Bài tập lớn Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phòng học

Mục đích thiết kế chiếu sáng là đưa ra được một phân bố ánh sáng hợp lí đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật, đáp ứng được nhu cầu tiện nghi ánh sáng và thẩm mĩ trong không gian thiết kế.. Về n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

BỘ MÔN ĐIỆN KỸ THUẬT

BÀI TẬP LỚN

HỆ THỐNG HẠ ÁP 1 Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho phòng học

Thầy hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Thiện

MSSV: 190565

Lớp: 65MEC1

Hà Nội

LỜI MỞ ĐẦU

Phòng học là nơi diễn ra các hoạt động giảng dạy học tập, nghiên cứu của thầy cô giáo, giảng viên, giáo sư, Việc thiết kế bố trí phòng học ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bài giảng Phòng học được bố trí ở nơi yên tĩnh thì sẽ giảm bớt phiền nhiễu để tập trung vào việc học tập Không những thế ánh sáng và đồ nội thất, các vật dụng, trang thiết bị cũng ảnh hưởng đến việc nghiên cứu và học tập Vì vậy một trong những vấn đề đó là thiết kế chiếu sáng cho phòng học để đảm bảo độ sáng cần thiết

Mục đích thiết kế chiếu sáng là đưa ra được một phân bố ánh sáng hợp lí đảm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật, đáp ứng được nhu cầu tiện nghi ánh sáng và thẩm mĩ trong không gian thiết kế

Nội dung bài toán thiết kế chiếu sáng như sau:

- Thiết kế sơ bộ: qua nghiên cứu các không gian thường gặp đưa ra một không gian tiêu chuẩn hình hộp bằng cách tính toán và thực nghiệm đưa ra bảng tiêu chuẩn, bảng tra

- Thiết kế sơ bộ đưa ra phương pháp chiếu sáng, cấp và số lượng bộ đèn Đưa ra tổng quang thông cần cấp và chọn loại bóng đèn đáp ứng nhu cầu chất lượng cùng với lưới bố trí đèn Thường bố trí lưới hình chữ nhật với chiều cao đặt đèn đã ấn định, bước này thường thực hiện nhiều phương án để so sánh cân nhắc chọn phương án tối ưu để tiếp tục tính toán Ở đây yếu tố thẩm mĩ cũng được cân nhắc trong thiết kế chiếu sáng

- Kiểm tra thiết kế: ở bước này cần phải thực hiện việc tính toán để tìm được các độ rọi trên trần tường, mặt phẳng làm việc một cách chính xác hơn Sau đó dùng các kết quả tính toán được để kiểm tra theo các tiêu chuẩn đã đặt ra về yêu cầu, tiện nghi ánh sáng, thẩm mĩ,

YÊU CẦU THIẾT KẾ

Thiết kế hệ thống chiếu sáng trong lớp học có chiều dài 26m, rộng 23m, cao 3,5m, trần sơn màu trắng có hệ số phản xạ  0,7, tường sơn màu trắng nhạt có hệ số phản xạ

0,7

  , mặt bàn làm bằng gỗ nâu có hệ số phản xạ  0,3 Độ rọi yêu cầu 450 lux Hãy:

1 Trình bày tính toán thiết kế theo công thức đã học

2 Sử dụng phần mềm Dialux để tính toán kiểm nghiệm lại kết quả đã tính ở mục 1

TRÌNH TỰ THIẾT KẾ

I Nhận xét địa điểm chiếu sáng

Vì địa điểm là lớp học: chọn kiểu chiếu sáng bán trực tiếp (cấp chiếu sáng từ KN) Độ rọi yêu cầu 450 Lux, khi chọn đèn nhiệt độ màu phải nằm trong khoảng tiện nghi của mắt:

- Tm = 3000-4500K Mục đích chiếu sáng để học tập nên chỉ số hoàn màu dự kiến là Ra>70 Chiếu sáng đảm bảo độ đồng đều nên chỉ số (n/h) < 1,6 hoặc 1,5

- Hệ số phản xạ:

Trần nhà: 0,7

Tường nhà: 0,7

Mặt hữu ích: 0,3

Các giá trị độ rọi tiêu chuẩn trong thang độ rọi: 0,2; 0,3; 0,5; 1; 2; 33; 5; 7; 10; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 1000; 1250; 1500; 2000; 2500; 3000; 3500; 4000; 4500; 5000 lux

Từ đó, dựa vào Bảng 1 cùng với yêu cầu thiết kế, ta chọn độ rọi yêu cầu cho phòng học

E yc = 450 lux.

