bài giảng kỹ thuật chiếu sáng

• Ánh sáng: những bức xạ điện từ có bước sóng trong khoảng 0,38-0,78um, mà mắt người có thể cảm thụ được • Màu sắc: – Màu vô sắc: đen, trắng và xám – Màu hữu sắc: tất cả các màu có trong

• Hiểu các đại lượng cơ bản về chiếu sáng.

• Biết Các loại nguồn sáng, thiết bị chiếu sáng

• Biết và sử dụng được các tiêu chuẩn về chiếu

sáng

• Thiết kế chiếu sáng trong nhà, ngoài trời,…

• Ứng dụng phần mềm để thiết kế chiếu sáng

[1] Bùi Thúc Minh, Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng, ĐHNT 2013

[2] Dương Lan Hương, Kỹ thuật chiếu sáng, NXB ĐHQG TP HCM 2005

[3] PGS TS Quyền Huy Ánh, CAD trong kỹ thuật điện, NXB ĐHQG Tp

[6] Monika Schnell, Handbook of Lighting Design, Printed in Germany

[7] Phần mềm thiết kế chiếu sáng LUXICON, Hãng Cooper lighting

[8] Mạng Internet (bản tin dự án chiếu sáng công cộng hiệu suất cao tại

6 Thiết kế chiếu sáng cho giảng đường

7 Thiết kế chiếu sáng cho phân xưởng cơ khí

8 Thiết kế chiếu sáng đường giao thông

9 Hệ thống cung cấp điện chiếu sáng

• Theo lịch trình giảng dạy trên trang web của

bộ môn Điện công nghiệp

• Chất lượng chiếu sáng có ảnh hưởng đến sự

hoạt động bình thường của con người, chỉ tiêu

- Tăng độ an toàn và sức khỏe

- Tăng khả năng sáng tạo.

- Tăng năng suất lao động.

- Giảm tỉ lệ phế phẩm.

- Giảm thiệt hại kinh tế,…

2 Định nghĩa chiếu sáng

1 Định nghĩa: Kỹ thuật chiếu sáng là khoa học

nghiên cứu sự sinh ra, phân bố và lan

truyền trong không gian các bức xạ điện từ

trong dải quang của phổ.

Dải quang của phổ: dải quang phổ điện từ

trường với độ dài của bước sóng từ 0,001um

đến 1mm

• Quang phổ (phổ): tập hợp các bức xạ điện từ có tần

số khác nhau được sắp xếp theo bước sóng.

• Ánh sáng: những bức xạ điện từ có bước sóng trong

khoảng 0,38-0,78um, mà mắt người có thể cảm thụ

được

• Màu sắc:

– Màu vô sắc: đen, trắng và xám

– Màu hữu sắc: tất cả các màu có trong quang phổ ánh

– Nguồn sáng điểm: tập trung tại một điểm

– Nguồn sáng đường: trải dài theo một đường thẳng

– Nguồn ánh sáng sơ cấp: biến đổi dạng năng lượng khác

thành ánh sáng

– Nguồn ánh sáng thứ cấp: phát trở lại ánh sáng tới, sau khi

ánh sáng này đã được đã được giữ lại một phần do hấp

thụ và đã bị đổi hướng truyền đi do phản xạ hay khúc xạ

• Là đại lượng đặc trưng cho khả năng của

nguồn bức xạ ánh sáng trong không gian

hay

• Lượng ánh sáng phát ra từ một nguồn sáng

• Quang hiệu của một nguồn sáng được xác

định: tỷ số quang thông phát ra trên công suất

của nguồn sáng

H= ɸ/P

Ví dụ: đèn huỳnh quang có công suất 40W,

quang thông 2400lm

• Ký hiệu: I; Đơn vị: Candela (cd)

• Mật độ không gian của quang thông do nguồn sáng

• Mật độ phân bố quang thông trên bề mặt chiếu sáng.

• Hệ số đồng đều của độ rọi: tỷ số giữa độ rọi yếu

nhất và giá trị trung bình

• Độ rọi là tiêu chuẩn cần thiết

trong các yêu cầu chiếu sáng

được cho trong các tài liệu thiết kế.

