Bài giảng Kỹ thuật chiếu sáng

Hiện tượng chúi lúa Khi cú sự chờnh lệch quỏ mức về độ chúi, nhất là trong tầm nhỡn thỡ khụng trỏnh khỏi nguy cơ bị lúa mắt gõy khú chịu, ảnh hưởng đến sự nhỡn của mắt. Chúi lúa xuất h

11/23/2023 1

KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG

Bùi Anh Tuấn

Ch4 Thiết kế chiếu sáng trong nhà

Ch5 Thiết kế chiếu sáng ngoài trời

Ch6 Giới thiệu một số phần mềm hỗ trợ TKCSPhần 3 HTCCĐ, Quản lý, VH-BD HTCS

Ch7 HTCCĐ&ĐK chiếu sáng

Ch8 Quản lý, vận hành và bảo dưỡng HTCS

11/23/2023 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 TS Nguyễn Quang Thuấn (chủ biên)

Kỹ thuật chiếu sáng - NXBKH & KT, 2013

2 PGS Phạm Đức Nguyên

CS TN và nhân tạo các công trình kiến trúc - NXBKH&KT, 2002

3 R.H.Simons and A.R Bean

Lighting Engineering Applied Calculation-Architectural Press

11/23/2023 5

Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1 Ánh sáng

1.2 Mắt và sự cảm thụ ánh sáng của mắt người 1.3 Các đại lượng đo ánh sáng

1.4 Tiện nghi nhìn

11/23/2023 6

1.1 ÁNH SÁNG

 Ánh sáng nhìn thấy (ánh sáng) là một bức xạ sóng điện từ có bước sóng nằm trong dải quang học (λ= 380÷780nm) mà mắt người cảm nhận được.

 Phổ của một ánh sáng không liên tục gọi là phổ vạch

11/23/2023 9

1.2.2 Cảm nhận màu và phân biệt chi tiết của tế

bào cảm quangĐặc tính thị giác Thị giác ngày (photopic) Thị giác đêm (scotopic)

Tế bào cảm quang Hình nón, đáy 0,005mm, cao

0,07mm Hình que, dài 0,07mm đường kính 0,002mm

Phân bố tế bào 150.000/mm2, giữa võng mạc ngoài tâm võng mạc

Độ nhạy cảm nhận > 3,4 cd/m2 < 0.034 cd/m2

Thời gian thích ứng dưới 2 phút 30 - 40 phút

Độ nhạy phổ Cực đại ở λ = 555 nm Cực đại ở λ = 510nm

Trên võng mạc có 2 loại tế bào thần kinh cảm quang: Hình nón và hình que

11/23/2023 10

1.2.3 Độ nhạy cảm của mắt

vλ

F là phần năng lượng của sóng điện từ được đánh giá bằng mắt

người theo tác động của nó.

K = 683 lm/W-Hệ số chuyển đổi đơn vị

Wλ là năng lượng bức xạ

Vλ là độ nhạy cảm tương đối của mắt

11/23/2023 12

11/23/2023 13

Các hệ số che khuất

11/23/2023 14

11/23/2023 15

Khái niệm về góc khối Ω

Sr R

R R

S2 = 4 π .2 2 = 4 π ,

= Ω

) (

,

2 Steradian Sr R

S

= Ω

Góc khối có giá trị lớn nhất lớn nhất là:

11/23/2023 16

11/23/2023 17

1.3.3 Độ rọi E

Dùng để xác định một khu vực sáng như thế nào khi được chiếu sáng bằng một nguồn sáng.

