Đồ án Tốt nghiệp: Nghiên cứu, thực nghiệm bộ đèn Natri cao áp dùng trong chiếu sáng đường

LỜI NÓI ĐẦU Nhờ có những đặc tính ưu việt như độ bền cao, dải công suất rộng và hiệu suất phát quang lớn nên bộ đèn chiếu sáng dùng nguồn Natri cao áp Sodium Hight Pressure - HPS đã và đ

Lời cảm ơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Hải Hưng và các anh thuộc Phòng Thí Nghiệm Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, Trường đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em có cơ hội tìm hiểu nhiều kiến thức, thực nghiệm và hoàn thành Đồ án này

Đồng thời, Em xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô trong Viện Vật lý kỹ thuật, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn, những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt những năm học tập và nghiên cứu

Xin gửi lời cảm ơn tới những người thân trong gia đình

đã luôn tạo điều kiện về thời gian, động viên và giúp đỡ em trong quá trình học tập và hoàn thành Đồ án

Hà nội, tháng 05 năm 2008

Sinh viên Dương Đức Duy Dương Đức Duy

LỜI NÓI ĐẦU

Nhờ có những đặc tính ưu việt như độ bền cao, dải công suất rộng và hiệu suất phát quang lớn nên bộ đèn chiếu sáng dùng nguồn Natri cao áp (Sodium Hight Pressure - HPS) đã và đang thay thế dần các bộ đèn truyền thống như đèn Halogen kim loại (Metal Halide -MH) hoặc đèn hơi thuỷ ngân (Mercury Vapor - MV) trên các công trình chiếu sáng công cộng Theo tính toán, ngoài những lợi ích về môi trường và sự tiện nghi, người ta còn có thể tiết kiệm được hàng trăm triệu đồng cho một vòng đời của bộ đèn trên một km chiếu sáng công cộng nếu thay thế các bộ đèn khác bằng bộ đèn natri cao áp Vì những lợi ích như vậy, nên ngay ở nước ta, việc dùng đèn natri cao áp để chiếu sáng công cộng được triển khai khá triệt để Về ban đêm, chúng ta dễ dàng bắt gặp những công trình chiếu sáng với một màu sáng vàng đặc trưng, đó là màu của đèn natri

Chiếu sáng nói chung và chiếu sáng đường nói riêng, ngoài việc tiêu thụ một lượng điện năng rất lớn, còn gây ra những biến cố cho phụ tải của lưới điện vào những giờ cao điểm Việc sử dụng những thiết bị chiếu sáng hiệu suất cao đang là một trong những vấn đề được quan tâm thích đáng

Về mặt công nghệ, hiện nay, ngành công nghiệp của chúng ta chưa có khả năng tự sản xuất nguồn sáng Natri mà mới chỉ gia công các phụ kiện, lắp ráp thành

bộ đèn và triển khai lắp đặt Trong điều kiện như vậy, việc nghiên cứu một cách đầy

đủ đặc tính của các bộ đèn để nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn sáng là việc làm có

- Nghiên cứu cấu trúc của bộ đèn chiếu sáng đường

- Khảo sát các đặc trưng quang học, khai thác thông tin từ biểu đồ cường độ sáng của bộ đèn Natri cao áp Tất cả các công việc nói trên nhằm mục đích xây dựng hồ sơ kỹ thuật cho bộ đèn chiếu sáng công cộng dùng với nguồn sáng Natri

Đây là tài liệu cho những người làm công tác thiết kế, lắp đặt và vận hành hệ thống chiếu sáng công cộng

Đồ án này được viết thành 4 chương:

Chương I: Bộ đèn Natri cao áp

Chương II: Thiết bị đo đạc thực nghiệm

Chương III: Tính toán chiếu sáng đường với bộ đèn Natri cao áp

Chương IV: Thực nghiệm

Đồ án được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Vật lý và Kỹ thuật ánh sáng, Viện Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà nội Đây là phòng thí nghiệm chuyên ngành đầu tiên ở nước ta, có hệ thống thiết bị hoàn chỉnh để nghiên cứu, đo lường các thông số đặc trưng của bộ đèn như cầu tích phân (Intergrating sphere), góc kế quang học (Goniophotometer) và nhiều thiết bị chuẩn trắc quang

CHƯƠNG 1: BỘ ĐÈN NATRI CAO ÁP

Bộ đèn được định nghĩa là một thiết bị chiếu sáng hoàn chỉnh, gồm có nguồn sáng (đèn) và các bộ phận kèm theo như bộ phản xạ, khúc xạ và hộp đèn, có chức năng phân bố ánh sáng, định vị, bảo vệ đèn và nối đèn với nguồn điện cung cấp

1.1 Nguồn sáng

Đa số các lắp đặt trong chiếu sáng đường ngày nay sử dụng một trong 3 loại đèn phóng điện cường độ cao (HID) đó là: metal halide (MH) hay đèn hơi thuỷ ngân (MV), đèn Natri áp suất thấp (LPS), đèn Natri áp suất cao (HPS), trong đó đèn Natri áp suất cao là nguồn sáng được sử dụng phổ biến nhất

1.1.1 Đèn hơi thủy ngân (Mercury Vapor - MV)

Đèn hơi thủy ngân là loại đèn HID mà trong đó phần lớn ánh sáng được tạo

ra do sự bức xạ của hơi thuỷ ngân hoạt động ở áp suất riêng phần lớn hơn 105 Pa

Các đèn thuỷ ngân đầu tiên được phát triển vào năm 1901 nhưng các ống hồ quang compact thì mãi 30 năm sau mới xuất hiện Vào năm 1960, khi được cải thiện tuổi thọ, đèn hơi thuỷ ngân được sử dụng rộng rãi trong chiếu sáng đường phố

và bắt đầu được sử dụng trong chiếu sáng nội thất vào năm 1966 khi màu sắc được cải thiện

Lớp vỏ thuỷ tinh bên ngoài của đèn thuỷ ngân được làm từ thuỷ tinh boro silicate, có thể chịu được nhiệt độ hoạt động cao của đèn Bầu thủy tinh bên ngoài hấp thụ nhiều các bức xạ tử ngoại phát ra từ hồ quang thuỷ ngân Một số đèn hơi thuỷ ngân có chế độ tự ngắt để tắt đèn khi bầu thuỷ tinh bên ngoài bị vỡ, tránh bức

xạ tử ngoại thoát ra ngoài

Hiệu suất phát sáng cực đại của đèn hơi thủy ngân đạt khoảng 65lm/W, tuổi thọ của đèn cao nhưng sự duy trì quang thông lại kém Bóng đèn hơi thủy ngân có thể sử dụng rộng rãi ở tất cả các loại đèn giao thông, đường phố và lối đi bộ, công viên và cả trong các công xưởng

1.1.2 Đèn halogen kim loại (Metal Halide - MH)

Là một loại đèn HID mà phần lớn ánh sáng được tạo ra do sự bức xạ của kim loại halogen và của các sản phẩm phân ly của nó kết hợp với các hơi kim loại khác (thuỷ ngân)