Giá trị độ rọi trong thực tế:

• Độ rọi trên mặt đất giữa trưa nắng hè: 35000

-70000 lux

• Độ rọi giữa trưa mùa đông: 25000 - 35000 lux

• Đêm trăng rằm: 0,25 lux

• Phòng làm việc: 300 - 600lux

• Nhà ở: 150 - 300lux

• Đường phố có đèn chiếu sáng: 20 - 50lux

lên toàn bộ diện tích của bóng đèn S=100cm2 thì độ

chói là 5.104cd/m 2 , nếu dùng chao thủy tinh mờ có

diện tích bề mặt S=706,5cm 2 độ chói lúc này là

34

35

1 Mặt trời ở trên đỉnh tạo ra trên bề mặt trái đất

E=116.103lux Bán kính trái đất rd=6300km

• Hỏi:

– Quang thông bức xạ của mặt trời xuống trái đất.

– Cường độ sáng bức xạ từ mặt trời Biết khoảng

cách giữa trái đất và mặt trời là d=150.10 6 km.

– Độ chói quan sát từ trái đất? Biết bán kính mặt

trời rmt=695.10 3 km

38

Bài tập

h=1,35m so với bề mặt làm việc, phát quang

theo mọi hướng với quang thông 970lm Xác

3 Một ngọn đèn điện gồm 2 bóng đèn sợi đốt

100W/220V treo ở độ cao 1,5m so với bề

mặt làm việc, phát quang theo mọi hướng

với quang thông mỗi bóng 1390lm Hãy xác

40W, hiệu suất phát quang 50lm/W, được treo

ở độ cao 1,45m so với bề mặt làm việc

Hãy tính độ rọi tại điểm P trên bề mặt làm việc

thẳng góc với đèn và độ rọi tại điểm Q trên bề

mặt làm việc cách điểm P một khoảng 1,67m

theo phương nằm ngang (đèn khuếch tán

hoàn toàn)

ĐS: Ep=73,47lux; Eq=48,17lux

5 Một ngọn đèn gồm 2 bóng đèn huỳnh quang

dài L=1,2m có công suất 36W, quang thông

2850lm, được treo ở độ cao h=1,55m so với

bề mặt làm việc

• Hãy tính độ rọi tại điểm P trên bề mặt làm việc

thẳng góc với đèn và độ rọi tại điểm Q trên bề

mặt làm việc cách điểm P một khoảng l=2m

theo phương ngang

• ĐS: Ep=177,6lux; Eq=108,79lux

42

Bài tập

6 Một đèn huỳnh quang dài L=1,2m được treo

ở độ cao h=1,5m so với bề mặt làm việc

• Hãy tính độ rọi tại điểm P trên bề mặt làm việc

thẳng góc với điểm O (nằm giữa A và B) cách

đầu A một đoạn L/3 và độ rọi tại điểm Q trên

bề mặt làm việc, cách điểm P một khoảng

l=1,6m theo phương nằm ngang

• ĐS: Ep=113,59lux; Eq=77,69lux

7 Một đèn huỳnh quang dài L=1,2m được treo

ở độ cao h=1,5m so với bề mặt làm việc

• Hãy tính độ rọi tại điểm P trên bề mặt làm việc

thẳng góc với điểm O (nằm ngoài đoạn AB)

cách đầu A một đoạn lAO=L/3 và độ rọi tại

điểm Q trên bề mặt làm việc, cách điểm P một

khoảng l=1,6m theo phương nằm ngang

• ĐS: Ep=64,8lux; Eq=44,32lux

Bài tập

8 Hai đèn huỳnh quang dài L=1,2m được treo

nối tiếp nhau ở độ cao h=2m so với bề mặt

làm việc

• Hãy tính độ rọi tại điểm P trên bề mặt làm việc

thẳng góc với điểm tiếp giáp của 2 đầu bóng

đèn và tại điểm Q trên bề mặt làm việc, cách

điểm P một khoảng l=2,6m theo phương nằm

ngang

• ĐS: Ep=64,8lux; Eq=44,32lux

a Coi quang thông do mặt trời bức xạ xuống

trái đất sẽ rơi vào bề mặt pi.r2 vuông góc

I

35 , 1

1 2 , 77 cos

.

