Giáo trình thiết kế chiếu sáng

Giáo trình kỹ thuật chiếu sáng sẽ mang đến cho các bạn các yêu cầu, các tiêu chuẩn và các kỹ năng cần thiết cho việc thiết kế hệ thống chiếu sáng trong và ngoài nhà.

0

TRUNG TÂM ĐIỆN TỬ MÁY TÍNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TPHCM

1

U

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình này được soạn trong bối cảnh học viên các Lớp chuyên đề THIẾT KẾ ĐIỆN HỢP CHUẨN cần một giáo trình hệ thống để tham khảo và ôn tập dễ dàng phần Thiết kế chiếu sáng của Chuyên đề Mặt khác, khi tiết kiệm thời gian chép bài lúc nghe giảng, học viên sẽ dành nhiều giờ hơn cho việc tiếp thu các ví dụ, việc học tập các thiết kế mẫu cùng các phần mềm thiết kế

Chương 1 nói về lý thuyết cơ sở kỹ thuật chiếu sáng nhằm nhắc lại cho các học viên các đại lượng và đơn vị quang trắc, cùng với khái niệm các yêu cầu trong kỹ thuật chiếu sáng

Các chương 2,3 và 4 có tính hướng đối tượng, nhằm vào kỹ thuật và phương pháp tính toán khác nhau cho 3 đối tượng thiết kế chiếu sáng: chiếu sáng bên trong (indoor lighting), chiếu sáng bên ngoài (outdoor lighting) và chiếu sáng đường giao thông (road lighting)

Chương 5 nhằm trình bày về đèn và chóa đèn và các vấn đề liên quan, là phần kiến thức thực tế thay đổi rất nhanh theo các thời kỳ, mà học viên thường thiếu tài liệu tham khảo bằng tiếng Việt Giáo trình này bám sát các yêu cầu của các tiêu chuẩn chiếu sáng hiện hành của Việt Nam và của Uûy ban Quốc tế về Chiếu sáng CIE (Commission Internaltionale D’Eclairage) Đó chính là mục tiêu chủ yếu của Lớp chuyên đề THIẾT KẾ ĐIỆN HỢP CHUẨN

Đây không phải là một giáo trình toàn tập cho mọi người, mà chỉ là một giáo trình tóm tắt cho các học viên của một lớp chuyên đề Do đó tác giả không có tham vọng trình bày hết tất cả các vấn đề về kỹ thuật chiếu sáng Mặt khác có một số nội dung trình bày trực quan hay ví dụ tính toán dài dòng, đã trình bày trong bài giảng của lớp học, thì cũng không cần trình bày lại trong giáo trình này, để tiết kiệm giấy in, góp phần bảo vệ môi trường

Trong giáo trình có sử dụng lại một số các hình vẽ, dữ liệu, và hình ảnh của một số đồng nghiệp, nhà sản xuất, và chuyên gia khác, mà chưa có điều kiện xin phép Mong các vị lượng tình dung thứ Tác giả đặc biệt gửi lời cảm tạ đến PGS TS Nguyễn Hữu Phương, Nhà giáo ưu tú, người thầy kính mến, luôn khuyến khích, chăm sóc cho Chuyên đề THIẾT KẾ ĐIỆN HỢP CHUẨN Cùng gửi lới cảm ơn đến học viên các lớp CĐ83T, CĐ84T và CĐ85T, đã động viên tác giả mau cho ra giáo trình này để phục vụ cho các lớp học Đồng thời tác giả cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các giảng viên đồng nghiệp, và các nhân viên của Trung tâm Điện tử - Máy tính, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.Hồ Chí Minh, đã giúp đỡ rất nhiều để lớp THIẾT KẾ ĐIỆN HỢP CHUẨN đi được chặng đường đến thành công như ngày hôm nay

Giáo trình ấn hành lần thứ hai, vẫn có thể còn nhiều sai sót Tác giả cám ơn trước tất cả các bạn đồng nghiệp hay học viên nào giúp phát hiện các sai sót đó, để sửa chữa kịp cho ấn bản lần sau./-

Vũ Hùng Cường

2

U

MỤC LỤC

U

I CÁC ĐẠI LƯỢNG QUANG TRẮC VÀ ĐƠN VỊ ………11

1 Quang thông (luminous flux) ………11

2 Cường độ sáng (luminous intensity) ………11

a- Khái niệm góc khối b- Cường độ sáng c- Đường cong phân bố cường độ sáng IDC (Intensity Distribution Curve) 3 Độ rọi (illuminance) ………13

a- Định nghĩa b-Các trị số độ rọi trong thực tế c- Quan hệ giữa độ rọi và cường độ sáng d- Độ rọi trung bình 4 Độ chói (luminance)……… 16

a- Định nghĩa b-Các trị số độ chói thực tế c-Bản chất của bề mặt nhận ánh sáng d-Bề mặt phản xạ khuyết tán hoàn toàn e-Định luật Lambert f-Hệ số phản xạ của một số bề mặt vật liệu 5 Nhiệt độ màu (colour temperature) ………18

a-Một số ví dụ về nhiệt độ màu b-Các thang nhiệt độ màu theo CIE và đèn ví dụ c-Biểu đồ Kruithoff 6 Chỉ số truyền đạt màu Ra (Colour Rendering Index) ……….20

a-Định nghĩa b-Cấp chiếu sáng theo chỉ số truyền đạt màu II KHÁI NIỆM CÁC YÊU CẦU CỦA KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ………20

1 Các yêu cầu của môi trường chiếu sáng ……….20

2 Các tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng ………21

3 Phân biệt chiếu sáng làm việc và chiếu sáng mỹ thuật ………21

III PHÂN LOẠI KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ……….21

1- Chiếu sáng bên trong (indoor lighting) ………21

2- Chiếu sáng bên ngoài (outdoor lighting) ………22

a-Chiếu sáng các công trình đô thị b-Chiếu sáng công viên, vườn hoa c-Chiếu sáng các công trình kiến trúc, mỹ thuật d-Chiếu sáng các công trình Thể dục thể thao ngoài trời

3

3- Chiếu sáng đường giao thông (road lighting)……….22

U CHƯƠNG 2U : CHIẾU SÁNG BÊN TRONG I ĐẠI CƯƠNG ………23

1 Các đối tượng thiết kế chiếu sáng bên trong ……….23

2 Các chỉ tiêu của môi trường chiếu sáng ……….23

3 Các tiêu chuẩn của thiết kế chiếu sáng bên trong ……….24

II ĐỘ RỌI CHO CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ ………24

1 Bậc thang độ rọi ……….24

2 Độ rọi làm việc yêu cầu theo tiêu chuẩn ……….25

a-Theo TCXD 16:1986 b-Theo tiêu chuẩn Uûy ban Quốc tế về Chiếu sáng (CIE) 3 Độ rọi của vùng cận xung quanh (immediate surrounding) ……….29

4 Hệ số đồng đều ……….29

5 Các công thức tính toán độ rọi điểm ………29

a- Độ rọi trên mặt phẳng ngang b- Độ rọi trên mặt phẳng đứng.c- Độ rọi trên mặt phẳng nghiêng d- Công thức của nguồn mặt (luminous surface) e- Độ rọi (bán) trụ (semi cylindrical illuminance)ï 6 Tính toán độ rọi trung bình ………31

