Tài liệu kỹ thuật chiếu sáng

- Bóng đèn được làm bằng thủy tinh chịu nhiệt,chịu được nhiệt độ cao,có chức năng bảo vệ sợi đốt - Đuôi đèn đuôi xóay và đuôi cài được làm bằng đồng hoặc sắt tráng kẽm gắn chặt với bóng

Chương 2 Thiết bị chiếu sáng

Cấu tạo, nguyên lý làm việc và phạm vi ứng dụng của các loại đèn

I Đèn sợi đốt

1 Đèn sợi đốt thông thường

 Cấu tạo: gồm sợi đốt, bóng thủy tinh và đuôi đèn

- Sợi đốt làm bằng vonfram, chịu đc nhiệt độ cao, có chức

năng biến đổi điện năng thành quang năng

- Bóng đèn được làm bằng thủy tinh chịu nhiệt,chịu được nhiệt độ cao,có chức năng bảo vệ sợi đốt

- Đuôi đèn (đuôi xóay và đuôi cài ) được làm bằng đồng hoặc sắt tráng kẽm gắn chặt với bóng thủy tinh, có chức năng nối với mạng điện cung cấp cho đèn

 Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện chạy qua sợi đốt ( sợi vonfram ), sợi đốt bị

nung nóng phát ra các bức xạ phần lớn nằm trong miền hồng ngoại Khi nhiệt độ của các bức xạ càng dịch chuyển về miền ánh sánh nhìn thấy

 Ứng dụng: do đèn sợi đốt có nhiều nhược điểm nên chỉ đc sử dụng ở những nơi

yêu cầu đội rọi thấp như: đèn bàn, đèn chiếu sáng ngõ, hẻm, phòng ngủ, phòng tắm…

 Đặc tính kỹ thuật: - Hiệu suất phát quang thấp 13-20lm/w ; - Tuổi thọ TB thấp

1000h; - Chỉ số màu CRI = 100; - Nhiệt độ màu: 2500k; - Giá thành hạ; - Khởi động tức thời;

 Ưu điểm: - Chi phí đầu tư rẻ; - Bóng đèn duy trì liên tục, ánh sáng tự nhiên, không

bị ngắt như các loại bóng huỳnh quang do đó bảo vệ mắt khi sử dụng lâu dài

 Nhược điểm: - Tuổi thọ và hiệu suất thấp; - Không tiết

kiệm điện năng; - Phát nóng khi hoạt động ( 95% điện năng

tiêu thụ phát nhiệt )

2 Đèn sợi đốt Halogen

 Cấu tạo: 1 - Vỏ tinh thạch anh; 2 - Dây tóc tim cốt; 3 -

Dây tóc tim pha; 4 - Giá đỡ; 5 - Các tiếp điểm

 Nguyên lý làm việc: - Đèn halogen có chứa khí halogen như Iod or Brom: các chất

này tạo nên một quá trình hóa học khép kín: Iod kết hợp với vonfram ở dạng khí thành Iodur vonfram, hỗn hợp này không bán vào bóng đèn thủy tinh như bóng đèn thông thường, thay vào đó sự chuyển động đối lưu giúp hỗn hợp này trở về vùng khí nhiệt

độ cao xung quanh tim đèn (ở nhiệt độ cao trên 1450℃) thì nó sẽ tách thành 2 chất: vonfram bám trở lại tim đèn và các phần tử khí halogen được giải phóng trở về dạng khí, giúp đèn hoạt động tốt trong thời gian dài

 Ứng dụng: - sử dụng trong chiếu sáng chất lượng cao như: đèn ô-tô, chiếu sáng

công cộng, chiếu sáng nơi trưng bày cần đô trung thực màu sắc…

 Đặc tính kỹ thuật: - Hiệu suất phát quang: 19-25lm/w; - Tuổi thọ TB:2000h; -

Không có hiện tượng sợi đốt bị bốc hơi làm đen bầu đèn; - Giá thành cao hơn đèn sợi đốt thông thường

