ky thuat chieu sang do thi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Khoa Kỹ thuật hạ tầng đô thị Quản lý xây dựng Nguyễn Mạnh Hà BÀI GIẢNG KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ Đà Nẵng tháng 02-2009 Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị LỜI CẢM ƠN Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị biên soạn làm tài liệu giảng dạy thức cho ngành Kỹ thuật hạ tầng thị, Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Trong trình biên soạn, tác giả nhận ủng hộ, động viên ý kiến đóng góp giúp đỡ tổ chức, cá nhân sau đây: - Các thầy giáo, cô giáo Khoa Kỹ thuật hạ tầng đô thị Quản lý xây dựng - Phịng Quản lý điện, Sở Cơng Thương thành phố Đà Nẵng - Công ty Quản lý vận hành điện chiếu sáng công cộng Đà Nẵng - Công ty Schréder Việt Nam - Gia đình bạn bè đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Do biên soạn lần đầu với thời gian, kinh nghiệm có hạn, chắn tập giảng cịn có nhiều thiếu sót, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp, sinh viên bạn đọc quan tâm đến lĩnh vực chiếu sáng để tiến tới biên soạn thành giáo trình hồn chỉnh phục vụ cơng tác giảng dạy, học tập công tác sinh viên sau trường Các ý kiến dóng góp xin gửi địa chỉ: Văn phịng Khoa Kỹ thuật hạ tầng thị Quản lý xây dựng Tầng 4, Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Số 566 Núi Thành, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng Email : nmhbg@yahoo.com Tác giả Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO VÀ VAI TRỊ CỦA NĨ CHƯƠNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG 1.1 Bản chất ánh sáng Bản chất sóng - hạt ánh sáng: Nguồn sáng tự nhiên quang phổ liên tục Nguồn sáng nhân tạo quang phổ vạch: 1.2 Một số tượng phát sáng phạm vi ứng dụng chiếu sáng nhân tạo: Hiện tuợng phát sáng nung nóng: Hiện tuợng phát sáng phóng điện: Hiện tượng phát sáng huỳnh quang 11 Hiện tượng phát sáng lân quang 11 Hiện tượng phát sáng thứ cấp: 12 1.3 Các đại lượng đo ánh sáng 12 Góc khối (cịn gọi góc đặc, góc nhìn) 12 Thông lượng lượng xạ ánh sáng nhìn thấy 14 Quang thông 15 Quang hiệu 16 Cường độ sáng 16 Độ rọi 17 Độ sáng (còn gọi độ trưng): 18 Độ chói 19 Nhiệt độ màu: 19 10 Độ hoàn màu (còn gọi số thể màu): 20 1.4 Các định luật quang học ứng dụng kỹ thuật chiếu sáng : 21 Sự phản xạ: 21 Sự truyền xạ : 22 Sự khúc xạ: 23 Sự che chắn: 24 Sự hấp thụ: 24 Định luật Lambert khuyếch tán : 25 CHƯƠNG 27 MẮT NGƯỜI VÀ SỰ CẢM THỤ ÁNH SÁNG 27 2.1 Cấu tạo mắt người 27 Hiện tượng thị giác: 27 Hiện tượng điều tiết mắt: 27 Võng mạc: 27 Khái niệm “con mắt quốc tế”: 27 2.2 Sự giải mã hình ảnh: 28 2.3 Quá trình thích nghi : 28 2.4 Cảm giác chiều sâu vật cần nhìn: 28 2.5 Cực cận cực viễn mắt : 29 2.6 Trường nhìn (thị trường) mắt : 29 2.7 Độ tương phản : 29 2.8 Hiện tượng chói lóa: 30 Khái niệm: 30 Giải thích tượng chói lóa : 30 Chỉ số hạn chế chói lóa G (cịn gọi số tiện nghi) : 31 CHƯƠNG 33 CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG NHÂN TẠO THÔNG DỤNG 33 3.1 Bóng đèn nung sáng: 33 Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Cấu tạo bóng đèn nung sáng (hình 3.1): 33 Một số loại bóng đèn nung sáng thơng dụng: 34 3.2 Bóng đèn huỳnh quang 35 Đặc điểm cấu tạo: 35 Một số bóng đèn huỳnh quang thơng dụng 