BÀI TẬP LỚN CHIẾU SÁNG

LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC PHẦN 1:KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG I Các khái niện Ánh sáng Mắt người cảm nhận trực tiếp sóng điện từ có bước sóng nằm khoảng λ= 380nm đến 780nm gọi ánh sáng nhìn thấy hay sánh sáng Nguồn sáng K/n: Những vật mà phát ánh sáng gọi nguồn sáng Phân loại nguồn sáng theo hình thức phát sáng: + Tự nhiên + Nhân tạo + Phân loại theo phổ ánh phát + Phân loại theo kích thước nguồn sáng 3.Các đại lượng đo ánh sáng 3.1.Quang thông F - Là phần lượng sóng điện tử đánh giá mắt người theo tác động cảu lumen(lm) Trong đó: : lượng xạ :là độ nhạy tương đối mắt với ánh sáng có bước sóng K=683 lm/W hệ số chuyển đổi đơn vị 3.2.Cường độ ánh sáng - Là đại lượng biểu lộ mật độ quang thông nguồn sáng phía định candela (cđ) Trong đó: F:là quang thơng (lm) Ω:là góc khối 3.3.Độ rọi E - Là lượng biểu thị phân bố quang thông diện tích bề mặt Đặc trưng cho mật độ chiếu sáng cao hay thấp bề mặt nguồn sáng lux (lx) *Cách xác định độ rọi a,Độ rọi trung bình E= F lượng quang thơng (lm) nhận bề mặt chiếu sáng S () Độ rọi mặt phẳng chiếu sáng vng góc với quang thơng b,Độ rọi điểm Trong đó: - góc hợp pháp tuyến n dS với phương cường độ ánh sáng I - khoảng cách từ nguồn sáng tới điểm P Góc khối dΩ chắn hình cầu bán kính r, diện tích dS.cos - H khoảng cách từ nguồn sáng đến mặt phẳng chứa điểm P 3.4.Độ chói L - KN: đại lượng biểu thị mức độ phát sáng nguồn sáng môi trường định (cd/) Trong đó: dI :cường độ ánh sáng theo hướng quan sát : góc pháp tuyến n mặt phát sáng dS hướng nhìn (góc quan sát) cos : diện tích phát sáng biểu kiến nhìn mặt phát sáng dS - Khi thì: (cd/) - Độ chói nhỏ mắt người nhìn thấy cd/ - Bắt đầu lóe mắt 5000 (cd/ 3.5.Định luật Lambert Định luật Lambert mô tả mối quan hệ độ chói L độ rọi E: hệ số phản xạ 3.6.Độ tương phản C Sự chênh lệch độ chói tương đối hai vật để cạnh mà mắt ngừi phân biệt gọi độ tương phản II.Các Loại Đèn - Phân loại dèn theo nguyên lí hoạt động Đèn điện Led Sợi đốt Thường Haloge n Huỳnh quang Phóng điện Thủy ngân cao áp Huỳnh quang ống Huỳnh quang Na Metal halide Cao áp Thấp áp 1.Đèn sợi đốt a.Cấu tạo nguyên lí hoạt động đền sợi đốt - Nguyên lí hoạt dộng : Khi đặt điện áp vào đầu dây tóc có dịng điện chạy qua dây tóc làm cho dây tóc bị đốt nóng phát xạ phần lớn miền hồng ngoại Khi nhiệt dộ tăng đến 900độ C phổ xạ dịch chuyển sang vùng ánh sáng nhìn thấy Sau đèn làm việc ổn định nhiệt độ 2500o C – 2700oC Đèn sợi đốt có loại :thường halogen + Đèn sợ đốt bình thường có dây tóc làm từ vonfram bên bầu đèn chân khơng +Đèn sợ đốt halogen bơm thêm khí halogen vào bầu đèn giúp tăng tuổi thọ đèn ,tăng nhiệt độ màu ,tăng hiệu suất phát quang b.