 Ưu điểm: - Giảm sự bay hơi dây tóc do đó tuổi thọ cao hơn hạn chế độ suy giảm

quang thông; - Nhiệt độ lv cao do đó làm tăng nhiệt độ màu ( T = 2800-3200K ); - Chỉ

số màu

CRI = 100; - Giảm kích thước tăng hiệu suất phát quang

 Nhược điểm: - Tỏa nhiệt nhiều hơn đèn sợi đốt; - Gây khó chịu, mau nhức mỏi

mắt; - Không tiết kiệm điện năng; - Cần sự chăm sóc đặc biệt

II Đèn phóng điện

1 Đèn huỳnh quang

A, Đèn ống huỳnh quang

 Cấu tạo: Gồm hai điện cực phát sáng, ống

thủy tinh, chân đèn, bột huỳnh quang

 Nguyên lý làm việc: Khi đặt một điện áp U vào hai điện cực sẽ gây ra hiện tượng

phóng điện làm ion hóa Bên trong có một ít thủy ngân, để khi phóng điện hơi thủy ngân kích thích tạo ra các tia sơ cấp chủ yếu là tia tử ngoại Các tia tử ngoại này đập vào lớp huỳnh quang ở bền mặt ống sinh ra các tia nhìn thấy có bước sóng 400-700nm

 Ứng dụng: do có hiệu suất phát sáng và tuổi thọ cao, chất lượng ánh sáng tốt nên

đc sử dụng nhiều trong chiếu sáng nội thất như: Trong gia đình, phòng học, phòng lv…

 Đặc tính kỹ thuật: - Hiệu suất phát quang: 55-95lm/w; - Tuổi thọ TB:

8000-10.000h; - Rất nhạy cảm với môi trường, khó khởi động ở nhiệt độ thấp; ( - Loại đèm T5 đường kính ống 16mm là sản phẩn mới hiệu suất phát quang tăng 7% ); - Có hiệu ứng nhấp nháy gây mỏi mắt; - Chỉ số thể hiện màu tương đối cao: CRI = 85-95; -

Nhiệt đọ màu T = 3000-6500K

 Ưu điểm: - Tuổi thọ TB cao: 8000-10.000h; - Hiệu suất phát quang cao; - Nhiệt

độ màu T = 3000-6500K; - Tiết kiệm điện năng; - Giá bán không quá đắt

 Nhược điểm: - Có hiệu ứng nhấp nháy gây hại cho thị lực, người làm việc liên tục,

thường xuyên dưới ánh đèn; - Rất nhạy cảm với môi trường, khó khởi động ở nhiệt độ thấp; - Chứa thủy ngân và các kim loại có hại nên có nguy cơ mất an toàn

B, Đèn compact huỳnh quang

 Cấu tạo: Gồm mạch chấn lưu

( ballast ), tắt-te gắn với đèn, điện

cực, ông thủy tinh (thường dùng

ống hình chữ U )

 Nguyên lý làm việc: Khi cấp vào mạch chấn lưu, mạch sẽ biến đổi tần số phù hợp

cấp cho hai điện cực gây hiện tượng phóng điện giữa hai điện cực làm phát ra tia tử ngoại Tia tử ngoại tác dụng vào lớp bột huỳnh quang làm đèn phát sáng

 Ứng dụng: do có hiệu suất phát sáng và tuổi thọ cao, chất lượng ánh sáng tốt, kích

thước nhỏ gọn nên đc sử dụng để thay thế đèn sợi đốt như: Trong gia đình, phòng lv…

 Đặc tính kỹ thuật: - Hiệu suất phát quang: 50-60lm/w; - Tuổi thọ TB: 10.000h; -

Độ bền cơ học cao; - Ánh sáng màu trắng trung tính, trắng ấm chất lượng cao; - Nhạy cảm với sự thay đỏi nhiệt độ môi trường

