Thiết kế chiếu sáng và cung cấp điện cho công trình trường mầm non 4 tầng

Mắt và các tính năng của mắt

Mắt người là cơ quan cảm thụ ánh sáng, có khả năng chuyển đổi các kích thích quang học thành tín hiệu điện một cách không tuyến tính Qua thời gian, quá trình này giúp não tạo ra hiện tượng nhìn.

Giác mạc và thuỷ tinh thể tạo thành một hệ thống quang học giúp hình ảnh được hình thành trên võng mạc, phía sau nhãn cầu Khác với các dụng cụ quang học, mắt có tính linh hoạt cao, cho phép thuỷ tinh thể điều chỉnh tiêu cự để tạo ra hình ảnh rõ nét Hiện tượng này được gọi là điều tiết Võng mạc, nằm ở phía sau mắt, chứa các tế bào thần kinh quang học, bao gồm tế bào hình nón và tế bào hình que, giúp chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu thần kinh gửi đến não Các tế bào này có độ nhạy cảm ánh sáng khác nhau, góp phần vào khả năng nhận diện hình ảnh.

Tế bào hình nón, với khoảng 7 triệu tế bào, chủ yếu tập trung ở vùng giữa võng mạc và hoạt động tốt nhất dưới ánh sáng mạnh, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo khả năng tri giác màu sắc.

Tế bào hình que trong mắt có khoảng 120 triệu tế bào, chủ yếu chịu trách nhiệm cho việc nhìn trong điều kiện ánh sáng thấp và chỉ truyền tải các tri giác đen, trắng Độ nhạy cảm của mắt với bức xạ ánh sáng 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 ngay lập tức mà cần thời gian để thích ứng Hiện tượng này được gọi là thích ứng của mắt, trong đó thích ứng sáng diễn ra khi chuyển từ tối sang sáng, còn thích ứng tối khi chuyển từ sáng sang tối Quá trình thích ứng sáng diễn ra nhanh hơn so với thích ứng tối, điều này rất quan trọng trong cả ánh sáng tự nhiên và nhân tạo.

Các đại lượng và đơn vị đo ánh sáng

a Sự cần thiết của các đơn vị mới:

Tất cả các nguồn sáng chuyển đổi năng lượng thành ba hiệu ứng chính: hóa, nhiệt và điện từ Bức xạ ánh sáng chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng bức xạ điện từ, vì vậy chúng chỉ mang theo một phần công suất của nguồn sáng Các thí nghiệm về ánh sáng cho thấy rằng cùng một lượng năng lượng nhưng bức xạ ở các bước sóng khác nhau lại có tác động khác nhau đến cảm nhận của mắt Do đó, cần hiệu chỉnh đơn vị đo lường theo độ nhạy quang phổ của mắt, cụ thể là quang thông (Φ) và lumen (lm).

Quang thông là khái niệm đầu tiên liên quan đến ánh sáng, nhưng không xác định được sự phân bố ánh sáng trong các vùng khác nhau của không gian Điều này đã dẫn đến việc nhà vật lý Lambert ở thế kỷ 18 phát triển các nguyên tắc đo ánh sáng dựa trên quang học, hình học và sinh lý học.

Bức xạ ánh sáng từ một nguồn được đánh giá qua năng lượng bức xạ, đo bằng oát, một đơn vị vật lý thuần túy Năng lượng bức xạ trong một giây theo mọi hướng được gọi là thông lượng năng lượng, tính bằng oát Nếu W() là phân bố phổ năng lượng của nguồn, thì thông lượng này phản ánh cường độ bức xạ ánh sáng.

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

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:

Góc khối là một khái niệm trong không gian tương tự như các góc phẳng trên mặt phẳng, được định nghĩa là góc không gian mà qua đó ta quan sát diện tích S trên bề mặt của một quả cầu từ tâm O.

Góc khối được định nghĩa là tỉ số giữa diện tích S trên bề mặt cầu và bình phương bán kính R của cầu Đơn vị đo lường góc khối là Stêradian (St).

Một steradian là góc khối hình nón có diện tích bề mặt 1m² trong một hình cầu bán kính 1m Cường độ sáng (I), đo bằng candela (cd), là đại lượng mới được đưa vào hệ đơn vị SI, dựa trên khái niệm quang thông Trong trường hợp một nguồn sáng không phát ra ánh sáng đồng đều trong không gian, ta xem xét một nguồn phát quang thông (Φ) tới điểm A, trung tâm của diện tích ds Góc khối dΩ nhìn từ O tới ds sẽ xác định cường độ sáng I.

Cường độ sáng được xác định theo một hướng cụ thể và được biểu diễn dưới dạng một véctơ, trong đó độ lớn của véctơ được đo bằng đơn vị candela (cd).

Candela được định nghĩa là cường độ sáng theo một phương nhất định của nguồn xạ đơn sắc với tần số 540.10^12 Hz (λ = 5 nm) và năng lượng bức xạ là 1/683 W trong góc khối 1 Sr Để hiểu rõ hơn về khái niệm này, chúng ta sẽ xem xét một số đại lượng cường độ sáng của các 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:

Một trong những chỉ số quan trọng nhất của bóng đèn là "Biểu đồ cường độ sáng", thể hiện cường độ sáng theo mọi hướng từ tâm quang học của nguồn sáng Biểu đồ này được biểu diễn dưới dạng đường cong trên nửa mặt phẳng theo tọa độ cực, trong đó các giá trị cường độ sáng I được lập theo các góc  so với mặt của trục tròn xoay Thêm vào đó, độ rọi E, đo bằng lux (lx), cũng là một thông số cần thiết để đánh giá hiệu suất chiếu sáng của bóng đèn.

