CẢI tạo hệ THỐNG CHIẾU SÁNG CHO PHÒNG học

Giốngnhư việc thiết kế trong kiến trúc, trong kỹ thuật và những thiết kế khác, thiết kế chiếusáng dựa vào tổ hợp các nguyên tắc khoa học đặc trưng, những tiêu chuẩn quy ước đãthiếp lập v

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU……… 3

28

LỜI MỞ ĐẦU

Thiết kế chiếu sáng là 1 ứng dụng công nghệ cho một không gian của con người Giốngnhư việc thiết kế trong kiến trúc, trong kỹ thuật và những thiết kế khác, thiết kế chiếusáng dựa vào tổ hợp các nguyên tắc khoa học đặc trưng, những tiêu chuẩn quy ước đãthiếp lập và một số các tham số về thẩm mỹ học, văn hóa và con người được xem xét mộtcách hài hòa

Từ thời sơ khai của văn minh đến thời gian gần đây, con người chủ yếu tạo ra ánh sáng

từ lửa mặc dù đây là nguồn nhiệt nhiều hơn ánh sáng Đến thế kỷ XXI hiện nay, chúng tavẫn đang sử dụng nguyên tắc đó để sản sinh ra ánh sáng và nhiệt qua loại đèn nóng Chỉtrong vài thập kỉ gần đây các sản phẩm chiếu sáng đã trở nên tinh vy và đa dạng hơnnhiều Theo ước tính, tiêu thụ năng lượng của việc chiếu sáng chiếm khoảng 20-45%tổng tiêu thụ năng của một tòa nhà thương mại và chiếm khoảng 3-10% trong tổng tiêuthụ năng lượng của một nhà máy công nghiệp Hầu hết những người sử dụng năng lượngcủa một nhà máy công nghiệp và thương mại đều nhận thức được vấn đề tiết kiệm nănglượng trong các hệ thống chiếu sáng Thông thường có thể tiến hành tiết kiệm năng lượngmột cách đáng kể chỉ với vốn đầu tư ít và một chút kinh nghiệm Thay thế các loại đènhơi thủy ngân hoặc đèn nóng sáng bằng đèn halogen kim loại hoặc đèn natri cao áp sẽgiúp giảm chi phí năng lượng và tăng độ chiếu sáng Lắp đặt và duy trì thiết bị điều khiểnquang điện, đồng hồ hẹn giờ và các hệ thống quản lý năng lượng cũng có thể đem lạihiệu quả tiết kiệm đặc biệt Tuy nhiên trong 1 số trường hợp cần phải xem xét việc sửađổi thiết kế hệ thống chiếu sáng để đạt được mục tiêu tiết kiệm như mong đợi Cần hiểurằng những loại đèn có hiệu suất cao không phải là yếu tố duy nhất đảm bảo một hệthống chiếu sáng hiệu quả Do vậy, các kỹ sư cần phải thiết kế một cách chính xác và có

hiệu quả thông qua sử dụng phần mềm thiết kế Dialux Với nội dung báo cáo: “Tính toán, thiết kế chiếu sáng sử dụng phần mềm DIALUX” Trong quá trình thực hiện đề

tài, em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy Ths.Đỗ Hữu Chế Em xin chân

Tuy nhiên trong quá trình làm vẫn không tránh khỏi những sai sót và hạn chế Em mongnhận được sự góp ý và chỉ dẫn của các thầy cô để có thể hoàn thiện hơn kiến thức củamình.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 6 năm 2016 Sinh viên thực hiện

Đỗ Thị Phương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG

1.1 Lý thuyết cơ bản về ánh sáng

1.1.1 Bản chất của ánh sáng:

- Là một phần của rất nhiều loại sóng điện từ nhìn thấy được bay trong không

gian.Những loại sóng này có cả tần suất và chiều dài, hai giá trị này giúp phân biệt ánhsáng với những dạng năng lượng khác trên quang phổ điện từ

- Theo tiêu chuẩn quốc tế (CIE), tiêu chuẩn phối màu:

*555nm là bước sóng có khả năng gây cảm giác thị giác tốt nhất

1.1.2 Ánh sáng được phát ra từ vật thể do các hiện tượng sau:

- Nóng sáng: các chất rắn và chất lỏng phát ra bức xạ có thể nhìn thấy được khi chúng

được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1000K.Cường độ ánh sáng tăng lên và màu sắc bềngoài sáng hơn khi nhiệt độ tăng