 Độ rọi tại 1 điểm trên mặt

phẳng CS bất kỳ

I

dF r

dF

11/23/2023 19

1.3.3 Độ rọi E

11/23/2023 20

1.3.3 Độ rọi E

11/23/2023 21

1.3.3 Độ rọi E

11/23/2023 22

1.3.4 Độ chói L

Khi ta nhìn vào một nguồn sáng hoặc một vật được chiếu

sáng, ta cảm thấy bị chói mắt Đặc trưng cho điều này người ta đưa ra khái niệm độ chói

11/23/2023 23

1.3.4 Độ chói L

11/23/2023 24

1.3.4 Độ chói L

Độ chói nhỏ nhất

để mắt người nhìn thấy 10 -5 cd/m 2

Bắt đầu gây lóa mắt ở 5000 cd/m 2

2

R

I dS

I L

π

=

=

Khi β = 0, thì:

11/23/2023 25

1.3.4 Độ chói L

11/23/2023 26

1.3.4 Độ chói L

11/23/2023 27

11/23/2023 28

SO SÁNH ĐỘ RỌI – ĐỘ CHÓI

11/23/2023 29

1.3 TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA VẬT LIỆU

Nếu có một lượng quang thông F tới đập vào bề mặt vật liệu thì có thể xảy ra các trường hợp sau:

11/23/2023 30

1.3.1 Phản xạ ánh sáng

11/23/2023 31

1.3.1 Phản xạ ánh sáng

11/23/2023 32

1.3.2 Truyền ánh sáng

11/23/2023 33

1.3.2 Truyền ánh sáng

11/23/2023 34

1.3.3 Hấp thụ ánh sáng

11/23/2023 35

1.3.3 Hấp thụ ánh sáng

11/23/2023 36

11/23/2023 37

1.4 TIỆN NGHI NHÌN

Chất lượng ánh sáng của nguồn sáng liên quan chặt chẽ với sự phân biệt, thích ứng, cảm thụ,… của mắt người Vì thế, trong thiết kế chiếu sáng đòi hỏi nhất thiết các yếu tố này phải được quan tâm có

thể gọi đây là tiên nghi nhìn Sau đây giới thiệu một số khái niệm về

tiện nghi nhìn cần quan tâm trong thiết kế chiếu sáng.

1.4.1 Khả năng phân biệt của mắt người

Khả năng phân biệt (thị lực) được xác định bằng

góc mà người quan sát có thể phân biệt được hai

điểm hoặc hai vạch đặt gần nhau.

HV bên trái, mắt chỉ phân biệt được một điểm

sáng do ảnh của hai điểm sáng rơi vào cùng 1 tế

bào cảm quang; còn hình phải mắt có thể phân

biệt được 2 điểm.

Khi điều kiện chiếu sáng có sự thay đổi lớn (ví dụ: người đi

từ nơi độ sáng rất lớn vào nơi độ sáng rất nhỏ hoặc ngược lại), mắt không thích nghi được một cách tức thời mà phải mất một thời gian thích nghi tương đối dài Hiện tượng này

gọi là sự thích nghi thị giác Đặc điểm này cần được chú ý

khi thiết kế chiếu sáng để tránh đột ngột trong cảm nhận ánh sáng có thể gây nguy hiểm cho người lao động và tham gia giao thông

11/23/2023 40

1.4 TIỆN NGHI NHÌN

1.4.4 Hiện tượng chói lóa

 Khi có sự chênh lệch quá mức về độ chói, nhất là trong tầm nhìn thì không tránh khỏi nguy cơ bị lóa mắt gây khó chịu, ảnh hưởng đến sự nhìn của mắt

 Chói lóa xuất hiện khi các đèn, cửa sổ hoặc các nguồn sángkhác nhìn thấy trực tiếp hoặc phản xạ với độ chói quá lớn sovới độ chói xung quanh

 Có 2 loại chói lóa cơ bản: Chói lóa bất lực và chói lóa mấttiên nghi

 Chói lóa bất lực (disability glare) là chói lóa làm giảm khả

năng nhận biết của người quan sát gây ra bởi các nguồn sáng

có độ chói lớn nằm trong môi trường quan sát.

