Đề cương kĩ thuật chiếu sáng đô thị full

Yêu cầu về thiết kế chiếu sáng đô thị Thiết kế chiếu sáng đô thị phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật về chiếu sáng đô thị đối với từng loại công trình hoặc từng k

Đề 1-Câu 1

Định nghĩa, công thức tính toán của các đại lượng:

- Thông lượng bức xạ của ánh sáng đơn sắc

- Độ nhạy của mắt trước ánh sáng đơn sắc

- Quang thông của ánh sáng đơn sắc và quang thông toàn phần của chùm ánh sáng phức tạp F.

Ta xét một miếng kim loại diện tích S m2, thời gian đặt trong chùm bức xạ là t giây, năng lượng toàn phần mà mặt S nhận được là W watt, thì năng lượng trung bình mà mặt S nhận được trong đơn vị thời gian, bằng :

ɸ = C W t (J/s ⇔ Watt )Gọi là thông lượng năng lượng của chùm bức xạ rọi vào mặt S, nói tắt là thông lượng bức xạ

Trong đó:

C- hệ số tỷ lệ, đặc trưng cho khả năng hấp thu năng lượng bức xạ của vật

W- năng lượng bức xạ toàn phần, bao gồm bức xạ nhìn thấy và bức xạ không nhìn thấy, tính bằng watt (J/s)

t- thời gian tác dụng, tính bằng giây

Nếu chùm bức xạ rọi tới mặt S là chùm bức xạ đơn sắc, ứng với bước sóng λ xác định, thì gọi là thông lượng bức xạ đơn sắc, và ký hiệu là φλ

Thông lượng bức xạ của miền bức xạ khả kiến ɸ, bằng:

ɸ = Muốn biết tính chất của một chùm sáng phải biết cấu trúc quang phổ, sự phân bố và tỉ lệ các bức xạ đơn sắc cấu trúc trong chùm sáng đó

Để giải quyết vấn đề này, người ta đưa vào khái niệm ‘Cường độ quang phổ’, ký hiệu là ϕλ

Độ nhạy của mắt là nghịch đảo của ngưỡng thấy:

Vλ =

λφ

1 (1/w)

Thông lượng bức xạ trong miền khả kiến có điều chỉnh bởi hệ số độ nhạy Vλ được gọi là quang thông, ký hiệu là F (đơn vị Watt ánh sáng) Quang thông F gồm 2 dạng:

- Quang thông đơn sắc: Fλ = Vλ φ λ

Đề 1-Câu 2

Yêu cầu chung về thiết kế, xây dựng và duy trì hệ thống chiếu sáng đô thị?

Yêu cầu về thiết kế chiếu sáng đô thị

Thiết kế chiếu sáng đô thị phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật về chiếu sáng đô thị đối với từng loại công trình hoặc từng khu vực được chiếu sáng;

- Bảo đảm các yếu tố trang trí, mỹ quan và phù hợp với chức năng của công trình hoặc từng khu vực được chiếu sáng;

- Có các giải pháp sử dụng nguồn sáng, thiết bị chiếu sáng hiệu suất cao, tiết kiệm điện trong thiết kế từng công trình hoặc từng khu vực được chiếu sáng

Yêu cầu về xây dựng công trình chiếu sáng đô thị

Công tác xây dựng, lắp đặt các công trình chiếu sáng đô thị phải thực hiện theo đúng thiết

kế đã được phê duyệt, trong quá trình thi công phải bảo đảm an toàn, thuận tiện và tuân thủ các quy định về quản lý xây dựng công trình

Yêu cầu về duy trì chiếu sáng đô thị

Công tác duy trì, bảo dưỡng chiếu sáng đô thị phải bảo đảm cho hệ thống chiếu sáng đô thị hoạt động ổn định; đạt hiệu quả chiếu sáng cao, tiết kiệm điện và an toàn cho người quản lý, vận hành và sử dụng

Góc khối

(góc không gian, góc đặc)

Từ điểm O ngoài diện tích dS, dựng

những đường sinh tựa trên chu vi của

mặt dS, ta có góc khối dω Phần không

gian giới hạn trong hình nón đỉnh tại O,

có các đường sinh tựa trên chu vi mặt dS

gọi là góc khối nhìn từ O tới mặt dS

Đơn vị của góc khối ω nói trên là

Stéradiant với định nghĩa như sau: Trên mặt cầu

tâm O bán kính R, quy ước phân tố có diện tích

ds =R2 tương ứng với gốc khối nhìn từ tâm O là

1 (sr)

Cường độ sáng (I)

