BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG HỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độ rọi Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho mức độ chiếu sáng cao hay thấp của bề mặt Dùng để xác định một khu vực sáng như thế nào khi được chiếu sáng bằng một nguồn sáng E_a=lim┬(dS→0)⁡〖dF/dS 〗 Lux (Lx)

M C L CỤ Ụ

LỜI NÓI ĐẦU

Thiết kế chiếu sáng là một ứng dụng công nghệ chiếu sáng cho một khônggian của con người Giống như việc thiết kế trong kiến trúc, trong kỹ thuật vànhững thiết kế khác, thiết kế chiếu sang dựa vào các tổ hợp các nguyên tắc khoahọc đặc trưng, những tiêu chuẩn và quy ước đã thiết lập và một số các tham số

về thẩm mỹ học, văn hóa và cin người được xem xét một cách hài hòa

Trong những thập niên gần đây theo ước tính, tiêu thụ năng lượng của việcchiếu sáng chiếm khoảng 20 -45% tổng tiêu thụ năng lượng của một tòa nhàthương mại và khoảng 30-10% tổng tiêu thụ năng lượng của một nhà máy côngnghiệp Hầu hết những người sử dụng năng lượng trong công nghiệp và thươngmại đều nhận thức được vấn đề tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống chiếusáng Lắp đặt và duy trì thiết bị điều khiển quang điện, đông hồ hẹn giờ và các

hệ thống quản ký năng lượng cũng có thể đem lại hiệu quả tiết kiệm đặcbiệt.Tuy nhiên trong một số trường hợp cần phải xem xét việc sửa đổi thiết kế hệthống chiếu sáng để đạt được mục tiêu chiếu sangs như mong đợi Do vậy các

kỹ sư cần phải thiết kế một cách chính xác và hiệu quả, một trong những phầnmềm giúp các kỹ sư thiết kế giảm bớt thời được thời gian và tính toán chính xác

đó là sử dụng phần mềm DIALUX

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG

Giới thiệu tổng quan về chiếu sáng

Chiếu sáng là một kỹ thuật đa ngành, trước hết đó là mối quan tâm cảu các

kỹ sư điện, các nhà nghiên cứu quang phổ, các cán bộ kỹ thuật của công ti côngtrình công cộng và các nhà quản lý đô thị Chiếu sáng cũng là mối quan tâm cảucác nhà kiến trúc, xây dựng và giới mỹ thuật Nghiên cứu về chiếu sáng cũng làmột công việc của các bác sĩ nhãn khoa, giáo dục

Thời gian gần đây với sự ra đời và hoàn thiện của các nguồn sáng hiệu suấtcao, các phương pháp tính toán và công cụ phần mềm chiếu sáng mới, kỹ thuậtchiếu sáng đã chuyển từ giai đoạn chiếu sáng tiện nghi sang chiếu sáng hiệu quả

và tiết kiệm năng lượng gọi là chiếu sáng tiện ích

Theo số liệu thống kê.năm 2005 điện năng sử dụng chiếu sáng trên toàn thếgiới là 2650 tỷ kWh chiếm 19% sản lượng điện Chiếu sáng tiện ích là một giảipháp tổng thể nhằm tối ưu hóa toàn bộ kỹ thuật chiếu sáng từ việc sử dụngnguồn sáng có hiệu suất cao, thay thế các bóng đèn sợi đốt có hiệu quả chiếusáng thấp bằng bóng đèn compact, sử dụng rộng rãi các loại đèn huỳnh quangthế hệ mới, sử dụng tối đa và hiệu quả ánh sáng tự nhiên, điều chỉnh ánh sángtheo yêu cầu và mục đích sử dụng nhằm giảm điện năng tiêu thụ mà vẫn đảmbảo tiện nghi chiếu sáng Kết quả chiếu sáng phải đạt được mức độ chiếu sángtốt nhất, tiết kiệm năng lượng, giá thành, hạn chế các loại khí nhà kính góp phầnbảo vệ môi trường

- Bức xạ tử ngoại: Nhỏ hơn 380 nm

- Bức xạ nhìn thấy: Từ 380 nm 780 nm

- Bức xạ hồng ngoại: lớn hơn 780 nm

1.1.2 Mắt và sự cảm thụ ánh sáng của mắt

- Cấu tạo của mắt:

Hình 1.1.2a: Cấu tạo của mắt ngườiMắt có dạng hình cầu đường kính 2,4 cm, nặng khoảng 7 gam.giác mạc vànhất là thủy tinh thể tạo nên một hệ thống quang học cho phép hình ảnh đượchiên lên trên võng mạc Võng mạc bao gồm rất nhiều tế bào thần kinh thị giáctrong đó 2 loại tế bào cảm nhân ánh sáng cơ bản là:

+ Tế bào hình nón: gồm khoản 7 triệu tế bào nằm chủ yếu ở vùng giữavõng mạc và được kích thích bằng mức chiếu sáng cao, còn gọi là thị giác ngàyđảm bảo nhận biết màu sắc của ánh sáng

+ Tế bào hình que : gồm khoảng 130 triệu tế bào và bao phủ vùng còn lạicủa võng mạc, tuy nhiên vẫn có một số tế bào hình nón Chúng được kích thíchbằng mức chiếu sáng thấp, còn gọi là thị giác đêm và chỉ nhận biết được màuđen trắng

Không có ranh giới rõ rệt đối với hai loại tế bào này Chúng hoạt độngnhiều hay ít phụ thuộc vào mức chiếu sáng nhất là trong miền trung gian giữa thịgiác ngày và đêm

Hình 1.1.2b: Thần kinh giác mạc

- Độ nhạy tương đối của mắt người:

Độ nhạy của mắt đối với ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng.Các tế bào hình nón chỉ cảm nhận được các tia sáng có bước sóng trong khoảng(380 780 nm ), ở bước sóng 380nm chúng ta bắt đầu cảm nhận được, và đếnbước sóng 780nm chúng ta bắt đầu mất nhạy cảm

Hình 1.1.2c: Độ nhạy tương đối của mắt người với ánh sángKhi chuyển từ thị giác đêm sang thị giác ngày hoặc ngược lại cảm giácsáng không xảy ra tức thời mà phải có thời gian gọi là thời gian thích ứng Căn

cứ về độ nhạy của mắt để sử dụng các bóng đèn phát ra ánh sáng có bước sóngnhạy cảm với mắt giúp người quan sát cảm nhận tốt sự vật

Vào ban đêm hoặc lúc hoàng hôn, mắt nhìn rõ nhất ánh sáng màu lục cóbước sóng = 510 nm Trên hình 6 là đường cong độ nhay tương đối với thị giácban ngày và ban đêm

Hình 1.1.2d: Thị giác ban ngày và thị giác ban đêm

1.2)Đại lượng đo áng sáng

1.2.1)Quang thông F

Quang thông là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát sáng của một nguồnsáng, có xét đến sự cảm thụ ánh sáng của mắt người hay gọi là đại lượng đocông suất phát sáng của ánh sáng

F = k (lm)Đơn vị: Lumen (Lm)

Trong đó:

- k = 683 (lm/W) -hệ số chuyển đổi đơn vị điện (W) sang đơn vị quang (lm)

- -năng lượng bức xạ của ánh sáng ứng với bước sóng (W)

- -độ nhạy tương đối của mắt với bước sóng

- = 380 nm , =780 nm

Hình 1.2.1: Quang thông của một số loại đèn

1.2.2)Cường độ ánh sáng

Cường độ ánh sáng là lượng quang thông của nguồn sáng theo một hướngnào đó trong không gian

Cường độ ánh sáng tại điểm A:

Góc khối được định nghĩa là góc không gian đo bằng tỉ số giữa diện tích Strên mặt cầu với bình phương bán kính của mặt cầu đó

Giá trị cực đại của khi từ tâm chắn cả không gian, tức là toàn bộ mặt cầu:

(Sr)Như vậy nếu một nguồn sáng phát ra quang thông F trong không gian thìcường độ ánh sáng theo mọi phương là:

Bảng 1.2.3: Độ rọi trung bình trên một số bề mặt

- Độ rọi điểm: là độ rọi tại một điểm trên bề mặt được chiếu sáng

Với nguồn sáng thứ cấp: (cd/

Trong đó:

• dI - Cường độ ánh sáng theo phương quan sát

• - Góc giữa pháp tuyến n của mặt phẳng phát sáng dS và hướng nhìn

• dS - Diện tích phát sáng biểu kiến khi nhìn mặt phẳng phát sáng

+ Nguồn sáng tự nhiên: Mặt trời, mặt trăng, các vì sao

+ Nguồn sáng nhân tạo: Gồm các loại đèn điện được con người tạo ra chúng biến đổi điện năng thành quang năng

- Theo kích thước nguốn sáng và khoảng cách chiếu sáng:

+ Nguồn sáng điểm: Khi khoảng cách từ nguồn đến mặt làm việc lớn hơn rất nhiều so với kích thước của nguồn sáng VD đèn sợi đốt

+ 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 VD đèn huỳnh quang

+ Nguồn sáng mặt: là các đèn được bố chí thành mảng hoặc ô sáng lấy ánh sáng

tự nhiên

- Theo phổ ánh sáng phát ra từ nguồn sáng:

+ Nguồn sáng đơn sắc: Nguồn sáng chỉ phát ra ánh sáng có bước sóng duy nhất

+ Nguồn sáng phổ liên tục: Nguồn sáng phát ra ánh sáng pha trộn liên tục tất

cả các màu sắc ở dải bước sóng =380 780 nm

+ Nguồn sáng phổ vạch: Nguồn sáng phát ra ánh sáng có phổ không kiên tục

1.3.1.2) Một số nguồn sáng nhân tạo phổ biến

 Đen Metal Halide

a) Cấu tạo

Hình 1.3.1.2: Đèn Metal HalideĐèn metal halide được sản xuất bằng hợp chất muối 3 chất Thalium-Indium-Natri đưa vào trong đèn tạo nên 3 dãy sóng màu xanh-đỏ-vàng làm tănghiệu suất phát quang của đèn Đèn metal halide chứa chất kim loại metal halide

ở dạng muối, một sự đột phá trong sản xuất đèn cao áp do đó thể hiện được thếmạnh so với các loại đèn khác

b) Nguyên lý làm việc:

Khi cấp nguồn cho bộ đèn thì bộ kích đóng ngắt tạo điện áp cao làm chocác điện cực phóng điện( hồ quang) trong ống Dưới nhiệt độ cao của hồ quanghơi tủy ngân bị ion hóa và bức xạ tia cực tím Tia này phản ứng với hỗn hợp khí

và muối kim loại bên trong ống dưới áp suất cao sẽ phát ra ánh sáng nhìn thấy c) Ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng

- Ưu điểm:

• Hiệu suất phát sáng cao dẫn đến chỉ số màu đạt mức hoàn hảo 95%, tạoánh sáng tốt nhất

• Tuổi thọ cao (20000h)

• Có công suất đa dạng từ 20 đến 3000W

• Nhiệt độ màu cao (4000 đến 6000K)

- Nhược điểm:

• Giá thành cao

• Thời gian khởi động lâu và chỉ có thể khởi động lại sau khi đã nguội

• Tuổi thọ thấp hơn đèn thủy ngân cao áp

• Nhiệt độ màu bị giảm theo thời gian, 5000 đến 10000h phải thay đèn nếu muốn giữ chất lượng truyền màu

- Phạm vi áp dụng:

• Đèn metal halide phát ánh sáng hoàn hảo với chỉ số màu cao nên thường được dùng để chiếu sáng trong lĩnh vực hoạt động, trang trí như ở các siêuthị, sân khấu

• Với hiệu suất chiếu sáng tối đa đèn thường được đưa vào các biển quảng cáo

• Đèn metal halide được sử dụng nhiều trên các sân vận động và đường phố

• Dùng trong chiếu sáng công nghiệp

1.3.2) Bộ đèn

1.3.2.1) Khái niệm và cấu tạo

Bộ đèn là một đơn vị phat sáng hoàn chỉnh bao gồm một hoặc nhiều đèn cùngvới các bộ phận: quang, cơ, điện

Hình 1.3.2.1: Cấu tạo của bộ đènCấu tạo:

1. Đầu dây dẫn điện vào đèn

10. Nắp bảo vệ ngăn tiếp xúc điện

-Bộ phận quang: đảm bảo sự phân bố ánh sáng trong không gian theo mụcđích và yêu cầu cần sử dụng góp phần nâng cao hiệu quả chiếu sáng Ngoài ra

nó còn có nhiệm vụ hạn chế chói lóa của đèn nhằm đảm bảo tiện nghi nhìn tốtnhất

-Bộ phận cơ: Có chức năng định vị và bảo vệ đèn chống lại các ảnh hưởng

từ môi trường sử dụng như: chống nước, chống bụi, chống va đập

-Bộ phân điện: Gồm đui đèn, thiết bị mồi đèn, cùng các cầu đấu để kết nốibóng đèn và các thiết bị mồi đèn với nguồn điện

1.3.2.2) Phân loại

- Theo mục đích sử dụng:

+ Bộ đèn chiếu sáng trong nhà: Bộ đèn chiếu sáng lớp học, bộ đèn chiếusáng văn phòng, bộ đèn chiếu sáng công nghiệp, bộ đèn pha chiếu sáng trongnhà

+ Bộ đèn chiếu sáng ngoài trời: Bộ đèn chiếu sáng đường, bộ đèn pha chiếusáng ngoài trời

- Theo loại bóng sử dụng trong bộ đèn: bộ đèn huỳnh quang, bộ đèn LED

- Theo sự phân bố ánh sáng trong không gian chiếu sáng của bộ đèn:

1.3.2.3) Bộ đèn chiếu sáng trong nhà.