II Xác định kích thước chiếu sáng

- Chiều dài: a = 26m

- Chiều rộng: b = 23m

- Chiều cao tính từ sàn tới trần: H = 3,5m

- Cổ trần h’ = 0m

- Chiều cao bề mặt làm việc: 0,85m

- Chiều cao hữu ích: h = H – h’ – 0,85 = 3,5 – 0,85 = 2,65m

h a b 2,65 26 23

Chỉ số treo:

0,036 ' 2,65 0,1

h J

h h

Tỷ số treo đèn:





h' J

h h' thường h  2 h' nên 0   J 1 3 /

- h: là khoảng cách từ bộ đèn đến mặt phẳng làm việc

- h’: là khoảng cách từ bộ đèn đến trần

h là thông số hình học quan trọng nhất trong các thông số kĩ thuật quyết định chất lượng thiết kế Khi chọn h cần cân nhắc kết cấu công trình, dầm nhà quạt trần

Về nguyên tắc nhà cao, có điều kiện để chọn h lớn thì sẽ đạt được độ đồng đều ánh sáng

và hiệu suất cao vì khi đó sẽ sử dụng được bóng có công suất lớn, quang thông lớn, bóng

có hiệu suất phát quang cao hơn

Chọn hệ số bù:

- Hệ số suy giảm quang thông: 1 0,8 

- Hệ số suy giảm do bám bụi: 2 0,9 

Vậy hệ số bù là:

1,3

1 2 0,8.0,9



 

III Thiết kế

Bảng chỉ số hoàn màu:

Nhóm

hoàn

màu

Chỉ số hoàn màu CRI

Chất lượng nhìn màu

Phạm vi ứng dụng

1A CRI > 90 Cao Công việc cần sự hoàn màu chính xác, ví dụ

việc kiểm tra in màu, nhuộm màu, xưởng vẽ 1B 80 < CRI < 90 Cao Cần sự hoàn màu tốt, phù hợp cho phòng học,

giảng đường, sinh hoạt,…

2 60 < CRI < 80 Trung

bình Cần sự phân biệt màu tương đối

3 40 < CRI < 60 Thấp Cần phân biệt màu sắc nhưng chỉ chấp nhận

biểu hiện sự sai lệch màu sắc ít

4 20 < CRI < 40 Thấp Không cần phân biệt màu sắc

Ta chọn đèn có chỉ số hoàn màu CRI nằm trong khoảng 80 90 là phù hợp nhất

- Tính kinh tế: hiệu suất phát quang, tuổi thọ bóng đèn,…

Một số đèn thông dụng:

- Đèn huỳnh quang: nhờ vào hiệu suất phát quang cao, chỉ số hoàn màu đạt tiêu chuẩn, nên đèn được ứng dụng rộng rãi nhất trong chiếu sáng nội thất

- Đèn sợi đốt: có hiệu suất phát quang thấp, tuổi thọ thấp nhưng chất lượng hoàn màu cao (chỉ số hoàn màu cao) được ứng dụng ở những nơi có độ rọi thấp, hoặc được sử dụng trong chiếu sáng cục bộ, đèn bàn, đèn máy công cụ, đèn trang trí

- Đèn led: có tuổi thọ cao hơn nhiều so với đèn sợi đốt và đèn huỳnh quang, thông dụng trong trang trí nội thất với màu sắc đa dạng có thể tùy chỉnh dễ dàng, nhưng đèn led lại

có hiệu suất phát quang thấp, hệ số truyền đạt màu không cao mà giá thành cũng không hề rẻ lên ít được ứng dụng trong chiếu sáng nội thất

Căn cứ theo độ rọi yêu cầu và biểu đồ Kruithof ứng với nhiệt độ màu 4000 K (môi trường tiện nghi)

 Từ đó, ta chọn đèn Philips CR150B LED35S/840 PSD W30L120 IP54 là loại bóng led thế hệ mới với chuẩn chống ẩm IP54 phù hợp với điều kiện sử dụng ở Việt Nam

Với các thông số như sau:

Tiêu chí kỹ thuật CR150B

LED35S/840

Quang thông (Lm) 3500 Lm

Hiệu suất phát quang

(Lm/W)

90

Chỉ số hoàn màu CRI 82

Nhiệt độ màu 4000oK

- Xác định cấp của đèn:

16,6 29 37,5

I1 = 340 I2 = 300 I3 = 270

F’1 = 476

44,9 51,3 57,2

I4 = 220 I5 = 200 I6 = 180

F’2 = 314

62,7 68 73

I7 = 150 I8 = 140 I9 = 60

F’3 = 183

78 82,8 87,6

I10 = 40 I11 = 30 I12 = 20

F’4 = 47

- Từ bảng trên và phụ lục ta có:

F’1 = 476  Đèn cấp D

F’1 + F’2 = 476 + 314 = 790  Đèn cấp D

F’1 + F’2 + F’3 + F’4 = 476 + 314 + 183 + 47 = 1020

 Hiệu suất của đèn:

1 02 1000

,

IV Xác định tổng quang thông của các bộ đèn chiếu sáng

yc dt d

E S.k





 

Trong đó:

- Eyc: độ rọi yêu cầu, lux

- S: diện tích bề mặt chiếu sáng, m2

- : Hiệu suất của đèn (có giá trị khoảng 0,5-0,7)

- Kdt: Hệ số dự trữ, thường lấy 1,2 - 1,3 hoặc tra bảng

- Hệ số không gian được xác định theo biểu thức:

kg

a.b k

h( a b )





Bảng 4 Hệ số dự trữ

Tính chất của gian phòng Ví dụ các gian phòng Hệ số dự trữ

Phòng có nhiều khói, bụi, tro Phân xưởng thêu kết, nhà máy xi

Phòng có lượng khói bụi trung

Phòng có ít khói bụi Phân xưởng dụng cụ, lắp ráp, giảng

đường, phòng học, sinh hoạt,… 1,5 Xác định quang thông tổng của các bộ đèn theo đề bài ra:

- Hệ số phản xạ của trần, tường, mặt làm việc: 0,7; 0,7; 0,3

- Hệ số dự trữ: kdt = 1,5

- Quang thông tổng của các bộ đèn:

yc dt d

342970( lm ) 1,02





- Số bóng cần thiết:

t d

342970

3500





(bóng) , ta sẽ chọn 99 bóng

Để đảm bảo độ đồng đều của ánh sáng Độ đồng đều phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Khoảng cách giữa các đèn L

- Hệ số phản xạ của tường, trần, sàn

- Loại đèn

- Tỷ số L/h (giá trị cực đại của nó được cho ứng với từng loại đèn do các hãng sản xuất cung cấp)

- Trong trường hợp thiếu thông tin thì có thể lấy tỷ số L/h gần đúng như sau:

Nơi chiếu sáng và loại đèn Bố trí nhiều dãy Bố trí 1 dãy

Để đảm bảo độ đồng đều ánh sáng tại mọi điểm, khoảng cách từ các đường biên phải thỏa mãn điều kiện:

q

 

p

 

Trong đó:

L , L : khoảng cách giữa các đèn theo chiều dọc và ngang

- Cần 9 bóng đèn được bố trí như sau:

n = 2360mm; q = 1180mm; m = 2560mm; p = 1280mm

V Kiểm tra độ rọi tại các điểm cần thiết

- Độ rọi thực tế:

dt

.N 99.3500.1,02

a.b.k 26.23.1,3

 

Vậy hệ thống chiếu sáng đảm bảo yêu cầu chiếu sáng cho một phòng học

KIỂM TRA BẰNG PHẦN MỀM DIALUX

Phần mềm cho chúng ta thấy hình ảnh phân bố độ rọi của toàn phòng học, theo như quan sát ta có thể thấy tại những khu vực làm việc đều có độ rọi đạt yêu cầu, chỉ có khu vực gần sát vách tường thì độ rọi chưa đạt yêu cầu nhưng không ảnh hưởng đến chất lượng chiếu sáng cũng như yêu cầu thiết kế đề ra

KẾT LUẬN

Phòng học chiếu sáng đạt chuẩn là khi nó đủ các tiêu chí:

- Sử dụng bóng đèn LED, sáng hơn 20% so với đèn huỳnh quang thông thường và 130% so với đèn sợi đốt; màu sắc thật hơn, gần với ánh sáng tự nhiên

- Độ rọi đảm bảo 300 – 500 lux

- Đèn phải có chao chụp phản quang để tăng cường độ sáng, độ đồng đều khi phân bố ánh sáng

- Các dãy đèn nên bố trí song song với hướng nhìn và cửa để hạn chế phản xạ lóa mắt

- Ánh sáng của các nguồn sáng phải được bố trí chiếu trực tiếp từ trên xuống dưới

- Phòng học phải được bố trí đúng hướng, cửa sổ, cửa ra vào đủ ánh sáng tự nhiên

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

YÊU CẦU THIẾT KẾ 2

TRÌNH TỰ THIẾT KẾ 2

I Nhận xét địa điểm chiếu sáng 2

II Xác định kích thước chiếu sáng 3

III Thiết kế 4

IV Xác định tổng quang thông của các bộ đèn chiếu sáng 6

V Kiểm tra độ rọi tại các điểm cần thiết 9

KIỂM TRA BẰNG PHẦN MỀM DIALUX 10

KẾT LUẬN 11