kỹ thuật chiếu sáng

Hình 1 Như ta biết, mọi vật thể ở nhiệt độ trên 0 0 k sẽ bức xạ năng lượng vào không gian xung quanh nó dưới dạng song điện từ với các bước song khác nhau và được phân loại Bảng1.1 Phân

Khoa Điện

Bộ Môn Hệ Thống Điện

Bài Tập Lớn Môn :Kỹ Thuật Chiếu Sáng

Nguồn điện 3 pha

Tính toán thiết kế chiếu sáng theo phương pháp đã học

Ứng dụng phần mềm Dialux thiết kế chiếu sáng

Giáo viên hướng dẫn: Ninh Văn Nam

Sinh viên thực hiện: Trần Thị Thủy

Lê Chí Thành

LỜI MỞ ĐẦU

Chiếu sáng có vai trò hết sức quan trọng trong việc đảm bảo tiện nghi làm việc và sinh hoạt của con người , nâng cao giá trị thẩm mỹ cho các công trình Từthời kỳ 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 Ngày nay, chúng ta vẫn đang sử dụng nguyên tắc đó để sản sinh ra ánh sáng và nhiệt qua loại đèn nóng sáng Chỉ trong vài thập kỷ gần đây, các sản phẩm chiếu sáng đã trở nên tinh vi và đa dạng hơn nhiều, chiếu sáng nhân tạo hiện đại cho phép ngoài việc đảm bảo tiện nghi còn tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường Hầu hệt

những người sử dụng năng lượng trong công nghiệp và thương mại đều nhận thức được vấn đề tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống chiếu sáng Thông thường có thể tiến hành tiết kiệm năng lượng một cách đáng kể chỉ với vốn đầu tư

ít và một chút kinh nghiệm Thay thế các loại đèn hơi thuỷ ngân hoặc đèn nóng sáng bằng đèn halogen kim loại hoặc đèn natri cao áp sẽ giúp giảm chi phí năng lượng và tăng độ chiếu sáng Lắp đặt và duy trì thiết bị điều khiển quang điện, đồng hồ hẹn giờ và các hệ thống quản lý năng lượng cũng có thể đem lại hiệu quả tiết kiệm đặc biệt Tuy nhiên, trong một số trường hợp, cần phải xem xét việc sửa đổi thiết kế hệ thống chiếu sáng để đạt được mục tiêu tiết kiệm như mong đợi Cần hiểu rằng những loại đèn có hiệu suất cao không phải là yếu tố duy nhất đảm bảo một hệ thống chiếu sáng hiệu quả

Thiết kế chiếu sáng được chia làm 2 loại chính : “chiếu sáng trong nhà” và

“ chiếu sáng ngoài trời” nhóm chúng em được giao bài tập lớn : “thiết kế chiếu sáng cho trục đèn giao thông” Trong bài tập lớn có sử dụng phần mềm hỗ trợ Dialux Evo…vậy nên, bài làm sẽ tìm hiểu sơ lược về phần mềm và đi sâu vào

thiết kế Do thời gian làm bài và kiến thức còn hạn chế nên bài làm của chúng

em không tránh khỏi những thiếu sót.chúng em kính mong nhận được sự góp

ý, chỉ bảo của các thầy, các cô để em có được những kinh nghiệm và kiến thức chuẩn bị cho công việc sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ chúng em hoàn thành bài tập này

Chương I:Kiến Thức Chung 1:Ánh Sáng Và Mắt Người

Ánh sáng là 1 bức xạ sóng điện từ nằm trong giải sóng quang học mà mắt người có thể cảm nhận được

Hình 1 Như ta biết, mọi vật thể ở nhiệt độ trên 0 0 k sẽ bức xạ năng lượng vào không gian xung quanh nó dưới dạng song điện từ với các bước song khác nhau và được phân loại

Bảng1.1 Phân loại sóng ánh sáng theo bước sóng

 Mắt người chỉ có thể cảm nhận trực tiếp được các sóng điện từ có bước sóng nằm

trong dải đến được gọi là ánh sáng nhìn thấy và hay gọi đơn giản là ánh sáng.