Cường độ sáng I là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát sáng của nguồn điển trên từng phương Cường độ ánh sáng dIw trên 1 phương bằng mật độ quang thông dFw của nguồn bức xạ trong phạm vi góc khối dw nhìn từ O tới mặt ds chắn trên phương đó (ds có pháp tuyến trùng phương rọi) Tổng quát có thể viết:

dIω =

ωωddF

Nếu trong góc khối ω, quang thông phân bố đều:

Iω =

ωωF

Nếu nguồn sáng đồng đều theo mọi phương (nguồn sáng đẳng hướng), quang thông của nó được gọi là quan thông cầu, khi ấy cường độ sáng I có trị số: I = 4π

F

đơn vị đo cường độ sáng là candéla (cd) Cd = Watt ánh sáng / sr

Độ rọi E

Độ rọi E là đại lượng đặc trưng mức độ được rọi sáng trên mặt dS, do nguồn sáng từ ngoài rọi tới.

Giả sử nguyên tố diện tích dS của mặt S nhận được quang thông Df từ bên ngoài rọi tới, theo phương trùng với pháp tuyến của dS

Mật độ phân bố quang thông trên diện tích dS theo phương pháp tuyến với mặt dS dược gọi

là độ rọi dE:

dE = d d F S

Khi quang thông rọi đều trên mặt S thì:

E = S F

Đơn vị này gọi là lux (lx)

Trong hệ đo lường CGS cũ, đơn vị của E là Fôt : 1 Fôt = 104 lux

F d

Khi quang thông bức xạ đều từ mặt S:

R = s F

Đơn vị của R:

Trong hệ đo lường SI, đơn vị độ trưng R là lumen/m2

Độ chói B

Độ chói B là đại lượng đặc trưng cho khả năng phát

sáng theo từng phương của nguồn mặt hay nguồn khối (ánh

sáng phát ra không đều theo mọi phương).

dB =

θω

=θ

=

cos.Sd.d

Fdcos

.Sd

Id'S

d

I

d

θ: Góc giữa pháp tuyến nguyên tố truyền ánh sáng ds với

phương truyền quang thông

dB: Độ chói của nguyên tố phát sáng ds theo phương truyền quang thông

Khi bức xạ đều: B = θ =ω.S.cosθ

Fcos

.SIĐơn vị độ chói: cd /m2 = Nt (Nit)

Đề 2-Câu 2

Mục đích và các yêu cầu cơ bản của chiếu sáng công trình giao thông?

Mục đích của chiếu sáng công trình giao thông

- Tạo môi trường ánh sáng tốt, giúp người lái xe xử lý nhanh chóng, chính xác các tình

huống xảy ra trên đường đảm bảo lái xe an toàn với tốc độ cho phép theo quy định

- Đảm bảo an toàn cho mọi phương tiện và con người lưu thông trên đường, giảm đến

mức thấp nhất tại nạn giao thông

- Đảm bảo an ninh cho người đi bộ, đi xe đạp và đi xe máy lưu thông trên đường phố

- Làm sáng rõ các biển chỉ dẫn giao thông

- Làm đẹp môi trường cảnh quan đô thị vào ban đêm

Các yêu cầu cơ bản về chiếu sáng công trình giao thông

Chiếu sáng giao thông phải làm lộ rõ tất cả các đặc điểm của đường và dòng giao thông bao gồm các phương tiện giao thông chạy trên đường, người đi bộ, biển báo, vật chướng ngại

Nên để nâng cao tính thẩm mỹ và hiệu quả của chiếu sáng giao thông cần phải có quy hoạch cách bố trí kiểu dáng, chủng loại trụ và đèn phù hợp với cảnh quan quy hoạch đô thị xung quanh nơi bố trí hệ thống này

Hệ thống đèn phải phù hợp đặc điểm của con phố hay của không gian công cộng đang thiết

kế Những yếu tố như đặc điểm kiến trúc hay tính lịch sử của các công trình và không gian, cây xanh và sánh sáng đèn đều liên quan tới nhau

Các yếu tố cần quan tâm là số đèn lắp trên một cột đèn (một đèn, hai đèn hay nhiều hơn), vật liệu, màu sắc, hình dáng hiện đại hay cổ điển Ngoài ra, nhiều loại đèn phục vụ những mục đích khác nhau cũng nên được lắp đặt kết hợp với nhau Khi thiết kế cũng cần quan tâm tới các thành phần gắn kèm khác như biển báo giao thông, biển hướng dẫn,

Loại ánh sáng và hình dáng đèn cũng phải phù hợp với các yếu tố sau: Chiều rộng đường, chiều rộng vỉa hè, chiều rộng lối đi bộ (trong công viên hay trên quảng trường), chiều cao của các công trình xung quanh, số lượng, vị trí và loại cây xanh xung quanh, chiều dài của các công trình

Đề 3-Câu 1

Phân biệt các đại lượng cường độ sáng, độ rọi, độ trưng, độ chói qua ý nghĩa vật lý và ứng dụng trong thiết kế chiếu sáng.