37 3.3 Bóng đèn phóng điện cuờng độ cao (HID) 38 Cấu tạo bóng đèn phóng điện: 38 Một số loại bóng đèn phóng điện HID thơng dụng: 39 3.4 Đèn phát sáng quang điện (LED: Lighting Emitting Diode) 42 3.5 Đèn cảm ứng (đèn không điện cực) 43 3.6 Đèn Sulfua : 43 CHƯƠNG 45 CẤU TẠO CỦA BỘ ĐÈN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 45 4.1 Cấu tạo chung đèn chiếu sáng công cộng: 45 4.2 Các phận đèn chiếu sáng cơng cộng 46 Tấm phản quang: 46 Thiết bị mồi đèn (tắc te) chấn lưu: 46 Kính bảo vệ : 47 Lỗ đui đèn : 48 4.3 Các thông số học chủ yếu đèn chiếu sáng công cộng: 48 Độ kín (IP): 49 Cấp bảo vệ học chống nổ (còn gọi độ chịu va đập kính đèn): 49 Diện tích cản gió 50 Chỉ tiêu lão hóa kính bảo vệ: 50 Trọng lượng: 50 4.4 Các thông số điện chủ yếu đèn chiếu sáng công cộng: 50 Cấp cách điện : 51 Độ dao động điện áp: 51 4.5 Các thông số quang học đèn chiếu sáng công cộng: 51 Hệ số suy giảm quang thông: 51 Hệ số phản quang : 52 Đường cong trắc quang : 52 Hiệu suất đèn : 54 Cấp đèn : 55 Hệ số sử dụng đèn: 56 Góc bảo vệ 57 4.6 Phân loại đèn chiếu sáng công cộng: 58 CHƯƠNG 59 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 59 5.1 Sơ lược lịch sử phương pháp, trình tự thiết kế: 59 5.2 Các tiêu chuẩn chiếu sáng đường giao thông yêu cầu : 59 5.3 Các nguyên tắc bản: 59 Phương vị trí quan sát người lái xe: 60 Độ chói mặt đường : 60 Độ đồng độ chói mặt đường: 61 Chỉ số chói lóa G đèn: 62 Hiệu dẫn hướng vị trí đặc biệt 63 5.4 Phương pháp tỉ số R thiết kế chiếu sáng : 63 Các thông số hình học bố trí đèn : 63 Các phương án bố trí đèn 65 Chọn công suất loại đèn : 67 5.5 Phương pháp độ chói điểm thiết kế chiếu sáng : 68 Độ chói điểm mặt đường : 68 Phân loại lớp phủ mặt đường : 69 Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng thị Tính tốn độ chói độ rọi điểm 70 5.6 Thiết kế chiếu sáng điểm đặc biệt đường giao thông: 72 Chiếu sáng điểm giao đồng mức: 72 Chiếu sáng nút giao với đường sắt : 74 Chiếu sáng đường cong 74 Chiếu sáng bùng binh 75 Chiếu sáng đường hầm 76 5.7 Thiết kế chiếu sáng với trợ giúp máy tính: 78 5.8 Sử dụng phần mềm thiết kế chiếu sáng công cộng Ulysse 2.2 79 Khởi động 79 Chọn phương án bố trí đèn 81 Chọn đèn thông số đèn 82 Xem kết lập báo cáo 84 5.9 Một số nội dung thiết kế khác hệ thống chiếu sáng đường giao thông 87 Thiết kế điện : 87 Thiết kế xây dựng : 89 Thiết kế kết cấu 89 CHƯƠNG 90 QUẢN LÝ, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 90 6.1 Nội dung quản lý, vận hành : 90 6.2 Cơ cấu tổ chức trang thiết bị vận hành 91 6.3 Vấn đề tiết kiệm điện : 91 6.4 Thực trạng quản lý vận hành 92 6.5 Tự động hoá công tác quản lý, vận hành hệ thống điện chiếu sáng : 92 CHƯƠNG 93 THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CƠNG TRÌNH CƠNG CỘNG TRONG ĐƠ THỊ 93 7.1 Chiếu sáng công viên, vườn hoa 93 Các nguyên tắc chung 93 Chỉ tiêu kỹ thuật chiếu sáng : 93 7.2 Chiếu sáng cơng trình thể thao ngồi trời - ngun tắc chung : 95 CHƯƠNG 98 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU CỦA CHIẾU SÁNG ĐÔ THỊ 98 8.1 Ô nhiễm ánh sáng 98 8.2 Quy hoạch chiếu sáng 99 PHỤ LỤC 101 Bảng giá trị biểu thức hàm V(λ): 101 Công suất quang thơng loại đèn phóng điện thơng dụng 101 Bảng phân loại lớp phủ mặt đường : 