 Ưu điểm: - Hiệu suất phát quang cao; - Tiết kiệm điện năng vượt trội so với đèn

sợi đốt hay đèn halogen; - Chi phí không quá cao

 Nhược điểm: - Có hiệu ứng nhấp nháy gây hại cho thị lực; - Rất nhạy cảm với

nhiệt độ môi trường; - Chứa thủy ngân có thể gây mất an toàn

2 Đèn thủy ngân cao áp

 Cấu tạo: gồm ống phóng điện, điện

cực chính, điện cực phụ, bóng thủy tinh,

đuôi đèn…

 Nguyên lý làm việc: đèn làm việc theo nguyên lý phóng điện trong ống có hơi

thủy ngân áp suất cao Cả hai điện cực được lắp trong ống thủy tinh với điểm nóng chảy cao Đèn được bật sáng nhờ một điện cực phụ đặt gần với các điện cực chính và

đc liên hệ với một điện cực chính khác thông qua 1 điện trở khoảng vài nghìn ôm

 Ứng dụng: Được sử dụng chiếu sáng công cộng, ngoài trời và trong công nghiệp

như: đường, sân vận động

 Đặc tính kỹ thuật: - Hiệu suất phát quang: 45-60lm/w; - Tuổi thọ TB: 2500-4000h;

- Thời gian khởi động: 5-7 phút; - Nhiệt độ màu: 3800-4300k; - Chỉ số thể hiện màu CRI: 40-60

 Ưu điểm: - Công suất lớn, cường độ phát sáng cao; - tuổi thọ cao; - Không gian

chiếu sáng rộng; - Giá thành rẻ

 Nhược điểm: - Hiệu suất phát

quang và chỉ số màu CRI thấp; - Thời

gian khởi động lâu; - Chỉ sáng trở lại

khi nguội hoàn toàn; - Không tiết kiệm

điện năng; - Khi điện áp giảm quá 20%

thì không khởi động đc

3 Đèn halogen kim loại ( Metal

Halide )

 Cấu tạo: gồm đuôi xoáy, đầu điện vào, ống phóng điện, bóng thủy tinh, hỗn hợp

hơi thủy ngân và halogen

 Nguyên lý làm việc: đèn làm việc theo nguyên lý phóng điện hồ quang trong hỗn

hợp khí thủy ngân và halogen ( iodua natri, iodua tali ) ở áp suất cao Dưới nhiệt độ của hồ quang hỗn hợp khí bị ion hóa và bức xạ tia tử ngoại, các tia này tác động vào hỗn hợp khí thủy ngân và halogen để phát ra ánh sáng nhìn thấy

 Ứng dụng: chiếu sáng các công trình văn hóa thể thao nhưng nơi cần chất lượng

ánh sáng cao như: sân vận động, khu công nghiệp, trung tâm thương mại, nhà ga, sân bay…

 Đặc tính kỹ thuật: - Công suất: 70-2000w; - Tuổi thọ TB: 4000h; - Hiệu suất phát

quang 80-95lm/w; - Chỉ số CRI cao: 85-95; - Nhiệt độ màu: 5500K ( trắng ban ngày );

- Thời gian khởi động 3-5 phút

 Ưu điểm: - Có thế thay thế trực tiếp đơn giản cho đèn sợi đốt thông thường; - Kích

thước nhỏ gọn; - Giá cả khong quá đắt

 Nhược điểm: - Không tiết kiệm điện năng; - Khi hoạt động tỏa nhiều nhiệt ảnh

hưởng tới các bộ phận khác của đèn; - Tuổi thọ TB Kém so với một số loại đèn khác

4 Đèn Natri (Sodium) cao áp

 Cấu tạo: Gồm đuôi xoái, bóng thủy tinh

( bầu đèn ), đầu điện vào, điện cực, ống

phóng điện, hỗn hợp khí Natri và thủy ngân

 Nguyên lý làm việc: - Thường dùng một mạch xung năng lượng cao áp để khởi

động đèn; - Xung này bắt đầu hồ quang khí xenon, đèn chuyển sang màu xanh đèn xenon Hồ quang giữa hai điện cực nóng lên và hơi thủy ngân phát sáng Đèn nóng trên 240℃ hơi Natri bắt đàu bay hơi, lúc này đèn phát sáng