Các đèn halogen kim loại được phát triển năm 1965 và được quảng cáo là

“tốt hơn đèn thuỷ ngân” vì chúng có hiệu suất cao hơn, tạo ra ánh sáng trắng và sự duy trì quang thông tốt hơn, thường dùng cho chiếu sáng công nghiệp và chiếu sáng bên ngoài

Giống như các đèn thuỷ ngân, hoạt động của đèn halogen kim loại tạo ra các bức xạ tử ngoại Phần lớn các bức xạ tử ngoại này bị hấp thụ bởi bầu thủy tinh Các đèn này có thể được phủ một lớp phốt pho để chuyển bức xạ tử ngoại dư thừa thành ánh sáng khả kiến để cải thiện chỉ số CRI của đèn trong quá trình sử dụng Trong hỗn hợp hơi thủy ngân và Halogen áp suất cao như Iodua natri hoặc tali, sự phóng điện cho phép ta thu được một màu rất trắng từ 4000 K đến 6000 K

1.1.3 Đèn Natri áp suất thấp (Low Pressure Sodium lamps - LPS)

Đèn có dạng hình ống và hình chữ U bằng thuỷ tinh borosilicat, chứa một lượng nhỏ Na ở thể rắn và một hỗn hợp khí Neon, Argon được đặt trong một ống đèn bằng thuỷ tinh, hút chân không, mặt trong có phủ lớp phản xạ hồng ngoại làm bằng Oxit Indi (vật liệu bán dẫn cho ánh sáng khả kiến truyền qua và giữ lại các tia hồng ngoại) Hỗn hợp khí Neon-Argon dùng để mồi sự phóng điện trong đèn Khi được bật lên, đèn phát ra ánh sáng mờ màu hồng Dòng hồ quang này sẽ nung nóng Natri và trong vài phút, Natri bay hơi phát vạch kép (589,0 nm đến 589,6 nm) màu vàng da cam Hơi Natri hoạt động ở áp suất riêng phần cỡ (0,1 ÷ 1,5).104 Pa Đèn Natri áp suất thấp cho ánh sáng gần như đơn sắc, chỉ số hoàn màu CRI = 0, khi được chiếu sáng bằng nguồn này thì màu sắc của vật chỉ hiện lên màu vàng hoặc màu xám, cho nên, các đèn LPS rất ít được sử dụng

Tuy nhiên, đèn Natri áp suất thấp là nguồn sáng tiêu thụ năng lượng điện hiệu quả nhất, hiệu suất sáng của đèn có thể lên tới 180lm/W nên được dùng rộng rãi chiếu sáng đưòng phố, chiếu sáng bảo vệ …những nơi không quan tâm lắm đến sự hoàn màu Mặt khác, đèn Natri áp suất thấp hầu như không bị giảm quang thông theo thời gian trong quá trình hoạt động

Chú ý: Trong công nghiệp, đèn Natri áp suất thấp thường được coi là loại đèn HID

mặc dù về mặt kỹ thuật điều này là không đúng vì đèn này là một nguồn sáng phóng

điện ở áp suất thấp

1.1.4 Đèn Natri áp suất cao (Hight Pressure Sodium lamps- HPS)

Đèn Natri áp suất cao (HPS) là loại đèn phóng điện có cường độ cao HID, được phát triển năm 1961 Ánh sáng trong đèn Natri áp suất cao được tạo ra do sự bức xạ từ hơi Natri hoạt động ở một áp suất riêng phần khoảng 1,33.105 Pa Loại đèn này có thể có lớp vỏ thủy tinh trong và vỏ thuỷ tinh mờ Bầu đèn của đèn Natri

áp suất cao được chế tạo bằng một loại thuỷ tinh borosilicate, nó có thể chịu được nhiệt độ hoạt động cao của đèn Sự phóng điện hồ quang được tạo bởi một hỗn hống Na –Hg trong ống hồ quang làm bằng oxit nhôm đa tinh thể [10] Cấu tạo của

đèn được mô tả trên hình 1.1

Hình 1.1 Cấu trúc của đèn Natri cao áp

Đèn Natri cao áp có kích thước nhỏ hơn so với đèn Natri áp suất thấp và trong đèn chứa thêm các nguyên tố phụ như Hg Vì vậy, khi mới bật lên, đèn phát ánh sáng mờ màu hồng sẫm, sau đó chuyển sang màu da cam pha hồng khi đèn nóng Giữa hai trạng thái này, trong một khoảng thời gian ngắn, ánh sáng đèn có màu hơi trắng pha xanh tím Đó là do sự phát sáng của hơi Hg trước khi Na ở trong đèn được bốc hơi hoàn toàn Vạch D của Na là bức xạ chính của đèn Natri cao áp, vạch này bị

mở rộng khi áp suất trong đèn cao Màu sắc của các vật thể khi được chiếu sáng

bằng loại đèn này có thể phân biệt được Do đó, người ta thường sử dụng đèn Natri cao áp chiếu sáng trong các khu vực cần để ý đến sự hoàn màu

Phổ ánh sáng của Natri được đặc trưng bởi vạch sáng kép – Vạch D với các bước sóng 589,0 nm và 589,6 nm Trên hình về sự chuyển mức năng lượng thì chính là bức xạ phát ra khi có sự chuyển mức từ 3P xuống 3S Bức xạ 589,0 nm có cường độ lớn gấp 2 lần bức xạ 589,6 nm

Hình 1.4 Hiệu suất sáng của các đèn HID

Ở nhiệt độ trên 1000oC và có áp suất cao, Natri phát các vạch khác trong phổ nhìn thấy cho nên cho ánh sáng trắng hơn, có màu trắng ấm Sự duy trì quang thông của nó là rất tốt Thời gian mồi đèn là 10 phút, mồi lại đèn khi đèn đang nóng là 60 giây Loại đèn Natri cao áp này có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với đèn Natri áp suất thấp

Đèn Natri cao áp có hiệu suất khá cao nên được sử dụng rộng rãi trong chiếu sáng đường phố, sân chơi thể thao, hiểu biết về sự thay đổi độ nhạy thị kiến về màu sắc của mắt người khi chuyển từ nhìn ngày sang nhìn trong ánh sáng yếu và nhìn đêm rất quan trọng trong tính toán thiết kế chiếu sáng đường phố

Bảng 1.1: So sánh các đặc trưng của các đèn HID

(Các giá trị này sẽ thay đổi theo công suất của đèn và lớp phủ phốt pho)

ngân (MV)

Halogen kim loại (MH)

Sự hoàn màu Màu xanh Sáng trắng Vàng cam Vàng

Thời gian tái khởi động

Ngay lập tức

Thời gian sống trung bình

(h)