Độ rọi được định nghĩa là mật độ quang thông trên bề mặt được chiếu sáng Nếu một bề mặt có diện tích S nhận được quang thông , thì độ rọi E được tính theo công thức: E =  / S.

E = /S hoặc 1lux = 1lm/1m 2 Đơn vị độ rọi là lux (lx)

Sự chiếu sáng trên bề mặt không đều nên tính trung bình số học ở các điểm khác nhau để tính độ rọi trung bình

Khái niệm về độ rọi ngoài nguồn ra còn có liên quan đến vị trí bề mặt được chiếu sáng

Khi xem xét nguồn sáng điểm O phát ra ánh sáng tới một mặt nguyên tố ds cách O một khoảng r với cường độ sáng I, ta định nghĩa góc α là góc giữa pháp tuyến n của ds và phương r Góc này liên quan đến khối d chắn trên một hình cầu bán kính r, với diện tích ds.cosα Ta có công thức d = ds.cosα/r² = d/I.

Mỗi điểm A trên bề mặt có một độ rọi tương ứng với cường độ sáng tại điểm đó Độ rọi trung bình của bề mặt S được tính bằng trị số trung bình của độ rọi tại tất cả các điểm trên bề mặt này.

Tỉ số giữa độ rọi ở điểm được chiếu sáng yếu nhất và độ rọi trung bình của một bề mặt gọi là hệ số đồng đều độ rọi

Một vài hệ số độ rọi thường gặp

- Độ rọi giữa trưa hè trên mặt đất ở Hà Nội thay đổi 35.000lux đến 70.000 lux

- Độ rọi đêm trăng rằm 0,25 lux

- Độ rọi phòng 400 đến 600 lux f Độ chói L (cd/m 2 ):

Một bề mặt chiếu sáng phản xạ một phần quang thông và được xem như nguồn phát sáng thứ cấp Bề mặt này phát ra quang thông theo mọi hướng trong không gian Độ chói L của bề mặt phát sáng ds theo một hướng khảo sát được định nghĩa là tỉ số giữa cường độ sáng Iα theo hướng đó và diện tích mặt bao nhìn thấy ds từ hướng khảo sát.

Độ chói Lα của một bề mặt bức xạ được tính bằng công thức Lα = Iα / (ds.cos), với đơn vị là cd/m² Độ chói này phụ thuộc vào hướng quan sát của bề mặt, nhưng không bị ảnh hưởng bởi khoảng cách từ bề mặt đến điểm quan sát.

Một vài trị số độ chói thường gặp:

- Bề mặt của mặt trời 165.10 7 cd/m 2

- Bề mặt của mặt trăng 25.000 cd/m 2

- Độ chói chưa gây cảm giác chói mắt < 5000 cd/m 2 g Hệ số phản xạ, xuyên sáng và hấp thụ ánh sáng:

Nếu có một lượng quang thông Fi tới đập vào bề mặt vật liệu thì sẽ xảy ra các trường hợp sau:

- Một phần quang thông tới sẽ phản xạ từ bề mặt đó  

- Một phần quang thông tới sẽ bị vật liệu hấp thụ  

- Một phần quang thông tới sẽ xuyên qua vật liệu   Vậy:  i =   +   +  

Gọi:  = /  i - Hệ số hấp thụ ánh sáng  =   /  i – Hệ số phản xạ ánh sáng

Từ đó ta có  +  +  = 1 Mà , ,  thay đổi tuỳ thuộc vào đặc tính quang học của vật liệu

Các hệ số phản xạ và xuyên sáng trung bình được xác định trong toàn bộ phạm vi bước sóng ánh sáng, nhưng sự phản xạ và xuyên sáng lại khác nhau tùy thuộc vào bước sóng cụ thể Tính chất này cho phép chúng ta biểu thị hệ số phản xạ và xuyên sáng theo phổ, ký hiệu là   và   Chính nhờ vào đặc tính này mà chúng ta có thể nhận biết màu sắc của các vật.

Định luật Lambert

Định luật Lambert chỉ áp dụng cho các bề mặt phản xạ hoặc xuyên sáng khuếch tán hoàn toàn Nó thiết lập mối quan hệ giữa độ rọi E mà bề mặt nhận được, dựa trên hệ số phản xạ  hoặc hệ số xuyên sáng  đối với bề mặt xuyên sáng, và độ chói của bề mặt đó.

Khuếch tán tuyến tính thường xuất hiện trên các bề mặt mịn, giúp truyền ánh sáng theo mọi hướng, như từ giấy sơn mờ hoặc các vật liệu xây dựng Độ chói L của S giữ nguyên giá trị, trong khi chỉ số khuếch tán và đường bao của các véc tơ cường độ sáng tạo thành một hình cầu tiếp tuyến với S, có đường kính L.S.

Mặt S nhận quang thông ES và phản xạ quang thông ES Xem xét một hình nón với góc khối d, phần không gian giữa hai hình nón có góc đỉnh 2 và 2(+d) Trên nửa hình cầu bán kính R với tâm O, diện tích S, mặt bị chắn bằng d tạo thành một vành tròn có bán kính trong R.sin và rộng R.tgd, gần bằng R.d Diện tích này xấp xỉ 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

Độ nhạy của mắt đối với sự tương phản là khả năng phân biệt sự chênh lệch độ chói giữa hai vật gần nhau Khi mắt quan sát một vật có độ chói Lo trên nền có độ chói Lf, tỷ lệ giữa chúng được sử dụng để đánh giá khả năng nhận diện của mắt.

