thiết kế kỹ thuật chiếu sáng

TỔNG QUAN VỀ CHIẾU SÁNG 1.1 Ánh sáng mắt người 1.1.1 Ánh sáng Như ta biết, vật thể nhiệt độ 00k xạ lượng vào khơng gian xung quanh dạng song điện từ với bước song khác phân loại bảng 1.1: Bước sóng (1000000)m Tên gọi Sóng dài (LW) (1001000)m (10100)m (0,5m (1mm (0,781000)m (380780)nm (10)nm (0,01100)A0 Dưới 0,01A0 Sóng trung (LW) Sóng radio Sóng ngắn (SW) Sóng TV (FM) Rada Tia hồng ngoại (IR) Ánh sáng nhìn thấy Tia cực tím (UV) hay tia tử ngoại Tia X (Tia Rơnghen) Tia (tia vũ trụ) Bảng1.1 Phân loại sóng ánh sáng theo bước sóng Mắt người cảm nhận trực tiếp sóng điện từ có bước sóng nằm dải đến gọi ánh sáng nhìn thấy hay gọi đơn giản ánh sáng Ứng với bước sóng ánh sáng ánh sáng nhìn thấy có màu sắc ánh sáng khác từ màu tím đến màu đỏ Tập hợp màu sắc dải bước sóng ánh sáng gọi phổ quang ánh sáng 1.1.2 Mắt người Mắt người dạng hình cầu đường kính 2,4 cm, nặng khoảng 7gam Sơ đồ cắt ngang nhãn cầu từ vào cho hình 1.1 Giác mạc thủy tinh thể tạo nên hệ thống quang học, cho phép hình ảnh lên võng mặc Võng mạc bao gồm nhiều tế bào thần kinh thị giác (hình 1.1) có hai loại tế bào cảm nhận ánh sáng là: Tế bào hình nón gồm khoảng triệu tế bào, nằm chủ yếu vùng võng mạc đường kính kích thích mức chiếu sáng cao, gọi thị giác ngày (photopic vision), đảm bảo nhận biết màu sắc ánh sáng Tế bào hình que nhiều tế bào hình nón (khoảng 10 triệu tế bào) bao phủ vùng lại võng mạc, nhiên có lẫn số tế bào hình nón Chúng kích thích mức chiếu sáng thấp, gọi thị giác đêm (scotopic vision) nhận biết màu đen trắng khơng có ranh giới rõ rệt hai loại tế bào Chúng hoạt động nhiều hay phụ thuộc vào mức chiếu sáng, miền trung gian thị giác ngày thị giác đêm Tế bào thần kinh thị giác thực chất tế bào quang điện, liên hệ với não người dạng luồng tín hiệu thần kinh ăn nhịp với ánh sáng kích thích vào nó, nhạy cảm màu từ màu tím đến màu đỏ ánh sáng nhìn thấy Hình 1.1 Cấu tạo mắt thần kinh thị giác Hình 1.2 Độ nhạy tương đối mắt người ánh sáng ban ngày Độ nhạy mắt người ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng (màu) ánh sáng Các tế bào hình nón cảm nhận tia sáng có bước sóng nằm khoảng (80780)nm, bước sóng 80nm chúng bắt đầu cảm nhận đến bước sóng 780 nm chúng nhạy cảm đường cong đánh giá đọ nhạy cảm ánh sáng ban ngày mắt theo bước sóng ánh sáng cho hình 1.2 Từ đường cong này, cho ta thấy: Ứng với ánh sáng có bước sóng (màu sắc) khác nhau, độ nhạy mắt người khác Độ nhạy cực đại ứng với ánh sáng vàng – lục có bước sóng 555nm Hình 1.3 Thị giác ngày (đường V’) đêm (V) mắt người Vào ban đêm lúc hồng hơn, mắt nhìn rõ ánh sáng màu lục có bước sóng 510nm Trên hình đường cong độ nhạy tương ứng V’ V với thị giác ban ngày thị giác ban đêm Khi chuyển từ thị giác đêm (tế bào hình que) sang thị giác ngày (tế bào hình nón) ngược lại, cảm giác snasg không xảy tức thời mà phải có thời gian gọi thời gian thích ứng Sự thích ứng đặc điểm độ nhạy cảm mắt ánh sáng có bước sóng khác đóng vai trò quan trọng kĩ thuật chiếu sáng Căn độ nhạy mắt người để chế tạo sử dụng bóng đèn phát ánh sáng có