- Phóng điện: Khi một dòng điện chạy qua chất khí, các nguyên tử và phân tử phát ra bức

xạ với quang phổ mang đặc tính của các nguyên tố có mặt

- Phát quang điện: Ánh sáng được tạo ra khi dòng điện chạy qua những chất rắn nhất

định như chất bán dẫn hoặc phootpho

- Phát sáng quang điện: Thông thường chất rắn hấp thụ bức xạ tại một bước sóng và phát

ra trở lại tại một bước sóng khác Khi bức xạ được phát ra đỏ có thể nhìn thấy được, hiệntượng này được gọi là sự phát lân quang hay sự phát huỳnh quang

1.2 Khối lượng ánh sáng

- Là lượng ánh sáng được cung cấp cho một căn phòng

- Được đặc trưng bởi: Quang thông và lượng ánh sáng hiệu quả

+ Quang thông là công suất phát xạ của một nguồn sáng (hay nói đơn giản là toàn bộ ánhsáng phát ra từ một nguồn sáng) Đơn vị của quang thông là: Lumen

Lượng ánh sáng hiệu quả: là lượng ánh sáng thực tế tại vị trí làm việc, được đặc trưng bởiyếu tố độ rọi

+ Độ rọi: là mật độ quang thông rơi trên một đơn vị diện tích được xác định theo công

Hiệu quả nguồn phát sáng: tỷ lệ lumen giữa các nguồn sáng với lumen do đèn sản xuất

ra

Hiệu suất phát quang: Quang hiệu =( lumen /W)

Định luật tỷ lệ nghịch với bình phương : cường độ ánh sáng trên mỗi đơn vị diện tích

tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách tính từ nguồn ( về bản chất là bán kính )

E = I / d2 E1d12 = E2d22

Độ chói : là cảm nhận về độ sáng mà người quan sát có được tại khu vực được chiếu

sáng hoặc ở nguồn chiếu sáng; là đại lượng đặc trưng cho sự cảm nhận cường độ ánhsáng của con người; vì tác dụng trục tiếp lên mắt người nên nó rất quan trọng Ví dụ nhưvào trưa he nắng gắt nhìn lên bầu trời mắt ta có cảm giác khó chịu, đó chính là hiệntượng chói

Độ đồng đều : là lượng ánh sáng đồng đều chiếu cho từng khu vực khác nhau.

Chỉ số hoàn màu (Ra hoặc Cr) : Đại lượng dùng để đánh giá mức độ trung thực về màu

sắc của đổi tượng được chiếu sáng bằng nguồn sáng ấy

Các nguồn sáng khác nhau thì có chỉ số màu khác nhau Chỉ số màu càng cao, sự tái hiệncủa nguồn sáng đối với màu sắc càng rõ nét,tự nhiên và trung thực

Ánh sáng mặt trời được xem là Ra = 100 Ra giảm khi mức độ thay đổi cảm nhận về màusắc vật thể tăng Nguồn sáng có Ra từ 80 trở lên thường được đánh giá tốt

Dưới đây là một số ứng dụng về chỉ số hoàn màu:

Nhóm hoàn màu Chỉ số hoàn

màu chung

Ứng dụng đặc trưng

1A

Ra > 90 Bất kỳ nơi nào cần có sự hoàn màu chính xác, ví dụ

việc kiểm tra in màu, các công việc ở bệnh viện

1B 80 < Ra < 90

Bất kỳ nơi nào cần đánh giá màu chính xác hoặc cần

có sự hoàn màu tốt vì lý do thể hiện, ví dụ chiếu sángtrưng bày

2 60 < Ra < 80 Bất kỳ nơi nào cần sự hoàn màu tương đối

3 40 < Ra < 60

Bất kỳ nơi nào sự hoàn màu ít quan trọng nhưng sựbiểu hiện màu sắc sai lệch rõ rệt là không thể chấpnhận được

4 20 < Ra < 40

Bất kỳ nơi nào sự hoàn màu không hề quan trọng và

sự biểu hiện màu sắc sai lệch rõ rệt là chấp nhậnđược

Nhiệt độ màu: được thể hiện theo thang tính Kelvin (K) là biểu hiện hiện màu sắc của

các nguồn sáng so với màu của vật đen tuyệt đối được nung nóng từ 2000K đến 10000K

