Hệ thống chiếu sáng trung tâm hội nghị quốc gia

Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu và hiểu rõ được cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chiếu sáng - Tìm hiểu tổng quan về cấu tạo và các thiết bị ứng dụng trong một hệ thống điều khiển chiếu sáng

LỜI CẢM ƠN

Khóa học 2019-2020 đã gần kết thúc đối với sinh viên khóa

- Đồ án tốt nghiệp là dấu mốc quan trọng nhất trong 5 năm học tập Đó là kết quả rõ ràng và xác thực nhất để phản ánh chính xác những

gì em học tập và nghiên cứu được trong 5 năm qua và để có được kết quả như ngàyhôm nay

Trong quá trình học tập và rèn luyện, em đã nhận được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cố giáo, sự giúp đỡ nhiệt tình của người thân và bạn bè để em có thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp này

Em xin bảy tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, cô giáo trong khoa - cũng như toàn thể các thầy cô giáo trường - Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn -, đặc biệt là thầy giáo - đã tận tình chỉ bảo cho em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp Em xin được bày tỏ long biết ơn sâu sắc tới thầy

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên giúp đỡ em trong suốt khóa học và trong thời gian thực hiện đề tài

Do lượng kiến thức còn hạn chế nên đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được sự quan tâm góp ý của các thầy cô và bạn bè

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Sinh viên thực hiện

-MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỞ ĐẦU 7

1 Tính cấp thiết của đề tài 7

2 Mục đích nghiên cứu 7

3 Thời gian và địa điểm 8

4 Phương pháp nghiên cứu 8

5 Ý nghĩa khoa học của đề tài 8

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG 9

1 Tổng quan hệ thống điều khiển chiếu sáng 9

1.1 Điều khiển ánh sáng là gì? 9

1.2 Lợi ích khi sử dụng điều khiển ánh sáng 9

1 3 Hệ thống điều khiển ánh sáng 12

1.4 Lợi ích của việc ứng dụng hệ thống điều khiển ánh sáng 12

2 Các hệ thống điều khiển anh sáng phổ biến 13

2.1 Hệ thống điều khiển chiếu sáng tập trung 13

2.2 Hệ thống điều khiển chiếu sáng không dây 14

2.3 Hệ thống điều khiển chiếu sáng lai 14

3 Xu hướng phát triển trong tương lai 14

4 Chiến lược điều khiển ánh sáng 15

5 Các thiết bị ứng dụng trong hệ thống điều khiển chiếu sáng 16

6 Giới thiệu tiêu chuẩn nhà thông minh EIB 22

6.1 Giải pháp điều khiển tổng thể 23

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 27

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG 28

1 Giới thiệu 28

2 Lý thuyết cơ bản về ánh sáng 28

3 Các đại lượng đo ánh sáng 29

3.1 Góc khối - Đơn vị Steradian (Sr) 29

3.2 Cường độ ánh sáng - Đơn vị Candela (cd) 30

3.3 Quang thông - Đơn vị Lumen (lm) 31

3.4 Độ rọi – Đơn vị Lux (lx) 31

3.5 Nhiệt độ màu 31

4 Các yêu cầu khi lắp đặt hê thống chiếu sáng 32

5 Phương pháp đo độ rọi 33

5.1 Thiết bị 33

5.2 Chuẩn bị đo 33

5.3 Tiến hành đo 34

5.4 Xử lí kết qủa 35

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 35

CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TẠI TRUNG TÂM HỘI NGHỊ QUỐC GIA 36

