Bài tập lớn Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phòng học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI BỘ MÔN ĐIỆN KỸ THUẬT BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG HẠ ÁP Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phòng học Thầy hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Thiện MSSV: 190565 Lớp: 65MEC1 Hà Nội LỜI MỞ ĐẦU Phòng học nơi diễn hoạt động giảng dạy học tập, nghiên cứu thầy cô giáo, giảng viên, giáo sư, Việc thiết kế bố trí phịng học ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng giảng Phòng học bố trí nơi n tĩnh giảm bớt phiền nhiễu để tập trung vào việc học tập Không ánh sáng đồ nội thất, vật dụng, trang thiết bị ảnh hưởng đến việc nghiên cứu học tập Vì vấn đề thiết kế chiếu sáng cho phòng học để đảm bảo độ sáng cần thiết Mục đích thiết kế chiếu sáng đưa phân bố ánh sáng hợp lí đảm bảo tiêu kĩ thuật, đáp ứng nhu cầu tiện nghi ánh sáng thẩm mĩ không gian thiết kế Nội dung toán thiết kế chiếu sáng sau: - - - Thiết kế sơ bộ: qua nghiên cứu không gian thường gặp đưa không gian tiêu chuẩn hình hộp cách tính tốn thực nghiệm đưa bảng tiêu chuẩn, bảng tra Thiết kế sơ đưa phương pháp chiếu sáng, cấp số lượng đèn Đưa tổng quang thông cần cấp chọn loại bóng đèn đáp ứng nhu cầu chất lượng với lưới bố trí đèn Thường bố trí lưới hình chữ nhật với chiều cao đặt đèn ấn định, bước thường thực nhiều phương án để so sánh cân nhắc chọn phương án tối ưu để tiếp tục tính tốn Ở yếu tố thẩm mĩ cân nhắc thiết kế chiếu sáng Kiểm tra thiết kế: bước cần phải thực việc tính tốn để tìm độ rọi trần tường, mặt phẳng làm việc cách xác Sau dùng kết tính toán để kiểm tra theo tiêu chuẩn đặt yêu cầu, tiện nghi ánh sáng, thẩm mĩ, YÊU CẦU THIẾT KẾ Thiết kế hệ thống chiếu sáng lớp học có chiều dài 26m, rộng 23m, cao 3,5m, trần sơn màu trắng có hệ số phản xạ  0, , tường sơn màu trắng nhạt có hệ số phản xạ  0, , mặt bàn làm gỗ nâu có hệ số phản xạ  0, Độ rọi yêu cầu 450 lux Hãy: Trình bày tính tốn thiết kế theo công thức học Sử dụng phần mềm Dialux để tính tốn kiểm nghiệm lại kết tính mục TRÌNH TỰ THIẾT KẾ I Nhận xét địa điểm chiếu sáng Vì địa điểm lớp học: chọn kiểu chiếu sáng bán trực tiếp (cấp chiếu sáng từ KN) Độ rọi yêu cầu 450 Lux, chọn đèn nhiệt độ màu phải nằm khoảng tiện nghi mắt: - Tm = 3000-4500K Mục đích chiếu sáng để học tập nên số hoàn màu dự kiến Ra>70 Chiếu sáng đảm bảo độ đồng nên số (n/h) < 1,6 1,5 - Hệ số phản xạ: Trần nhà: 0,7 Tường nhà: 0,7 Mặt hữu ích: 0,3 Các giá trị độ rọi tiêu chuẩn thang độ rọi: 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 33; 5; 7; 10; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 4500; 5000 lux Từ đó, dựa vào Bảng với yêu cầu thiết kế, ta chọn độ rọi yêu cầu cho phòng học Eyc = 450 lux II Xác định kích thước chiếu sáng - Chiều dài: a = 26m Chiều rộng: b = 23m Chiều cao tính từ sàn tới trần: H = 3,5m Cổ trần h’ = 0m Chiều cao bề mặt làm việc: 0,85m Chiều cao hữu ích: h = H – h’ – 0,85 = 3,5 – 0,85 = 2,65m kkg  Chỉ số địa điểm: J Chỉ số treo: a.b 26.23  4,6 h  a  b  2,65. 