giáo trình kỹ thuật chiếu sáng

TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT ðIỆN GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG Biên soạn: ThS ðINH MẠNH TIẾN -Cần Thơ 2008 Trang MƠ TẢ TĨM TẮT NỘI DUNG MÔN HỌC CN273 (2TC) KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG Kỹ Thuật Chiếu Sáng môn học cần thiết cho sinh viên chuyên ngành Kỹ Thuật ðiện nói riêng sinh viên ngành khác Kỹ Thuật Cơ Khí, Kỹ Thuật Xây Dựng nói chung Khi hồn thành mơn học này, sinh viên tự tính tốn thiết kế hồn chỉnh, giám sát thi cơng cơng trình chiếu sáng, đạt tiêu chuẩn độ rọi, thẩm mỹ, an tồn điện, cho cơng trình dân dụng là: Chiếu sáng trường học, chiếu sáng nhà xưởng, chiếu sáng Trung tâm thương mại, chiếu sáng siêu thị, Chiếu sáng ñường phố, tượng ñài… Trang BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ -Học phần: ðỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG LIGHTING TECHNOLOGY - Mã số: CK 394 - Số Tín chỉ: + Giờ lý thuyết: 30 Thông tin giảng viên Tên giảng viên: Ths ðinh Mạnh Tiến Tên người tham gia giảng dạy: Ks Lê Vĩnh Trường ðơn vị: Khoa Công Nghệ ðiện thoại: 071 832598 – 0913 180 976 E-mail: dmtien@ctu.edu.vn Học phần tiên quyết: Mạch ðiện (CK 519) Nội dung: 3.1 Mục tiêu - Tìm hiểu đại lượng ánh sáng quang thơng, độ rọi, cường độ ánh sáng, Tìm hiểu nguồn sáng thiết bị chiếu sáng - Tiêu chuẩn hoá chiếu sáng nhân tạo, - Tính tốn thiết kế cơng trình chiếu sáng nhà - Tính tốn thiết kế cơng trình chiếu sáng ngồi trời - Tính tốn cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng 3.2 Phương pháp giảng dạy: - Lý thuết : 10 tiết - Tình Huống 20 tiết 3.3 ðánh giá mơn học: - Kiểm tra kỳ: 50% - ðồ án 50% ðề cương chi tiết: Nội dung Tiết tiết CHƯƠNG I: CÁC ðẠI LƯỢNG ðO ÁNH SÁNG I KHÁI NIỆM CHUNG 1: Ánh sáng: 2: Nguồn sáng: 3:Sự cần thiết phải có đơn vị đo ánh sáng 4:Góc khối , (Ω) , steradian ký hiệu sr 5: Cường độ sáng (I), 6: Cơng thức liên hệ quang thơng cường độ sáng 7: ðộ rọi (E), ñơn vị lux (lx) 8: Tri giác nhìn thấy tương phản 9: ðịnh luật Lamber II Bài Tập chương I CHƯƠNG II: THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG (sinh viên tự ñọc) Cửa lấy sáng ðèn sợi ñốt ðèn Huỳnh quang ðèn cao áp thủy ngân ðèn cao áp Natri ðèn Sodium Trang CHƯƠNG III: LÝ THUYẾT CHIẾU SÁNG TRONG NHÀ I Phương pháp hệ số sửa dụng I.1: Mục đích: I.2: Cơ sở: I.3: Các bước tiến hành: 1: Nhận xét ñịa ñiểm chiếu sáng: 2: Chọn loại ñèn: 3: Chọn kiểu chiếu sáng ñèn 4: Chọn chiều cao ñèn: 5: Bố trí đèn: 6: Xác định quang thơng tổng 7: Kiểm tra