Nghiên cứu kỹ thuật chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện năng

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hải Phòng, ngày tháng năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Yến LỜI CÁM ƠN Qua thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu kỹ thuật chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện năng” giúp em tìm hiểu rõ những vấn đề lý thuyết liên quan đến đề tài củng cố thêm kiến thức học trường Để hoàn thiện luận văn này, ngồi nỡ lực thân, em nhận hướng dẫn bảo tận tình thầy giáo PGS TS Trần Xuân Việt giúp đỡ nhiệt tình thầy Trường Đại học Hàng Hải, bạn cùng lớp cao học khóa 2013 – 2015 Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo viện Đào tạo sau đại học, khoa Điện – Điện tử tàu biển Trường Đại học Hàng Hải, gửi lời cám ơn bạn cùng lớp cao học Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Trần Xuân Việt, người dành nhiều thời gian công sức hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Thị Yến MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG HIỆU QUẢ VÀ TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG 1.1 Sơ lược lịch sử chiếu sáng 1.2 Tầm quan trọng việc chiếu sáng 1.3 Thành tựu chiếu sáng Việt Nam 1.4 Các đại lượng đo ánh sáng 1.5 Các định luật quang hình học 10 1.6 Một số tính thị giác 13 1.7 Màu nguồn sáng .16 CHƯƠNG CÔNG NGHỆ CHIẾU SÁNG BÁN DẪN 20 2.1 Lịch sử phát triển công nghệ chiếu sáng 20 2.2 Đèn sợi đốt 20 2.2.1 Cấu tạo đèn 20 2.2.2 Bóng đèn 21 2.2.3 Phân loại đèn sợi đốt 21 2.2.4 Nguyên lý làm việc 22 2.2.5 Các đặc tính đèn sợi đốt 23 2.3 Đèn huỳnh quang 23 2.3.1 Cấu tạo đèn 24 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 25 2.3.3 Các thông số đèn ống huỳnh quang 26 2.3.4 Đèn huỳnh quang tích hợp (đèn compact) 27 2.4 Các đèn phóng điện 28 2.4.1 Đèn thủy ngân .28 2.4.2 Đèn halogen kim loại (Metal Halide) 29 2.4.3 Đèn Sodium áp suất cao 30 2.4.4 Đèn Sodium áp suất thấp 31 2.5 Các nguồn sáng mới .31 2.5.1 Đèn không điện cực 31 2.5.2 Đèn Sulfur 32 2.5.3 Đèn Laser 32 2.5.4 Đèn LED 34 2.5.5 Nguồn tia tử ngoại .37 CHƯƠNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG .39 3.1 Đại cương điều khiển chiếu sáng .39 3.2 Các phương pháp điều khiển chiếu sáng 40 3.2.1 Chiến lược điều khiển 40 3.2.2 Bộ chuyển mạch 41 3.2.3 Sử dụng cảm biến 41 3.2.4 Bộ cảm biến tiệm cận (hiện diện) siêu âm 42 3.2.5 Bộ cảm biến tiệm cận hồng ngoại .43 3.2.6 Bộ cảm biến quang 44 3.2.7 Sử dụng thời gian 45 3.2.8 Sử dụng vi điều khiển logic khả trình PLC 46 3.2.9 Hệ thống điều khiển giám sát từ xa đèn chiếu sáng đường phố qua mạng .47 3.3 Chiếu sáng nội thất cơng trình cơng cộng 50 3.3.1 Phân loại 50 3.3.2 Các dữ liệu chiếu sáng nội thất 51 3.3.3 Lựa chọn độ rọi 51 3.3.4 Chọn loại đèn .55 3.3.5 Chọn phương pháp chiếu sáng 56 3.3.6 Chọn cấp đèn 58 3.4 Chiếu sáng tự nhiên 59 3.4.1 Đặc điểm chiếu sáng tự nhiên .59 3.4.2 Yêu cầu thiết kế chiếu sáng tự nhiên 60 3.5 Phương pháp thiết kế đơn giản hóa 60 3.5.1 Phân bố đèn 60 3.5.2 Hệ số sử dụng 63 3.5.3 Tổng quang thông yêu cầu công suất đèn .64 3.5.4 Kiểm tra điều kiện tiện nghi 