 Chói lóa mất tiện nghi (discomfort glare) là chói lóa không

làm giảm khả năng quan sát nhưng tạo ra cảm giác không thoải mái, thiếu tiện nghi.

11/23/2023 41

1.4.4 Hiện tượng chói lóa

 Chiếu sáng trong nhà để hạn chế

chói lóa, người ta quy định góc bảo

vệ của bộ đèn γ Khi góc γ nhỏ hơn

450, chói lóa mất tiện nghi không

còn đáng kể Thường trong các nhà

máy công nghiệp, chiếu sáng

thường đòi hỏi góc bảo vệ nhỏ hơn

Góc bảo vệ ngang

 Chiếu sáng ngoài trời, đặc biệt là chiếu sáng đường người ta quan tâm đến độ tăng ngưỡng TI (Threshold Increment) với chói lóa bất lực và chỉ số kiểm soát chói lóa G (Glare Control Mark) với chói lóa mất tiện nghi Vấn đề này sẽ đề cập kỹ hơn phần chiếu sáng đường (chương 5)

11/23/2023 42

BÀI TẬP VÍ DỤ

1 Hãy tính cường độ ánh sáng của một bóng đèn sợi đốt theo

mọi hướng Biết công suất P = 40W và quang thông F = 430lm

2 2 Trong một góc khối dΩ = 5,55.10-9sr, mặt trời phát ra

quang thông xuống trái đất dF = 1,45.1019lm Biết bán kính của mặt trời R = 695.000 km Hãy tính cường độ ánh sáng của mặt trời chiếu xuống đất và độ chói của mặt trời đối với người quan sát đứng trên trái đất?

3 Một đèn có quang thông F=1380lm bức xạ

theo mọi hướng treo cách mặt bàn h=1,3 m

a Để độ rọi trên quyển sách đặt tại điểm B là

50lux thì khoảng cách a chỗ đặt quyển sách

đến nguồn sáng trên mặt bàn là bao nhiêu?

11/23/2023 43

BÀI TẬP VÍ DỤ

b Tính độ chói của trang sách khi biết hệ số phản xạ ρ = 0,7?

c Nếu bóng đèn đặt ở tâm quả cầu nhựa mờ đường kính 0,3m

có hệ số xuyên sáng τ =0,8 thì độ chói của mặt cầu này là bao nhiêu?

4 Một đèn sợi đốt có cường độ ánh sáng 100cd theo mọi hướng

tạo ra một độ rọi 40lx trên bề mặt bàn được đặt ở tư thế

thẳng đứng dưới ngọn đèn Hãy cho biết:

a Khoảng cách từ đèn đến bàn là bao nhiêu?

b b Độ rọi sẽ là bao nhiêu nếu đèn được hạ thấp xuống

11/23/2023 44

BÀI TẬP VÍ DỤ

5 Một đèn sợi đốt treo cách nền nhà

3m dùng hệ thống phản quang hắt

xuống dưới với cường độ 400cd

a Hãy tính độ rọi tại điểm A và điểm B

11/23/2023 1

Chg 2 NGUỒN SÁNG (ĐÈN ĐIỆN)

2.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

2.1.1 Phân loại nguồn sáng ( NLLV)

BÓNG ĐÈN

THƯỜNG HALOGEN QUANGHUỲNH CA THỦY NGÂN (SOUDIUM)Na METAL-HALIDE

ỐNG

COMPACT

CAO ÁP

THẤP ÁP

11/23/2023 2

2.1.1 Phõn loại nguồn sỏng (theo NLLV)

ống phóng điện đợc rút một phần khí,

áp suất thấp hơn áp suất khí quyển ống phóng điện đợc nạp khí,

áp suất cao hơn áp suất khí quyển một chút

Quá trình phóng điện trong gồm ba bớc:

 Tạo nên các điện tử tự do và gia tốc điện tử bằng điện trờng.

