Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng - Chương 3: Chiếu sáng nhân tạo (CSNT) trong nhà

Chương 3: CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO (CSNT) TRONG NHÀ Nội dung 3.1. Nguồn sáng NT 3.1.1 Bóng đèn nung sáng 3.1.2 Đèn huỳnh quang 3.1.3 Đèn phóng điện CĐC (HID) 3.1.4 Đèn phát sáng quang điện (LED) 3.1.5 Bộ đèn cs 3.2. Tính toán và thiết kế CSNT trong nhà 3.2.1 Nguyên tắc cơ bản 3.2.2 PP tính toán- PP hệ số lợi dụng quang thông KN nguồn sáng NT • Nguồn sáng NT??? oNguồn sáng điện (đèn điện): biến đổi điện năng →quang năng: tạo ASNT • 4 Nguyên lý cơ bản tạo ASNT: oĐốt sợi KL ở nhiệt độ cao (BX nhiệt) o Sử dụng hiện tượng HQ phát sáng o Phóng điện giữa 2 điện cực o Phát sáng quang điện KN nguồn sáng NT • Cấu tạo các loại nguồn sáng NT thông dụng: o Sơ bộ cấu tạo oNguyên lý làm việc (hoạt động) oCác đặc điểm chính dưới góc độ ứng dụng • Hiệu suất (lm/W) • CRI • Nhiệt độ màu • Tuổi thọ CÁC LOẠI ĐÈN CHIẾU SÁNG Ñeøn huyønh quangÑeøn sôïi ñoát Ñeøn phoùng ñieän a b c Chiếu sáng gia đình, công sở... Đèn sợi đốt Chiếu sáng gia đình Tạo ánh sáng, nhiệt độ thích hợp trong các lò ấp trứng... Đèn huỳnh quang Đèn phóng điện. (Cao áp thủy ngân, cao áp natri) Chiếu sáng đường phố CHIẾU SÁNG HẦM, KHU VỰC ĐỂ XE Chiếu sáng tầng hầm cung cấp đủ độ sáng cho các hoạt động, đảm bảo lưu thông an toàn. 3.1 Nguồn sáng NT 3.1.1 Bóng đèn nung sáng hoặc chân không ✓ Hoạt động trên nguyên tắc bức xạ nhiệt: dòng điện đi qua tim đèn, nung nóng tim đèn và đèn phát sáng →phát ra các BX có lựa chọn ở vùng AS nhìn thấy ✓ Hoạt động như một “vật đen”. ✓ Sau 1 thời gian sd, bóng thường bị tối đi. ✓ So sánh bóng hút chân không & bóng chứa khí trơ về: nhiệt toả ra & sự bay hơi của dây tóc & công suất đèn 1) Đèn sợi đốt thông thường 3.1.1 Bóng đèn nung sáng PVSD: - Nhiệt độ màu thấp → thuận tiện cho CS mức thấp & TB ở các khu dân cư; - Sử dụng ở nơi yêu cầu độ rọi thấp; - Sử dụng đèn sợi đốt để CS không tiết kiệm điện năng, phát nóng. Đèn nung sáng 3.1 Nguồn sáng NT 3.1.1 Bóng đèn nung sáng 2) Bóng đèn nung sáng dùng khí Halogen - Bóng đèn bơm đầy khí Halogen - Hạn chế sợi đốt bay hơi → bóng đèn không bị mờ -Tăng nhiệt độ đốt nóng sợi đốt→ AS trắng hơn - Hiệu suất và tuổi thọ tăng. PVSD: - Sử dụng trong CSCLC (đèn CS cực mạnh). Đèn nung sáng dùng khí Halogen Performance summary Range Low voltage: 20 – 50 watt Mains voltage: 40 – 600 watt Colour temperature 2,800 – 3,200 Kelvin Life 2,000 – 5,000 hours CRI 100 Efficacy 10-30 lm/watt Pros Cons Immediate on Expensive to operate Immediate full light output May require a transformer Whiter light than incandescent Limited range Long life High cost lamps Compact size, designer luminaires Reflector lamps not appropriate for general lighting design More economical than incandescent Cấu tạo của đèn huỳnh quang 3.1 Nguồn sáng NT 3.1.2 Đèn huỳnh quang - Ứng dụng 2 hiện tượng chế tạo đèn huỳnh quang: + Dòng điện chạy qua chất khí hoặc KL bay hơi có thể gây ra BXĐT + AS tử ngoại