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Chữ viết tắt CRI LED CIE PLC Giải thích Colour Rendering Index (chỉ số truyền đạt màu) Light Emitting Diode (điốt phát quang) International Commission on Illumination (ủy ban quốc tế chiếu sáng) Programmable Logic Controller (thiết bị lập trình được) DANH MỤC CÁC BẢNG 1.1 Quang thông số nguồn sáng thông dụng 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 Cường độ sáng số nguồn sáng Độ rọi số bề mặt thường gặp Độ chói số nguồn sáng thông dụng Hệ số hấp thụ ánh sáng số vật liệu Hệ số phản xạ số vật liệu Phân loại mức độ công việc tinh xảo Nhiệt độ màu số nguồn sáng Tác động tâm lý màu sắc lên người Quang thông đèn sợi đốt 220V Quang thông trung bình đặc tính đèn huỳnh quang Đặc tính kỹ thuật đèn compact Rạng đông Chỉ dẫn lựa chọn thiết bị điều khiển chiếu sáng Tính cảm biến hiện diện Yêu cầu độ rọi tối thiểu chiếu sáng nhà Sau trình bày phương pháp chiếu sáng Chọn cấp đèn huỳnh quang Khoảng cách giữa đèn Cấp, hiệu suất IP số đèn công nghiệp 11 12 14 17 18 23 26 27 40 43 51 57 58 61 65 DANH MỤC CÁC HÌNH 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.1 2.2 2.3 Định nghĩa cường độ sáng Góc khối Quan hệ độ rọi, cường độ sáng khoảng cách Định nghĩa độ chói Độ trưng Tia tới, phản xạ khúc xạ Biểu đồ Kruithof Lịch sử phát triển loại đèn Năng lượng xạ sợi đốt theo bước sóng Cấu tạo đèn huỳnh quang 6 10 18 20 21 24 2.4 2.5 2.6 2.7 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.1 Đèn thủy ngân Đèn Metal Halide Sơ đồ máy phát laser hồng ngọc Cấu tạo LED Hệ thống điều khiển chiếu sáng dùng cảm biến Cảm biến siêu âm Vùng cảm nhận cảm biến siêu âm Bộ cảm biến hồng ngoại Các cảm biến quang Chấn lưu hai mức Điều khiển chiếu sáng vi điều khiển Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều điện tử công suất Chiến lược điều khiển điện áp theo thời gian Tủ điều khiển PLC 3.11 Tủ điều khiển đèn 3.1 Phân bố đèn 29 29 33 34 41 42 42 43 45 45 46 47 48 48 49 61 MỞ ĐẦU Trong công đởi mới đất nước, song song với q trình cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa việc xây dựng sở hạ tầng tiến hành Quá trình nâng cấp, xây dựng hệ thống chiếu sáng khu thị khơng nằm ngồi kế hoạch Hiện nay, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ, đời sống nhân dân nâng cao cách nhanh chóng Yêu cầu họ lĩnh vực: công nghiệp dịch vụ, du lịch sinh hoạt tăng trưởng khơng ngừng Chính những u cầu này, đòi hỏi nhà kĩ thuật, mỹ thuật, nhà khoa học phải nghiên cứu, tìm hiểu để tạo sản phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu họ Thiết kế hệ thống chiếu sáng hiệu tiết kiệm điện việc làm khó Nó không đòi hỏi chiếu sáng đơn thuần mà còn phải đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mức độ tiện nghi, đảm bảo khơng bị chói… Ngồi nó còn phải đảm bảo yêu cầu thẩm mỹ có tính kinh tế cao tiết kiệm điện năng, chi phí đầu tư nhỏ, cho ánh sáng đẹp, đảm bảo mỹ quan… Để có thiết kế đòi hỏi người thiết kế kiến thức chuyên môn còn phải có hiểu biết định xã hội, môi trường đối tượng thiết kế Tránh thiết kế sai gây dư thừa lãng phí nguyên vật liệu làm tính thẩm mỹ… Với đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện năng” tơi trình bày khái quát sở lý thuyết chiếu sáng vận dụng những kiến thức học kỹ thuật chiếu sáng để làm đề tài Lý chọn đề tài Tiết kiệm lượng chương trình hành động liệt đối với nhiều quốc gia giới nói chung Việt Nam nói riêng Lĩnh vực chiếu sáng chiếm khoảng 15-20% lượng điện toàn cầu, đó yêu cầu chiếu sáng có hiệu quả, tiết kiệm yêu cầu vừa cấp bách vừa lâu dài Mục đích nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu phương pháp chiếu sáng hiệu tiết kiệm điện Hầu hết những người sử dụng lượng công nghiệp thương mại nhận thức vấn đề tiết kiệm lượng hệ thống chiếu sáng Thông thường có thể tiến hành tiết kiệm lượng cách đáng kể với vốn đầu tư chút kinh nghiệm Thay loại đèn thuỷ ngân hoặc đèn nóng sáng đèn halogen kim loại hoặc đèn natri cao áp giúp giảm chi phí lượng tăng độ chiếu sáng Lắp đặt trì thiết bị điều khiển quang điện, đồng hồ hẹn giờ hệ thống quản lý lượng có thể đem lại hiệu tiết kiệm đặc biệt Tuy nhiên, số trường hợp, cần phải xem xét việc sửa đổi thiết kế hệ thống chiếu sáng để đạt mục tiêu tiết kiệm mong đợi Cần hiểu những loại đèn có hiệu suất cao yếu tố đảm bảo hệ thống chiếu sáng hiệu Đối tượng phạm vi nghiên cứu của đề tài Đối tượng nghiên cứu: mơ hình chiếu sáng cơng cộng hiệu suất cao tiết kiệm điện hiện như: Trường học, chiếu sáng đường phố, ngõ xóm, công sở… Phạm vi nghiên cứu: từ kỹ thuật chiếu sáng truyền thống, nghiên cứu ứng dụng giải pháp tiên tiến để chiếu sáng hiệu tiết kiệm điện Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết tham khảo tài liệu quy trình cơng nghệ rút đặc trưng giải pháp nâng cao hiệu chiếu sáng tiết kiệm điện Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài thể hiện trọng tâm đề tài nghiên cứu phương pháp chiếu sáng hiệu tiết kiệm điện chi tiết xác phức tạp Sơn phun màu Nhúng phun sơn khô Sơn thông thường, phun hoàn thiện Sơn tinh, phun sơn hoàn thiện Cơng nghiệp giấy Làm giấy bìa Làm tự động OTK, phân loại In ấn đóng sách Phòng máy in Phòng biên soạn, đọc thử Thử xác, đọc lại, khắc axit Chế màu in Khắc thép đồng Đóng sách Xén sách, dập nổi Phòng phẫu thuật Chiếu sáng chung Chiếu sáng tại chỗ 200 – 300 – 500 500 – 750 – 1000 750 – 1000 – 1500 D–E C-E A–B 200 – 300 – 500 150 – 200 – 300 300 – 500 – 750 C–D D–E A–B 300 – 500 – 750 500 – 750 – 1000 750 – 1000 – 1500 1000 – 1500 –2000 1500 – 2000 -3000 300 – 500 – 750 500 – 750 – 1000 C–D A–B A–B A–B A–B A–B A–B 500 – 750 – 1000 5000-10000- A–B 100000 A- B Loại A: chất lượng cao, hoạt động thị giác xác cao Loại B: chất lượng cao, công việc có yêu cầu thị giác cao Loại C: chất lượng trung bình, cơng việc có yêu cầu thị giác bình thường Loại D: chất lượng thấp, công việc có yêu cầu thị giác mức độ tập trung thấp Loại E: chất lượng thấp, phòng làm việc người lao động không làm việc tại vị trí định cơng việc có yêu cầu thị giác thấp Trong tiêu chuẩn quy định mức độ rọi: Giá trị độ rọi cao áp dụng các tình sau: - Khi độ phản xạ hoặc độ tương phản đối tượng quan sát thấp - Khi những sai sót thực hiện nhiệm vụ gây tổn thất lớn - Khi thực hiện công việc thị giác có yêu