1 Sơ đồ tổng quát hệ thống chiếu sáng trung tâm hội nghị quốc gia 36

2.1 Chiếu sáng các phòng hội nghị, phòng chiêu đãi 38

2.2 Chiếu sáng các phòng chức năng, khu kĩ thuật 39

2.3 Chiếu sáng khu vực khuôn viên 40

3 Các thiết bị và phần mềm điều khiển hệ thống chiếu tại NCC 43

3.1 Các thiết bị chính 43

3.1.1 Nguồn cấp hệ điều khiển EIB 43

3.1.2 Line Coupler 44

3.1.3 Khối chấp hành Dim 8 kênh 45

3.1.4 Khối chấp hành 4 kênh 46

3.1.5 Khối chấp hành Dim công suất 47

3.1.7 Bộ kết nối (IP Router) 48

3.2 Phần mềm lập trình và giám sát 50

3.2.1 Phần mềm lập trình 50

3.2.2 Phần mềm giám sát 51

3 Một số đề xuất cải tiến hệ thống chiếu sáng tại NCC 53

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 57

DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH ẢN

Hình 1: Chiếu sáng nâng cao sự tiện nghi 9

Hình 2: Chiếu sáng nơi làm việc 10

Hình 3: Chiếu sáng khu vực đõ xe, đảm bảo an ninh 11

Hình 4: Cảm biến PIR 17

Hình 5: Cảm biến Ultrasonic 18

Hiình 6: Cảm biến Dual 18

Hình 7: Cảm biến nhạy quang 19

Hình 8: Ổ cắm thông minh có chức năng cài đặt thời gian 19

Hình 9: Dimmer điều chỉnh 20

Hình 10: Panel điều khiên thông minh 20

Hình 11: Bộ điều khiển hệ thống chiếu sáng 21

Hình 12: Kết nối điều khiển hệ thống điện 22

Hình 13: Hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động EIB 23

Hình 14: Cấu trúc mạng EIB 24

Hình 17: Nguyên lí hoạt động mạng EIB 25

Hình 15: Bức xạ nhìn thấy được 29

Hình 16: Góc khối 30

Hình 17: Mối liên hệ cường độ ánh sáng- quang thông- độ rọi 31

Hình 18: Trung tâm Hội nghị Quốc gia 36

Hình 19: Sơ đồ điều khiển chiếu sáng Trung tâm Hội nghị Quốc gia 37

Hình 21 : Hệ chiếu sáng thường 40

Hình 22: Chiếu sáng Trung tâm Hội nghị Quốc gia 40

Hình 23: Sơ đồ mạch điện và tủ điện 41

Hình 24 Nguyên lý điều khiển chiếu sáng ngoài nhà 42

Hình 25:Logo RC230 42

Hình 27: Tủ thanh cái và tủ điện chiếu sáng 43

Hình 28: Nguồn cấp hệ điều khiển EIB 43

Hình 29: Line Coupler 44

Hình 30: Khối chấp hành Dim 8 kênh 45

Hình 31: Sơ đồ khối chấp hành Dim 8 kênh 45

Hình 32: Kết nối của khối chấp hành Dim 46

Hình 33: Kết nối của khối chấp hành 4 kênh 46

Hình 34: Kết nối của khối chấp hành 4 kênh 47

Hình 35: Khối chấp hành Dim công suất 47

Hình 37 : IP Router 49

Hình 38: Kết nối IP Router trong hệ thống 50

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành kinh tế, đặc biệt là quá trình công nghiệp hóa hiện đại đất nước, việc chiếu sáng không còn chỉ để phục vụ sản xuất, sinh hoạt mà còn là yếu tố thẩm mỹ làm tăng thêm vẻ đẹp cho các công trình góp phần làm đẹp đô thị

Với những công trình có diện tích lớn thì việc quản lý và điều khiển hệ thống chiếu sáng theo cách thủ công - tức là phải đển tận nơi để quan sát trạng thái của các lộ đèn và bật tắt chúng là rất khó khăn Vậy làm thế nào để điều khiển và giám sát các lộ đèn một cách tiện lợi và hiệu quả hơn? Câu trả lời chính là các hệ thống điều khiển chiếu sáng Một hệ thống điều khiển ánh sáng hiệu quả không chỉ thỏa mãn điều kiện công năng- kĩ thuật mà còn có khả năng nâng cao chất lượng nghệ thuật, thẩm mĩ công trình

Trung tâm Hội nghị Quốc gia Việt Nam là trung tâm đầu tiên và duy nhất của Việt Nam được xây dựng dựa trên công nghệ tiên tiến và hiện đại bậc nhất hiện nay, được coi là một công trình trọng điểm của đất nước, có kiến trúc đẹp, hài hòa,

hạ tầng kỹ thuật đồng bộ, vừa hiện đại phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế, vừa mang đậm tính dân tộc, là biểu tượng về kiến trúc của Việt Nam trong thế kỷ mới Do vậy, em đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu hệ thống điều khiển chiếu sáng tại trung tâm hội nghị quốc gia” để có được hiểu biết thực tiễn về hệ thống điều khiển chiếu sáng

