Chương 11 TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG

CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI NGUỒN SÁNG• Đảm bảo độ rọi và độ ổn định • Quang thông phân bố đều trên bề mặt công tác • Không có ánh sáng chói trong vùng nhìn của mắt • Phải tạo ra ánh sáng

1 Khái niệm chung về chiếu sáng

2 Một số đại lượng dùng trong tính toán chiếu sáng

3 Nội dung thiết kế chiếu sáng

4 Thiết kế chiếu sáng dân dụng

5 Thiết kế chiếu sáng công nghiệp

Chương 11 TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG

1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CHIẾU SÁNG

Đặc điểm sinh lý của mắt

• Mắt có hai đặc tính:

- Đặc tính điều hoà: Mắt có thể nhìn rõ các vật ở khoảng cách khác nhau

- Đặc tính thích ứng: Mắt có thể thích ứng với các độ rọi khác nhau khi nhìn từ vị trí này sang vị trí khác

• Khi nhìn từ vị trí này sang vị trí khác có độ rọi khác nhau, thì mắt cần phải điều tiết để thích ứng Nếu độ rọi càng chênh lệch thì mắt phải điều tiết nhiều, gây hiện tượng mỏi mắt Vì vậy, trong lao động và làm việc người ta phải thiết kế chiếu sáng càng đều càng tốt

CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI NGUỒN SÁNG

• Đảm bảo độ rọi và độ ổn định

• Quang thông phân bố đều trên bề mặt công tác

• Không có ánh sáng chói trong vùng nhìn của mắt

• Phải tạo ra ánh sáng gần giống ánh sáng ban ngày

• Là hệ thống chiếu sáng cung cấp một nguồn chiếu sáng không lớn khi xảy ra sự cố mạng chiếu sáng chính

• Hệ thống chiếu sáng sự cố phải bảo đảm có đủ ánh sáng để công nhân sơ tán khỏi nơi nguy hiểm hoặc tiến hành thao tác sử lý sự cố

+ Hệ thống chiếu sáng ngoài trời

• Ngoài các hệ thống chiếu sáng trên còn có hệ thống chiếu sáng ngoài trời như: Chiếu sáng sân bãi, đường đi, bến cảng, nơi bốc dỡ hàng hoá vật liệu

2.MỘT SỐ ĐẠI LƯỢNG DÙNG TRONG TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG

• Quang thông, F.

Fx = Fλ kλ

Trong đó:

- Fλ là công suất của ánh sáng có bước sóng λ.

- kλ là độ nhạy cảm quang của mắt đối với ánh sáng bước sóng λ.

- FX là công suất của ánh sáng có bước sóng λ đã quy chuyển về ánh sáng có bước sóng 555 nm

Đ ờng cong độ nhạy cảm quang K λ = f( λ )

Lục Lam

Chàm Tím

Đại l ợng FX hay viết gọn là F gọi là quang thông.

Nếu ánh sáng bao gồm nhiều tia sáng với các b ớc sóng từ (λ1ữλ2) thỡ quang

thông sẽ đ ợc tính nh sau:

Trong đó: k là hệ số qui đổi đơn vị bằng thực nghiệm k = 683 Lm/W

Đơn vị quang thông là Lumen, ký hiệu là Lm Cũng có khi đơn vị quang thông là W Quan hệ giữa Lm và W nh sau:

k d k F F

2

1

∫

λλ

λ

=

W 683

1 Lm

Sr 1

Lm

1 Cd

Sr

4 r

r

.

4 r

m 1

S F

E =

ds cos

I L

α

α

3.NỘI DUNG THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG

Bước 1: Lựa chọn loại đèn, công suất, số lượng bóng đèn Bước 2: Bố trí đèn trong không gian cần chiếu sáng.

Bước 3: Lựa chọn các thiết bị bảo vệ.

Bước 4: Lựa chọn dây dẫn

Bước 1: Lựa chọn loại đèn, công suất, số lượng bóng đèn

• Đèn điên bao gồm bóng đèn, chao đèn và các phụ kiện khác Đèn điện được chon theo ba điều kiên sau:

- Đặc tính môi trường, tuỳ theo môi trường có bụi hay không, có nguy hiểm nổ hay có hoá chất làm hỏng đèn mà chọn loại đèn hở kín hay phòng nổ.

- Đặc tính phân bố quang thông và đặc tính quang học không gian của môi trường, yêu cầu đối với chiếu sáng.

- Chỉ tiêu kinh tế.

• Có những tiêu chuẩn riêng qui định sẵn các loại đèn điện dùng cho các môi trường và nơi công tác cụ thể.

Đèn sợi nung

• Đèn dây tóc dựa trên cơ sở bức xạ

nhiệt Khi có dòng điện đi qua dây

Búng đốn huỳnh quang

• Đốn phỏt sỏng dựa trờn cơ sở sự phúng

điện trong hơi thuỷ ngõn ỏp suất thấp

• Hiệu suất phỏt sỏng cao, cú thể đạt đến

trị số 75 Lm/W

5

2 1

U

~

C 2

4

C 1

1- ống thuỷ tinh hỡnh trụ;

2- Lớp huỳnh quang;

3- Sợi đốt; 4- Chấn l u 5- Tắc te.