 Ứng dụng: Đèn Natri cao áp được sử dụng nhiều trong chiếu sáng đường phố và

nơi công cộng

 Đặc tính kỹ thuật: - Hiệu suất phát quang 65-130lm/w; - Tuổi thọ TB: 8000h; -

Thời gian khởi động 2-3 phút; - Nhiệt độ màu: 2300K ( Trắng vàng ); - Hình dạng: hình ống và hình ôvan; - Chỉ số CRI thấp: 20-65

 Ưu điểm: - Hiệu suất cao hơn các loại đèn công nghiệp khác như: đèn halogen, đèn

hơi thủy ngân; - Tuổi thọ TB khá cao; - Nhiệt độ màu thấp (ánh sáng vàng), có thể chịu mưa sương mù; - Khối lượng nhỏ, cường độ sáng tốt và có sức đề kháng gió mạnh; - Đèn có giá thành thấp

 Nhược điểm: Chỉ số CRI thấp; -

Tiêu thụ nhiều điện năng

5 Đèn Natri (Sodium) thấp áp

 Cấu tạo: Gồm ống phóng điện,

điện cực, vỏ ngoài, đui cài

 Nguyên lý làm việc: Khi hỗn hợp khí trong ống hình chữ U đc kích thích, đèn bắt

đầu phát sáng màu đỏ Hỗn hợp khí nóng lên làm Natri biến thành hơi và bị kích thích phát ra ánh sáng màu vàng Nhờ có ô-xít inđi nên nhiệt không tỏa ra ngoài mà phản lại làm cho hơi Natri dễ phát sáng hơn

 Ứng dụng: Chiếu sáng đường, bãi đỗ xe ở những nơi không cần chất lượng cao

 Đặc tính kỹ thuật: Hiệu suất phát quang 100195lm/w; Tuổi thọ TB: 8000

-12000h; - Thời gian khởi động 6-10 phút; - Nhiệt độ màu: 2100K ( Trắng vàng nghệ );

- Hình dạng: hình ống và hình ôvan; - Chỉ số CRI xấp xỉ 0 ( ánh sáng đơn sắc )

 Ưu điểm: - Tuổi thọ TB cao; - Hiệu suất phát quang cao; - Tiết kiệm điện năng

 Nhược điểm: - Thời gian khởi dộng lâu; - Chất lượng ánh sáng thấp; - Chỉ số CRI

xấp xỉ 0

III Đèn ánh sáng hỗn hợp

Đây là loại đèn kết hợp đèn thủy ngân cao áp với đèn sợi đốt Trong bóng ta mắc nối tiếp ống phóng điện với một sợi vonfram phát sáng khi đốt nóng

Đặc tính kỹ thuật: - Không cần chấn lưu, đấu trực tiếp vào lưới như đèn sợi dốt; - Hiệu suất phát quang: 20-65lm/w; - Thời gian khởi động: tức thời ( do có sợi đốt); - Nhạy cảm với sự thay đổi diện áp so với đèn thủy ngân cao áp; - Tuổi thọ: 6000h;

- Nhiệt độ màu: 3800K

IV Các nguồn sáng mới

1 Đèn cảm ứng không điện cực

Đèn làm việc theo nguyên lý cảm ứng

trong đèn

Đặc tính kỹ thuật: - Hiệu suất phát

quang 2025lm/w; Tuổi thọ TB: 60.000

-100.000h; - Nhiệt độ màu: 2700-4000K; -

Chỉ số CRI: 85

Loại đèn này dc ứng dụng trong chiếu sáng cửa hàng, thư viện, đường hầm, công xưởng nơi mà chi phí bảo dưỡng hàng hóa là quan trọng

2 Đèn LED ( Light Emitting Diode - điốt phát quang )

Nguyên lý làm việc dựa vào sự chuyển đổi trực tiếp dòng điện thành bức xạ ánh sáng trong cấu trúc tinh thể của chất bán dẫn

Đặc tính kỹ thuật: - Hiệu suất phát quang: 20-5lm/w; - Loại LED siêu sáng có hiệu suất 115lm/w; - Tuổi thọ rất cao: 50.000-100.000h; - Màu sắc: trắng, đỏ, xanh, vàng… Đèn LED đc sử dụng làm đèn tín hiệu và chiếu sáng trang trí với chất lượng thẩm mỹ cao