Đặc điểm đèn sợi đốt Ưu điểm : +dễ dàng điều chỉnh quang thông việc điều chỉnh điện áp đặt vào +bật sáng tưc thời ,cosy =1 tuổi thọ không phụ thuộc vào điều kiện bật tắt +Cấu tạo đơn gainr ,kích thước nhỏ gọn ,nối trực tiếp với nguồn điện ,không cần thiết bị kèm ,giá thành rẻ +Chỉ số truyền đạt màu tốt ,CRI=100 +giống ánh sáng ban ngày ,tạo cảm giác ấm cúng Nhược điểm : + Khi làm việc tỏa nhiệt gây nóng khó chịu vào mùa hè ,ảnh hưởng tới thiết bị làm lạnh - - - + Hiệu suất phát quang thấp + Quang thông ,tuổi thọ thấp phụ thuộc lớn vào điện áp nguồn cấp 2.Đèn LED a.Cấu tạo nguyên lý hoạt động Cấu tạo : Phần tử phát sáng LED :LED điốt ,nóc chứa chíp bán dẫn có tạp chất để tạo tiếp giáp P-N ,kênh P chứa lỗ trống ,kênh N chứa điện tử ,dòng truyền từ A/K ,khi điện tử lấy đầy chỗ trống xạ ánh sáng ,các bước sóng phát có màu sắc khác tùy thuộc vào tạp chất chip bán dẫn Mạch in bóng đèn : chất lượng in ,mối hàn ảnh hưởng đến độ bền đèn Bộ nguồn :Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện điện áp ổn định phù hợp với loại LED sử dụng Bộ phận tản nhiệt :nhằm đưa phần tinh thể phát sáng nhiệt độ nhanh Vỏ: đảm bảo cho đèn hoạt động ổn định bền ,chống thấm nước cao ,đồng thời đảm bảo khả tỏa nhiệt nhanh chóng Nguyên lý hoạt động : Bòng đèn LED dựa cơng nghệ bán dẫn Hoạt động bóng đèn LED giống nhiều loại ốt bán dẫn Khối bán dẫn loại p chứa nhiều loại lỗ trống tự mang điện tích dương nên ghép với khối bán dẫn n lỗ trống có xu hướng chuyển dộng khuyeechs tán sang sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận thêm điện tử (điện tích âm ) từ khối n chuyển sang Kết khối p tích điện âm khối n tích điện dương Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp ,một số điệnt bị lỗ trống thu hút chúng tiến lại gần ,chúng có xu hướng hợp với tạo thành nguyên tử trung hòa Qúa trình giải phóng lượng dạng ánh sáng b.Đặc điểm LED Ưu điểm : + Nhiệt lượng tỏa thấp + Tiết kiệm lượng + Tuổi thọ cao + Không sinh tia hồng ngoại hay tia cực tím + Cấu tạo an toàn nhỏ gọn + Hoạt động tốt điều kiện mơi trường thấp Nhược điểm : + Gía thành cao + Đòi hỏi thiết bị kèm dùng dòng điện chiều + Chất lượng đèn phụ thuộc vào chip LED nên chất lượng đèn chênh xa 3.