cầu nghiêm ngặt - Khi độ xác hoặc suất cao quan trọng - Khi thị lực người lao động yêu cầu phải tăng độ rọi 52 Giá trị thấp áp dụng các tính sau: - Khi độ phản xạ hoặc độ tương phản cao - Khi tốc độ hoặc độ xác khơng quan trọng - Khi làm việc không thường xuyên Độ rọi là yêu cầu chiếu sáng nội thất nhiên lựa chọn độ rọi cần ý đến số vấn đề sau đây: - Đặc điểm sử dụng đặc điểm không gian chiếu sáng - Độ lớn chi tiết cần nhìn theo u cầu cơng việc hoạt động người sử dụng - Yếu tố tuổi tác: nói chung thị lực giảm dần theo tuổi tác, đó cần phải xét đến yếu tố cho đối tượng khác - Sự thích ứng mắt chuyển từ mức độ rọi khu vực nội thất khác nhau, tránh tình trạng thay đổi đột ngột buộc mắt phải điều tiết liên tục - Tính chất linh hoạt chiếu sáng: cần xem xét khả thay đổi mức chiếu sáng phù hợp theo thời gian ngày, theo mùa điều kiện thời tiết để có thể điều chỉnh ánh sáng phù hợp nhằm tiết kiệm điện 3.3.4 Chọn loại đèn Việc lựa chọn loại đèn thích hợp cho mục đích chiếu sáng theo tiêu chuẩn sau: - Nhiệt độ màu T thích hợp với yêu cầu độ rọi cho biểu đồ Kruithof, xin tham khảo biểu đồ hình 1.7 - Tính chất mục đích sử dụng địa điểm chiếu sáng - Chỉ số thể hiện màu CRI - Tuổi thọ đèn - Mỹ quan cơng trình chiếu sáng Sau số dẫn việc lựa chọn nguồn sáng cho chiếu sáng nội thất Đèn sợi đốt: Có ưu điểm số thể hiện màu cao, CRI gần 100, cấu tạo đơn giản rẻ tiền, nối trực tiếp vào lưới điện, nhiên hiệu suất 53 sáng thấp tuổi thọ ngắn, nên hiệ loại đèn dần bị loại bỏ Chương trình chiếu sáng tiết kiệm hiệu khuyến nghị nên thay đèn sợi đốt đèn huỳnh quang compac Đèn sợi đốt halogen: Là cải tiến quan trọng đèn sợi đốt thông thường có những ưu điểm nổi bật đèn sợi đốt số thể hiện màu tốt CRI gần 100, tuổi thọ hiệu suất sáng đáng kể so với đèn sợi đốt thông thường Đây lựa chọn ưu tiên cho chiếu sáng chất lượng ánh sáng cao chiếu sáng phòng tranh, viện bảo tàng, phòng họp quan trọng Đèn huỳnh quang: loại đèn thích hợp cho chiếu sáng nội thất, với ưu điểm nổi trội có hiệu suất sáng cao, số thể hiện màu tương đối cao CRI = 65 – 90, tuổi thọ cao 8000 – 12000 giờ Đèn compac loại đèn huỳnh quang có cấu tạo đặc biệt sử dụng rộng rãi cho chiếu sáng nội thất, những nơi cần chiếu sáng nhấn, thay cho đèn sợi đốt Đèn Metal Halide: Đèn halogen kim loại lựa chọn cho chiếu sáng nội thất, tại những nơi cần chiếu sáng bổ sung cửa hàng, phòng tranh, triển lãm Có CRI = 70 – 80, hiệu suất sáng cao 50 – 100lm/W Đèn Sodium áp suất cao có hiệu suất sáng cao 90 lm/W, tuổi thọ cao 12000 giờ, CRI tương đối thấp 20 – 35 nên thường sử dụng chiếu sáng công nghiệp chiếu sáng đường phố Đèn Sodium áp suất thấp có hiệu suất sáng cao 190 lm/W, tuổi thọ cao số thể hiện màu gần không thường sử dụng chiếu sáng giao thông 3.3.5 Chọn phương pháp chiếu sáng Thông dụng kiểu chiếu sáng trực tiếp bán trực tiếp Kiểu chiếu sáng phụ thuộc vào tính chất địa điểm chiếu sáng có xét đến khả phản xạ vách 54 Bảng 3.4 Sau trình bày các phương pháp chiếu sáng PP chiếu sáng Trực tiếp - Hẹp Đặc điểm Áp dụng - Từ 90 đến 100% ánh sáng chiếu - Chiếu sáng văn xuống mặt làm việc Hiệu chiếu sáng phòng, lớp