3 Đèn Sulfur

Đây là loại đèn không điện cực, ánh sáng phát ra do bức xạ của các nguyên tử Sulfur trong môi trường khí argon, khi bị kích thích bằng vi sóng

Đặc tính kỹ thuật: - Hiệu suất phát quang: 100lm/w; - Thời gian khởi động rất ngắn; - Nhiệt độ màu T = 6000k; - Chỉ số màu CRI = 80

Đèn đc sử dụng chiếu sáng nội thấp, ngoài trời, các công trình văn hóa thể thao

4 Đèn Laser

Đèn phát ra ánh sáng đơn sắc dựa trên hiện tượng khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích

Đèn Laser đc sử dụng trong chiếu sáng trang trí, lễ hội và quảng cáo

Bộ Đèn

1 Đường cong trắc quang ( đường cong đo cường đọ sáng I )

- Đường cong trắc quang là đặc tính quan trọng nhất của bộ đèn, do nhà sản xuất quy định và đc xây dựng bởi quang thông chuẩn là 1000lm

- Dựa vào đường cong trắc quang ta xác định đc cường độ sáng theo một hướng nào

đó, từ đó xác định đc độ rọi, độ chói và sự phân bố ánh sáng trong không gian

2 Hiệu suất của bộ đèn

- Dựa vào đường cong trắc quang và phương pháp kinh nghiệm: quang thông phát ra trong các vùng khác nhau của không gian người ta chia quang thông của đèn thành 5 vùng khác nhau như sau:

+, ∅1: là quang thông trong hình nón có góc là 𝜋

2 +, ∅2: là quang thông giữa 2 hình nón 𝜋

2 và 𝜋 +, ∅3: là quang thông giữa 2 hình nón 𝜋 và 3𝜋

2 +, ∅4: là quang thông giữa 2 hình nón 3𝜋

2 và 2𝜋 +, ∅5: là quang thông của nửa bán cầu trên

- Hiệu suất của bộ đèn : 𝜂 = ∅1+∅2+∅3+∅4+∅5

1000 = ∅1 +∅2+∅3+∅4

1000 + ∅5

1000

= 𝜂𝑑+𝜂𝑖

Với : +, 𝜂𝑑 là hiệu suất chiếu sáng trực tiếp của bộ đèn

+, 𝜂𝑖 là hiệu suất chiếu sáng gián tiếp của bộ đèn

3 Cấp bộ đèn

Để biết đc sự phân bố ánh sáng của bộ đèn người ta dựa vào cấp bộ đèn Cấp bộ đèn

đc ký hiệu bằng các chữ cái in hoa: A,B,…J và T

- Bộ đèn cấp A,B,C là bộ đèn chiếu sáng trực tiếp tăng cường

- Bộ đèn cấp D,E…J là bộ đèn chiếu sáng trực tiếp mở rộng

- Bộ đèn cấp J là bộ đèn chiếu sáng gián tiếp

Đối với một bộ đèn người ta cho biết công suất định mức 𝑃đ𝑚, điện áp định mức 𝑈đ𝑚,

số lượng bóng, chủng loại đèn, đường cong trắc quang, cấp bộ đèn và hiệu suất

Chương 1 Các đại lượng đo ánh sáng

Bài 1 Các đại lượng đo và đơn vị đo ánh sáng

1 Quang thông ∅ < lm-lumen > ( Nhà sản đều xuất cho biết với mỗi loại đèn )

- Quang thông là công suất chiếu sáng chuyển thành ánh sáng của các bức xạ có bước sóng 380-760nm do nguồn sáng phát ra đc tính bằng công thức:

∅ = ∫380760𝑊(𝜆)𝑉(𝜆)𝑑𝜆

Trong đó: 𝜆 là bước sóng ánh sáng

𝑊(𝜆) là phân bố phổ năng lượng của nguồn sáng

𝑉(𝜆) là độ nhạy ánh sáng tương đối của mắt

2 Cường độ sáng I-Candela(cd)

Cường độ sáng đặc trưng cho khả năng phát xạ của nguồn sáng theo một phương cho trước