Để thuận tiện trong việc sản xuất đèn cũng như thiết kế chiếu sáng, trên cơsowr phân bố ánh sáng của bộ phân quang trong khonong gian, Ủy ban quốc tếCIE ứng dụng 20 chữ cái in hoa (A T) để phân loại bộ đèn chiếu sáng trong nhà

- Trực tiếp hẹp có 5 loại (A→E)

- trực tiếp rộng có 5 loại (F→J),

- Nửa trực tiếp có 4 loại (K→N)

- Hỗn hợp có 5 loại (O→S)

- Gián tiếp: có 1 loại T

Theo phân loại này toàn bộ không gian xung quanh bộ đèn được chia thành

5 vùng tương ứng

Như vậy tổng quang thông bức xạ của bộ đèn theo mọi hướng là:

/2(F1=)

Là bộ đèn chuyên dùng chiếu sáng đường

Dựa vào phân bố ánh sáng của bộ phận quang, bộ đèn chiếu sáng đườngchia làm 3 loại cơ bản: Phân bố ánh sáng hẹp, phân bố ánh sáng bán rộng, phân

bố ánh sáng rộng

b) Bộ đèn pha

Đèn pha là loại đèn mà quang thông tập trung chủ yếu xung quanh trụcquang, do quang thông tập trung nên bộ đèn phan cho cường độ ánh sáng lớn vàchiếu được xa

Đèn pha được ứng dụng rộng rãi để chiếu sáng diện tích lớn như: quảngtrường, vườn hoa, sân thể thao

1.4) Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng trong nhà (TCVN 7114 : 2000)

1.4.1) Sự chói lóa

Chói láo xảy ra nếu độ chói của đèn hoặc của sổ quá lớn so với đọ chóichug của phòng hoặc khi nguồn sáng chói như vậy được phản xạ từ bề mặt bónghoặc bán mờ

Chói lóa có thể là một trong hai dạng, đôi khi xảy ra riêng rẽ nhưng thươngđông thời.Dạng thứ nhất là chói lóa mờ là giảm sự nhìn rõ chi tiết hoặc đối tượnkhông nhất thiết gây khó chịu.Dạng thứ hai là chói lóa gây khó chịu và nguyênnhân gây ra sự khó chịu mà không ảnh hưởng đến sự nhìn rõ và chi tiêt đốitượng

Chói lóa cũng có thể xuất hiện do phản xạ từ bề mặt có sự phản xạ cao, đặcbiệt nơi có nguồn sáng chói và mựt phẳng gương như kim loại đánh bóng Chóilóa phản xạ có thể bao gồm chói láo mờ và chói lóa gây khó chịu

1.4.2) Sự nhấp nháy

Dao động ánh sáng, hoặc từ nguồn, hoặc từ một vùng được chiếu sángtrong trường nhìn mà mắt cảm nhận được nếu tần số dao động thấp Hiện tượngnhấp nháy có thể gây khó chịu và tăng ảnh hưởng nhưu bị nhiễu thị Giữa các cáthể có sự khác nhau về cảm giác nhấp nháy cũng giống như cảm giác khó chịu.Tần số nhấp nháy có thể tiếp nhận được phụ thuộc vào độ chói là diện tíchcảu nguồn sáng hoặc phạm vi được chiếu sáng, vị rí tiêu ảnh trên võng mạc,hình dáng của đường cong biến thiên độ chói theo thời gian và biên độ của daođộng Dao động của ánh sáng cũng có thể gây hiệu ứng ''hoạt nghiệm'', mà có

thể gây cảm vật chuyển động bị giật hoặc nhận biết sai về vận tốc của vậtchuyển động quay tròn.