Đèn phóng điện cường độ cao (HID) a.Cấu tạo nguyên lý hoạt động - Cấu tạo: + Gồm ống phóng điện hồ quang nhỏ hình trị chế tạo chất suốt mờ có khả chịu nhiệt cao Trong ống ,người ta bơm vào thủy ngân ,muối kim loại hay loại khí khác để tạo tượng phóng điện hồ quang chất khí Có vỏ thủy tinh chịu nhiệt vỏ bóng đèn - Nguyên lí hoạt động :gồm bước : + Bức xạ nhiệt + Phóng điện hồ quang + Bức xạ huỳnh quang b.Đặc điểm đèn HID Ưu điểm : + Hiệu suất phát quang cao ,tuoit họ độ bền học cao + Đa dạng hình dnags ,kích thước gam màu sáng + Một số đèn có CRI tương đối cao metal halide sodium cao áp Nhược điểm : + Đòi hỏi thiết bị kèm ,chi phí đầu tư lớn + Gây hiệu ứng thấp làm đau ,mỏi mắt + Thời gian khởi dộng lâu cần đót nóng điện cực +Khi đèn làm việc có cố gây cháy nổ gây gnuy hiểm với người dùng III BỘ ĐÈN Khái niệm Bộ đèn phận bổ sung cần thiết cho nguồn sáng ,bộ đèn kết hợp với bóng đèn tạo đơn vị phát sáng hồn chỉnh Bộ đèn có phận :quang ,cơ ,điện Bộ đèn Bộ phận Cơ Bộ phận Điện Bộ phận Quang 2.Bộ phận quang Bộ phận quang đảm bảo phân bố ánh sáng khơng gian theo mục đích u cầu sử dụng ,góp phần nâng cao hiệu chiếu sáng Cịn có nhiệm vụ hạn chế chói lóa đèn nhằm đảm bảo tiện nghi chiếu sáng tốt Ánh sáng từ nguồn sáng đèn thường gây chói láo khó chịu cho người nên người ta ý góc bảo vệ đèn Góc bảo vệ đèn thuuwowngf quan tâm khoảng 90 o ≤ γ ≤ 45o 3.Bộ phận Cơ : Bộ phận chức định vị ,bảo vệ đèn ,chống lại ảnh hưởng từ môi trường sử dụng :chống nước ,bụi ,va đạp ,nổ,… Bộ phận có cấp chuẩn bảo vệ là:độ kín IP bảo vệ chống chịu va đập học IK 4.Bộ phận Điện : Bộ phận điện gồm đui đèn ,thiết bị mồi đèn ,cùng cầu đấu để kết nối bóng thiết bị mồi đèn với nguồn điện CHƯƠNG II TÍNH TỐN THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG Trình tự thiết kế 1.Khảo sát thực tế , lấy số liệu : Qua việc tìm hiểu phịng học kích thước phịng thu phí : b×h = 12m×6m×3,5m 2.Chọn độ rọi u cầu Thơng số phản xạ :     Hệ số phản xạ trần :ρ1=0,7 Hệ số phản xạ tường : ρ2=0,5 Hệ số phản xạ sàn nhà ; ρ3=0,3 Ta chọn độ rọi E=400 lx I.Thiết kế sơ a.Kiểu chiếu sáng Kiểu đèn chiếu sáng hẹp b.Chọn loại đèn Chọn đèn kiểu chiếu sáng chọn thẩm mỹ Chọn loại đèn : Việc lựa chọn đèn phụ thuộc vào yếu tố : - Căn vào độ rọi yêu cầu ,nhiệt dộ màu đèn theo biểu đồ Kruithof - Chỉ số màu phải đáp ứng yêu cầu chát lượng ánh sáng cho cơng việc diễn phịng - Tính kinh kế :hiệu suất phát quang Một số loại đèn thông dụng : - Đèn huỳnh quang : hiệu suất phát quang cao , số hoàn màu đạt tiêu chuẩn , đk sử dụng rộng rãi chiếu sáng nội thất nhà - Đèn sợi đốt : hiệu suất phát quang thấp ,tuổi thọ thấp chất lượng hoàn màu cao ,được ứng dụng