5. Các bƣớc thực hiện
3.1.7. Nâng cao hiệu quả năng lƣợng và kinh tế trong chiếu sáng đƣờng phố
3.1.7.1. nâng cao hiệu quả năng lượng của hệ thống chiếu sáng
Để nâng cao hiệu quả năng lƣợng của hệ thống chiếu sáng nghĩa là giảm bớt năng lƣợng điện tiêu thụ cho hệ thống có thể áp dụng các biện pháp sau:
a. Lắp đặt các loại đèn chiếu sáng đƣờng phố sử dụng năng lƣợng mặt trời và năng
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 60 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
b. Sử dụng bộ đèn ít tiêu thụ năng lƣợng:
- Bóng đèn có hiệu suất ánh sáng cao
- Bóng đèn phóng điện ổn định
- Tuổi thọ cao, kéo dài thời gian sử dụng, giảm bớt đƣợc việc sửa chửa và thay thế.
- Kích thƣớc nhỏ gọn, giảm bớt kinh phí vận tải.
Trong các loại đèn đang có mặt trên hiện trƣờng hiện nay, bóng đèn nung sáng là loại có hiệu suất sáng thấp nhất và tuổi thọ ngắn nhất. Vì vậy sử dụng bóng đèn nung sáng sẽ gây lãng phí lớn về năng lƣợng và tăng chi phí chiếu sáng.
Bóng đèn hơi thủy ngân đƣợc dùng rộng rãi trong chiếu sáng đƣờng phố do hiệu suất sáng cao và tuổi thọ dài nhƣng bóng natri mới là bóng có hiệu suất sáng và tuổi thọ cao nhất.
3.1.7.2. Chi phí kinh tế cho hệ thống chiếu sáng
a. Chi phí vốn đầu tƣ và chi phí lắp đặt hệ đèn: liên quan đến - Tổng số đèn của hệ thống chiếu sáng
- Vốn chi phí một đèn
- Vốn và công nhân lắp đặt một đèn - Chi phí vật liệu lắp đặt một đèn. b. Chi phí năng lƣợng: liên quan đến - Tổng số đèn của hệ thống chiếu sáng. - Số giờ phục vụ mỗi năm.
- Công suất tiêu thụ cho mỗi đèn, bao gòm thiết bị kèm theo.
- Giá tiền tính cho mỗi kWh, bao gòm tỷ lệ tăng giá trong giờ cao điểm. c. Chi phí cho một bóng đèn.
d. chi phí bảo dƣỡng. Xét tới:
- Tổng số đèn của hệ thống chiếu sáng. - Tuổi thọ của đèn.
- Chi phí thay thế một bóng đèn/tuổi thọ của đèn.
- Phí lau chùi mỗi bóng đèn/năm và số giờ phục vụ mỗi năm.
Quyết định đầu tƣ đúng đắn (tân trang, thay thế, nâng cấp) không phải cho hệ thống có chi phí đầu tƣ thấp nhất mà là tạo một hệ thống có chi phí vận hành tốt và ổn định nhất.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 61 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
- Chi phí bảo dƣỡng thấp nếu sử dụng các thiết bị có tính năng kỹ thuật và tuổi thọ
cao. (Chống ăn mòn, chống bụi, chống thấm nƣớc, chống gỉ…)
- Chi phí vận hành thấp nếu các thành phần của hệ thống chiếu sáng có đặc tính kỹ
thuật cao và ổn định.
3.2. CHIẾU SÁNG ĐƢỜNG ĐI BỘ
3.2.1. Yêu cầu chiếu sáng đƣờng đi bộ
Đƣờng đi bộ trong các đô thị bao gòm các phố dành riêng cho ngƣời đi bộ, các khu vực vui chơi công cộng, các quảng trƣờng, các đƣờng và lối đi trong công viên, vƣờn cây.
