng ánh sáng của nguồn vào không gian sử dụng với các đặc điểm khác nhau và tạo vẻ đẹp cho đèn
Phân loại nguồn sáng: a Nguồn điểm:
Khi khoảng cách từ nguồn đến mặt làm việc lớn hơn rất nhiều so với kích thước nguồn sáng đều có thẻe coi nguồn sáng là nguồn điểm Nói chung với mọi loại nguồn sáng khi kích thước của nó không lớn hơn 0,2 khoảng cách chiếu sáng có thể coi là nguồn điểm
Tương quan giữa nguồn O và điểm rọi sáng A trên mặt làm việc có thể xác định bằng 3 toạ độ Hp, và C hoặc Hp, c, d
Hp: Chiều cao treo đèn tính từ mặt làm việc
, C, c, d: Góc toạ độ của phương cường độ sáng I,c tới điểm A
Nếu nguồn sáng treo gần mặt làm việc Khoảng cách Hp xấp xỉ bằng kích thước của nguồn thì không dùng đường cong cường độ sáng I trên mặt phẳng dọc trục đèn mà phải dùng đường đẳng lux trên mặt phẳng nằm ngang hoặc mặt phẳng thẳng đứng
Khi chiếu sáng tại chỗ, tương quan giữa nguồn O với điểm rọi sáng A hoàn toàn xác định bằng toạ độ Hp và d = O1A
Nguồn sáng thiết kế đặt thành dãy dài hoặcliên tục, hoặc cách quãng Phương án thường thấy khi sử dụng đèn huỳnh quang hoặc panel phát sáng Chiều dài dãy tương đương với khoảng cách từ nguồn đến mặt làm việc
Phân bố quang thông của nguồn đường đặc trưng bằng độ cong cường độ sáng trong chiều dài l=1m của nguồn trên mặt phẳng dọc và ngang Khi đó tương quan giữa nguồn và điểm rọi sáng A hoàn toàn xác định bằng 3 tọa độ Hp và 2 góc ,
Trần phát sáng, cửa sổ phát sáng, tập hợp nhiều panel phát sáng, kích thước các cạnh của mặt phát sáng xấp xỉ khoảng cách chiếu sáng Đặc trưng khả năng phát sáng của nguồn mặt bằng độ chói phân bố trên mặt phản xạ và trong không gian
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Mặt phát sáng với độ chói phân bố đều sử dụng ngày càng rộng rãi trong các công trình công cộng.
Dụng cụ chiếu sáng
Sơ lược về dụng cụ chiếu sáng:
Trong lịch sử phát triển loài người luôn khám phá tìm tòi các nguồn năng lượng mới thay thế các nguồn năng lượng tự nhiên
Lịch sử chiếu sáng chia thành hai giai đoạn:
Giai đoạn đầu trước khi có đèn điện con người đã phát khám phá ra và biết dùng mặt trời, lửa sau đó là nến để chiếu sáng
Giai đoạn hai sự phát triển của các loại đèn
Phát minh ra đèn điện là một trong những phát minh vĩ đại nhất của loài người
- 19/10/1879 nhà bác học Edison phát minh ra bóng đèn sợi đốt nhưng các tính năng kĩ thuật rất hạn chế: Tuổi thọ 40h hiệu suất phát quang 1,6 lm/W tóc làm bằng cacbon nhưng đó cũng là một phát minh vĩ đại
- 1930 đèn cao áp thuỷ ngân ra đời đánh dấu sự thay đổi từ sợi đốt sang phóng điện
- 1938 đèn hồ quang ra đời
- 1958 phát minh ra đèn sợi đốt halogen
- 1960 phát minh ra đèn Mlatahali
- 1962 Phát minh đèn cao áp natri
Chất lượng của các loại đèn ngoài những thông số đã nêu ra như chỉ số màu, nhiệt độ màu, còn được đánh giá bởi các thông số sau:
Là thông số đánh giá tính hiệu quả của nguồn sáng là tỉ số phát ra quang thông với điện năng tiêu thụ
Với các hãng khác nhau đưa ra các định nghĩa khác nhau nhưng có thể khái quát chung Tuổi thọ của bóng đèn được đánh giá bởi sự suy giảm quang thông trong quá trình sử dụng
Những phát minh này ngày càng cải tiến chất lượng hiệu suất tuổi thọ và màu sắc Dựa vào bản chất đặc điểm ta có thể phân ra thành các loại bóng đèn thông dụng như sau:
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO TRƯỜNG HỌC
2.1 Giới thiệu về công trình Trường mầm non 4 tầng:
Là một Trường mầm non 4 tầng có đầy đủ các yêu cầu theo tiêu chuẩn về không gian, trang thiết bị để phục vụ tốt cho công tác giảng dạy và đào tạo trẻ em
Hình 2 1: Trường mầm non 4 tầng
• Trường mầm non được xây dựng tại phường 5, Tp Vũng Tàu, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu
• Trường mầm non được xây dựng có vị trí thuận lợi về hệ thống giao thông đường bộ, tuyến đường huyết mạch Gần khu vực dân cư sống đông đúc
Diện tích trường học: 1370m 2 gồm 4 tầng
• Hệ thống nhà vệ sinh: diện tích 24m 2
• Hành lang tầng: diện tích 194m 2
- Chiều cao mỗi tầng là 3,6m
Tầng Phòng Số lượng phòng
Bảng 2 1: Thông số phòng của từng tầng
2.2 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Dialux:
DiaLux là phần mềm của hãng Dial GmbH của Đức, cho phép tính toán thiết kế chiếu sáng trong nhà và ngoài trời với giao diện 3D trực quan sinh động
Một trong số những ưu điểm của phần mềm là đưa ra nhiều phương án lựa chọn bộ đèn, không chỉ các bộ đèn của hãng Osram mà còn hỗ trợ nhiều Databases của nhiều hãng đèn khác nhau trên thế giới như: Philips, Erco, Thorn, Meyer, MPE,…, và thậm chí là của Rạng Đông hay Điện Quang của Việt Nam
2.2.2 Các bước tiến hành mô phỏng chiếu sáng trên phần mềm Dialux:
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Hình 2 2: Khởi động chương trình Dialux Evo
Hình 2 3: Chọn thông số chiều dài, rộng, cao cho phòng
- Giao diện làm việc của Dialux:
Hình 2 4: Chọn hệ số phản xạ của phòng (trần, tường, sàn)
- Lựa chọn database của đèn:
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
- Chọn tính chất phòng và độ rọi yêu cầu:
Hình 2 6: Chọn độ rọi yêu cầu
Hình 2 7: Sơ đồ bố trí đèn
Hình 2 8: Biểu đồ phân bố quang thông và kết quả tính toán
2.3 Thiết kế chiếu sáng cho công trình:
Hệ số phản xạ tường, trần, sàn
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng phòng
Bảng 2 2: Thông số và yêu cầu thiết kế chiếu sáng
2.3.1 Phòng học chính: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 300lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90 b Mô phỏng chiếu sáng:
Hình 2 9: Mô phỏng 3D phòng học
Phương án 1: Bố trí 12 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W 6500K
Hình 2 10: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 cho phòng học
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 326lx
Phương án 2: Bố trí 12 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W
Hình 2 11: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 cho phòng học
Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 352lx
Phương án 3: Bố trí 4 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Hình 2 12: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 cho phòng học
Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 354lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 2 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ
2.3.2 Phòng hiệu trưởng: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 300lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90 b Mô phỏng chiếu sáng:
Hình 2 13: Mô phỏng 3D phòng hiệu trưởng
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Phương án 1: Bố trí 6 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W
Hình 2 14: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng hiệu trưởng
Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 357lx
Phương án 2: Bố trí 6 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W
Hình 2 15: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 phòng hiệu trưởng
Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 383lx
Phương án 3: Bố trí 2 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Hình 2 16: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 phòng hiệu trưởng
Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 390lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 3 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ.
2.3.3 Phòng hiệu phó: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 300lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90 b Mô phỏng chiếu sáng:
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Hình 2 17: Mô phỏng 3D phòng hiệu phó
Phương án 1: Bố trí 6 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W
Hình 2 18: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng hiệu phó
Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 375lx
Phương án 2: Bố trí 6 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W
Hình 2 19: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 phòng hiệu phó
Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 405lx
Phương án 3: Bố trí 2 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Hình 2 20: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 phòng hiệu phó
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 414lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 3 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ.