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu và hiểu rõ được cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chiếu sáng

- Tìm hiểu tổng quan về cấu tạo và các thiết bị ứng dụng trong một hệ thống điều khiển chiếu sáng

- Nắm được ứng dụng thực tiễn của hệ thống điều khiển chiếu sáng thông qua việc tìm hiểu hệ thống điều khiển chiếu sáng tại trung tâm hội nghị quốc gia

3 Thời gian và địa điểm.

Thời gian thực hiện

Từ tháng đến tháng năm :

-4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Phân tích là nghiên cứu các tài liệu, lý thuyết kỹ thuật chiếu sáng tạo cơ sở tiền đề cho việc nghiên cứu các hệ thống điều khiển

Phương pháp điều tra: khảo sát hệ thống điều khiển chiếu sáng tại trung tâm hội nghị quốc gia Viêt Nam

Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu, báo cáo của các dự án cùng loại kèm theo bổ sung và chỉnh sửa

5 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Để tài: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển chiếu sáng tại trung tâm hội nghị quốcgia” nhằm hiểu được cơ sở lý thuyết của kỹ thuật chiếu sáng và ứng dụng thực tiễncủa hệ thống điều khiển chiếu sáng Đề tài này sẽ được phát triển và ứng dụng rộngrãi trong để phát triển hệ thống điều khiển chiếu sáng

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHIẾU SÁNG

1 Tổng quan hệ thống điều khiển chiếu sáng

1.1 Điều khiển ánh sáng là gì?

Điều khiển ánh sáng đã nâng cấp từ khả năng bật/tắt ánh sáng cơ bản, lên khả năng kiểm soát diện rộng, khả năng kết nối mạng và kiểm soát hệ thống Chúng có nhiều loại kích thước và nhiều chức năng khác nhau để sử dụng cho các ứng dụng khác nhau Câu hỏi ở đây là chúng ta loại nào phù hợp để sử dụng nhất đối với chúng ta

Khi lựa chọn đúng điều khiển ánh sáng phù hợp, nó có thể giảm chi phí từ 50% và đồng thời giảm đáng kể lượng khí thải carbon

30-1.2 Lợi ích khi sử dụng điều khiển ánh sáng

Tiết kiệm năng lượng: đây có lẽ là lợi ích chính yếu và căn bản nhất Trong một tòa nhà, triển khai điều khiển chiếu sáng có thể giảm thiểu năng lượng tiêu thụcho việc thắp sáng lên đến 30%, giúp giảm năng lượng của toàn bộ tòa nhà lên đến khoảng 10% hoặc cao hơn

Hình 1: Chiếu sáng nâng cao sự tiện nghi

Sự tiện nghi: điều khiển chiếu sáng là một hệ thống công nghệ cao, một hệ thống điều khiển tự động, do đó nó đem lại sự tiện nghi nhiều hơn cho con người Việc chiếu sáng được tự động, được giám sát, được lập trình sao cho đem đến sự thoải mái cho con người.

Cung cấp thông tin: từ các bộ điều khiển kỹ thuật số, thông tin về trạng thái, thông số vận hành, quá trình hoạt động, điện năng tiêu thụ v.v liên tục được hiển thị, lưu giữ và truyền tải về các khu vực quản lý trung tâm của tòa nhà Các thông tin từ đó được phân tích, giám sát và cải tiến hiệu quả của việc chiếu sáng

Gia tăng hiệu năng làm việc: đây cũng là một lợi ích thú vị của hệ thống điều khiển chiếu sáng Các nghiên cứu cho thấy việc tối ưu hóa chiếu sáng sẽ giúp cho con người trong không gian sống làm việc hiệu quả hơn Học sinh có thể gia tăng 26% của việc tiếp thu bài, hay là công nhân gia tăng gần 40% năng suất khi việc chiếu sáng kết hợp với ánh sáng ban ngày được triển khai hợp lý

Hình 2: Chiếu sáng nơi làm việc

An ninh, an toàn: với hệ thống điều khiển chiếu sáng, các đèn thoát hiểm hay các khu vực bãi xe, hành lang, lối đi sẽ được giám sát và vận hành có chương trình,

từ đó tăng cường khả năng an ninh cho khu vực người sinh sống

Hình 3: Chiếu sáng khu vực đõ xe, đảm bảo an ninhĐiều khiển ánh sáng mang đến nhiều lợi ích khác nữa chứ không là chỉ tiết kiệm năng lượng Tùy thuộc vào ứng dụng mà chúng có thể cải thiện sự thoải mái, tiện nghi, giảm chi phí bảo trì và linh hoạt hơn trong việc sử dụng trong không gianlàm việc.

Sử dụng điều khiển ánh sáng không hề phức tạp, và có thể nói luôn là chúng được thiết kế để sử dụng một cách dễ dàng

Đương nhiên nâng cấp hệ thống điều khiển ánh sáng cho dự án thì chi phí sẽ không nhỏ Đôi khi có thể đủ để thực hiện những thay đổi nhỏ cho hệ thống dây điện hiện tại Ngoài ra, nếu nghĩ đơn giản chỉ tự động hóa việc kiểm soát ánh sáng không chắc là bảo đảm rằng việc sử dụng điện chiếu sáng sẽ giảm đi Sự kết hợp chính xác giữa hoạt động của người dùng và các chức năng tự động mới thực sự mang lại sự tiết kiệm năng lượng

Điều khiển ánh sáng có thể tự trả tiền cho mình theo ít nhất hai cách

Khoản hoàn vốn rõ ràng liên quan đến chi phí điện được tiết kiệm bởi các điều

Khi quy mô dự án chiếu sáng lớn, việc lựa chọn điều khiển ánh sáng có thể làmgiảm chi phí dự án tổng thể Ví dụ, điều khiển ánh sáng hiện đại cung cấp cơ hội thiết kế và cài đặt để giảm chi phí lao động tại chỗ một cách đáng kể Các khoản tiết kiệm liên quan đến thực tế là các công tắc 230V cục bộ đắt tiền được thay thế bằng các cảm biến và dây ELV có thể rẻ hơn nhiều Xem Cách triển khai các bản nâng cấp ánh sáng (CTL163) để biết thêm thông tin.

Với những công trình có diện tích lớn thì việc quản lý và điều khiển hệ thống chiếu sáng theo cách thủ công- tức là phải đển tận nơi để quan sát trạng thái của các lộ đèn và bật tắt chúng là rất khó khăn Vậy làm thế nào để điều khiển và giám sát các lộ đèn một cách tiện lợi và hiệu quả hơn? Câu trả lời chính là các hệ thống điều khiển chiếu sáng

1 3 Hệ thống điều khiển ánh sáng

Hệ thống điều khiển chiếu sáng là một mạng lưới thông minh tích hợp các thiết

bị điều khiển chiếu sáng Các thiết bị này có thể bao gồm rơ le, cảm biến tại chỗ, công tắc điều khiển đèn hoặc màn hình cảm ứng và các tín hiệu khác

Việc điều chỉnh hệ thống diễn ra ở cả những vị trí lắp đặt thiết bị lẫn các máy tính trung tâm thông qua các chương trình phần mềm hoặc giao diện khác Hệ thống điều khiển chiếu sáng được sử dụng trong nhà và ngoài trời, cho các công trình dân cư, thương mại và công nghiệp

1.4 Lợi ích của việc ứng dụng hệ thống điều khiển ánh sáng

Hệ thống điều khiển chiếu sáng được phát minh nhằm khắc phục những hạn chế của phương pháp kiểm soát chiếu sáng thủ công Với cách thủ công, chúng ta phải bật tắt hay chỉnh các thiết bị chiếu sáng bằng từng công tắc hay cầu giao Một công trình nhỏ có thể sẽ không gặp vấn đề gì với cách thức này Tuy nhiên, với cáccông trình lớn, khi có rất nhiều thiết bị đèn, việc điều khiển bằng tay sẽ mất rất nhiều thời gian Bên cạnh đó, chi phi lắp đặt một số lượng lớn công tắc cũng là rất cao