2 2

914 , 0 cos

35 , 1

6 , 0

lux

I

E .cos 77,2.0,9142 32 , 33

3 2

3

a Độ rọi tại điểm 1

b Độ rọi tại điểm 2

Đèn chiếu theo mọi hướng:

cd

14 , 3 4

lm P

H 50.402000





cd L

2 , 1 25 , 9

2000

h

L

45 , 1

2 , 1

; 77 , 0

656 , 0 cos

855 , 0 45 , 1

67 , 1

12/09/13 49

BÓNG ĐÈN

QUANG

CA THỦY NGÂN Na (SOUDIUM)

HALIDE

Khi khoảng cách từ nguồn đến mặt làm việc lớn hơn nhiều

so với kích thước nguồn sáng (thường nguồn sáng có kích

thước nhỏ hơn 0,2 khoảng cách chiếu sáng đều có thể coi

là nguồn sáng điểm) Bóng đèn sợi đốt, compact có thể coi

là nguồn sáng điểm.

b Nguồn sáng đường

Một nguồn sáng được coi là nguồn sáng đường khi chiều

dài của nó đáng kể so với khoảng cách chiếu sáng Có thể

coi đèn ống là nguồn sáng đường Các băng sáng, bóng

đèn được bố trí thành các dải sáng là nguồn sáng đường.

c Nguồn sáng mặt

Các đèn được bố trí thành mảng hoặc ô sáng được coi như

nguồn sáng mặt.

GV: Bùi Thúc Minh

CẦN PHÂN BIỆT

• Điện áp trên bóng đèn hay trên bộ đèn

• Công suất bóng đèn hay trên bộ đèn

W lm P

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 53

2.2.4 Nhiệt độ màu T (Colour Temperature)

GV: Bùi Thúc Minh

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 55

2.2.4 Nhiệt độ màu T (Colour Temperature)

12/09/13 57

Biểu đồ Kruithof là tiêu chuẩn đầu tiên cho sự lựa chọn

nguồn sáng Ta nhận thấy muốn có độ rọi với độ tiện nghi cao

thì nguồn sáng phải có nhiệt độ màu thích hợp.

GV: Bùi Thúc Minh

2.2.5 Chỉ số truyền đạt màu

GV: Bùi Thúc Minh

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 59

1.2.5 Chỉ số truyền đạt màu

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 63

2.3.2 Đặc điểm của đèn sợi đốt:

a Ưu điểm:

 Có chỉ số truyền đạt màu rất cao (CRI ≈ 100%) cho

phép sử dụng trong chiếu sáng chất lượng cao.

 Nối trực tiếp vào lưới điện, không đòi hỏi thiết bị đi

kèm; dễ dàng điều khiển; bật sáng tức thời và giá

thành thấp.

b Nhược điểm:

 Hiệu quả năng lượng thấp, đạt 10-20lm/W; phát

nóng; chịu rung động của đèn kém.

 Tuổi thọ thấp, phụ thuộc vào điện áp: trung bình

1000h nhưng khi U tăng 5%Uđm tuổi thọ chỉ còn

12/09/13 GV: Bựi Thỳc Minh 65

Ảnh hưởng của điện ỏp đến cỏc đặc tớnh của đốn

• Gọi 0, I0, P0, D0 là quang thông, dòng điện, công suất, tuổi thọ

của đèn ở điện áp định mức U0, khi ta đặt lên đèn một điện áp U

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 67

2.3.3 Phạm vi sử dụng:

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 69

12/09/13 71

Phủ phốt pho

Thủy ngân Khí trơ

Ống thủy tinh Điện cực

đồng thời sóng này đập vào lớp bột HQ ở vách trong bóng đèn làm phát ra các tia bức

xạ thức cấp ở các bước sóng mà mắt người cảm nhận được

GV: Bùi Thúc Minh

Thiết bị mồi đèn: Để gây phóng điện ban đầu và duy trì ổn định ánh

sáng, phải dùng thiết bị mồi đèn Thiết bị mồi đèn hay dùng là tắc-te

12/09/13 73

• Tắc-te khớ: là một bóng đèn có khí rất

nhỏ có các điện cực gần nhau, trong đó

một điện cực là bản lỡng kim mắc song

song với đèn ống nh sơ đồ trên hình vẽ.

