Giáo trình sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả phần 2 trường đh công nghiệp quảng ninh

Tiết kiệm điện năng trong chiếu sáng không phải là tắt, không sử dụng các bóng đèn khi không có nhu cầu mà cần áp dụng đồng bộ các giải pháp công nghệ tiên tiến, sử dụng các nguồn sáng v

Chương 4 CHIẾU SÁNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ

4.1 Đại cương về chiếu sáng tiết kiệm và hiệu quả

Theo suốt chiều dài lịch sử phát triển kỹ thuật, ngành Kỹ thuật chiếu sáng tiến những bước chậm chạp với nguồn sáng đơn sơ ban đầu bằng những bó đuốc, ngọn nến hay đèn dầu… và nhanh chóng chuyển qua kỷ nguyên phát triển rực rỡ của thời kỳ Ánh sáng điện

Nếu trước đây chiếu sáng chỉ nhằm “đẩy lùi bóng tối”, thì giờ đây với sự phát triển vượt bậc của Cách mạng khoa học kỹ thuật, đời sống vật chất và tinh thần của con người được cải thiện với nhiều bước đột phá, mục đích và yêu cầu về chiếu sáng cũng thay đổi Chức năng chiếu sáng ngoài việc đảm bảo điều kiện tiện nghi lao động, tiện nghi sinh hoạt của con người, nâng cao giá trị thẩm mỹ cho các công trình kiến trúc, các hoạt động nghệ thuật văn hóa còn phải tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường

Tiết kiệm điện năng trong chiếu sáng không phải là tắt, không sử dụng các bóng đèn khi không có nhu cầu mà cần áp dụng đồng bộ các giải pháp công nghệ tiên tiến, sử dụng các nguồn sáng và các thiết bị chiếu sáng tiết kiệm năng lượng và hiệu quả theo phương châm “tiêu tốn ít điện năng nhưng chất lượng ánh sáng tốt hơn” đáp ứng nhu cầu

sử dụng, đồng thời giảm điện năng tiêu thụ trong chiếu sáng ở cả thành thị và nông thôn nhất là vào giờ cao điểm

Theo đà phát triển của sự nghiệp công nghiệp hóa đất nước, các đô thị khu công nghiệp, các xa lộ, các công trình văn hóa và thể thao đang phát triển nhanh chóng Hiện nay trên quy mô toàn quốc, các huyện, xã và trên 85% hộ dân đã được cung cấp điện quốc gia, với tổng số trên 700 đô thị đang trên đà quy hoạch xây dựng và phát triển (trong đó

có 5 thành phố lớn và 60 thành phố, 47 thị xã và trên 620 thị trấn) nhu cầu về chiếu sáng tăng trưởng rất lớn Với số dân đô thị chỉ chiếm 26% dân số cả nước nhưng sử dụng trên 80% tổng số điện năng, trong đó chiếu sáng sử dụng tới 27% tổng điện năng

Với tốc độ phát triển như trên, việc đầu tư xây dựng các nhà máy điện không theo kịp tốc độ phát triển nhanh của nền kinh tế, tình trạng thiếu điện còn diễn biến lâu dài cho nên việc sử dụng điện năng hiệu quả và tiết kiệm là quốc sách hàng đầu Kỹ thuật chiếu sáng đã chuyển từ chiếu sáng tiện nghi trong đó chú trọng tiện nghi nhìn sang chiếu sáng tiện ích cần đảm bảo tiện nghi nhìn, thỏa mạn điều kiện lao động tốt nhưng triệt để tiết kiệm điện

4.1.1 Các phương pháp tạo ra ánh sáng

Ánh sáng chỉ là một phần của rất nhiều loại sóng điện từ bay trong không gian Những loại sóng này có cả tần suất và chiều dài, hai giá trị này giúp phân biệt ánh sáng với những dạng năng lượng khác trên quang phổ điện từ

Nguồn bức xạ ánh sáng thường là các nguyên tử bị kích thích Theo thuyết lượng

tử ánh sáng, khi các điện tử của nguyên tử từ mức năng lượng cao trở về mức năng lượng thấp hơn chúng phát ra proton và ánh sáng