học, cao cửa hàng lớn, nhà - Dễ gây chói lóa, sấp bóng xưởng - Quang thông tập trung vào mặt phẳng làm - Địa điểm có độ việc, tường bên bị tối cao lớn - Quang thông phân bố rộng nửa - Rộng khơng gian phía dưới, tường bên chiếu sáng Bán trực tiếp - Từ 60 đến 90% ánh sáng chiếu Văn phòng, phòng xuống không gian khách, phòng trà, - Từ 10 đến 40% ánh sáng chiếu lên nhà ăn trần Môi trường cải thiện tường trần Gián tiếp chiếu sáng - Từ 90 đến 100% ánh sáng chiếu lên Phòng khán giả, trần phản xạ xuống nhà hàng ăn - Đây phương pháp chiếu sáng có hiệu chiếu sáng thấp - Tiện nghi nhìn cải thiện, khơng gây Bán gián chói lóa, sấp bóng - Từ 60 đến 90% ánh sáng chiếu hắt lên - Văn phòng, nhà tiếp - Các tường trần chiếu sáng - Tạo ấn tượng dễ chịu - Không gây chói lóa, sấp bóng 55 Hỗn hợp - Từ 40 đến 60% ánh sáng chiếu hắt lên - Địa điểm có - Phối hợp ưu điểm chiếu sáng trực tiếp tường trần nhà Chiếu sáng gián tiếp - Chiếu sáng thông dụng phản xạ mạnh - Thương mại, chung - Đèn bố trí theo mạng lưới cơng nghiệp, văn Chiếu sáng - Tạo nên độ rọi tương đối - Ánh sáng trực tiếp đến mặt làm việc phòng, nhà ở… - Thương mại, làm việc - Bổ sung cho chiếu sáng chung công nghiệp, văn Chiếu sáng - Tạo khoảng 1/3 độ rọi chiếu sáng chung, phòng, nhà ở… - Các phòng tiếp phần còn lại hệ thống chiếu sáng làm tân, triển lãm, địa việc đảm nhiệm điểm rộng 3.3.6 Chọn cấp đèn Việc chọn cấp đèn phù hợp với mục đích, yêu cầu chiếu sáng, mơi trường, có tính thẩm mỹ cao còn phải thỏa mãn điều kiện không bị chói lóa Ta có thể tham khảo bảng 3.5 chọn cấp đèn Bảng 3.5.Chọn cấp đèn huỳnh quang Độ rọi đèn huỳnh Phân xưởng 40W 65W quang (lux) 1,2m Dưới 200 G Dưới 400 F Dưới 600 E Dưới 800 D Dưới 1000 D Dưới 1200 C 1,5m G F E D D C 80W 1,5m C C C Văn phòng 110W 40W 60W 110W 2,4m 1,2m 1,5m 2,4m E D C C E D C C C C C C C 3.4 Chiếu sáng tự nhiên 3.4.1 Đặc điểm của chiếu sáng tự nhiên 56 Kỹ thuật chiếu sáng hiện đại luôn quan tâm đến nguồn sáng tự nhiên lý sau đây: - Ánh sáng ban ngày phù hợp với hệ thống thị giác người - Tận dụng tối đa ánh sáng góp phần tiết kiệm lượng Nguồn sáng tự nhiên mặt trời Trên đường tới mặt đất tia mặt trời xuyên qua bầu khí quyển, phần bị khí quyển hấp thụ tán xạ, phần truyền thẳng xuống mặt đất Ánh sáng tự nhiên gồm hai thành phần: - Trực xạ những tia sáng xuyên suốt qua khí quyển truyền thẳng xuống mặt đất tạo nên độ rọi trực tiếp - Tán xạ vòm trời hạt khí quyển hấp thụ tán xạ tia sáng xuống mặt đất tạo nên độ rọi khuếch tán Độ rọi trực tiếp khơng ởn định, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu thời tiết đó tính tốn chiếu sáng tự nhiên người ta sử dụng độ rọi khuếch tán bầu trời Trong những ngày nắng giá trị có thể đạt tới từ 50.000 đến 90.000 lux Đỉnh cao vào buổi trưa mùa hè thấp vào mùa đông, chênh khoảng 2,5 lần Để xác định giá trị tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên người ta sử dụng hệ thống số không thứ nguyên tính theo phần trăm gọi hệ số chiếu sáng tự nhiên: eM = 100 (3.1) EM độ rọi mặt nằm ngang, Eng độ rọi trời tại thời điểm đó Ta nhận thấy giá trị eM chưa xét tới phân bố ánh sáng bóng đổ chi tiết quan