7 Tính toán độ rọi trụ trung bình ………32

a- Cách tính b-Đánh giá III PHÂN BỐ ĐỘ CHÓI (LUMINANCE DISTRIBUTION) ……….34

1 Độ chói thích nghi cho trần và tường ……….34

2 Độ chói của bối cảnh ………35

3 Độ tương phản và độ nhìn rõ ……….36

a- Độ tương phản b-Độ nhìn rõ IV HẠN CHẾ CHÓI LÓA ……….37

1 Chói lóa giảm khả năng quan sát (Disability Glare) ………37

a- Độ chói gây lóa tương đương b-Hệ số chói lóa S và chỉ số chói lóa P

4

2 Chói lóa mất tiện nghi (Discomfort Glare) ……….39

a-Theo tiêu chuẩn TCVN 16:1986 b-Định mức chói lóa thống nhất UGR (Unified Glare Rating) theo CIE c-Cách tính d-Đánh giá e-Áp dụng Biểu đồ Bodman-Sollner để đánh giá chói lóa 3 Góc bảo vệ của đèn ……… 43

4 Phòng làm việc có màn hình VDT (Video Display Terminal) ……….44

V CHIẾU SÁNG SỰ CỐ CHO CÁC TÒA NHÀ ……….44

1- Các yêu cầu theo tiêu chuẩn TCXD 16:1986 ……… 44

2- Các yêu cầu theo tiêu chuẩn CIE S 020/E:2007 ……….45

a-Yêu cầu giới hạn độ rọi b-Yêu cầu giới hạn độ chói giảm khả năng quan sát c-Yêu cầu thời gian đáp ứng và thời gian tồn tại VI CÁC KIỂU CHIẾU SÁNG – PHÂN LOẠI CHÓA ĐÈN THEO CIE ……….47

1 Các kiểu chiếu sáng ………47

2 Phân loại chóa đèn theo CIE ………48

3 Cách tính hệ số sử dụng của một bộ đèn ………48

a- Cách tính b-Ví dụ tính hệ số sử dụng 4 Tỷ số bố trí đèn ………50

VII CÁC YẾU TỐ KHÁC TRONG THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG BÊN TRONG CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG……….51

1 Yếu tố màu ( colour aspects)……… 51

a- Nhiệt độ màu của đèn b-Chỉ số truyền đạt màu CRI (colour rendering index) 2 Hạn chế nhấp nháy (flickering)……….53

3 Kết hợp với ánh sáng ban ngày (daylight)……… 53

VIII KINH NGHIỆM CHUYÊN GIA TRONG CÁC KIỂU CHIẾU SÁNG BÊN TRONG………54

1- Chiếu sáng trực tiếp và định hướng ………54

2- Chiếu sáng trực tiếp, khuếch tán (direct, diffuse lighting) ………55

3- Chiếu sáng gián tiếp (indirect) ………56

4- Chiếu sáng trực tiếp và gián tiếp (direct and indirect) ………57

5

5- Chiếu sáng quét (washlighting) ………59

a- Chiếu sáng quét đối xứng (symmetrical washlighting) b-Chiếu sáng quét bất đối xứng (asymmetrical washlighting) 6- Chiếu sáng điểm nhấn (accent lighting)……….63

7- Chiếu sáng với đèn chiếu hình (projection lighting) ………64

8- Chiếu sáng dẫn hướng (orientation lighting) ……….65

IX MỘT SỐ KÝ HIỆU LOẠI CHÓA ĐÈN TRÊN BẢN VẼ MẶT BẰNG CHIẾU SÁNG ……….66

U CHƯƠNG 3U : CHIẾU SÁNG BÊN NGOÀI I ĐẠI CƯƠNG ……….67

1 Các đối tượng thiết kế chiếu sáng bên ngoài ……… 67

2 Các yêu cầu chỉ tiêu kỹ thuật………67

3 Các tiêu chuẩn chiếu sáng bên ngoài ……….67

II PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ……… 67

1 Phương pháp cường độ sáng ……….67

2 Phương pháp quang thông ………68

III HẠN CHẾ CHÓI LÓA ………69

1 Định mức chói lóa GR (Glare Rating ……….69

a- Công thức định nghĩa b- Cách tính toán c-Đánh giá định mức chói lóa GR 2 Chỉ số hạn chế chói lóa G (Glare Limit Index) ……….70

a- Công thức b-Cách tính SLI c-Đánh giá chỉ số hạn chế chói lóa G IV YÊU CẦU ĐỘ RỌI CHO KHU VỰC, CÔNG VIỆC VÀ HOẠT ĐỘNG BÊN NGOÀI ………71

1- Bậc thang độ rọi tiêu chuẩn ……….71

a- Bậc thang độ rọi theo tiêu chuẩn TCXDVN 333:2005 b-Bậc thang độ rọi theo tiêu chuẩn CIE S 015/E:2005 2- Yêu cầu độ rọi duy trì tối thiểu ………72

a- Theo tiêu chuẩn TCXDVN 333:2005 b-Theo tiêu chuẩn CIE S 015/E:2005

6

V CHIẾU SÁNG MẶT TIỀN KIẾN TRÚC VÀ TƯỢNG ĐÀI ………72

1 Chiếu sáng mặt tiền kiến trúc ……….72

2 Chiếu sáng tượng đài ………74

VI CHIẾU SÁNG THỂ THAO NGOÀI TRỜI ………75

1 Diện tích các sân thể thao và hồ bơi ………75

2 Tóm tắt các yêu cầu chiếu sáng các sân thể thao ………75

3 Các yêu cầu về cao độ đặt đèn ………76

a- Cao độ đặt đèn cho sân bóng đá và sân vận động đa chức năng b-Cao độ đặt đèn chiếu sáng cho sân quần vợt c-Cao độ đặt đèn chiếu sáng cho sân bóng chuyền, bóng rổ, cầu lông d-Cao độ đặt đèn chiếu sáng cho bể bơi ngoài trời 4 Các thiết kế điển hình về chiếu sáng thể thao ………79

a- Chiếu sáng sân bóng đá b- Chiếu sáng sân quần vợt c-Chiếu sáng hồ bơi VII CÁC YÊU CẦU KHÁC CHO CHIẾU SÁNG NGÒAI TRỜI ………81

1- Độ rọi duy trì ở vùng cận xung quanh vùng làm việc ……….81

2- Lưới đo kiểm ………81

a- Lưới đo kiểm cho chiếu sáng các khu vực làm việc ngoài nhà b-Lưới đo kiểm cho các sân thể thao 3- Vấn đề ô nhiễm ánh sáng hay ánh sáng cản trở (obstrusive light) ………82

VIII CÁC LOẠI ĐÈN PHA ……… 84

1 Đèn pha chóa tròn, chỉnh tiêu cự………84

2 Đèn pha chóa tròn công suất cao………85

3 Đèn pha vạn năng chóa vuông.……….86

U CHƯƠNG 4U : CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG I ĐẠI CƯƠNG ………87

1 Đối tượng thiết kế chiếu sáng giao thông ……… 87

2 Các chỉ tiêu kỹ thuật ………87

3 Các tiêu chuẩn thiết kế……….87

a-Tiêu chuẩn Việt Nam b-Tiêu chuẩn quốc tế tham khảo

7

II MỨC ĐỘ CHÓI (LUMINANCE LEVEL) ………88

1 Hệ số độ chói (luminance coefficient) ……….88

2 Phương pháp độ chói trung bình ……….89

a-Công thức b-Cách tính toán III HỆ SỐ ĐỒNG ĐỀU CỦA ĐỘ CHÓI ……….92

1 Hệ số đồng đều chung (overall uniformity) Uo ……….92

2 Hệ số đồng đều dọc (longitudal uniformity) U l ……… 92

IV HẠN CHẾ CHÓI LÓA ………93

1 Mức tăng ngưỡng tương đối (Relative Threshold Increment) ……….93

a- Công thức b- Cách tính c- Đánh giá Mức tăng ngưỡng tương đối TI 2 Chỉ số hạn chế chói lóa G (glare control mark) ………94

a-Công thức b-Cách tính SLI c-Đánh giá chỉ số hạn chế chói lóa G V QUANG PHỔ CỦA ĐÈN ………95