2.3.4 Phòng y tế: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 300lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90 b Mô phỏng chiếu sáng:
Hình 2 21: Mô phỏng 3D phòng y tế
Phương án 1: Bố trí 6 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W
Hình 2 22: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng y tế
Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 398lx
Phương án 2: Bố trí 6 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 430lx
Phương án 3: Bố trí 2 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Hình 2 24: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 phòng y tế
Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 441lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 3 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ.
2.3.5 Phòng hành chính: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 300lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90 b Mô phỏng chiếu sáng:
Hình 2 25: Mô phỏng 3D phòng hành chính
Phương án 1: Bố trí 6 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Hình 2 26: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng hành chính
Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 342lx
Phương án 2: Bố trí 6 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W 6500K
Hình 2 27: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 phòng hành chính
Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 370lx
Phương án 3: Bố trí 2 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Hình 2 28: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 phòng hành chính
Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 373lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 3 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ.
2.3.6 Văn phòng: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 500lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90 b Mô phỏng chiếu sáng:
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Hình 2 29: Mô phỏng 3D văn phòng
Phương án 1: Bố trí 9 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W
Hình 2 30: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 văn phòng
Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 518lx
Phương án 2: Bố trí 9 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W
Hình 2 31: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 văn phòng
Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 559lx
Phương án 3: Bố trí 3 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Hình 2 32: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 văn phòng
Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 569lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 3 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ.
2.3.7 Phòng truyền thống: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 200lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90 b Mô phỏng chiếu sáng:
Hình 2 33: Mô phỏng 3D phòng truyền thống
Phương án 1: Bố trí 9 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W
Hình 2 34: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng truyền thống
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 241lx
Phương án 2: Bố trí 9 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W
Hình 2 35: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 phòng truyền thống
Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 259lx
Phương án 3: Bố trí 3 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Hình 2 36: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 phòng truyền thống
Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 246lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 3 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ.
2.3.8 Phòng giáo viên: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 300lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90 b Mô phỏng chiếu sáng:
Hình 2 37: Mô phỏng 3D phòng giáo viên
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Phương án 1: Bố trí 6 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W 6500K
Hình 2 38: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng giáo viên
Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 379lx
Phương án 2: Bố trí 6 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W
Hình 2 39: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 phòng giáo viên
Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 411lx
Phương án 3: Bố trí 2 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Hình 2 40: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 phòng giáo viên
Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 417lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 3 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ.
2.3.9 Hội trường: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 200lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng b Mô phỏng chiếu sáng:
Hình 2 41: Mô phỏng 3D hội trường
Phương án 1: Bố trí 10 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W
Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 219lx
Phương án 2: Bố trí 10 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W
Hình 2 43: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 hội trường
Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 234lx
Phương án 3: Bố trí 4 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 279lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 3 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ.
2.3.10 Phòng giáo dục nghệ thuật: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 300lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90 b Mô phỏng chiếu sáng:
Hình 2 45: Mô phỏng 3D phòng GDNT
Phương án 1: Bố trí 10 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W
Hình 2 46: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng GDNT
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 325lx
Phương án 2: Bố trí 9 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W 6500K
Hình 2 47: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 phòng GDNT
Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 313lx
Phương án 3: Bố trí 3 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Hình 2 48: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 phòng GDNT
Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 323lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 3 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ.