Sự biến thiên năng lượng của điện tử từ mức năng lượng cao về mức năng lượng thấp hơn được biểu diễn bằng phương trình:

1240

với 34

h6, 6256.10 J.s là hằng số Plank, 8

c3.10 m / s là tốc độ ánh sáng trong chân không, λ là bước sóng ánh sáng

Hình 4-1 mô tả sự biến thiên năng lượng của các điện tử (electron) trên quỹ đạo Bình thường các điện tử trong nguyên tử ở trạng thái cơ bản với năng lượng thấp, khi nhận thêm năng lượng, chúng “nhảy” lên các mức năng lượng cao hơn gọi là trạng thái kích thích Các điện tử chỉ tồn tại ở mức kích thích trong thời gian rất ngắn rồi trở về năng lượng cơ bản và phát ra photon

Hình 4-1 cũng biểu diễn bức xạ kích thích từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao hơn và bức xạ tự phát từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn

Trường hợp chất khí (ở áp suất thấp), khoảng cách giữa các nguyên tử lớn, số lượng lớn hạt chuyển động mức năng lượng giới hạn vì vậy chúng thường phát ra quang phổ vạch

Trường hợp áp suất chất khí cao, khoảng cách giữa các nguyên tử ngắn, tương tác giữa các nguyên tử làm mở rộng mức năng lượng vì vậy quang phổ phát ra thường rộng hơn Hình 4-2 biểu diễn quang phổ của ánh sáng mặt trời, thủy ngân và khí hydro:

Hình 4-2 Quang phổ của ánh sáng mặt trời, ánh sáng thủy ngân và khí hydro

Hình 4-1 Sự chuyển mức năng lượng của điện tử

Hình 4.2: Bức xạ phóng điện trong từng loại chất khí

Một cách tổng quát, để tạo nên điện tử kích thích, người ta thường dùng một trong bốn phương pháp sau đây:

a, Kích thích nhiệt: Tạo ra bởi dao động nhiệt của các hạt vật chất trong chất rắn

khi bị nung nóng Đây là nguyên lý làm việc của các đèn sợi đốt Phổ ánh sáng do các vật được nung nống phát ra là phổ liên tục và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật

b, Kích thích điện: Tạo ra bởi va chạm của các hạt mang điện gia tốc trong điện

trường Đây là nguyên lý làm việc của các đèn phóng điện chất khí Phổ ánh sáng giàn đoạn và phụ thuộc vào bản chất cũng như nồng độ chất khí

c, Kích thích quang: Tạo ra bởi sự hấp thụ photon (bức xạ thứ cấp) Đây là nguyên

lý làm việc của các đèn huỳnh quang Trong đèn huỳnh quang, bức xạ sơ cấp của hơi thủy ngân trong miền tử ngoại kích thích lớp bột huỳnh quang phát sáng thứ cấp Ánh sáng do

sự phát xạ thứ cấp có thể là quang phổ liên tục hoặc quang phổ vạch, nhưng bao giờ cũng

có bước sóng dài hơn, thường là ở vùng nhìn thấy

d, Kích thích trong chất bán dẫn: Khi lớp chuyển tiếp p-n của một số chất bán dẫn

được đặt vào điện trường ngoài theo chiều thuận sẽ phát các photon Đây chính là nguyên

lý làm việc của các đèn điot phát quang (LED)

4.1.2 Khái niệm và các thuật ngữ thường dùng trong chiếu sáng

Lumen: Đơn vị của quang thông; thông lượng được phát ra trong phạm vi một đơn

vị góc chất rắn bởi một nguồn điểm với cường độ sáng đều nhau là một Candela Một lux

là một lumen trên mỗi mét vuông Lumen (lm) là đương lượng trắc quang của Oát, được tăng lên để phù hợp với phản ứng mắt của “người quan sát chuẩn” 1 W = 683 lumen tại bước sóng 555 nm

Hiệu suất tải lắp đặt: Đây là độ chiếu sáng duy trì trung bình được cung cấp trên

một mặt phẳng làm việc ngang trên mỗi Oát công suất với độ chiếu sáng nội thất chung được thể hiện bằng lux/W/m²

