tìm hiểu hệ thống chiếu sáng trong tòa nhà

Trong đó hệ thống chiếu sáng nhân tạo bao gồm các bóng đèn đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt, đèn compact, đèn led, đèn cao áp… phục vụ chiếu sáng các phòng làm việc , phòng dịch vụ, sinh ho

Chào mừng thầy đã đến với buổi thuyết trình của nhóm 3 chúng em ngày hôm nay

Giáo viên hướng dẫn: Ths: Nguyễn Đình Tuấn Phong

ại h

ệ th ống ch iếu sá ng

áp tiế

t k iệm năn

g lư ợng tr ong hệ th ống ch iếu sá ng

Chủ đề 5: Tìm hiểu hệ thống chiếu sáng của tòa nhà

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG

1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG:

• Hệ thống chiếu sáng bao gồm hệ thống chiếu sáng tự nhiên và hệ thống chiếu sáng nhân tạo Trong đó hệ thống chiếu sáng nhân tạo bao gồm các bóng đèn ( đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt, đèn compact, đèn led, đèn cao áp…) phục vụ chiếu sáng các phòng làm việc , phòng dịch vụ, sinh hoạt chung

• Ánh sáng là một phần của rất nhiều loại sóng điện từ bay trong không gian Những loại sóng này có cả tần suất,và chiều dài.hai giá trị này giúp phân biệt ánh sáng với những dạng năng lượng khác trên quang phổ điện từ

1.2 Lý thuyết cơ bản về ánh sáng: Nóng sáng, Phóng điện, Phát quang điện Ánh sáng được phát ra từ vật thể là do những hiện tượng sau:

• Nóng sáng: Các chất rắn và chất lỏng phát ra bức xạ có thể nhìn thấy được khi chúng được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1000K Cường độ ánh sáng

tăng lên và màu sắc bề ngoài trở nên sáng hơn khi nhiệt độ tăng

• Ví dụ: bóng đèn sợi đốt, Dòng điện chạy qua sợi đốt để sợi đốt nóng lên, phát ra ánh sáng Trên 90% năng lượng điện tiêu thụ là để đốt nóng phát ra ánh sáng trắng

• Phóng điện Khi một dòng điện chạy qua chất khí, các nguyên tử và phân tử phát ra bức xạ với quang phổ mang đặc tính của các

• Phát quang điện: Ánh sáng được tạo ra khi dòng điện chạy qua những chất rắn nhất định như chất bán dẫn hoặc photpho.

• Bóng đèn Led dựa trên công nghệ bán dẫn Hoạt động của bóng đèn led giống với nhiều loại điốt bán dẫn Khối bán dẫn loại p chứa nhiều loại lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (Chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuyếch tán sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang Kết quả là khối phân tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối

n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hường kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ

có bước sóng gần đó)

• Phát sáng quang điện: Thông thường chất rắn hấp thụ bức xạ tại một bước sóng và phát ra trở lại tại một bước sóng khác Khi bức xạ được phát ra đó có thể

nhìn thấy được, hiện tượng được gọi là sự phát lân quang hay sự phát huỳnh quang.

• Hiện tượng quang phát quang là niện tượng một chất hấp thụ ánh sáng có bước sóng này và phát ra ánh sáng có bước sóng khác

• Ví dụ: Tượng đại bàng vào ban ngày (ảnh trái) và vào ban đêm (ảnh phải).Nhờ pha chất lân quang vào nguyên liệu chế tác mà phần trên của bức tượng có thể phát sáng ban đêm nhờ được kích thích bởi ánh sáng vào ban ngày

1.3 Các khái niệm về thuật ngữ thường dùng:

• Quang thông (Ký hiệu: đơn vị tính: Lumen (lm)): Là tổng lượng ánh sáng do một nguồn sáng phát ra.

• Độ rọi (Ký hiệu: E đơn vị tính: Lux (lux = lm/m2)): là lượng quang thông chiếu tới một đơn vị diện tích bề mặt.

• Hiệu suất phát sáng (Ký hiệu: H = o /p đơn vị tính lm/w): Là hiệu quả phát

• sáng của bóng đèn, bằng tỷ số giữa quang thông của bóng đèn và công suất tiêu thụ.

• Đèn có hiệu suất phát sáng cao là đèn cho quang thông lớn mà tiêu thụ năng lượng điện ít.

