Bài tập lớn môn kỹ thuật chiếu sáng Đề tài thiết kế chiếu sáng cho xưởng lắp ráp máy nặng và chiếu sáng Đường

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG1.1: Chiếu sáng trong nhà Kỹ thuật chiếu sáng nội thất nghiên cứu các phương pháp thiết kế hệ thốngchiếu sáng nhằm tạo nên môi trường

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: Nguyễn Thị Minh Hiền

NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN:

Trần Xuân Thanh - 2021607227

Lưu Đức Thanh 2021608253

Phạm Xuân Trường -2021601911

Nguyễn Trường Sơn -2021608196

Nguyễn Hữu Hiệp-2021602578

Trần Văn Đạt -2020607960

Mã lớp học phần: EE60.30.3

Hà Nội – 2024

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG 3

1.1: Chiếu sáng trong nhà 3

1.2: Chiếu sáng ngoài trời 3

CHƯƠNG 2: SỬ DỤNG DIALUX TRONG THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG 4

2.1: ĐỀ TÀI 1 4

2.1.1:Thiết kế sơ bộ 4

2.1.2: Mô phỏng kết quả trên DIALux 8

2.1.3: Thiết kế cung cấp điện 10

2.1.4: Phương pháp điều khiển chiếu sáng 15

2.2: ĐỀ TÀI 2 17

2.2.1: Giai đoạn 1 17

2.2.2: Giai đoạn 2: Kiểm tra 22

2.2.3: Giai đoạn 3: Thiết kế cung cấp điện và điều khiển chiếu sáng 24

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG

1.1: Chiếu sáng trong nhà

Kỹ thuật chiếu sáng nội thất nghiên cứu các phương pháp thiết kế hệ thốngchiếu sáng nhằm tạo nên môi trường chiếu sáng tiện nghi thẩm mỹ phù hợpvới các yêu cầu sử dụng và tiết kiệm điện năng của các công trình trong nhà Các bước thiết kế chiếu sáng trong nhà :

 Thiết kế sơ bộ nhằm xác định các giải pháp hình học và quang học vềđịa điểm chiếu sáng như kiểu chiếu sáng, lựa chọn loại đèn, bộ đèn vàcách bố trí đèn số kượng đèn cần thiết

 Kiểm tra các điều kiện độ rọi độ chói độ đồng đều theo tiêu chuẩn cảmgiác tiện nghi nhìn của phương án chiếu sáng

 Các yêu cầu cơ bản đối với chiếu sáng trong nhà

 Đảm bảo độ rọi đáp ứng được theo yêu cầu của từng công việc

 Không nên có bóng tối và độ rọi phải không đều

 Tạo được ánh sáng như ban ngày

 Coi trọng các yếu tố tiết kiệm năng lượng

1.2: Chiếu sáng ngoài trời

Thành phần chiếu sáng bên ngoài không thể thiếu được trong mọi không giankiến trúc đô thị Bao gồm chiếu sáng giao thông chiếu sáng làm việc và chiếusáng trang trí Ngoài chức năng bảo đảm an toàn cho phương tiện giao thông

và an toàn đô thị vào ban đêm còn góp phần làm đẹp cho công trình kiến trúc.Yêu cầu của thiết kế chiếu sáng bên ngoài :

 Đảm bảo chức năng định vị hướng dẫn cho các phương tiện tham giagiao thông

 Chất lượng chiếu sáng đáp ứng theo yêu cầu quy định

 Có hiệu quả kinh tế cao, mức tiêu thụ năng lượng thấp tuổi thọ của cácthiết bị chiếu sáng cao

 Thuận tiện trong vận hành và duy trì bảo dưỡng

CHƯƠNG 2: SỬ DỤNG DIALUX TRONG THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG

2.1: ĐỀ TÀI 1: Thiết kế chiếu sáng Xưởng với các kích thước như sau: Chiều

dài a = 60m, chiều rộng b = 20m, chiều cao h = 12m; với hệ số phản xạ là3:3:1 Khoảng cách từ sàn tới mặt phẳng làm việc là 0,85 m

Hình 2.1: Kích thước hình học của phòng thiết kế

2.1.1:Thiết kế sơ bộ

a) Chọn độ rọi yêu cầu

Khi chọn độ rọi yêu cầu và cấp quan sát cần nắm bắt theo TCVN 7114:2002phụ lục 4.2 trang 211 [1] Đối với văn phòng, phòng học độ rọi yêu cầu Eyc =300lx và cấp chất lượng quan sát loại C

b) Chọn bóng đèn

Ứng với độ rọi yêu cầu là 300lx, tra biểu đồ Kruithorf nên chọn loại bóng đèn

Hình 2.2: Hình ảnh thông tin loại đèn MPE-LED high bay

c) Bố trí sơ bộ đèn trong không gian chiếu sáng

Bộ đèn gắn trực tiếp lên trên trần, do dó:

Khoảng cách từ bộ đèn đến trần h’ = 0

Độ treo cao bộ đèn so vưới mặt phẳng làm việc:

−0 ,8=12−0−0 , 8=11.2m

Chỉ số treo đèn j = 0.