Hệ số hiệu suất tải lắp đặt: Đây là tỷ số của hiệu suất tải mục tiêu và tải lắp đặt Nguồn phát sáng: Bộ đèn là một đơn vị phát sáng hoàn chỉnh, bao gồm một hoặc

nhiều đèn cùng với các bộ phận được thiết kế để phân phối ánh sáng, định vị và bảo vệ đèn, và nối đèn với nguồn điện

Lux: Đây là đơn vị đo theo hệ mét cho độ chiếu sáng của một bề mặt Độ chiếu

sáng duy trì trung bình là các mức lux trung bình đo được tại các điểm khác nhau của một khu vực xác định Một lux bằng một lumen trên mỗi mét vuông

Độ cao lắp đặt: Độ cao của đồ vật hay đèn so với mặt phẳng làm việc

Hiệu suất phát sáng danh nghĩa: Tỷ số giữa công suất lumen danh nghĩa của đèn

và tiêu thụ điện danh nghĩa, được thể hiện bằng lumen trên oát

Chỉ số phòng: Đây là một hệ số thiết lập quan hệ giữa các kích thước dự kiến của

cả căn phòng và độ cao giữa bề mặt làm việc và bề mặt đồ đạc

Hiệu suất tải mục tiêu: Giá trị của hiệu suất tải lắp đặt được xem là có thể đạt

được với hiệu suất cao nhất, được thể hiện bằng lux/W/m²

Hệ số sử dụng (UF): Đây là tỷ lệ của quang thông do đèn phát ra tới mặt phẳng

làm việc Đây là đơn vị đo thể hiện tính hiệu quả của sự phối hợp chiếu sáng

Quang thông và cường độ sáng: Đơn vị quốc tế của cường độ sáng I là Candela

(cd) Một lumen bằng quang thông chiếu sáng trên mỗi mét vuông (m2) của một hình cầu

có bán kính một mét (1m) khi một nguồn ánh sáng đẳng hướng 1 Candela (nguồn phát ra

bức xạ đều nhau tại mọi hướng) có vị trí tại tâm của hình cầu Do diện tích của hình cầu

có bán kính r là 4πr2, một hình cầu có bán kính là 1m có diện tích là 4πm2 nên tổng quang thông do nguồn 1 – cd phát ra là 4π1m Vì vậy quang thông do một nguồn ánh sáng đẳng hướng có cường độ I sẽ được tính theo công thức:

Quang thông (lm) = 4π × cường độ sáng(cd)

Sự khác nhau giữa lux và lumen là lux phụ thuộc vào diện tích mà quang thông trải

ra 1000 lumen, tập trung tại một diện tích một mét vuông, chiếu sáng diện tích đó với độ chiếu sáng là 1000 lux Cũng 1000 lumen chiếu sáng trên diện tích mười mét vuông sẽ tạo

ra độ chiếu sáng mờ hơn, chỉ có 100 lux

Định luật tỷ lệ nghịch với bình phương: Định luật tỷ lệ nghịch với bình phương

xác định quan hệ giữa cường độ sáng từ một điểm nguồn và khoảng cách Định luật phát biểu rằng cường độ ánh sáng trên mỗi đơn vị diện tích tỷ lệ nghịch với bình phương của khoảng cách tính từ nguồn (về bản chất là bán kính) E = I / d2 Trong đó E = độ chiếu sáng, I = cường độ sáng và d = khoảng cách

Một cách viết khác đôi khi thuận tiện hơn của công thức này là:

E1 d1² = E2 d2² Khoảng cách được đo từ điểm kiểm tra đến bề mặt phát sáng đầu tiên – dây tóc của bóng đèn trong, hoặc vỏ thủy tinh của bóng đèn mờ

Ví dụ: Nếu đo cường độ sáng của một bóng đèn tại khoảng cách 1,0 mét được 10,0

lm/m² thì mật độ thông lượng tại điểm chính giữa của khoảng cách đó sẽ là bao nhiêu?