10000 –

16000

3000 –

20000

10000 –

24000

16000

-

18000

Bảng 1.2: Ưu và nhược điểm của các đèn HID

Hơi thuỷ ngân

-Tuổi thọ dài -Kiểm soát ánh sáng tốt -Kích thước nhỏ

-Thời gian tái khởi động dài -Sự suy giảm quang thông lớn -Hiệu suất sáng thấp

Halogen kim

loại

-Chỉ số hoàn màu cao -Hiệu suất sáng cao -Kiểm soát ánh sáng tốt -Kích thước nhỏ

-Thời gian tái khởi động dài -Sự suy giảm quang thông lớn -Hiệu suất sáng thấp

Natri cao áp

-Tuổi thọ dài -Hiệu suất sáng cao -Kiểm soát ánh sáng tốt -Kích thước nhỏ -Suy giảm quang thông nhỏ

-Chỉ số hoàn màu thấp -Cần thời gian tái khởi động

Natri thấp áp

-Thời gian tái khởi động ngắn -Hiệu suất sáng cao

-Sự suy giảm quang thông rất nhỏ

-Chi phí thay thế cao -Tuổi thọ ngắn -Không hoàn màu

1.2 Mạch điện hoạt động của đèn Natri cao áp

Đèn Natri cao áp hoạt động thích hợp từ 300

C tới 1000C, xét trong mạch nối tiếp với ballast Một đèn HPS theo tiêu chuẩn sẽ được kích từ 2kV đến 5kV sau 30 tới 90 giây từ trạng thái ban đầu, phụ thuộc vào đặc tính của đèn

Điện cực Ống hồ quang Oxit nhôm

Phóng hồ quang

Hỗn hống Na - Hg

Hình 1.5 Mạch cho đèn HPS

Dưới đây là các bước của một quá trình đèn HPS hoạt động:

1 Khi nguồn điện được cấp vào đèn HPS sau khi được kết nối với ballast thích hợp, một dải hẹp xung cao áp được cấp cho đèn, bắt đầu có sự phóng điện giữa các điện cực Ngay lập tức sự kích thích tạo các Ion tồn tại, một dòng điện sinh ra bởi ballast sẽ duy trì sự phóng điện trong đèn Nếu cần thiết, xung khởi động sẽ lập lại theo một chu trình cho đến tận khi sự phóng điện được thiết lập, lúc đó xung phát sẽ tự động dừng lại

2. Lúc bắt đầu, tia hồ quang tác động lên các phân tử khí Xenon và phát ra ánh

sáng lục – trắng yếu

3 Sau đó lượng nhiệt từ việc tác động hồ quang khí Xenon sẽ làm bốc hơi

nhanh chóng Natri và thủy ngân trong ống hồ quang

4 Như một sự bốc hơi kim loại, đèn phát ra ánh sáng vàng - trắng ấm, cả ánh sáng phát ra và điện áp sẽ tăng tới giá trị hoạt động ổn định

Với phần lớn các đèn HPS, 4 bước trên sẽ xảy ra từ 4 đến 6 phút

1.3 Bộ phận phản xạ và khúc xạ

Bộ phản xạ được dùng để thay đổi phương của ánh sáng phát ra, định hướng ánh sáng theo hướng mong muốn Trong khi đó, bộ khúc xạ điều chỉnh hướng ánh sáng phát ra từ đèn và từ bộ phản xạ nhờ cấu trúc dạng lăng kính của nó Đồng thời,

bộ khúc xạ còn dùng để bảo vệ đèn khỏi các yếu tố bất lợi từ bên ngoài

Các nguồn sáng (bóng đèn) thường phát sáng theo kiểu đối xứng Khi nguồn sáng được coi là nguồn điểm thì nó có tâm đối xứng, cường độ sáng sẽ phân bố đều

theo mọi phương, mặt đẳng quang của chúng là các mặt cầu hình 1.6a Nếu nguồn

sáng là đèn ống thì nó có trục đối xứng, mặt đẳng quang của chúng là các ellipsoit tròn xoay hình 1.6b

Hình 1.6 Các kiểu phân bố đối xứng của đèn trần

Nói chung, các kiểu phân bố đối xứng như trên ít được sử dụng trong thực tiễn vì đèn chưa được bảo vệ và trường sáng chưa phù hợp Muốn có trường sáng phù hợp với từng loại hình chiếu sáng, người ta phải lắp bộ phản xạ và khúc xạ để phân bố lại trường sáng phát ra từ đèn

Hình 1.7 Trường sáng của nguồn lắp trong bộ đèn

Như vậy, khi phân bố lại trường sáng, choá đèn đã đóng vai trò quyết định hiệu quả sử dụng nguồn sáng của bộ đèn, cũng như sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng do nguồn phát ra

1.4 Hộp đèn

Các hộp đèn điển hình thường được làm bằng nhôm, thép hoặc thép không rỉ Hộp bằng nhôm chịu được nhiều điều kiện bất lợi của bên ngoài Hộp bằng thép có thể bị ăn mòn và bị rỉ Hộp bằng thép không rỉ cho khả năng bảo vệ cao hơn trong điều kiện môi trường khắc nghiệt

Vỏ các nguồn sáng làm bằng thuỷ tinh hoặc vật liệu trong suốt, thường có nhiệt độ rất cao khi đèn cháy sáng Nếu mắc trực tiếp ra ngoài môi trường, chúng sẽ

dễ bị nổ, vỡ khi có sự thay đổi của thời tiết Vì vậy, hộp đèn có chức năng quan trọng là bảo vệ nguồn sáng và các phụ kiện như chấn lưu (ballast), tụ điện, bộ mồi (starter) Ngoài ra, hộp đèn còn có chức năng ngăn cản hơi nước, bụi, côn trùng lọt vào bộ đèn để đảm bảo sự phát quang ổn định của nguồn sáng

Ngoài những chức năng như đã trình bày, một hệ thống chiếu sáng với các

bộ đèn và cột đèn hài hòa sẽ góp phần đáng kể vào việc làm đẹp cảnh quan đô thị, ngay cả khi các bộ đèn không được bật sáng

1.5 Các đặc trưng quang học của bộ đèn Natri cao áp

Các nhân tố ảnh hưởng đến giá thành và hiệu quả của việc lắp đặt, vận hành, duy tu, bảo dưỡng ánh sáng bao gồm:

- Hiệu suất sáng của đèn

- Khả năng duy trì thông lượng sáng đèn phát ra trong quá trình sử dụng

- Thời gian sống (tuổi thọ) của đèn

- Màu sắc của ánh sáng

- Sự phân bố quang thông của bộ đèn

- Thời gian khởi phát lại của đèn

- Nhiệt độ môi trường để đèn hoạt động

Nhiệt độ màu của một nguồn sáng không phải là nhiệt độ của bản thân nó mà

là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối khi được đốt nóng đến nhiệt độ này thì ánh sáng do vật đen tuyệt đối phát ra có phổ hoàn toàn giống với phổ của nguồn khảo sát

Như vậy, để xác định nhiệt độ màu của một nguồn sáng cần phải so sánh phổ ánh sáng của nó với phổ ánh sáng bức xạ của đen tuyệt đối được đốt nóng từ khoảng 2000 đến 10000K

CIE quy định các nguồn ánh sáng trắng tiêu chuẩn như sau:

- Ánh sáng chuẩn A: là ánh sáng do bóng đèn dây tóc tungsten bức xạ, có

nhiệt độ màu Tm = 2854 K

Thực nghiệm cho thấy, các nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp chỉ dùng thích hợp cho những nơi có yêu cầu độ rọi thấp Ngược lại, những nơi có yêu cầu độ rọi

cao lại đòi hỏi các nguồn sáng có nhiệt độ màu lớn (ánh sáng lạnh) Vì vậy, trong thiết kế chiếu sáng người ta coi nhiệt độ màu như một tiêu chuẩn đầu tiên để chọn nguồn sáng cho một không gian có độ rọi yêu cầu đã biết nhằm đạt được một môi trường ánh sáng tiện nghi

1.5.1.2 Chỉ số hoàn màu CRI

Chỉ số hoàn màu là một thông số cực kì quan trọng đối với sự lựa chọn các nguồn sáng Cùng với một vật được chiếu sáng bằng các nguồn chuẩn khác nhau hoặc bằng một vật đen có nhiệt độ khác nhau sẽ cho các màu khác nhau [2]

So sánh với một vật đen có cùng nhiệt độ màu, một nguồn nào đó làm biến đổi màu của các vật đựoc chiếu sáng, sự biến đổi màu này là do dự phát xạ phổ khác nhau được đánh giá từ độ sai lệch màu và gán cho nguồn một chỉ số hoàn màu CRI Chỉ số này biến thiên từ 0 (đối với ánh sáng đơn sắc) đến 100 (đối với vật đen) Trên thực tế ta chấp nhận sự phân loại sau đây:

+ CRI < 50: Chỉ số này không có ý nghĩa thực tế, các màu hoàn toàn bị biến đổi + CRI < 70 : Sử dụng trong công nghiệp khi các thể hiện màu thứ yếu

+ 70 < CRI < 80 : Sử dụng trong công nghiệp khi sự thể hiện màu là không quan trọng

+ CRI > 80 Sử dụng trong nhà hay trong công nghiệp đặc biệt

Một số chỉ số hoàn màu của các nguồn sáng ở nhiệt độ tương ứng :

- Ngọn nến ở 1700K có CRI = 100

- Sự nóng sáng ở 2700K có CRI =100

- Ánh sáng mặt trời tự nhiên ở 5000K ÷ 6000K có CRI = 100

- Natri áp suất cao ở 2100K có chỉ số hoàn màu CRI = 25

- Các đèn dây tóc chuẩn CRI= 100

- Các đèn huỳnh quang có CRI = 52 ÷ 95

1.5.1.3 Màu của ánh sáng

Ánh sáng trắng là sự tổ hợp của nhiều bước sóng, mỗi bước sóng được gán cho một màu sắc khi mắt truyền năng lượng sáng dưới dạng một tín hiệu tới não Sự trộn lẫn các bước sóng này sẽ xác định môi trường là ấm hay mát và con người nhìn thấy mọi vật xung quanh tốt như thế nào

1.5.2 Hiếu suất sáng

Khi phân tích các loại bóng đèn về hiệu quả năng lượng cần phân biệt hai khái niệm năng lượng điện và thông lượng ánh sáng

Năng lượng điện = (công suất điện)×(thời gian sử dụng)

đơn vị của năng lưọng điện ( Wh hoặc kWh) Năng lượng điện cho biết lượng điện năng tiêu thụ của đèn

Thông lượng ánh sáng = (quang thông )×(thời gian chiếu sáng)

đơn vị của thông lượng ánh sáng (lm.h) Thông lượng ánh sáng cho biết năng lượng ánh sáng phát ra khi tiêu thụ năng lượng điện nói trên

Đèn có hiệu suất phát sáng cao là đèn cho thông lượng ánh sáng lớn mà tiêu thụ năng lượng điện ít Hiệu suất phát sáng của đèn dùng để đánh giá hiệu quả năng lượng chiếu sáng của đèn :

Quang thông do đèn do đèn phát ra

Hiệu suất sáng =

Công suất điện tiêu thụ

Hiệu suất sáng đo bằng tỉ số giữa quang thông do đèn phát ra và công suất tiêu thụ điện, đơn vị là lumen /Watt (lm/W) Hiệu suất sáng càng cao thì càng có lợi Ngày nay đã đạt được hiệu suất 200lm/W đối với đèn phóng điện Tuy nhiên, hiệu suất của đèn thay đổi theo năng lượng điện tiêu thụ

1.5.3 Sự suy giảm quang thông của đèn

Quang thông của đèn phát ra trong các điều kiện hoạt động giảm dần theo thời gian Sự già hóa của đèn cũng như sự cáu bẩn của chúng làm thay đổi chất lượng quang học của các bộ đèn Vì vậy việc duy tu, làm sạch cho các bộ đèn trong quá trình hoạt động là rất cần thiết đối với hệ thống chiếu sáng

1.5.4 Tuổi thọ bóng đèn

Tuổi thọ bóng đèn mang tính thống kê Đó là con số chỉ số giờ một nhóm đèn hoạt động trước khi giảm yếu 50% quang thông Như vậy sẽ có một số đèn có tuổi thọ thấp hơn, một số khác lại có tuổi thọ lớn hơn trị số đánh giá

CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM

2.1 Đo quang thông bằng cầu tích phân

2.1.1 Cấu tạo cầu tích phân

Cầu tích phân dùng trong thí nghiệm này là loại cầu tích phân hiện đại, kích

thước lớn (hình 2.1) Cầu tích phân trên có đưòng kính 2m, có thể tương thích với

tất cả các loại đèn hiện nay Cầu tích phân được cấu tạo từ hai bán cầu có thể đóng

mở dễ dàng nhờ các khớp quay Phía trong cầu tích phân được lắp một detector quang điện để cho thông tin về quang thông của nguồn sáng Ngoài ra người ta còn lắp thêm một cửa sổ quang học, lấy ánh sáng của nguồn vào một máy quang phổ UV-Vis nhờ hệ thống cáp quang Cơ cấu này cho ta biết thông tin về phổ năng lượng, nhiệt độ màu và chỉ số CRI của nguồn sáng

Hình 2.1 Cầu tích phân LSI-4600

Để đo quang thông toàn phần của một nguồn sáng, người ta đã chế tạo nhiều

bộ tích phân với những biến thể khác nhau, nhưng chỉ có quả cầu là biến thể cơ bản đảm bảo tích phân quang thông của nguồn sáng Sở dĩ như vậy là vì độ rọi nhận được trên một miền nào đó của quả cầu không phụ thuộc vị trí tương đối của miền

đó và sử dụng nguyên lí này, chúng ta có thể thiết lập mối liên hệ giữa độ rọi nhận được qua một cửa sổ với quang thông toàn phần từ một nguồn sáng, miễn là cửa sổ lối ra được che chắn, không bị chiếu sáng trực tiếp