chiếu vào chất phát huỳnh quang → biến đổi thành nhiệt và AS. - Nguyên lý: phóng điện ở áp suất thấp 3.1 Nguồn sáng NT 3.1.2 Đèn huỳnh quang - Cần phải có Bộ phận khởi động: chấn lưu (ballast-tạo điện áp mồi) và bộ ngắt mạch (tắc-te-công tắc kiểu rơ le nhiệt) Mạch điện của đèn huỳnh quang dùng stắcte Chấn lưu Đèn Stắcte chấn lưu - 1 số loại đèn huỳnh quang: o Đèn HQ thường T12 (D38mm) o Đèn HQ tiết kiệm điện T10-T8-T5 o Đèn HQ compact T3 T designation Diameter (inches) Diameter (mm) T2 2 x 1/8” = 1/4" 7mm T5 5 x 1/8” = 5/8" 16mm T8 8 x 1/8” = 1" 26mm T12 12 x 1/8” = 1½" 38mm Xu hướng hiện nay sd đèn gì? 3.1.2 Đèn huỳnh quang -PVAD: + Dùng phổ biến trong CS dân dụng và công nghiệp - Ưu: + Hiệu suất phát quang & tuổi thọ cao + Chất lượng AS tốt (CRI cao) + Phát sáng ít kèm theo nhiệt - Nhược: + Quang thông dao động theo tần số (hiện tượng nhấp nháy) → gây cảm giác khó chịu, mỏi mắt + Rất khó khởi động khi T thấp, điện áp giảm nhiều Đèn HQ 3.1 Nguồn sáng NT 3.1.3 Bóng đèn phóng điện CĐC - Dựa trên hiện tượng phóng điện hồ quang (phóng điện CĐC) 1) Đèn hơi Thuỷ ngân áp suất cao 2) Đèn Halogen kim loại (Metal Halide) 3) Đèn hơi Na áp suất cao - Cấu tạo cơ bản: ống phóng điện, đui đèn, chấn lưu, vỏ bóng đèn. - AS phát ra khá ổn định, không phụ thuộc vào T môi trường xung quanh → thích hợp CS đường phố, quảng trường, công viên, - Tuỳ vào hơi KL trong ống mà AS phát ra có màu sắc khác nhau. 1) Đèn hơi Thuỷ ngân áp suất cao - Có hiệu suất thấp nhất trong họ đèn HID, quang thông giảm nhanh sau khi đưa vào sử dụng. - Ánh sáng do đèn phát ra trắng lạnh (nếu bóng trong suốt: as màu xanh-xanh lá cây), khi sương mù hay mưa thì hiệu quả chiếu sáng giảm khá nhiều - Hơi thủy ngân rất độc, AS phát ra có nhiều tia tử ngoại nguy hiểm PVAD: ít được dùng trong các dự án mới, đã lắp đặt trước đây. Chấn lưu Tụ bùĐiện áp vào 220VAC Điện trở phụ Điện cực chính Ống thạch anh Giọt thủy ngân Điện cực 2 Điện cực phụ Cấu tạo đèn thuỷ ngân cao áp có chấn lưu Nhiệt độ màu: 3000-7000 oK, CRI=15-25. Thường phủ lớp huỳnh quang bên ngoài vỏ bóng đèn, cải thiện CRI= 40-55. Quang hiệu rất thấp: 30-65 lm/W 2) Đèn Halogen kim loại (Metal Halide) Ưu: AS phát ra có màu trắng lạnh, không cần thiết phủ lớp bột huỳnh quang lên vỏ bóng đèn. Phổ màu AS liên tục hơn và phát nhiều vạch hơn so với đèn thuỷ ngân. Nhược: giá thành đắt, màu sắc của đèn thay đổi theo thời gian sử dụng Nhiệt độ màu: 4000-6000 K; CRI=60-93. Quang hiệu: 75-125lm/W Hình dạng và cấu tạo của một số đèn halogen 3) Đèn hơi Na áp suất cao - Ưu: Quang hiệu khá cao -120lm/W, tuổi thọ -10.000 giờ. Khi phóng điện hồ quang trong đkiện áp suất cao thì natri BXAS màu vàng - trắng với nhiệt độ màu 2000-2500 oK. - Nhược: CRI=20 :kém - PVAD: + Đèn hơi Natri cao áp (HPS) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng CS ngoài trời và công nghiệp, đặc biệt là chiếu sáng đường phố. + Không nên sử dụng cho nơi cổ kính rêu phong (vì làm cho cỏ cây có màu úa vàng). + Hiệu suất cao so với đèn halogen kim loại (vì CS đường phố không đòi hỏi độ hoàn màu cao). 