• Độ chói (Ký hiệu: L -đơn vị tính cd/m2): Là cựờng độ sáng phát ra từ bề mặt nguồn sáng hoặc bề mặt phần XI theo một hướng xác định,

gây nên cảm giác sáng đối với mắt, giúp nhận biết vật

• Cường độ ánh sáng Candela (cd) lcd = lm/m2: Eà lượng quang thông do một nguồn sáng phát ra trong phạm vi một đơn vị góc khối,

theo một hướng xác định

• Độ đồng đều (Ký hiệu: U): tỷ số giữa giá trị tối thiểu và giá trị trung bình của độ rọi.

• Chỉ số chói lóa mắt tiện nghi (Ký hiệu: G) : Đặc trang mức độ gây ra cảm giác khó chịu khi các phần của trường nhìn

quá chói so với độ chói xung quanh mà mắt đã thích nghi Nhiệt độ này không liên quan gì đến nhiệt độ thực của nguồn sáng.

• Nhiệt độ màu ánh sáng (Ký hiệu: K): Nhiệt độ màu của nguồn sáng tính theo độ Kelvin diễn tả màu của các nguồn sáng

so với màu của vật đen tuyệt đối được nung nóng từ 2000K đến 10000K Nhiệt độ này không liên quan gì đến nhiệt độ thực của nguồn sáng.

• Chỉ số hoàn màu (Ký hiệu: CRI hoặc Ra); Cho biết mức độ phản ánh trung thực màu sắc của các đối tượng được chiếu

sáng.

• Phân bố cường độ sáng: Là tập hợp các đường cong cường độ sáng biểu diễn trong mặt phẳng theo các mặt cắt dọc trục quang của bộ đèn.

• Các hình thức chiếu sáng:

Chiếu sáng trực tiếp: hơn 90% ánh sáng được chiếu xuống dưới, vì thế ánh sáng ít bị tường hoặc sàn hấp thụ nhưng tạo nên bóng dâm

Ví dụ: Kiểu chiếu sáng này thích hợp với chiếu sáng bên ngoài (trực tiếp, tăng cường) cho các phân xưởng và cho các văn phòng có diện tích lớn.

Chiếu sáng bán trực tiếp: Từ 60% đến 90% ánh sáng chiếu xuống dưới.

Ví dụ : Kiểu chiêu sang này thích hợp với các văn phòng, nhà ở và nhà hàng

Chiếu sáng hỗn hợp: Từ 40% đến 60% ánh sáng chiếu xuống dưới, nó chỉ được sử dụng cho những địa điểm có các bề mặt phản chiếu tốt.

Chiếu sáng bán gián tiếp: Từ 10% đến 40% ánh sáng chiếu xuống dưới Không gây chói lóa sấp bỏng và tạo môi trường dễ chịu

Ví dụ :Phù hợp chiếu sáng trong văn phòng, nhà ở vậ một số không gian sinh hoạt, giao tiếp chung.

Chiểu sáng gián tiếp: Hơn 90% ánh sáng chiếu lên trên Chiếu sáng có hiệu quả thấp nhất, nhưng tiện nghi nhìn tốt, không chói và sấp bóng.

Ví dụ :kiểu rạp chiếu phim

• Phương thức chiếu sáng:

Chiếu sáng chung đều: Đây là phương pháp chiếu sáng thông dụng nhất, có thể sử dụng tất cả các kiểu chiếu sáng trên nhằm đảm bảo độ rọi trong khu vực chiếu sáng có độ đồng đều cao Phương pháp này đèn chiếu sáng thường được bố trí theo mạng lưới

Nguyên lý hoạt động: Từ giàn pin mặt trời (solar cells), ánh sáng được biến đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC Power) Dòng điện này được dẫn tới

bộ điều khiển (charge controller) là một thiết bị có chức năng có chức năng tự động điều hòa dòng điện từ pin mặt trời và dòng điện nạp cho acquy (Battery) Thông

qua bộ đổi điện DC/AC (Inverter) tạo ra dòng điện xoay chiều chuẩn 220V/50Hz để chạy các thiết bị điện.

Chiếu sáng cục bộ: Nhằm tập trung ánh sáng đến vị trí làm việc hoặc đối tượng chiếu sáng cụ thể Phương pháp này sử dụng chủ yếu kiểu chiếu sáng trực tiếp.

