Hệ thống chiếu sáng tự nhiên của phân xưởng sử dụng các cửa sổ bên hai phía để lấy ánh sáng Vì vậy, để thiết kế hệ thống chiếu sáng tự nhiên cho phân xưởng, ta cần tính toán tổng diện tích cửa sổ đảm bảo hệ số độ rọi tự nhiên ≥
1,0% (TCXD 29 68)
Tổng diện tích cửa sổ được tính theo công thức:
etc ηcs Kfx Ss
Scs = 100 τo r1 (m2)
Trong đó:
Ss: Diện tích sàn cần chiếu sáng(m2) etc: Hệ số độ rọi tự nhiên tiêu chuẩn (%) Kfx: Hệ số ảnh hưởng bởi kiến trúc đối diện r1 : Hệ số phản xạ ánh sáng trong phòng
ηcs: Chỉ số ánh sáng của cửa sổ
τo: Hệ số của cửa sổ tính cho vật liệu
Khi tính được tổng diện tích cửa sổ, ta sẽ xác định số lượng cửa sổ và diện tích cho mỗi cửa sổ để đảm bảo độ rọi tự nhiên theo đúng tiêu chuẩn
3 1 1 2 Tính toán thiết kế cho phân xưởng Bóng đèn
áp dụng phương pháp tính toán thiết kế hệ thống chiếu sáng tự nhiên cho phân xưởng ta có:
Scs = etc ηcs Kfx Ss (m2) 100 τo r1
Trong đó:
Diện tích sàn cần chiếu sáng của phân xưởng: Ss= 1925 (m2) Hệ số độ rọi tự nhiên tiêu chuẩn của phân xưởng: etc = 0,7% Chỉ số lấy ánh sáng của cửa sổ : ηcs = 23
Hệ số phản xạ ánh sáng trong phòng : r1 = 1,4 Hệ số của cửa sổ tính cho vật liệu : τo = 0,378 Hệ số ảnh hưởng của kiến trúc nhà đối diện : K fx = 1
Vậy tổng diện tích cửa sổ cần thiết để đảm bảo hệ số độ rọi tự nhiên tiêu chuẩn trong phân xưởng là:
Scs = 0,7 23 1925 = 585 (m2)
100 0,378 1,4
Ta sẽ bố trí các cửa sổ đảm bảo hệ số độ rọi tự nhiên theo tiêu chuẩn cho các dãy máy dọc theo phân xưởng ở gần cửa sổ
Chọn cửa sổ có kích thước 4 x 3,5m Khi đó, diện tích một cửa sổ sẽ là : 4 3,5 = 14 (m2)
Số lượng cửa sổ là 20 cửa Vậy tổng diện tích cửa sổ là : Scs = 20 14 = 280 (m2)
3 1 2 Thiết kế hệ thống chiếu sáng nhân tạo
Như đã phân tích ở trên,việc sử dụng phương thức chiếu sáng chung đều bằng đèn huỳnh quang ở phân xưởng là hợp lý
Trên cơ sở đó, ta thiết kế lại hệ thống chiếu sáng nhân tạo cho phân xưởng cũng sử dụng hệ thống đèn huỳnh quang Loại đèn huỳnh quang được sử dụng là đèn huỳnnh quang 36W 100% 3 phổ dưới dạng bộ máy đôi do chính Công ty sản xuất
3 1 2 1 Phương pháp tính toán thiết kế chung
Để đảm bảo độ rọi chiếu sáng nhân tạo trong phân xưởng = 200 Lux, ta phải tính toán được số lượng đèn cần thiết
Số lượng đèn cần sử dụng trong phân xưởng được tính dựa vào công thức
Φt = S Eyc K U Z η
(Lm)
Trong đó:
- S: Diện tích cần chiếu sáng (m2)
-Φt: Quang thông tổng của các bóng đèn - η : Hiệu suất của 1bóng đèn
- U: Hệ số hiệu dụng quang thông - Z: Độ chiếu sáng đồng đều - K: Hệ số dự trữ
3 1 2 2 Tính toán thiết kế cho phân xưởng Bóng đèn