 Động năng của các điện tử tự do biến đổi thành năng lợng kích thích của

các nguyên tử chất khí.

 Năng lợng kích thích của các nguyên tử chất khí đợc biến đổi thành bức xạ

ánh sáng nhìn thấy

11/23/2023 3

2.1.1 Phân loại nguồn sáng (bố trí và kích thước)

a Nguồn sáng điểm

Khi khoảng cách từ nguồn đến mặt làm việc lớn hơn nhiều

so với kích thước nguồn sáng (thường nguồn sáng có kích thước nhỏ hơn 0,2 khoảng cách chiếu sáng đều có thể coi là nguồn sáng điểm) Bóng đèn sợi đốt, compact có thể coi là nguồn sáng điểm

b Nguồn sáng đường

Một nguồn sáng được coi là nguồn sáng đường khi chiều dài của nó đáng kể so với khoảng cách chiếu sáng Có thể coi đèn ống là nguồn sáng đường Các băng sáng, bóng đènđược bố trí thành các dải sáng là nguồn sáng đường

c Nguồn sáng mặt

Các đèn được bố trí thành mảng hoặc ô sáng được coi nhưnguồn sáng mặt

11/23/2023 4

Sợi đốt Halogen

2.1.2 Sơ lược lịch sử phát triển và phạm vi sử dụng

11/23/2023 5

2.2 CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CƠ BẢN

2.2.1 Điện áp và Công suất

220V/250W 220V/100W

CẦN PHÂN BIỆT

• Điện áp trên bóng đèn hay trên bộ đèn

• Công suất bóng đèn hay trên bộ đèn

W

lm P

F

2.2.3 Hiệu suất phát quang

(luminous efficiency)

 Đánh giá quá trình biến đổi điện năng thành quang năng;

 Hiệu suất phát quang càng cao, chứng tỏ đèn càng TKĐN.

2.2.2 Quang thông F

11/23/2023 6

Hiệu suất phát quang của một số loại đèn

11/23/2023 7

Như vậy, để xác định T của nguồn sáng cần phải so sánh ánh sáng của nó với ánh sáng bức xạ của vật đen tuyệt đối được đốt nóng khoảng 2000-100000K

Để đánh giá chính xác hơn các loại ánh sáng trắng, người ta dùng khái niệm nhiệt độ màu T

11/23/2023 8

11/23/2023 9

2.2.4 Nhiệt độ màu T (Colour Temperature)

11/23/2023 10

 T của một NS không phải nhiệt độ của bản thân nó.

 Nhiệt độ màu cho ta cảm giác định tính về vùng cực đại trong

phổ năng lượng của nguồn sáng.

 Ta nói ánh sáng đèn sợi đốt là ánh sáng “ấm” vì có phổ năng lượng cực đại nằm ở vùng bức xạ màu đỏ,

 Còn ánh sáng đèn huỳnh quang là ánh sáng “lạnh” vì phổ năng lượng bức xạ của nó giàu màu xanh da trời.

 Qua các nghiên cứu, người ta chỉ ra rằng:

 Nguồn có T thấp chỉ dùng cho những nơi đòi hỏi độ rọi thấp;

 Ngược lại, nơi đòi hỏi độ rọi cao lại phải dùng các nguồn có nhiệt độ màu lớn (ánh sáng lạnh).

Vì vậy trong thiết kế chiếu sáng, người ta coi T như tiêu chuẩn đầu tiên để lựa chọn NS phù hợp với không gian có độ rọi yêu cầu đã biết nhằm đạt được môi trường ánh sáng tiện nghi.