bước sóng nhạy mắt, giúp người quan sát cảm nhận tốt vật; thích ứng để thiết kế chiếu sáng đảm bảo mắt người điều tiết hợp lý, tránh gậy đột ngột cảm nhận ánh sáng 1.2 Các đại lượng chiếu sáng 1.2.1Quang thông: (Φ) F =k -F: Là tổng lượng ánh sáng nguồn sáng phát -Đơn vị: lumen (lm) -Quang thông đặc trưng cho khả phát sáng nguồn sáng 1.2.2) Độ rọi E -Độ rọi E(đơn vị lux) đại lượng đặc trưng cho thông lượng ánh sáng đơn vị diện tích hay bề mặt - Một diện tích mặt cầu 1m2 có nguồn sáng cường độ candela có độ rọi lux 1lux = 1lm/ 1m2 - Độ rọi trung bình: Là đại lượng biểu thị mật độ phân bố quang thông bề mặt chiếu sáng E=F/S Với S diện tích bề mặt chiếu sáng Độ rọi điểm: Là độ rọi điểm bề mặt chiếu sáng 1.2.3) Cường độ ánh sáng - Cường độ ánh sáng I: I=F/Ω - Cường độ sáng I, đo đơn vị candela(cd) - Đó thơng lượng nguồn sáng phát đơn vị góc khơng gian (steradian) - Candela đơn vị dùng việc đo thơng số nguồn sáng tính sau: - candela cường độ mà nguồn sáng phát lumen đẳng hướng góc đặc Một nguồn sáng candela phát lumen diện tích mét vng khoảng cách mét kể từ tâm nguồn sáng Có thể thấy cường độ nguồn sáng giảm theo khoảng cách kể từ nguồn sáng 1cd = 1lm/ 1steradian 1.2.4 Độ chói: (L) Độ chói L cường độ nguồn sáng phát ánh sáng khuếch tán mở rộng vật phản xạ ánh sáng Độ chói đại lượng đặc trưng cho mật độ phân bố cường độ sáng I bề mặt diện tích S theo phương cho trước 1nit = 1cd/ 1m2 1.2.5 Độ đồng đều - Là tỷ số giá trị tối thiểu giá trị trung bình độ rọi U= Emin\Etb - Ký hiệu: U 1.2.6 Chỉ số chói lóa mắt tiện nghi: - Là đặc trưng mức độ gây cảm giác khó chịu phần trường nhìn q chói so với độ chói xung quanh mà mắt thích nghi - Ký hiệu G 1.2.7 Nhiệt độ màu ánh sáng -Nhiệt độ màu(đo đơn vị Kenvin) màu ánh sáng mà nguồn sáng phát Nhiệt độ màu định nghĩa nhiệt độ tuyệt đối vật xạ đen tuyệt đối nung nóng từ 2000K đến 10000K có phổ xạ giống phổ xạ nguồn sang - Nhiệt độ khơng liên quan đến nhiệt độ thực nguồn sáng Hình 1.4 Biểu đồ kruithor 1.2.8 Hệ số phản xạ(ρ) Hệ số phản xạ vật thể đại lượng đo tỷ số quang thông phản xạ(Φr) vật thể so với quang thơng tới nó(Φ) ρ=Φr/Φ 1.2 Hệ sớ hấp thụ(α) -Hệ số hấp thụ vật thể đại lượng đo tỷ số quang thông hấp thụ (Φa) vật thể so với quang thông tới nó(Φ) α= Φa/ Φ 1.2.10 Phân bớ phổ - Phân bố phổ trình diễn phổ xạ vùng nhìn thấy nêu lên mối tương quan cơng suất xạ phụ thuộc vào bước sóng 1.2.11 Độ hồn màu(chỉ sớ trùn đạt màu) - Độ hồn màu biểu diễn số hồn màu(CRI) có độ lớn từ đến 100, diễn tả độ hoàn màu vật chiếu sáng mắt người so với màu thực 1.2.12 Hiệu suất đèn - Hiệu suất đèn đại lượng đo hiệu suất nguồn sáng đơn vị lumen Oát (L/W), tham số xác định lượng ánh sáng phát tiêu thụ Oát (W) lượng điện H = F\P 1.2.13 Thời gian sớng trung bình - Thời gian sống trung bình thời gian mà 50% số lượng đèn sử dụng bị cháy 1.3 Nguồn sáng Những vật mà tự phát ánh sáng gọi nguồn sáng 1.3.1 Phân loại nguồn sáng: - Theo hình thức phát sáng gồm có: Nguồn sáng tự nhiên nguồn sáng nhân tạo + Nguồn sáng tự nhiên như: Mặt trời, mặt trăng, sao… + Nguồn sáng nhân tạo