 Ứng với mỗi bước sóng ánh sáng trong ánh sáng nhìn thấy có một màu sắc ánh sáng khác nhau từ màu tím đến màu đỏ Tập hợp các màu sắc trong dải bước sóng

Đơn vị : lumen (lm)

Trong đó:

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

V λ – độ nhạy tương đối của mắt đối với ánh sáng có bước sóng λ

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

1.1.5:Định Luật Lambert

Định Luật Lambert mô tả mối quan hệ giữa độ chói L và độ rọi E

Đối với vật liệu truyền sáng tốt như (thủy tinh màu trắng, sữa , kính)

ρE=Lρ:là hệ số phản xạ

Tế bào thần kinh thị giác thực chất là tế bào quang điện , liên hệ với bộnão người dưới dạng luồng tín hiệu thần kinh ăn nhịp với ánh sáng kích thích vào nó , nhạy cảm màu đi từ màu tím đến màu đỏ của ánh sáng nhìn thấy

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

Ứng với ánh sáng có bước sóng (màu sắc) khác nhau, độ nhạy của mắcngười khác nhau

1.3:Nguồn sáng

Những vật mà tự nó phát ra ánh sáng thì gọi là nguồn sáng

1.3.1: Phân Loại Nguồn Sáng

Theo hình thức phát sáng, chia ra : nguồn sáng tự nhiên và nguồn

sáng nhân tạo

Nguồn sáng tự nhiên: ánh sáng mặt trời mặt, mặt trăng vì sao Trong

đó mặt trợi được con người quan tâm nhất

Hình 9:Ánh sáng tự nhiênNguồn sáng nhân tạo : gồm các loại đèn điện được con người tạo

ra,chúng biến đổi điện năng thành ánh sáng

Bóng đèn

METAL- HALIDE

Na (SODIUM) C.A THỦY

NGÂN

HUỲNH QUANG

LED

ỐNG COMPACT

Cao áp Thấp áp

a Theo kích thước nguồn sáng và khoảng cách chiếu sáng, chia ra :

nguồn sáng điểm, nguồn sáng đường và nguồn sáng mặt

Khi khoảng cách từ nguồn sáng đến mặt bàn làm việc lớn hơn nhiều so với kích thước nguồn sáng( thường nguồn sáng có kích thước nhỏ hơn 0,2 lần khoảng cách chiếu sáng đều thì coi là nguồn sáng điểm).Ví dụ đèn sợi

đốt, đèn compac và các đèn phóng điện cường độ cao có thể coi là nguồn

sáng điểm

Hình 10: Đèn compact

Hình 11: đèn sợi đốt

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 huỳnh quang ống, các băng sáng, các đèn bố trí thành các dải sáng là nguồn sáng đường

Các đèn được bố trí thành từng mảng hoặc ô sáng lấy ánh sáng tự nhiên

được coi là nguồn sáng mặt.

Hình 12: Đèn huỳnh quang ống

Theo ánh sáng phát ra từ một nguồn sáng, có thể chia nguồn sáng

thành : nguồn sáng đơn sắc, nguồn sáng phổ liên tục và nguồn sáng phổvạch

Nguồn sáng chỉ phát ra ánh sáng có bước sóng duy nhất ( hay một màu

thuần khiết ) gọi là nguồn sáng đơn sắc.

Nguồn sáng phát ra ánh sáng pha trộn liên tục tất cả các màu sắc ở dải bước sóng λ = 380 ÷ 780 (nm) gọi là nguồn sáng phổ liên tục (hay nguồn phát

ra ánh sáng trắng)

Nguồn sáng phát ra phổ không liên tục (không đầy đủ màu trong dải bước

sóng nhìn thấy ) gọi là nguồn sáng phổ vạch.

Trong các nguồn sáng thì : Mặt trời và bóng đèn sợi đốt phát ra ánh sáng có phổ liên tục, và nhìn chung các loại đèn phóng điện phát ra ánh sáng dạng quang phổ vạch

1.4: Bộ Đèn

1.4.1:Khái niệm, cấu tạo và chức năng của bộ đèn

 Bộ đèn là một đơn vị phát sáng hoàn chỉnh, bao gồm một hoặc nhiều đèn cùng với các bộ phận quang, cơ và điện

Hình 1 3: Ví dụ cấu tạo của bộ đèn

 Bộ phận quang của bộ đèn đảm bảo sự phân bố ánh sáng trong không gian theo yêu cầu và mục đích sử dụng góp phần nâng cao hiệu quả chiếu sáng Ngoài ra, bộ phận quang của bộ đèn còn có nhiệm vụ hạn chế chói lóa của đèn