2.3.11 Phòng giáo dục thể chất: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 300lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng b Mô phỏng chiếu sáng:
Hình 2 49: Mô phỏng 3D phòng GDTC
Phương án 1: Bố trí 9 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W
Hình 2 50: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng GDTC
Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 305lx
Phương án 2: Bố trí 9 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W
Hình 2 51: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 phòng GDTC
Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 329lx
Phương án 3: Bố trí 3 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 336lx
Nhận xét: Ta thấy các điểm ở giữa tập trung nhiều ánh sáng nên có độ rọi lớn hơn các điểm nằm trong góc, điều đó đồng nghĩa với các điểm ở trong phòng có độ rọi tương đương nhau nên thỏa mãn với yêu cầu tính toán Qua đó, ta chọn phương án 3 để phù hợp với yêu cầu đưa ra, chi phí đầu tư và có tính thẩm mỹ
2.3.12 Bếp ăn: a Yêu cầu chiếu sáng:
- Độ rọi yêu cầu: Eyc = 300lx
- Hệ số phản xạ (tường, trần, sàn): 0,75; 0,5; 0,25
- Chỉ số hoàn màu (CRI): 80-90 b Mô phỏng chiếu sáng:
Hình 2 53: Mô phỏng 3D bếp ăn
Phương án 1: Bố trí 18 bộ đèn MPE LED Linear Series BN2 1.2m 36W 6500K
Hình 2 54: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 bếp ăn
Kết quả: Với phương án 1 ta có độ rọi trung bình Eav = 330lx
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Phương án 2: Bố trí 16 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W 6500K
Hình 2 55: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 bếp ăn Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình Eav = 314lx
Phương án 3: Bố trí 5 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K
Hình 2 56: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 bếp ăn
Kết quả: Với phương án 3 ta có độ rọi trung bình Eav = 327lx
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH
Hình 3 1: Sơ đồ phân loại phụ tải
3.2 Phương pháp tính toán phụ tải:
Do Trường học có các khu vực, các phòng với nhiều chức năng khác nhau nên phụ tải có những đặc điểm đặc trưng riêng biệt Chính vì vậy, trong đồ án này em lựa chọn phương án xác định phụ tải tính toán theo hệ số nhu cầu và công suất đặt của thiết bị Phương pháp xác định phụ tải tính toán tuân theo tiêu chuẩn cấp điện TCVN 9206:2012
Ptt: Công suất tính toán knc: hệ số nhu cầu
Pdi: công suất đặt của thiết bị
Với tan 𝜑 được xác định theo công thức: cos 𝜑 =∑ 𝑛 𝑛=1 𝑃 𝑑𝑡 cos 𝜑
3.3 Áp dụng phương pháp tính toán phụ tải cho công trình:
Phụ tải ưu tiên gồm có: Máy bơm cứu hỏa, máy bơm sinh hoạt, máy bơm bù áp, chiếu sáng hành lang
STT Tên thiết bị Đơn vị Số lượng Công suất (W) Knc Công suất nhóm (W)
1 Máy bơm sinh hoạt Cái 2 3000 1 6000
2 Máy bơm cứu hỏa Cái 2 3000 1 6000
3 Máy bơm bù áp Cái 2 3000 1 6000
4 Chiếu sáng hành lang Bóng 16.4 64 24 1 1536
Tổng công suất phụ tải ưu tiên 19536
Bảng 3 1: Tính toán phụ tải ưu tiên
- Công suất tác dụng phụ tải ưu tiên: Put = 19536(W) = 19,54(kW)
- Công suất toàn phần phụ tải ưu tiên: S ut = P ut cos 𝜑
- Công suất phản kháng phụ tải ưu tiên:
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng 3.3.2 Phụ tải thường:
Phụ tải thường gồm các thiết bị điện trong các phòng: đèn LED, quạt, điều hòa, tivi, loa, âm li,…
Phòng Thiết bị Số lượng