Thế nên, ưu điểm chính của một hệ thống điều khiển chiếu sáng so với điều khiển bằng tay thông thường chính là khả năng kiểm soát từng đèn riêng lẻ hoặc nhóm đèn chỉ từ một thiết bị giao diện Điều này cho phép kiểm soát nhiều nguồn ánh sáng cùng một lúc hay giúp tạo nên những bối cảnh chiếu sáng phức tạp Một căn phòng có thể có nhiều nguồn chiếu sáng và được đặt ở các chế độ khác nhau tùy vào hoạt động trong phòng Vì vậy, lợi ích của hệ thống điều khiển ánh sáng là giảm được mức tiêu thụ năng lượng, nhờ kiểm soát mức độ và thời gian chiếu sángcủa từng thiết bị Ngoài ra, một hệ thống điều khiển chiếu sáng không dây sẽ giúp giảm chi phí lắp đặt và tăng tính linh hoạt khi cài đặt thêm các thiết bị và công tắc.

2 Các hệ thống điều khiển anh sáng phổ biến

Hiện nay, có ba loại hệ thống điều khiển chiếu sáng phổ biến trên thế giới là:

2.1 Hệ thống điều khiển chiếu sáng tập trung

Một hệ thống điều khiển ánh sáng tập trung có tất cả các mạch điện cùng chạy đến một vị trí trung tâm thay vì chuyển mạch trong khắp không gian Những bàn phím đơn giản nhưng mạnh mẽ sẽ cung cấp cho bạn khả năng kiểm soát ánh sáng theo những cách khác nhau

Bộ xử lý trung tâm chính là bộ não của hệ thống, cho phép kiểm soát và cài đặtcác tính năng lập trình khác nhau Các hệ thống lập trình cho phép bạn lưu lại những phối cảnh ánh sáng và giảm cường độ các nhóm đèn khác nhau chỉ với một nút bấm Ví dụ như, một nút bấm có thể được lập trình để thiết lập đèn phòng ăn vàphòng khách của bạn sáng đến 50% Các đèn đặt ngoài trời có thể được đặt thời gian để tự động bật lúc hoàng hôn và tắt lúc mặt trời mọc

Một số hệ thống điều khiển ánh sáng phức tạp hơn thậm chí có thể cho phép bạn điều khiển đèn chiếu sáng từ một chiếc iPhone, iPad, hoặc thiết bị Android Một lợi ích chính của hệ thống điều khiển ánh sáng tập trung là nó giúp xóa bỏ cảnh những hệ thống công tắc chằng chịt trên tường nhà- một điều có thể gây mất

mỹ quan cho một căn nhà hiện đại

2.2 Hệ thống điều khiển chiếu sáng không dây

Một hệ thống điều khiển chiếu sáng không dây là một loại hệ thống bao gồm các bộ điều chỉnh ánh sáng (dimmer) và các công tắc có thể điều khiển từ xa Loại

hệ thống này rất dễ dàng cài đặt, giá thành hợp lý, và là một lựa chọn rất phổ biến

và phù hợp cho các dự án cải tạo hệ thống chiếu sáng Một hệ thống điều khiển chiếu sáng không dây còn có khả năng kết hợp các bàn phím điều khiển và các tùy chọn chương trình của một hệ thống tập trung Tất cả các bộ điều chỉnh ánh sáng

và công tắc sẽ giao tiếp không dây với bộ xử lý, do vậy hệ thống này không đòi hỏicài đặt nhiều thiết bị, nhờ đó chi phí không quá đắt đỏ

2.3 Hệ thống điều khiển chiếu sáng lai

Một hệ thống điều khiển ánh sáng lai (hybrid) là sự kết hợp của hệ thống tập trung và không dây Các thiết bị không dây và có dây được tích hợp vào một hệ thống và có thể giao tiếp với nhau Đây là một lựa chọn tuyệt vời cho một không gian đang được nâng cấp một phần, nơi một số các mạch điện chiếu sáng có thể được cài đặt đến một vị trí trung tâm qua các bức tường và trần nhà mở