 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 <

Độ phân biệt nhỏ nhất (C min) là giá trị nhỏ nhất mà mắt có thể phân biệt một vật thể trên nền sáng, với ngưỡng tương phản là C min ≥ 0,01 Trong trường hợp này, C có thể nằm trong khoảng từ 0 đến 1 (0 < C < 1) và khi C < 0, vật thể tối sẽ khó nhận diện hơn.

Độ nhạy tương phản, ký hiệu là RCS, là nghịch đảo của C min và được CIE công nhận là đại lượng tham khảo Độ nhạy này phụ thuộc vào điều kiện của mắt và mức độ chói của nền quan sát Khi Lf bé, 1/C min tăng nhanh và đạt cực đại tại Lf = 10^3 m Tuy nhiên, nếu Lf tiếp tục tăng, 1/C min sẽ giảm nhanh chóng do hiện tượng loá mắt Điều này lý giải tại sao cùng một bóng đèn khi thắp sáng ban ngày lại ít chói hơn so với ban đêm.

1/C min phụ thuộc kích thước vật quan sát tức là góc nhìn càng bé thì 1/C min giảm.

Tiện nghi nhìn và sự lóa mắt

Trong môi trường sáng, sự chênh lệch lớn về độ chói có thể dẫn đến hiện tượng loá mắt, gây mất tiện nghi trong việc nhìn Loá mắt được hiểu là sự suy giảm hoặc mất đi cảm giác nhìn tạm thời do sự tương phản quá cao Theo quy định chung, độ chói tối thiểu mà mắt có thể nhìn thấy là 10 -5 cd/m², trong khi mức độ chói gây loá mắt là 5000 cd/m².

Màu của nguồn sáng

Ánh sáng trắng được định nghĩa là ánh sáng có phổ năng lượng liên tục trong miền bức xạ nhìn thấy, như ánh sáng ban ngày tự nhiên Chất lượng của ánh sáng trắng phụ 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

(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 nguồn sáng ảnh hưởng đến mức độ rọi, với các nguồn có nhiệt độ màu thấp chỉ phù hợp cho độ rọi thấp, trong khi độ rọi cao cần nguồn sáng lạnh với nhiệt độ màu cao Điều này dẫn đến việc thiết lập tiêu chuẩn lựa chọn nguồn sáng để đạt được độ rọi mong muốn trong môi trường tiện nghi, được thể hiện qua biểu đồ Kruithof.

Khi một vật được chiếu sáng bằng các nguồn sáng chuẩn khác nhau hoặc bởi một vật đen với các nhiệt độ khác nhau, nó sẽ hiển thị các màu sắc khác nhau mà không bị biến đổi màu sắc.

So sánh với một vật đen có cùng nhiệt độ màu, sự biến đổi màu của các vật được chiếu sáng do nguồn ánh sáng phát ra phổ khác nhau Sự biến đổi màu này được đánh giá dựa trên độ sai lệch màu và chỉ số màu của nguồn ánh sáng, biến thiên từ 0 cho ánh sáng đơn sắc đến 10 cho 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: Thích hợp cho sử dụng trong nhà ở và các ứng dụng công nghiệp đặc biệt Tính ba màu cho phép mắt quan sát hỗn hợp của hai hoặc ba màu liền nhau trên một tờ giấy trắng, từ đó khôi phục cảm giác màu sắc với bước sóng trội giữa các màu đơn sắc thành phần.

Bằng cách lựa chọn ba màu sơ cấp, có thể phối hợp hai màu mà không tạo ra màu thứ ba Hai trong ba màu này nằm ở đầu phổ nhìn thấy, cho phép tạo ra 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

Nguồn sáng tự nhiên

Mặt trời cung cấp ánh sáng tự nhiên cho trái đất, với ba loại ánh sáng chính: ánh sáng ban ngày, ánh sáng hoàng hôn và ánh sáng ban đêm, phân biệt dựa trên cường độ và thời gian chiếu sáng.

Khi bầu trời có mây hoặc không có mây, ánh sáng tự nhiên được phân thành ba loại: ánh sáng trực tiếp (Ett), ánh sáng khuếch tán (Ekt) và ánh sáng phản xạ (Ep) từ mặt đất cùng các bề mặt xung quanh Do đó, độ rọi tổng cộng trên bất kỳ bề mặt nào ngoài trời phụ thuộc vào sự kết hợp của những loại ánh sáng này.

Khi năng lượng bức xạ xuyên qua khí quyển, một phần trong số đó truyền xuống mặt đất, tạo ra độ rọi trực tiếp Tuy nhiên, một lượng lớn năng lượng bị hấp thu và phản xạ nhiều lần giữa các hạt lơ lửng trong khí quyển, dẫn đến hiện tượng khuếch tán ánh sáng và tạo ra ánh sáng khuếch tán của vòm trời Đặc biệt, ánh sáng với các bước sóng khác nhau sẽ bị hấp thu và phản xạ khác nhau bởi khí quyển.