Khi đóng mạch hình thành mạch điện kín tạo nên từ nguồn qua

chấn lu, một điên cực, tắc te và qua một điện cực khác về nguồn Khi

đó điện áp nguồn đặt lên hai cực của tắc te có khí làm cho tắc te

phóng điện Kết quả là bản lỡng kim nóng lên và bị dãn nở chập

mạch làm cho tắc te không phóng điện nữa, nhiệt độ giảm đi Sau

một khoảng thời gian ngắn bản lỡng kim hở mạch kéo theo mạch

điện qua chấn lu hở mạch Năng lợng từ trờng tích lũy trong chấn lu

tạo nên quá điện áp quá độ khi hở mạch gây phóng điện ban đầu

Khi có điện điện trở này và các điện cực mắc nối tiếp bị phát

nóng theo hiệu ứng Joule làm hở mạch bản lỡng kim gây quá điện

áp khi hở mạch chấn lu gây phóng điện ban đầu trong đèn.

Trong cả hai trờng hợp nên sử dụng một điện dung nhỏ cỡ 6nF

làm tăng thời gian quá điện áp do đó mồi đèn dễ dàng hơn.

GV: Bựi Thỳc Minh

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 75

Đèn HQ với chấn lưu điện tử

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 77

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 79

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 81

NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐÈN HQ

GV: Bùi Thúc Minh

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 83

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN HQ

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 85

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN HQ

GV: Bùi Thúc Minh

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 87

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 89

2.5 ĐÈN PHÓNG ĐIỆN KHÁC

GV: Bùi Thúc Minh

12/09/13 91

BÓNG PHÓNG ĐIỆN

Phóng điện trong môi

trường khí hoặc hơi kim

2.5.1 ĐẩN THỦY NGÂN CAO ÁP

• Đèn hơi thuỷ ngân đợc phát triển đầu tiên từ năm

1901 nhng đèn thủy ngân cao áp đợc sử dụng

chiếu sáng trong nhà từ năm 1960, sau đó đợc cải

tiến nhờ sử dụng thêm phốt pho tạo nên màu trắng

deluxe

• Hiệu quả ánh sáng khoảng 50 lm/W, chỉ số thể

hiện màu thấp Do đặc tính của đèn thủy ngân bị

xuống cấp nhanh và hiệu quả năng lợng thấp nên

đèn thủy ngân cao áp có xu hớng bị loại bỏ

GV: Bựi Thỳc Minh

12/09/13 95

• Nguyên lý phóng điện của hơi

halogen kim loại đợc Steinmetz mô

tả đầu tiên từ năm 1911 và đợc công

ty General Electric ứng dụng đầu

tiên trong công nghiệp.

• Nó là đèn thủy ngân CA cho thêm

vào môi trờng thủy ngân muối iốt

của các kim loại nh Indi, Thali,

Natri Vì iốt thuộc nhóm halogen

nên những đèn có môi trờng này gọi

là đèn halogen kim loại (Metal

halide).

GV: Bựi Thỳc Minh

2.5.2 ĐẩN HALOGEN KIM LOẠI (METAL HALIDE)

• Các loại đèn này có hiệu quả sáng

• Nhợc điểm của đèn này là giá

thành cao, sau một thời gian sử

12/09/13 97

• Đèn Sodium áp suất cao xuất hiện

năm 1961 và đợc thơng mại hóa vào

năm 1965, sử dụng trong chiếu sáng

ngoài trời, chiếu sáng các công

trình công nghiệp, văn hóa thể thao

và là nguồn sáng lý tởng cho chiếu

sáng đờng giao thông.

• Cấu tạo đèn gồm bóng thủy tinh

alumin hình ô van, kích thớc tơng

đối nhỏ, có hơi Natri với áp suất 250

mm Hg, đui xoáy, công suất từ 35

tơng đối kém, CRI = 20 Tuổi thọ

lý thuyết có thể tới 10.000 giờ.

GV: Bựi Thỳc Minh

12/09/13 99

 ống phát hồ quang (hình chữ U) làm từ thủy tinh chịu

nhiệt, chứa Natri và một lợng nhỏ khí argon và neon áp suất

trong ống khoảng 10 -3 mm Hg, khoảng giữa ống phóng điện

và ống phía ngoài là chân không ánh sáng đợc phát ra bởi

điện tử tác động lên các nguyên tử Natri gây ra hồ

quang Nguyên tử Natri ở trạng thái kích thích khi chuyển

về trạng thái cơ bản sẽ phát ra ánh sáng đơn sác màu vàng,

trong đó 95% tại bớc sóng 589nm còn lại 5% phát tại bớc

sóng 586nm.