3 Xu hướng phát triển trong tương lai

Người sử dụng ngày càng muốn hệ thống điều khiển chiếu sáng trở nên dễ dàng vận hành, hiệu quả, chất lượng tốt hơn và thích ứng với nhiều thiết bị hơn.Vậy nên, xu hướng lớn nhất trong điều khiển ánh sáng chính là sự phát triển của một hệ thống không dây Hệ thống không dây cho phép việc lắp đặt thêm các thiết bị chiếu sáng linh hoạt hơn và cung cấp cho người dùng sự tiện lợi của việc kiểm soát thiết bị chiếu sáng từ bất cứ nơi nào

Một xu hướng nữa cũng đáng được đề cập là tích hợp toàn bộ giải pháp chiếu sáng duy nhất cho một tòa nhà Hệ thống điều khiển ánh sáng tích hợp có thể giao tiếp với các hệ thống khác trong tòa nhà, chẳng hạn như hệ thống sưởi ấm, thông gió hay hệ thống báo cháy, hệ thống an ninh Một hệ thống tích hợp đầy đủ như vậy sẽ cung cấp một cuộc sống thuận tiện, an toàn và bảo mật cho người sử dụng

Ngoài hai xu hướng trên, khái niệm về kiểm soát daylighting, hoặc thu hoạch ánh sáng ban ngày, cũng đang dần phổ biến và đang được ứng dụng vào công nghệđiều khiển chiếu sáng Thu hoạch ánh sáng ban ngày sẽ sử dụng ánh sáng ban ngày

và hệ thống đèn trong nhà để liên tục điều chỉnh ánh sáng phù hợp với nhu cầu sử dụng

Tóm lại, hệ thống điều khiển chiếu sáng là một trong những hệ thống không thể thiếu cho một công trình hiện đại Việc sử dụng hệ thống điều khiển chiếu sángkhông những giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm chi phí và bảo đảm an ninh cho mỗi công trình

4 Chiến lược điều khiển ánh sáng

Hai lợi ích lớn nhất của hệ điều khiển chiếu sáng là : tiết kiệm năng lượng và tiện nghi Vậy để đạt được lợi ích của điều khiển chiếu sáng,ta cần có Chiến lược điều khiển (control strategy) Hiểu đơn giản thì Chiến lược điều khiển là biện pháp,phương thức để đạt mục tiêu, lợi ích điều khiển chiếu sáng.\

1 Occupancy-based (Dựa theo việc có người sử dụng hay không) : Chiến lược này sẽ bật hoặc tắt đèn tùy theo việc không gian phòng có người sử dụng hay không Không phụ thuộc vào chu kỳ thời gian, cứ miễn có người trong phòng là

mở đèn, không có người thì điều khiển tắt đèn

2 Scheduled (Lịch trình) : Chiến lược này là cài đặt sẵn các chu trình tắt-mở khác nhau trong ngày cho từng khu vực riêng biệt Ví dụ văn phòng làm việc sẽ tự động mở đèn từ 07:00 và tắt đèn lúc 19:00, hoặc là đèn đường sẽ mở 18:00 và tắt lúc 05:00

3 Light level control (Điều khiển theo độ chiếu sáng) : chiến lược này sẽ hiệu chỉnh độ sáng của đèn theo nhiều cách để đạt được các mục tiêu chiếu sáng cụ thể

và riêng biệt Chiến lược này bao gồm các kiểu tinh chỉnh sau đây :

● Daylighting(ánh sáng ban ngày) : khu vực chiếu sáng có nhiều ánh sáng ban ngày hoặc ưu tiên ánh sáng ban ngày Ánh sáng đèn là phụ trợ và sẽ được bổ sung mức độ nhiều hay ít tùy theo lượng ánh sáng ban ngày hiện có

● Task lighting(chỉnh sáng theo tác vụ) : mức độ sáng sẽ được chỉnh tùy theo loại tác vụ của người hoạt động trong không gian chiếu sáng Ví dụ trong phòng đọc sách, thư viện hay xưởng lắp ráp sẽ cần đến ánh sáng nhiều hơn shop bán hàngtạp hóa, phòng sinh hoạt công cộng…

● Lumen maintenance(duy trì quang thông) : chiến lược điều khiển này xét thêm đến việc suy giảm độ sáng của đèn theo thời gian sử dụng Như vậy ban đầu đèn sẽ được chỉnh ở độ thấp và theo thời gian, độ sáng sẽ được chỉnh tăng lên để đảm bảo quang thông của đèn trong khu vực chiếu sáng vẫn duy trì không đổi