Nhìn bảng màu, ta thấy: nhiệt độ càng thấp thì nguồn càng ấm và ngược lại:

Ánh sáng ấm 3300K;

Ánh sáng lạnh = 3300 – 5000K;

Ánh sáng tự nhiên 5000K;

1.4 Các yêu cầu của môi trường chiếu sáng

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

- Nhìn thấy và di chuyển an toàn – đây là yêu cầu đầu tiên và cơ bản cho một môi trườngchiếu sáng, một môi trường chiếu sáng trước tiên là phải giúp con người có thể nhìn thấyđược mọi vật xung quang và có thể di chuyển một cách thuận tiện và an toàn trong phạm

vi được chiếu sáng

- Thực hiện các công việc bằng mắt một cách hiệu quả, chính xác, an toàn – tùy vào tínhchất của công việc mà yêu cầu môi trường chiếu sáng thích hợp nhưng phải đảm bảo độsáng để con người có thể thao tác công việc một cách chính xác và an toàn

- Không gây mệt mỏi thị giác và mất tiện nghi thị giác – đây là yêu cầu đảm bảo về thịgiác cho người làm việc trong môi trường được chiếu sáng, một môi trường chiếu sángđạt yêu cầu phải đảm bảo lượng ánh sáng đầy đủ và đồng đều, không được quá chói hoặcquá tối sẽ khiến người làm việc trong môi trường đó bị mệt mỏi về thị giác làm giảm hiệuquả công việc

Chất lượng chiếu sáng yêu cầu:

- Đủ độ rọi (illuminance) đơn vị đo bằng lux (lx) – đây là yêu cầu về mặt kĩ thuật, tùythuộc vào môi trường được chiếu sáng và mục đích sử dụng của nó mà ta có các yêu cầu

về độ rọi khác nhau, có nghĩa là với những công việc khác nhau thì yêu cầu số lượng cácnguồn sáng, chất lượng của nguồn sáng sao cho đảm bảo đủ độ rọi yêu cầu đối với côngviệc đó

- Đủ độ chói, đơn vị đo bằng candela/m2 (cd/m2) – trong môi trường được chiếu sáng yêucầu đảm bảo đủ độ chói, nếu độ chói cao quá sẽ khiến cho con người bị chói mắt, còn nếu

độ chói thấp quá sẽ khiến con người bị nhức, mỏi mắt Do đó, tùy vào tính chất công việc

mà ta phải đảm bảo đủ độ chói thích hợp

- Hạn chế chói lóa làm giảm khả năng quan sát và chói lóa mất tiện nghi Có những đạilượng chỉ tiêu thực nghiệm khác nhau cho chiếu sáng trong nhà và chiếu sáng ngoài trời

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

1.5 Các tiêu chuẩn chiếu sáng

Có rất nhiều bộ tiêu chuẩn chiếu sáng đã được ban hành và tùy vào đối tượng chiếu sáng

mà ta áp dụng các bộ tiêu chuẩn chiếu sáng khác nhau Một số các bộ tiêu chuẩn thiết kếchiếu sáng điển hình tại Việt Nam hiện nay là:

- TCVN-16-1986 (Tiêu chuẩn về chiếu sáng nhân tạo trong công trình dân dụng)

- TCVN -29-1991 (Tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên trong công trình dân dụng – tiêuchuẩn thiết kế)

- TCVN-95-1983 (Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng nhân tạo bên ngoài công trình xây dựngdân dụng)

- TCVN-5176-1990 (Chiếu sáng nhân tạo-Phương pháp đo độ rọi )

- TCVN -2546-1978 (Bảng điện chiếu sáng dùng cho nhà ở-Yêu cầu kỹ thuật )

- TCVN-3743-1983 (Tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo các tòa nhà công nghiệp và côngtrình công nghiệp)

- TCVN-7114-2002 (Nguyên lí ecgônômi thị giác chiếu sáng cho hệ thống làm việc trongnhà)

Một số bộ tiêu chuẩn chiếu sáng quốc tế: ISO 8995:2002 (CIE S 008/E:2001), Lighting

of indoor work places (chiếu sáng làm việc trong nhà); ISO 9885-2: 2005(E) (CIE S015/E), lighting of work plances – part 2:outdoor (chiếu sáng làm việc ngoài trời)