Góc khối: (KH: Ω <đv: sr>) là tỉ số giữa diện tích đc

chiếu sáng với bình phương bán kính của hình cầu

Ω = 𝑆

𝑅 2

Cường độ sáng theo một phương cho trước đc tính theo

công thức:

IA = lim𝑑Ω→0𝑑∅

𝑑Ω ( = ∅

Ω = ∅

4π )

Ω = 4π với đèn chiếu sáng theo mọi phía

3 Độ rọi E-lux ( lx)

Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho mức dc

chiếu sáng cao hay thấp của bề mặt

Độ rọi TB E: là mật đọ quang thong trên bề

mặt đc chiếu sáng :

E = ∅

𝑆

S: là diện tích bề mặt đc chiếu sáng

Độ rọi điểm là độ rọi tại 1 điểm trên bề mặt chiếu sáng

𝐸𝐴 = 𝐼𝑐𝑜𝑠𝛼

𝑟2 = 𝐼𝑐𝑜𝑠

3 𝛼

ℎ2

Trong đó: +, r là khoảng cách từ điểm đc chiếu sáng đến nguồn sáng

+, 𝛼 là góc hợp bởi pháp tuyến 𝑛̅ của dS với phương cường độ sáng

+, h là đọ treo cao của bóng đèn

4 Độ chói L (cd/𝒎𝟐)

- Độ chói là tỷ lệ giữa cường độ sáng với diện tích bề mặt phát sáng :

𝑆𝑐𝑜𝑠𝛼

Bài 2 Các định luật ánh sáng

1 Hệ số phản xạ 𝝆, hấp thụ 𝜸 và thấu xạ

2 Định luật lambert

3 Độ tương phản C

Bài 3 Nhiệt độ màu và chỉ số thể hiện màu

1 Nhiệt dộ màu ánh sáng

- Để diễn tả chính xác nhiệt độ màu của ánh sáng người ta sử dụng khái niệm nhiệt

độ màu T (K)

- Nhiệt độ màu của ánh sáng là nhiệt độ của vật den tuyệt đối mà khi đốt nóng vật đen tuyệt đối đó sẽ phát ra ánh sáng có cùng màu với ánh sáng của nguồn quan sát

2 Chỉ số thể hiện màu (CRI)

- Để đánh giá sự chân thực của ánh sáng khi chiếu vào bề mặt của vật cần quan sát

so với ánh sáng tự nhiên người ta sử dụng chỉ số CRI ( color rendering index )

- CRI có giá trị 0-100:

+, CRI = 0: màu biến đổi hoàn toàn

+, CRI < 50: màu bị biến đổi nhiều

+, 50 < CRI < 70: màu bị biến đổi

+, 70 < CRI < 85: màu ít biết đổi

+, CRI > 85: thể hiện màu tốt

3 Ảnh hưởng tân sinh lý của màu sắc ánh sáng

Có 3 loại nguồn sáng:

- Nguồn sáng nóng: làm tăng tính màu đỏ, màu cam của vật quan sát Màu sắc này mang cho ta cảm giác nặng nề về khối lượng, kích thích, hưng phấn và vui tươi Do đó

dễ dẫn tới nhịp tim tăng, huyết áp tăng nhanh chóng gây mệt mỏi, do đó loại ánh sáng này đc sử dụng ở những nơi không gian hẹp để tăng tính sang trọng, uy nghiêm và gần gũi

- Ánh sáng trắng: gây cảm giác lạnh lùng, trống rỗng tạo ra độ chói Màu sắc của ánh sáng này tạo ra cảm giác nhẹ về khối lượng, bình yên, thư giãn nên xa vời về khoảng cách Do vậy nguồn sáng này đc sử dụng ở những nơi có không gian kiến trúc đơn giản và rộng

- Ánh sáng lạnh: Tạo ra cảm giác thư giãn, nghỉ ngơi và tạo ra khung cảnh với phong cách hiện đại Do vậy loại ánh sáng này đc sử dụng ở khu vực công cộng nơi có không gian rộng hoặc khu vực có nhiều cây xanh