11/23/2023 11

Biểu đồ Kruithof

Biểu đồ Kruithof là tiêu chuẩn đầu tiên cho sự lựa chọn nguồn sáng Ta nhận thấy muốn có độ rọi với độ tiện nghi cao thì nguồn sáng phải có nhiệt độ màu thích hợp

11/23/2023 12

2.2.5 Chỉ số truyền đạt mầu

Để đánh giá khả năng phân biệt chính xác màu sắc của vật được chiếu sáng ánh sáng của một nguồn sáng đó, người ta đưa ra khái niệm CRI

11/23/2023 13

11/23/2023 14

1.2.5 Chỉ số truyền đạt mầu

11/23/2023 15

1.2.5 Chỉ số truyền đạt mầu

11/23/2023 16

2.3 ĐÈN SỢI ĐỐT

2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

11/23/2023 17

2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

11/23/2023 19

11/23/2023 20

Ảnh hưởng của điện ỏp đến cỏc đặc tớnh của đốn

 Gọi Φ0, I0, P0, D0 là quang thông, dòng điện, công suất, tuổithọ của đèn ở điện áp định mức U0, khi ta đặt lên đèn một

điện áp U thì có quan hệ :

Φ/Φ0 = ( U/U0 )3,5 (2.1)

I/I0 = (U/U0 )0,5 (2.2)P/P0 = ( U/U0 )1,5 (2.3)D/D0 = ( U0/U)13,5 (2.4)

11/23/2023 21

2.3.3 Phạm vi sử dụng:

11/23/2023 22

2.3.3 Phạm vi sử dụng:

11/23/2023 23

Từ năm 1960, ngoài khí trơ người ta còn bổ sung Halogen (Iốt, Brom) khi đó vonfram bốc hơi lắng đọng trên sợi đốt mà không bị ngưng đọng trên thành bóng đèn cho phép đạt nhiệt độ 31000K, hiệu quả ánh sáng từ 20-27lm/W tuổi thọ trung bình 2000h.

11/23/2023 24

11/23/2023 26

ánh sáng, phải dùng thiết bị mồi đèn Thiết bị mồi đèn hay dùng

là tắc-te và chấn lưu

bị dãn nở chập mạch làm cho tắc te không phóng điện nữa,nhiệt độ giảm đi Sau một khoảng thời gian ngắn bản lỡng kim

hở mạch kéo theo mạch điện qua chấn lu hở mạch Năng lợng

từ trờng tích lũy trong chấn lu tạo nên quá điện áp quá độ khi

hở mạch gây phóng điện ban đầu trong đèn

đầu trong đèn.

Trong cả hai trờng hợp nên sử dụng một điện dung nhỏ

cỡ 6nF làm tăng thời gian quá điện áp do đó mồi đèn dễ dàng hơn.

11/23/2023 29

Đèn HQ với chấn lưu điện từ

11/23/2023 30

Đèn HQ với chấn lưu điện tử

11/23/2023 31

CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CHÍNH

11/23/2023 32

11/23/2023 33

11/23/2023 34

11/23/2023 35

ƯU ĐIỂM CỦA ĐÈN HQ

11/23/2023 36

NHƯỢC ĐIỂM CỦA ĐÈN HQ

11/23/2023 37

11/23/2023 38

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN HQ

11/23/2023 39

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN HQ

11/23/2023 40

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN HQ

11/23/2023 41

CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CỦA ĐÈN HQ

11/23/2023 42

11/23/2023 43

11/23/2023 44

2.5 ĐÈN PHÓNG ĐIỆN KHÁC

11/23/2023 45

BÓNG PHÓNG ĐIỆN

Phóng điện trong môi

trường khí hoặc hơi

kim loại

Ống thạch anh

Dòng HQ

Nguyên tử Bầu thủy tinh

Bức xạ UV

11/23/2023 46

11/23/2023 47

2.5.1 ĐẩN THỦY NGÂN CAO ÁP

 Phóng điện trong hơi thủy

ngân có áp suất cao từ 1 đến

10 at bức xạ ánh sáng gồm

bốn vạch chính là 400, 430,

540, 560 nm và có màu trắng

11/23/2023 48

2.5.1 ĐẩN THỦY NGÂN CAO ÁP

 Đèn hơi thuỷ ngân đợc phát triển đầu tiên từ năm 1901 nhng đèn thủy ngân cao áp đợc sử dụng chiếu sáng trong nhà từ năm 1960, sau