Chỉ số không gian k:

k= a b

h (a+b)=

60.20 11.2 (60+20)=1 ,34

Để đảm bảo độ đồng đều độ rọi trên mặt phẳng làm việc đối với loại đèn C,khoảng cách giữa các bộ đèn phải thỏa mãn điều kiện theo bảng 4.2 trang 83[1]

→ Số lượng đèn tối thiểu:N min=5.2=10 bộ

d) Xác định tổng quang thông bộ đèn

Diện tích phòng: S =a b=60 20=1200 m2

Hệ số dự trữ δ: Tra phụ lục 4.3 trang 216 [1] ứng với đèn LED trong môitrường ít bụi và được bảo dưỡng tốt được δ = 1,25

Hệ số lợi dụng quang thông U: Từ chỉ số đèn j = 0, chỉ số không gian k = 1,48

và các hệ số phản xạ ρ1: ρ2: ρ3=3 :3 :1 tra bảng phụ lục 4.4 trang 217 [1] tađược U = 1,01

Vậy tổng quang thông của các bộ đèn để đảm bảo độ rọi Eyc trên mặt phẳnglàm việc:

F ∑=E yc S δ

η U =300.1200 1 ,25

1 , 01.0 ,72 =618811, 88lm

e) Xác định số đèn thực tế và bố trí lại đèn

Số lượng đèn thực tế: N= F ∑

F bđ=618811, 88

13000 =47 ,6 bộ

→ Để đảm bảo N ≥ Nmin = 10 và đảm bảo tính thẩm mỹ, chọn N =48 bộ

Độ rọi trung bình đạt được trên mặt phẳng làm việc:

E tb=N F bđ ηU

S δ =48.13000 1 , 01.0 ,72

1200.1 ,25 =302 ,5 ≥ E yc=300lx

Bố trí 48 bộ đèn này trên trần phòng học theo như hình ở mục 3.1.4 là hợp lý

Tuy nhiên, khi tiến hành nhập liệu và mô phỏng kết quả tính toán trên phầnmềm DIALux thì đưa ra kết quả vẫn không đảm về độ rọi và độ đồng đềutheo yêu cầu công nghệ

2.1.2: Mô phỏng kết quả trên DIALux

Hình 2.3: Hình ảnh bố trí 12x4 bộ đèn khi mô phỏng

Cách bố trí chiều tổng 48 bóng với cách bố trí 12x4 với 12 cột và 4 hàngNhư hình trên ta thấy độ rọi tính toán E yc =300 lx<E tt =321lx đạt yêu cầu

Kết luận:

Sau khi tiến hành thiết kế, có thể nhận thấy rằng kết quả cuối cùng đã đạtđược tiêu chuẩn yêu cầu Bảng đánh giá tham số như Eav [lx], tỉ số Emin/Eav,

và tỉ số Emin/Emax cho thấy rằng các giá trị đo đạt được đều nằm trong phạm

vi cho phép Với việc đạt tiêu chuẩn sau quá trình thiết kế, chúng ta có thểtiếp tục các bước tiến tiếp theo của dự án, tin tưởng rằng nền tảng kỹ thuật đãđược xây dựng là đáng tin cậy và đáp ứng đúng yêu cầu đề ra

Dưới đây là một số hình ảnh 3D nhà xưởng sau khi thiết kế:

Hình 2.4: Hỉnh ảnh 3D mặt nghiêng thiết kế trên DIALux

2.1.3: Thiết kế cung cấp điện

Để thiết kế cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng dảm bảo làm việc an toàn,tin cậy, người thiết kế cần nắm được một số thông tin sau:

Nguồn cấp điện chiếu sáng ở Việt Nam thường từ đường dây 380/220 V – 3pha 4 dây, trung tính nối đất (Y N−380 /220V); trong khi phụ taiar chiếu sáng là

1 pha (sử dụng điện áp pha 220V), do đó để đảm bảo mạng điện 3 pha đốixứng cần phân số lượng đèn chiếu sáng đề trên các pha

Để đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị phải sử dụng nối đất an toàn(hoặc bảo vệ nối dây trung tính)