Khác với ngƣời lái xe, ngƣời đi bộ có tốc độ di chuyển chậm, do đó khoảng cách nhìn vật cũng gần hơn. Khi đó hình dạng bề mặt đƣờng và các vật trên đƣờng là quan trọng đối với ngƣời đi bộ. Vì vậy yêu cầu chiếu sáng đƣờng đi bộ không phải là độ chói mặt đƣờng nhƣ đối với ngƣời lái xe, mà là độ rọi ngang trên mặt đƣờng.
Mặt khác yêu cầu an ninh của ngƣời đi bộ cũng hết sức quan trọng. ngƣời đi bộ cần nhận thức đƣợc thái độ của ngƣời đối diện là thân thiện hay thù địch và phản ứng kịp thời đối với các hành động xấu của họ. Để đảm bảo an ninh thì độ rọi trên mặt đứng là quan trọng.
3.2.2. Tính toán độ rọi ngang trên mặt đƣờng
Độ rọi ngang trên mặt đƣờng do đèn S tạo ra:
E=I(ci, γi).cos3γi/h2
Trong đó: E: độ rọi tại điểm P.
I(ci, γi): cƣờng độ sáng của đèn theo tọa độ (ci, γi) theo hƣớng P.
h: chiều cao của đèn.
Trƣờng hợp tổng quát: độ rọi P do nhiều điểm đèn của hệ thống chiếu sáng tạo ra: E=ΣI(ci, γi).cos3γi/h2
Kết quả tính toán thể hiện theo:
- Độ rọi trung bình: giá trị trung bình của độ rọi tính toán cho tất cả các điểm của mạng lƣới tính toán.
- Độ đồng đều trung bình: tỷ số giữa độ rọi tính toán nhỏ nhất tại một điểm của mạng lƣới và độ rọi trung bình.
- Độ đồng đều cực đoan: tỷ số giữa độ rọi cực tiểu và cực đại của mạng lƣới tính toán.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 62 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
3.3.1. Nguồn sáng
Đèn pha đƣợc dùng rất rộng rãi trong đô thị để chiếu sáng các bề mặt lớn, nhƣ công trình, bãi đỗ xe, quảng trƣờng và vƣờn hoa, bể phun nƣớc, cây xanh và tƣợng đài, các công trình kỷ niệm, mặt chính mặt bên của các công trình kiến trúc đặc biệt, các áp phích, quảng cáo, các cửa hàng lớn và các quầy hàng nhỏ, bể bơi và sân vận động lớn, sân thể thao, sân ga, bến cảng, sân bay… Ngoài ra chúng còn đƣợc sử dụng để chiếu sáng bên ngoài các khu vực nhà ở, khu công nghệp, khu nghỉ ngơi, vừa là chiếu sáng phong cảnh vừa là chiếu sáng bảo vệ.
Một số giải pháp chiếu sáng các công trình bằng đèn pha hoàn hảo phải giải quyết đồng thời hai vấn đề:
a. Kỹ thuật chiếu sáng bao gòm chọn vị trí đặt đèn, xác định các thông số của nó, chọn loại đèn, công suất đèn và xác định độ rọi cần thiết trên bề mặt công trình.
b. Tìm các giải pháp để đạt hiệu quả thẩm mỹ kiến trúc ngoại thất của công trình. Đặc trƣng kỹ thuật của đèn pha: cƣờng độ sáng và tầm xa chiếu sáng tối đa và góc mở của chùm sáng. Đèn pha đƣợc cấu tạo đặc biệt để tập trung mạnh quang thông trong một phạm vi không gian hẹp. Nhờ vậy đèn pha có thể bức xạ quang thông tới các bề mặt ở khá xa vị trí đặt đèn.
1. Bóng đèn:
Bóng đèn dùng cho đèn pha có công suất khá cao. Bóng đèn nung sáng chứa hơi halogen có công suất 50, 100, 300, 500W thậm chí tới 1500-2000W. Bóng đèn huỳnh quang dạng tròn có công suất 80, 125, 250, 400W. Đặc biệt bóng đèn phóng điện đƣợc dùng rộng rãi nhất, nhƣ kim loại natri cao áp từ 100, 150, 250, 400 đến 1000W, với bóng đèn hơi thủy ngân và iodua kim loại 70, 150, 250, 400 tới 2000W.