Ví dụ: như chiếu sáng văn phòng , phân xưởng …

Chiếu sáng hỗn hợp: sử dụng kết hợp phương pháp chiếu sáng chung đều và chiếu sáng cục bộ, đảm bảo chiếu sáng toàn diện một đối tượng Thường thì bố trí đèn để tạo khoảng 30%-35% độ rọi theo phương pháp chiếu sáng chung đều, phần còn lại do theo phương pháp chiếu sáng cục bộ

HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG

CHIẾU SÁNG TỰ

NHIÊN

CHIẾU SÁNG NHÂN TẠO

CHƯƠNG II PHÂN LOẠI HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG

1 Chiếu sáng tự nhiên

1.1 Định nghĩa :

• Chiếu sáng tự nhiên là sử dụng nguồn ánh sáng được phát ra từ những thực thể phát sáng trong tự nhiên như mặt trời…

 Ánh sáng mặt trời có hai thành phần chính là:

• + Ánh sáng trực xạ nhận được thông qua các tia nắng của mặt trời.

• + Ánh sáng tán xạ của bầu trời.

Độ rọi tổng cộng ngoài nhà

Độ rọi khuyếch tán của bầu trời

Bầu trời đầy mây

Bầu trời quang mây

Độ rọi trực tiếp của bầu trời

1.2 Mô hình tính toán trong chiếu sáng tự nhiên

Độ rọi trực tiếp của bầu trời: có trị số lớn nhưng thay đổi nhiều lần trong ngày

Độ rọi khuyếch tán của bầu trời: thay đổi phụ thuộc vào lượng mây trên bầu trời nhưng tương đối ổn định theo các mùa trong năm

Bầu trời đầy mây: Bầu trời bị che khuất hoàn toàn và độ chói thay đổi theo độ cao so với chân trời

Bầu trời quang mây: Khi đó mặt trời xuất hiện trên bầu trời và độ chói mặt trời phụ thuộc vào vị trí mặt trời

1.3 Đánh giá chiếu sáng tự nhiên.

•  

1.4 Các biện pháp nâng cao hiệu quả chiếu sáng tự nhiên.

Cửa sổ

Giếng trời 

Ô lấy sáng

2 Chiếu sáng nhân tạo

2.1.Định nghĩa

Chiếu sáng nhân tạo:Là sử dụng nguồn sáng do con người tạo ra để đem lại ánh sáng trong công trình như đèn điện, nến… Với nguồn sáng này chúng

ta có thể dễ dàng điều chỉnh cường độ, màu sắc bằng cách sử dụng các loại đèn khác nhau phù hợp nhu cầu sử dụng

2.2 Các chủng loại và thành phần của một số hệ thống chiếu sáng nhân tạo.

2.2.1 Đèn Sợi đốt :

- Còn gọi là đèn dây tóc,là loại đèn làm việc theo nguyên lí chất rắn phát sáng ở nhiệt độ lớn hơn 500°C

- Tóc phát sáng làm bằng sợi Tungsteng hoặc Volfram,đặt trong ống thủy tinh chịu nhiệt có độ chân không lớn hoặc đầy khí trơ : Nitơ (N),Argon ( Ar)…

2.2.2 Đặc điểm đèn sợi đốt:

• Điện áp làm việc : 1,5 - 300V

• Điện áp nhỏ,tóc đèn ngắn,dài

• Điện áp cao,tóc đèn dài,mảnh

• Chiều dài tóc đèn ở dạng lò xo bằng 1/10 chiều dài ở dạng kéo thẳng

• Tuổi thọ của đèn phụ thuộc vào độ đồng đều của tóc đèn thường từ 1000-2000 giờ

• Tóc đèn biến điện năng thành nhiệt năng và bức xạ ánh sáng theo hiệu ứng Junle-Lenz

• Hiệu suất : 12 lumen/Oát

• Chỉ số hoàn màu: 1A

• Nhiệt độ màu: Ấm (2.500K – 2.700K)

2.2.3 Cấu tạo đèn sợi đốt:

• Hai điện cực nối nguồn với bóng đèn gồm 3 đoạn hàn nối liền nhau:

• Đoạn nằm trong bóng đèn

• Đoạn nằm trong trụ thủy tinh

• Đoạn nằm trong đui đèn

  Bóng thủy tinh

- Làm bằng thủy tinh chịu nhiệt, đường kính đảm

bảo bóng thủy tinh không bị nóng nổ,

có độ chân không lớn hay chứa đầy khí trơ:

Nito(N),Argon(Ar),Kripton(Kr) nhằm mục đích:

+ Giảm tốc độ bốc hơi của tóc đèn

+ Giảm khả năng truyền nhiệt, giảm sự mất mát nhiệt năng

+ Ngăn cản không tạo hồ quang giữa 2 điện cực

Đui đèn

• Làm bằng đồng hay sắt tráng kẽm, trên đui có 2 điện cực,có 2 loại đui xoáy và đui ngạnh

• Những thông số đặc tính của đèn nung sáng

Điện áp định mức ( V )

- Là điện áp làm việc của đèn đảm bảo để đèn phát ra một lượng

quang thông định mức trong thời gian định mức

- Ưu điểm: Có thể làm việc với điện áp thấp hơn

nhiều so với điện áp định mức => dùng để chiếu sáng sự cố,

chiếu sáng an toàn

Công suất đèn (W )

- Có nhiều loại, từ dưới 1W-1500W

- Quang thông cũng từ 1 lumen (lm) đến hàng chục ngàn lm

- Đường kính bóng đèn lớn nhỏ,từ đèn trái ớt đến vài chục centimet

Hiệu suất phát quang: η

- Tính bằng tỉ số giữa quang thông F của đèn với công suất điện W tiêu thụ, là chỉ tiêu kinh tế cơ bản của các loại đèn : η =F/W

• Đèn nung sáng η trong khoảng 7-28 lm/W Hiệu suất phát quang thấp, hiệu quả kinh tế kém

- Quang phổ của quang thông đèn nung sáng khác xa với ánh sáng ban ngày

=> không dùng để chiếu sáng trưng bày cần phân biệt màu sắc thật của vật quan sát

2.2.4 Đèn Halogen:

a Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

• Đèn Halogen là một loại đèn sợi đốt sử dụng dây đốt vonfram giống như đèn sợi đốt thông thường nhưng trong bóng có một số lượng nhỏ khí halogen như iốt hoặc Brom và các khí trơ như Argonm Kripton để làm tăng hiệu quả năng lượng cũng như tuổi thọ của đèn.

Nguyên tử vonfram bay hơi từ dây tóc nóng và di chuyển về phía thành mát hơn của bóng đèn. Các nguyên tử vonfam, oxy và halogen kết hợp với nhau tại thành bóng để tạo nên phân tử vonfram oxyhalogen. Nhiệt độ ở  thành bóng giữ cho các nguyên tử vonfram oxyhalogen ở dạng hơi. Các phân tử này di chuyển về phía dây tóc nóng nơi nhiệt độ cao hơn tách chúng ra khỏi nhau. Nguyên tử vonfram lại đông lại trên vùng mát hơn của dây  tóc-không phải chính xác ở những vị trí mà chúng bị bay hơi. Các khe hở thường xuất hiện gần các điểm nối giữa dây tóc vonfram và dây đầu vào bằng molypđen, nơi nhiệt độ giảm đột ngột.

 Bóng đèn halogen phải được chế tạo để hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 250ºC. Ở nhiệt độ này khí halogen mới bốc hơi. Người ta sử dụng phần lớn thủy tinh thạch anh để làm bóng vì loại vật liệu này chịu được nhiệt độ và 

áp suất rất cao (khoảng 5 đến 7 bar) cao hơn thủy tinh bình thường làm cho dây tóc đèn sáng hơn và tuổi thọ cao hơn bóng đèn thường.

Ứng dụng

• Hiệu quả ánh sáng của đèn Halogen từ 20 – 27lm/W với tuổi thọ trung bình 2000 giờ

• Đây là sự lựa chọn ưu tiên cho chiếu sáng với chất lượng ánh sáng cao như phòng tranh, viện bảo tàng, phòng họp quan trọng hoặc thực hiện những công việc đòi hỏi chi tiết, tỉ mỉ cần có sự nhìn nhận rõ ràng về màu sắc, chi tiết Một ưu điểm nữa của đèn Halogen là chỉ cần một tim đèn và bóng nhỏ hơn nhiều so với bóng thường Điều này cho phép đèn chỉnh tiêu điểm chính xác hơn so với bóng thường

• Nguyên lý của đèn Halogen còn được ứng dụng trong Đèn sưởi Halogen Được thiết kế trên nguyên tắc sử dụng bóng phát nhiệt siêu bền, tỏa nhiệt nhanh và rộng khắp, không gây đốt oxy nên không sợ thiếu ôxy Đây cũng là một giải pháp tiết kiệm năng lượng rất tốt cho nhu cầu sưởi ấm trong mùa đông với các kết cấu đèn sưởi Halogen treo tường và có thể dịch chuyển