áp dụng phương pháp tính toán, thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phân xưởng ta có:
Φt = S Eyc K (Lm)
U Z η
Trong đó:
Diện tích chiếu sáng : Ss = 1925 m2 Độ rọi tiêu chuẩn : Eyc = 200 Lx Hệ số dự trữ: K = 1,3
Hệ số hiệu dụng quang thông : U Ta sẽ treo đèn sát trần do đó :
Chỉ số phòng i là: i= 35 55 = 4,1 (35 + 55) 5,2 và ρtr = 70%, ρt = 50%, ρs = 30% Tra bảng ta được U = 73% Độ chiếu sáng đồng đều: Z = 0,77
Quang thông của 1 bóng đèn là : Φ= 3200 Lux
Vậy quang thông tổng sẽ là:
Φt = 1925 200 1,3 0,73 0,77 1
Vậy số đèn cần thiết là :
= 890410 (Lm)
n= 890410 = 278 bóng đèn Do vậy sẽ cần khoảng 140 đèn đôi
3200
Ta chọn 144 đèn đôi và bố trí bóng thành 9 dãy, mỗi dãy 16 đèn Khoảng cách giữa các bóng là 2,1 m, khoảng cách giữa các dãy đèn là 3,5m
3 2 Tính toán kiểm tra lại hệ thống chiếu sáng của phân xưởng
3 2 1 Tính toán kiểm tra hệ thống chiếu sáng tự nhiên 3 2 1 1 Phương pháp tính toán kiểm tra 3 2 1 1 Phương pháp tính toán kiểm tra
Xác định điểm cần tính toán kiểm tra
Xác định góc mở ánh sáng theo phương ngang α1 và theo phương dọc β1 ( Coi toàn bộ tường bên là cửa lấy sáng)
Tra biểu đồ tính toán hệ số độ rọi tự nhiên phụ thuộc vào góc mở cửa sáng α1 ,β1 được hệ số độ rọi tự nhiên e1
Khi tính toán kiểm tra coi toàn bộ diện tích tường bên là cửa lấy ánh sáng nên hệ số độ rọi tự nhiên sẽ bị giảm đi do thực tế giữa các cửa có cột chịu lực Phần giảm đi được tính bằng cách: tính tổng diện tích các cột chịu lực và coi đó là một cửa sổ, xác định góc mở cửa α2, β2 tra biểu đồ được hệ số độ rọi e2 Vậy hệ số độ rọi thực tế tại điểm kiểm tra sẽ là:
e = e1 – e2
3 2 1 2 Tính toán kiểm tra cụ thể cho phân xưởng Bóng đèn
Như ta đã tính toán thiết kế ở trên, với 20 cửa sổ có kích thước 4 m x 3,5m,ta chỉ có thể chiếu sáng đảm bảo độ rọi tự nhiên : e tc ≥ 1,0 % cho khu vực làm gần cửa sổ
Vì vậy, ta chỉ kiểm tra hệ số độ rọi tự nhiên gần khu vực cửa sổ Chọn 2 điểm để kiểm tra là N1, N2 cách cửa sổ là 5m
N1 ở vị trí giữa nhà theo chiều dọc, N2 ở vị trí đầu nhà, cách tường 3m
55 m
27,5 m
N1
5m 3m
N2
-)Kiểm tra điểm N1: +Xác định góc mở cửa sáng : A B E C β2 α D β1 F N1 AE = CF = 27,5 m
AC = BD = EF = 3,5 m ( Tương ứng với chiều cao của cửa sổ)
AB = CD = (55 – 10 4)/2 = 7,5 m (Tương ứng với tổng chiều rộng của số cột chịu lực có trong một nửa tường bên)
+ Xác định góc mở cửa sáng α: tgα = AC CN1 = 3,5 5 = 0,7 ⇒ α = arctg( 0,7) = 35° +Xác định góc mở cửa sáng β1 tg β1 = CF CN1 = 27,5 5 = 5,5 ⇒β1 = arctg(5,5) = 80°