Đề 3-Câu 2

Nội dung thiết kế chiếu sáng đường giao thông theo phương pháp tỷ số R?

Phương pháp tỉ số R về bản chất cũng tính toán dựa trên độ rọi nhưng có xét tới độ

chói của mặt đường thông qua tỉ số R:

Với Etb(lux), Ltb(cd/m2) lần lượt là độ rọi trung bình và độ chói trung bình

Nếu tuân thủ các phương pháp bố trí như trình bày ở phần dưới, bằng thực nghiệm người ta nhận thấy R là hằng số đối với mỗi loại đường như bảng sau:

Như vậy với mỗi loại đường ta biết chỉ số R đặc trưng của nó, đồng thời căn cứ vào tiêu chuẩn độ chói trung bình quy định trong tiêu chuẩn TCXDVN 259-2001 cho mỗi cấp đường ta suy ra được độ rọi trung bình Etb và quá trình tính toán thiết kế chiếu sáng đều xuất phát từ Etb này, do đó ta có thể nói bản chất của nó là phương pháp độ rọi

Phương pháp tỉ số R được coi là phương pháp thiết kế sơ bộ, sau khi hoàn thành phải kiểm

tra giải pháp thiết kế này bằng phương pháp độ chói điểm Tuy nhiên nếu không yêu cầu độ chính

xác cao thì phương pháp tỉ số R coi như là giải pháp thiết kế hoàn chỉnh

Ưu điểm của phương pháp này là cho phép tính toán một cách tương đối chính xác mà không cần phải có số liệu của đèn và bộ đèn chiếu sáng Chỉ sau khi tính ra quang thông ta mới tra catologue để chọn đèn và bộ đèn

Đề 4-Câu 1

Phân biệt thị giác ban ngày và thị giác hoàng hôn? Ảnh hưởng của chúng tới việc cảm nhận ánh sáng của mắt người?

Thị giác ban ngày và thị giác hoàng hôn

• Thị giác ban ngày liên hệ với sự kích thích tế bào hữu sắc Khi độ rọi E ≥ 10 lux thì tế bào hữu sắc cho cảm giác sáng đi kèm với màu sắc và phân biệt được chi tiết vật quan sát

• Thị giác hoàng hôn liên hệ với sự kích thích tế bào vô sắc Khi độ rọi E ≤ 0.01 lux chỉ có

tế bào vô sắc làm việc, khi E (0,01lux; 10lux) thì cả hai tế bào cùng làm việc

• Đối với thị giác ban ngày, độ rọi không nên lớn quá ( E ≥ 250 lux) sẽ làm hại võng mạc

• không nên chuyển ngay từ môi trường sáng ít sang môi trường sáng nhiều, mặc dù quang thông trong môi trường sáng nhiều vẫn chưa vượt quá giới hạn

Quá trình thích nghi nhìn

• chuyển từ môi trường có độ rọi lớn (ứng với thị giác ban ngày) sang môi trường có độ rọi nhỏ hơn (ứng với thị giác hoàng hôn), tế bào vô sắc không hoạt động ngay mà cần có thời gian để quen dần: thích nghi tối

• thích nghi từ môi trường tối sang môi trường sáng, quá trình này diến ra nhanh hơn, thường chỉ vài giây Khi mắt đã thích nghi hoàn toàn sẽ cho độ nhạy rất lớn

Đề 4 - Câu 2

Nội dung thiết kế chiếu sáng đường giao thông theo phương pháp độ chói điểm?

Phương pháp độ chói điểm

Độ chói từng điểm trong tầm nhìn của người lái xe phải thoả mãn tiêu chuẩn về độ đồng đều chung và độ đồng đều dọc trục đường

Độ chói của một điểm trên mặt đường:

Lớp phủ mặt đường nói chung không có tính chất phản xạ khuyếch tán đều (tuân theo định luật Lambert) mà có tính chất phản xạ hỗn hợp, tức là độ chói nhìn theo các hướng khác nhau thì khác nhau

Xét điểm P trên mặt đường trong tầm quan sát của người lái xe được chiếu sáng bởi 1 đèn như trên hình Hệ số phản xạ tại điểm này phụ thuộc các yếu tố sau đây:

- Góc nhìn của người lái xe α;

- Góc lệch khi quan sát β;

- Góc tia sáng tới điểm P là γ (tức là góc kinh tuyến của bộ đèn)

Xác định độ chói tại 1 điểm trên mặt đường do 1 đèn gây ra.