3

5 1

3

4

5 6 7

8

ĐÌn halogen kim lo¹i cao ¸p

1 2 3 4

5

6

7

Bố trí đèn trong không gian cần chiếu sáng

• Có hai cách bố trí đèn

- Bố trí hình vuông

- Bố trí hình thoi

• Phương án bố trí đèn tốt nhất là làm sao thoả mãn các yêu cầu sau:

- Hạn chế hiện tượng loá mắt và phải an toàn

- Tạo ra độ rọi tốt nhất để làm việc

- Tiết kiệm điện năng và thiết bị chiếu sáng

Bước 2: Bố trí đèn trong chiếu sáng chung

a Bố trí theo hỡnh vuông b Bố trí theo hỡnh thoi

L l

a)

Lb

La

b)

Bước 3: Lựa chọn cỏc thiết bị bảo vệ.

Bước 4: Lựa chọn dõy dẫn.

4.THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG DÂN DỤNG

- Khái niệm

+ Thiết kế chiếu sáng là tính toán, lựa chọn nhằm đạt được môi trường sáng thích hợp với yêu cầu sử dụng đặt ra

- Trình tự thiết kế

+ Chọn độ rọi yêu cầu: (tham khảo bảng sau)

Nội thất chiếu sáng Độ rọi (lx) Nội thất chiếu sáng Độ rọi (lx)

Văn phòng 150 ÷200 Phòng đọc 200 ÷ 250 Phòng thiế kế, vẽ 250 ÷ 300 Giảng đường 200 ÷ 250 Phòng chờ 100 ÷ 150 Nhà xưởng 50 ÷ 100 Hành lang, cầu thang 50 ÷ 100 Nhà bếp 50 ÷ 100

+ Chọn kiểu bóng đèn: theo yêu cầu nhiệt độ, màu sắc.

+ Chọn kiểu chiếu sáng và kiểu đèn: Cần xem ét đến kỹ thuật chiếu sáng và thẩm mỹ + Chọn độ cao treo đèn:

'

'

h h

h J

+

=

h h’

0 ≤ J ≤ 1/3

+ Bố trí đèn và xác định số lượng đèn tối thiểu để đảm bảo độ đồng đều của chiếu sáng.

Độ đồng đều của chiếu sáng phụ thuộc vào tỉ số L/h (L là khoảng cách giữa các đèn) do các hãng sản xuất cung cấp

(L/h)max 0,5 0,8 1 1,2 1,5 1,7 2,5 ≤ 3

Số lượng đèn tối thiểu được xác định theo khoảng cách cho phép giữa các đèn gọi là Nmin

Xác định tổng quang thông của các đèn cần chiếu sáng

k

k S

E F

Trong đó Fd quang thông của đèn

Nếu N <Nmin thì dùng số lượng đèn tính toán là Nmin và cần chọn lại loại đèn có quang thông phù hợp

- Kiểm tra độ rọi tại các điểm chiếu sáng

Vớ dụ

Một phòng thí nghiệm đặt 3 dãy đèn ống, mỗi dãy gồm 7 cụm, mỗi cụm có 3 đèn ống độ treo cao h = 2,2m, điện áp U = 220V, mỗi đèn có công suất P = 30W, quang thông mỗi đèn F = 1450 Lm Tỡm độ rọi tại điểm A và B.

Quang thông trên đơn vị nguồn quang:

3582 5

, 8

1450

3 7

=

77 ,

0 2

, 2

7 ,

1 h

P

=

31 ,

2 2

, 2

1 ,

5 h

P

=

2 , 2

5 ,

8

=

=

h l

Tổng độ rọi t ơng đối trên điểm A là: ΣA = 2.85 + 10 =180 Lx.

- độ rọi trên điểm A:

Lx

*Độ rọi tại điểm B:

- Phần quang phía bên trái của hai dãy 1 và 2 rọi vào điểm B: 180 293

2 , 2 1000

35 ,

3582 E

h 1000

F

77 ,

0 2

, 2

7 ,

1 h

P

=

2 , 2

1 ,

2 h

l

=

=

độ rọi t ơng đối của mỗi dãy: ε = 65 Lx

- Phần quang phía bên phải của hai dãy 1 và 2 rọi vào điểm B:

độ rọi t ơng đối của mỗi dãy: ε = 85 Lx

- Phần quang phía bên trái của dãy 3 rọi vào điểm B:

độ rọi t ơng đối của mỗi dãy: ε = 45 Lx

77 ,

0 2

, 2

7 ,

1 h

P

=

2 , 2

4 ,

6 h

l

=

=

31 ,

2 2

, 2

1 ,

5 h

P

=

2 , 2

1 ,

2 h

l

=

=

- Phần quang phía bên phải của dãy 3 rọi vào điểm B:

độ rọi t ơng đối của mỗi dãy: ε = 9 Lx

Tổng độ rọi t ơng đối của ba dãy tại điểm B là:

2 2

, 2

1 ,

5 h

P

=

2 , 2

4 ,

6 h

l

=

=

48 , 510 5

, 313

2 , 2 1000

35 ,

3582 E

h 1000 F

5 THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CÔNG NGHIỆP

• Khái niệm

• Trong bất kỳ xí nghiệp nào, ngoài chiếu sáng tự nhiên còn phải dùng chiếu sáng nhân tạo, phổ biến nhất là dùng đèn điện để chiếu sáng nhân tạo.