 Bộ phận cơ của bộ đèn có chức năng định vị và bảo vệ đèn chống lại các ảnh hưởng từ môi trường sử dụng như : chống nước, bụi, va đập cơ khí,

Chức năng cơ bản của bộ đèn :

 Về điện: bộ đèn liên hệ với lưới điện, nối các linh kiện mồi, đầu nối

và điều chỉnh ánh sáng

 Về quang : bộ đèn dảm bảo sự phân bố ánh sáng trong không gian thực

hiện các kiểu chiếu sáng từ chiếu sáng gián tiếp đến trực tiếp tùy theo mục đích và yêu cầu sử dụng Bộ đèn cũng hạn chế nguyên nhân gây lóa nhằm đảm bảo tiện nghi nhìn tốt nhất

 Về cơ : bộ đèn đảm bảo chống các tác nhân bên ngoài như mưa, gió bụi,

va đập và ăn mòn

1.4.2: Phân Loại Bộ Đèn

Có nhiều cách phân loại bộ đèn, tuy nhiên với chiếu sáng chung thì thường

sử dụng 3 cách phân loại sau :

 Bộ đèn chiếu sáng ngoài trời gồm : bộ đèn chiếu sáng đường, bộ đèn phachiếu sáng ngoài trời,…

 Bộ đèn chiếu sáng đường là loại bộ đèn chuyên dụng cho chiếu sáng

đường, và được chia làm 3 loại cơ bản : kiểu chụp sâu, kiểu chụp vừa và kiểu chụp rộng

Kiểu chụp sâu : kiểu này ánh sáng được phát ra trong phạm vi hẹp Ưu

điểm là tránh lóa mắt cho người lái xe Nhược điểm là nếu thiết kế k cân nhắc sẽ gây ra hiệu ứng bậc thang

Kiểu chụp vừa : phạm vi ánh sáng phát ra rộng hơn nên được sử dụng rộng

rãi trong chiếu sáng đường

Kiểu chụp rộng : kiểu này ánh sáng phát ra mọi hướng Nhưng có nhược

điểm là gây lóa mắt nên không được sử dụng trong chiếu sáng đường oto, nhưng thường được dùng cho nơi có nhiều người đi bộ như công viên, quảngtrường,… xong để hạn chế chói lóa , bóng đèn được đặt trong quả cầu có đường kính phù hợp để độ chói trong phạm vi cho phép

 Bộ đèn pha chiếu sáng ngoài trời là loại bộ đèn mà quang thông chủ yếu

tập trung xung quanh trục quang (là giao tuyến của mặt phẳng ngang và mặt phẳng dọc của bộ đèn) Nhờ quang thông tập chung nên đèn pha cho cường

độ ánh sáng lớn và chiếu sáng được xa, vì vậy đèn pha được sử dụng rộng

rãi để chiếu sáng các diện tích lớn như quảng trường, vườn hoa, các sân thể thao, sân ga, bến cảng, sân bay,…chiếu sáng trang trí các công trình kiến trúc , tượng đài, phong cảnh, bảo vệ các khu du lịch, nhà ở, văn phòng, khu công nghiệp,…

1.4.2.2: Theo loại bóng sử dụng trong bộ đèn

Chia thành nhiều loại, ví dụ như : bộ đèn huỳnh quang, bộ đèn LED,…

a) Bộ đèn huỳnh quang 1m2 b) bộ đèn LED tuýp 2 bóng 1m2

Ví dụ: theo sự phân bố quang thông của bộ đèn IEC

 Có 20 loại bộ đèn và ký hiệu bằng chữ cái in hoa: A-T

 Trực tiếp: có 14 loại (từ A-N), trong đó: TT hẹp có 5 loại (A-E) và TT

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).

Cụ thể như sau :

1.4.3: Các thông số cơ bản của bộ đèn

1.4.3.1: Biểu đồ phân bố cường độ ánh sáng

 Biểu đồ phân bố cường độ ánh sáng là đặc tính quang học quan trọng nhất của bộ đèn, nhờ biểu đồ này ta xác định được cường độ ánh sáng I (cd) theomột hướng nào đó, từ đó xác định được độ rọi, độ chói và xác định được sự phân bố ánh sáng của bộ đèn trong không gian

 Biểu đồ phân bố cường độ ánh sáng của bộ đèn được xác định và vẽ bằng thiết bị Goniophotometer – quang học kế