nơi có độ rọi thấp ,sử dụng chiếu sáng cục ,đèn bàn ,đèn trang trí ,… - ứng với độ rọi yêu cầu 400lx ,ta tra biểu đồ Kruithof nên chọn bóng đèn có nhệt độ màu T =3000÷50000K Như ,việc chiếu sáng cho văn phịng ta dùng đèn huỳnh quang có F= 3320 Lm, η=0,85 số thể màu CRI≥ 65 Theo bảng 2.5 Chọn bòng đèn huỳnh quang FL-36W Bộ đèn cấp B có hiệu suất sáng η =0,85.và kí hiệu 0,85B +0T Tiêu chí kỹ thuật Cơng suất (W) Quang thơng (Lm) Hiệu suất phát quang (Lm /W) Tuổi thọ Chỉ số màu FLD-36W/840 T8 G13 36 3320 86 1200 85 c.Chọn đèn Chọn đèn kiểu LPO10 -2×36-021 Rastr hãng ASTZ Đèn chiếu sáng trực tiếp loại B có hiệu suất 0,85; khơng có chiếu sáng gián tiếp  Bố trí sơ bộ đèn không gian chiếu sáng h : khoảng cách từ đèn đến mặt phẳng làm việc h’ : khoảng cách từ đèn đến trần Vì theo kết cấu nhà :trần cao H = 3,5m nên bố trí treo đèn cách trần m Khoảng cách từ đèn đến mặt làm việc : h= H - h’- 0,85 = 3,5 - - 0,85=2,65m 4.Bố trí đèn đèn tối thiểu Nmin +) Bố trí đèn - Các bảng tra lập sở đèn bố trí theo tính chất tổ chức luoiws chữ nhật trần - Giá trị m,n,q,p định đến việc bố trí đồng ánh sáng tương quan độ rọi tường mặt phẳng làm việc +)Số đèn tối thiểu cho không gian Nmin Với khơng gian có chiều cao 3,5m ,khích thước a=12m ,b=6m sau chọn h cấp đèn xác định số diểm đặt đèn trần để đảm bảo đồng ánh sáng mặt phẳng làm việc +) Hình mơ : h’ H h 0,85 - Chỉ số treo đèn số không gian : Vì đèn cấp B nên : → nmax = 2,65.1,1 ≈ m →Số đèn tối thiểu cần bố trí theo cạnh a : → Chọn →Số đèn tối thiểu cần bố trí theo cạnh b : →Chọn →Số lượng đèn tối thiểu : Theo cạnh a chọn n =3m theo cạnh b chọn m= 3m Từ kích thước văn phịng kích thước vừa chọn ,xác định : p=1,5 m q =1,5 m ,được bố trí hình vẽ (1.1) Kiểm tra điều kiện : Như ,việc bố trí đèn ứng với kích thước đảm bảo độ yêu cầu đồng độ rọi mặt phẳng làm việc  Xác định tổng quang thông đèn - Diện tích văn phịng : S= a.b= 12.6=72 m2 - Hệ số dự trữ δ : tra phụ lục 4.3 ứng với đèn huỳnh quang ống mơi trường bịu bảo dưỡng tốt δ=1,25 - Hệ số lợi dụng quang thông U: số đèn j=0,chỉ số không gian k=1,5và hệ số phản xạ 7:5:3 tra phụ lục 4.4 U=0.95 - Vậy tổng quang thông đèn để đảm bảo độ rọi Eyc mặt phẳng làm việc : lm  Xác định số lượng đèn thưc tế bố trí đèn phù hợp : →Để đảm bảo N≥Nmin =8 tính thẩm mỹ chọn N=8 Độ rọi trung bình bàn làm việc : Như bố trí đèn hợp lý n p q m b a Kiểm tra tiện nghi chiếu sáng Kết trí đèn xác định thiết kế sơ bộ: a = 12m, b = 6m, h = 3.5 m n = 3m, q = 1,5m, m = 3m, p = 1,5m j = 0; k = 1,5; 0,85B + 0T; = 1,25 