Công suất (W) Knc Công suất nhóm (W)
Phòng học Đèn LED bán nguyệt 12 36 0.9 389
Quạt đảo gắn tường 2 60 0.9 108 Ổ cắm điện 8 3520 0.3 8448
Bếp ăn Đèn LED bán nguyệt 5 36 0.9 162
Quạt đảo gắn trần 8 60 0.9 432 Ổ cắm điện 8 3520 0.3 8448
Nhà vệ sinh Đèn LED gắn nổi 12 24 0.9 259 259
Bảng 3 2: Tính toán phụ tải tầng 1
Do tầng 1 có 3 phòng học, bếp ăn và nhà vệ sinh ta chọn Knc = 0,8
Công suất tác dụng của phụ tải tầng 1:
Pt1 = (3.Pph + Pbep + Pnvs ).knc = (3.9434 + 20222 + 259).0,8
Công suất toàn phần: 𝑆 𝑡1 = 𝑃 𝑡1 cos 𝜑
Phòng Thiết bị Số lượng
Công suất (W) Knc Công suất nhóm (W)
Phòng học Đèn LED bán nguyệt 12 36 0.9 389
Quạt đảo gắn tường 2 60 0.9 108 Ổ cắm điện 8 3520 0.3 8448
Phòng y tế Đèn LED bán nguyệt 2 36 0.9 65
Quạt đảo gắn tường 1 60 0.9 54 Ổ cắm điện 3 3520 0.3 3168
Nhà vệ sinh Đèn LED gắn nổi 12 24 0.9 259 259
Bảng 3 3: Tính toán phụ tải tầng 2
Do tầng 2 có 5 phòng học, phòng y tế và nhà vệ sinh ta chọn Knc = 0,8
Công suất tác dụng của phụ tải tầng 2:
Pt2 = (5.Pph + Pyte + Pnvs).knc = (5.9434 + 3287 + 259).0,8
Công suất toàn phần: 𝑆 𝑡2 = 𝑃 𝑡2 cos 𝜑
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
Phòng Thiết bị Số lượng
Công suất (W) Knc Công suất nhóm (W)
Phòng học Đèn LED bán nguyệt 12 36 0.9 389
Quạt đảo gắn tường 2 60 0.9 108 Ổ cắm điện 8 3520 0.3 8448
GDNT Đèn LED bán nguyệt 3 36 0.9 97
Quạt đảo gắn trần 5 60 0.9 270 Ổ cắm điện 6 3520 0.3 6336
GDTC Đèn LED bán nguyệt 3 36 0.9 97
Quạt đảo gắn trần 5 60 0.9 270 Ổ cắm điện 6 3520 0.3 6336
Nhà vệ sinh Đèn LED gắn nổi 12 24 0.9 259 259
Bảng 3 4: Tính toán phụ tải tầng 3
Do tầng 3 có 4 phòng học, phòng GDNT, phòng GDTC và nhà vệ sinh ta chọn Knc
Công suất tác dụng của phụ tải tầng 3:
Công suất toàn phần: 𝑆 𝑡3 = 𝑃 𝑡3 cos 𝜑
Phòng Thiết bị Số lượng
Công suất (W) Knc Công suất nhóm (W)
Phòng hiệu trưởng Đèn LED bán nguyệt 2 36 0.9 65
Quạt đảo gắn tường 2 60 0.9 108 Ổ cắm điện 4 3520 0.3 4224
Phòng hiệu phó Đèn LED bán nguyệt 2 36 0.9 65
Quạt đảo gắn tường 2 60 0.9 108 Điều hòa 1 1118 0.9 1006 Ổ cắm điện 3 3520 0.3 4224
Phòng hành chính Đèn LED bán nguyệt 2 36 0.9 65
Quạt đảo gắn trần 2 60 0.9 108 Ổ cắm điện 4 3520 0.3 4224
Văn phòng Đèn LED bán nguyệt 3 36 0.9 97
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng Ổ cắm điện 4 3520 0.3 4224
Phòng truyền thống Đèn LED bán nguyệt 3 36 0.9 97
Quạt đảo gắn tường 3 60 0.9 162 Ổ cắm điện 5 3520 0.3 5280
Phòng giáo viên Đèn LED bán nguyệt 2 36 0.9 65
Quạt đảo gắn trần 2 60 0.9 108 Ổ cắm điện 4 3520 0.3 4224
Hội trường Đèn LED bán nguyệt 4 36 0.9 130
Quạt đảo gắn trần 13 60 0.9 702 Ổ cắm điện 8 3520 0.3 8448
Nhà vệ sinh Đèn LED gắn nổi 12 24 0.9 259 259
Bảng 3 5: Tính toán phụ tải tầng 4
Do tầng 4 có phòng hiệu trưởng, phòng hiệu phó, phòng hành chính, văn phòng, phòng truyền thống, phòng giáo viên, hội trường và nhà vệ sinh ta chọn Knc = 0,8
Công suất tác dụng của phụ tải tầng 4:
Pt4 = (Pht + Php + Phc + Pvp + Ptth + Pgv + Phtr + Pnvs).knc = (5403 + 5403 + 4505 +
Công suất toàn phần: 𝑆 𝑡4 = 𝑃 𝑡4 cos 𝜑
Công suất phụ tải thường:
Knc: hệ số nhu cầu trường học (lấy Knc=0,7)
Công suất tác dụng phụ tải thường:
Pthuong = (Pt1 + Pt2 + Pt3 + Pt4).Knc
Công suất toàn phần phụ tải thường: S thuong = P thuong cos 𝜑
Công suất phản kháng phụ tải thường:
3.4 Xác định tổng công suất của công trình:
Công suất tính toán tổng của trường học là tổng công suất của phụ tải thường và phụ tải ưu tiên