VI BỐ TRÍ ĐÈN VÀ TÁC DỤNG DẪN ĐƯỜNG ……….95

1 Các cách bố trí đèn ……… 95

2 Cách bố trí đèn trên đoạn đường cong ………96

3 Bố trí đèn tại các giao lộ………96

VII CHÓA ĐÈN ĐƯỜNG……….97

1 Các loại đèn đường trang trí đô thị ………97

2 Các loại đèn đường cột cao ………98

3 Đèn đường đạt chuẩn ……….99

U CHƯƠNG 5U : ĐÈN VÀ CHÓA ĐÈN I CÁC LOẠI ĐÈN (LAMPS) ………101

1 Đèn sợi đốt (Incandescent lamps) ……….101

a-Đèn sợi đốt thông dụng (GSL) b-Đèn sợi đốt đa năng (đèn A) c-Đèn R và PAR d-Đèn tungsten –halogen 2 Đèn phóng điện (Discharge lamps) ……….103

8

a-Đèn huỳnh quang thông dụng (General Fluorescent lamps) b-Đèn huỳnh quang compact c-Đèn Sodium cao áp HPS (High pressure sodium lamps) d-Đèn Metal Halide (MH) e-Đèn sodium thấp áp (Low pressure sodium lamps) f-Đèn cao áp hơi thủy ngân HP-MV (High pressure

- Mercury Vapour Lamps) g-Đèn thủy ngân trực tiếp (hỗn hợp) (Blended lamps)

3 Dữ liệu chi tiết về các đèn thông dụng ………108

4 Ứng dụng thích hợp cho các nguồn sáng thông dụng ……….109

II CÁC MÃ ĐÈN QUỐC TẾ ……… 109

1- Mã đèn ILCOS ………109

2- Mã đèn LBS……….109

3- Một số mã đèn tiêu biểu tương đương giữa 2 hệ thống mã đèn ILCOS và LBS ……….111

III ĐẶC TÍNH CÁC ĐÈN THÔNG DỤNG ……….114

IV CÁC MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ………127

1- Vấn đề tiết kiệm năng lượng ……….127

2- Các phụ tùng của bộ điều khiển đèn ……….127

a-Ballast b-Bộ mồi c-Tắc-te (starter) 3- Các mạch đèn ……….128

a-Mạch đèn metal halide và sodium cao áp b-Mạch đèn sodium thấp áp c- Mạch đèn huỳnh quang d-Mạch đèn khẩn cấp (emergency light) V LOẠI ĐÈN CHO CÁC KHÔNG GIAN VÀ HOẠT ĐỘNG ……….129

VI CHÓA ĐÈN DÙNG CHO CHIẾU SÁNG BÊN TRONG ……….132

1- Ray đèn (light tracks) ……….132

2- Đèn chiếu điểm (spotlights)……….132

3- Đèn pha (floodlights) ………134

4- Đèn quét tường (wallwashers) ………134

5- Kết cấu sáng (light structures) ……….137

6- Đèn chiếu xuống (downlights) ………140

7- Đèn bàn (task lights)……….144

8- Chóa đèn lắp tường (wallmounted luminaire) ………145

9

9- Đèn chiếu biên (perimeter luminaires) ……….146

10- Đèn âm nền (recessed floor luminaires) ……….148

11- Đèn dẫn hướng (oriention luminaires) ……….149

12- Đèn chỉ dẫn (directive luminaires) ……….149

U PHỤ LỤC AU: CÁC YÊU CẦU ĐẠT CHUẨN CHO CHIẾU SÁNG BÊN TRONG THEO CIE/ISO 8995 :2002 ……….…….151

U PHỤ LỤC BU: CÁC YÊU CẦU ĐẠT CHUẨN CHO CHIẾU SÁNG BÊN NGOÀI THEO CIE/ISO 8995 :2005……….………163

U PHỤ LỤC CU: CÁC YÊU CẦU ĐẠT CHUẨN CHO CHIẾU SÁNG THỂ THAO THEO EN 12193 :1999……….………….171

U PHỤ LỤC DU: PHÂN BỐ QUANG THÔNG CỦA CÁC LOẠI CHÓA ĐÈN……….177

U PHỤ LỤC EU: HỆ SỐ LỢI DỤNG QUANG THÔNG CỦA CÁC CHÓA ĐÈN ……….178

U PHỤ LỤC FU: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ BÓNG ĐÈN THÔNG DỤNG ………189

U PHỤ LỤC GU: BẢNG PHẢN XẠ CHO CÁC LOẠI MẶT ĐƯỜNG R1, R2, R3, R4 ……….191

U PHỤ LỤC HU : BẢNG CÁC CHÂN ĐÈN………195

U PHỤ LỤC IU : CÁC THUẬT NGỮ CĂN BẢN VỀ CHIẾU SÁNG ……….197

U CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢOU ……… 202

-oOo -

10

11

U

CHƯƠNG 1U : LÝ THUYẾT CƠ SỞ

VỀ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG

I UCÁC ĐẠI LƯỢNG QUANG TRẮC VÀ ĐƠN VỊU:

1 UQuang thông (luminous fluxU):

Quang thông là năng lượng ánh sáng, được phát ra bởi một nguồn sáng, hay được thu nhận bởi một mặt được chiếu sáng, trong một đơn vị thời gian

Ký hiệu quang thông là  (phi), đơn vị là lumen (lm), bội số của lumen là kilolumen (klm) : 1 Klm = 1.000lm

U

Ví dụ U: Một đèn sợi đốt công suất 100W cho ra quang thông 1.600lm; một đèn huỳnh quang 40W cho ra quang thông 3.350lm

• UQuang hiệu (luminous efficacy)U:

Quang hiệu, hay hiệu suất phát quang, là quang thông (lm) phát ra tính theo mỗi đơn vị công suất (watt) của bóng đèn:

Ta có thể xem quang thông của một bóng đèn có công suất P, và quang hiệu của các loại đèn bằng cách xem catalogue của hãng sản xuất hoặc xem Bảng 33, Phụ Lục 9, TCXDVN 333, được trích trong Phụ lục F giáo trình này

2 UCường độ sáng (luminous intensity)U:

a- UKhái niệm góc khốiU:

• UGóc phẳngU: trên một đường tròn tâm O, bán kính R, xem một

cung tròn AB chắn bởi một góc α ở tâm O

Góc khối, đo bằng đơn vị steradiant (sr), có trị số: ω = A2

R (3)

Như vậy từ tâm O nhìn cả mặt cầu, thì ta có góc khối của cả không gian

bằng 4πR2/R2 = 4π sr Tương tự, góc khối của nửa không gian là 2π

sr

Góc khối nhìn một chỏm cầu từ tâm O của hình cầu

có thể tính theo công thức theo nửa góc đỉnh  (gamma)

 = 2π(1 – cos) (4)

U

Ví dụU: góc khối nhìn một phần mặt cầu từ tâm của nó,

với trị số là  sr, thì nửa góc đỉnh bằng:  = Arccos [1 - /2] = /3 r = 60o

• UGóc khối từ điểm O nhìn một mặt A bất kỳU:

Xem một mặt phẳng (A) bất kỳ, có diện tích A, có tâm

M, pháp tuyến với A tại M làm một góc α với tia OM

Góc khối nhìn (A) từ một điểm O ngoài (A) được định

nghĩa theo công thức:

ω = A.cosα

2R

(5)

Góc khối  này có trị số lớn nhất khi pháp tuyến mặt A trùng với tia OM ( = 0)

U

Ví dụU: Một mặt phẳng (A), diện tích 4 m2, được quan sát từ điểm O, cách xa 20m, góc nhìn từ

O đến (A) tạo với pháp tuyến của (A) một góc 60o Góc khối nhìn (A) từ O là:  = 4 x cos600 / 202

= 0,005 sr

b- UCường độ sángU:

13

Cường độ sáng là quang thông phát xạ trong một đơn vị góc khối, theo một phương xác định Ký hiệu của cường độ sáng là I, đơn vị của cường độ sáng là candela (cd) : 1cd = 1 lm / sr Bội số của candela là kilocandela (kcd): 1 kcd = 1.000 cd

Công thức định nghĩa của cường độ sáng: I =

c- UĐường cong phân bố cường độ sáng IDC (Intensity Distribution Curve)U:

Để biểu diễn cường độ sáng theo các phương của một bộ đèn (chóa đèn), người ta dùng đường cong phân bố cường độ sáng IDC Đó chính là đường cong đặc trưng của bộ đèn

Nếu bộ đèn có đối xứng tròn xoay (ví dụ bộ đèn lon chóa tròn), người ta chỉ cần một đường IDC trên một mặt phẳng kinh tuyến

của tọa độ cầu là đủ

Nếu bộ đèn có đối xứng 2 trục (ví dụ hộp đèn ống huỳnh quang), người ta phải dùng 2 đường IDC

trên 2 mặt phẳng kinh tuyến, 0-180o (mặt C0) và 90-270o

(mặt C90), cùng vẽ trên một biểu đồ IDC, để biểu diễn đặc

tính của bộ đèn

Khi lập đường cong IDC của một bộ đèn, người ta chuẩn hóa quang thông của bóng đèn bằng 1klm = 1.000lm Giá trị cường độ sáng theo một phương, theo biên độ của đường cong IDC, là

Ví dụ U: Một bộ đèn chiếu sáng đường phố đạt chuẩn TCVN 5828 IDC dạng bán rộng Ở góc α

= 60o, trong mặt phẳng kinh tuyến 0 -180o, có cường độ sáng tương đối là 300 cd/klm

Vậy nếu lắp bộ đèn với bóng đèn metal halide 250w có quang thông 30,5 klm, thì theo

phương 60o, đèn có cường độ sáng là: I = 300 x 30,5 = 9.150 cd

3 UĐộ rọi (illuminance)U:

14

a UĐịnh nghĩaU:

Độ rọi tại một điểm trên một mặt phẳng là quang thông rơi

trên một đơn vị diện tích tại điểm đó Ký hiệu độ rọi là E,

đơn vị là lux (lx): Φ

E =

E (lx): độ rọi;  (lm): quang thông; A (m2): diện tích

Độ rọi thường nói đến là độ rọi ngang, nghĩa là độ rọi bình quân trên mặt phẳng ngang Độ rọi có được trong thực tế còn tùy thuộc hệ số sử dụng của bộ đèn, và hệ số duy trì của thiết kế, sẽ khảo sát ở các chương sau

b UCác trị số độ rọi trong thực tếU:

Đêm trăng rằm

Đủ tìm đường thoát nạn ra khỏi nhà

Nhận rõ mặt người

Lối đi và khu vực làm việc ngoài trời

Khu vực đỗ xe

Định hướng ở nơi không ở lâu

Phòng làm việc không liên tục

Độ rọi tối thiểu cho công việc liên tục

200-500 300-750 500-1000

1000 1000-2000

2000 5.000 100.000

Công việc bằng mắt đơn giản Công việc bắng mắt, khó trung bình Công việc bằng mắt, mức độ khó cao Trời nhiều mây

Công việc rất phức tạp, quan sát tỷ mỷ Độ rọi tối đa tại nơi làm việc

Độ rọi tiêu điểm trên bàn mổ Nắng giữa trưa nhiệt đới

c UQuan hệ giữa độ rọi và cường độ sángU:

Xem một điểm M trên mặt phẳng ngang S, cách nguồn sáng O một khoảng r Góc giữa phương chiếu từ O đến M và pháp tuyến của S tại M là α Độ rọi ngang tại điểm M được tính theo công thức:

α 2

0 = I’620 ΦL = 290 x 15 = 4.350 cd; cos 62o = 0,469 Suy ra độ rọi

bởi 2 đèn tại điểm giữa 2 cột là:

E = 2 x Iα cos3α / h2

= 2x4.350 x 0,4693/82 = 14 lx

Chú ý, kết quả của bài toán này chưa kể

đến hệ số duy trì

d UĐộ rọi trung bìnhU: Người ta thường dùng công thức độ rọi trung bình để thiết kế chiếu

sáng đơn giản:

đèn (theo catalog đèn, thường có trị số từ 0,35 đến 0,7);

MF(Maintenance factor): hệ số duy trì của thiết kế ( thường

có trị số từ 0,67 đến 0,80

CIE khuyến nghị nên thiết kế sao cho MF ít nhất bằng 0,7 để

tiết kiệm năng lượng) Đôi khi người ta định nghĩa hệ số dự

16

U

Ví dụ U: Một hội trường diện tích 100m2, được thiết kế chiếu sáng với độ rọi 400lx, dùng đèn huỳnh quang chóa tán xạ 2x18w/2400lm Cho biết hệ số sử dụng 0,52 và hệ số duy trì bằng 0,8 Hỏi phải dùng bao nhiêu bộ đèn cho thiết kế này?

n = A.Eav / (L.UF.MF) = (100 x 400) / (2400 x 0,52x0,8) = 40 bộ

4 UĐộ chói (luminance)U:

a UĐịnh nghĩaU:

Độ chói của một nguồn mặt, hay của một mặt chiếu

sáng phản xạ, là tỷ số của cường độ sáng theo

phương quan sát chia cho diện tích hiệu dụng của

mặt đó nhìn theo phương quan sát

Độ chói ký hiệu là L, có đơn vị là candela / m2 (cd/m2): L = Iα

trong mặt phẳng 0-180o là 85 cd/klm Hỏi theo góc đó bộ đèn có độ chói bằng bao nhiêu?

I = I’.L= 85 x 4,8 = 408 cd Suy ra độ chói theo phương 65o của bộ đèn: L = I / (A.cos65o) = 408/(0,2x1,3x0,4226)= 3.713 cd/m2

b UCác trị số độ chói thực tếU:

L (cd/m2) Độ chói L (cd/m2) Độ chói

5 x 10 6

> 500.000 30.000 5.000 1.000

1

<0,01

Mặt trời mới mọc Đèn Metal halide Mặt giấy trắng dưới nắng Độ chói gây lóa mắt Bóng đèn huỳnh quang Độ chói trên mặt đường Chỉ có tế bào hình que làm việc

17

c UBản chất của bề mặt nhận ánh sángU:

Một bề mặt được chiếu sáng với quang thông tới , thì:

- Một phần quang thông bị hấp thụ: α = α  (15)

- Một phần quang thông quang thông xuyên sáng qua bên kia bề mặt:  = . (16)

- Một phần quang thông phản xạ:  =   (17)

Ta luôn luôn có:  = α +  + Suy ra: α + τ + ρ = 1 (18)

α : hệ số hấp thụ (absorption factor)ï; τ : hệ số xuyên sáng (transmission factor); ρ: hệ số phản xạ (reflection factor) Các hệ số đều nhỏ hơn 1, và là tính chất của bề mặt nhận ánh sáng