Tra biểu đồ hình với α = 35° , β1 = 80° được hệ số độ rọi e1 = 3,5 % + Xác định góc β2:
tgβ2 = CD
CN1 =
7,5
5 = 1,5
⇒ β2 = arctg(1,5) = 56,3°
Tra biểu đồ hình với α= 35°, β2= 56,3° ta được hệ số độ rọi giảm đi do cột che khuất là:
e2 = 2,6%
Vậy hệ số độ rọi tự nhiên tính trong một nửa chiều dài tường bên là: e = e1 – e2 = 3,5 – 2,6 = 0,9 %
Vì điểm N1 nằm giữa nhà theo chiều dọc nên độ rọi tại điểm N1 là : eM1 = 2 0,9 = 1,8 % > 1,0 %
Kết luận:
Hệ số độ rọi tự nhiên tại điểm N1 đảm bảo yêu cầu chiếu sáng tự nhiên theo tiêu chuẩn quy định
-)Kiểm tra hệ số độ rọi tại điểm N2:
Do điểm N2 nằm không đối xứng nên ta phải tính hệ số độ rọi tự nhiên tại điểm N2 thành 2 phần tách biệt:
-Phần 1: Tính độ rọi tự nhiên tương ứng với 3m dài tường bên( Do N 2 ở vị trí đầu nhà cách tường 3 m)
-Phần 2: Tính hệ số độ rọi tự nhiên tương ứng với 52 m chiều dài tường bên:
Phần 1: A’ C’ β2’ B’ D’ α β1’ E’ F’
+Xác định góc mở cửa sáng : A’E’ = C’F’ = 3 m
A’B’ = C’D’ = 0,82 m ( Tương ứng với chiều rộng của cột có trong 3 m chiều dài tường bên, lấy theo tỷ lệ chiều dài)
A’C’= B’D’ = E’F’ = 3,5m (Tương ứng với chiều cao cửa sổ ) + Xác định góc mở cửa sáng α: tgα = A’C’ CN2 = 3,5 5 = 0,7 ⇒ α = arctg( 0,7) = 35° +Xác định góc mở cửa sáng β1’ tg β1’ = C’F’ CN2 = 3 5 = 0,6 ⇒β1’ = arctg(0,6) = 31°
Tra biểu đồ hình với α = 35° , β1’ = 31° được hệ số độ rọi e1 = 1,7% + Xác định góc β2’: tgβ2’ = C’D’ CN2 = 0,82 5 = 0,164 ⇒ β2’ = arctg(0,164) = 9,32°
Tra biểu đồ hình với α= 35°, β2’= 9,32° ta được hệ số độ rọi giảm đi do cột che khuất là:
e2 = 0,7%
Vậy hệ số độ rọi tự nhiên tính trong một nửa chiều dài tường bên là: e = e1 – e2 = 1,7 – 0,7 = 1,0 %
Phần 2: Tính hệ số độ rọi tự nhiên tương ứng với 52 m chiều dài tường bên: A’’ C’’ B’’ D’’ β2’’ α β1’’ E’’ F’’ N2 +Xác định góc mở cửa sáng : A’’E’’ = C’’F’’ = 52 m
A’’C’’ = B’’D’’ = E’’F’’ = 3,5 m ( Tương ứng với chiều cao của cửa sổ)
A’’B’’= C’’D’’= =14,2m ( Tương ứng với tổng chiều rộng của các cột có trong 52 m chiều dài tường bên,lấy theo tỷ lệ chiều dài)
+ Xác định góc mở cửa sáng α: tgα = A’’C’’ C’’N2 = 3,5 5 = 0,7 ⇒ α = 35° +Xác định góc mở cửa sáng β1’’ tg β1’’ = C’’F’’ C’’N2 = 52 5 = 10,4 ⇒β1’’ = arctg(10,4) = 84,5°
Tra biểu đồ hình với α = 35° , β1’’ = 84,5° được hệ số độ rọi e1(α,β1’’) = 3,4%
tgβ2’’ = C’’D’ ’ = 14, 2 5 = 2,84 C’’N2 ⇒ β2’’ = arctg(2,84) = 70,6°
Tra biểu đồ hình với α= 35°, β2’’= 70,6° ta được hệ số độ rọi giảm đi do cột che khuất là:
e2( α,β2’’) = 3%
Vậy hệ số độ rọi tự nhiên tại điểm N2 tính cho 52 m chiều dài là: e’ = e1 – e2 = 3,4 – 3 = 0,4 %