Công suất tính toán tác dụng trường học:
Công suất toàn phần trường học: s tt = cos φ P tt
Công suất phản kháng trường học:
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
LẬP GIẢI PHÁP CẤP ĐIỆN CƠ SỞ CHO CÔNG TRÌNH
- Căn cứ vào mặt bằng kiến trúc của công trình, ta có thể đưa ra nhiều phương án cung cấp điện khác nhau Nhưng phương án được coi là hợp lí phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây:
Đảm bảo chất lượng điện, tức đảm bảo tần số và điện áp nằm trong phạm vi cho phép
Đảm bảo độ tin cậy, tính liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu của phụ tải
Thuận tiện trong việc vận hành, lắp ráp và sửa chữa
- Thiết kế cung cấp điện cho một công trình cao tầng bao gồm những vấn đề sau:
Phụ tải phong phú, đa dạng (điện áp, công suất, pha…)
Phụ tải tập trung không gian hẹp, mật độ phụ tải tương đối cao
Có các hệ thống cấp nguồn dự phòng (ắc quy, máy phát…)
Không gian lắp đặt không bị hạn chế và phải thỏa mãn các yêu cầu mỹ thuật trong kiến trúc xấy dựng
Yêu cầu cao về chế độ làm việc và an toàn cho người sử dụng
Tiết kiệm chi phí đầu tư Đó là những vấn đề hết sức quan trọng, vì xác định đúng đắn và hợp lí những vấn đề đó sẽ thay đổi trực tiếp đến vận hành, khai thác và phát huy hiệu quả của hệ thống cung cấp điện Vì vậy để xác định được phương án cung cấp điện hợp lí nhất ta phải khảo sát toàn bộ mặt bằng thực của công trình, các dữ liệu liên quan đến công việc thi công sau này Phải đưa ra nhiều phương án cấp điện để so sánh và chọn phương án tối ưu
4.1.2 Lựa chọn sơ đồ cấp điện trung áp:
Hình 4 1: Sơ đồ cấp điện trung áp
Mục Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3
Dùng máy cắt phụ tải và cầu chì
Dùng dao cách ly và máy cắt
Dùng dao cách ly và cầu chì Ưu điểm
Dùng máy cắt phụ tải có thể đóng cắt mạch điện có tải và bảo vệ ngắn mạch cho máy biến áp bằng cầu chì, vì vậy an toàn thuận tiện cho vận hành
Dao cách ly làm nhiệm vụ cách li và tạo khoảng cách nhìn thấy được để đảm bảo an toàn Cho phép đóng cắt khi có dòng điện ngắn mạch
Dùng cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho máy biến áp và dao cách ly cách ly an toàn
Phương án đơn giản, chi phí thấp
Phương án không kinh tế
Không cho phép các thao tác đóng cắt khi mang tải Đề xuất
Bảng 4 1: Phương án chọn sơ đồ cấp điện trung áp
4.1.3 Tính toán dung lượng máy biến áp và máy phát điện:
Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống cung cấp điện, TBA dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Các trạm biến áp trạm phân phối, đường dây tải điện cùng với các nhà máy điện làm thành một hệ thống truyền tải điện năng thống nhất
Dung lượng của máy biến áp, vị trí đặt, số lượng các phương thức vận hành của các TBA
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng chọn dung lượng máy biến áp bao giờ cũng gắn liền với việc lựa chọn phương án cấp điện
Dung lượng và các thông số của MBA phụ thuộc vào phụ tải của nó và cấp điện áp của mạng và phương thức vận hành MBA…vì thế để lựa chọn TBA tốt nhất ta phải dựa trên các yếu tố sau:
- An toàn và liên tục cấp điện
- Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành nhỏ nhất
- Dung lượng MBA được chọn theo điều kiện: SđmBA>Stt
Tra bảng PL 2.2 ta chọn máy biến áp dầu có công suất SđmBA = 160 KVA do ABB chế tạo:
Hình 4 2: Máy biến áp dầu 160kVA do ABB chế tạo Công suất