1.4.3) Độ rọi

Độ rọi và phân bố độ rọi trên vùng làm việc hoặc vùng tiếp giáp sẽ gây tácdộng đến năng suât lao động, an toàn, tiện nghi với người thực hiện công việcthị giác

Tất cả các giá trị độ rọi được quy định trong tiêu chuẩn này là độ rọi duy trì

và đảm bảo cho cong việc thị giác an toàn và các yêu cầu về đặc tính thị giác.Với mỗi loại khu vực, công việc hoặc hoạt động có 3 mức độ rọi được đưa ra:

- Giá trị cao hơn trong dãy có thể áp dụng trong các trường hợp sau:

• khác Khi độ phản xạ hoặc độ tương phản của đối tượng thấp một cách thường

• Khi những sai sót trong nhiệm vụ gây tổn thương lớn

• Khi hoạt động thị giác có yêu cầu nghiêm ngặt

• Khi độ chính xác hoặc năng suất cao là quan trọng

• Khi khả năng nhìn của người lao động cần thiết phải tăng

độ rọi

- Giá trị thấp hơn có thể được sử dụng:

thường

• Khi tốc độ hoặc độ chính xác không quan trọng

• Khi nhiệm vụ chỉ thỉnh thoảng thực hiện

Các mức độ rọi Loại khu vục, công việc hoặc hoạt động

20 30 50 Khu vục đi lại và khu vực làm việc ngoài nhà

50 100 150 Vừng đi lại, định hướng đơn giản hoặc quan sat chung

100 150 200 Phòng không sử dụng để làm việc thường xuyên

200 300 500 Công việc đòi hỏi thị giác đơn giản

300 500 750 Công việc đòi hỏi thị giác trung bình

500 750 1000 Công việc đòi hỏi thị giác cao

750 1000 1500 Công việc đòi hỏi thị giác phức tạp

1000 1500 2000 Công việc đòi hỏi thị giác đặc biệt

Hơn 2000 Thực hiện công việc thị giác rất chính xác

Bảng 1.4.3: Các mức độ rọi đặc trưng của các khu vực, công việc hoặc hoạt

động khác nhau

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM DIALUX EVO

2.1) Tổng quan về phần mềm Dialux evo

Dialux evo 7.1 là phần mềm tính toán thiết kế và mô phỏng chuyên dùng

để chiếu sáng trong building

Mặc dù đây là một phần mềm miễn phí nhưng chức năng của nó hoàn toàntốt và hiện có rất nhiều công ty thiết kế sử dụng nó và dùng kết quả tính toán đó

để trình bày cho chủ đầu tư

Dialux evo có thể mo phỏng được ánh sáng nhấn tạo và ánh sáng tự nhiên,

có thể mô phỏng được cho các hệ thống trong nhà lẫn những hệ thống chiếusáng ngoài trời

Cùng với sự phát triển của các phần mềm làm BIM, ở phiên bản 7.1 Dialuxevo đã cho phép chèn mô hình IFC trực tiếp vào phần mềm để mô phỏng tínhtoán thay thể cho việc phải vẽ lại từ đầu mô hình kiến trúc trong các phiên bảntrước

Hình 2.2.2

Sau khi nhấn next xuất hiện cửa sổ như hình 2.2.3:

Hình 2.2.3

Sau đó kích vào dòng “I agree to the tems of this license agreement” như hình Tiếp theo chọn ổ để cài đặt như hình dưới:

Hình 2.2.4Tiếp tục nhấn Next

Hình 2.2.5Next tiếp tục:

Hình 2.2.6

Nhấp tiếp Next:

Hình 2.2.7Hình 2.2.7 quá trình cài đặt trong máy đang diễn ra

Hình 2.2.8

Cuối cùng nhấn “Finish” để kết thúc quá trình cài đặt.

2.3) Khởi động Dialux Evo 7.1

2.3.1) Khởi động chương trình.

Sau khi cài đặt xong ra màn hình desktop nháy đúp chuột vào biểu tượng của DIALUX

EVO 7.1 để khởi động phần mềm:

Hình 2.3.1a Màn hình làm việc của DIALUX EVO 7.1

Như trên hình 2.3.1 có xuất hiện các mục:

- Outdoor anh building planning: xây dựng và thiết kế ngoài trời

- Importing : đưa 1 file đã có sẵn như auto cad để thiết kế

- Emty rectangular room:hình hộp chữ nhật rỗng

- Stress lights :thiết kế chiếu sáng đường,vv…

- Simple indoor planning :thiết kế chiếu sáng cho 1 ngôi nhà

Để thiết kế chúng ta chọn 1 trong 5 mục trên.Ví dụ sau khi ta chọn

“Simple indoor planning “màn hình như trong hình 2.3.2