Ánh sáng trực tiếp của mặt trời

Mặt trời, với đường kính 695.000 km và nhiệt độ lên đến 6.000 độ C, là một hình cầu khổng lồ cách trái đất khoảng 149,5 triệu km Nó không ngừng phát ra năng lượng vào không gian, trong đó chỉ khoảng 1/2 tỷ năng lượng bức xạ toàn phần được truyền xuống trái đất Quang phổ bức xạ mặt trời rất đa dạng, bao gồm cả bức xạ tử ngoại và hồng ngoại, với sự phân bố năng lượng không đều Một đặc điểm nổi bật của bức xạ mặt trời là khả năng phát ra ánh sáng liên tục.

Ánh sáng khuếch tán của bầu trời

Ánh sáng khuếch tán của bầu trời được tạo ra từ sự phản xạ nhiều lần của tia sáng mặt trời trong hơi nước, bụi và các hạt huyền phù trong khí quyển Đặc tính lượng của không khí ảnh hưởng lớn đến độ rọi của ánh sáng khuếch tán, trong đó độ trong suốt của khí quyển cũng đóng vai trò quan trọng Ánh sáng phản xạ giữa vòm trời và mặt đất, cùng với ánh sáng phản xạ từ các lớp phủ trên bề mặt đất, làm tăng độ rọi ngoài trời Năng lượng ánh sáng này tỉ lệ thuận với hệ số phản xạ của các lớp phủ đất.

Sự phân bố độ chói của bầu trời

Độ chói của bầu trời phân bố không đều, ảnh hưởng lớn đến độ rọi cả trong và ngoài nhà, bất kể vị trí của mặt trời Đặc biệt, độ chói đạt cực đại ở đỉnh đầu và giảm dần về phía chân trời.

Sự phân bố độ chói của bầu trời chịu ảnh hưởng bởi lượng mây và đặc tính của chúng Khi mặt trời ở độ cao xác định, độ chói của bầu trời còn phụ thuộc vào vị trí của mảng trời mà chúng ta nhìn thấy qua cửa lấy ánh sáng.

Yêu cầu của chiếu sáng tự nhiên

Kết quả sử dụng ánh sáng tự nhiên để chiếu sáng phòng được đánh giá qua độ rọi tự nhiên tại các điểm khác nhau trên bề mặt làm việc Sự thay đổi độ rọi ngoài trời sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ rọi tự nhiên bên trong nhà.

Khi sử dụng ánh sáng tự nhiên cho các phòng, yêu cầu chung là tạo ra một môi trường sáng thuận tiện cho các hoạt động của con người Tiện nghi môi trường sáng được đánh giá dựa trên hai yếu tố chính: chất lượng và lượng ánh sáng.

Để đạt được chất lượng công việc tốt nhất, cần đảm bảo độ rọi ánh sáng đồng đều trên toàn bộ diện tích làm việc.

Chất lượng môi trường ánh sáng phụ thuộc vào việc giảm thiểu độ chói và tối ưu hóa phân bố ánh sáng trong không gian Điều này bao gồm việc điều chỉnh hướng ánh sáng và tỉ lệ độ chói trong nội thất, nhằm đảm bảo sự thích ứng tốt cho mắt người sử dụng.

Chiếu sáng nhân tạo

Từ xa xưa, con người đã tìm kiếm những nguồn sáng thay thế cho ánh sáng mặt trời Sự phát triển của nguồn sáng nhân tạo luôn gắn liền với lịch sử tiến bộ của nhân loại.

Lịch sử chiếu sáng nhân tạo chia thành hai giai đoạn: Trước khi có đèn điện và sau khi có đèn điện

Trước khi xuất hiện đèn điện, con người đã sử dụng bếp lửa, nến và đèn dầu để chiếu sáng vào ban đêm Những nguồn sáng này cung cấp ánh sáng yếu và có hiệu suất thấp.

Năm 1879, nhà bác học người Mỹ Thomas Edison đã phát minh ra bóng đèn điện đầu tiên với tóc đèn bằng sợi carbon, có nhiệt độ nóng chảy lên tới 3900 K Tuy nhiên, nhiệt độ thực tế của bóng đèn chỉ đạt 2100 K và tuổi thọ của nó 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 đã phát minh ra bóng đèn tóc phát sáng bằng sợi hợp kim Tungses – Nickel với cấu trúc tinh thể, mang lại độ sáng cao hơn nhưng có tuổi thọ ngắn hơn so với các loại đèn trước đó.

Vào năm 1973, phương pháp luyện Tungstes kéo thành sợi không có cấu trúc tinh thể được phát hiện, giúp kéo dài tuổi thọ của đèn Để giảm tốc độ bốc hơi và tiêu hao nhiệt lượng của bóng đèn, các nhà sản xuất đã uốn sợi đèn thành dạng lò xo.

Tóc đèn và hỗn hợp khí trơ đang được cải tiến liên tục nhằm nâng cao hiệu suất phát sáng và chất lượng ánh sáng Hiện tại, chúng ta đã có đèn tóc phát sáng chu.

Thiết kế chiếu sáng cho Trường Mầm Non 4 tầng sử dụng đèn huỳnh quang, ứng dụng hiện tượng phóng điện trong môi trường áp suất thấp, mang lại hiệu suất phát quang cao và khả năng tạo ra quang phổ đa dạng Gần đây, các nguồn sáng mới như đèn thủy ngân cao áp và đèn xenon đã xuất hiện, với hiệu suất phát quang vượt trội, tuổi thọ dài hơn, tiêu thụ điện năng thấp hơn và chất lượng ánh sáng tốt hơn.