sát 3.4.2 Yêu cầu thiết kế chiếu sáng tự nhiên 57 Độ rọi tự nhiên yêu cầu nhằm bảo đảm tiện nghi nhìn Gọi Eyc (lux) yêu cầu ánh sáng nhân tạo Biểu diễn theo phần trăm là: Eyc = 100% (3.2) Trong đó Egh độ rọi giới hạn nhà mặt ngang tại thời điểm bắt đầu hoặc kết thúc sử dụng ánh sáng tự nhiên Phân bố ánh sáng tự nhiên bề mặt làm việc - Phân bố đều: lớp học, phòng làm việc… - Phân bố không đều: bảo tàng, triển lãm… Bảo đảm tiện nghi nhìn - Tránh gây chói lóa: lóa trực tiếp, lóa phản xạ, kết cấu che nắng tường nhà đối diện, mặt đất… - Tỷ lệ độ chói nội thất: trần: tường: sàn: = 10:3:1 Che trực xạ: ánh sáng chiếu trực tiếp gây lóa, gây hiệu ứng nhiệt… Thường quy định theo hai đại lượng: Eyc hoặc theo giá trị độ rọi yêu cầu tương đối eyc Ta có thể nhận xét sau: - Cùng cơng việc Eyc nhau, dù chiếu sáng tự nhiên hay chiếu sáng nhân tạo - Tiêu chuẩn độ rọi chiếu sáng tự nhiên tại thời điểm giới hạn Egh có liên quan đến: eyc (%) có ý nghĩa xác định Egh Egh nhỏ sử dụng nhiều ánh sáng tự nhiên diện tích cửa lớn Eyc nhỏ Egh lớn đó sử dụng ánh sáng tự nhiên 3.5 Phương pháp thiết kế đơn giản hóa 3.5.1 Phân bớ các đèn Độ cao treo đèn có liên quan đến tiện nghi nhìn môi trường ánh sáng hiệu kinh tế sử dụng đèn Nói chung người thiết kế mong muốn có độ cao treo đèn lớn để nguồn cách xa trường nhìn ngang, giảm khả gây chói lóa tiện nghi, nhiên đèn treo cao độ rọi mặt làm việc thấp phải 58 chọn đèn có công suất lớn Số lượng đèn giảm nhờ khoảng cách có thể tăng thêm Độ đồng độ rọi bề mặt làm việc phụ thuộc vào loại đèn khoảng cách giữa đèn, hệ số phản xạ tường bên trần Gọi e khoảng cách giữa đèn h độ cao treo đèn đến bề mặt hữu ích cách sàn 0,85m, h’ khoảng cách từ đèn đến trần (hình 3.12) khoảng cách cực đại giữa đèn cho bảng 3.6 Hình 3.12 Phân bố các đèn Bảng 3.6 Khoảng cách giữa các đèn Cấp đèn A B C EFGH I, J KH T Khoảng cách giữa hai đèn e 0.50h 0.80h 1.00h 1.50h 1.70h 1.50h  6h Khoảng cách đến tường đèn gần ký hiệu q p Nói chung, người ta dùng công thức nghiệm sau: q (3.3) p (3.4) 59 Soạn thảo năm 1968 quy chuẩn AFNOR S 40 – 001 cho phép tính tốn độ rọi trung bình địa điểm kín, tất vách đối với đèn xác định theo vị trí, hiệu suất xạ ánh sáng vùng: F’1, F’2, F’3, F’4 Năm 1984 UTE công bố quy chuẩn đơn giản hóa dùng cho mắt lưới hình chữ nhật - m khoảng cách, cách tâm nguồn sáng cạnh b - n khoảng cách, cách tâm nguồn sáng cạnh a - p khoảng cách giữa tường hàng đèn gần a - q khoảng cách giữa tường hàng đèn gần b Đặc trưng hình học địa điểm chiếu sáng xác định tỷ số sau đây: Chỉ số lưới km = (3.5) Chỉ số gần kp = (3.6) Chỉ số treo j= (3.7) Chỉ số địa điểm K = với 0.6  K  (3.8) Các bảng hệ số quy chuẩn thiết lập với: 10 giá trị K: 0.60 0.80 1.00 1.25 1.50 2.00 2.50 3.00 4.00 5.00 giá trị j: 1/3 Nhóm phản xạ có số 1, 2, 3, lần lượt liên quan đến trần, cổ trần, tường bề mặt hữu ích Các bảng đưa 22 nhóm phản xạ ký hiệu 1 2 3 4 với j = 1 2 3 4 với j = 1/3; trường hợp cuối lấy 1 = 3 Tính tốn độ rọi trung bình trần (E1), cở trần (E2 = E1), tường E3 Xác định quang thơng tương đối riêng phần mặt hữu ích F’u: Đó giá trị quang thông trực tiếp mặt hữu