loại đèn điện đucợ người tạo ra,chúng biến đổi điện thành quang -Theo kích thước nguồn sáng khoảng cách chiếu sáng bao gồm: + Nguồn sáng điểm, nguồn sáng nguồn nguồn sáng mặt - Theo phổ ánh sáng phát từ nguồn sáng chia thành: + Nguồn sáng đơn sắc, nguồn sáng phổ liên tục nguồn sáng phổ vạch => Ta chủ yếu quan tâm tới nguồn sáng nhân tạo loại bóng đèn 1.3.2 Nguồn sáng nhân tạo - Dựa vào nguyên lý hoạt động đèn, ta chia làm ba nhóm nguồn sáng khác nha Đèn điện Sợi đốt Thường halogen led phóng điện huỳnh quang thủy ngân NA(sodium) natrimetal halide ống cao áp compact thấp áp + Nhóm nguồn sáng đèn sợi đốt bao gồm: Đèn sợi đốt thường đèn sợi đốt halogen + Nhóm đèn led + Nhóm đèn phóng điện bao gồm:  Đèn phóng điện huỳnh quang  Đèn phóng điện thủy ngân cao áp  Đèn phóng điện natri  Đèn phóng điện metal halide  Trong đèn phóng điện huỳnh quang bao gồm:  Huỳnh quang ống huỳnh quang compact + Trong đèn natri bao gồm:Natri cao áp natri thấp áp 1.3.3 Đặc điểm loại đèn: -Ta có bảng 1.2 thông số tổng quát loại đèn sau: loại đèn sợi đốt thông số Dải công suất 25-600 (w) huỳnh quang thủy ngân cao áp Metalhalide Sodium cao cấp Sodium thấp áp LED 5-100 50-1000 2-2000 5-1000 18-180 1-10 H(lm/w) 10-20 60-85 46-55 70-110 80-125 170-190 7-11 D(h) 10002000 800012000 1500024000 600024000 120002000 800016000 40000100000 T(k) 2800200 27006000 000-400 0006000 20002500 19002100 0008000 60-90 20-70 10-15 10-70 CRI 100 55-90 40-55 (0-100) Bảng 1.2 Thông số tổng quát loại đèn a, Đèn sợ đốt  Ưu điểm:  Cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn, nối trực tiếp với nguồn điện, khơng đòi hỏi thiết bị kèm, giá thành rẻ  Dễ dàng điều chỉnh quang thông việc thay đổi điện áp đặt vào đèn  Bật sáng tức thời, hệ số công suất cao(gần 1), tuổi thọ không phụ thuộc vào điều kiện bật tắt  Chỉ số truyền đạt màu tốt CRI gần 100  Giống ánh sáng ban ngày, tạo cảm giác ấm cúng  Nhược điểm:  Hiệu suất phát quang thấp, tối đa 20lm/w  Quang thông, tuổi thọ thấp phụ thuộc lớn vào điện áp nguồn cấp  Khi làm việc tỏa nhệt lượng lớn gây nóng khó chịu vào mùa hè, ảnh hưởng tới thiết bị làm lạnh b, Đèn huỳnh quang  Ưu điểm:  Có tuổi thọ từ 8000 tới 12000h, hiệu suất phát quang từ 60 tới 85 lm/w  Chỉ số hoàn màu tốt CRI đạt tới 90  Đa dạng hình dáng, kích thước gam màu sắc  Phát sinh nhiệt lượng không lớn tạo cảm giác mát dịu thư giãn  Nhược điểm:  Đòi hỏi thiết bị kèm hệ số công suất thấp  Giá thành tương đối cao  Đèn huỳnh quang ống có kích thước lớn nên khó kiểm sốt phân bố ánh sáng  Nhạy cảm với mơi trường, khó khởi đọng với nhiệt độ thấp  Bật không sáng  Tuổi thọ đèn phụ thuộc nhiều vào số lần bật tắt, ổn định điện áp nguồn cấp  Khi điện áp nguồn thấp, đèn sử dụng chấn lưu sắt từ khơng khởi động được, đèn sử dụng chấn lưu điện tử sử dụng giảm hiệu chiếu sáng  Khó điều chỉnh quang thông đèn  Đèn sử dụng điện áp xoay chiều nên tạo hiệu ứng nhấp nháy làm mỏi mắt c, Đèn phóng điện:  Ưu điểm:  Hiệu suất phát quang, tuổi thọ độ bền cao  Đa dạng hình dáng kích thước gam màu sắc  Một số đèn có CRI tương đối cao như: metal