Công thức định luật Lambert cho phản xạ khuyếch tán đều là L E

π

ρ

= nhưng mặt đường không tuân theo định luật này nên mối quan hệ giữa độ chói L và đội rọi E phải là L = q.E, trong

đó q = q(α,β,γ) Tầm nhìn của người lái xe 60 – 170 m tương ứng với góc quan sát α = 1,40 - 0,50,

do đó có thể coi tầm quan sát trung bình α ≈10=const, như vậy q = q(β,γ) Theo định luật tỉ lệ nghịch bình phương ta có độ rọi tại điểm P là:

Do đó độ chói tại điểm P do 1 đèn gây ra là:

Hệ số β γ β γ cos3γ

).

, ( ) ,

R = gọi là hệ số độ chói quy đổi được xác định bằng thực nghiệm Giá trị này phụ thuộc vào tính chất của các lớp phủ mặt đường và được lập thành bảng (xem phần phụ lục) để sử dụng Sau đây ta xem xét tính chất quang học của các lớp phủ mặt đường khác nhau

Nếu chọn được 3 màu, trong đó có 2 màu nằm ở đầu cùng của phổ nhìn thấy, để khi hòa cả

3 màu đó sẽ đủ cho một cảm nhận của mắt người tất cả những màu sắc mong muốn thì 3 màu đó được gọi là màu cơ bản Uỷ ban chiếu sáng quốc tế quy ước 3 màu đó là: màu đỏ, màu xanh lá cây, màu xanh da trời

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

- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn A là ánh sáng do bóng đèn sợi đốt vonfram phát xạ, có nhiệt

độ màu 2854 K

- Ánh sáng tiêu chuẩn B là ánh sáng bầu trời giữa trưa, có nhiệt độ màu 4879 K

- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn C là ánh sáng bầu trời trung bình có nhiệt độ màu 6740K

- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn D65 là ánh sáng trời có nhiều tia tím, nhiệt độ màu 6504 K Đây là màu trắng tiêu chuẩn của hệ PAL, SECAM

- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn D55 là ánh sáng có nhiệt độ màu 5500 K, là màu trắng tieu chuẩn của hệ NTSC

- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn D75 là ánh sáng bầu trời các nước miền Bắc, nhiệt độ màu

7500 K

- Ánh sáng trắng tiêu chuẩn D93 là ánh sáng có nhiệt độ màu 9300 K, là màu trắng tiêu chuẩn của truyền hình màu Nhật Bản

Đề 5-Câu 2

Trình bày những hiểu biết về vấn đề chiếu sáng cho công trình cầu?

Chiếu sáng chức năng (chiếu sáng phục vụ các phương tiện giao thông trên cầu):

Mức độ chiếu sáng (chức năng) trên cầu không được nhỏ hơn mức độ chiếu sáng đường dẫn vào cầu Nên thay đổi giải pháp bố trí chiếu sáng đường dẫn vào cầu (một phía thành hai phía, ở giữa chuyển sang hai bên,…), thay đổi cao độ lắp đèn hoặc thay đổi công suất đèn, màu sắc ánh sáng vv để tạo ra sự khác biệt tăng khả năng nhận biết từ xa Trên các cầu có kiến trúc đơn giản nên bố trí đối xứng hoặc so le để tăng khả năng dẫn hướng, quan sát các giới hạn hai bên cầu

Chiếu sáng đường dành cho người đi bộ:

Nên sử dụng các cột thấp, mức độ chiếu sáng vừa phải, tránh chói loá và không ảnh hưởng đến việc chiếu sáng tổng thể công trình

Đèn tín hiệu báo không, thông thuyền:

Đối với các cây cầu có chiều cao lớn, bắc qua sông có nhiều tàu thuyền cần lắp hệ thống đèn báo không và thông thuyền theo quy định

Chiếu sáng kiến trúc:

Tuỳ vào chất liệu, màu sắc, kích thước, kiểu dáng, kiến trúc của cầu (cầu bê tông, cầu gỗ, dây văng, cổ kính hay hiện đại ) và không gian xung quanh (nông thôn, thành phố, cầu cạn hay cầu

bắc qua sông, suối vv) có thể sử dụng các đèn pha, đèn tuyp, đèn Led hoặc các dây trang trí,… với các nguồn sáng có công suất, màu sắc khác nhau chiếu sáng trụ cầu, lan can, tháp, dây văng,