ích theo phần trăm quang thơng phát từ đèn Giá trị phụ thuộc vào cấp đèn số K, km, kp Nếu cần tiến hành nội suy tuyến tính theo thứ tự sau đây: Nội suy kp: 60 Biểu diễn kp theo phần trăm km tức kp = km tính tốn F’u đối với cặp (km, kp = km ) - Nội suy km: Trường hợp ngược lại ta bắt đầu tính tốn tương tự xuất phát từ giá trị chuẩn thứ hai km kp = km nội suy - Nội suy K: Các tính tốn tiến hành đối với giá trị K chuẩn nhỏ giá trị thực Với giá trị lớn tiến hành tương tự 3.5.2 Hệ số sử dụng Hệ số sử dụng tỷ số quang thông nhận bề mặt hữu ích (quang thơng có ích) tổng quang thông phát đèn Tỷ số phụ thuộc vào ba yếu tố: - Cấp đèn, cách phân bố quang thông bề mặt hữu ích, tường, trần - Hệ số phản xạ vách Ví dụ hệ số phản xạ: Màu trắng, thạch cao 0.8 Màu trắng nhạt 0.7 Màu vàng, lục sáng, xi măng 0.5 Màu rực rỡ, gạch đỏ 0.3 Màu tối, kính 0.1 Ngồi người ta còn định nghĩa hệ số phản xạ đối với mặt ảo sàn, vật dưới bề mặt Hệ số phản xạ lấy khoảng giữa 0.1 0.3 - Khoảng cách đèn gần cách tường nói chung: Các địa điểm có chiều cao lớn có thể lựa chọn chiếu sáng trực tiếp tăng cường hoặc chiếu sáng mở rộng Phương án thường sử dụng cho chiếu sáng môi trường công nghiệp với đèn từ cấp A đến cấp J Bảng 3.5 cho cấp, hiệu suất số bảo vệ IP số đèn công nghiệp 61 3.5.3 Tổng quang thông yêu cầu công suất đèn Tổng quang thông yêu cầu đèn xác định theo công thức: = (3.9) Trong đó: a, b kích thước phòng d hệ số suy giảm quang thông  hiệu suất đèn chiếu sáng trực tiếp gián tiếp U hệ số sử dụng quang thông đèn, tra theo bảng nhà chế tạo cung cấp Một số nhà chế tạo thường cho hệ số sử dụng quang thông U = d Ud + i Ui theo hệ số phản xạ, số địa điểm chiếu sáng cấp cảu đèn, đó: d Ud hệ số sử dụng quang thông chiếu sáng trực tiếp đèn tương ứng từ cấp A đến S i Ui hệ số sử dụng quang thông chiếu sáng gián tiếp tương ứng với đèn cấp T Công suất đèn: Xác định quang thông đèn: 0 = với N số đèn (3.10) Bảng 3.7 Cấp, hiệu suất và IP số đèn công nghiệp Kiểu phản xạ đèn Đèn pha sắt tráng men trắng không có ngăn Đèn pha sắt tráng men trắng có ngăn Đèn pha tôn phủ êmai, bóng đèn P  125W 62 Cấ p E D D Hiệu suất IP 0.71 0.54 0.70 30 30 20 Đèn pha tăng cường tôn phủ êmai 125  P  400W Đèn pha mở rộng tôn phủ êmai 125  P  400W Máng đèn màu sữa Máng đèn có chụp nhựa sáng Máng đèn có ngăn giữa Máng đèn có ngăn màu sữa Máng nhôm mạ hiệu suất cao Máng nhôm mạ có ngăn 20x20x20 Hộp đèn có mặt phản xạ Hộp đèn có mặt phản xạ lăng kính Hộp đèn có ngăn mạ nhơm 30x30 Hộp đèn kín Hộp đèn ngăn dạng tròn màu sữa D 0.76 20 D H E D D D C E D D C E 0.71 0.48 0.53 0.53 0.47 0.65 0.43 0.52 0.58 0.53 0.32 0.42 20 40 40 20 20 40 20 30 30 20 65 20 3.5.4 Kiểm tra điều kiện tiện nghi Việc bố trí đèn chiếu sáng phải cho phép nhình nhanh chóng, xác thuận tiện Mặc dù khái niệm thay đổi tùy theo sinh lý, tuổi tác người quan sát, nhiên đa số trường hợp cần phải tôn trọng môi trường chiếu sáng chú ý tới yếu tố sau: - Nhiệt độ màu nguồn - Không gây chói lóa sau chọn cách bố trí chiếu sáng đèn cần tiến hành kiểm tra điều kiện tiện nghi nhìn, theo đó hệ thống chiếu sáng khơng gây cảm giác chói lóa theo biểu