Chiếu sáng công nghiệp

Chiếu sáng công nghiệp

Chuong X

Chiéu sang cong nghiép Chiếu sáng công nghiệp là một phần không thể thiếu được trong một xí

nghiệp Chương này trình bầy những vấn đề cơ bản về thiết kế chiếu sáng

cho xí nghiệp, đồng thời đưa ra những yêu ccàu về chiếu sáng của một số

xí nghiệp thông thường

10.1 Khái niêm chung:

Trong bất cứ xí nghiệp nào, ngoài chiếu sáng tự nhiên còn phải

dùng chiếu sáng nhân tạo Hiện nay phổ biến nhất là đùng đèn điện để

chiếu sáng nhân tạo Sở dĩ như vậy là vì chiếu sáng điện có những ưu điểm

sau: thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiên, giá thành rẻ, tạo được ánh sáng

gần giống ánh sáng tự nhiên

Những số liệu sau đây nói lên vai trò của chiếu sáng quan trọng

của chiếu sáng trong XNCN Người ta đã tính rằng ở 1 xí nghiệp dệt, nếu

độ rọi tăng 1,5 lần thì thời gian để làm các thao tác chủ yếu sẽ giảm 825%

; năng suất lao động tăng 45% Trong phân xưởng nếu ánh sáng không

đủ, công nhân sẽ phải làm việc trong trạng thái cang thẳng, hại mắt, hại

sức khoẻ, kết quả là gây ra hàng loạt phế phẩm và năng suất lao động

giảm sút v.vLì Đó là chưa kể đến nhưng công việc không thể làm được

nếu không đủ ánh sáng hoặc ánh sáng không giống ánh sáng tự nhiên

Chẳng hạn công tác ở bộ phận kiểm tra chất lượng máy, nhuộm mầu và

sắp chữin v.vL]

Vì thế vấn đề chiếu sáng đã được chú ý nghiên cưu trên nhiều nh

vựch đi sâu như: nghiên cứu về ngồn sáng, chiếu sáng công nghiệp, chiếu

sáng nhà ở, chiếu sáng côngtrình nghệ thuật văn hoá v.vL]

Trong chương này chỉ đề cập đến những vấn đề cơ bản nhất trong

chiếu sáng công nghiệp mà thôi

10.2 Phân loại và các hình thức chiếu sáng:

1) Chiếu sáng chung chiếu sáng cục bô và chiếu sáng

hôn hợp:

Việc chọn các hệ thống chiếu sáng điện công nghiệp (nguồn sáng sử dụng,

thể loại vật chiếu sâng) cần phải thích hợp với những điều kiện rất thay đổi

(khác nhau) của môi trường xung quanh Cho nên người ta phân ra các

hình thức chiếu sáng khác nhau cho phù hợp với từng loại hình cụ thể

a) Chiếu sáng chung:

Là hình thức chiếu sáng tạo nên độ rọi đồng đều trên toàn bộ điện tích sản

xuất của phân xưởng Ở hình thức này thôgn thường các đèn được treo cao

trên trần nhà theo một qui luật nào đó (HV) để tạo ra độ rọi đồng đều trong

phân xưởng

b)_ chiếu sáng cục bộ:

c) Chiếu sáng hỗn hợp:

2) Chiếu sáng sư cố:

3) Chiếu sáng trong nhà, chiếu sáng ngoài trời:

10.3 Bóng đèn và chao đèn:

1) Bóng đèn:

2) Chao đèn:

Hai dòng đèn cơ bản được sử dụng: Đèn sơi đốt và Đèn huỳnh quang (ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng)

10.4 Các đại lượng kỹ thuật cơ bản trong chiếu sáng: 1) Khái niêm chung về ánh sáng:

Chúng ta đều biết răng ánh sáng là những bức xạ điện từ, tuy nhiên chỉ có những bức xạ điện từ có dải bước sóng từ 380 nm đến 760 nm (1nm=1ữ

°m) mới gây nên tác dụng nhìn thấy ỏ mắt người các bức xai trong dải bước sóng này sẽ có tác dụng lên tế bào thần kinh võng mạc mắt và gây

ra cảm giác nhì thấy ö mắt người Và được gọi là “ánh sáng” Trong dải bức

xạ này tương ừng với các bước sóng khác nhau sẽ tạo ra các mâu sắt khác nhau:

Tím Chàm Xanh Xanh Vang Cam Đỏ

lam lá cây

`NZ”

Phỏ nhìn thấy của mắt người Trong phổ nhìn thấy của mắt người, thì mắt người lại có cảm giác nhậy cảm nhất với bức xạ có bước sóng 550 nm (tương ưng với mầu vàng chanh) Tức là mắt sẽ có cảm giác sáng nhất ỏ ánh sáng mầu vàng chanh Bằng thực nghiệm người ta đã xây dựng được đường cong độ nhậy của mắt (được cong được xây dựng và kiểm tra với một số đông người mắt tốt)

Độ nhậy tương đối:

ĐN: “ Độ nhậy tương đối của mắt V¿ với ánh sáng bước sóng 2 là tỷ số giữa công suất bức xạ bước sóng 550 nm với công suất bức xạ bước sóng

A, Cần thiết để có được cảm giác về độ sáng như nhau của mắt”

Av,

P

V, — 550 1

P

aA

V2 < f

400 550 700 A(nm)

2) Quang thong: F

Thông thường các nguồn sáng đều bức xạ ra với các ánh sáng có bước

sóng khác nhau có thể tư 0 ~ s và tỷ lệ phân bổ các bươc sóng cũng

khác nhau, và vì vậy để đánh giá độ sáng của một nguồn sáng người ta

đưa ra khái niệm về quang thông Quang thông thực chất là phần công

suất qui đổi về bức xạ mầu vàng chanh (bước song 550 nm) của nguồn

sáng và được xác định bằng biểu thức sau:

F= Ƒ V(A).P(A).dA

V(A) - độ nhậy của mắt theo Â

P(A) - hàm phân bố năng lược bức xạ theo A (phân bố công suất theo A)

F - được gọi là quang thông của nguồn sáng

ĐN: “ Quang thông đặc trưng cho độ lớn của thông lượng hữu íc (công suất

hữu íc) của nguồn sáng qui về ánh sáng mau vang chanh

+ Dan vi do cua quang théng la lumen viét tat la: Im

1m =——WV_ của bức xạ vàng chanh

680

3) Góc khối: dœ

“ Là phần không gian hình nón có đỉnh năm tại tâm của nguồn sáng và có

đường sinh tựa trên chu vi của mặt được chiếu sáng”

+ Đơn vị đo của góc khối là Steradian viết tắt là st

+ Góc khối 1 st là góc khối có đỉnh tại tâm một mặt cầu tưởng tượng chắn

trên mặt cầu đó một diện tích bằng bình phương bán kính của mặt cầu đó

4) Cường đô sáng: lI,

Ta thấy rằng quan thông của nguồn sáng phát ra theo các hướng trong không gian thường là không đồng đều (do các nguông sáng thường là không đối xứng) Vì vậy người ta đưa ra một đại lượng đặc trưng cho sự phân bố quang thông nhiều hay ít theo các hướng khác nhau của nguông sáng

ĐN: “ Cường độ sáng của 1 nguồn sáng theo một phương nào đó, là lượng quang thông mà nguồn gửi đi trong một đơn vị góc khối nằm theo phương

^^.”

ấy”

da

1lumen

1 candera = ——————

1steradian

+ Khai niém vé : đường cong phân bố cường độ sáng của đèn

Để thận tiện cho thiết kế chiếu sáng, thông thường các nhà chế tạo bóng đèn thường đưa ra các biểu đồ phân bố cường độ sáng theo các hướng khác nhau trong không gian Tuy nhiên cùng một kiểu đèn lại được thiết kế

vời nhiều kích cõ về công suất khác nhau mặc dù chung vẫn cùng một có

một qui luật phân bố cường độ sáng Chính vì vậy các tài liệu thiết kế chiếu

sáng lại xây dựng biểu đồ chiếu sáng của đèn qui ước có quang thông là

1000 Im cho các kiểu loại đèn (HV)

5) Do roi: E

Để đánh giá độ chiếu sáng của một nguồn sáng lên một bề mặt của một

vật bất kỳ, người ta đưa ra khái niệm về độ rọi Thực chất là lượng quan thông (mật độ quang thông trên bề mặt của một vat)

DN: “ Độ rọi của một mặt là phần quang thông đến trên một đơn vị diện

tích của mặt đó”

E flux] viét tat la Ix

dS dlux = 1lm/1m?