thiết kế II Phương phát tính tốn theo đơn vị cơng suất III Phương pháp ðiểm IV Bài Tập Chương II CHƯƠNG IV: LÝ THUYẾT CHIẾU NGOÀI TRỜI I Nguyên lý Cơ sở Các cấp chiếu sáng Phương pháp tỷ số R 10 Bố trí đèn theo loại đường 11 Khoảng cách ñèn 12 Xác ñịnh ñộ rọi, độ chói trung bình 13 Tính tốn hệ số sử dụng 14 Bố trí vị trí đèn 15 Kiểm tra mức ñộ tiện nghi G (Glare index) II Bài Tập Chương IV tiết tiết CHƯƠNG V: LÝ THUYẾT CHIẾU NGOÀI TRỜI I Nguyên lý Xác ñịnh phụ tải chiếu sáng Chọn dây dẫn Chọn khí cụ ðiện Các ký hiệu sơ ñồ hệ thống chiếu sáng II Bài tập chương V Tài liệu học phần: 1) Kỹ thuật chiếu sáng : Lê Văn Doanh - ðặng Văn ðào Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2) Kỹ thuật chiếu sáng : Th.S Dương Lan Hương - NXB Ðại Học Quốc Gia TPHCM 3) Kỹ thuật chiếu sáng : Catalog Lighting Design 4) Kỹ thuật chiếu sáng : Nguyễn Viễn Sum - Nhà xuất Trẻ 5) www.siemens.com.vn 6) www.duhal.com.vn 7) www.lugiacolighting.com Duyệt ñơn vị Ngày 28 tháng 09 năm 2007 Người biên soạn Ts Trần Trung Tính Ths ðinh Mạnh Tiến Trang CHƯƠNG I CÁC ðẠI LƯỢNG ðO ÁNH SÁNG I KHÁI NIỆM CHUNG I 1: Ánh sáng: - Ánh sáng sóng điện từ ñặc trưng bởi: bước sóng ( λ ), tần số (f), chu kỳ (T) - Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng nằm khoảng 380nm (màu đỏ) đến 780nm (tím) (1nm = 10 −9 m ; 1µm = 10 −6 m ) - (Hình 2) quang phổ củ a ánh sáng nhìn thấ y có màu biến đổi liên tục từ màu tím đến màu đỏ, có nghĩa màu liền kế có màu trung gian, ví dụ màu tím màu chàm có màu trung gian hai màu - Mỗ i ánh sáng ñơn sắc ñều có mộ t màu đặc trưng mộ t bước sóng định Màu Tím Xanh da trời Xanh Vàng Da cam ðỏ λ Max (nm) 412 470 577 600 673 515 - Trộn màu: Từ ba màu người ta trộ n theo tỷ lệ để có màu mong muốn (Hình 3) - Trong cơng nghiệp màu người ta thành lập ma trận để trộ n màu thành màu mong muốn I 2: Nguồn sáng: Trong kỹ thuật chiếu sáng quan tâm ñến hai loại nguồ n sáng bản: Trang Nguồn sáng tự nhiên mặt trời chiếu trực tiếp, phản xạ ánh sáng từ ñ ám mây, thông qua cửa lấy sáng - Nguồn sáng nhân tạo, thường loại ñèn ñ iện - Nguồ n sáng biến đổ i lượng mà tiêu thụ thành mộ t nhiều ba ba hiệu ứng sau đ ây: Hóa năng; nhiệt năng; ðiện từ - Khi quan sát nguồn sáng mắt ñ ang cảm nhận nhữ ng sóng điện từ có bước sóng khoảng nhìn thấy (380nm – 780nm) I 3:Sự cần thiết phải có đơn vị đo ánh sáng - Các nhà lý ñịnh nghĩa, lượ ng xạ giây theo mọ i hướng thơng lượng lượng tính ốt tính cơng thức P: Thơng lượng lượ ng (w) W (λ ) : Hàm lượng nguồn phát λ: Bước sóng củ a búc xạ nguồn phát Thơng