(kVA) Điện áp (kV) ΔPo(W) ΔPN(W) UN(%)
Bảng 4 2: Chọn máy biến áp
Dung lượng máy phát điện cấp cho phụ tải ưu tiên của trường học được chọn theo điều kiện:
SđmMP > Sưt Với Sưt = 23 kVA chọn máy phát điện diezen Cummins có thông số:
Hình 4 3: Máy phát điện diezen Cummins 30kVA Chuyển nguồn từ nguồn điện lưới sang nguồn máy phát sử dụng tủ chuyển nguồn tự động ATS
Hình 4 4: Sơ đồ cấp điện từ máy biến áp và máy phát điện
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng 4.1.4 Phương án chọn máy biến áp, máy phát dự phòng:
Các trạm biến áp (TBA) được lựa chọn dựa trên các nguyên tắc sau:
- Vị trí đặt MBA phải thỏa mãn các yêu cầu: gần tâm phụ tải, thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành, sửa chữa, an toàn và kinh tế…
- Số lượng MBA đặt trong các trạm biến áp được lựa chọn căn cứ vào yêu cầu cung cấp điện cho phụ tải, điều kiện vận chuyển và lắp đặt, chế độ làm việc của phụ tải Các trạm biến áp cung cấp cho hộ loại 1 và loại 2 nên đặt 2 máy biên áp, hộ loại 3 có thể đặt 1 máy biến áp
Dựa vào sơ đồ mặt bằng và công suất tiêu thụ của phụ tải toàn bộ trường học ta đưa ra các phương án cấp điện sau:
Mục Phương án 1 Phương án 2
Mô tả chọn máy biến áp Đặt một trạm biến áp với một máy biến áp dầu Đặt một trạm biến áp với máy biến áp khô
Mô tả chọn máy phát điện Một máy phát điện dự phòng cấp cho phụ tải ưu tiên Một máy phát điện dự phòng cấp cho toàn trường Ưu điểm Chi phí thấp, lắp đặt đơn giản, tổn hao công suất, tổn hao chi phí thấp Độ tin cậy cấp điện cao
Nhược điểm Độ tin cậy thấp hơn Chi phí cao, lắp đặt, vận hành phức tạp, tổn hao công suất hàng năm cao Đề xuất
Bảng 4 3: Phương án chọn máy biến áp và máy phát điện
Vị trí đặt máy biến áp sẽ gần tâm phụ tải và phụ hợp về mỹ quan Dự kiến trạm biến áp sẽ đặt ở phía sau trường học và trong khu vực ít người qua lại
4.1.5 Phương án cấp điện hạ áp:
Mục Phương án 1 Phương án 2
Mô tả Hệ thống phân phối điện sử dụng cáp
Hệ thống phân phối điện sử dụng thanh dẫn Ưu điểm Kinh tế đối với phụ tải nhỏ, phân tán, lắp đặt dễ dàng
Dòng điện cho phép lớn hơn nhiều so với cáp, dùng trong các máy biến áp có công suất lớn
Khó khăn khi dùng trong các máy biến áp có công suất lớn
Khó khăn trong việc lắp đặt, sinh ra nhiều đầu tiếp xúc Đề xuất
Bảng 4 4: Phương án cấp điện hạ áp
4.1.6 Sơ đồ nguyên lý trạm điện:
Từ trạm biến áp kéo cáp hạ áp vào tòa nhà Đặt một tủ điện hạ áp riêng cho tòa nhà để cấp điện cho các tầng Trong mỗi tủ điện đặt một aptomat tổng và hai aptomat nhánh để cung cấp điện cho phụ tải ưu tiên và phụ tải không ưu tiên
Hình 4 5: Sơ đồ nguyên lý tủ điện
Mục tiêu bảo vệ trong ngành điện là nhằm đảm bảo an toàn cho người bảo vệ chống những mối nguy hiểm hoặc phá hỏng tài sản, nhà máy thiết bị
Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình Trường Mầm Non 4 tầng
- Bảo vệ các thiết bị và các thành phần khác trong hệ thống điện, chống lại sự nguy hiểm do ngắn mạch, sét đánh và không ổn định của hệ thống vv…
- Bảo vệ người và nhà máy không bị nguy hiểm do vận hành sai hệ thống bằng cách sử dụng khóa liên động bằng cơ tay hay điện
4.2.1 Bảo vệ quá điện áp và chống điện giật:
- Bảo vệ chống điện giật do chạm trực tiếp:
Biện pháp chủ yếu chống chạm điện trực tiếp là đặt tất cả phần dẫn điện trong vỏ bọc cách điện hoặc ngoài tầm với tới (đặt sau rào chắn cách điện hoặc trên cao) hoặc dùng vật chắn