Sự phát triển không ngừng của công nghệ đã đánh dấu kỷ nguyên văn minh mới cho nhân loại, trong đó đèn điện trở thành nguồn chiếu sáng chủ yếu cho toàn cầu Đèn chiếu sáng, một thiết bị thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày, bao gồm hai bộ phận chính: bóng đèn và vỏ đèn Bóng đèn là nguồn phát sáng, trong khi vỏ đèn có nhiệm vụ hướng ánh sáng vào không gian sử dụng và tạo nên vẻ đẹp cho sản phẩm.

Phân loại nguồn sáng: a Nguồn điểm:

Khi khoảng cách từ nguồn sáng đến mặt làm việc lớn hơn nhiều so với kích thước của nguồn sáng, nguồn sáng có thể được coi là nguồn điểm Thông thường, với mọi loại nguồn sáng, nếu kích thước của nó không lớn hơn 0,2 lần khoảng cách chiếu sáng, thì có thể xem nguồn sáng đó như một 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

Khi nguồn sáng treo gần bề mặt làm việc, nếu khoảng cách Hp gần bằng kích thước của nguồn sáng, cần sử dụng đường đẳng lux trên mặt phẳng nằm ngang hoặc mặt phẳng thẳng đứng thay vì đường cong cường độ sáng Iα trên mặt phẳng dọc trục đèn.

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 = O 1 A

Nguồn sáng thiết kế có thể được sắp xếp thành dãy dài hoặc liên tục, hoặc cách quãng, thường sử dụng đèn huỳnh quang hoặc panel phát sáng Chiều dài của dãy ánh sáng nên tương đương với khoảng cách từ nguồn sáng đến bề mặt làm việc để đảm bảo hiệu quả chiếu sáng tối ưu.

Phân bố quang thông của nguồn đường được đặc trưng bởi độ cong cường độ sáng trên chiều dài 1m của nguồn, trên mặt phẳng dọc và ngang Tương quan giữa nguồn sáng và điểm rọi sáng A được xác định hoàn toàn bởi ba tọa độ Hp và hai góc α, γ.

Trần phát sáng và cửa sổ phát sáng được thiết kế với nhiều panel phát sáng, kích thước các cạnh của mặt phát sáng tương đương với khoảng cách chiếu sáng Đặc điểm nổi bật của các nguồn sáng này là khả năng phát sáng đồng đều, với độ chói phân bố trên bề mặt phản xạ và trong không gian xung quanh.

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

Vào ngày 19 tháng 10 năm 1879, nhà bác học Thomas Edison đã phát minh ra bóng đèn sợi đốt, đánh dấu một bước tiến vĩ đại trong lịch sử công nghệ Mặc dù bóng đèn này có tuổi thọ chỉ 40 giờ và hiệu suất phát quang đạt 1,6 lm/W, với sợi tóc làm bằng cacbon, nhưng phát minh của ông đã mở ra kỷ nguyên mới cho ánh sáng nhân tạo.

- 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

Vào năm 1992, đèn compact được phát minh, đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ chiếu sáng Chất lượng của các loại đèn không chỉ được đánh giá qua chỉ số màu và nhiệt độ màu, mà còn dựa trên nhiều thông số khác.

Là thông số đánh giá tính hiệu quả của nguồn sáng là tỉ số phát ra quang thông với điện năng tiêu thụ

Tuổi thọ của bóng đèn được xác định bởi sự suy giảm quang thông trong quá trình sử dụng, mặc dù các hãng khác nhau có những định nghĩa khác nhau về khái niệm này.

Những phát minh mới đã nâng cao chất lượng, hiệu suất, tuổi thọ và màu sắc của bóng đèn Dựa vào các đặc điểm và tính chất, chúng ta có thể phân loại bóng đèn thành nhiều loại thông dụng khác nhau.

THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CHO TRƯỜNG HỌC

Giới thiệu về công trình Trường mầm non 4 tầng

Trường mầm non 4 tầng của chúng tôi được thiết kế đạt tiêu chuẩn với không gian rộng rãi và trang thiết bị hiện đại, nhằm phục vụ hiệu quả 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 tại vị trí thuận lợi, nằm gần các tuyến đường huyết mạch và hệ thống giao thông đường bộ phát triển Đặc biệt, trường còn nằm gần khu vực dân cư đông đúc, tạo điều kiện thuận lợi cho phụ huynh trong việc đưa đón trẻ.

 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

Giới thiệu phần mềm mô phỏng Dialux

DiaLux là phần mềm do hãng Dial GmbH của Đức phát triển, chuyên dùng để tính toán và thiết kế hệ thống chiếu sáng cho cả không gian trong nhà và ngoài trời Phần mềm này nổi bật với giao diện 3D trực quan, giúp người dùng dễ dàng hình dung và điều chỉnh thiết kế chiếu sáng một cách sinh động và hiệu quả.

Phần mềm nổi bật với khả năng cung cấp nhiều lựa chọn bộ đèn, không chỉ bao gồm sản phẩm của hãng Osram mà còn hỗ trợ dữ liệu từ các thương hiệu nổi tiếng toàn cầu như Philips, Erco, Thorn, Meyer, MPE, cùng với các thương hiệu Việt Nam như Rạng Đông và Điện Quang.