lượng lượng phổ nhìn thấ y là: - Trong kỹ thuật chiếu sáng, mục đính bố trí nguồn sáng cho hiệu quả, tiện nghi ñố i với mắt, nói chung phục vụ việc quan sát củ a mắt Khi mắt nhận mộ t thông lượng lượng (P) nguồn ng bước sóng khác hiệu qua mắt khác nhau, tính tốn lượng ánh sáng mà mắt cảm nhận cần thiết phải ñưa thêm hàm biểu diễn độ lợi mắt theo bước sóng Φ : Quang thông nguồ n sáng W (λ ) : Hàm lượng nguồn phát V (λ ) : Hàm ñộ lợi củ a mắt phụ thuộ c vào bước sóng λ : Bước sóng củ a búc xạ nguồn phát Trang - Như vậ y ta có cơng thức đơn vị mớ i khơng phải t để tính tốn lượng ánh sáng mắt cảm nhận ðơn vị gọ i Quang thơng có đơn vị tính lumen - Các nhà kỹ thuật tính tốn thấy khác giữ Watt lumen sau: Nếu mộ t nguồn biến đổ i tồn lượng đầu vào thành ánh sáng ốt cung cấp 683 lm mộ t tia đơn sắc có bước sóng 555nm, ng cung cấp 200lm phổ liên tụ c có lượ ng phân bố phổ nhìn thấy I 4:Góc khối , (Ω ) , steradian ký hiệu sr ðịnh nghĩa góc khối: Ta giả thuyết mộ t nguồn ñặt tâm O củ a mộ t hình cầu rỗ ng bán kính R S diện tích ngn tố mặt cầu Hình nón có đỉnh O cắt S hình cầu biểu diễn góc khối (Ω ) Góc khối định nghĩa tỷ số diện tích mặt chắn S bình phương bán kính Mộ t steradian góc khối triển khai mộ t hình nón mà người ñứng tâm mộ t qủa cầu có bán kính mét nhìn thấy diện tích mét vng I 5: Cường độ sáng (I), Candela (ngọn nến) , ký hiệu Cd Trang ðể so sánh ñược nguồ n sáng khác nhau, nhà kỹ thuật ñ ã ñưa khái niệm cường độ sáng (I) Nhận xét: Quang thơng củ a nguồn phân bố góc khối lớn cường độ sáng mạnh, cường độ sáng ln liên quan đến phương cho trước ðịnh nghĩa ñơn vị candela: Candela cường ñộ sáng theo phương ñã cho nguồn phát xạ ñơn sắc có tần số f = 540.1012 Hz ( λ = 555nm ) cường ñộ lượng theo phương 1/683 ốt Steradian Bảng cường độ sáng củ a nguồ n thông dụ ng: Nguồ n sáng Cường độ sáng Vị trí Hình minh họa Ngọn nến 0,8 cd Theo mọ i hướng ðèn sợi ñốt 40w/220v 35 cd Theo mọ i hướng ðèn sợi ñốt 300w/220v 400 cd Theo mọ i hướng ðèn sợi đốt 300w/220v có thêm phản xạ ðèn Iơt kim loại 1.500 cd chùm tia 1.4800 cd Theo mọ i hướng 250.000 cd chùm tia 2000w/220v ðèn Iơt kim lo ại 2Kw/220v có thêm phản xạ I 6: Công thức liên hệ quang thông cường ñộ sáng ðơn vị cường ñộ sáng Candela nguồn phát theo mọ i hướng tương ứng với đơn vị quang thơng tính b ằng lumen Φ = ∫ I dΦ I 7: ðộ rọi (E), ñơn vị lux (lx) ðộ rọ i mật ñộ quang thơng rơi bề mặt thẳng góc có đơn vị Lux (lx) E= Φ S lx = lm 1m2 Khi chiếu sáng mộ t b ề mặt khơng đồng nên tính trung bình số học nhữ ng diện tích