Lời giải:

E1m = (d2 / d1)² * E2

= (1.0 / 0.5)² * 10.0

= 40 lm/m²

Nhiệt độ màu: được thể hiện theo thang tính Kelvin (K) là biểu hiện màu sắc của

đèn và ánh sáng mà nó phát ra Tưởng tượng một tảng sắt được nung đều cho đến khi nó rực lên ánh sáng da cam đầu tiên, và sau đó là vàng, và tiếp tục cho đến khi nó trở nên

“nóng trắng” Tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình nung, chúng ta có thể đo được nhiệt

độ của kim loại theo độ Kelvin (độ C + 273) và gán giá trị đó với màu được tạo ra Đây là nền tảng lý thuyết về nhiệt độ màu Đối với đèn nóng sáng, nhiệt độ màu là giá trị “thực”; đối với đèn huỳnh quang và đèn có ống phóng điện cao áp (HID), giá trị này là tương đối

và vì vậy được gọi là nhiệt độ màu tương quan Trong công nghiệp, "nhiệt độ màu “ và

“nhiệt độ màu tương quan” thường có thể được sử dụng hoán đổi cho nhau Nhiệt độ màu của đèn làm cho đèn trở thành các nguồn sáng “ấm”, “trung tính” hoặc “mát” Nói chung, nhiệt độ càng thấp thì nguồn càng ấm, và ngược lại

Độ hoàn màu: Khả năng hoàn màu bề mặt của nguồn ánh sáng có thể được đo

một cách rất tiện lợi bằng chỉ số hoàn màu Chỉ số này dựa trên tính chính xác mà chiếc đèn được xem xét mô phỏng một tập hợp các màu kiểm tra so với chiếc đèn mẫu, kết quả của độ phù hợp hoàn hảo(CRI) là 100 Chỉ số CRI có một số hạn chế nhưng vẫn là đơn vị

đo đặc tính hoàn màu của nguồn ánh sáng được công nhận rộng rãi nhất

Việc cho rằng nhiệt độ màu và độ hoàn màu đều cùng mô tả những đặc tính giống nhau của đèn là một quan niệm sai lầm Cần nhắc lại rằng nhiệt độ màu mô tả sự biểu hiện màu sắc của nguồn ánh sáng và ánh sáng được phát ra từ đó Độ hoàn màu mô tả mức độ chính xác mà ánh sáng biểu hiện màu trên các vật thể

4.1.3 Các loại đèn dung trong chiếu sáng

4.1.3.1 Đèn sợi đốt

Đèn sợi đốt (đèn dây tóc, đèn nung sáng) do Thomas Edison phát minh từ năm

1879 bằng sợi đốt cacbon, có hiệu suất phát quang trung bình 1,4 lm/W, tuổi thọ 40 giờ

Do cấu tạo đơn giản, giá thành thấp nên vẫn là nguồn chiếu sáng kinh điển và rất phổ biến trong thực tế

a Cấu tạo của đèn

+Chế tạo từ vật liệu chịu nhiệt (thường là vonfram, tungsten,… chịu được nhiệt

độ rất cao, có khi đến 36500K)

+ Khi bị nung nóng, sợi đốt chủ yếu phát xạ các tia trong vùng hồng ngoại (1000

µm đến 0,78 µm ) không nhìn thấy được Dòng điện chạy qua dây tóc làm nóng nó, quá trình này làm cho điện trở dây tóc tăng lên và nó lại càng bị đốt nóng cho đến khi nhiệt toả ra cân bằng với nhiệt tản ra không khí

+ Nhiệt độ càng cao thì phổ ánh sáng càng chuyển về vùng nhìn thấy và màu sắc ánh sáng cũng trắng hơn Tuy nhiên nhiệt độ cao sẽ làm bay hơi kim loại làm dây tóc nên người ta thường bơm khí trơ (Nitơ, Argon, Kripton) vào bóng đèn để làm chậm quá trình bay hơi nhưng đồng thời cũng làm tăng tổn thất do các chất khí này dẫn nhiệt