Hình 2.2 Nguyên lý của quả cầu tích phân

2.1.2 Nguyên tắc hoạt động

Dựa trên nguyên lý phản xạ nhiều lần trên lớp phủ tán xạ khuếch tán theo định luật Lambert, quả cầu tích phân được sử dụng để đo quang thông trong toàn không gian phát ra từ nguồn bức xạ đặt bên ngoài hoặc bên trong quả cầu

Trong quang kế quả cầu tích phân, hệ đèn cần đo được đặt ở khoảng tâm quả cầu Các tấm chắn được bố trí ở bên trong quả cầu tích phân sao cho ánh sáng đèn

và ánh sáng phản xạ lần đầu tiên không chiếu trực tiếp vào đầu thu quang học Đầu thu quang học dùng trong các quả cầu tích phân trắc quang phải có đặc trưng phổ giống như đặc trưng độ nhậy phổ của mắt người, được che bằng một bản tuyền qua khuếch tán Thông thường, tấm chắn được đặt ở vị trí 2/3 bán kính tính từ tâm quả cầu, diện tích càng nhỏ càng tốt nhưng phải đủ lớn để chắn được các bức xạ và phản

xạ trực tiếp lọt vào đầu thu, đặc biệt là trong trường hợp hệ đèn cần đo có kích thước lớn Trước hết, cần chuẩn độ tín hiệu đầu thu quang học bằng đèn chuẩn quang thông Các đèn này có thể được thay thế lẫn nhau trong quả cầu tích phân Ngoài ra, trong quả cầu tích phân còn có một đèn phụ dùng để bổ chính sự sai lệch gây ra do thay thế đèn (các đèn chuẩn và đèn cần đo có hệ số tự hấp thụ khác nhau)

2.1.3 Vận hành đo quang thông bằng cầu tích phân

Một thiết bị đo trắc quang các hệ đèn trong chiếu sáng công cộng dùng quả cầu tích phân gồm các thành phần sau đây:

- Quả cầu tích phân;

- Đầu thu có đáp ứng giống như đáp ứng thị kiến;

- Máy tính xử lý số liệu và thiết bị hiển thị Toàn bộ các thông số đo điện, quang của bộ đèn đựoc xử lý và hiển thị trên máy tính

Các đặc trưng kỹ thuật chung của thiết bị đo trắc quang dùng quả cầu tích phân:

1 Đầu đo quang thông của nguồn sáng bằng cách so sánh với một đèn chuẩn;

2 Cấu trúc hệ đo tuân theo tiêu chuẩn DIN 5032, phần I và khuyến nghị CIE

81, phần đo quang thông;

3 Cấu tạo trên một khung kim loại với cơ chế bản lề có thể mở quả cầu;

7 Đường kính quả cầu là 2m, vật liệu làm quả cầu là nhôm, có nhiệt kế hiện

số với độ phân giải là 0.10;

8 Tấm chắn ở bên trong quả cầu có thể dịch chuyển được;

Quá trình đo được thực hiện như sau:

- Gắn đèn lấy mẫu vào giá

- Điều chỉnh điện áp nuôi 220V (lấy qua bộ ổn áp)

- Chờ 15 đến 20 phút cho đèn ổn định rồi đóng quả cầu lại

- Ghi kết quả đo dòng quang điện và quang thông hiển thị trên máy tính

2.2 Đo đường cong cường độ sáng bằng góc kế quang học

Góc kế quang học (Goniophotometer) là thiết bị để đo và vẽ các đường cong cường độ sáng của bộ đèn lắp trong choá, tức là vẽ phân bố không gian của trường sáng

2.2.1 Cấu tạo của các góc kế quang học

Góc kế quang học nào cũng có các bộ phận chính là gương, giá để mẫu và đầu thu (detector) Thông thường, góc kế quang học được phân loại theo hoạt động của gương Có hai loại: loại thứ nhất có gương quay quanh giá để mẫu theo góc từ

0o - 360o, loại thứ hai có gương cố định và mẫu sẽ quay quanh vị trí đặt nó (loại này dùng trong phần thực nghiệm ở chương 3)

Detector trong góc kế quang học là thiết bị đo rất nhạy quang Bề mặt của nó được phủ lớp cảm quang là Selen hoặc Silic sao cho đường cong độ nhạy của detector trùng với đường cong thị kiến của mắt người

Hình 2.3 Cấu tạo (a) và sơ đồ nguyên lý (b) của Goniophotometer LSI5900, Light

Science USA

a

b

Cấu tạo của góc kế quang học gồm có:

9- Máy tính xử lý số liệu và vẽ các đường cong cường độ sáng

Thiết bị kèm theo đó là các đèn chuẩn cường độ sáng dùng để hiệu chuẩn góc kế quang học trước khi tiến hành khảo sát các bộ đèn thử nghiệm

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của bộ đèn chuẩn cường độ sáng

2.2.2 Nguyên tắc hoạt động

Goniophotometer là thiết bị có thể cho phép đo các phân bố không gian của nguồn bức xạ và hiển thị các tính chất trắc quang của ánh sáng theo các góc xác định Goniophotometer cho phép chúng ta đo độ sáng của các nguồn sáng mà tương ứng với đáp ứng sáng của mắt người, đo độ rọi, đo các toạ độ màu của các nguồn bức xạ quang học mà có phân bố ánh sáng định hướng, đo quang thông, độ chói, kiểm tra

và lấy mẫu các đầu thu bức xạ

Thông thường, trong kĩ thuật ánh sáng, goniophotometer được dùng để đo sự phân bố cường độ sáng và cường độ sáng trung bình của nguồn theo các hướng khác nhau

Ánh sáng từ đèn tới gương và đi vào detector Detector cho dòng điện tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng tới

Với một vị trí nhất định của đèn, khi gương quay một vòng, nó sẽ hướng các chùm sáng xung quanh đèn trong một mặt phẳng kinh tuyến với bước đo góc đã định Máy tính sẽ cho từng cặp số liệu (góc, cường độ sáng) và căn cứ vào tập số liệu này để vẽ đường cong cường độ sáng theo góc trong mặt phẳng đo

2.2.3 Vận hành đo góc kế quang học (Goniophotometer)

Bước 1: Kiểm tra dòng tối

Dòng tối là dòng điện xuất hiện trên detector quang điện ngay khi chưa bật đèn đo Có nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này như: phòng đặt máy bị lọt sáng hoặc bản thân dectector xuất hiện dòng điện khi chưa được chiếu sáng Như vậy, nếu xuất hiện dòng tối ta phải triệt tiêu các nguyên nhân trên Trường hợp không thể khử hết dòng tối thì phải ghi giá trị này vào biểu mẫu báo cáo và phải hiệu chỉnh khi tính toán