nguên tố khác để tính độ rọ i trung bình ETB = E1 + E2 + + E N N Bảng ñộ rọi chiếu sáng tự nhiên chiếu sáng nhân tạo Ngồi trời, buổi trưa trời nắng 100.000 lx Phòng làm việc 400 - 600 lx Trời có mây 2000 - 10.000 Lx Nhà 150 - 300 Lx Trăng tròn 0.25 Lx Phố ñược chiếu sáng 20 - 50 Lx Trang Khi pháp tuyến củ a bề mặt ñược chiếu sáng hợp với cường ñộ sáng I mộ t góc Khi góc khố i tính b ằng công thức: Mặt khác I= dΦ dΦ → dΩ = dΩ I Từ (1) (2) ta có: dS cos α r2 (1) (2) dΦ dS cos α I dS cos α = → d Φ = I r2 r2 E= Ta có dΩ = α (3) dΦ I dS = dS r I 7: ðộ chói (L), đơn vị cd/m2 ðộ chói theo mộ t phương cho trước diện tích mặt phát dS tỷ số củ a cường ñộ sáng dI phát dS theo phương diện tích biểu kiến dS ðộ chói nhỏ mà mắt bắt đầu cảm nhân 10 −5 cd / m b ñầu gây lóa mắt 5000 cd / m Trang I 8: Tri giác nhìn thấy tương phản ðố i với mắt quan sát vật có ñộ chói L0 mộ t có ñộ chói Lf , mắt phân biệt mức chiếu sáng vừa ñủ nếu: C= L0 − L f Lf ≥ 0,01 I 9: ðịnh luật Lamber Khi sáng chiếu đến mộ t b ền mặt, tùy theo tính chất b ề mặt mà cho ta tượng sau: Một phần hay toàn ánh sáng chiếu tới phát lại theo cách sau: - Tuân theo ñịnh lu ật phản xạ khúc xạ (hình 5A, 5B) - Phản xạ trưyền khuyếch tán theo ñịnh luật Lamber (hình 5C) Khi ánh sáng khuyếch tán theo định lu ật Lamber b ền mặt nhận quang thơng có giá trị Φ toi = E S phát lại mộ t quang thơng Φ phat = ρES có cường độ sáng I theo mọ i hướng Như vậ y độ chói L củ a bề mặt S phải giá trị khơng đổi Nội dung định luật: • Với E: ðộ rọ i bền mặt S • L: ðộ chói củ a bề mặt S • ρ : Hệ số phản xạ bề mặt S I 10: Bài Tập Bài 1: Một người ngồ i vào bàn ñọ c sách ánh sáng bóng đèn đ iện có quang thông Φ = 1380lm tỏa tia theo mọ i hướng ñược treo ñộ cao 1,3 mét từ gữa bàn A, Kho ảng cách từ bàn ñến chỗ ñặt sách ñể ñộ rọi củ a 50lx, độ chói trang sách biết hệ số phản xạ củ a trang sách ρ = 0,7 B, Bóng đ èn ñược ñặt tâm củ a mộ t qủ a cầu mờ có đường kính 30cm khuyếch tán theo ñịnh luật Lambert 80% quang thông củ a nguồn ðộ chói dụng cụ b ằng bao nhiêu? Bài 2: Một đ èn ố ng hu ỳnh quang có chiều dài l=1,2m mộ t ngu ồn sáng ñường, khuyếch tán theo ñinh luật Lamber Cường ñộ sáng I quan sát xa đường vng góc với trục ống 300cd Hãy xác ñịnh: Trang 4: Phương pháp tỷ số R: 4.1: Nội dung: Gọi L:chiều rộng ñường; e: Khoảng cách hai ñ èn ; h: Chiều cao treo ñ èn ; a: Khoảng cách từ hình chiếu vng góc đ èn xuống ñường ñến mép ñường ; s: Khoảng cách từ hình chiếu vng góc củ a đèn xuống đường đến chân cộ t đ èn Trường hợp a>0 (Hình 3.2) Trường hợp a