Hình 4-3 Cấu tạo và giản đồ năng lượng của bóng đèn sợi đốt

Hình 4-4 Các loại dây tóc bóng đèn

+ Khi kim loại bay hơi sẽ ngưng đọng trên bề mặt bóng làm nó bị mờ đi

Vỏ bóng đèn

+ Chế tạo bằng thủy tinh có pha chì

+ Áp suất khí trơ bơm vào bóng rất thấp để tránh tản nhiệt ra ngoài môi trường +

Để giảm độ chói, mặt trong bóng đèn được phủ lớp bột mờ

Đui đèn

Các đui đèn sợi đốt được tiêu chuẩn hóa:

+ Đui ngạnh trê B15 hoặc B22 khi có công suất nhỏ hơn 150W

+ Đui xoáy E14, E26, E27, E40 với mọi công suất

Đặc điểm

- Ưu điểm:

+ Nối trực tiếp vào lưới điện mà không cần thiết bị phụ nào

+ Kích thước nhỏ + Sử dụng đơn giản, bật sáng ngay + Chỉ số hoàn màu tốt, xấp xỉ bằng 100 + Giá thành rẻ

+ Tạo màu sắc ấm áp, không nhấp nháy

- Nhược điểm:

+ Hiệu quả phát sáng rất thấp do năng lượng nhiệt tản ra môi trường lớn

+ Quang thông, tuổi thọ của đèn phụ thuộc mạnh vào điện áp nguồn

Hiện nay không khuyến khích sử dụng trong dân dụng và công nghiệp nhưng vẫn dùng trong chiếu sáng sự cố, chiếu sán an toàn vì nó làm việc được với điện áp thấp

b Một số bóng đèn sợi đốt thông dụng

- Bóng đèn sợi đốt kiểu chân không hoặc kiểu áp suất khí trơ

Bóng đèn sợi đốt hoạt động như một “vật đen”, phát ra các bức xạ có lựa chọn ở vùng ánh sáng nhìn thấy Bóng đèn có thể là chân không hoặc nạp khí trơ Sau một thời gian sử dụng, bóng đèn thường bị tối đi là do dây tóc kim loại (vonfam) bị bay hơi ngưng lại trên bề mặt bóng

Nếu bóng hút chân không thì nhiệt tỏa ra không khí giảm xuống, do đó hiệu suất nguồn sáng cao hơn Tuy nhiên ở chế độ chân không, khi bị nung nóng lên nhiệt độ rất cao kim loại làm dây tóc sẽ bị bay hơi nhanh, do đó loại bóng này chỉ chế tạo công suất ≤ 75W

Để làm chậm quá trình bay hơi kim loại người ta thường cho thêm khí trơ (nitơ, argon, kripton) vào trong bóng nên công suất có thể tăng trên 75W nhưng đổi lại nhiệt tỏa

ra môi trường sẽ lớn hơn Đối với những loại đèn thông dụng, hỗn hợp khí Agon-Nitơ với

tỷ lệ 9/1 được sử dụng nhiều do giá thành thấp Kripton hoặc Xenon khá đắt (do công nghệ tinh chế chúng rất phức tạp) nên chỉ được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt như đèn chu kỳ hoặc khi có yêu cầu hiệu suất rất cao

- Bóng đèn sợi đốt dùng khí Halogen

Đèn nung sáng dùng khí halogen là một loại đèn nung sáng có dây tóc bằng vonfam giống như đèn sợi đốt bình thường, tuy nhiên bóng đèn được bơm đầy bằng khí halogen (Iod hoặc Brom) Nguyên tử vonfam bay hơi từ dây tóc nóng và di chuyển về phía thành của bóng đèn Các nguyên tử vonfam, oxy và halogen kết hợp với nhau tại thành bóng để tạo nên phân tử vonfam oxyhalogen Nhiệt độ ở thành bóng giữ cho các

phân tử vonfam oxyhalogen ở dạng hơi Các phân tử này di chuyển về phía dây tóc nóng nơi nhiệt độ cao hơn tách chúng ra khỏi nhau Nguyên tử vonfam lại đông lại trên vùng mát hơn của dây tóc nên bóng đèn không bị mờ