4 Load shedding (cắt giảm tải) : cắt giảm tải là chiến lược điều khiển trực tiếp giảm bớt tải chiếu sáng của các trang thiết bị tòa nhà để giảm tổng thể toàn diện lượng điện năng tiêu thụ , thường là ở các thời điểm tải lên đỉnh (giữa trưa)

5 Các thiết bị ứng dụng trong hệ thống điều khiển chiếu sáng

Các thiết bị điện tử dùng trong lãnh vực điều khiển, tự động hóa có rất đa dạng,phong phú và nhiều tính năng cao cấp, phức tạp Tuy nhiên, với hệ thống lighting control, để đạt được các chiến lược điều khiển cơ bản thì cần dùng đến các thiết bị sau:

Occupancy sensors(cảm biến có người) : Hiện nay có nhiều công nghệ mới

để thực thi việc xác định xem khi nào thì có người ở trong phòng Trong lãnh vực

an ninh (security), các sensor loại này cũng rất phổ biến và dùng để xác định có người lạ đột nhập vào khu vực giám sát Có 3 dạng thiết bị cảm biến có người thường gặp:

- Cảm biến PIR[Passive Infra-Red] (Hồng ngoại thụ động) : Đúng như tên gọi, chữ “thụ động” để chỉ việc sensor PIR sẽ phản ứng với sóng hồng ngoại phát ra từ thân nhiệt và các chuyển động phát nhiệt Bằng cách so sánh sự khác biệt về nhiệt

của sóng hồng ngoại từ mặt đất với nguồn nhiệt từ con người, sensor PIR có thể xác định được trạng thái có người và sẽ gửi tín hiệu để mở đèn Để vận hành chính xác, yêu cầu sensor PIR phải được đặt với góc nhìn thẳng, không có vật cản nhiệt giữa sensor và vùng cảm biến.

Hình 4: Cảm biến PIR

- Cảm biến Ultrasonic(Siêu âm) : cảm biến này phát hiện sự hiện diện của người bằng cách gửi đi liên tục các sóng siêu âm theo nhiều hướng vào không giancần kiểm soát, sau đó phân tích các sóng siêu âm phản hồi lại Khi có người hay vật thế chuyển động, tần số và lượng thời gian đo đạc của sóng siêu âm sẽ phản hồilại khác biệt, từ đó sensor sẽ gửi tín hiệu để mở đèn Sensor loại này sử dụng tốt trong trường hợp không gian cần kiểm soát có sẵn nguồn nhiệt hoặc có vật cản nhiệt giữa sensor và vùng cảm biến mà sensor PIR có thể bị vô hiệu

Hình 5: Cảm biến Ultrasonic

- Cảm biến Dual (PIR + Ultrasonic) : để triệt để tận dụng ưu thế của 2 loại sensor kể trên, người ta cho ra đời loại sensor dual Với loại này thì độ chính xác sẽđược nâng cao Gần như chắc chắn có người và chuyển động của người sẽ kích hoạt đèn sáng Các cảm biến dual có độ nhạy cao ngày càng phổ biến trong cả lãnhvực lighting control và security

Hiình 6: Cảm biến Dual

Photo-sensitive sensor (Cảm biến nhạy quang) : cảm biến này chủ yếu dùng

để đo độ sáng của ánh sáng tự nhiên ban ngày (daylight) hay ánh sáng ngoài trời Các thiết kế mới chú trọng đến loại sensor quang này Từ tín hiệu độ sáng ngoài

trời do sensor gửi về, bộ xử lý trung tâm sẽ phân tích và điểu chỉnh độ sáng của đèn sao cho tối ưu, tận dụng được ánh sáng ngoài trời.