Bước 2: Hiệu chuẩn góc kế bằng bộ đèn chuẩn cường độ sáng

a) Lắp đèn chuẩn số 165A vào giá đỡ, dùng nguồn laser chuẩn trực vị trí để kiểm tra sự thẳng hàng và nằm ngang giữa trục máy, tâm đèn và detector quang điện Nếu yêu cầu này chưa đạt thì phải điều chỉnh vị trí đèn bằng các vít trên giá đỡ

b) Khi thao tác (a) đã hoàn thành, bật đèn chuẩn, điều chỉnh các chế độ dòng điện và điện áp định mức, sau đó quay gương từ từ sao cho vệt sáng xuất hiện đối

xứng xung quanh detector quang điện Nếu yêu cầu này chưa đạt phải kiểm tra vị trí thẳng đứng của đèn chuẩn

c) Điều chỉnh gương về góc 900 (ứng với vị trí thẳng đứng và cao nhất của gương) Bật đồng hồ, ghi giá trị cường độ dòng quang điện ứng với vị trí này của

gương Giá trị dòng quang điện này tỉ lệ với cường độ sáng của đèn chuẩn

Bước 3: Đo đèn thử nghiệm

a) Điều chỉnh vị trí bộ đèn

Gá bộ đèn cần kiểm định vào giá đỡ, điều chỉnh độ cao của giá đỡ bằng vít

vô tận sao cho tâm bộ đèn (nguồn sáng), trục máy và detector thẳng hàng và nằm ngang Điều chỉnh cho bộ đèn quay xung quanh trục thẳng đứng sao cho trục này đi

qua nguồn sáng (thao tác này có thể thực hiện nhanh chóng bằng cách đánh dấu vị

trí tâm đèn sao cho khi quay bộ đèn điểm này không thay đổi vị trí và giá trị dòng quang điện không đổi)

b) Đo đường cong cường độ sáng trong mặt phẳng thẳng đứng

- Xoay đèn về vị trí ứng với mặt phẳng thẳng đứng, cố định vị trí này trong suốt quá trình đo

- Bật đèn, điều chỉnh giá trị điện áp và dòng điện theo đúng giá trị định mức ghi

trên đèn Chờ khoảng 15 phút cho đèn sáng ổn định (đèn sáng ổn định khi cường độ

dòng quang điện không thay đổi hoặc thay đổi rất ít quanh giá trị ổn định)

- Xoay gương từ từ, mỗi lần ứng với góc quay 2,50 trong khoảng từ 0 ÷ 1800

và ghi giá trị dòng quang điện tương ứng với mỗi vị trí góc quay vào bảng số liệu trong biểu mẫu báo cáo

- Tắt đèn, chờ 30 phút cho đèn thực sự nguội

c) Đo đường cong cường độ sáng trong mặt phẳng nằm ngang

- Xoay đèn về vị trí ứng với mặt phẳng nằm ngang, cố định vị trí này trong suốt quá trình đo và thực hiện các bước giống như đo trong mặt phẳng thẳng đứng Ghi giá trị dòng quang điện tương ứng với mỗi vị trí góc quay vào bảng số liệu trong biểu mẫu báo cáo

- Tắt đèn, kết thúc quá trình đo

Bước 4: Xử lý kết quả đo và vẽ các biểu đồ cường độ sáng

a) Xử lý kết quả đo:

Chuyển tập số liệu góc, cường độ dòng quang điện [α(0), i(µA)] thành tập số liệu góc, cường độ sáng [α(0), I(cd)] bằng cách so sánh với nguồn chuẩn theo công thức

c i d i c I d

trong đó:

Id : là cường độ sáng của đèn thử nghiệm

Ic : là cường độ sáng của đèn chuẩn

i d : là cường độ dòng quang điện ứng với đèn đo

i c : là cường độ dòng quang điện ứng với đèn chuẩn Chuyển tập số liệu góc, cường độ sáng [α(0), I(cd)] theo quang thông thực của bộ đèn đo thử nghiệm thành tập số liệu góc, cường độ sáng ứng với đền có quang thông 1000lm theo quy định của CIE, theo công thức:

d

d lm

lm cd

I I

Φ

Φ

= 1000 .)

lm cd

I : là giá trị cường độ sáng quy chuẩn cho nguồn 1000lm

- Φ1000lm : là quang thông chuẩn theo quy ước của CIE

- Id : là cường độ sáng thực của đèn thử nghiệm

- Φd : là quang thông thực của đèn thử nghiệm

Chú ý: Quang thông thực của đèn là giá trị ghi trên bao bì, trường hợp chưa biết

quang thông thực của đèn thì phải tiến hành đo đại lượng này bằng cầu tích phân

b) Vẽ các biểu đồ cường độ sáng

- Nạp tập số liệu đã xử lý theo quy định của CIE vào máy tính và thực hiện chương trình vẽ biểu đồ cường độ sáng bằng các phần mềm chuyên dụng

Chú ý: Có thể vẽ biểu đồ cường độ sáng bằng các phần mềm thông dụng như: Exel,

Matlab…thậm chí có thể vẽ trực tiếp trên biểu mẫu của Phòng thí nghiệm

- In và tập số liệu và các biểu đồ cường độ sáng vào biểu mẫu báo cáo

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG ĐƯỜNG VỚI BỘ

ĐÈN NATRI CAO ÁP

3.1 Chiếu sáng đường

Chiếu sáng đường là một trong những ứng dụng chiếu sáng công cộng quan trọng nhất, không chỉ nhằm cung cấp ánh sáng cho các phương tiện giao thông mà còn góp phần tạo dựng sự hài hòa cảnh quan trong cấu trúc tổng thể

Các hệ thống chiếu sáng đường được thiết kế, lắp đặt, vận hành, khai thác, duy

tu, bảo dưỡng bởi các công ty điện lực hoặc do chính quyền thành phố địa phương Lượng điện năng tiêu thụ cho chiếu sáng đường phố cũng rất lớn, hàng vài trăm triệu Kwh hàng năm Các phương pháp đảm bảo hiệu suất chiếu sáng trong khi vẫn duy trì được cấu trúc thẩm mỹ và cảnh quan không những mang lại các lợi ích tiết kiệm năng lượng mà cả những lợi ích kinh tế tiềm năng bằng cách tăng cường các hoạt động dịch vụ thương mại, du lịch, trong vùng Trong những năm gần đây, đã có rất nhiều những tiến bộ, thành tựu khoa học cũng như nghệ thuật trong chiếu sáng đường phố Những nguồn sáng mới hiệu quả hơn, các bộ đèn kiểu dáng mới và những hệ thống điều khiển thiết kế hiện đại cũng như các tiêu chuẩn mới về lĩnh vực chiếu sáng đường phố đã mở ra rất nhiều vấn đề cần quan tâm và tăng cường nghiên cứu

Chương 3 này nêu tổng quan về vấn đề thiết kế chiếu sáng cho người và phương tiện giao thông nhằm đảm bảo an toàn và chiếu sáng đường phố một cách hiệu quả, không bao hàm các loại chiếu sáng đặc thù như chiếu sáng cảnh quan, chiếu sáng cho phương tiện thô sơ chiếu sáng công viên, sân thể thao… Các loại đường quan tâm gồm có đường cao tốc, đường chính, đường gom, đường phụ…