halide (60 tới 90) sodium cao áp 70  Nhược điểm  Đòi hỏi thiết bị kèm, chi phí đầu tư ban đầu lớn  Tạo hiệu ứng nhấp nháy gây mỏi mắt  Thời gian khỏi động lâu phải đốt nóng điện cực, sau tắt cần thời gian để khởi động lại  Quang thông giảm nhiều điện áp đặt vào đèn giảm  Khi đèn làm việc tượng phóng điện hồ quang diễn có cố gây nổ ống phóng điện tạo mảnh vỡ nhỏ với nhiệt độ 1000 độ C làm phá hủy bóng đèn gây nguy hiểm cho người Ngồi có nguồn sáng nhân tạo đèn led  Ưu điểm:  Khả tiết kiệm điện với công suất tiết kiệm lên tới 90% so với bóng đèn sợi đốt 50% so với loại bóng đèn lại  Ánh sáng đèn led có nhiệt độ màu từ 2000k tới 65000k phù hợp cho không gian trung tâm thương mại hay quan, văn phòng  Không bị nhấp nháy bật tắt nên an tồn cho mắt  Có tuổi thọ lên tới 50000h cao gấp lần so với đèn sợi đốt  Tiêu hao công suất nhỏ, làm giảm tổn thất điện  Được sản xuất an toàn, giảm nguy cháy nổ không gây nhức mỏi mắt  Nhược điểm:  Quá nhiều loại đèn ngây nhầm lẫn cho người mua  Giá đèn led đắt nhiều so với loại đèn chiếu thơng thường khác Hình 1.7 bóng đèn phóng 1.4 Bộ đèn điện -Bộ đèn chỉnh bao gồm ba đơn vị phát sáng hoàn phận chủ yếu là: + Bộ phân quang + Bộ phận + Bộ phận điện -Phân loại đèn: +Theo mục đích sử dụng gồm: Bộ đèn chiếu sáng nhà, đèn chiếu sáng trời + Theo loại bóng sử dụng đèn gồm: Bộ đèn huỳnh quang, đèn led, đèn cao áp… Theo phân bố ánh sáng không gian chiếu sáng đèn gồm: 20 đèn theo tên từ A tới T -Đặc điểm 20 đèn: + Chiếu sáng trực tiếp 14 loại, từ A tới N + Hỗn hợp có loại từ O tới S + Gián tiếp loại T Trong 14 đèn trực tiếp có trực tiếp hẹp vè trực tiếp rộng o Trực tiếp hẹp gồm loại từ A tới E o Trực tiếp hẹp gồm loại từ F tới J o Bán trực tiếp gồm loại từ K tới N Ta có bảng 1.3 thông số phân loại đèn bảng Quang thơng riêng tương đói khơng gian đèn 1000(lm) loại kiểu đè chiếu n sáng giới hạn trung bình giới hạn trung bình giới hạn A 900 80-970 967 897-1000 100 B 767 697-87 86-1000 C 56-70 900 80-970 100 46-60 76-90 967 900-1000 6-50 767 697-87 967 900-1000 D E Trực tiếp hẹp F 400 0-70 867 800-90 G 67 00-40 667 600-70 270-400 600 50-670 267 200-0 667 600-70 170-00 500 40-570 H I J Trực tiếp rộng trung bình 90-1000 90-1000 900-1000 giới hạn trung bình 100 90-1000 100 100 967 100 100 100 100 900 767 90-1000 80-970 770-900 870-1000 670-800 100 100 100 100 90-1000 90-1000 90-1000 90-1000 90-1000 90-1000 90-1000 90-1000 90-1000 K L M Nửa trực tiếp 67 00-40 600 50-670 670-800 800 70-870 00 20-70 500 40-570 570-700 700 60-770 170-00 70-500 567 500-60 570-700 270-400 500 40-570 567 500-60 570-700 70-500 470-600 600 50-670 270-400 70-500 500 40-570 N O 267 200-0 P 200 10-270 100 0-170 170-00 67 00-40 500 40-570 67 0-10 200 10-270 270-400 500 70-200 267 200-0 67 00-40 400 40-570 0-470 0-70 Q R S Hỗn hợp Gián 0-70 0-70 tiếp Bảng 1.3 Thông số phân loại đèn T Ta có bảng 1.4 phân bố quang thông sau: Ω () /2 () Bảng 1.4 phân bố quang thơng () () 0-70 hình 1.8: phân bố quang thơng khơng gian() ứng với góc nghiêng đặc điểm TÍNH TỐN CHIẾU SÁNG 2.1 Trình tự thiết kế chiếu sáng 