 Bức xạ đèn Sodium áp suất thấp đơn sắc màu da cam, với bớc sóng này ảnh

của đối tợng đợc tiêu tụ đúng trên võng mạc, vì thế đèn Sodim áp suất thấp

thích hợp cho việc chiếu sáng hệ thống giao thông, dễ dàng quan sát các đối

t-ợng đang chuyển động.

GV: Bựi Thỳc Minh

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 101

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 103

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 105

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 107

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 109

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 111

các nguyên tử sulphur trong môi

trờng khí Argon khi bị kích thích

bằng vi sóng (đợc phát minh năm

1990).

 Không chứa thủy ngân, bền màu, ít bị già hóa, thời gian khởi động rất ngắn, bức

xạ hồng ngoại ít, bức xạ cực tím cũng rất yếu, hiệu suất cao (khoảng 100 lm/W),

rất sáng và phân bố phổ đầy trong vùng nhìn thấy Đây là đèn lý tởng để chiếu

sáng trong nhà tại những nơi diện tích rộng nh nhà máy, kho hàng, nhà thi đấu và

các phố buôn bán Nó cũng là nguồn sáng lý tởng cho chiếu sáng ngoài trời, cho

chiếu sáng kiến trúc.

Đ Đèn Sulphur có thể điều chỉnh quang thông đến mức 30% cung cấp ánh sáng có

nhiệt độ màu đến 6.000 K với CRI = 80 Do không có sợi đốt nên loại đèn này

không thay đổi màu và cờng độ sáng theo thời gian.

GV: Bựi Thỳc Minh

12/09/13 115

2.5.2 Đốn LED (Light Emitting

Diode)

Phần chủ yếu của một LED là tinh thể

bán dẫn InGaN tạo nên chuyển tiếp

P-N Khi đặt điện áp nhỏ lên chuyển tiếp

sẽ tạo nên các điện tích di động chạy

qua chuyển tiếp và biến đổi năng lợng d

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 117

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 119

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 121

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 123

12/09/13 GV: Bùi Thúc Minh 125

Giảng đường Đại Học Nha Trang

131

Bước 1 Chọn độ rọi yêu cầu

Bước 2 Chọn kiểu bóng đèn

Bước 3 Chọn kiểu chiếu sáng và kiểu đèn

Bước 4 Chọn độ cao treo đèn

Bước 5 Bố trí đèn và xác định số lượng đèn tối thiểu

Bước 6 Xác định tổng quang thông của các bộ đèn

chiếu sáng

Bước 7 Xác định số lượng đèn cần thiết

Bước 1 Chọn độ rọi yêu cầu

• Căn cứ vào các yếu tố:

– Đặc điểm sử dụng và không gian.

– Tính chất hoạt động (Văn phòng, xưởng, phòng

học, lắp ráp chi tiết, hội trường,…)

– Môi trường chung.

– Chọn độ rọi theo Tiêu chuẩn

134

• Theo tiêu chí:

– Nhiệt độ màu

– Chỉ số hoàn màu IRC

– Hiệu suất phát quang, tuổi thọ bóng đèn,…

Bước 8 Kiểm tra độ rọi

• Kiểm tra độ rọi trung bình trên bề mặt chiếu

sáng (độ rọi thực tế)

• Thiết kế chiếu sáng cho một xưởng cơ khí có

kích thước axbxH là 20,0x40,0x5,0m Yêu

Bước 2 Lựa chọn bộ đèn

Bước 3 Chọn và phân bố bộ đèn

Bước 4 Tạo lưới tính toán và tính toán

Bước 5 Xuất kết quả

(tài liệu hướng dẫn thiết kế chiếu sáng)

• Các thông tin về căn phòng cần xác định?

– Kích thước? Chiều dài, rộng, cao

– Màu sắc? Của trần, tường, sàn

– Tính chất hoạt động? Ví dụ: giảng đường, thư

viện, phòng thí nghiệm, xưởng cơ khí,…

• Dựa vào đâu?

• Bước 4 Tạo lưới tính toán và tính toán

• Bước 5 Xuất kết quả

155

Bài tập

1 Sử dụng phần mềm Luxicon thiết kế chiếu

sáng cho một xưởng cơ khí (kích thước tự

chọn)

2 Ứng dụng phần mềm Luxicon thiết kế chiếu

sáng cho một giảng đường của trường Đại học

Nha Trang