l=1,2m a , Kiểm tra độ dọi đồng mặt phẳng bàn làm việc Bằng trực quan mặt phẳng làm việc có Điểm A ( đèn ) có độ dọi nhỏ nhất; điểm B ( tâm điểm đèn ) có độ dọi lớn EA = Emin EB = Emax  Xác định độ dọi EA EB;  Ta có b = m, h = 2,65 m l = 1,2m → λ = b – (2l + 2p/2) = – 3,9 = 2,1 m  Vì : ( l + λ ) = (1,2 + 2,1) = 3,3 m > 0,5h = 0,5 2,65= 1,325m Do độ dọi điểm tổng độ dọi riêng rẽ tạo nên  Độ dọi điểm A: (8 đèn ) EA =  Xác định độ dọi tương đối Hình 1.Cách xác định độ rọi e theo tỷ số p/h l/h + Độ dọi điểm A đèn ( ) tạo nên e1 = e2 Ta có h = 2,65; p = n/2 = 3/2 = 1,5; l = 1,2 nên: → e1 = e2 = 70 lx (Tra H1) + Độ dọi điểm A đèn tạo nên: → e3 = lx (Tra H1) + Độ dọi điểm A đèn tạo nên: → e4 = 0,7 lx (Tra H1) + Độ dọi A đèn ( ) tạo nên: → = 120 lx (Tra H1) → = 115 lx (Tra H1)  e7=e8=120-115=5 lx → độ dọi điểm A đèn ( ) tạo nên e7 = e8 = 135 – 110 = 25 lx Độ dọi A đèn tạo nên: → = 25 lx (Tra H1) + → = 23 lx (Tra H1) → độ dọi điểm A đèn tạo nên e6 = 25– 23 = lx + Độ dọi A đèn tạo nên: → = lx 3,5 (Tra H1) → = 3,2 lx (Tra H1) → độ dọi điểm A đèn tạo nên e5 = 3,5– 3,2 = 0,3 lx Độ rọi tương đối điểm A bóng đèn tạo nên, lux e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7 e8 70 70 0,7 0,3 5 Xác định tổng quang thông đèn đơn vị chiều dài F = = = 5533,33 lm/m Thay số ta : EA = Emin = = 160 = 334,1 lx  Độ dọi điểm B + EB =  Xác định độ dọi tương đối + Độ dọi điểm B đèn ( ) tạo nên e1 = e3 Ta có h = 2,65; p = n = ; l = 1,2 nên: → e1 = e2 = 26 lx + Độ dọi điểm B đèn tạo nên: → e3 = 110 lx + (Tra H1) Độ dọi điểm B đèn tạo nên: → e4 = 2,5 lx + (Tra H1) (Tra H1) Độ dọi B đèn ( ) tạo nên: → = 35 lx (Tra H1) → = 22 lx (Tra H1) → độ dọi điểm B đèn ( ) tạo nên 160 e7 = e8 = 35 – 22 = 13 lx + Độ dọi B đèn tạo nên: → = 165 lx (Tra H1) → = 157 lx (Tra H1) → độ dọi điểm B đèn tạo nên e6 = 165 – 157 = lx + Độ dọi B đèn tạo nên: → = lx (Tra H1) → = 4,4 lx (Tra H1) → độ dọi điểm B đèn tạo nên e5 = – 4,4= 0.6 lx Độ rọi tương đối điểm B bóng đèn tạo nên, lux e1 e2 e3 e4 e5 e6 e7 e8 26 26 110 2,5 0,6 13 13 199,1 Xác định tổng quang thông đèn đơn vị chiều dài F = = = 5533,33 lm/m Thay số ta : EB = Emax = = 199,1 = 415,7 lx  Kiểm tra độ đồng dộ dọi; - Tỷ số = = 0,8 - Tỷ số = = 0,7 → độ đồng dọi đạt yêu cầu 2,Kiểm tra chói lóa tiện nghi; 2.1 Chói lóa nhìn tường (hoặc vách bên) trần; - độ dọi trung bình trần E1, cổ trần E2 (E2 = E1), tường E3 mặt phẳng bàn thực hành E4 xác định theo công thức E1 = = + =Eid+EiT  Xác định quang thông tương đối riêng phần mặt phẳng bàn thực hành Chỉ số