Như vậy, hệ số độ rọi tự nhiên tính tại điểm N2 là: eM2 = e + e’ = 1,0 + 0,4 = 1,4 (%)
Vậy hệ số độ rọi tự nhiên tại điểm N2 đảm bảo yêu cầu chiếu sáng tự nhiên theo tiêu chuẩn quy định
Kết luận:
Do khẩu độ của phân xưởng lớn nên việc thiết kế, bố trí các cửa sổ chỉ đảm bảo hệ số độ rọi tự nhiên theo tiêu chuẩn quy định cho các dãy máy gần cửa sổ nên các dãy máy còn lại của phân xưởng cần phải được bổ sung bằng hệ thống chiếu sáng nhân tạo một cách thường xuyên và hợp lý
3 2 2 Tính toán kiểm tra cho hệ thống chiếu sáng nhân tạo 3 2 2 1 Phương pháp tính toán kiểm tra chung 3 2 2 1 Phương pháp tính toán kiểm tra chung
Để kiểm tra độ rọi chiếu sáng nhân tạo sau khi thiết kế, ta sử dụng phương pháp tính toán điểm
Giả sử tính toán kiểm tra M có hình chiếu trùng với hình chiếu của điểm đầu dãy đèn có chiều dài L phân bố trên theo quy luật Cosin, ở độ cao H so với bề mặt tính toán( Chứa điểm M)
L dL H P z dIγ l x ϕ θz M y
Theo công thức tính độ rọi( định luật bình phương khoảng cách), độ rọi tại M được tạo bởi nguyên tố độ dài đèn dL được xác định như sau:
dEM = dIγ cosθz L2 Trong đó:
dIγ : Cường độ sáng của nguyên tố độ dài của nguồn sáng dL đến điểm M
Z : Góc giữa hướng cường độ sáng và pháp tuyến của bề mặt tính toán L : Khoảng cách từ nguyên tố độ dài của nguồn sáng dL đến điểm M Độ rọi tại điểm M tạo bởi nguồn sáng(chiều dài L) được xác định như sau:
EM = Iγ
2
Trong đó:
Iγ : Cường độ sáng theo một đơn vị độ dài của dãy đèn H : Độ cao của đèn so với bề mặt chiếu sáng
ϕ : Góc mà từ M có thể nhìn thấy toàn bộ dãy đèn 2H. cos γ . (ϕ +0,5. sin2ϕ)
Trong trường hợp hình chiếu của điểm M nằm trong hay bên ngoài dãy đèn thì độ rọi sẽ được tính bằng tổng thành phần độ rọi hay hiệu thành phần độ rọi Mỗi loại đèn dùng để chiếu sáng đều có sự phân bố ánh sáng đặc thù( Thể hiện qua đường cong phân bố cường độ sáng) Do đó, để đơn giản hơn, các nhà chế tạo đèn thường đưa ra các đường cong đảng Lux không gian cho từng loại đèn cụ thể với quy uớc 1 m độ dài đèn có htông lượng ánh sáng là 1000 Lm và treo ở độ cao 1 m
Khi đó, độ rọi tại điểm tính toán được xác định theo công thức
E= Φ E
1000 H K (Lux)
Trong đó:
Φ : Quang thông của đèn (Lm)
E : Giá trị xác định từ đường đẳng Lux không gian
H : Độ cao treo đèn
K : Hệ số dự trữ tính đến độ già và thời gian sử dụng đèn
Nếu có nhiều dãy đèn cùng chiếu sáng đến điểm M thì độ rọi tại điểm M do tất cả các dãy đèn tạo nên :
3 2 2 2 Tính toán kiểm tra cụ thể cho phân xưởng bóng đèn nung sáng 2200 3500 3500 3500 3500 3500 3500 3500 3500 2200 2200 3500 3500 3500 3500 3500 3500 3500 3500 2200 5200 6000 M1 M2 M3 800 1 2 3 2200 1750 3500 27550 35000