26  23  h' 0,1  0,036 h ' h 2,65  0,1 lấy j = Tỷ số treo đèn: J - h' h  h' thường h 2h' nên  J 1 / h: khoảng cách từ đèn đến mặt phẳng làm việc h’: khoảng cách từ đèn đến trần h thơng số hình học quan trọng thông số kĩ thuật định chất lượng thiết kế Khi chọn h cần cân nhắc kết cấu cơng trình, dầm nhà quạt trần Về nguyên tắc nhà cao, có điều kiện để chọn h lớn đạt độ đồng ánh sáng hiệu suất cao sử dụng bóng có cơng suất lớn, quang thơng lớn, bóng có hiệu suất phát quang cao Chọn hệ số bù: - Hệ số suy giảm quang thông:  0,8 Hệ số suy giảm bám bụi:  0,9  Vậy hệ số bù là: 1  1,3  1. 0,8.0,9 III Thiết kế Bảng số hồn màu: Nhóm hồn màu Chỉ số hồn màu CRI Chất lượng nhìn màu 1A CRI > 90 Cao Công việc cần hồn màu xác, ví dụ việc kiểm tra in màu, nhuộm màu, xưởng vẽ 1B 80 < CRI < 90 Cao Cần hoàn màu tốt, phù hợp cho phòng học, giảng đường, sinh hoạt,… Phạm vi ứng dụng 60 < CRI < 80 Trung bình Cần phân biệt màu tương đối 40 < CRI < 60 Thấp Cần phân biệt màu sắc chấp nhận biểu sai lệch màu sắc 20 < CRI < 40 Thấp Không cần phân biệt màu sắc Ta chọn đèn có số hồn màu CRI nằm khoảng 80 90 phù hợp - Tính kinh tế: hiệu suất phát quang, tuổi thọ bóng đèn,… Một số đèn thơng dụng: - - Đèn huỳnh quang: nhờ vào hiệu suất phát quang cao, số hoàn màu đạt tiêu chuẩn, nên đèn ứng dụng rộng rãi chiếu sáng nội thất Đèn sợi đốt: có hiệu suất phát quang thấp, tuổi thọ thấp chất lượng hoàn màu cao (chỉ số hồn màu cao) ứng dụng nơi có độ rọi thấp, sử dụng chiếu sáng cục bộ, đèn bàn, đèn máy công cụ, đèn trang trí Đèn led: có tuổi thọ cao nhiều so với đèn sợi đốt đèn huỳnh quang, thông dụng trang trí nội thất với màu sắc đa dạng tùy chỉnh dễ dàng, đèn led lại có hiệu suất phát quang thấp, hệ số truyền đạt màu không cao mà giá thành không rẻ lên ứng dụng chiếu sáng nội thất  Căn theo độ rọi yêu cầu biểu đồ Kruithof ứng với nhiệt độ màu 4000 K (môi trường tiện nghi)  Từ đó, ta chọn đèn Philips CR150B LED35S/840 PSD W30L120 IP54 loại bóng led hệ với chuẩn chống ẩm IP54 phù hợp với điều kiện sử dụng Việt Nam Với thông số sau: Tiêu chí kỹ thuật CR150B LED35S/840 Cơng suất (W) 40W Quang thông (Lm) 3500 Lm - - Hiệu suất phát quang (Lm/W) 90 Tuổi thọ 15000h Chỉ số hoàn màu CRI 82 Nhiệt độ màu 4000oK Hệ số công suất 0,94 Xác định cấp đèn: Góc dư vĩ Cường độ Quang thơng vùng 16,6 29 37,5 I1 = 340 I2 = 300 I3 = 270 F’1 = 476 44,9 51,3 57,2 I4 = 220 I5 = 200 I6 = 180 F’2 = 314 62,7 68 73 I7 = 150 I8 = 140 I9 = 60 F’3 = 183 78 82,8 87,6 I10 = 40 I11 = 30 I12 = 20 F’4 = 47 Từ bảng phụ lục ta có: F’1 = 476  Đèn cấp D F’1 + F’2 = 476 + 314 = 790  Đèn cấp D F’1 + F’2 + F’3 + F’4 = 476 + 314 + 183 + 47 = 1020   Hiệu suất đèn: F '  F '  F'  F ' 1,02 1000 IV Xác định tổng quang thông đèn chiếu sáng   E yc S k dt d Trong đó: - Eyc: độ rọi yêu cầu, lux - S: diện tích bề mặt chiếu sáng, m2 - : Hiệu suất đèn (có giá trị khoảng 0,5-0,7) - Kdt: Hệ số dự trữ, thường lấy 1,2 - 1,3 tra bảng - Hệ số không gian xác định theo biểu thức: kkg  a.b h( a  b ) Bảng Hệ số dự trữ Tính chất gian phịng Ví dụ gian phịng Hệ số dự trữ Phịng có nhiều khói, bụi, tro Phân xưởng thêu kết, nhà máy xi măng, … 2,0 Phịng có lượng khói bụi trung bình Phân xưởng rèn, đúc, hàn,… 1,8 Phịng có khói bụi Phân xưởng dụng cụ, lắp ráp, giảng đường, phịng học, sinh hoạt,… 1,5 Xác định quang thơng tổng đèn theo đề ra: - Hệ số phản xạ trần, tường, mặt làm việc: 0,7; 0,7; 0,3 Hệ số dự trữ: kdt = 1,5 Quang thông tổng đèn:   - E yc S.kdt d  450.26.23.1,3 342970( lm ) 1,02 Số bóng cần thiết:  342970 N t  97,99 d 3500 (bóng) , ta chọn 99 bóng Để đảm bảo độ đồng ánh sáng Độ đồng phụ thuộc vào yếu tố sau: - Khoảng cách đèn L - Hệ số phản xạ tường, trần, sàn - Loại đèn - Tỷ số L/h (giá trị cực đại cho ứng với loại đèn hãng sản xuất cung cấp) - Trong trường hợp thiếu thơng tin lấy tỷ số L/h gần sau: Nơi chiếu sáng loại đèn Bố trí nhiều dãy Bố trí dãy Tối ưu Cực đại Tối ưu Cực đại Ngoài trời, chao mờ 2,0 2,9 1,6 2,3 Phân xưởng, chao vạn 1,5 2,2 1,5 1,7 Văn phòng, giảng đường 1,3 1,5 1,2 1,5 Để đảm bảo độ đồng ánh sáng điểm, khoảng cách từ đường biên phải thỏa mãn điều kiện: Ld L q  d Ln L p  n Trong đó: L d , L n : khoảng cách đèn theo chiều dọc ngang - Cần bóng đèn bố trí sau: n = 2360mm; q = 1180mm; m = 2560mm; p = 1280mm V Kiểm tra độ rọi điểm cần thiết - Độ rọi thực tế:  N  d 99.3500.1,02 E d  454,63( lux ) a.b.kdt 26.23.1,3 Vậy hệ thống chiếu sáng đảm bảo yêu cầu chiếu sáng cho phòng học 10 KIỂM TRA BẰNG PHẦN MỀM DIALUX Phần mềm cho thấy hình ảnh phân bố độ rọi tồn phịng học, theo quan sát ta thấy khu vực làm việc có độ rọi đạt yêu cầu, có khu vực gần sát vách tường độ rọi chưa đạt u cầu khơng ảnh hưởng đến chất lượng chiếu sáng yêu cầu thiết kế đề 11 KẾT LUẬN Phòng học chiếu sáng đạt chuẩn đủ tiêu chí: - Sử dụng bóng đèn LED, sáng 20% so với đèn huỳnh quang thông thường 130% so với đèn sợi đốt; màu sắc thật hơn, gần với ánh sáng tự nhiên Độ rọi đảm bảo 300 – 500 lux Đèn phải có chao chụp phản quang để tăng cường độ sáng, độ đồng phân bố ánh sáng Các dãy đèn nên bố trí song song với hướng nhìn cửa để hạn chế phản xạ lóa mắt Ánh sáng nguồn sáng phải bố trí chiếu trực tiếp từ xuống Phịng học phải bố trí hướng, cửa sổ, cửa vào đủ ánh sáng tự nhiên 12 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU YÊU CẦU THIẾT KẾ .2 TRÌNH TỰ THIẾT KẾ I Nhận xét địa điểm chiếu sáng .2 II Xác định kích thước chiếu sáng III Thiết kế IV Xác định tổng quang thông đèn chiếu sáng .6 V Kiểm tra độ rọi điểm cần thiết KIỂM TRA BẰNG PHẦN MỀM DIALUX 10 KẾT LUẬN .11 13