Cùng với việc sử dụng nhiều loại bóng đèn khác nhau, nhiệt độ màu và chỉ số hoàn màu IRC cũng thay đổi trong một phạm vi khá rộng, phụ thuộc vào mục đích sử dụng.
2. Biểu đồ cƣờng độ sáng:
Biểu đồ cƣờng độ sáng biểu diễn cƣờng độ bức xạ của đèn trong một mặt phẳng xác định đi qua tâm quang học của đèn trong một mặt phẳng xác định đi qua tâm quang học của đèn với quang thông quy chuẩn là 1000lm.
Biểu đồ thƣờng độc lập theo tọa độ đề-các, trục hoành đặt góc bức xạ theo độ, trục tung là cƣờng độ sang theo candela.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 63 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Một biểu đồ có hai đƣờng cong: một mặt phẳng ngang (đƣờng đứt nét) và trong một mặt phẳng chứa trục dọc và có cƣờng độ sang cực đại (đƣờng liền nét).
Đới với các đèn pha đối xứng, mặt phẳng này là mặt qua trục dọc. Đối với các đèn pha tròn, hai đƣờng cong trùng nhau.
3. Góc mở Imax/2
Góc mở đƣợc định nghĩa là góc mà đèn bức xạ một cƣờng độ từ giá trị cực đại đến giá trị bằng 50% cực đại trong một mặt phẳng xác định. Thông thƣờng góc mở của đèn pha đƣợc cho theo hai mặt phẳng theo phƣơng ngang.
Theo độ rộng của chùm sáng mạnh ngƣời ta phân thành ba kiểu đèn pha với chùm sáng hẹp, trung bình và rộng.
Kiểu đèn pha Góc mở của chùm sáng mạnh
Chùm sáng hẹp < 20o
Chùm sáng trung bình 20o - 40o
Chùm sáng rộng > 40o
Bảng 3.9: Phân loại đèn pha
Trong thực tế, ngƣời ta còn đặt tên đèn pha theo mức độ tập trung ánh sáng:
- Đèn hội tụ: có góc mở ngang <5o và cƣờng độ sáng ở đỉnh trên 1000cd.
- Đèn phân tán: có góc mở ngang >30o và cƣờng độ sáng ở đỉnh dƣới 500cd.
- Đèn nửa phân tán: có góc mở ngang 10o
-30o và cƣờng độ sáng ở đỉnh từ 500-
1000cd
Cũng giống nhƣ đèn sử dụng trong nội thất, ta gọi hiệu quả chiếu sáng của đèn pha kí
hiệu (%) là tỷ số giữa quang thông thoát khỏi đèn và quang thông do bóng đèn bức xạ.
=(quang thông thoát khỏi đèn)/(quang thông bóng đèn)
0 20 40 60 80 20 40 60 8 0 500 1000 1500 I(cd) o
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 64 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
Đèn pha
Loại đèn
Iodua kim loại Natri cao áp
Natri áp thấp Cảm ứng điện từ Bóng dài Bóng quả trứng Bóng dài Bóng quả trứng Hiệu quả chiếu sáng (%) ≥ 60 ≥ 55 ≥ 60 ≥ 55 ≥ 55 ≥ 60
Bảng 3.10: Hiệu quả chiếu sáng của các loại đèn pha
3.3.2. Tính toán chiếu sáng công trình bằng đèn pha
Tính toán để xác định loại và số lƣợng đèn pha cần thiết để chiếu sáng công trình có thể tiến hành theo hai phƣơng pháp: phƣơng pháp quang thông và phƣơng pháp cƣờng độ sáng. Khi chiếu sáng các bề mặt công trình lớn nên sử dụng phƣơng pháp quang thông, ngƣợc lại khi diện tích chiếu sáng nhỏ nên sử dụng phƣơng pháp cƣờng độ sáng.
