Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chiếu sáng bán dẫn thiết kế chiếu sáng tàu thủy

Bài viết này phân tích một số ưu điểm của công nghệ chiếu sáng bán dẫn, tìm hiểu các quy chuẩn trong thiết kế chiếu sáng tàu thủy. Trên cơ sở đó thực hiện các thiết kế chiếu sáng cơ bản trên tàu thủy sử dụng vật liệu chiếu sáng bán dẫn.

CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ CHIẾU SÁNG BÁN DẪN THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG TÀU THỦY RESEACH AND APPLICATION OF SEMICONDUCTOR LIGHTING TECHNOLOGY LIGHTING DESIGN OF SHIPS KS VŨ ĐỨC HOÀN TS TRẦN XUÂN VIỆT Khoa Điện - Điện tử, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Chiếu sáng tàu thủy có đặc điểm, quy chuẩn đặc thù riêng Với nhiều ưu điểm công nghệ chiếu sáng bán dẫn (SLL) hồn tồn ứng dụng thiết kế chiếu sáng tàu thủy vừa đảm bảo tính an tồn, tiết kiệm lượng mà lại đem lại tính thẩm mỹ cao Bài viết phân tích số ưu điểm cơng nghệ chiếu sáng bán dẫn, tìm hiểu quy chuẩn thiết kế chiếu sáng tàu thủy Trên sở thực thiết kế chiếu sáng tàu thủy sử dụng vật liệu chiếu sáng bán dẫn Abstract Ship lighting has peculiarities characteristics and regulations With the many advantages of semiconductor lighting technology (SLL), can applicate fully in lighting design of ships while ensuring safety, saving energy but provide aesthetic This article analyzes some of the advantages of semiconductor lighting technology, understanding the regulation of lighting design of ships On that basis, perform basic lighting design used on ships semiconductor lighting materials Key words: Lighting Design of ships Kỹ thuật chiếu sáng tàu thủy 1.1 Tiêu chuẩn chiếu sáng tàu thủy Tiêu chuẩn chiếu sáng tàu thủy Bộ giao thông vận tải ban hành dựa quy định chung Công ước Quốc tế sinh mạng biển (Công ước SOLAS) Tiêu chuẩn ban hành lần đầu vào năm 2003 (TCVN6259-2003) sau bổ sung sửa đổi thay Quy chuẩn QCVN21-2010 từ năm 2010 Các qui định trang thiết bị thiết kế hệ thống chiếu sáng nêu phần chương Quy chuẩn bao gồm: Mạch chiếu sáng, mạch bảo vệ chiếu sáng mạch điều khiển chiếu sáng, tính tốn tải chiếu sáng, thiết bị chiếu sáng Đối với thiết bị chiếu sáng cơng suất đui đèn phải phù hợp với IEC 60092 tiêu chuẩn khác Đăng kiểm chấp nhận Hệ thống chiếu sáng cung cấp từ nguồn điện chính, chiếu sáng khơng gian phòng để thuyền viên người tàu làm việc sinh hoạt bình thường 1.2 Thiết kế chiếu sáng tàu thủy Trong quy chuẩn rõ cường độ chiếu sáng tối thiểu cho khu vực trường hợp sử dụng thiết bị chiếu sáng đèn huỳnh quang đèn sợi đốt (Bảng 4/3.2.3-1 TCVN62592003) Khu vực yêu cầu cường độ sáng tập trung bàn làm việc bề mặt bảng phân phối điện bàn điều khiển từ xa/ chỗ, với độ rọi trung bình tối thiểu từ 150 tới 200 lx Khu vực buồng ở, câu lạc bộ, hành lang cần độ rọi trung bình tối thiểu 100 lx Các vị trí khác yêu cầu cường độ chiếu sáng thấp phụ thuộc vào diện tích khu vực nhu cầu sử dụng khoảng từ 20 đến 80 lx Mỗi công đoạn gắn kết tiêu chuẩn quy phạm quy định thiết kế chiếu sáng tàu thủy Quy trình thiết kế bao gồm bước bản: Bước 1: Thiết kế sơ nhằm xác định giải pháp hình học thơng số như: kiểu chiếu sáng, loại đèn, độ cao treo đèn, vị trí bố trí đèn, số lượng đèn cần thiết, nhằm đảm bảo độ đồng ánh sáng độ rọi cần thiết mặt phẳng làm việc Bước 2: Tính toán kiểm tra mức độ chiếu sáng theo tiêu chuẩn quốc gia chiếu sáng tàu thủy Kiểm tra đánh giá mức độ tiện nghi môi trường ánh