6) Tinh chat quang hoc cua vat:

Năng lượng bức xạ đi đến bề mặt của vật được chiếu sáng sẽ gồm ba

phần: + Phần bị vật phản xạ lại; + phần bị vật hấp thu và một phần khác

sẽ đi xuyên qua vật Với các loại vật chất khác nhau tỷ lệ này sẽ khác

nhau, mặc dù tổng các bức xạ này vẫn không đổi theo định luật bảo toàn

năng lượng

Trong đó: W - năng lượng chiếu tới vật

Wø - năng lượng bị vật hấp thụ

Wp - năng lượng bị vật phản xạ lại

W: - năng lượng đi xuyên qua vậi

Để đánh giá tính chất quang học khác nhau của vật Người ta đưa ra các

hệ số được đánh giá bằng tỷ số giữa các năng lượng và tổng năng lượng

nhận được từ vật

Hệ số hấp thụ: Œ=—-

W

Wp

W

Hệ số xuyên qua Z=—

W Các hệ số trên có liên hệ với nhau thông qua hệ thức sau:

7\ Đô rọi tiêu chuẩn: Ee

Căn cứ vào tính chất công việc, vào điều kiện đảm bảo sức khoẻ của công

nhân, vào khả năng cung cấp điện của mỗi nước -› Ban bố những tiêu

chuẩn về độ rọi tiêu chuẩn cho các loại hình công việc khác nhau (Bảng

10-3; 10-4) là tiêu chuẩn độ rọi của nước ta

Khi thiết kế cần phải căn cứ vào các tiêu chuẩn đó để tính toán Trong thực tế vận hành xuất hiện bụi, bồ hóng, khói 1 có thể bám vào bóng đèn, làm giảm quang thông của đèn Vì vậy khi thiết kế chiếu sáng cần phải tăng thêm tiêu chuẩn độ rọi bằng cách nhân nó với các hệ số dự trữ ghi trong bằng (10-5)

10.5 Thiết kế chiếu sáng:

1) những số liêu ban đầu:

Công việc thiết kế trước tiên là phải thu thập các số liệu ban đâu bao gồm: + Mặt bằng của PX, mặt bằng XN, vi trí các máy móc trong PX

+ Mặt cắt cảu PX, XN của nhà xưởng —› từ đó ấn định độ cao treo đèn + Đặc điểm của qui trình công nghệ (mức chính xác của các loại hình công việc đang có trong PX,XN Độ lớn của vật cần quan sát, mức độ cần phân biệt mầu sắc v.vL]) —› Xác định các tiêu chuẩn về độ rọi cần thiết cho các khu vực thiết kế

2) Cách bố trí đèn:

Cách bố trí và lắp đặt đèn là công việc tiếp theo trong phần thiết kế chiếu sáng, nó phụ thuộc vào nhiếu yếu tố khác nhau của khu vực sản xuất, như

độ cao của nhà xưởng, nhà xưởng có trần hoặc không có trần, nhà xưởng

có cầu trục hay không có cầu trục v.vL1 Phần dưới đây chỉ đề cập đến việc

bố trí đèn cho hình thức chiếu sáng chung vì hình thức này sử dụng nhiều đèn Vấn đề là phải xác định được một cách hợp lý nhất vị trí tương đối giữa các đèn với nhau, giữa các đèn với trần nhà, giữa các dẫy đèn với tường Vì các yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp đến độ rọi của mặt được chiếu sáng

Bố trí đèn:

a) Bố trí đèn theo hình chữ nhật b) Bố trí đèn theo hình thoi Người ta đã chứng minh được rằng nếu bố trí đèn như sơ đồ a) thì hiệu quả cao nhất nếu Lạ = Ly Còn ở sơ đồ b) thì L » = 43 Lạ hiệu quả cao nhất Trong thực tế việc bố trí đèn còn phụ thuộc vào hệ thống xà ngang của nhà xưởng nên các khoảng cách trên cố gắng tuânthủ được là tốt nhất Khoảng cách từ cách đẫy đèn đến tường bao quanh nên được giứ trong phạm! vi:

I= (0,3 +0,5).L

Trong dé: |— khoang cách từ dẫy đèn đến tường bao quanh

L — khoảng cách giữa các dẫy đèn

Độ cao treo đèn: Độ cao treo đèn được được tính từ tâm của bóng đèn đến

bê mặt công tác (HV)

@ h„ - Khoảng cách từ trần đến đèn

he h - Độ cao của mặt làm việc

4 \ H - Độ cao treo đèn

7

Quan hệ giữa H, L có quan hệ hợp

H lý Trong các sổ tay thường cho:

Â=—

Y

2

3) Tính toán chiếu sáng:

Sau khi đã nghiên cứu chọn phương án và qui cách bố trí đèn, loại đèn ta

tiến hành tính toán chiếu sáng Thực chất là xác định công suất của các

đèn để đạt được các tiêu chuẩn đã chọn Nội dung chính của phương pháp

tính công suất chiếu sáng bao gồm:

+ Căn cứ vào E„ đã chọn phù hợp với từng loại công việc trong phân

xưởng —› tính tổng công suất chiếu sáng, công suất cho từng đèn, số lượng

bóng đèn

+ Kiểm tra độ rọi thực tế Nếu khu vực thiết kế chiếu sáng có yêu cầu cao

về ánh sáng thì sau khi tính toán công suất chiếu sáng, chọn công suất cụ

thể cho các đèn sử dụng, thì công việc cuối cùng của thiết kế chiếu sáng là

tính toán kiểm tra Nội dung chính của công việc này là chúng ta phải xác

định được độ rọi tối thiểu (Emm) và độ rọi tôia đa (Emax) sau đó tính toán hệ

số điều hoà

B= — > Ty lé qui định (Theo qui phạm)

max

Các phương pháp tính toán công suất chiếu sáng gồm một số phương pháp

chính:

e _ Phương pháp suất phụ tải chiếu sáng

e Phuong pháp quang thông

se _ Phương pháp điểm

a) Phương pháp suất phụ tải chiếu sáng: đây là phương pháp gần đúng

dựa trên kinh nghiêm thết kế vận hành thực tế, người ta tổng kết lại được

suất phụ tải chiếu sáng cho một số khu vực làm việc đặc thù trên một đơn

vị diện tích sản xuất Chung ta nếu biết được diện tích cần tính toán chiếu

sáng có thể nhanh chóng xác định được công suất cần cho chiếu sáng

theo công thức sau:

P = pạ.S

Trong đó: po - suất phụ tải chiếu sáng [W/m”] tra bang

S fmˆ]†— diện tích cần tính toán chiếu sáng (diện tích mặt bằng nhà xưởng) Phương pháp vừa nêu chỉ dùng để ước lượng trong việc dự kiến phụ tải hoặc dùng cho nhưng nới có yêu cầu không cao về thiết kế chiếu sáng Phương pháp quang thông và phương pháp điểm là những phương pháp chính để tính toán chiếu sáng cho những nơi có yêu cầu cao về chiếu sáng Hai phương pháp này dựa trên tinh thần chính sau: Độ rọi nhận được

từ bất kể một bê mặt nào cũng bao gồm có hai phần:

E=E.+E,

Trong đó: E, - là độ rọi nhận trực tiếp từ các nguồn sáng

E; - là độ rọi nhận được gián tiếp từ các vật phản xạ

+ Nhóm phương pháp quang thông chủ yếu quan tâm đến độ rọi nhận gián tiếp qua các vật phản xạ lại Thường được áp dụng cho TK chiếu sáng trong nhà, cs hội trường, phòng họp v.vL] nơi mà số lượng bóng đèn có quá nhiều và vật phản xạ ánh sáng lại đáng kể

+ Nhóm phương pháp điểm thì ngược lại chỉ quan tâm đến phần độ rọi nhận trực tiếp từ các đèn Thường được dùng cho việc thiết kế chiếu sáng ngoài trời hoặc các đường hâm ngầm, nơi mà các vật phản xạ quá ít hoặc với hệ số phản xạ quá thấp Phần dưới đây sẽ trính bầy chỉ tiết từng phương pháp