Nhờ có hơi halogen nên nhiệt độ đốt nóng đèn cho phép cao hơn, do đó ánh sáng phát ra trắng hơn (nhiệt độ màu có thể đạt 29000K), hiệu suất của đèn cũng cao hơn so với đèn bơm khí trơ hoặc chân không

Đặc điểm: Gọn hơn, tuổi thọ dài hơn, sáng trắng hơn, giá cao hơn, nhiều tia hồng ngoại hơn, nhiều tia cực tím hơn

- Các đèn sợi đốt đặc biệt

Đèn PAR (Parabolic Aluminized Reflector Lamp): Bóng đèn có dạng parabon

bên trong được tráng nhôm có tác dụng phản chiếu ánh sáng, sợi đốt nằm đúng tiêu cự của đèn Đèn PAR thường kèm theo thấu kính đặt trước bóng đèn để điều chỉnh chùm tia, bóng đèn bằng thủy tinh chịu nhiệt, chứa khí Halogen

Đèn chỉ biển báo: Trong nhà và khu thương mại

Đèn hàng không: Được chế tạo đặc biệt cho chiếu sáng đường băng cất hạ

cánh,đèn chỉ báo, cọc tiêu và trên máy bay

Đèn điện áp thấp: 6, 12, 30, 32, 60, 64V dùng trong ô tô, đèn bàn, bể bơi Đèn hàng hải: Được chế tạo cho các yêu cầu chiếu sáng trong ngành hàng hải,

trên tàu thủy

Đèn mỏ: Được thiết kế đặc biệt thỏa mãn yêu cầu an toàn chống cháy nổ Đèn dùng trong thiết bị quang học: Có nhiều dạng khác nhau dùng trong thiết

bị quang học

Đèn studio: Tập trung ánh sáng cực đại vào một điểm cần chiếu sáng dùng

cho nhà hát, studio truyền hình, xưởng phim Các đèn này làm việc với nhiệt độ màu cao

và có tuổi thọ ngắn

Đèn chụp ảnh: Có hai loại: Đèn flash và đèn chiếu Đèn Flash gôm một bóng

chứa vật liệu dễ cháy như zirconi trong môi trường không ooxxi Khi nối với nguồn áp, đèn tác dụng như một tụ điện, tạo nên chớp sáng trong thời gian rất ngắn Đèn chiếu tương tự như đèn sợi đốt thông dụng nhưng được thiết kế để làm việc với nhiệt độ cao

hơn

4.1.3.2 Đèn huỳnh quang

a Đặc điểm cấu tạo

Đèn huỳnh quang cũng là một loại đèn phóng điện, tuy nhiên bản chất và nguyên

lý phát sáng hoàn toàn khác với đèn phóng điện nên dưới góc độ chiếu sáng nó được xem xét với tư cách là một chủng loại đèn riêng Đèn huỳnh quang có hiệu suất lớn hơn đèn sợi đốt từ 3 đến 5 lần và có tuổi thọ lớn hơn từ 10 đến 20 lần

Hình 4-5 Bóng đèn sợi đốt dùng khí Halogen

Trước khi phát minh ra bóng đèn huỳnh quang người ta nhận thấy: dòng điện chạy qua chất khí hoặc kim loại bay hơi có thể gây ra bức xạ điện từ tại những bước sóng nhất định tuỳ theo thành phần cấu tạo hoá học và áp suất chất khí Ngoài ra theo định luật Stoke, khi cho ánh sáng tử ngoại chiếu vào chất phát huỳnh quang thì một phần năng lượng của nó biến đổi thành nhiệt, phần còn lại biến đổi thành ánh sáng có bước sóng dài hơn nằm trong dải ánh sáng nhìn thấy được Ứng dụng hai hiện tượng này người ta chế tạo đèn huỳnh quang