đó đợc cải tiến nhờ sử dụng thêm phốt pho tạo nên màu trắng deluxe

 Hiệu quả ánh sáng khoảng 50 lm/W, chỉ số thể hiện màu thấp Do đặc tính của đèn thủy ngân bị xuống cấp nhanh và hiệu quả năng l- ợng thấp nên đèn thủy ngân cao áp có xu h- ớng bị loại bỏ

11/23/2023 49

2.5.2 ĐẩN HALOGEN KIM LOẠI (METAL HALIDE)

 Nguyên lý phóng điện của hơi

halogen kim loại đợc Steinmetz

mô tả đầu tiên từ năm 1911 và

đ-ợc công ty General Electric ứng

dụng đầu tiên trong công nghiệp

 Nó là đèn thủy ngân CA cho

thêm vào môi trờng thủy ngân

muối iốt của các kim loại nh

Indi, Thali, Natri Vì iốt thuộc

nhóm halogen nên những đèn có

môi trờng này gọi là đèn halogen

kim loại (Metal halide)

11/23/2023 50

2.5.2 ĐẩN HALOGEN KIM LOẠI (METAL HALIDE)

 Các loại đèn này có hiệu quả

sáng khoảng 70-100 lm/W và

đ-ợc chế tạo với dải công suất từ

32 đến 2000 W nhiệt độ màu

2700-45000K, CRI = 65-80.

 Đèn Metal halide thay thế

TNCA trong chiếu sáng nhà

x-ởng, sân thể thao, quảng trờng,

cầu cảng nhằm TKĐN.

 Nhợc điểm của đèn này là giá

thành cao, sau một thời gian sử

dụng màu bị thay đổi

11/23/2023 51

 Đèn Sodium áp suất cao xuất

hiện năm 1961 và đợc thơng mại

hóa vào năm 1965, sử dụng trong

chiếu sáng ngoài trời, chiếu sáng

các công trình công nghiệp, văn

hóa thể thao và là nguồn sáng lý

tởng cho chiếu sáng đờng giao

thông

 Cấu tạo đèn gồm bóng thủy tinh

alumin hình ô van, kích thớc tơng

đối nhỏ, có hơi Natri với áp suất

250 mm Hg, đui xoáy, công suất

từ 35 đến 1000W

màu tơng đối kém, CRI = 20.

Tuổi thọ lý thuyết có thể tới

10.000 giờ

11/23/2023 53

2.5.4 ĐẩN NATRI ÁP SUẤT THẤP LPS (SODIUM TA)

 Được sử dụng từ 1940 ở chõu õu và năm 1970 ở Mỹ.

 ống phát hồ quang (hình chữ U) làm từ thủy tinh

chịu nhiệt, chứa Natri và một lợng nhỏ khí argon và

neon Áp suất trong ống khoảng 10 -3 mm Hg, khoảng

giữa ống phóng điện và ống phía ngoài là chân không

ánh sáng đợc phát ra bởi điện tử tác động lên các

nguyên tử Natri gây ra hồ quang Nguyên tử Natri ở

trạng thái kích thích khi chuyển về trạng thái cơ bản sẽ

phát ra ánh sáng đơn sác màu vàng, trong đó 95% tại

b-ớc sóng 589nm còn lại 5% phát tại bb-ớc sóng 586nm.

 Bức xạ đèn Sodium áp suất thấp đơn sắc màu da cam, với bớc sóng này

ảnh của đối tợng đợc tiêu tụ đúng trên võng mạc, vì thế đèn Sodium áp suất thấp thích hợp cho việc chiếu sáng hệ thống giao thông, dễ dàng quan sát các đối tợng đang chuyển động