Bề mặt vật chất Hệ số hấp thụ (%) Hệ số phản xạ (%) Hệ số xuyên sáng (%)

Thủy tinh trong suốt

Thủy tinh bề mặt hạt lăng trụ (chóa

d UBề mặt phản xạ khuyết tán hoàn toànU:

Khảo sát các bề mặt vật chất khác nhau, ta thấy chúng có các đặc tính phản xạ khác nhau, khi so sánh cường độ sáng một tia tới với cường độ sáng các tia phản xạ:

Phản xạ định hướng Phản xạ hỗn hợp định hướng Phản xạ hỗn hợp khuyếch tán

Phản xạ khuyếch tán hoàn toàn

Một mặt được gọi là có đặc tính phản xạ khuyếch tán hoàn toàn, khi cường độ phản xạ có phân

18

Io (cd/m2): cường độ sáng theo phương pháp tuyến với mặt phẳng; Iα (cd/m2): cường độ sáng

phản xạ theo phương α

Ta chứng minh được, khi mặt phẳng nhận ánh sáng có đặc tính phản xạ khuyếch tán hoàn toàn, thì độ chói phản xạ theo các phương nhìn đều bằng nhau: L1 = L2 = Lo

Lα = Lo (20) e- UĐịnh luật LambertU:

Độ chói phản xạ của một mặt phẳng phản xạ

khuyếch tán hoàn toàn thì tỷ lệ với độ rọi trên mặt

phẳng đó và hệ số phản xạ của nó:

L (cd/m2): độ chói phản xạ trên mặt phẳng; E (lx): độ rọi trên mặt phẳng;  : hệ số phản xạ của mặt phẳng

f- UHệ số phản xạ của một số bề mặt vật liệuU:

Bề mặt vật liệu  Bề mặt vật liệu  Bề mặt vật liệu 

Lớp mạ bạc

Thạch cao

Gương soi

Bột màu trắng

Màu sáng nhạt

B.tông xám và sáng nhạt

Gra-nít, gạch bông xám

0,93 0,90 0,85 0,80 0,70 0,60 0,45

Vôi vàng lạt Đá tảng, gạch bông đậm Cát trắng

Sàn gỗ ép, pa-kê Bê-tông nhựa màu sáng Đất sạch

Cỏ nhân tạo

0,40 0,30 0,25 0,25 0,22 0,20 0,20

Cát vàng Gạch lát đường B.tông nhựa màu t.bình Mốc đồng, gang Sàn bê tông, vãi, gỗ sơn Sàn gỗ ván

Cỏ xanh

0,17 0,17 0,16 0,15 0,13 0,10 0,08

Bề mặt sáng:  > 0,4; Bề mặt phản xạ trung bình: 0,2 <  < 0,4; Bề mặt tối:  < 0,2

U

Ví dụ U: Một mặt tiền kiến trúc bằng gra-nít có hspx 0,45, muốn có một độ chói bằng 10 cd/m2, thì phải được chiếu sáng với độ rọi bằng bao nhiêu? E = L π /  = 10 x 3,14 / 0,45 = 70 lx

5 UNhiệt độ màu (colour temperature)U:

Một vật đen tuyệt đối, được nung nóng lên từ 2.000oK đến 10.000 oK, người ta có phổ màu của nó để so sánh với màu của các nguồn sáng

19

a UMột số ví dụ về nhiệt độ màUu:

Nguồn sáng Nhiệt độ màu ( o K) Nguồn sáng Nhiệt độ màu (oK)

Aùnh sáng trăng (moonlight) Aùnh sáng mặt trời (sunlight) Aùnh sáng ban ngày (daylight) Bầu trời xanh trong

4.100 5.000 – 6.000 5.800 – 6.500 10.000 – 26.000

b UCác thang nhiệt độ màu theo CIE và đèn ví dụU:

Tên gọi thang nhiệt độ màu Viết tắt o K Ánh sáng Mã đèn h/q tiêu biểu (Phillips)

Đỏ cam Vàng Xanh

29,33,82,83,92,9330,31,32,41

84, 9420, 21, 22, 25

25, 76, 86, 9610, 11, 12, 72

c UBiểu đồ KruithoffU:

Thực nghiệm cho thấy nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp (màu ấm) chỉ phù hợp cho việc chiếu sáng với độ rọi thấp Với những nơi có yêu cầu chiếu sáng với độ rọi cao, người ta phải dùng các nguồn sáng có nhiệt độ màu cao (màu lạnh)

Ví dụ thiết kế chiếu sáng với độ rọi 300 lx, người ta nên dùng đèn có nhiệt độ màu > 3.000 o K

b UCấp chiếu sáng theo chỉ số truyền đạt màuU:

Cấp truyền đạt màu Rất tốt

1A

Tốt 1B

Vừa 2A

Không tốt lắm 2B

Kém

3

Rất kém

4 Chỉ số Ra Ra ≥ 90 80≤Ra<90 70≤Ra<80 60≤Ra<70 40≤Ra<60 20≤Ra<40

Đèn sợi đốt, halogen

Đèn h/q compact

Đèn huỳnh quang

Đèn thủy ngân cao áp

Đèn Metal halide

Đèn cao áp Sodium

II UKHÁI NIỆM CÁC YÊU CẦU CỦA KỸ THUẬT CHIẾU SÁNGU:

1 UCác yêu cầu của môi trường chiếu sángU:

Một môi trường chiếu sáng được thiết kế tốt cho phép con người:

- Nhìn thấy, và di chuyển an toàn;

- Thực hiện các công việc bằng mắt một cách hiệu quả, chính xác, an toàn;

- Không gây mệt mõi thị giác, và mất tiện nghi thị giác

Chất lượng chiếu sáng yêu cầu:

- Đủ độ rọi (illuminance,) đơn vị đo bằng lux (lx);

- Đủ độ chói, đơn vị đo bằng candela/m2 (cd/m2);

21

- Hạn chế chói lóa giảm khả năng quan sát (disability glare), và chói lóa mất tiện nghi (discomfort glare) Có những đại lượng chỉ tiêu thực nghiệm khác nhau cho chiếu sáng trong nhà và ngoài trời;

- Chỉ số truyền đạt màu, và một số các yêu cầu khác, tùy theo loại chiếu sáng

2 UCác tiêu chuẩn thiết kế chiếu sángU:

Các tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng hiện hành yêu cầu các thiết kế phải phù hợp:

* Các tiêu chuẩn Việt Nam: TCXD 16:1986, Chiếu sáng nhân tạo trong các công trình xây dựng; TCXDVN 333:2005, Chiếu sáng nhân tạo bên ngoài các công trình công cộng và kỹ thuật hạ tầng đô thị; TCXDVN 259:2001, Chiếu sáng nhân tạo đường phố quãng trường đô thị;

* Các tiêu chuẩn quốc tế cần tham khảo: ISO 8995:2002 (CIE S 008/E:2001), Lighting of indoor work places; ISO 9885-2: 2005(E) (CIE S 015/E), Lighting of work places – Part 2: Outdoor Các tiêu chuẩn của Uỷ ban Chiếu sáng Quốc tế CIE (Commission International de L’Eclairage) có văn phòng đặt tại Viên, Aùo, là các tiêu chuẩn đặc biệt quan trọng, được tổ chức tiêu chuẩn thế giới ISO công nhận Do đó các kỹ sư và kiến trúc sư Việt Nam thường tham khảo các tiêu chuẫn này, để bổ xung cho tiêu chuẩn Việt Nam, khi làm công tác thiết kế