3.1.1 Mục đích của chiếu sáng đường

Theo thống kê của Ủy ban quốc tế về chiếu sáng CIE (Commission Internationale de I’Eclairage - CIE), trong nhiều quốc gia, giao thông khi trời tối chiếm tỉ trọng khoảng 25% và tai nạn giao thông xảy ra thường gấp ba lần ban ngày Theo thống kê nhiều năm ở nước ta, mỗi ngày trên toàn quốc xảy ra trung bình 40-50 vụ tai nạn giao thông, làm cho khoảng 30 người bị chết, 40-50 người bị thương [1] Thông thường, chúng ta quan tâm nhiều đến thiệt hại lớn nhất của tai nạn giao thông là con người (tử vong, thương tật) Nhưng ở các nước tiên tiến, thiệt

liên quan đến vấn đề này (bệnh viện, thuốc men, lao động) Các nghiên cứu cho thấy, một trong những nguyên nhân chủ yếu của tai nạn giao thông là chất lượng chiếu sáng đường phố chưa được đảm bảo

Như vậy, có thể nói chiếu sáng đường phố có những vai trò rất quan trọng sau đây:

- Đảm bảo cho người và các phương tiện tham gia giao thông có được một tầm nhìn chuẩn xác, tiện nghi, an toàn

- Cải thiện mật độ và lưu lượng xe cộ đi lại, cho phép người và phương tiện tham gia giao thông định hướng tốt, tránh được các chướng ngại vật trên đường, giảm đến mức thấp nhất tai nạn giao thông

- Cung cấp ánh sáng thích hợp cho hoạt động của xe cộ trên các đoạn đường, giảm thiểu tội ác xảy ra trên đường phố, góp phần tạo dựng cảnh quan hấp dẫn, tăng cường năng lực du lịch thương mại trong khu vực

3.1.2 Phương pháp luận về chiếu sáng đường phố

Kỹ thuật chiếu sáng công cộng đã phát triển từ một nửa thế kỷ nay và đang không ngừng phát triển do tính năng của các đèn và bộ đèn, do cải tiến liên tục các phương pháp nghiên cứu theo yêu cầu sử dụng và do sự tiến bộ của các phương pháp tính toán

Nếu như trước đây vai trò của việc chiếu sáng chỉ nhằm đẩy lùi bóng tối thì ngay từ năm 1940, đã xuất hiện các chỉ dẫn nhằm tạo độ đồng đều chiếu sáng để đảm bảo sự an toàn cho giao thông lúc ấy Chính điều đó đã đặt nền móng cho sự phát triển của khoa học chiếu sáng sau này

Một phương pháp luận được xem như tiêu chuẩn được quốc tế công nhận là phương pháp độ rọi Độ rọi E tại một điểm P trên mặt đường do đèn S tạo ra (hình 3.1) có thể xác định theo công thức:

2

3

cos ,

h

C I

=∑ ( )

i

i i

h

C I

3

cos ,γ γ

+ Độ đồng đều dọc: là tỉ số giữa độ rọi cực tiểu và độ rọi cực đại

Hình 3.1: Độ rọi tại một điểm trên mặt đường

Ngoài ra, người ta còn sử dụng hai phương pháp khác là:

+ Phương pháp cường độ ánh sáng: tính toán cường độ ánh sáng tới mặt đường + Phương pháp độ nhìn rõ cục bộ: đây là một cách tiếp cận mới kết hợp với đặc điểm thị giác của mắt người nhằm cải thiện độ an toàn cho người lái xe Trong phương pháp này, khái niệm độ rọi đã được thay thế bởi khái niệm độ chói mặt đường

Khi độ chói không đều, trên mặt đường sẽ tạo thành những mảng sáng tối xen kẽ, làm giảm khả năng phát hiện các vật chướng ngại, che giấu các hiểm họa, vì vậy sự đồng đều độ chói theo phương dọc đường là hết sức quan trọng

Theo phương dọc, độ chói được khảo sát tại nhiều điểm khác nhau giữa hai cột đèn (cách nhau khoảng 5m) và ít nhất hai điểm theo phương ngang trên làn xe chạy Độ đồng đều độ chói được đánh giá theo :

- Độ đồng đều chung U0 =Lmin/Ltb

- Độ đồng đều dọc U1=Lmin/Lmax

trong đó Lmin, Lmax,Ltb tương ứng là độ chói cực tiểu, cực đại và trung bình tại các điểm khảo sát [8]

3.1.3 Các thiết bị trong thiết kế chiếu sáng đường phố

Sự hiểu biết và lựa chọn một cách chính xác các thiết bị chiếu sáng cũng như các thành phần của nó là một điều hết sức cần thiết cho kết quả tổng hợp của công việc thiết kế chiếu sáng đường phố Các thiết bị chiếu sáng trong chiếu sáng đường phố có thể được chia thành 3 nhóm sau:

+ Hệ thống điện: gồm ballast (chấn lưu), dây dẫn, bộ điều khiển quang điện

và một số thiết bị khác

Các đèn phóng điện khí dùng trong chiếu sáng đường luôn đòi hỏi phải có các bộ mồi và chấn lưu để khởi phát và ổn định chế độ hoạt động cho đèn Các chấn lưu được thiết kế để có thể hoạt động trong các dải tham số danh định (công suất, điện áp và dòng điện) Như vậy, giữa đèn và chấn lưu trong một bộ đèn phải tương thích với nhau nếu không đèn có thể bị giảm tuổi thọ, thậm chí có thể bị cháy Tất cả các bộ phận bằng kim loại trên cột đèn và các thiết bị điện của bộ đèn đều phải được nối đất

+ Hệ thống quang học: gồm có nguồn sáng (đèn), các bộ phản xạ, khúc xạ và bầu đèn (hệ thống này được đề cập ở chương 1)

+ Hệ thống cấu trúc: gồm có bộ đèn và các thiết bị liên kết với nó như cần đèn, cột đèn và đế móng

Trong thiết kế chiếu sáng đường, độ cao của cột đèn ảnh hưởng tới cường độ chiếu sáng, diện tích được chiếu sáng, sự đồng đều độ rọi và độ lóa Các bộ đèn được lắp đặt trên các cột càng cao thì trường sáng càng được mở rộng, đồng đều hơn và đỡ lóa nhưng độ rọi trên mặt đường lại bị giảm đi

Để nâng cao hiệu quả chiếu sáng, cần phải căn cứ vào các tham số cụ thể của đối tượng và hệ thống chiếu sáng như: loại đường, độ cao cột đèn, độ vươn của cần đèn, giãn cách các cột, cách bố trí cột,

3.2 Các tham số trong chiếu sáng đường

3.2.1 Phân loại đường

Sự phân loại đường có thể dựa trên nhiều yếu tố:

- Theo vận tốc (đường cao tốc, tốc độ trung bình, tốc độ rất thấp và đường đi bộ);

- Theo sự phân cấp (cấp đô thị, cấp khu vực và đường nội bộ);

- Theo tiêu chuẩn chiếu sáng (loại A, loại B, loại C, loại D, loại E);

Bảng 3.1 Theo TCXDVN 259:2001

Các yêu cầu của hệ thống chiếu sáng đường sẽ được đặt ra tương ứng với sự phân loại đường cụ thể