Quy định tổn thất điện áp trên đường dây cấp điện chiếu sáng:

Trong đó, Uđm là điện áp định mức của mạng điện

Sơ đồ thiết kế với a*b = 12*4

Hình 2.5: Sơ đồ thiết kế mặt bằng phòng thiết kế

Hình 2.6:Sơ đồ đi dây hình tia từ tủ phân phối đến các phụ tải

a) Xác định phụ tải tính toán

Loại đèn sử dụng: x Bộ đèn MPE-LED high bay HBE 100w Công suất: 100W

Tính toán, lựa chọn các phần tử

Chọn dây dẫn hạ áp

Theo điều kiện phát nóng dây dẫn:

k1k2I cp ≥ I tt

Với cáp chiếu sáng có thể coi một cách gần đúng k1=k2=1 nên:

I cp ≥ I tt

Hay:

I cp ≥21 , 8 ( A)

→ Tra phụ lục 6.2 chọn cáp hạ áp hai lõi đồng cách điện PVC do CADIVIchế tạo có tiết diện 2 m m2có dòng điện I cp =22(A )

b) Chọn áp tô mát (ATM)

Điện áp định mức:

U dmATM ≥ U dm m ⇔ U dmATM ≥ 220 V

Dòng điện định mức:

I dmATM ≥ I tt ⇔ I dmATM ≥ 21 , 8 ( A)

U dmATM=240 V, IdmATM=24 A, Inm=6 kA.

Chọn cầu chì cho từng nhánh:

Ta có 12 nhánh, mỗi nhánh cung cấp điện cho 4 bóng đèn có công suất:

2.1.4: Phương pháp điều khiển chiếu sáng

a) Điều khiển bằng tay “bật – tắt”

Đây là phương pháp điều khiển sử dụng thiết bị đóng cắt đơn giản: công tắc,cầu dao, áp tô mát, công tắc tơ

Khi không cần thiết ánh sáng có thể điều khiển cắt toàn bộ đèn; hoặc khi độrọi yêu cầu ở mức thấp (hoặc khi tận dụng được ánh sáng tự nhiên) có thểđiều khiển tắt bớt một số đèn để tiết kiệm điện năng

Khi thiết kế chiếu sáng, tùy theo công việc cần độ rọi yêu cầu cho thực hiêncông việc của đối tượng chiếu sáng có thể thực hiện điều khiển chiếu sáng:một mức, hai mức, hoặc nhiều mức để tiết kiệm điện năng

b) Điều khiển tự động

Đây là phương pháp điều khiển sử dụng hệ thống điều khiển thông minh phứctạp hơn gồm: công tắc tơ, kết hợp với bộ điều khiển động cơ (rơ le, vi điềukhiển, PLC ,… ) với tín hiệu điều khiển do các cảm biến phản ánh

Ngày nay, người ta hay sử dụng các phần tử cơ bản trong hệ thống tự độngđiều khiển chiếu sáng, đó là:

Bộ thời gian

Bộ điều khiển, vi điều khiển và PLC kết hợp với cảm biến

Để tự động điều khiển chiếu sáng sử dụng bộ điều khiển, bộ vi điều khiểnhoặc PLC (gọi chung là thiết bị điều khiển chuyên dụng) thường được cấp tínhiệu điều khiển từ các cảm biến các cảm biến nằm trong môi trường cảmnhận các thông số của đối tượng làm tác động cơ cấu bật – tắt hoặc làm thayđổi quang thông của đèn (hoặc nhóm đèn)

Có hai loại cảm biến thường sử dụng trong chiếu sáng tự động:

Cảm biến hiện diện

Cảm biến quang

Nhận xét:

Phương pháp điều khiển bật – tắt bằng tay đơn giản, phổ thông dễ dàng thiết

kế, lắp đặt và sử dụng nhưng chưa tối ưu về mặt điều khiển, tiện lợi

Phương pháp điều khiển tự động tương đối phức tạp trong việc thiết kế, lắpđặt, yêu cầu kĩ thuật cao Tối ưu về mặt điều khiển, tiện lợi trong quá trình sửdụng

→ Kết luận: với hệ thống chiếu sáng phòng thiết kế, lựa chọn phương phápđiều khiển bật – tắt bằng tay, đây là phương pháp tối ưu, đơn giản, phổ thông,phù hợp với các phòng thiết kế hiện nay