đồ Sollner Nếu đường cong độ chói đèn 63 hoàn toàn nằm bên trái đường cực đại cho phép khơng xảy chói lóa tiện nghi còn đường cong độ chói đèn nằm bên phải đường giới hạn xảy chói lóa với vị trí quan sát - Tương phản đèn – trần: cảm nhận tiện nghi có liên quan đến cân độ chói thị trường Tỷ số r tỷ số độ chói đèn quan sát dưới góc ɣ = 750 độ chói trung bình trần phải nhỏ 20 đối với lao động tinh xảo nhỏ 50 đối với lao động thông thường Giá trị thỏa mãn trần có hệ số phản xạ lớn đèn âm trần có sáng - Độ chói lóa vách bên: nói chung độ chói lóa tường, vách bên chấp nhận khi: 0.5 < E3 / E4 < 0.8 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI Đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật chiếu sáng hiệu tiết kiệm điện năng” đề tài có tính lý thuyết thực tiễn cao Theo đà phát triển nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, đô thị, khu công nghiệp, xa lộ, cơng trình văn hóa thể thao phát triển nhanh chóng Trên quy mơ tồn quốc 64 tỉnh thành, huyện, xã 85% hộ dân cư có lưới điện quốc gia Việc chiếu sáng cơng trình khơng mối quan tâm Công ty chiếu sáng đô thị, nhà thiết kế chiếu sáng kiến trúc mà còn mối quan tâm chung toàn xã hội 64 Hiện Việt Nam với tổng số 700 đô thị đà quy hoạch xây dựng phát triển nhu cầu chiếu sáng tăng trưởng lớn Với số dân đô thị chiếm khoảng 26% dân số nước sử dụng 80% tổng điện năng, đó chiếu sáng sử dụng tới 27% tổng điện Việc đầu tư xây dựng nhà máy điện khơng theo kịp tốc độ phát triển kinh tế, tình trạng thiếu điện còn diễn biến lâu dài cho việc sử dụng điện hiệu tiết kiệm phải quốc sách hàng đầu Kỹ thuật chiếu sáng chuyển từ chiếu sáng tiện nghi đó chú trọng tiện nghi nhìn sang chiếu sáng tiện ích mà nội dung vừa đảm bảo tiện nghi nhìn, thỏa mãn điều kiện lao động tốt triệt để tiết kiệm điện TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Doanh – Đặng Văn Đào, Kỹ thuật chiếu sáng tiện nghi và hiệu quả lượng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2008 Phạm Đức Nguyên, Chiếu sáng kiến trúc, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006 Lê Văn Doanh Sổ tay chiếu sáng, NXB Giao thông vận tải 2005 Tài liệu Hội thảo quốc gia Chiếu sáng công cộng năm 2005, 2006, 2007 VULA tổ chức 65 Tài liệu Hội nghị toàn quốc Chiếu sáng lần thứ ba Bộ Xây dựng tổ chức năm 2007 Nguyễn Đức Thiềm, Nguyễn Chí Ngọc, Thiết kế Chiếu sáng nghệ thuật các cơng trình cơng cộng và khơng gian đô thị NXB Xây dựng 2007 GS.TS Phạm Hồng Khôi, TS Nguyễn Thị Bắc Kinh, Bài giảng “Đèn LED ứng dụng chiếu sáng chung”; Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, 6/2010 66 ...LỜI CÁM ƠN Qua thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp Nghiên cứu kỹ thuật chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện năng giúp em tìm hiểu rõ những vấn đề lý thuyết liên quan... thừa lãng phí nguyên vật liệu làm tính thẩm mỹ… Với đề tài Nghiên cứu kỹ thuật chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm điện năng tơi trình bày khái qt sở lý thuyết chiếu sáng vận dụng... TẮT VÀ KÍ HIỆU vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG HIỆU QUẢ VÀ TIẾT KIỆM ĐIỆN