Hình 13

1.4.3.2: Hiệu suất của bộ đèn η (

Hiệu suất của bộ đèn là tỷ số giữa quang thông phát ra từ bộ đèn và quang thông thực của bóng đèn phát ra trong bộ đèn:

η = 100%

Hiệu suất cao chứng tỏ bộ đèn hạn chế sự hấp thụ quang thông của đèn phát

ra tốt, hiểu quả chiếu sáng cao Việc xem xét hiệu suất của các bộ đèn chiếu

sáng là điều cần quan tâm không chỉ với nhà sản xuất mà cả với người thiết

kế chiếu sáng

1.4.3.3: Góc bảo vệ

Ánh sáng từ nguồn sáng trong bộ đèn thường gây chói lóa khó chịu cho người sử dụng Các nghiên cứu sinh lý thực tế chỉ ra rằng, chói lóa của 1 bộ đèn gây khó chịu phụ thuộc vào góc nhìn γ bộ đèn (hay còn gọi là góc bảo vệ) Góc bảo vệ là góc tạo bởi tia nhìn với phương thẳng đứng của bộ đèn

Hình 14Góc bảo vệ thường được quan tâm trong khoảng 90 ≤ γ ≤ 45 Kết quả thựcnghiệm cho thấy góc γ = 90 gây chói lóa khó chịu nhất, còn khi γ ≤ 45 thìcảm giác chói lóa khó chịu gần như không còn

Góc đèn bảo vệ phụ thuộc vào :

Độ treo cao đèn H;

Khoảng cách từ người quan sát đến bộ đèn L;

Bộ phận quang học phân bố cường độ ánh sáng của bộ đèn đặc trưng bằng góc che chắn đèn β

1.4.3.4: Cấp bảo vệ an toàn điện và khả năng chống chịu tác động của môi trường

Khả năng chống chịu tác động của môi trường bên ngoài đối với bộ đèn được đánh giá qua hai chỉ số : độ kín IP(Index Prtection) và cấp bảo vệ chống va đập cơ học IK( Impact Resistance)

a Cấp bảo vệ điện

Các thiết bị điện nói chung (kể cả bộ đèn chiếu sáng), được chia thành 3 cấpbảo vệ điện để đảm bảo an toàn cho người sử dụng như bảng sau:

Hình 15

b Độ kín IP

Chỉ số độ kín hay cấp độ bảo vệ IP cho ta biết khả năng chống chịu vật rắn xâm nhập, bụi và nước ở các môi trường làm việc khác nhau của thiết bị điện (kể cả bộ đèn)

Ký hiệu IPxy; trong đó:

Chữ thứ nhất : x(0÷6) chỉ mức độ chịu vật rắn và bụi thâm nhập vào thiết bị

Chữ thứ hai: y(0÷8) chỉ mức độ chịu nước của thiết bị

c Cấp bảo vệ chống chịu va đập cơ học IK

Cấp bảo vệ chống chịu va đập cơ học của bộ đèn cho trong bảng sau:

Cấp bảo vệ chống va đập cơ học Khả năng chịu được mức độ va

Chương2: Thiết kế chiếu sáng cho nhà thi đấu thể thao

2.1: Đặc điểm đối tượng được chiếu sáng.

Khảo sát:

Thiết kế chiếu sáng cho một Hội trường, với các kích thước như sau : 40mx80m, cao 10m, hệ số phản xạ trần 0,8; hệ số phản xạ tường 0,5; hệ số phản xạ sàn 0,3; bảng

đặt theo chiều rộng, mặt công tác 0,85m Nguồn điện 3 pha

2.2: Tính toán thiết kế cấp điện cho hệ thống

a Chọn độ rọi yêu cầu và cấp quan sát:

Theo TCXDVN : 2005 đối với chiếu sáng một Nhà thi đấu trong nhà có độ rọi yêu cầu và cấp chất lượng quan sát ở mức C - D

b Chọn bóng đèn

- Yêu cầu mức độ quan sát cấp (C – D) và thể hiện màu (CRI) vừa phải

- Ứng với độ rọi yêu cầu 300lx và từ biểu đồ Kruithof nên chọn bóng đèn có nhiệt độ màu ;

Từ các dữ liệu trên và đặc điểm nhà xưởng có chiều cao lớn nên ta chọn loại đèn Phoenix accessories

c Chọn bộ đèn

Hình 16: Bộ đèn HDK900 Phoenix accessories của hãng PHILIPS

cùng các thông số kĩ thuật

Chọn bộ đèn kiểu HDK900 Phoenix accessories của hãng PHILIPS, đặc trưng của

bộ đèn được dùng theo các số liệu theo catalog của nhà sản xuất với hiệu suất 0,66

d Bố trí sơ bộ bộ đèn trong không gian chiếu sáng

Số đèn tối thiểu cần bố trí theo cạnh a:

Số đèn tối thiểu cần bố trí theo cạnh b:

Số lượng bộ đèn tối thiểu:

e xác định tổng quang thông của các bộ đèn trong không gian chiếu sáng Diện tích văn phòng: S = a*b = 40*80 = 3200m2

Theo cạnh a chọn khoảng cách giữa các đèn là n = 7 m và theo cạnh b chọn khoảng cách giữa các đèn m = 9 m

Từ các kích thước hội trường và kích thước vừa chọn, ta xác định được p = 3.5 m, và q = 3 m Bố trí các bộ đèn trên trần được vẽ như trên hình.

Kiểm tra điều kiện:

Như vậy việc bố trí đèn tương ứng với các kích thước ở trên đảm bảo độ yêu cầu và đồng đều độ rọi trên mặt phẳng làm việc

Xác định tổng quang thông của các bộ đèn trong không gian chiếu sáng

Diện tích phòng hội thảo: S = a*b = 40*80 = 3200m2

Hệ số dự trữ : tra bảng 4.3 phụ lục sách kĩ thuật chiếu sáng trang 216 ứng với đèn metal – halede trong môi trường bụi trung bình và bảo dưỡng tốt được ;

Hệ số lợi dụng quang thông U: từ chỉ sô treo đèn j = 0, chỉ số không gian k = 3,08; hệ số phản xạ trần 0,8; hệ số phản xạ tường 0,5; hệ số phản xạ sàn 0,3 và tra

ở bảng 4.4 mục lục sách giáo trình kĩ thuật chiếu sáng trang 217 ta được U = 0,9;Vậy tổng quang thông của các bộ đèn để đảm bảo độ rọi Eyc trên mặt phẳng làm việc:

f, Xác định số lượng bóng đèn thực tế N và bố trí lại bộ đèn phù hợp

Quang thông của một bóng đèn là:

Số lượng đèn thực tế: 28,3 bộ → chọn 28 bộ đèn

Để đảm bảo N ≥ Nmin = 6 và đảm bảo tính thẩm mĩ ta chọn 6 bộ đèn

Với 6 bộ, độ rọi trung bình đạt được trên mặt phẳng làm việc:

Như vậy, việc bố trí bộ đèn ứng với các kích thước ở trên đảm bảo độ yêu cầu

và đồng đều độ rọi trên mặt phẳng làm việc

2.2: Giới thiệu phần mềm Dialux 4.12

DIALux là phần mềm thiết kế chiếu sáng đọc lập phát triển bởi công ty

DIAL GmbH – Đức cung cấp miễn phí cho người dùng có nhu cầu DIALux tính toán chiếu sáng dựa theo tiêu chuẩn châu Âu như EN 12464, CEN 8995

Giao diện thiết kế trực quan dễ sử dụng

Hình 17

Hỗ trợ người dùng mô phỏng 3D dự án chiếu sáng

Hình 18

Phần mềm DIALux hỗ trợ người dùng Export ra những file Auto Cad định dạng DWG và DXF

Thiết kế chiếu sáng giao thông

Hỗ trợ thiết kế nhanh cho nội thất, ngoại thất , giao thông

Sau khi cài đặt xong chúng ta sẽ nhận được 2 file là :

Dialux Light là bản thu gọn bản này hỗ trợ chúng ta thiết kế

nhanh các dự án chiếu sáng

Dialux trên nền màu cam là bản đầy đủ bản này sẽ giúp chúng

ta thiết kế chi tiết các dự án chiếu sáng

2.3: Thiết kế chiếu sáng trên phần mềm Dialux 4.12.

2.3.2 :Thiết kế sơ bộ trên DIALux Light

DIALux Light cho phép chúng ta lập nhanh và mô phỏng 1 dự án chiếu sáng bằng cách nhập các thông số và độ rọi Eyc phần mềm này còn cho phép chúng ta

thay đỏi trực tiếp thông số các bộ đèn trong khi thiết kế

Sau đây là các bước lập 1 dự án thiết kế chiếu sáng nhanh bằng DIALux Light :

Khởi động DIALux Light cửa sổ hiện ra như hình