Đối với thiết kế chiếu sáng trong nhà ta có thể sử dụng bộ tiêu chuẩn 1986(tiêu chuẩn về chiếu sáng nhân tạo trong công trình dân dụng) Đây là bộ tiêu chuẩnkhá đầy đủ với hầu hết các khu vực chiếu sáng Ngoài ra hiện nay ta cũng có thể áp dụng

TCVN-16-bộ tiêu chuẩn chiếu sáng mới là TCVN-7114-2002, TCVN-16-bộ tiêu chuẩn này cho ta mức độchiếu sáng chung của các khu vực làm việc

Bảng sau thể hiện một số tiêu chuẩn chiếu sáng trong TCVN – 7114 – 2002:

Bảng 1: Một sốTiêu chuẩn chiếu sáng trong TCVN – 7114 – 2002

1.6 Các bước thiết kế hệ thống chiếu sáng

Bước1: Quyết định mức chiếu sáng cần thiết lên bề mặt làm việc, loại đèn và nguồn phát

sáng.

Phải tiến hành đánh giá sơ bộ về loại chiếu sáng cần thiết, thường thì quyết định đượcđưa ra dựa trên tính kinh tế và tính thẩm mỹ Đối với các công việc văn phòng bìnhthường cần mức chiếu sáng 300 lux

Cần phải lựa chọn loại đèn phù hợp cho từng phòng: phòng làm việc, phòng học nên chọnbóng đèn huỳnh quang đảm bảo cung cấp đủ khối lượng chiếu sáng

Bước 2: Thu thập số liệu phòng theo mẫu dưới đây:

sẽ cấp cho mỗi bộ đèn một bảng CU riêng lấy từ báo cáo thử nghiệm trắc quang Sửdụng bảng có sẵn từ nhà sản xuất có thể quyết định hệ số sử dụng để lắp các loại đènkhác nhau nếu biết hệ số phản xạ của tường và trần nhà, biết loại nguồn phát sáng vàxác định được chỉ số đo phòng Đối với đèn tuýp đôi, hệ số sử dụng là 0,66 tươngứng với chỉ số đo phòng là 2,5

Bước 5: Tính số mối lắpcần thiết bằng cách áp dụng công thức sau:

NTrong đó:

- N = Số mối lắp

- E = Mức lux cần thiết lên bề mặt làm việc

- A = Diện tích (L x W)

- F = Tổng lượng dòng (lumen) của tất cả các đèn trong một mối lắp

- UF = Hệ số sử dụng lấy từ bảng đốivới mối lắp

- LLF = Hệ số thất thoát ánh sáng Hệ số này tính độ hao mòn theo thời gian của lượng ánhsáng phát ra từ đèn và lượng bụi tích tụ trên mối lắp và trên tường nh LLF = Lumen đènMFx Nguồn sáng MFx Bềmặtcăn phòng MF

Chỉ số LLF thường gặp:

Văn phòng có điều hòa 0,8

Công nghiệp không sạch 0,6

Bước 6: Bố trí các bộ đènđể đảm bảo tính đồng đều.

CHƯƠNG 2: PHẦM MỀM THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG DIALUX 2.1.Khái niệm

Dialux là phần mềm tính toán chiếu sáng của hãng Dia GmbH của Đức, cho phép tínhtoán thiết kế chiếu sáng trong nhà và chiếu sáng ngoài trời Đây là một chương trình tínhtoán chiếu sáng tương đối hiện đai, nó giúp ta thiết kế chiếu sáng một cách nhanh chóng

và đưa ra một hệ thống chiếu sáng đạt yêu cầu về số lượng cũng như chất lượng

2.2.Ưu-Nhược điểm

a Ưu điểm

Phần mềm đưa ra nhiều phương án lựa chọn cho bộ đèn, không chỉ các bộ đèn của hãngDialux mà còn có nhiều hãng đèn khác Dialux còn đưa ra các thông số kỹ thuật ánhsáng, giúp ta thực hiện nhanh chóng quá trình tính toán hoặc cho phép ta sửa đổi cácthông số đó

Phần mềm cho phép hỗ trợ file bản vẽ Autocad với định dạng *.DXF và*>DWG Tínhtoán chiếu trong những không gian đặc biệt (trần nghiêng, tường nghiêng, có đồ vật, vậtdụng trong phòng) trong điều kiện có và không có ánh sáng