lưới số gần Ta có = 0,5 → = 0,5 + ứng với đèn loại B; + Khi số không gian k = 1,5; = 1; = 0,566 Nội suy theo kp 521 900 425 1,5 927 = 521 + (900 – 521) = 735,51 = 1,5; = 0,5 = 0,5.1,5 = 0,75 kp = 425 + (927 – 425) = 676 Nội suy theo ; () = 735,51 + (927-735,51) = 786,06 ( với ; k = 1,5) = 786,06 Kiểm Tra Trình tự ,các bước thiết kế cung cấp điện chiếu sáng 1.Xác định phụ tải tính tốn Phụ tải tính tốn tác dụng Ptt (Kv) ,công suất phản kháng Qtt (kVAr),và cơng suất tồn phần Stt (Kva),chiếu sáng xác định theo cơng thức sau : Trong : Pđi Qđi công suất tác dụng (KV) công suất phản kháng (KVAr) định mức đèn  Với loại đèn phóng điện :Pđi cơng suất đèn ,Pcl công suất chấn lưu Pđi = Pbi + Pcli Lấy 2.Vạch sơ đồ phương án cấp điện lựa chọn sơ đồ cấp điện hợp lý  Tùy theo theo tầm quan trọng hệ thống chiếu sáng ,đưa phương án cấp điện phù hợp  Chọn sơ đồ cấp điện hợp lý (đảm bảo điều kiện kỹ thuật kinh tế ) 3.Tính tốn lựa chọn thiết bị -phần tử sơ đồ cấp điện chọn :máy biến áp ,dây dẫn ,thiết bị đóng cắt ,bảo vệ điều khiển chiếu sáng  Chọn máy biến áp trạm biến áp chiếu sáng theo điều kiện sau : - Trạm biến áp có1 máy biến áp SđmB ≥ Stt - Trạm biến áp có máy biến áp kqt SđmB ≥ Stt Trong :SđmB cơng suất định mức máy biến áp (KVA) kqt hệ số tải máy biến áp (kqt=kqtmax=1,4)  Chọn dây dẫn hạ áp Tiết diện dây dẫn chọn theo điều kiện phát nóng kiểm tra tổn thất điện áp - Điều kiện phát nóng dây dẫn k1k2Icp ≥ Itt Trong : k1 hệ số điều chỉnh nhiệt độ ,ứng với môi trường đặt dây dẫn ,cáp ; k2 hệ số hiệu chỉnh kể đến số lượng cáp chung rãnh Icp dịng điện phát nóng lâu dài cho phép ứng với tiết diện dây /cáp chọn nhà chế tạo - Kiểm tra tổn thất điện áp cho phép theo điều kiện Xét đường dây cấp điện chiếu sáng hình sau : U1 I U2 l Thực tế phụ tải chiếu sáng thường bù hệ số cosϕ nên lấy gần dúng cosϕ=1 (tức đường dây truyền tải cơng suất tác dụng P); tổn thật điện áp đường dây xác địnht heo cơng thức đơn giản sau : (1) Vì : P =UI => I= Thay vào (1) ta : Trong : U1 ,U2 U điện áp đầu ,cuối điện áp định mức cảu đường dây (KV) I dòng điện chạy đường dây (A) P công suất ttruyeenf tải đường dây (KW) l,ρ,R S chều dài (km) ,điện trở suất (Ω/km/mm2),điện trở (Ω)và tiết diện (mm2)của đường dây Điện trở suất dây đồng : ρcu=22 Ωmm2/km Điện trở suất dây nhôm : ρAl =35 Ωmm2/km  Đối với đường dây có n phụ tải ,thì tổn thất điện áp xác định theo cơng thức Trong : Pi :cơng suất tác dụng phụ tải thứ i Ri :điện trở từ nguồn cấp đến phụ tải thứ i  Hình ảnh 3d phần mền tính tốn chiếu sang DIALUX EVO