3 UPhân biệt chiếu sáng làm việc và chiếu sáng mỹ thuậtU:

Các tiêu chuẩn chiếu sáng chỉ quy định cho chiếu sáng làm việc

Chiếu sáng mỹ thuật là một phạm trù khác nhằm tạo sự dễ chịu, tạo phong cách cho không gian, nhấn mạnh các tiêu điểm gây chú ý, hoặc tạo các hiệu ứng đặc biệt trong quảng cáo,v.v…

Chiếu sáng mỹ thuật hoàn toàn do nghệ thuật của các kỹ sư và kiến trúc sư tạo nên, là một tùy biến cho sáng tạo của người thiết kế, không có quy định tiêu chuẩn, nhưng đôi khi cũng có truyền thống hoặc tập quán

III UPHÂN LOẠI KỸ THUẬT CHIẾU SÁNGU:

Người ta phân ra các kỹ thuật chiếu sáng khác nhau tùy theo lĩnh vực và đối tượng của thiết kế chiếu sáng Có thể phân loại như sau:

1 UChiếu sáng bên trong (indoor lighting):

- Chiếu sáng nhà ở, các công trình dân dụng ( gồm cả siêu thị, bệnh viện, trường học, khách sạn, nhà hàng ăn, dịch vụ, văn phòng ,… )

- Chiếu sáng các nhà công nghiệp: nhà sản xuất, nhà kho;

22

- Chiếu sáng các công trình thể thao trong nhà;

- Chiếu sáng bãi đỗ xe (trong nhà);

- Chiếu sáng nhà ga sân bay (phần trong nhà)

2 UChiếu sáng bên ngoài (outdoor lighting):

a- UChiếu sáng các công trình đô thịU:

- Chiếu sáng các điểm đỗ giao thông công cộng ngoài trời;

- Chiếu sáng đường, cầu, hầm dành cho người đi bộ;

- Chiếu sáng bên ngoài các khu trường học, bệnh viện, trung tâm thương mại, hội chợ triễn lãm, các trụ sở;

b- UChiếu sáng công viên, vườn hoa:

- Chiếu sáng chung khu vực công ra vào;

- Chiếu sáng sân tổ chức các hoạt động ngoài trời;

- Chiếu sáng đường đi dạo;

- Chiếu sáng cảnh quan, thảm cỏ, bồn hoa, mặt nước;

c- UChiếu sáng các công trình kiến trúc, mỹ thuật:

- Chiếu sáng mặt dựng các công trình;

- Chiếu sáng tượng đài;

- Chiếu sáng đài phun nước;

d- UChiếu sáng các công trình Thể dục thể thao ngoài trời:

- Chiếu sáng sân bóng đá, sân vận động đa năng;

- Chiếu sáng sân quần vợt (tennis);

- Chiếu sáng sân bóng chuyền, bóng rổ, cầu lông;

- Chiếu sáng bể bơi ngoài trời;

- Chiếu sáng phục vụ truyền hình màu;

3 UChiếu sáng đường giao thông (road lighting)U:

Gồm chiếu sáng đường, đường phố, quãng trường đô thị

23

U

CHƯƠNG 2U : CHIẾU SÁNG BÊN TRONG

I UĐẠI CƯƠNGU:

1 UCác đối tượng thiết kế chiếu sáng bên trongU:

Chiếu sáng bên trong (indoor lighting) các công trình xây dựng, còn gọi là chiếu sáng trong nhà (chiếu sáng nội thất), bao gồm các kỹû thuật thiết kế chiếu sáng cho các công trình:

- Nhà ở và công trình công cộng như trường học, bệnh viện, cơ quan, văn phòng ,…

- Nhà công nghiệp: nhà xưởng sản xuất, nhà kho,…

- Các công trình thương mại: cửa hàng thương mại, siêu thị, cửa hàng dịch vu,

- Các trung tâm thể thao trong nhà,…

Theo chức năng, chiếu sáng trong nhà được chia ra các loại: chiếu sáng làm việc, chiếu sáng sự cố, chiếu sáng phân tán người, chiếu sáng bảo vệ, chiếu sáng mỹ thuật

Chiếu sáng làm việc còn được chia làm các loại: chiếu sáng chung (general lighting) và chiếu sáng tại chỗ (local lighting) Chiếu sáng chung có thể là chiếu sáng chung đều hoặc chiếu sáng chung khu vực (localized general lighting)

Chiếu sáng trong nhà được thực hiện với các bộ đèn (luminaires) rất nhiều loại Đèn (lamp) lắp trong các bộ đèn gồm các loại thông dụng theo công nghệ hiện nay: đèn sợi đốt và halogen, đèn huỳnh quang thông dụng và huỳnh quang compact, đèn thủy ngân cao áp, đèn sodium cao áp, đèn sodium thấp áp, đèn metal halide

2 UCác chỉ tiêu của môi trường chiếu sángU:

Thiết kế chiếu sáng nội thất phải bảo đảm các yêu cầu: Năng suất thị giác (Visibility

Performance), An toàn thị giác (Visibility Safety), và Tiện nghi thị giác ( Visibility Comfort)

Do đó các chỉ tiêu kỹ thuật của môi trường chiếu sáng phải đạt là:

* Độ rọi (illuminance): Độ rọi ngang, Độ rọi đứng, Độ rọi trụ, Hệ số đồng đều

* Phân bố độ chói (luminance distribution): Độ chói thích nghi của trần và tường, Độ chói của bối cảnh, Độ tương phản, Độ nhìn rõ

* Hạn chế chói lóa: Chói lóa mất tiện nghi (discomfort glare), Chói lóa giảm khả năng quan sát (disability glare)

* Định hướng ánh sáng (directionality of light): các kiểu chiếu sáng, các loại đèn theo phân loại CIE

24

* Yếu tố màu ( colour aspects): nhiệt độ màu của đèn, chỉ số truyền đạt màu (colour rendering index)

* Hạn chế nhấp nháy (flickering)

* Kết hợp với ánh sáng ban ngày (daylight)

* Điều khiển và bảo dưỡng đèn

3 UCác tiêu chuẩn của thiết kế chiếu sáng bên trongU:

Ngoài chiếu sáng mỹ thuật ra, tất cả các loại chiếu sáng đều phải tuân theo các quy định chặt chẽ của các tiêu chuẩn quốc gia hay quốc tế, ví dụ:

TCXD 16:1986 – Chiếu sáng nhân tạo trong các công trình dân dụng

TCXDVN 253:2001 – Lắp đặt chiếu sáng cho các công trình công nghiệp – yêu cầu chung ISO 8995 (CIE S 008/E) – Lighting of indoor workplaces ( Chiếu sáng các địa điểm làm việc trong nhà)

EN 1838 ; CIE S 020/E:2007 - Emergency lighting (Chiếu sáng khẩn cấp)

II UĐỘ RỌI CHO CHIẾU SÁNG TRONG NHÀU:

Độ rọi ngang trên mặt phẳûng làm việc (0,8m cách sàn) là điều kiện tiên quyết trong mọi thiết kế chiếu sáng trong nhà

1 UBậc thang độ rọiU: Theo tiêu chuẩn TCXD 16:1986, ta có 27 bậc trong Bậc thang độ rọi:

Bậc thang I II III IV V VI VII VIII IX Độ rọi (lx) 0,2 0,3 0,5 1 2 3 5 7 10 Bậc thang X XI XII XIII XIV XV XVI XVII XVIII Độ rọi (lx) 20 30 50 75 100 150 200 300 400 Bậc thang XIX XX XXI XXII XXIII XXIV XXV XXVI XXVII Độ rọi (lx) 500 600 750 1.000 1.250 1.500 2.000 2.500 3.000