10.6 Tính toán chiếu sáng theo phương pháp hê số sử dung quang thông:

Như ỏ phần trên đã trình bầy phương pháp này chủ yếu được áp dụng để tính toán chiếu sáng trong nhà Theo phương pháp này toàn bộ quang thông phát ra từ các đèn (Fe) chỉ có một số nào đó đến được bề mặt của diện tích cần TK-CS ta gọi là phan quang théng hitu ic (Fru ic) Ter do ta co

hệ số sử dụng quang thông được xác định theo biểu thức sau:

K — ưa — —

den “0 Trong do:

F;uu hoặc F> - Tổng quang thông chiếu tới diện tích sản xuất

F»u.„ - Tổng quang thông pháp ra của tất cả các đèn

Fo - Quang thông phát ra từ 1 đèn (giả thiết khu vực cs chỉ sử dụng một loại bóng đèn)

n- Tổng số bóng đèn sử dụng

K:„4 - Hệ số sử dụng quan thông

Bản thân hệ số sử dụng quang thông là tham số phụ thuộc vào nhiều yếu

tố khác nhau (vào cách bố trí đèn, vào loại đèn, vào hệ số phản xạ của trần, nền, tường và các vật xung quanh) Tuy nhiên với một số tham số

phụ thuộc biết trước như loại đèn, cách bố trí cùng hệ số phản xạ của trần,

từng, nên thì người ta có thể xác định được hệ số K:¿ bằng các phương

pháp thực nghiệm Trong thực tế người ta xây dựng bảng tra Ksa theo (loại

én, Q Pt; Pt Pn )

Mặt khác ta có thể xác định được tổng lượng quan thông cần thiết

cho điện tích sản xuất theo công thức:

Fr= Katr Ew Ss

Ew - d6 roi trung bình [Ix]

S - diện tích cần TK-CS [m°]

K„„ - hệ số dự trữ tính đến việc bám bụi bẩn vào bóng đèn khi lắp đạt

Thông thường trong các tài liệu chiếu sáng người ta chí cho trước

Emm (bảng tra) Tuy nhiên giưa Emm và E„ có quan hệ phụ thuộc và phụ

thuộc vào cách bố trí đèn (vào khoảng cách gữa các dẫy đèn và độ cao

treo đèn Trong thực tế z=E„u/Eoe phụ thuộc vào L/H và thông thường

z=0,8 + 1,4 Từ đó nếu ta đã bố trí đèn rồi thì từ L/H có thể tra được z -›

Ew = Ea /z; điều đó cũng có nghĩa là ta có thể xác định được quang thông

cần thiết cho mỗi bóng đèn

— K ote -E min S

F

Ngoài ra nếu biết được Fo chúng ta có thể tìm được loại bóng đèn thực tế

cần sử dụng -› tra bóng đèn (Pa ; Uam)

P., =n.P,

Trường hợp nếu chúng ta chưa bố trí đèn trước tức là ta chưa biết trước n

(số lượng bóng đèn) Thì chúng ta cũng có thể xác định được tổng quang

thông cần thiết cho khu vực cần TK-CS theo công thức sau:

K sin E min-S

F; =n.F, = —K K

“ “sd

Sau đó nếu ta chọn một loại bóng đèn cu thé có trên thị trường —› Đèn (Po ;

Fo; Uum), trên cơ sở đó ta có số lượng bóng đèn cần thiết cho khu vực cần

TK-CS:

n= K or -Emin S

Z.Fa.K

Chú ý : Hệ số sử dụng quang thông có thể tra được từ các bảng tra:

Ksa = f (loai dén; Q Pan; đường ; nên ) Trong đó ø - được gọi là chỉ số hìng dạng của căn phòng Nó được xác định theo chiều dài, chiều rộng của căn phòng và độ cao treo đèn

a.b

#— H(a+b)

Trong đó: a, b - chiều dài và chiều rộng của căn phòng cần TH-CS

H - là độ cao treo đèn

Trình tự tính toán theo phường pháp hệ số sử dụng quang thông:

10.7 Tính toán chiếu sáng theo phương pháp điểm: Trong phương pháp này như ỏ phần trên đã giới thiệu chúng ta chỉ quan tâm đến độ rọi chiếu trực tiếp tư các đèn tới và vì vậy chúng ta sẽ tính độ rọi từ một đèn đến một diện tích ds (tại điểm A) như HV

Xác định đô roi của đèn tới một điểm:

8- Góc tạo bởi pháp tuyến của dS với tia tới

œ - Góc tạo bởi đường thẳng đứng với tia tới

R - Khoảng cách từ đèn tới điêm A

H - Độ cao treo đèn

Từ khái niệm về góc khối ta co dS=R*.da@ Tuy nhiên phần diện tích trong (HV) của chúng ta không nằm thẳng góc với tia tới Mà pháp tuyến của nó tạo với tia tới một góc j8 và vì vậy phần diện tích vuông góc với tia tới thực chất sẽ là:

R? do

cos Ø8

Măt khác lượng quang thông từ đèn gửi tới diện tích dS theo hường ø có thể xá định theo biểu thức:

dS=

dF = la.do

Từ định nghĩa về độ rọi ta có

_OF _, cos £ dS_ “ Rˆ

-

Nhân xét: “ Độ rọi của nguồn sáng đến một điểm tỷ lệ thuận với cường độ

sáng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách”

Trong thực tế thường người ta biết được độ cao treo đèn (H) nhiều hơn là

khoảng cách từ đèn đến 1 điểm (R) Vì vậy chung ta sẽ chuyển công thức

tính độ rọi của đèn chỉ theo H mà thôi

S Xét tam giác vuông (1V)

lạ

H vào biểu thức trên ta có:

Í COS

H

|_.cos’ a@

H?

Vi trong thực tế cùng một kiểu đèn có nhiều loại công suất khác nhau, mặc

dù chung cùng có đường cong phân bố cường độ sáng như nhau (lượng

quang thông phát ra của các đèn cũng khác nhau) Cho nên trong các tài

liệu chuyên môn người ta cho biết biểu đò phân bố cường độ sáng của một

loại đèn qui ước có quang thông la 1000 lm Vậy nếu gọi lz là quang thông

của đèn qui ước 1000 Ím và Là là quang thông của một đèn thực bất ký ta

có:

l.F„ cos” œ

1000 H

Trong thực tế độ rọi tại điểm A phải là tổng hợp độ rọi của nhiều đèn có

trong phòng nào đó Cho nên ta có:

(với giả thiết ta sử dụng cùng một loại bóng đèn vá các đèn cùng được treo

Ở cùng một độ cao)

E.=E;tEatEs+tLl - XE,

+ Do tính chất công việc tại điểm A Ta tra được Em và trong thiết kế ta vẫn nên thêm

hệ số dự trữ Cho nên ta có:

Ea = Katr.Emin

Ta có thể tính được quang thông tối tiểu cần thiết của mỗi đèn là:

= Kar-Emn

5 E,

it

Fi

| ,.COS” @;

- Hệ số kể đến độ rọi của các đèn khác ẩnh hưởng đến điểm đang xét nhưng chưa được tính trong * trên Thông thường w= 1,1 = 1,2

Đội rọi do đèn thứ ¡ chiếu tới

10.8 Kiểm tra đô roi thực tế:

+ Không phải lúc nào cũng cần kiểm tra độ rọi thực tế, mà chỉ ở những trường hợp nơi làm việc đồi hỏi mức độ cao về CS

+ Nội dung của phương pháp kiểm tra là: Bất kỳ 1 điểm nào trên diện tích được chiếu sáng cũng được chiếu sáng bởi tất cả các bóng đèn trong phòng Vì vậy ta có thể áp dụng phương pháp xếp chồng để tính độ rọi tại từng điểm trên bề mặt sản xuất Thông thường người ta chọn vài điểm ở vị trí bất lợi nhất về chiếu sáng Sau đó tính đội rọi cho các điểm đó, rồi kiểm tra xem có đạt yêu cầu hay không, nếu chưa đạt thì phải tiến hành tính lại + Trong trường hợp nơi làm việc có yêu cầu cao về chiếu sáng thì ngoài việc kiểm tra kể trên chúng ta còn cần phải kiểm tra cả độ điều hoà:

E

= = > phải lớn hơn mức qui định

max