1 2 3 4 5 6 Đèn natri cao áp 1- Giá đỡ giữ đèn ống; 2- Dây dẫn điện vào; 3- Vỏ thuỷ tinh bền; 4- Ống phóng điện ôxt nhôm để có hiệu suất cao; 5- Giá đỡ đưa dòng điện vào; 6- đui xoáy. Đèn phóng điện CĐC 3.1 Nguồn sáng NT 3.1.4 Đèn phát sáng quang điện (LED) -Nguyên lý: dựa vào sự chuyển đổi trực tiếp dòng điện thành BXAS trong cấu trúc tinh thể của chất bán dẫn -Cấu tạo cơ bản: 2 lớp bán dẫn p và n tiếp xúc nhau Đèn LEDĐèn Na Cao áp Ưu- điểm: + Tiêu hao nhiệt ít + Không gây chói, mỏi mắt + Không phát ra tia cực tím Nhược- điểm: + Giá thành cao -PVAD: + Sử dụng đèn tín hiệu + CS trang trí với chất lượng thẩm mỹ cao 3.1 Nguồn sáng NT (Nguồn: Basics of light.pdf) AS trắng (cuối TK20) AS trắng vàng (1960s) AS trắng (1980s) AS hơi vàng (1932) AS trắng (đầu TK21) vAS trắng (1937- 1938) GĐ1: ~ 1900 = Chiếu để sáng, xua bóng tối, tăng độ rọi GĐ2: 1900~ 1990 = Chiếu sáng phổ, quan tâm đến đặc trưng quang trắc GĐ3: 1990 ~ = Chiếu sáng tiện ích, hiệu quả năng lượng Kết luận: Cã rất nhiều lo¹i nguån s¸ng ®Ó lùa chän cho phï hîp ®èi tƯîng vµ môc ®Ých chiÕu s¸ng Câu hỏi ??? • Theo các em, xu hướng sử dụng đèn trong tương lai sẽ như thế nào? Loại đèn nào sẽ được sử dụng phổ biến trong Chiếu sáng: dân dụng, công trình công cộng và cầu đường, và nêu lý do? 3.1 Nguồn sáng NT 3.1.5 Bộ đèn CS Khái- niệm??? Yêu- cầu: - Tạo ra phân bố AS thích hợp, tăng hệ số sử dụng QT - Kiểm soát độ chói, tránh gây khó chịu cho người sd - Bảo vệ đèn - Đảm bảo an toàn cho người sd & bảo dưỡng duy trì QT - Các bộ phận chính & vai trò - Tấm phản quang Thi- ết bị mồi và chấn lưu Kính- bảo vệ - Lỗ đui đèn CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA BỘ ĐÈN 3.1 Nguồn sáng NT 3.1.5 Bộ đèn CS Các thông số về quang học - Hệ số suy giảm QT - Hệ số phản quang - Đường cong trắc quang (đường cong cường độ sáng) - Hiệu suất của bộ đèn - Cấp bộ đèn (TCVN7114:2008): 0,7En Lamp Output • Lamp output decreases over time (typically use 2000hr value in design calc) end of lamp life lnitial lumen output time lamp output (lumens) Cleaning • Cleaning and the cleanliness of the environment also affects lamp output end of lamp life initial lumen output time total output (lumens) lamps and surfaces cleanedlamps cleaned Maintenance Factors The MF is time varying and is the product of 4 factors: • Lamp lumen maintenance factor (LLMF) – a value between 0 and 1 which accounts for the degradation of lamp output over time • Lamp survival factor (LSF) – this accounts for the failure of lamps over time, if failed lamps are replaced immediately this factor can be ignored. • Luminaire maintenance factor (LMF) – a value between 0 and 1 that accounts for dirt and dust accumulation on the luminaire. Causes LMF to decrease. • The room surface maintenance factor (RSMF) - again this is a value between 0 and 1 and accounts for the build up of dirt on room surfaces over time. The build up of dirt over time causes the