3.2.2 Độ cao của bộ đèn

Độ cao của bộ đèn là khoảng cách tính từ bộ đèn đến mặt đất Việc xác định

độ cao này phụ thuộc vào loại đường và chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi độ rộng đường cần được chiếu sáng Độ cao khuyến nghị thường là 9,14m; 10,50m; 12,19m; …

3.2.3 Giãn cách các cột đèn

Giãn cách các cột đèn đóng vai trò chủ chốt trong chiếu sáng đường Khi giãn cách tăng, sự đồng đều độ rọi dọc theo mỗi làn đường sẽ giảm Nếu vượt quá giá trị độ cao cho phép thì trên đường sẽ có những vết tối làm nhiễu loạn sự nhìn thấy và ảnh hưởng đến người tham gia giao thông với tốc độ cao vào ban đêm Giãn cách giữa các cột đèn phụ thuộc vào:

đường cực đại cường độ của hai bộ đèn kế tiếp nhau gặp nhau trên mặt đường

3.2.4 Độ vươn của cần đèn

Độ vươn của cần đèn là khoảng cách nằm ngang tính từ điểm chiếu của đèn trên đường tới chân cột (hình 3.4) Theo khuyến nghị, để tránh rung và gây vướng tầm nhìn, độ vươn không được quá 1/4 độ cao bộ đèn

3.2.5 Sự bố trí các cột đèn

a Kiểu đơn tuyến (h ình 3.5a)

Bố trí đèn chỉ về một phía của đường giao thông Điều kiện áp dụng là :

- Đường phố tương đối hẹp

- Có cây cối ở một bên đường

- Có đoạn đường uốn cong (phải bố trí đèn ở phía ngoài đường cong)

Yêu cầu để đảm bảo đồng đều độ rọi theo phương ngang là h ≥ l, trong đó h

là độ cao cột đèn so với mặt đường, l là chiều rộng mặt đường

b Kiểu so le (h ình 3.5b)

Đèn được bố trí so le về hai bên của đường giao thông, áp dụng cho đường hai chiều chuyển động Yêu cầu để đảm bảo đồng đều độ rọi theo phương ngang là h ≥ 2l/3

c Kiểu đối diện (h ình 3.5c)

Áp dụng khi đường giao thông có độ rộng lớn Yêu cầu để đảm bảo đồng đều

độ rọi theo phương ngang là h ≥ 0,5l

Trong trường hợp có sự chiếu sáng không đều trên đường, người ta có thể thay đổi độ nghiêng, độ quay hộp đèn để đảm bảo độ rọi chiếu sáng đều, cần thiết trên vỉa hè cũng như dưới lòng đường

a) Độ nghiêng

Là vị trí góc của hộp đèn so với trục đi qua tâm bóng đèn, dọc theo phương ngang Khi hộp đèn nằm ngang, sự dịch chuyển đầu nằm ngang của góc nghiêng là 00 Nếu hộp đèn hất lên phía trên được tính là dương, xuống phía dưới được tính là âm

Hình 3.6 Độ nghiêng của bộ đèn b) Độ quay hộp đèn

Được tính theo góc quay hộp đèn quanh trục đi qua tâm của đèn Nếu nhìn từ phía đầu của cần đèn thì chiều quay theo kim đồng hồ là chiều dương, ngược lại là chiều âm

Hình 3.7 Độ quay của bộ đèn c) Ánh sáng không mong muốn

Là ánh sáng gây ra do đóng góp về phổ, về hướng, cũng như về cường độ làm khó chịu, không tiện nghi, làm đãng chí hoặc giảm tầm nhìn cho người lái xe Các kỹ sư thiết kế chiếu sáng phải quan tâm đến vấn đề này ngay khi thiết lập kế hoạch và thi công

3.2.6.2 Sự phân bố trường sáng

Không như các loại đèn chiếu sáng khác, bộ đèn chiếu sáng đường được đặt

cố định ở trên cao Các bộ đèn đường có sự phân bố cường độ đặc biệt để thiết kế chiếu sáng trên các dải dài, hẹp ở một phía của đèn, còn phía kia, cường độ được giảm tối thiểu Các phân bố cường độ ở phía trên và dưới ở dải hẹp nhìn chung là như nhau

Một bộ đèn chiếu sáng đường được bố trí điển hình là cột đèn lùi vào phía sau mép đường còn đèn thì nhô ra ngoài đường Điểm 0o theo phương thẳng đứng ở phía dưới bộ đèn và tại điểm chiếu của đèn trên mặt đường (hình vẽ 3.8a) Vạch 0otheo phương ngang hướng về phía trước của đèn và hướng sang phía bên kia đường Vạch 180o hướng về phía chân cột đèn ở phía sau điểm chiếu của đèn Các vạch ngang TRL (Transverse Road Line) và dọc LRL (Longitudinal Road Line) của đường được vẽ lại như đã chỉ ra trong hình 3.8b Chúng được tính theo đơn vị độ cao MH của cột và được phân làm 3 loại bộ đèn đường, do Ủy ban chiếu sáng đường IESNA (IES Roadway Lighting Committee 1983) đưa ra, dựa vào sự phân

bố cường độ của đèn đường theo phương thẳng đứng, theo phương ngang và theo góc gần 900 theo phương thẳng đứng [8]

(a) (b)

Hình 3.8 Sự phân bố trường sáng

Khoảng cách lùi Khoảng cách nhô

Sự phân bố theo phương thẳng đứng của bộ đèn đường được xác định bởi vị trí cường độ cực đại của đèn Nếu vị trí đó nằm giữa 1,0 và 2,25MH của các vạch TRL, thì sự phân bố theo phương thẳng đứng được gọi là “ngắn” (short – S), nếu nằm giữa 2,5 và 3,75MH của các vạch TRL thì gọi là “trung bình” (medium – M),

và nếu nằm giữa 3,75 và 6,0MH của các vạch TRL thì gọi là “dài” (long – L) Các vạch TRL 1.0, 2.25, 3.75 và 6.0MH lần lượt tương ứng với các góc tới 450, 660, 750

và 800 trên đường Như vậy, nếu một bộ đèn có sự phân bố trung bình thì cường độ cực đại của nó nằm ở một góc ở khoảng giữa 600 và 750 theo phương thẳng đứng Một ví dụ cho loại đèn này được chỉ ra trong hình 3.9

Hình 3.9 Đèn đường loại II dạng phân bố trung bình

Sự phân bố của bộ đèn theo phương ngang (hai bên) dựa vào số đo của độ rộng chùm sáng và được xác định bởi vị trí của đường cong đẳng cường độ ở nửa cường độ cực đại Đây được gọi là “vết đẳng cường độ ở nửa cực đại” Theo sự phân bố này, các bộ đèn được chia ra bốn loại (xem hình 3.8b và hình 3.11)

Loại I (Type I): Vết nửa cường độ cực đại không giao cắt với các vạch LRL 1.1MH trong miền có cường độ cực đại (S, M hoặc L) Các bộ đèn này thường được