sáng thiết kế Thiết kế sơ chiếu sáng nội thất tàu thủy: (1) Chọn mức độ chiếu sáng theo yêu cầu (dựa vào Quy chuẩn) Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 35 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 (2) Chọn kiểu đèn, kiểu chiếu sáng: Chọn loại bóng đèn (huỳnh quang, sợi đốt, LED) dựa tham số nhiệt độ màu, độ hoàn màu, tuổi thọ hiệu suất ánh sáng (lm/w), tiêu chuẩn đui đèn tiêu chuẩn chống thâm nhập – IP (Ingress of Protection) (3) Chọn độ cao treo đèn: Xác định tỷ số treo đèn dựa công thức: J h' h h (1.1) ' h’ – Khoảng cách từ đèn đến trần; h – Độ cao từ đèn đến mặt phẳng làm việc (4) Bố trí đèn xác định số lượng đèn tối thiểu cho đảm bảo độ đồng ánh sáng mặt phẳng làm việc Hình 1.1 Chiều cao treo đèn cách bố trí đèn Xác định điều kiện khoảng cách đèn tới biên tường theo công thức: n n q (1.2) Từ xác định số lượng đèn tối thiểu cần thiết (5) Xác định tổng quang thơng đèn phòng khu vực chiếu sáng: t  E yc S (1.3) U Trong đó: S - Diện tích mặt phẳng làm việc (m2); Eyc - Độ rọi yêu cầu mặt phẳng làm việc (lx)  - Hiệu suất đèn;  - Hệ số dự trữ; U – Hệ số lợi dụng quang thông Hệ số lợi dụng quang thông U tỷ số quang thông rơi xuống mặt phẳng làm việc tồn quang thơng khỏi đèn Nó phụ thuộc vào loại đèn, hệ số phản xạ bề mặt phòng: trần (tr), tường (t), sàn (s) kết cấu hình học phòng: k ab h( a  b ) (1.4) Hệ số k thường chọn từ 0.5 đến (6) Xác định số lượng đèn cần thiết: với t quang thông tổng cần thiết chiếu sáng phòng khu vực số lượng đèn cần thiết xác định: N d t (1.5) Trong d quang thơng đèn Như vậy, sau tính tốn số lượng đèn N tìm lớn số lượng đèn tối thiểu, N số lượng đèn cần lắp đặt Trong trường hợp N số lượng đèn tối thiểu dùng số lượng đèn tối thiểu Công nghệ chiếu sáng bán dẫn (Solid-state Lighting – SSL) Diode phát quang (LED – Light Emitting Diode) ứng dụng ngày nhiều lĩnh vực Ưu điểm LED độ sáng cao kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ lượng thấp, hiệu suất cao, độ bền tốt,… 36 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Để sử dụng chiếu sáng, đèn LED phải chế tạo cho đạt cơng suất phát sáng hiệu suất cao Đó LED có độ sáng cao (High Brightness - HB LED), LED siêu sáng (Ultra High Brightness LED - UHB LED) Việc sử dụng LED kỹ thuật chiếu sáng có ưu điểm sau: - LED có hiệu xạ cao so với nguồn sáng truyền thống - LED tạo màu sắc mong muốn mà hạn chế sử dụng kính lọc màu - LED không thay đổi màu sắc ánh sáng phát dòng điện chạy qua thay đổi - LED có tuổi thọ dài, khả chịu đựng va đập học cao - Kích thước LED nhỏ nên dễ dàng sử dụng bo mạch in - LED không chứa thành phần độc tố nên giảm thiểu tác hại cho người môi trường Tuy nhiên, việc sử dụng LED ứng dụng tồn số hạn chế : - Chi phí đầu tư ban đầu đắt so với loại đèn truyền thống - Hoạt động LED phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ mơi trường Khi nhiệt độ tăng q cao dẫn đến phá hỏng LED nên đòi hỏi giải pháp tản nhiệt tốn - Trong trình hoạt động, LED đòi hỏi phải cấp dòng điện xác, ổn định nên đòi hỏi phải cấp nguồn ổn dòng Ứng dụng công nghệ chiếu sáng bán dẫn thiết kế chiếu sáng tàu thủy 3.1 Thiết kế chiếu sáng ứng dụng phần mềm máy tính (CAD) Kỹ thuật chiếu sáng đại công nghiệp thiếu việc ứng dụng phần mềm tự động hóa q trình thiết kế chiếu sáng Có thể kể tới phần mềm Ulysse, Caculux Road, Lumen Micro 2000,… đặc biệt DIALux DIALux phần mềm thiết kế chiếu sáng độc lập xây dựng công ty DIAL GmbH – Đức download trực tiếp từ trang web www.dialux.com DIALux thiết kế với thư viện liên kết động tức cho phép người dùng lựa chọn loại đèn hãng thiết kế chỉnh sửa tạo liệu loại đèn theo yêu cầu quy chuẩn Phần mềm thiết kế chiếu sáng DIALux bao gồm phần: + DIALux Light Wizard: Tiện ích tính tốn chiếu sáng nhanh cho dự án chiếu sáng nội thất, cung cấp hai lựa chọn diện tích hình dạng nhà thiết kế hình chữ nhật hình L Cho phép cài đặt tham số tính tốn, chọn đèn phân bố đèn thiết kế Kết tính tốn cho biểu đồ phân bố cường độ sáng, tổng hợp liệu phòng Đồng thời cho phép người dùng liệt kê tham số thành dạng list giống báo cáo lưu dự án thành dự án DIALux + DIALux: Cung cấp nhiều tính hơn, đặc biệt khả mơ hình hố đối tượng thiết kế không gian ảo Rất linh hoạt liên kết dự án CAD từ 2D đến 3D Việc truy xuất cho phép người thiết kế kết hợp liệu từ thiết kế CAD với độ xác cao để xây dựng dự án chiếu sáng thiết kế xây dựng DIALux cho ta nhiều lựa chọn để thiết kế dự án, xuất nhập file CAD đơn giản, xác, đồng thời mơ khơng gian chiếu sáng dự án mơ hình 3D, cho phép chèn thêm đối tượng 3d thực tế để xét ảnh hưởng chúng, ghi lại trình quan sát góc cạnh, vị trí, khu vực thiết kế 3D video 3.2 Thiết kế chiếu sáng tàu thủy sử dụng công nghệ chiếu sáng bán dẫn Đối tượng chọn dùng để thiết kế chiếu sáng Tàu Sao Biển thuộc quyền quản lý công ty Thăng Long thuộc Trường ĐH Hàng Hải Việt Nam Tàu chia làm tầng: Tầng (tầng thượng): phòng điều khiển buồng lái; Tầng 2: Phòng điều khiển buồng máy; Tầng 3: Nằm ngang mặt boong, bố trí phòng thuyền trưởng, đại phó, sỹ quan, câu lạc thuyền viên, phòng ăn, bếp, nhà tắm, phòng vệ sinh; Tầng 4: Nằm mặt boong, bao gồm phòng dành cho sinh viên thực tập Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 37 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Hình 3.1 Sơ đồ kết cấu tàu Sao Biển Thiết kế chiếu sáng buồng lái: Các quy trình thực thiết kế chiếu sáng buồng lái sử dụng phần DIALux áp dụng cho tất thiết kế chiếu sáng tàu Với bước sau: - Thiết kế không gian kích thước hình học buồng lái - Tạo, chỉnh sửa thêm tùy biến tạo không gian thực cho thiết kế - Lựa chọn đèn cài đặt tham số tính tốn chiếu sáng - Thiết lập lưới, điểm, mặt phẳng tính tốn chiếu sáng - Thiết lập đầu liệu sau tính tốn Lựa chọn đề xuất lưu trữ kết tính tốn chiếu sáng Các truy trình thực thiết kế thực hồn tồn mơi trường thiết kế chiếu sáng 3D DIALux, kết hợp với phần mềm tạo đối tượng 3D để mô không gian thiết kế sát với thực tế Loại đèn sử dụng thiết kế chiếu sáng MASTER LEDtube GA110 600mm 10W 865 I – Loại đèn tube LED hãng Philips công suất tiêu thụ 10W, hoạt động dải điện áp từ 110VAC-240VAC, tổng quang thơng 825lm Hình 3.2 Kết tính tốn chiếu sáng buồng lái 38 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 ... ổn dòng Ứng dụng công nghệ chiếu sáng bán dẫn thiết kế chiếu sáng tàu thủy 3.1 Thiết kế chiếu sáng ứng dụng phần mềm máy tính (CAD) Kỹ thuật chiếu sáng đại công nghiệp thiếu việc ứng dụng phần... trí, khu vực thiết kế 3D video 3.2 Thiết kế chiếu sáng tàu thủy sử dụng công nghệ chiếu sáng bán dẫn Đối tượng chọn dùng để thiết kế chiếu sáng Tàu Sao Biển thuộc quyền quản lý công ty Thăng... Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 37 CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Hình 3.1 Sơ đồ kết cấu tàu Sao Biển Thiết kế chiếu sáng buồng lái: Các quy trình thực thiết kế chiếu sáng buồng lái sử dụng phần