* Theo tiêu chuẩn ISO 8995 (CIE S 008/E):2002, ta có 15 bậc trong bậc thang độ rọi:

20 30 50 75 100 150 200 300 500 750 1.000 1.500 2.000 3.000 5.000 lx

20 lx là độ rọi nhìn rõ mặt người, 5.000 lx là độ rọi yêu cầu trên bàn mổ trong bệnh viện

Các bậc độ rọi cách nhau 1,5 lần ; đó là mức phân biệt được của mắt người

25

2 UĐộ rọi làm việc yêu cầu theo tiêu chuẩnU:

Thường là độ rọi ngang trung bình Etb (Eav) Đó là độ rọi duy trì (maintained illuminance), có kể đến hệ số dự trữ

a- UTheo TCXD 16:1986U: tham khảo các Bảng 3,4,5:

26

27

28 b- UTheo tiêu chuẩn Uûy ban Quốc tế về Chiếu sáng (CIE):

29

Trong tiêu chuẩn CIE S008/E:2002, Mục 5, có quy định cả độ rọi yêu cầu, chỉ số hạn chế chói lóa

và Chỉ số truyền đạt màu Ra (CRI) cho các vị trí làm việc trong nhà (xem Phụ lục A)

Theo CIE, nơi có công việc bằng mắt liên tục, độ rọi làm việc không được nhỏ hơn 200 lx

3 UĐộ rọi của vùng cận xung quanh (immediate surrounding)U:

Theo CIE, vùng tiếp giáp với vùng làm việc, trong khoảng 0,5 m xung quanh, gọi là vùng cận xung quanh Nếu độ rọi trong vùng này giảm nhanh, sẽ làm mất cân bằng phân bố độ chói, mắt mệt do điều tiết thái quá, và sẽ mất tiện nghi thị giác Sau đây là độ rọi quy định cho vùng cận xung quanh theo CIE:

4 UHệ số đồng đềuU:

Hệ số đồng đều là tỷ số giữa độ rọi tối thiểu Emin và độ rọi trung bình Eav trên một mặt phẳng, trong một thiết kế chiếu sáng:

EminU

E

o av

= (1)

Theo CIE, ta nên thiết kế sao cho: * Trong vùng làm việc: Uo ≥ 0,7

* Trong vùng cận xung quanh: Uo ≥ 0,5

5 UCác công thức tính toán độ rọi điểmU:

a UĐộ rọi trên mặt phẳng ngangU:

30

EhP (lx): độ rọi ngang tại điểm P; Io(cd): cường độ sáng của nguồn (điểm) theo phương trục quang

; Iα(cd): cường độ sáng của nguồn (điểm) theo phương đến P; h (m): khoảng cách từ nguồn O

đến P, khi OP thẳng góc với mặt phẳng ngang; d (m): khoảng cách từ nguồn O đến P, khi OP

không thẳng góc với mặt phẳng ngang; α : góc tạo bởi tia chiếu OP, và trục quang OH

b.U Độ rọi trên mặt phẳng đứngU:

Xét một mặt phẳng đứng thẳng góc với mặt phẳng tia tới (mặt phẳng tạo bởi trục quang OH và tia tới OP):

c UĐộ rọi trên mặt phẳng nghiêngU:

Xét một mặt phẳng đứng không thẳng góc với mắt phẳng tia tới (mặt phẳng tạo bởi trục quang OH và tia tới OP), mà có góc  với mặt phẳng này:

2 2

vp

I E

cách từ nguồn O đến P

d UCông thức của nguồn mặt (luminous surface)U:

(6) (7)

31

e UĐộ rọi (bán) tru (semi cylindrical illuminance)ïU:

Tất cả các độ rọi nói trên đều là độ rọi phẳng (plan illuminance) Độ rọi trụ là một tham số để đánh giá độ bảo hòa của một môi trường chiếu sáng

Theo định nghĩa, độ rọi trụ tại điểm P trên mặt phẳng XY (mặt phẳng ngang), là giới hạn độ rọi trung bình trên một mặt bán trụ đặt tại điểm P, có đáy song song với mặt XY, mặt cong hướng về

vị trí mắt người quan sát cũng trong mặt XY, khi bán kính và độ cao mặt bán trụ tiến về 0

(không)

2

(1 cos ) sin

p sc

I E

(1 cos ) cos

p sc

I E

Để xác định độ rọi trụ của một phòng, người ta xác định trên trục dọc qua tâm của phòng, tại vị trí cách tường 1m, ở độ cao 1,5 m

6 UTính toán độ rọi trung bìnhU:

Đây là bài toán đơn giản và thông dụng nhất để tính độ rọi ngang trung bình hoặc số bộ đèn cần thiết cho một thiết kế chiếu sáng

32

Tuy nhiên theo các tiêu chuẩn mới của CIE, các nhà thiết kế được khuyến nghị sử dụng MF min là 0,7 Để có thể chọn giá trị MF có lợi, tham khảo cách tính MF trong Mục VII, Chương 5 giáo trình này, theo hướng dẫn của CIE 97-2006

UF (ηB): hệ số sử dụng quang thông (utilization factor) của bộ đèn Xem mục VI-3 về cách tính hệ số sử dụng quang thông của một bộ đèn

7 UTính toán độ rọi trụ trung bìnhU:

a UCách tínhU:

Để xác định mức độ bão hịa ánh sáng cho một cơng trình cơng cộng, người ta phải tính được độ

rọi trụ của một thiết kế chiếu sáng Thơng thường người ta cĩ thể xác định độ rọi trụ qua độ rọi

ngang trung bình của thiết kế, bằng pp đồ thị (theo TCXD16), cụ thể như sau:

- Xác định chỉ số phịng, loại đèn được sử dụng để thiết kế chiếu sáng, độ rọi ngang trung bình

của thiết kế

Hệ số không gian (cofficient of cavity) còn gọi là chỉ số phòng (room index) được tính theo công thức:

.( )

tt

a b i

- Xác định loại đèn, bằng cách so sánh IDC của bộ đèn với các đường cong IDC theo Hình 4,

TCXD16:

33

- Căn cứ vào chỉ số phòng I đã tính, hệ số phản xạ của tường và sàn, tra các đồ thị trong Hình 6,7,8, và 9, để tìm tỷ số m giữa độ rọi ngang trung bình Etb, và độ rọi trụ Etr: Nếu đèn có IDC loại 1 (I = Io.cos), ta dùng đồ thị hình 6; đèn có IDC loại 2 (I =

34

Sau đó tính được độ rọi trụ của thiết kế là: tb

tr

E E m

III UPHÂN BỐ ĐỘ CHÓI (LUMINANCE DISTRIBUTION)U:

1 UĐộ chói thích nghi cho trần và tườngU:

Theo kinh nghiệm, các thiết kế chiếu sáng trong nhà cho cảm giác dễ chịu phải có:

35

Độ chói tường: 50 đến 100 cd/m2 Độ chói trần: 100 đến 300 cd/m2

Độ chói trung bình tính theo độ rọi trung bình: . av

2 UĐộ chói của bối cảnhU:

Độ chói của bối cảnh (background luminance) Lb là một tham số trung bình dùng để tính toán độ tương phản (contrast), hay tính toán chỉ số chói mất tiện nghi (discomfort glare) trong thiết kế

b

E L

T av

E A

ρ ρ

c c w w f f av

Độ rọi ngang trung bình của phòng: E = 80.400 x 0,72 x 0,76 / (6x15) = 488 lx

Diện tích trần và sàn: Ac = Af = 6 x15 = 90 m2

Diện tích tường: Aw = 2(6+15) x 3,2 = 134,4 m2

Tổng diện tích trần tường sàn: AT = 2 x 90 + 134,4 = 314,4 m2

36

Hệ số phản xạ trung bình của phòng: av = (0,7 x 90 + 0,5 x 134,4 + 0,3 x 90) / 314,4 = 0,5 Độ rọi gián tiếp của phòng: Eind = (80.400 x 0,5) / [314,4 x (1-0,5)] = 256 lx