• Ánh sáng nhân tạo rất cần thiết, nó thay thế và bổ xung cho ánh sáng tự nhiên, vì ánh sáng tự nhiên phụ thuộc vào mặt trời thường không liên tục, không đủ độ rọi cần thiết và gần như hoàn toàn không có vào ban đêm.

• Vì vậy chiếu sáng cần phải bảo đảm các yêu cầu về độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác Ngoài ra, phải quan tâm đến màu sắc của ánh sáng, lựa chọn các chao chụp đèn, sự bố trí chiếu sáng vừa đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật và còn phải đảm bảo mỹ quan.

Trình tự thiết kế

• Những số liệu ban đầu

- Mặt bằng của xí nghiệp, phân xưởng, vị trí đặt các máy trên mặt bằng phân xưởng

Các bước tiến hành thiết kế chiếu sáng

• Chọn nguồn sáng: Chọn nguồn sáng phải căn cứ vào yêu cầu chiếu sáng, ưu nhược điểm của

từng loại nguồn sáng

• Chọn hệ thống chiếu sáng: Chọn hệ thống chiếu sáng cũng căn cứ vào yêu cầu chiếu sáng và

ưu nhược điểm của từng hệ thống chiếu sáng

• Chọn độ rọi và hệ số dự trữ.

• Chọn đèn điện.

• Chọn độ cao treo đèn

• Chọn số lượng đèn

PHƯƠNG PHÁP HỆ SỐ SỬ DỤNG

• Trong đó:

- Fc: quang thông mà mặt công tác nhận được, [Lm]

- n: số bóng đèn

- F: quang thông của mỗi đèn, [Lm]

- Ksd: được tra bảng theo loại đèn, hệ số phản xạ của tường và trần nhà, chỉ số phòng ϕ.Chỉ số phòng:

+ a, b: chiều dài và chiều rộng của phòng, [m]

+ H : khoảng cách từ đèn tới mặt công tác, [m]

sd

c n F K

) b a

.(

H

b

a

+

= ϕ

• Nếu gọi diện tích cần chiếu sáng là S, độ rọi trung bình trên mặt công tác:

+ Đèn với gian phòng diện tích nhỏ hơn 10 m2: Z = 1

- Emin: độ rọi tối thiểu ứng với từng loại công việc (tra bảng)

Z

E S

K F

n S

Z =

• Quang thông cần thiết của mọi nguồn sáng:

• Để bù lại sự giảm quang thông của đèn trong quá trình làm việc ta đưa thêm hệ số dự trữ Kdt:

• Căn cứ vào quang thông vừa tính được tra bảng, xác định được công suất của mỗi đèn Khi chọn công suất đèn tiêu chuẩn, người ta cho phép quang thông chênh lệch từ -10% đến +20%

so với tính toán

sd

min

K n

S Z

E

F =

sd

min dt

K n

S Z E K

F =

Vớ dụ

Một phòng có a = 28 m, b = 16 m, chiều cao của phòng h = 4,5 m Điện áp mạng điện cung cấp cho phòng là 220 V Xác định công suất mỗi đèn, số l ợng đèn chiếu sáng cho phòng với yêu cầu độ rọi tối thiểu là Emin = 30 Lx.

Để chiếu sáng ng ời ta sử dụng đèn vạn năng có chụp che bóng, đèn đ ợc bố trí trên nhiều dãy

3 )

16 28

.(

9 , 2

16

28 )

b a

.(

H

b a

= +

= +

= ϕ

2532 46

, 0 18

16 28 2 , 1 30 3 ,

1 K

n

S Z E

K F

sd

min

=

Phương pháp tính gần đúng

• Phương pháp này thích hợp để tính chiếu sáng cho các phòng nhỏ hoặc chỉ số phòng nhỏ hơn 0,5

và yêu cầu tính toán không cần chính xác lắm.Trong mục này ta chỉ cần xác định được công suất ánh sáng trên đơn vị diện tích (W/m2) theo từng yêu cầu chiếu sáng khác nhau, sau đó nhân với diện tích cần chiếu sáng là được công suất tổng Được công suất tổng rồi mới xác định số đèn, loại đèn và độ treo cao của đèn…khi cần thiết thì kiểm tra lại tiêu chuẩn độ rọi theo phương pháp tính

độ rọi từng điểm

Ptổng=p0.S, WTrong đó:

• p0 là công suất trên đơn vị mét vuông, W/m2;

• S - diện tích cần chiếu sáng, m2