3.3.2.1. Phương pháp quang thông
Phƣơng pháp quang thông nhằm xác định tổng lƣợng quang thông của các đèn pha cùng chiếu để đạt đƣợc một độ rọi trung bình mong muốn trên bề mặt công trình. Tổng quang thông đƣợc xác định theo công thức:
Ft=SE/u
Trong đó: Ft: tổng quang thông do tất cả các đèn pha cung cấp
S: diện tích bề mặt chiếu sáng
E: độ rọi mong muốn trên bề mặt chiếu sáng
u: hệ số xét đến hiệu quả chiếu sáng của đèn và điều kiện lắp đặt (hệ số lợi dụng quang thông).
Sự có mặt của hệ số lợi dụng quang thông cho biết không phải tất cả quang thông thoát khỏi đều đƣợc sử dụng để chiếu sáng bề mặt. Một phần quang thông bị hấp thụ trong vỏ đèn, một phần bị giữ lại khi truyền qua kính, sau đó không phải toàn bộ quang thông thoát khỏi đèn, đều tới đƣợc bề mặt chiếu sáng. Thực tế u nằm trong khoảng 0,25- 0,35.
Số lƣợng đèn pha cần thiết:
N=Ft/(Fđ.V)
Trong đó: N: số lƣợng đèn pha
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 65 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
V: hệ số bảo dƣỡng, V=0,5-0,8
3.3.2.2. Phương pháp cường độ sáng
Theo phƣơng pháp cƣờng độ sáng trƣớc hết cần xác định cƣờng độ sáng (cd) do đèn pha chiếu theo hƣớng tới điểm tính toán. Nhƣ vậy để tính toán theo phƣơng pháp này cần chọn trƣớc loại đèn pha.
Công thức tính độ rọi tại điểm P
E=I.sin2.cos/OP2
Trong đó: E: độ rọi đứng tại điểm tính của bề mặt
I: cƣờng độ sáng theo hƣớng tới P
: góc giữa tia chiếu và pháp tuyến bề mặt đƣợc chiếu
3.3.3. Chiếu sáng sân thể thao ngoài trời
3.3.3.1. Yêu cầu chiếu sáng
1. Mục đích chiếu sáng các sân thể thao:
- Điều kiện tiện nghi cho vận động viên thi đấu. - Điều kiện tiện nghi cho khán giả.
- Điều kiện thuận lợi để truyền hình màu. 2. Cấp chiếu sáng:
Theo các mục đích chiếu sáng, các sân thể thao ngoài trời đƣợc phân thành ba cấp chiếu sáng:
- Cấp chiếu sáng I: các sân thi đấu chính thức, mà các kết quả thi đấu đƣợc ghi vào
kỷ lục chính thức, nhƣ sân thi đấu quốc tế và quốc gia. Các sân này thƣờng có sức chứa khán giả lớn, với khoảng cách nhìn xa. Các sân luyện tập cấp ngoại hạng cũng thuộc loại này.
- Cấp chiếu sáng II: các sân thi đấu thông thƣờng, các kết quả thi đấu không đƣợc
ghi vào kỷ lục chính thức, nhƣ thi đấu cho các vùng và địa phƣơng. Các sân này thƣờng có sức chứa khán giả trung bình, với khoảng cách nhìn trung bình. Các sân luyện tập cấp cao cũng thuộc loại này.
- Cấp chiếu sáng III: các sân luyện tập, giải trí, nhƣ thi đấu địa phƣơng và các câu
lạc bộ nhỏ. Các sân này thƣờng không có khán giả. Các sân luyện tập chung, thể thao học đƣờng và các hoạt động giải trí cũng thuộc loại này.
3. Yêu cầu tiêu chuẩn chiếu sáng:
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 66 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
- Độ rọi mặt ngang trung bình trên diện tích chính.
- Độ đồng đều độ rọi mặt ngang, theo tỷ số giữa độ rọi cực tiểu và độ rọi trung bình.
- Độ rọi mặt đứng trung bình.
- Độ đồng đều độ rọi mặt đứng, theo tỷ số giữa độ rọi cực tiểu và độ rọi trung bình.
Các đại lƣợng này chỉ quy định cho một số loại thi đấu.
- Chỉ số truyền màu của ánh sáng.