Độ chói bối cảnh của phòng: Lb = 256 / 3,14 = 81,5 cd/m2

3 UĐộ tương phản và độ nhìn rõU:

Độ tương phản (contrast) là chỉ tiêu cần thiết cho khả năng quan sát trong một môi trường chiếu sáng, nhất là khi cần thiết phân biệt đối tượng, trong sản xuất, trưng bày, hoặc cho các mục đích làm nổi rõ đối tượng trong chiếu sáng trang trí, chiếu sáng kiến trúc

a UĐộ tương phảnU:

v n n

L L K

L

−

= (20)

Lv (cd/m2): độ chói của vật; Ln(cd/m2): độ chói của nền

Có thể cho Lb là độ chói của mplv, tường, kệ trưng bày, hay độ chói bối cảnh Lb, tùy theo trường

hợp

Theo tiêu chuẩn DIN EN của Châu Âu, người ta còn định nghĩa Hệ số thể hiện tương phản CRF (Contrast Rendering Factor), và đánh giá theo các hạng như sau:

0, 91 91

v n n

L L K

CRF

L

−

Công việc bằng mắt Mức độ tương phản CRF hạng CRF CRF min

Mặt bóng láng Cao 1 ≥ 1 0,95

Mặt mờ phản chiếu Trung bình 2 0,85 - 1,00 0,70

Mặt mờ Thấp 3 0,70 - 0,85 0,50

37

b- UĐộ nhìn rõU:

Khi hiệu độ chói của vật và nền (Lv - Ln) tăng lên thì người ta thấy độ tương phản tăng, và ngược lại, khi giảm hiệu số xuống một mức nào đó người ta không còn nhìn thấy rõ vật được nữa Suy ra Độ nhìn rõ phụ thuộc vào một Độ tương phản nhỏ nhất, gọi là ngưỡng tương phản (contrast threshold) Kth

Nghịch đảo của ngưỡng tương phản Kng được CIE định nghĩa là Độ nhạy tương phản tương đối RCS (Relative Contrast Sensibility)

L n (cd/m2) 1 10 100 1.000 10.000 RCS 13,5 36,2 62,2 83,3 100

K th 0,074 0,028 0,016 0,012 0,010

Ngưỡng tương phản Kth phụ thuộc vào Độ chói của nền Thực nghiệm cho thấy khi tăng độ chói nền thì độ nhạy tương phản tương đối RCS cũng tăng, nghĩa là ngưỡng tương phản Kth giảm (nhưng chỉ tăng giảm chậm, theo log của Ln ).Khi tăng Ln lên đến giới hạn 10.000 cd/m2 thì RCS không tăng nữa mà lại giảm, do mắt bị kích quá ngưỡng

Độ nhìn rõ được định nghĩa: .

IV UHẠN CHẾ CHÓI LÓAU:

Chói lóa gây ra do các đèn đặt sai vị trí, đặt quá thấp, chất lượng bộ đèn kém hoặc không thích hợp Ta cần phân biệt các loại chói lóa:

• Chói lóa giảm khả năng quan sát (disability glare): làm ảnh hưởng đến năng suất nhìn, không nhìn rõ

• Chói lóa mất tiện nghi (discomfort glare): làm ảnh hưởng đến tiện nghi thị giác, mất cảm giác dễ chịu

1 UChói lóa giảm khả năng quan sátU:

Thực nghiệm còn cho thấy, ở độ chói nền bình thường, đang có độ tương phản tốt, mà có một vài nguồn sáng nào đó gây nên chói lóa nằm trong trường nhìn của người quan sát, thì độ nhìn rõ cũng giảm Người ta gọi đó là một hiện tượng chói lóa giảm khả năng quan sát (disability glare),

38

trong trường hợp này được khảo sát định lượng bằng cách so sánh độ nhìn rõ, trước tiên phải định nghĩa độ chói gây lóa tương đương

a UĐộ chói gây lóa tương đươngU:

Độ chói gây lóa tương đương(equivalaent vieling luminance) là một tham số chỉ nhiễu loạn gây lóa gây ra do môi trường chiếu sáng thiết kế không tốt Theo định nghĩa, khi có n bộ đèn gây lóa trong trường nhìn, thì độ chói gây lóa tương đương là:

θ

= ∑ (23)

Eeyei (lx): độ rọi đứng tại mắt người quan sát gây nên bởi

đèn thứ i; θi( ) o : góc tạo bởi tia nhìn ngang và tia nhìn

đèn thứ i

2 2

h

h’ = h – 1,5: độ cao từ đèn đến mắt người quan sát

Chỉ tính Lvl cho các đèn có góc θitừ 15o đến 60o, các đèn khác không tính

Độ chói gây lóa tương đương Lvl của các đèn gây chói lóa là một tham số quan trọng để tính nhiều chỉ tiêu hạn chế chói lóa trong chiếu sáng

U

Ví dụU: một đèn cao áp thủy ngân 125W, quang thông 6,2 klm có cường độ sáng tương đối I’ tại góc α = 50o là 250 cd/klm, treo ở độ cao cách nền 6m Hỏi theo hướng đó (θi= 90 – 50 = 40o), bộ đèn gây nên một độ chói gây lóa tương đương bằng bao nhiêu?

Cường độ sáng của đèn theo hướng α = 50 o: I = I’50o x ΦL= 250 x 6,2 = 1550 cd

sinθi= sin 30o = 0,5; cosθi= cos 30o = 0,866; h’ = 6-1,5 = 4,5m

Độ rọi đứng tại mắt người quan sát: E eye=(1.550 x 0,52 x 0,866) / 4,52 = 16,57 lx

Độ chói gây lóa tương gây ra bởi bộ đèn: Lvl = (10 x 16,57) / 302 = 0,184 cd/m2

b UHệ số chói lóa S và chỉ số chói lóa PU:

Độ nhìn rõ khi không có nguồn gây chói lóa: 1

( v n)

th n

L L K

39

Hệ số chói lóa theo định nghĩa: 1

2

V S V

Xem RCS1 ~ RCS2, người ta chứng minh được công thức gần đúng:

n vl n

L L S

L

+

= < 1,06 ;

Suy ra độ chói gây lóa tương đương của các nguồn gây lóa: Lvl < 0,06 Ln = 0,06 x 30 = 0,18 cd/m2

2 UChói lóa mất tiện nghi (Discomfort Glare)U:

a UTheo tiêu chuẩn TCVN 16:1986U: chỉ số chói lóa mất tiện nghi M được định nghĩa (theo công thức Epanetnikov):

0,5 0,5

.

v

o b

L M

L

ω ϕ

Lv (cd/m2): độ chói phần sáng của đèn theo phương của mắt người quan sát;

ω(sr): góc khối phần sáng của đèn nhìn từ mắt người quan sát;

o

ϕ : chỉ số hướng nhìn , thường cho bằng 1 khi đèn gây lóa nằm theo phương nhìn;

Lb (cd/m2): độ chói thích nghi của môi trường (độ chói của bối cảnh)

Chỉ số chói lóa M xác định trên trục dọc qua tâm của phòng, bên cạnh tường (0,5m), đầu trục dọc đó, ở độ cao 1,5m so với sàn nhà Với những phóng có chiếu dài không quá 2 lần độ cao treo đèn, thì không cần phải tính M