2.2.2 Các bước tiến hành mô phỏng chiếu sáng trên phần mềm Dialux:

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:

- 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: E yc = 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 E av = 326lx

 Phương án 2: Bố trí 12 bộ đèn MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W

Kết quả: Với phương án 2 ta có độ rọi trung bình E av = 352lx

 Phương án 3: Bố trí 4 bộ đèn MPE LED Linear 1.2m 36W 6500K

Các điểm ở giữa không gian nhận nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc Điều này cho thấy độ rọi trong phòng tương đối đồng đều, đáp ứng yêu cầu tính toán Vì vậy, chúng tôi chọn phương án 2, phù hợp với yêu cầu, chi phí đầu tư hợp lý và tính thẩm mỹ cao.

2.3.2 Phòng hiệu trưởng: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 13: Mô phỏng 3D phòng hiệu trưởng

Hình 2 14: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng hiệu trưởng

Các điểm ở giữa không gian nhận được nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc Điều này cho thấy độ rọi trong phòng là đồng đều, đáp ứng các yêu cầu tính toán Do đó, chúng tôi chọn phương án 3 vì nó phù hợp với yêu cầu đề ra, tối ưu chi phí đầu tư và mang tính thẩm mỹ cao.

2.3.3 Phòng hiệu phó: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 17: Mô phỏng 3D phòng hiệu phó

Hình 2 18: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng hiệu phó

Các điểm ở giữa không gian nhận được nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc Điều này cho thấy độ rọi trong phòng là đồng đều, đáp ứng yêu cầu tính toán Vì vậy, phương án 3 được lựa chọn để phù hợp với yêu cầu đề ra, đồng thời cân nhắc chi phí đầu tư và tính thẩm mỹ.

2.3.4 Phòng y tế: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 21: Mô phỏng 3D phòng y tế

Hình 2 22: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng y tế

Hình 2 24: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 phòng y tế

Các điểm ở giữa không gian nhận nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc Điều này cho thấy độ rọi trong phòng tương đương, đáp ứng yêu cầu tính toán Do đó, phương án 3 được chọn vì phù hợp với yêu cầu đề ra, chi phí đầu tư hợp lý và tính thẩm mỹ cao.

2.3.5 Phòng hành chính: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 25: Mô phỏng 3D phòng hành chính

Hình 2 26: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng hành chính

Các điểm ở giữa không gian có độ rọi lớn hơn so với các góc, cho thấy rằng ánh sáng phân bố đồng đều trong phòng Điều này đáp ứng tốt yêu cầu tính toán về độ rọi Do đó, phương án 3 được lựa chọn vì phù hợp với yêu cầu, chi phí đầu tư hợp lý và đảm bảo tính thẩm mỹ.

2.3.6 Văn phòng: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 29: Mô phỏng 3D văn phòng

Hình 2 30: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 văn phòng

Các điểm ở giữa không gian nhận được nhiều ánh sáng hơn so với các điểm ở góc, dẫn đến độ rọi lớn hơn Điều này cho thấy độ rọi trong phòng là đồng đều, đáp ứng yêu cầu tính toán Vì vậy, chúng ta chọn phương án 3, vừa phù hợp với yêu cầu đề ra, vừa tối ưu chi phí đầu tư và đảm bảo tính thẩm mỹ.

2.3.7 Phòng truyền thống: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 33: Mô phỏng 3D phòng truyền thống

Hình 2 34: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng truyền thống

Các điểm ở giữa không gian nhận nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc Điều này cho thấy độ rọi trong phòng là đồng đều, đáp ứng yêu cầu tính toán Do đó, chúng tôi chọn phương án 3, phù hợp với yêu cầu đề ra, đồng thời tối ưu chi phí đầu tư và tính thẩm mỹ.

2.3.8 Phòng giáo viên: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 37: Mô phỏng 3D phòng giáo viên

Hình 2 38: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng giáo viên

Các điểm ở giữa không gian có độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc, cho thấy ánh sáng được phân bổ đồng đều trong phòng Điều này đáp ứng yêu cầu tính toán về độ rọi Vì vậy, phương án 3 được lựa chọn vì nó phù hợp với yêu cầu, tiết kiệm chi phí đầu tư và đảm bảo tính thẩm mỹ.

2.3.9 Hội trường: a Yêu cầu chiếu sáng:

- 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

Hình 2 43: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 hội trường

Các điểm ở giữa không gian nhận được nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc Điều này cho thấy độ rọi trong phòng là đồng nhất, đáp ứng yêu cầu tính toán Vì vậy, chúng tôi quyết định chọn phương án 3, phù hợp với yêu cầu đề ra, chi phí đầu tư hợp lý và đảm bảo tính thẩm mỹ.

2.3.10 Phòng giáo dục nghệ thuật: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 45: Mô phỏng 3D phòng GDNT

Hình 2 46: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng GDNT

Các điểm ở giữa không gian nhận được nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc Điều này cho thấy các điểm trong phòng có độ rọi tương đương, đáp ứng yêu cầu tính toán Do đó, phương án 3 được lựa chọn vì phù hợp với yêu cầu đề ra, chi phí đầu tư hợp lý và tính thẩm mỹ cao.

2.3.11 Phòng giáo dục thể chất: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 49: Mô phỏng 3D phòng GDTC

Hình 2 50: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 phòng GDTC

Hình 2 51: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 2 phòng GDTC

Các điểm ở giữa không gian nhận nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc Điều này cho thấy độ rọi trong phòng là đồng đều và đáp ứng yêu cầu tính toán Do đó, chúng tôi chọn phương án 3 vì nó phù hợp với yêu cầu đề ra, tiết kiệm chi phí đầu tư và mang tính thẩm mỹ cao.

2.3.12 Bếp ăn: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 53: Mô phỏng 3D bếp ăn

Hình 2 54: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 bếp ăn

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 E av = 314lx

Hình 2 56: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 3 bếp ăn

Các điểm ở giữa không gian nhận được nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc Điều này cho thấy độ rọi trong phòng là đồng đều, đáp ứng yêu cầu tính toán Do đó, phương án 3 được lựa chọn vì phù hợp với yêu cầu, chi phí đầu tư hợp lý và tính thẩm mỹ cao.

2.3.13 Nhà vệ sinh: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 57: Mô phỏng 3D nhà vệ sinh

 Phương án 1: Bố trí 12 bộ đèn MPE LED Downlight White Round

Hình 2 58: Kết quả thiết kế chiếu sáng phương án 1 nhà vệ sinh

Các điểm ở giữa không gian nhận nhiều ánh sáng hơn, dẫn đến độ rọi lớn hơn so với các điểm ở góc Điều này cho thấy độ rọi trong phòng là đồng đều, đáp ứng yêu cầu tính toán Do đó, phương án 3 được chọn vì phù hợp với yêu cầu đề ra, tối ưu chi phí đầu tư và đảm bảo tính thẩm mỹ.

2.3.14 Hành lang: a Yêu cầu chiếu sáng:

Hình 2 61: Mô phỏng 3D hành lang

 Bố trí 16 bộ đèn MPE LED Downlight White Round Surface 24W 4000K

Hình 2 62: Kết quả thiết kế chiếu sáng bố trí 16 bộ đèn hành lang

Kết quả: Với phương án trên ta có độ rọi trung bình E av = 86.8lx

Tổng kết

Trong chương này, chúng tôi đã tiến hành lựa chọn loại đèn và so sánh các phương án bố trí cho công trình Trường mầm non Kết quả tổng hợp được trình bày trong bảng dưới đây.

Loại đèn sử dụng P đèn

MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W 6500K

300 lx MPE LED Linear 1.2m 36W (BN-36/3C) 36 5 327 0.00

MPE LED Downlight White Round Surface 24W

Hành 75 MPE LED Downlight White Round Surface 24W 24 16 86.8 0.48

SVTH: Nhóm 28 GVHD: Th.S Ngô Đức Kiên 64

200 lx MPE LED Downlight White Round Surface 24W

SVTH: Nhóm 28 GVHD: Th.S Ngô Đức Kiên 67 viên

Bảng 2 3: Bảng tổng kết chiếu sáng trường học

 Thông số các loại đèn sử dụng chiếu sáng trong Trường học:

STT Loại đèn Hình ảnh

MPE LED Linear Series BN3 1.2m 36W 6500K (BN3-36T)

MPE LED Downlight White Round Surface 24W 4000K (SRDL-24N)

Bảng 2 4: Catalogue các loại đèn sử dụng

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CHO CÔNG TRÌNH

Phân loại phụ tải

Hình 3 1: Sơ đồ phân loại phụ tải

Phương pháp tính toán phụ tải

Trường học có nhiều khu vực và phòng với các chức năng khác nhau, dẫn đến đặc điểm phụ tải riêng biệt Do đó, trong đồ án này, tôi chọn phương án xác định phụ tải tính toán dựa trên hệ số nhu cầu và công suất đặt của thiết bị Phương pháp xác định phụ tải tính toán được thực hiện 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

Q 𝑡𝑡 = P 𝑡𝑡 tan 𝜑 (kVA) Với tan 𝜑 được xác định theo công thức: cos 𝜑 = ∑ 𝑛 𝑛=1 𝑃 𝑑𝑡 cos 𝜑

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 =

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: P ut = 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:

P t1 = (3.P ph + P bep + P nvs ).k nc = (3.9434 + 20222 + 259).0,8 = 39026,4(W ) = 39,03(kW)

 Công suất toàn phần: 𝑆 𝑡1 = cos 𝜑 𝑃 𝑡1 Với cos φ=0,85 nên: S = 39,03 = 45,92(KVA)

Phòng y tế Đèn LED bán nguyệt 2 36 0.9 65

Do tầng 2 có 5 phòng học, phòng y tế và nhà vệ sinh ta chọn Knc = 0,8

P t2 = (5.P ph + P yte + P nvs ).k nc = (5.9434 + 3287 + 259).0,8 = 40572,8(W ) = 40,57(kW)

 Công suất toàn phần: 𝑆 𝑡2 = 𝑃 𝑡2 cos 𝜑

Phòng GDNT Đèn LED bán nguyệt 3 36 0.9 97

Phòng GDTC Đèn LED bán nguyệt 3 36 0.9 97

Do tầng 3 có 4 phòng học, phòng GDNT, phòng GDTC và nhà vệ sinh ta chọn Knc

 Công suất toàn phần: 𝑆 𝑡3 = cos 𝜑 𝑃 𝑡3

Phòng hiệu trưởng Đèn LED bán nguyệt 2 36 0.9 65

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

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

Phòng giáo viên Đèn LED bán nguyệt 2 36 0.9 65

Hội trường Đèn LED bán nguyệt 4 36 0.9 130

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

P t4 = (P ht + P hp + P hc + P vp + P tth + P gv + P htr + P nvs ).k nc = (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:

 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 = P tt cos φ

 Công suất phản kháng trường học:

CHƯƠNG 4: LẬP GIẢI PHÁP CẤP ĐIỆN CƠ SỞ CHO CÔNG TRÌNH 4.1 Chọn phương án cấp điện:

Dựa trên mặt bằng kiến trúc của công trình, có thể đề xuất nhiều phương án cung cấp điện khác nhau Tuy nhiên, phương án hợp lý cần đáp ứng các yêu cầu cụ thể.