Phía bên trong thành thủy tinh của bóng đèn người ta tráng một lớp chất bột huỳnh quang, ngoài ra người ta còn nhỏ vài giọt thuỷ ngân (khoảng 12mg) và bơm khí trơ (thường là khí argon) vào trong ống với tỷ lệ thích hợp sao cho hiện tượng ion hoá dễ xảy

ra Khi bật đèn, thuỷ ngân hoá hơi trước do có điện áp ở hai đầu cực, tiếp sau là hiện tượng ion hoá chất khí để sinh ra tia tử ngoại Tia tử ngoại đập vào bột huỳnh quang và phát ra ánh sáng nhìn thấy

Do đèn huỳnh quang phát ra tia tử ngoại, nêu lọt ra ngoài sẽ gây nguy hiểm cho sự sống nên vỏ bóng đèn được chế tạo từ thủy tinh natri cacbonat có tác dụng ngăn cản tia tử ngoại không cho nó phát xạ ra ngoài

Bóng đèn huỳnh quang khi nối với nguồn điện thì bản thân nó không thể tự phát sáng mà phải có bộ phận khởi động bao gồm chấn lưu (còn gọi là ballast) và tăc-te (bộ ngắt mạch) Dựa vào biện pháp khởi động người ta chia thành hai loại: đèn huỳnh quang catot nóng và catot nguội Loại catốt nóng thì trước khi phát xạ electron nó phải được

Hình 4-6 Cấu tạo của bóng đèn huỳnh quang

Hình 4-7 Sơ đồ nối điện và giản đồ năng lượng bóng đèn huỳnh quang

nung nóng còn loại catot nguội thì không cần nung nóng nhưng điện áp đặt vào nó phải

đủ lớn Catốt là những dây tóc Vonfam có mạ bari cacbonat để dễ dàng phát xạ điện tử Khi nung nóng lớp phát xạ này không được nóng quá, nếu không tuổi thọ của đèn sẽ giảm xuống

Chấn lưu là một cuộn dây điện cảm bằng sắt từ, khi đèn khởi động nó làm nhiệm

vụ cung cấp năng lượng và tạo ra điện áp mồi rất lớn nhưng khi đèn làm việc bình thường thì nó có vai trò xác lập điểm làm việc của đèn

Tắc-te thực chất là một công tắc kiểu rơle nhiệt, khi khởi động nó đóng mạch để cho dòng điện chạy qua đốt nóng catot đồng thời tích luỹ năng lượng từ trường cho chấn lưu Khi mồi đèn, nó mở ra làm dòng điện bị gián đoạn và năng lượng trong chấn lưu giải phóng dưới dạng xung điện áp u=Ldi/dt khá lớn làm catot phát xạ electron Về nguyên lý thì tốc độ mở của tăc-te càng bé thì điện áp xung tạo ra càng lớn và càng giúp đèn dễ khởi động

Chấn lưu sắt từ bản thân nó cũng tiêu hao năng lượng làm cho hiệu suất tổng của

cả bộ đèn huỳnh quang giảm xuống Ngoài ra tắc-te kiểu rơle nhiệt có đặc tính khởi động không tốt (vì có quán tính nhiệt) nên chất lượng của đèn cũng giảm và nhất là khi điện áp thấp có thể không mồi đuợc đèn Chấn lưu sắt từ còn gây ra tiếng ồn do có độ rung lớn nên không thích hợp cho môi trường văn phòng làm việc Để khắc phục những hạn chế này hiện nay người ta chế tạo ra bộ phận khởi động bằng điện tử (còn gọi là chấn lưu điện tử) nên có thể khởi động ngay cả khi điện áp lưới điện thấp

Cũng cần lưu ý thêm là loại bóng đèn huỳnh quang còn có một số tên gọi khác như đèn tuyp, đèn neon, tuy nhiên tên gọi “đèn neon” là tên gọi sai vì thông thường nó không chứa khí neon

b Một số bóng đèn huỳnh quang thông dụng

- Bóng đèn huỳnh quang thường (T12)

Đây là loại bóng đèn huỳnh quang được dùng phổ biến trong dân dụng và công nghiệp và đến nay nó vẫn chiếm số lượng lớn Tuy nhiên trong tương lai người ta sẽ thay thế bằng các loại đèn tiết kiệm điện hơn