…với mục đích khắc hoạ được kiến trúc điển hình và làm nổi bật công trình lúc về đêm

Chiếu sáng sân vườn hai bên mố cầu:

Hạn chế sử dụng các cột cao, đèn có công suất lớn Nên sử dụng các cột đèn chùm, đèn

nấm có tính trang trí cao, công suất vừa và nhỏ, nguồn sáng có thành phần quang phổ phù

Đề 6-Câu 1

Kể tên các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhìn? Trong số đó, trình bày ảnh hưởng của các nhân

tố chủ quan? Nhân tố chủ quan nào có tính quyết định?

Năng suất phân ly

Là góc α nhỏ nhất mà mắt người còn phân biệt được vật thể, αmin = 1’

αmin của thị giác hoàng hôn kém 10 lần αmin thị giác ban ngày

Độ rọi tối thiểu Emin cần thiết để nhìn rõ được vật có quan hệ với αmin theo biểu đồ Emin - αmin Thực nghiệm dưới ánh sáng ban ngày, góc nhìn α = 4 – 5’ mới bắt đầu thấy rõ vật nếu độ rọi bé thì phải tăng góc nhìn mới nhìn thấy rõ vật

b v

B

BB

B

Bb: Độ chói của bối cảnh

Bv: Độ chói của vật quan sát

Kmin =0,01 là trị số nhỏ nhất mà mắt người còn quan sát được vật, gọi là ngưỡng tương phản

Smax phụ thuộc nhiều vào độ chói của bối cảnh Bb hơn là độ chói của vật quan sát Bv

Smax còn phụ thuộc vào kích thước vật quan sát, tức là góc nhìn a (a giảm → Smax giảm)

Khi độ rọi E tăng lên thì trị số cần thiết của K đủ để nhìn thấy vật sẽ giảm, như thế càng có lợi cho việc quan sát

Độ chói của vật quan sát

Vật phải có độ chói nhất định mới nhìn thấy được Độ chói nhỏ nhất đủ nhìn thấy vật được gọi là ngưỡng độ chói Bv min Góc nhìn α càng lớn thì Bv min càng giảm, nhưng khi α > 500 thì Bv min không giảm nữa Trị số Bv min ứng với α > 500 được gọi là ngưỡng độ chói tuyệt đối, khi đó Bv min

= 10-6 cd/m2 Đây cũng chính là khả năng cảm thụ lớn nhất của mắt người

Độ chói của vật quan sát khi nhận ánh sáng bên ngoài rọi tới: Bv =

π

ρE (cd/m2, nit) Trong

đó, ρ là hệ số phản xạ ánh sáng Như vậy, vật quan sát được coi như một nguồn

sáng thứ cấp

Qua công thức có thể thấy, điều chỉnh Bv bằng 2 cách như sau: thay đổi hệ số phản xạ ρ của

bề mặt vật quan sát, hoặc thay đổi độ rọi E của ánh sáng tới

Để kinh tế nhất khi thiết kế chiếu sáng và thuận lợi nhất khi quan sát vật, Bv max = 0,6 cd/m 2,

là trị số độ chói tối đa mà không gây lóa mắt

Góc tia sáng tới hợp với mặt phẳng nằm ngang ≥ 640 sẽ không gây lóa mắt

Khoảng cách giữa vật và mắt

Khoảng cách L giữa vật quan sát và mắt càng xa càng kém rõ Cùng góc nhìn α, cùng trị số

K nhưng L khác nhau thì khả năng phân biệt màu sắc, chi tiết cũng khác nhau

Nguyên nhân là do tính chất trong suốt của không khí, lớp không khí càng dày càng kém trong suốt Phải căn cứ vào điều kiện không khí của địa phương để thiết kế chiếu sáng cho phù hợp

Thời gian quan sát

Thời gian quan sát đủ dài thì mắt càng dễ thích nghi với ánh sáng trên vật và bối cảnh Quá trình thích nghi phụ thuộc vào cường độ sáng của 2 môi trường chuyển tiếp Khi chuyển từ môi trường sáng sang môi trường tối gọi là thích nghi tối, quá trình này khá lâu, đến hàng chục phút Quá trình ngược lại gọi là thích nghi sáng, quá trình này nhanh, chỉ cần vài phút

Đề 6-Câu 2

Trình bày vai trò và nội dung của chiếu sáng công trình và không gian đô thị ban đêm?

Vai trò của chiếu sáng công trình và không gian đô thị ban đêm :