RSMF to decrease. The overall maintenance factor is the product of the four maintenance factors: MF = LLMF × LLF × LMF × RSMF • Hệ số phản xạ (ρ) là gì? oHệ số phản xạ của một vật thể là đại lượng đo bằng tỷ số giữa quang thông phản xạ(Φr) của vật thể so với quang thông tới của nó(Φ). oρ=Φr/Φ (thạch anh) (gốm sứ) Đường cong trắc quang ❑ Xác định cường độ sáng theo 1 hướng nào đó → xác định E, L & sự phân bố của AS trong KG. ❑ Đcong trắc quang được lập nên bởi nguồn sáng 1000lm đặt tại tâm của bộ đèn. + Bộ đèn CS phát xạ cường độ sáng ra KG xung quanh. + Lấy tâm đèn làm gốc tọa độ cực → đầu mút các véc-tơ cường độ sáng sẽ vạch nên 1 mặt cong xung quanh gốc tọa độ. + Dùng 1 mp cắt qua trục thẳng đứng đi qua tâm đèn → giao giữa mặt cong cường độ sáng & mp này: đường cong trắc quang. + Tập hợp các đường cong trắc quang trên nhiều mp cắt xoay quanh trục đèn → họ đường cong trắc quang. ĐCTQ được biểu thị thông qua 3 thông số trong hệ tọa độ cực: véc-tơ cường độ sáng I, góc φ và góc γ. VÍ DỤ ĐƯỜNG CONG TRẮC QUANG CỦA ĐÈN Đường cong trắc quang Nét liền: phân bố ngang; nét đứt: phân bố dọc Đường cong trắc quang -Hệ thống CS đường phố phân làm 3 loại bộ đèn (căn cứ vào đường cong trắc quang): + Bộ đèn phân bố as hẹp: Imax nằm trong khoảng 0-65o + Bán rộng: 0-75o + Rộng: >75o CSNT TRONG NHÀ (TCVN 7114:2008) BẢO VỆ CHỐNG SỰ CHÓI LÓA THÔNG QUA QUY ĐỊNH GÓC KHUẤT TỐI THIỂU KiÓm so¸t chãi lãa: Gãc b¶o vÖ ĐiÒu chØnh chãi lãa cã thÓ ®¹t ®ưîc b»ng c¸ch t¹o mét gãc b¶o vÖ cho ®Ìn Gãc b¶o vÖ lµ gãc ch¾n ¸nh s¸ng trùc tiÕp cña nguån s¸ng tíi m¾t ngưêi quan s¸t Gãc b¶o vÖ ngang Gãc b¶o vÖ däc HIỆU SUẤT CỦA BỘ ĐÈN Cấp bộ đèn Thông số cho biết sự phân bố AS của bộ đèn đáp ứng các pp CS 3.2 Tính toán & thiết kế CSNT trong nhà 3.2 Tính toán & thiết kế CSNT trong nhà 1. Yêu cầu 2. Các quy định chung 3. Trình tự thiết kế 4. PP tính toán-PP hệ số lợi dụng QT 5/9/2018 80 3.2.1 Yêu cầu: - Trong nhà ở & CTCC phải có chiếu sáng lv để đảm bảo sự lv, hoạt động bình thường của người & các phương tiện khi không có hoặc thiếu CSTN. - Đảm bảo Eyc cho mỗi cv, phù hợp với yêu cầu & mục đích sd. - Tạo mt AS tiện nghi, không gây loá mắt, khó chịu cho người sd. - Chú ý đến tính thẩm mỹ cho công trình & tiết kiệm điện năng. 5/9/2018 81 3.2.2 Các quy định chung: - Các loại đèn được phép sd: ▪ Đèn huỳnh quang ▪ Đèn nung sáng - Các loại CSNT: ▪ CS làm việc ▪ CS sự cố (thoát ra ngoài) ▪ CS dự phòng (tiếp tục làm việc) ▪ CS bảo vệ (giới hạn khu vực cần bảo vệ vào ban đêm) 5/9/2018 82 3.2.2 Các quy định chung: - Các hệ thống CS được phép sd: ▪ CS chung ✓CS chung đều (bề mặt lv & các mặt xung quanh) ✓CS chung khu vực (CS chung có phân bố đèn theo bố trí của thiết bị) ▪ CS hỗn hợp gồm: CS chung + CS tại chỗ (cục bộ-tăng cường cho 1 số vị trí) 5/9/2018 83 3.2.2 Các quy định chung: - Chọn đèn: 5/9/2018 84 o Tính chất và mục đích sd → quy định độ rọi yêu cầu o Dựa vào các tiêu chí sau: ✓ Hiệu suất phát quang của đèn (chọn đèn có hs cao để tiết kiệm điện) ✓ Biểu