Ký hiệu T12 được xác định theo đường kính ống là 12/8 inch ≈ 38mm Chiều dài và công suất chế tạo được tiêu chuẩn hóa như sau:

2,4 m - 110W 1,5 m – 65 W 1,2 m – 40 W 0,6 m – 20 W

- Bóng đèn huỳnh quang tiết kiệm điện (T10 –T8 – T5)

Ba loại đèn này khác nhau về đường kính : từ 10/8 inch với đèn T10 đến 5/8 inch với đèn T5 (cũng chính là ký hiệu của đèn) Ngày nay người ta đã chế được bóng T2 nhưng chưa được sử dụng phổ biến lắm

Hiệu suất của các loại đèn này cũng khác nhau Đèn T5 & T8 cho hiệu suất cao hơn 5% so với đèn T12 và hai loại này được ưa chuộng lắp đặt nhiều hơn trong các hệ thống chiếu sáng dân dụng và công nghiệp

Trên thị trường hiện nay xuất hiện loại T10, T8 chủ yếu và giá thành cũng cao hơn

so với bóng T12

- Bóng đèn huỳnh quang compact

Loại đèn huỳnh quang compact xuất hiện gần đây đã mở ra một thị trường hoàn toàn mới của nguồn sáng huỳnh quang Đây thực chất là đèn huỳnh quang T3 (3/8 inch) Những chiếc đèn này cho phép thiết kế bộ đèn nhỏ hơn nhiều, có thể cạnh tranh với loại đèn nung nóng và đèn huỳnh quang thường Với một số loại bóng đèn compact tốt có thể chuyển được 90% năng lượng thành ánh sáng và chỉ 10% tổn hao nhiệt và phát tia hồng ngoại

Nhiều người cho rằng ánh sáng từ đèn compact yếu hơn so với huỳnh quang thường, lý do là đèn compact phát xạ ánh sáng có độ phân tán lớn hơn do có nhiều tầng xoắn

Về cấu tạo nó có rất nhiều hình dáng khác nhau, thường là hình tròn hoặc vuông và lại được xoắn thành nhiều tầng Sản phẩm bán trên thị trường có bộ điều khiển gắn liền (CFG) hoặc điều khiển tách rời (CFN) Tương lai các loại đèn này sẽ được sử dụng rộng rãi và nhà nước cũng có chính sách trợ giá với đèn này Nhờ chấn lưu điện tử nên hiện tượng nhấp nháy không còn

4.1.3.3 Các đèn phóng điện

Loại đèn này làm việc dựa trên hiện tượng phóng điện hồ quang nên được gọi chung là đèn phóng điện cường độ cao (hay đèn HID = Hingh Intentsity Discharge)

a Cấu tạo của bóng đèn điện

Ống phóng điện

Ống phóng điện là nơi xảy ra hiện tượng hồ quang điện, được chế tạo bằng chất trong suốt hoặc trong mờ và có dạng hình trụ Người ta bơm vào ống phóng điện hơi thuỷ ngân, muối kim loại, hay các loại khí khác để tạo ra hiện tượng phóng điện hồ quang trong chất khí Phóng điện hồ quang bao giờ cũng toả ra nhiệt lượng lớn nên ống phóng điện phải được làm bằng vật liệu chịu nhiệt rất cao Ống phóng điện và một số chi tiết

khác được đặt trong một vỏ thuỷ tinh gọi là vỏ bóng đèn

Khi đèn đang làm việc, hiện tượng phóng điện hồ quang đang diễn ra nếu có một

số sự cố (hỏng chấn lưu, điện áp thay đổi đột ngột,…) đều có thể gây nổ ống phóng điện

và tạo ra các mảnh vỡ nhỏ có nhiệt độ khoảng 10000C phá huỷ vỏ bóng đèn và gây nguy hiểm cho người đi đường, huỷ hoại tài sản hay hoả hoạn Do đó khi chế tạo bộ đèn này người ta phải bao bọc nó bằng vật liệu chịu được va đập và có không gian đủ lớn để có thể giữ lại toàn bộ các mảnh vỡ văng ra

Hình 4-8 Các loại bóng đèn huỳnh quang compact