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 PHẦN BÀI TẬP 107 Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị PHẦN MỞ ĐẦU LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO VÀ VAI TRÒ CỦA NÓ Từ thời kỳ sơ khai người biết tạo ánh sáng từ lửa, nhiên lúc người dùng lửa với tư cách nguồn nhiệt nguồn sáng Trải qua thời kỳ dài lịch sử, người phát minh loại đèn thắp sáng chất khí Sau nhà hoá học người Áo K.Auer phát minh đèn măng sông chế tạo chất chịu nhiệt độ cực cao cho ánh sáng trắng đốt cháy lửa chất khí đèn măng sơng trở nên phổ biến khắp thành phố lớn giới, tưởng khơng thể cịn loại đèn thay Tuy nhiên cuối kỷ 19 người ta bắt đầu nhận thấy ưu điểm thắp sáng điện Cho đến người ta chưa biết xác người chế tạo đèn điện Tuy nhiên để đến bóng đèn hồn thiện ngày chắn phải có cống hiến nhiều nhà khoa học, người có cơng lớn người đăng ký quyền phát minh bóng đèn dây tóc vào năm 1878 Thomas Edison - nhà phát minh tiếng Mỹ Để ghi nhận công lao nỗ lực ông việc đem ánh sáng đến cho nhân loại mà ngày người ta tưởng nhớ ơng cha đẻ loại bóng đèn điện dùng sợi đốt Đêm 24/12/1879 Edison mời hàng trăm người thuộc đủ thành phần xã hội thành phố New York tới dự bữa tiệc nhà ông nhằm quảng cáo sản phẩm đèn điện ông chế tạo lần Tại bữa tiệc ông cho thắp sáng hàng loạt bóng đèn tất khu nhà ở, xưởng máy, phịng thí nghiệm sân vườn Kết bữa tiệc giúp ông nhận tài trợ quyền cho đề án thắp sáng thành phố Cuối cùng, đến h sáng ngày 04/9/1882 hàng trăm đèn phố đồng loạt bật sáng làm góc thành phố NewYork tràn ngập ánh sáng điện, đánh dấu thời khắc lịch sử ánh sáng điện chinh phục bóng đêm Đây xem thời điểm đời ngành chiếu sáng đô thị Tại Việt Nam trước đây, chiếu sáng đô thị xây dựng sở lưới đèn chiếu sáng công cộng xây dựng từ thời Pháp thuộc, chủ yếu dùng bóng đèn sợi tóc Đến năm 1975, đèn cao áp lắp đặt khu vực quảng trường Ba Đình lăng Chủ tịch Hồ Chí Minh Ngồi chiếu sáng đường phố, loại chiếu sáng khác đô thị chiếu sáng công viên, vườn hoa, chiếu sáng cảnh quan cơng trình kiến trúc văn hố, lịch sử, thể thao, chiếu sáng tượng đài chưa có Hội nghị chiếu sáng đô thị lần thứ (4/1992) mốc khởi đầu cho phát triển ngành chiếu sáng đô thị Việt Nam Thực trạng chiếu sáng thị lúc cịn kém, lạc hậu so với đô thị khu vực Sau Hội nghị chiếu sáng thị tồn quốc lần thứ hai (12/1995) tổ chức Đà Nẵng, với phát triển vượt bậc kinh tế, lĩnh vực chiếu sáng đô thị nước ta thực hình thành phát triển Hiện có Hội chiếu sáng thị Việt nam Vai trị chiếu sáng thị: Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Tại nước phát triển, điện dùng cho chiếu sáng chiếm từ đến 13% tổng điện tiêu thụ Hệ thống chiếu sáng đô thị bao gồm nhiều thành phần khác nhau, kể đến chiếu sáng phục vụ giao thông, chiếu sáng quan chức đô thị Chiếu sáng đường phố tạo sống động, hấp dẫn tráng lệ cho đô thị đêm, góp phần nâng cao chất lượng sống cho người dân đô thị, thúc đẩy phát triển thương mại du lịch Đặc biệt, hệ thống chiếu sáng trang trí cịn tạo khơng khí lễ hội, khác biệt cảnh quan đô thị dịp lễ tết ngày kỷ niệm lớn thời điểm diễn hoạt động trị, văn hóa xã hội kiện quốc tế Trong điều kiện thiếu hụt điện nước ta, có lúc, nơi chiếu sáng quảng cáo bị coi phù phiếm, lãng phí khơng hiểu Điều xuất phát từ góc độ tiêu thụ lượng mà chưa nhận thức tổng qt vai trị chiếu sáng thị Do cần có đánh giá xác khách quan hiệu mà chiếu sáng đem lại không mặt kinh tế, mà bình diện văn hóa - xã hội Khơng nhìn nhận hiệu trực tiếp trước mắt, tính tiền mà cịn hiệu gián tiếp lâu dài mà chiếu sáng đem lại việc quảng bá, thúc đầy phát triển thương mại, du lịch dịch vụ Chỉ có vậy, hệ thống chiếu sáng thị phát triển trì cách bền vững, đóng vai trị ngày xứng đáng cơng trình hạ tầng kỹ thuật đô thị Để làm việc phải đẩy mạnh việc nghiên cứu, ứng dụng, phát triển lý thuyết chiếu sáng đô thị ngày hồn thiện nhằm xây dựng thị Việt Nam vừa mang phong cách đại vừa giữ gìn nét truyền thống Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị CHƯƠNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG 1.1 Bản chất ánh sáng Bản chất sóng - hạt ánh sáng: + Ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, sóng radio, sóng truyền hình,…tất dạng lượng điện từ truyền không gian dạng sóng, giống xạ điện từ khác đặc trưng bước sóng λ, tần số ν, chu kỳ T với ν = 1/T c = ν.λ + Có thể chia bước sóng thành phạm vi sau, ta nhận thấy ánh sáng nhìn thấy dải hẹp từ 380nm-780nm: • Từ 3000 m đến 1000 m Sóng dài (LW = long wave) • Từ 1000 m đến 100 m Sóng trung (MW = medium wave) • Từ 100 m đến 10 m Sóng ngắn (SW = Short wave) • Từ 10 m đến 0,5 m Sóng vơ tuyến (FM) • Từ 0,5 m đến 1,0 mm Sóng rađa • Từ1000 µm đến 0,78 µm Sóng hồng ngoại • Từ 780 nm đến 380 nm Ánh sáng nhìn thấy • Từ 380 nm đến 10 nm Tia cực tím (tia tử ngoại, UV) 0 Tia X • Từ 100 A đến 0,01 A 0 Tia γ, tia vũ trụ • Từ 0,01 A đến 0,001 A -6 -9 ( µm = 10 m; nm = 10 m; A = 10-10 m) + Theo thuyết lượng tử, ánh sáng cịn mang chất hạt (photon), có lượng E = hν= hc / λ ; h số Plank = 6,626176 × 10-34Js Tại vật thể phát ánh sáng ? Ta phải dùng thuyết lượng tử để giải thích sau: + Một photon bị biến va vào đẩy điện tử vịng ngồi lên trạng thái kích thích quỹ đạo xa nhân Î hấp thu lượng ánh sáng vật chất + Một photon sinh điện tử từ trạng thái kích thích chuyển sang quỹ đạo khác gần nhân tải lượng mà nguyên tử bị dạng tia sáng mà bước sóng tỷ lệ nghịch với lượng truyền Ỵ phát lượng ánh sáng vật chất + Như vào bước sóng ta phân biệt sóng ánh sáng dạng lượng khác quang phổ điện từ Nguồn sáng tự nhiên quang phổ liên tục + Ánh sáng nhìn thấy khác với dạng xạ điện từ khác khả làm kích hoạt võng mạc mắt người + Vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng dao động từ 380nm-780nm + Thí nghiệm chứng minh: dải phổ ánh sáng mặt trời dải quang phổ liên tục có bước sóng thay đổi từ 380nm –780nm hình sau: + Ánh sáng mặt trời coi nguồn sáng chuẩn để đánh giá chất lượng nguồn sáng nhân tạo Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị Lăng kính Ánh sáng mặt trời Tia sáng đơn sắc đầu lăng kính Phổ ánh sáng Hình 1.1_ Thí nghiệm quang phổ liên tục + Ánh sáng mặt trời có nhiều cơng dụng khác ngồi chiếu sáng : sinh vitamin D tắm nắng buổi sáng, diệt vi khuẩn (do có lượng bé tia cực tím), phát điện, thu nhiệt, sấy khô,… + Hiện người ta nghiên cứu thiết bị dẫn ánh sáng tự nhiên vào nhà nhằm giảm tiền điện có lợi cho sức khoẻ Nguồn sáng nhân tạo quang phổ vạch: Khe hẹp Vật đen Lăng kính Nguồn sáng nhân tạo (đèn chiếu sáng) Hình 1.2_Thí nghiệm quang phổ vạch Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng đô thị + Ánh sáng nhân tạo có quang phổ đứt qng (quang phổ vạch) Hình 1.2 kết thí nghiệm xác định quang phổ số nguồn sáng nhân tạo sau qua lăng kính: + Nói chung ánh sáng nhân tạo khơng tốt ánh sáng mặt trời (xét góc độ chiếu sáng) Về mặt tâm - sinh lý, trải qua hàng triệu năm tiến hóa, hệ thần kinh người thích nghi hồn tồn với ánh sáng ban ngày nên với nguồn sáng ánh sáng mặt trời không tốt mắt Ước mơ người luôn hướng đến việc tạo nguồn sáng giống ban ngày, để đánh giá chất lượng nguồn sáng nhân tạo người ta thường lấy ánh sáng ban ngày làm chuẩn để so sánh Ánh sáng đèn tuyp ta thường thấy có màu xanh, tức có quang phổ vạch ban đêm ta cảm thấy dễ chịu Với tiến kỹ thuật, người ta chế tạo nguồn sáng có khả phát xạ có quang phổ liên tục gần với ánh sáng trắng đèn xenon, song giá thành đắt nên chủ yếu dùng cho loại xe đắt tiền 1.2 Một số tượng phát sáng phạm vi ứng dụng chiếu sáng nhân tạo: Hiện tuợng phát sáng nung nóng: Bất kỳ vật thể có nhiệt độ > 00K xạ lượng dạng sóng điện từ, nung nóng đến nhiệt độ khoảng 10000K phát xạ ánh sáng (cũng loại sóng điện từ) Nhiệt độ cao cường độ ánh sáng tăng lên màu sắc bề trở nên sáng Các loại đèn điện chiếu sáng thường dùng dòng điện để đốt nóng sợi đốt (dây tóc) kim loại Hiện tượng phát sáng nung nóng dịng điện nhà khoa học Anh Humphrey DaVy phát năm 1802 Sau nhà phát minh người Mỹ Edison chế tạo đèn sợi đốt Hiện tượng phát xạ ánh sáng nung nóng giải thích sau: Khi có điện áp đặt vào hai đầu dây tóc, điện tử lớp nguyên tử giải phóng khỏi nguyên tử dịch chuyển mạng tinh thể kim loại Trong trình di chuyển, điện tử ln ln có va chạm với ngun tử, động điện tử truyền phần cho nguyên tử Kết nguyên tử bị kích thích số điện tử lớp nhảy lớp ngồi (nếu lớp chưa đầy) Điện tử có xu hướng trở vị trí trống gần hạt nhân (vị trí ổn định) điều xảy điện tử lượng lượng E (thế năng) đồng thời giải phóng photon có bước sóng λ = c.h/E (có thể ánh sáng nhìn thấy khơng nhìn thấy) Năng lượng xạ bao gồm quang năng, nhiệt xạ hồng ngoại, Ứng dụng tượng để chế tạo loại đèn sợi đốt đèn sợi đốt chân không (trong dân dụng 50W-75W), đèn sợi đốt halogen (còn gọi đèn halogen-Vonfram) Hiện tuợng phát sáng phóng điện: Hiện tượng nhà khoa học Anh Edward Townsend phát Hiện tượng phóng điện chất khí trình diễn phức tạp, phụ thuộc vào áp suất khí, cơng suất nguồn điện dạng điện trường Tuy nhiên mơ tả tóm tắt thơng qua thí nghiệm sau đây: cho ống phóng điện thủy tinh chứa kim loại khí trơ áp suất thấp, bên có đặt điện cực nối với nguồn chiều thông qua biến trở điều chỉnh được: + Khi điện áp tăng lên dịng điện tăng theo (đoạn AB) Ngun nhân có dịng điện Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng ... 84 5.9 Một số nội dung thi? ??t kế khác hệ thống chiếu sáng đường giao thông 87 Thi? ??t kế điện : 87 Thi? ??t kế xây dựng : 89 Thi? ??t kế kết cấu ... công cộng: 58 CHƯƠNG 59 THI? ??T KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 59 5.1 Sơ lược lịch sử phương pháp, trình tự thi? ??t kế: 59 5.2 Các tiêu chuẩn chiếu sáng... 75 Chiếu sáng đường hầm 76 5.7 Thi? ??t kế chiếu sáng với trợ giúp máy tính: 78 5.8 Sử dụng phần mềm thi? ??t kế chiếu sáng công cộng Ulysse 2.2 79 Khởi động