Thân thiện với người dùng, sử dụng miễn phí

Dialux cho phép chèn nhiều vật dụng khác nhau vào dự án như: bàn, ghế, TV, giường,gác lửng, cầu thang,…Bên cạnh đó là một thư viện khá nhiều vật liệu để áp vào các vậtdụng trong dự án…cũng như dễ dàng hiệu chỉnh mặt bằng theo ý muốn của mình Vì vậykhi Render, sẽ cho ra hình dạng màu, rất trực quan sinh động

Ngoài ra Dialux còn đưa ra một chương trình Wizard rất dễ dàng sử dụng để tính toánchiếu sáng các đối tượng như mặt đường, bảng hiệu, đường phố, chiếu sáng trong nhà…Dialux còn cho phép ta lập các bảng báo cáo, tổng kết các kết quả dưới dạng số và đồ thị,hình vẽ… và còn có thể chuyển các kết quả sang các định dạng như PDF

b Nhược điểm

Kho dữ liệu gốc ít nên không có nhiều lựa chọn cho người sử dụng trong việc mô phỏngcác thiết bị Nếu nhập dữ liệu từ ngoài thì việc tính toán và xuất dữ liệu sẽ lâu

CHƯƠNG 3: THỰC HÀNH THIẾT KẾ DIALUX

Đề Tài: Cải tạo hệ thống chiếu sáng tại phòng học

Phòng AB101 là 1 phòng học được xây dựng nhằm giảm tình trạng thiếu phòng học củatrường đại học Điện Lực nó được sửa chữa và đưa vào sử dụng từ năm 2014 nằm trongtòa nhà B của trường Mục đích của tòa nhà là phục vục công tác học tập và làm việc củacác giảng viên trong nhà trường với các thông số như sau:

Khu vực 2: bàn giáo viên, bục giảng 1 thùng rác, bàn giáo viên, bục giảng,bảng

Dựa vào số liệu trên, thiết kế hệ thống chiếu sáng trong phòng đảm bảo độ rọi trung bình

là ≥200 lux Độ rọi trên bục giảng ≥300

(Nguồn:

http://sdme.com.vn/news/tieu-chuan-do-lux-moi-nhat-trong-chieu-sang-trong-nha-)

Hình ảnh: Mặt bằng chung phòng AB101

Hình ảnh:Mô tả phòng làm việc 3D phòng AB101

Hình ảnh kết quả tính toán đạt được

Giải pháp cải tạo chiếu sáng.

Đề xuất lắp thêm 2 bóng đèn tại vị trí bục giảng và sắp xếp lại vị trí của các bóng đèn để đảm bảo ánh sáng cần thiết:



Hình ảnh: Thiết kế cải tạo phòng AB 101

Hình ảnh: Tính toán phòng AB 101 đã được cải tạo

Nhận xét: Eav= 266

Emax=377 độ sáng của mặt bục giảng = 300lux

Sau khi đã cải tạo độ sáng độ sáng của mặt bàn học vẫn đảm bảo và độ sáng của bụcgiảng thỏa mãn theo quy định của bộ xây dựng (=300lux) (QCTC 12:2014/BXD,http://sdme.com.vn/news/tieu-chuan-do-lux-moi-nhat-trong-chieu-sang-trong-nha-

qcvn12.2014.html)

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Chiếu sáng là một nhu cầu thiết yếu của toàn bộ cộng đồng theo như thống kê của ViệtNam chiếu sáng chiếm đến 20% năng lượng tiêu thụ Do dó nếu chúng ta có những biện

pháp cụ thể hữu hiệu tiết kiệm trong chiếu sáng sẽ giúp chúng ta tiết kiệm được mộtnguồn năng lượng lớn Ngoài ra chiếu sáng cũng ảnh hưởng đến sức khỏe của con ngườivới tình trạng các bệnh về mắt như congoận thị, viễn thị, ngày càng tăng Với sự tiến bộcủa công nghệ kỹ thuật hiện nay xây dựng môi trường ảo để thử nghiệm là một phươngpháp tiện lợi nhanh chóng chi phí thấp và ít gây tổn hại tới môi trường sức khỏe của conngười Môi trường ảo có tính chính xác cao hơn các công thức ước đoán vì nó được xâydựng trên một hệ thống logic và được đo đạc trải nghiệm trong thực tế Môi trường ảocòn giúp cho người thiết kế nhìn thấy trước được mô hình bằng hình ảnh điều này manglại lợi ích rất lớn về tính thẩm mỹ của sản phẩm.