- Ánh sáng trắng hơn (nhiệt độ màu cao hơn)

- Giá cao hơn

- Nhiều tia hồng ngoại hơn

- Nhiều tia cực tím hơn

- Khó cầm giữ

2.2.5 Đèn huỳnh quang:

a. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

•. Đèn huỳnh quang có cấu tạo gồm hai bộ phận chính đó là ống tuýp đèn và hai điện cực ở hai đầu Ống được hút chân không, bên trong có một chút thủy ngân và được bơm đầy khí trơ, thường là khí argon hay neon Phía bên trong ống thủy tinh được tráng một lớp photpho mỏng, được chọn để hấp thu bức xạ UV và truyền bức xạ này ở vùng có thể nhìn thấy được Ống có hai điện cực ở hai đầu, được nối với mạch điện xoay chiều

 Mạch điện của đèn HQ: Nguồn điện xoay chiều 220V sẽ có 2 dây: 1 nóng, 1 trung tính.

b Ứng dụng

• Đèn huỳnh quang là một loại đèn có ánh sáng lạnh và hiệu suất phát sáng cao, chỉ số thể hiện màu cao (CRI = 65 -90) và tuổi thọ cao (8000 –

12000 giờ) thích hợp nhất cho chiếu sáng nội thất như cửa hàng, văn phòng, khu sinh hoạt chung v.v Đèn có thể chế tạo với các chiều dài khác nhau như 0.3m, 0.6m, 1.2m, 1.5m và 2.4m

• Hiệu suất phát sáng của đèn huỳnh quang phụ thuộc nhiều vào đường kính ống Khi đường kính ống tăng lên, hiệu suất sẽ giảm di do nhiều bức xạ 253.7nm bị cầm giữ Hiện nay, phổ biến trên thị trường có các loại đèn huỳnh quang T10, T8 và gần đây là T5 theo đó T là ký hiệu từ chữ tube nghĩa là ống còn số đằng sau chỉ đường kính ống theo phần tám inch (một đơn vị đo lường của Anh có giá trị bằng 254mm)

2.2.6 Đèn huỳnh quang compact

• Loại đèn huỳnh quang compact xuất hiện gần đây đã mở ra một thị trường hoàn toàn mới của nguồn sáng huỳnh quang Những chiếc đèn này cho phép thiết kế bộ đèn nhỏ hơn nhiều, có thể cạnh tranh với loại đèn nóng sáng và đèn hơi thủy ngân trên thị trường đồ chiếu sáng có hình tròn hoặc vuông Sản phẩm bán trên thị trường có bộ điều khiển gắnliền (CFG) hoặc điều khiển tách rời (CFN)

a Đèn hơi Natri cao áp.

• Đèn hơi Natri cao áp (HPS) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chiếu sáng ngoài trời và chiếu sáng công nghiệp Hiệu suất cao là đặc điểm ưu việt hơn của loại đèn này so với đèn halogen kim loại vì những ứng dụng này không đòi hỏi độ hoàn màu cao Khác với đèn thủy ngân và đèn hologen kim loại, đèn HPS không có các điện cực khởi động, balat chấn lưu bao gồm tác-te điện tử cao áp.Ống hồ quang được làm bằng gốm, có thể chịu được nhiệt độ lên đến 2372F Ống được nạp khí xenon giúp tạo hồ quang cũng như hỗn hợp khí thủy ngân và natri

Đặc điểm

•  Hiệu suất : 50 - 90 lumens/Watt (chỉ số hoàn màu tốt hơn, hiệu suất thấp hơn)

• Chỉ số hoàn màu: 1 – 2

• Tuổi thọ của đèn 24.000 giờ, duy trì quang thông đặc biệt tốt

• Làm nóng 10 phút, làm nóng trở lại trong vòng 60 giây

• Sử dụng đèn sodium tại áp suất và nhiệt độ cao hơn sẽ làm đèn phản ứng cao hơn

• Bao gồm 1-6 mg natri và 20mg thủy ngân

•   Khí nạp là Xenon.Tăng lượng khí sẽ cho phép giảm lượng thủy ngân, nhưng

sẽ khó khởi động đèn hơn.

• Ống hồ quang được đặt trong một bóng đèn có lớp khuyếch tán để giảm chói.

• Áp suất càng cao, dải bước sóng càng rộng và chỉ số hoàn màu càng tốt, hiệu suất càng thấp