4. Chiếu sáng thi đấu
Độ rọi mặt ngang và độ đồng đều độ rọi các sân bóng đá, sân vận động đa chức năng cần tuân theo tiêu chuẩn TCXDVN 333:2005.
stt Mục đích sử dụng
Độ rọi ngang trên mặt sân
Giá trị trung bình, En
(lx) Hệ số đồng đều
1 Luyện tập, giải trí 100 0,40
2 Thi đấu thông thƣờng 200 0,50
3 Thi đấu chính thức 500 0,60
Bảng 3.11: Tiêu chuẩn chiếu sáng sân bóng đá, sân vận động đa chức năng
5. Chiếu sáng cho truyền hình màu Để truyền hình màu yêu cầu bảo đảm:
- Độ rọi mặt đứng: trị số và độ đồng đều. Yêu cầu đánh giá theo mạng lƣới ở độ cao 1m.
- Độ rọi mặt ngang
- Độ rọi trung bình trên mặt đứng của khán đài tại vị trí tiếp giáp với sân thi đấu, hƣớng về phía bố trí camera không đƣợc nhỏ hơn 250lx.
- Nhiệt độ màu của ánh sáng: 4000ok-6500ok
- Chỉ số truyền màu của ánh sáng CRI: thƣờng không dƣới 65, tốt nhất không dƣới 80
Stt Loại độ rọi Giá trị trung bình, lx Hệ số đồng đều
1 Độ rọi mặt đứng, Eđ ≥ 1000 ≥ 0,3
2 Độ rọi mặt ngang, En ≥ 1000 ≥ 0,5
Bảng 3.12: Tiêu chuẩn chiếu sáng phục vụ truyền hình màu
6. Chiếu sáng cho khán giả
Để đảm bảo tiện nghi nhìn, cũng nhƣ an toàn và trƣờng hợp khẩn cấp cho khán giả, độ rọi yêu cầu tối thiểu không dƣới 10lx.
GVHD: Hoàng Xuân Dinh Trang 67 SVTH: Phạm Thị Sơn Ân
3.3.3.2. Tính toán chiếu sáng
Mục đích của việc tính toán là xác định độ rọi ngang, độ rọi đứng và hệ số đồng đều của chúng trên mặt sân, đƣợc chiếu sáng bởi các đèn pha trên các cột đèn đặt tại các góc sân hoặc chung sân.
Công thức độ rọi ngang tại điểm P:
Ex,y,z=I.cos2/h2 Công thức tính độ rọi đứng:
Ed,x,y=I.cos2.sin/h2
Kết quả tính toán sau cùng phải áp dụng nguyên lý xếp chồng cho tất cả các đèn chiếu tới điểm tính.
3.4. TỔ CHỨC CHIẾU SÁNG NÂNG CAO HIỆU QUẢ THẨM MỸ KIẾN TRÚC
Ngày nay, cảnh quan kiến trúc ban đêm của thành phố cũng đƣợc coi là một khái niệm kiến trúc mới, dƣới tên gọi “kiến trúc ánh sáng đô thị”. Đó là tổng hợp những kiến thức về sử dụng ánh sáng nhân tạo làm nổi bật kiến trúc đô thị về ban đêm. Muốn có giải pháp hoàn hảo cho vấn đề này, một mặt đòi hỏi phải phân tích kỹ lƣỡng cấu trúc quy hoạch đô thị: các vùng khác nhau trong đô thị, các cầu qua sông, các cảnh quan kiến trúc từ các điểm nhìn khác nhau, đặc biệt là các đƣờng trúc chính, các trung tâm công cộng, các công trình lịch sử, các công trình kiến trúc đặc biệt, công trình tƣợng đài. Mặt khác phải hiểu biết sâu sắc các kiến thức kỹ thuật và thẫm mỹ chiếu sáng.
Cảnh quan kiến trúc ánh sáng đô thị thƣờng đƣợc cảm nhận ở trạng thái chuyển động. Vì vậy khi phân tích để tìm giải pháp chiếu sáng thƣờng chia các công trình thành hai