 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 là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến vận hành và hiệu quả của hệ thống cung cấp điện Để xác định phương án cung cấp điện hợp lý, cần khảo sát toàn bộ mặt bằng thực của công trình và thu thập dữ liệu liên quan đến thi công Việc đưa ra nhiều phương án cấp điện để so sánh sẽ giúp chọn lựa phương án tối ưu nhất.

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

Máy cắt phụ tải có khả năng đóng cắt mạch điện có tải và bảo vệ ngắn mạch cho máy biến áp bằng cầu chì, mang lại sự an toàn và thuận tiện cho quá trình vận hành.

Dao cách ly đảm nhiệm vai trò cách ly và tạo ra khoảng cách an toàn, giúp bảo vệ hệ thống điện Thiết bị này cho phép thực hiện việc đóng cắt khi xảy ra dòng điện ngắn mạch, đảm bảo an toàn cho người sử dụng và thiết bị.

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 (TBA) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống cung cấp điện, giúp biến đổi điện năng giữa các cấp điện áp khác nhau Các trạm biến áp, trạm phân phối và đường dây tải điện kết hợp với các nhà máy điện tạo thành một hệ thống truyền tải điện năng đồng bộ và hiệu quả.

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 luôn cần phải xem xét kỹ lưỡng việc lựa chọn dung lượng máy biến áp, vì điều này liên quan chặt chẽ đến phương án cấp điện cho toàn bộ công trình.

Dung lượng và các thông số của MBA (Máy Biến Áp) được xác định bởi phụ tải, cấp điện áp của mạng và phương thức vận hành Để lựa chọn TBA (Trạm Biến Áp) phù hợp nhất, cần xem xét các yếu tố này một cách kỹ lưỡng.

- 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 cần đảm bảo gần với tâm phụ tải để tối ưu hóa hiệu suất Ngoài ra, vị trí này cũng phải thuận tiện cho việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành và sửa chữa Đảm bảo an toàn và tính kinh tế trong quá trình sử dụng cũng là yếu tố quan trọng cần xem xét.

Số lượng máy biến áp (MBA) tại các trạm biến áp được xác định dựa trên nhu cầu cung cấp điện cho phụ tải, điều kiện vận chuyển và lắp đặt, cũng như chế độ làm việc của phụ tải Đối với các trạm biến áp cung cấp điện cho hộ loại 1 và loại 2, cần lắp đặt 2 máy biến áp, trong khi hộ loại 3 chỉ cần 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 lắp đặt máy biến áp nên gần khu vực tiêu thụ điện và đảm bảo tính thẩm mỹ Dự kiến, trạm biến áp sẽ được đặt ở phía sau trường học, trong khu vực ít người qua lại để giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh.

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, cáp hạ áp được kéo vào tòa nhà, nơi lắp đặt một tủ điện hạ áp riêng biệt để cung cấp điện cho các tầng Mỗi tủ điện sẽ bao gồm một aptomat tổng và hai aptomat nhánh, nhằm phân phối điện cho phụ tải ưu tiên và phụ tải không ưu tiên.

Hình 4 5: Sơ đồ nguyên lý tủ điện

Mục tiêu chính trong việc bảo vệ an toàn trong ngành điện là bảo vệ con người khỏi các mối nguy hiểm và ngăn chặn thiệt hại đối với tài sản, nhà máy và thiết bị.

Bảo vệ thiết bị và các thành phần trong hệ thống điện là rất quan trọng để ngăn chặn các nguy cơ như ngắn mạch, sét đánh và sự không ổn định của hệ thống.

- 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 chính để ngăn ngừa chạm điện trực tiếp là bảo vệ tất cả các phần dẫn điện bằng cách đặt chúng trong vỏ bọc cách điện hoặc ngoài tầm với, như đặt sau rào chắn cách điện hoặc ở vị trí cao hơn Sử dụng vật chắn cũng là một giải pháp hiệu quả.

Khi các thiết bị điện như máy biến áp, động cơ và thiết bị dân dụng có vỏ kim loại, chúng cần được nối vào dây nối đất bảo vệ của mạng điện Đối với thiết bị gia dụng hạ áp, việc này được thực hiện thông qua ổ cắm 3 chấu.

- Bảo vệ chống điện giật do chạm gián tiếp:

 Hạn chế dòng chạm đất phía trung thế

 Giảm điện trở nối đất trạm xuống giá trị nhỏ nhất có thể

 Tạo điều kiện đẳng thế ở trạm và lưới hạ thế

- Bảo vệ quá điện áp:

 Bảo vệ quá điện áp do hư hỏng cách điện phía trung thế làm xuất hiện điện áp phía thứ cấp bằng rơle quá áp (over voltage relay –OVR)

 Bảo vệ quá điện áp khí quyển do sét lan truyền vào trạm đối với đường dây trung thế trên không bằng chống sét van ( suge arrester)

Tiêu đề	Thiết Kế Chiếu Sáng Và Cung Cấp Điện Cho Công Trình Trường Mầm Non 4 Tầng
Tác giả	Trương Văn Huy ATing
Người hướng dẫn	TS. Ngô Đức Kiên
Trường học	Đại học Đà Nẵng
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	112
Dung lượng	5,52 MB