2.1.1 Thiết kế chiếu sáng sơ Khảo sát: Thiết kế chiếu sáng cho xưởng khí, với kích thước sau: a = 42m; b = 28m; h = 7,5m; hệ số phản xạ trần 0,7; 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 pha a Chọn độ rọi yêu cầu cấp quan sát: Theo TCVN 7114:2002 (phục lục 4.2 trang 213 giáo trình thiết kế chiếu sáng trường đại học Công Nghiệp Hà Nội) chiếu sáng cho phân xưởng khí chế tạo lắp ráp máy có độ rọi yêu cầu cấp chất lượng quan sát mức C - D b Chọn bóng đèn - Yêu cầu mức độ quan sát cấp (C – D) thể màu (CRI) vừa phải - Ứng với độ rọi yêu cầu 300lx từ biểu đồ Kruithof nên chọn bóng đèn có nhiệt độ màu ; Từ liệu đặc điểm nhà xưởng có chiều cao lớn nên ta chọn loại đèn Metal – halide c Chọn đèn Chọn phương án chiếu sáng trực tiếp với đèn loại C có hiệu suất sáng (đèn pha sơn trắng) hãng sản xuất phù hợp với loại bóng đèn chọn điều kiện kỹ thuật khác d Bố trí sơ bộ đèn không gian chiếu sáng - Chọn khoảng cách từ đèn tới trần h’ = 0,5m; - Độ treo cao đèn so với mặt phẳng làm việc: h = H - h’ - 0,85 = 7,5 – 0,5 - 0,85 = 6,15 (m) - Chỉ số treo đèn j: Chọn j = - Chỉ số không gian k: - Để đảm bảo độ đồng độ rọi mặt phẳng làm việc loại đèn C, khoảng cách đèn phải thỏa mãn điều kiện sau (bảng 4.2 giáo trình kĩ thuật chiếu sáng trang 83 cho đèn) Số đèn tối thiểu cần bố trí theo cạnh a: Số đèn tối thiểu cần bố trí theo cạnh b: Số lượng đèn tối thiểu: e xác định tổng quang thông đèn khơng gian chiếu sáng Diện tích văn phòng: S = a*b = 42*28 = 1176m2 Hệ số dự trữ : tra bảng 4.3 phụ lục sách kĩ thuật chiếu sáng trang 216 ứng với đèn metal – halede mơi trường bụi trung bình bảo dưỡng tốt ; Hệ số lợi dụng quang thông U: từ sô treo đèn j = 0, số không gian k = 2,73; hệ số phản xạ trần 0,7; hệ số phản xạ tường 0,5; hệ số phản xạ sàn 0,3 tra bảng 4.4 mục lục sách giáo trình kĩ thuật chiếu sáng trang 217 ta U = 0,925; Vậy tổng quang thông đèn để đảm bảo độ rọi Eyc mặt phẳng làm việc: f, Xác định số lượng bóng đèn thực tế N bố trí lại đèn phù hợp Quang thơng bóng đèn là: Theo catalog nhà chế tạo chọn bóng đèn có quang thơng gần nên chọn đèn Metal halide MH – ED 400W Rạng Đơng có quang thơng 40000lm (phụ lục 2.2) Số lượng bóng đèn thực tế: Với 20 bộ, độ rọi trung bình đạt mặt phẳng làm việc: Hình 2.1 bố trí đèn hội trường Kiểm tra điều kiện độ đồng đều, độ rọi khu vực mặt phẳng làm việc sát bên tường nhà xưởng: Như vậy, việc bố trí đèn ứng với kích thước đảm bảo độ yêu cầu đồng độ rọi mặt phẳng làm việc  ... khơng gian() ứng với góc nghiêng đặc điểm TÍNH TỐN CHIẾU SÁNG 2.1 Trình tự thiết kế chiếu sáng 2.1.1 Thiết kế chiếu sáng sơ Khảo sát: Thiết kế chiếu sáng cho xưởng khí, với kích thước sau: a = 42m;... quang thông bề mặt chiếu sáng E=F/S Với S diện tích bề mặt chiếu sáng Độ rọi điểm: Là độ rọi điểm bề mặt chiếu sáng 1.2.3) Cường độ ánh sáng - Cường độ ánh sáng I: I=F/Ω - Cường độ sáng I, đo đơn... ứng để thiết kế chiếu sáng đảm bảo mắt người điều tiết hợp lý, tránh gậy đột ngột cảm nhận ánh sáng 1.2 Các đại lượng chiếu sáng 1.2.1Quang thông: (Φ) F =k -F: Là tổng lượng ánh sáng nguồn sáng