Hình 7: Hình chiếu đứng của phân xưởng Bóng đèn nung sáng
Dãy1 Dãy2 Dãy3 Dãy4 Dãy5 Dãy6 Dãy7 Dãy8 Dãy9
M1 M2 M3
Hình 8 : Hình chiếu bằng của phân xưởng Bóng đèn nung sáng
Chọn 3 điểm kiểm tra độ rọi : M1, M2, M3
M1: là điểm ở vị trí cách tường 2,2 m trên dãy máy 1 M2: Là điểm nằm sát tường và ở giữa dãy đèn 1 và 2
H Ll
P
L
M1(M2,M3)
Độ rọi tại các điểm kiểm tra được tra theo biểu đồ đường đẳng Lux không gian của đèn huỳnh quang 2x36W-220V Trong biểu đồ này, giá trị tra được vào các chỉ số L’ và p:
+ L’ = L/ H +P’ = P/ H Trong đó:
-L : Chiều dài tổng cộng của mỗi dãy đèn chiếu sáng đến điểm kiểm tra -H : Độ cao treo đèn tính đến mặt phẳng lao động ;H = 5,2 m
-P : Khoảng cách từ hình chiếu của mỗi đèn đến các điểm kiểm tra Độ rọi tại các điểm kiểm tra do các dãy đèn tạo ra nên là:
E= Φ E
1000 H K (Lux)
Trong đó:
+ E: Giá trị xác định từ đường cong đẳng Lux không gian + Φ: Quang thông của các bóng đèn chiếu tới điểm kiểm tra
Φ = N Φb Ld +λ
Với N: số bóng đèn
Φb: Quang thông của một bóng đèn; Φb= 6400 Lm(Do sử dụng bóng đèn
kép)
Lđ : Chiều dài của các bóng đèn :Lđ = 1,2 16 =19,2 m
λ: Khoảng cách giữa các đèn : λ =2,1 m
⇒Φ = 16 6400
H: Độ cao treo đèn tính từ mặt phẳng lao động; H= 5,2 m K: Hệ số dự trữ K =1,3
Kiểm tra độ rọi tại điểm M1 :
Độ rọi tại điểm M1 do dãy 1 tạo nên:
L 16 1, 2 + 2,1 15 = = 9,75
H 5,2 P’= P
H =0
Tra biểu đồ ta được E = 210 Lux
Φ = 4807,5 Lm
⇒E = 4807,5 210 =149,4(Lux)
1000 5,2 1,3
Vậy độ rọi tại điểm M1 do dãy đèn 1 tạo nên là EM1(dãy1) = 149,4 Lux Độ rọi tại điểm M1 do dãy2 tạo nên là:
L 16 1, 2 + 2,1 15 = = 9,75 H 5,2 P’ = P H = 3,5 5,2 = 0,67
Tra biểu đồ ta được E = 120 Lux
Φ = 4807,5 Lm
⇒E = 4807,5 120 =85,34(Lux)
1000 5,2 1,3
Vậy độ rọi tại điểm M1 do dãy đèn 2 tạo nên là: EM1(dãy2) = 85,34Lux Độ roi tại điểm M1 do dãy 3 tạo nên là:
L’ = L H 16 1, 2 + 2,1 15 5,2 = 9,75 P’ = P H = 7 5,2 = 1,35
Tra biểu đồ ta được E = 40 Lux L’ =
⇒E = 4807,5 40 =28,45(Lux) 1000 5,2 1,3
Vậy độ rọi tại điểm M1 do dãy đèn 3 tạo nên là: EM1(dãy3)= 28,45 Lux Độ roi tại điểm M1 do dãy 4 tạo nên là:
L’ = L H 16 1, 2 + 2,1 15 5,2 = 9,75 P’ = P H = 10,5 5,2 = 2,02
Tra biểu đồ ta được E = 14 Lux
Φ = 4807,5 Lm
⇒E = 4807,5 14 =9,96(Lux)
1000 5,2 1,3
Vậy độ rọi tại điểm M1 do dãy đèn 4 tạo nên là: EM1(dãy4)= 9,96 Lux Độ roi tại điểm M1 do dãy 5 tạo nên là:
L’ = L H 16 1, 2 + 2,1 15 5,2 = 9,75 P’ = P H = 14 5,2 = 2,7
Tra biểu đồ ta được E = 5,5 Lux
Φ = 4807,5 Lm
⇒E = 4807,5 5,5 =3,9(Lux)
1000 5,2 1,3