Chọn dây dẫn từ tủ chiếu sáng đến các bóng đèn

Khc.Icp ≥ Ilv max = 9,09 A

Chọn loại cáp đồng 2 lõi tiết diện 2.0,75 (mm2) do Lion chế tạo

2.2: ĐỀ TÀI 2: Thiết kế chiếu sáng đường dài 1000m, đường cấp B, 2 làn

đường mỗi làn 10m, vỉa hè 3m

2.2.1: Giai đoạn 1

Bước 1: Thu thập dữ liệu thiết kế:

Đường cấp B trong một khu công nghiệp nhẹ, đường có 2 làn rộng 20m mỗilàn 10 m, có 2 vỉa hè hai bên mỗi chiều rộng vỉa hè 3 m

Lớp phủ mặt đường nhựa màu trung bình

Bước 2: Chọn độ chói tiêu chuẩn :

Theo tiêu chuẩn CIE12-2, đối với đường loại B, hai bến sáng chói trung bìnhcần đảm bảo L tb= 2 cd/m2 , U0= 0,4, U L= 0,7, G = 5 Tra phụ lục 5.1

Bước 3: Chọn hình thức bố trí đèn

Ta chọn phương án bố trí đèn hai bên so le do đường khu công nghiệp cónhiều cây xanh

Hình 2.7: Bố trí so le các cột đèn

Với các kích thước sau:

Để đảm bảo độ đồng đều độ chói, độ cao treo đèn h ≥ 2/3l với l = 20 m nên tachọn h = 14 m Tra bảng 5.3

Độ vươn cần đèn S = 1,5 m, cột đèn chôn trên vỉa hè cách mép đường 0,5m,đèn cách mép đường a = 1 m

Hình 2.8: Kích thước của đèn

(1): chiều cao treo đèn = 14 m

(2): đèn cách mép đường = 1m

(3): độ nghiêng cần đèn α = 10⁰

(4): độ vươn cần đèn = 1,5 m

Bước 4: Chọn bộ đèn

Chọn loại bộ đèn chụp loại bán rộng Master P của HAPULICO dùng bóngHPS có: SLI = 3,2; IP 44; góc nghiêng đèn α = 10⁰

Bước 5: Xác định khoảng cách giữa các cột đèn e, số lượng cột đèn n

Căn cứ vào loại bộ đèn và hình thức bố trí đèn, để đảm bảo độ đồng đều độchói ( tránh hiện tượng ánh sáng bậc thang ) e max= 3,5h = 3,5 14 = 49 m.chọn e = 20 Tra bảng 5.4

Vậy số cột cần thiết là: n =1000/20 +1 ≈ 51 cột

Bước 6: Xác định tổng quang thông tính toán của mỗi bộ đèn

Quang thông của dãy đèn 1 là:

Áp dụng công thức:

F tt = l e L tb R

U V = 20 20 2 14 0 , 88 0 , 4 = 31818,18 lmVới: l = 20 m ; e = 20 ; L tb= 2 cd/m2

Giả sử lớp phủ mặt đường nhựa màu trung bình tra bảng 5.5 ta có R = 14 vớiloại bộ đèn chụp bán rộng

Tra bảng 5.8 đối với môt trường đô thị vừa và nhỏ với chu kỳ bảo dưỡng 18tháng ta có V = 0,88

Tra hình 5.4 ta có:

Đối với dãy đèn Đ1:

Ta có (l-a)/h = (20 – 1)/14 = 1,357 → Hệ số phía trước đèn U2= 0,37

Ta có a/h = 1/14 = 0,071 → Hệ số phía sau đèn U1= 0,03

Vậy U = U1+ U2= 0,37 + 0,03 = 0,4

Tương tự ta cũng có đối với dãy đèn Đ2 U = 0,4

Bước 7: Lựa chọn loại đèn

Ta chọn loại đèn HALUMOS HP 300 W có quang thông 37500 lm đối vớidãy đèn 1 và dãy đèn 2

Hình 2.9: Thông số của đèn

Trong đó:

Light output ratio: tỉ lệ đầu ra ánh sáng = 100,01%

Lamp luminous flux: quang thông đèn = 37500 lm

Luminaire luminous flux: thông lượng phát sáng = 37504 lm

Power: Công suất = 300W

Luminous efficacy: hiệu suất phát quang = 125 lm/W

Hình 2.10: Biều đồ phân bố cường độ ánh sáng của đèn

Ta thấy đường màu đỏ là cường độ ánh sáng với quang thông chuẩn 1000lmtheo phương dọc

Đường màu xanh là cường độ ánh sáng với quang thông chuẩn 1000lm theophương ngang

2.2.2: Giai đoạn 2: Kiểm tra

a) Kiểm tra chỉ số tiện nghi G:

G = SLI + 0,97.logL + 4,41 log( h – 1,5) – 1,46.logp

G = 3,3 + 0,29 + 4,83 – 1,96 = 6,46 > 5 đạt yêu cầu

b) Kiểm tra chỉ sốL tb , U0, U Lbằng phần mềm dialux

Kết quả mô phỏng:

Hình 2.11: Kết quả các chỉ số tiêu chuẩn chiếu sáng đường

Theo yêu cầu với loại đường cấp B:

Độ chói L tb =2 05 ≥ 2 cd/m2, độ đồng đều chung U0= 0,83 ≥ 0,4, độ đồng đềudọc U L= 0,93 ≥ 0,7

Vậy các chỉ số trên thỏa mãn yêu cầu của đường cấp B

Hình 2.12: Độ rọi ngang của từng vùng trên đường

Đường màu hồng là nơi có độ rọi ngang lớn nhất 57 lx, đường màu tím là nơicó độ rọi ngang nhỏ nhất 45 lx Độ rọi trung bình là 51 lux

Vì đường công nghiệp loại loại B có độ đồng đều tối thiểu là 0,65 ( tra bảng1.4) nên ta có tỉ số E min/ E tb = 45/51 = 0,88 ¿ 0,65

Do vậy kết quả trên phù hợp với điều kiện độ đồng đều độ rọi của đường côngnghiệp loại B

2.2.3: Giai đoạn 3: Thiết kế cung cấp điện và điều khiển chiếu sáng

a) Tính toán phụ tải

Công suất tiêu thụ của hệ thống chiếu sáng:

Ptt =N∗P đèn=51 300 = 15300 (W)

Trong đó:

Ptt: Công suất tiêu thụ của hệ thống chiếu sáng

N: Số lượng đèn

Pđèn: Công suất của một đèn

Với đèn LED: Pđèn là công suất của bộ đèn, Qđèn = 0, cosφ =1;

I là dòng điện tiêu thụ của hệ thống (A)

Ptt là công suất tiêu thụ của hệ thống (W)

U là điện áp cung cấp (V)

b) Lựa chọn các thiết bị trong mạng cấp điện

Vì công suất chiếu sáng dưới 30 kW nên ta lấy điện từ trạm biến áp của khucông nghiệp gần đó

Lựa chọn dây dẫn hạ áp:

Tiết diện dây dẫn được chọn theo điêu kiện phát nóng và tổn thất điện áp.Điều kiện phát nóng dây dẫn:

k1 k2 I cp ≥ I tt

Trong đó:

k1 là hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, ứng với môi trường đặt dây dẫn, cáp

k2 là hệ số hiệu chỉnh kể đến số lượng cáp đi chung một rãnh

Ta chọn aptomat theo điều kiện:

U đm ATM ≥ U đm m

I đm ATM ≥ I đm m

Với I đm m = 22,95 A ta chọn được loại aptomat của LS ABS53c có dòng địnhmức là 30A, dòng cắt ngắn mạch là 22A có điện áp định mức là 400V

Hình 2.13: Aptomat ABS53c

Sơ đồ cấp điện cho hệ thống chiếu sáng đường:

Hình 2.14: Sơ đồ cấp điện cho hệ thống chiếu sáng đường

KẾT LUẬN

Trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài về thiết kế chiếu sáng chophòng thiết kế, chúng em đã đạt được những kết quả quan trọng và có nhữngnhận định đáng chú ý Chúng em đã tập trung vào việc hiểu rõ yêu cầu cụ thểcủa các phòng thiết kế và áp dụng các phương pháp và kỹ thuật chiếu sánghiện đại để tối ưu hóa trải nghiệm học tập của sinh viên

Trong quá trình thiết kế, chúng em đã chú trọng đến việc cân nhắc giữa hiệusuất chiếu sáng và mức độ thoải mái cho người sử dụng Bằng cách tích hợpcác loại đèn và bố trí chúng một cách hợp lý, chúng em đã tạo ra một môitrường chiếu sáng tối ưu, giúp tăng cường sự tập trung và hiệu suất học tập

Ngoài ra, chúng em cũng đã xem xét các yếu tố tiết kiệm năng lượng và bảo

vệ môi trường trong quá trình thiết kế Việc sử dụng đèn LED hiệu quả nănglượng và các biện pháp điều chỉnh tự động để tận dụng ánh sáng tự nhiên đãđóng góp vào một hệ thống chiếu sáng bền vững và thân thiện với môitrường

Cuối cùng, qua việc áp dụng kiến thức và kỹ năng chuyên sâu, chúng tôi tinrằng giải pháp chiếu sáng mà chúng tôi đề xuất sẽ đáp ứng và nâng cao chấtlượng không gian học tập