đồ Kruithof (nhiệt độ màu phù hợp với độ rọi) ✓ CRI ✓ Tuổi thọ đèn ✓ Mỹ quan 3.2.2 Các quy định chung: - Hệ số dự trữ: (hệ số dự phòng) đảm bảo HTCS được thiết kế & XD sẽ đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn quy định không chỉ ngay sau khi hoàn thành mà cả khi chất lượng của HTCS đã suy giảm sau 1 thời gian vận hành. Nó phụ thuộc vào: + Sự suy giảm QT của nguồn sáng trong QTSD + Cấp bảo vệ chống bụi-nước của bộ đèn + Mức độ ô nhiễm của MT xung quanh + Chu kỳ lau chùi bảo dưỡng đèn 5/9/2018 85 3.2.3 Trình tự thiết kế: - Tuân theo TCXD 16:1986 – CSNT trong công trình dân dụng. - B1: Chọn Emin - B2: Chọn đèn, cách bố trí → tính số lượng & công suất - B3: Kiểm tra & điều chỉnh KQ thiết kế ➢ Kiểm tra Etr ➢ Kiểm tra hiện tượng loá mắt ➢ Kiểm tra chỉ số hiện màu 5/9/2018 86 Độ đồng đều của độ rọi Là • tỷ số giữa giá trị tối thiểu và giá trị trung bình của độ rọi • Ký hiệu: U 3.3.4 PP tính toán-pp hệ số lợi dụng QT: 1) Các giả thiết & đk tính toán ban đầu - Phương thức CS chung - Phòng kín, MLV nằm ngang - Không có thiết bị cồng kềnh che tối MLV - Xđ hệ số phản xạ của các bề mặt trong phòng 5/9/2018 88 pxtt += đN  PHƯƠNG THỨC CHIẾU SÁNG CHUNG PHÂN BỐ ÁNH SÁNG TRÊN CÁC BỀ MẶT KHÁC NHAU 3.2.4 PP tính toán-pp hệ số lợi dụng QT 2) Hệ số lợi dụng QT của đèn U=f(đèn, chiều cao treo, màu của bề mặt phòng,) - Tính toán U: thiết lập 1 phòng chuẩn với tập hợp các yếu tố phụ thuộc thay đổi khác nhau, tiến hành trắc quan thực tế. 5/9/2018 92 đN U   = 3) Xđ giá trị hệ số lợi dụng QT theo tiêu chuẩn UTE71-121 (UTE: Union Technique de l’Electricite (UTE) is the standards setting agency for France) - Áp dụng cho lưới bố trí đèn ô bàn cờ 5/9/2018 93 3.2.4 PP tính toán-pp hệ số lợi dụng QT h 3) Xđ giá trị hệ số lợi dụng QT theo tiêu chuẩn UTE 71-121 - Đặc trưng hình học của hệ thống bố trí đèn: 4 chỉ số ✓ Chỉ số lưới: ✓ Chỉ số biên: ✓ Chỉ số phòng: ✓ Chỉ số treo đèn: 5/9/2018 94 2( ) ( ) m m n k h m n  = + . . ( ) p a p b q k h a b + = + ( ) a b K h a b  = + ' ' hh h j + = 3) Xđ giá trị hệ số lợi dụng QT theo tiêu chuẩn UTE 71-121 - Trong thực tế XD: các phòng sẽ không hoàn toán giống như phòng chuẩn → giá trị hệ số U sẽ được nội suy từ một số các giá trị căn bản sau: 10o giá trị của K: 0.6; 0.8; 1; 1.25; 2; 2.5; 3; 4; 5. o 4 giá trị của km: 0.5; 1; 1.5; 2. o 3 giá trị của kp: 0; km/2; km . o 2 giá trị của j: 0; 1/3. 5/9/2018 95 3) Xđ giá trị hệ số lợi dụng QT theo tiêu chuẩn UTE 71-121 - Cấp hạng đèn: Tiêu chuẩn quy định 10 cấp: A-T - Đặc tính quang học của phòng: biểu thị bởi hệ số phản xạ của trần (ρ1), của tường (ρ3), của sàn nhà (ρ4) →Tra bảng giá trị U=f(cấp hạng đèn, K, j, ρ) →Quang thông đèn: 5/9/2018 96 min . . . .U d dE S K N  = 3) Xđ giá trị hệ số lợi dụng QT theo tiêu chuẩn UTE 71-121 → Căn cứ Φd & điện áp lưới điện → chọn đèn có QT ~ Φd . → Tính toán chỉ mang tính sơ bộ, cần thiết phải có công cụ kiểm tra lại. 5/9/2018 97 TÍNH SỐ LƯỢNG BỘ ĐÈN CẦN THIẾT N: SỐ BỘ ĐÈN CẦN TÍNH TOÁN n: SỐ ĐÈN TRONG 1 BỘ ĐÈN