‘

Hình 7: Cảm biến nhạy quang

Timer (bộ định thời): thiết bị này có lẽ khá thông dụng, không chỉ trong lãnh

vực lighting control mà còn trong nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau Chức năng timer đơn giản như một công tắc đóng mở theo một chu kỳ thời gian định sẵn Timer có loại cơ, loại số và ngày nay nhiều timer còn có màn hình cảm ứng, giúp lập trình cài đặt các chu kỳ thời gian cực kỳ phong phú

Hình 8: Ổ cắm thông minh có chức năng cài đặt thời gian

Hình 9: Dimmer điều chỉnh

Dimmer (Bộ giảm ánh sáng) :các dimmer có nhiều loại, từ loại cơ vặn tay cho

đến dimmer điện tử bán dẫn cao cấp, từ loại nhỏ như ngón tay đến loại to như một

tủ điện chính Cơ bản chức năng của dimmer là làm giảm lượng điện đi qua đèn, dẫn đến giảm độ sáng đèn đúng theo yêu cầu , và đương nhiên giúp làm giảm điện năng tiêu thụ

Hình 10: Panel điều khiên thông minh

User panel (thiết bị tương tác người dùng): hệ thống chiếu sáng thông

thường dùng các công tắc đóng/mở đơn giản Với lighting control, các công tắc

này được thay bằng user panel cao cấp hơn, có thể gồm nhiều nút bấm chức năng, cũng có thể có màn hình cảm ứng để điều khiển Người dùng sẽ không chỉ còn bị giới hạn trong việc bật/tắt đè

Hình 11: Bộ điều khiển hệ thống chiếu sáng

Load controller (Bộ điều khiển tải) : Các controller có thể coi là trung tâm

của cả hệ thống lighting control Controller tập trung các bo mạch điện tử, vi xử lý cùng nhiều linh kiện bán dẫn, linh kiện điện, các terminal đấu nối…v.v Các dãy đèn và sensors, timer…đều kết nối về controller Từ controller các tín hiệu sẽ được

xử lý, phân tích và gửi đi đến các đèn để điều khiển bật/tắt, sáng/mờ, thay đổi màu sắc…Một số bộ controller còn có thể tích hợp khả năng điều khiển nhiều hệ thống khác của tòa nhà như HVAC, security…

Network and Integration device (thiết bị nối mạng và tích hợp) : ngày nay

trong một tòa nhà nhiều hệ thống kỹ thuật người ta đang hướng đến việc quản lý tập trung, liên kết các hệ thống riêng này thành một thể thống nhất Chính vì thế lighting control cũng được phát triển theo hướng ứng dụng thiết lập mạng và tích hợp vào hệ thống quản lý tòa nhà cùng với nhiều hệ thống khác Đây là một đặc trưng hiện đại và cũng là ưu điểm của lighting control so với hệ thống thông

thường

Hình 12: Kết nối điều khiển hệ thống điện

6 Giới thiệu tiêu chuẩn nhà thông minh EIB

Được phổ biến tại Châu Âu hơn 20 năm qua - EIB (European Installation Bus)

- được hiểu như một "Hệ thống điều khiển lắp đặt kiểu Châu Âu" Giải pháp Nhà thông minh của EIB cho phép kiểm soát toàn bộ các thiết bị sử dụng điện trong ngôi nhà và tự động điều chỉnh hệ thống đèn chiếu sáng, công tắc, ổ cắm, điều hòa nhiệt độ, rèm cửa, cổng ra vào, hệ thống báo động, an ninh, báo cháy, thiết bị giải trí nghe nhìn , tạo cho chúng một khả năng "giao tiếp", "hiểu" được nhau, phối hợp hoạt động với nhau để tạo ra sự hiệu quả, thuận tiện nhất cho sinh hoạt gia đình Nguồn điện 220V AC (xoay chiều) từ công tơ đi vào mỗi gia đình sẽ qua tủ điện phân phối và điều khiển sau đó chia làm 2 đường: nối với bộ phận điều khiển

EIB qua đường dây cáp EIB 24V DC và nối với các thiết bị chấp hành (điều khiểnđèn, động cơ, các thiết bị điện khác) qua đường điện 220V thông thường để "ra lệnh" cho phụ tải hoạt động theo đúng yêu cầu.

Hình 13: Hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động EIB

6.1 Giải pháp điều khiển tổng thể

Công nghệ nhà thông minh bao gồm các thiết bị chấp hành, các bộ cảm biến, các module điều khiển được kết nối với nhau bằng một cáp điều khiển (bus line) thành một hệ thống hợp nhất Hệ thống này không cần máy tính chủ do các thiết bị

tự trao đổi thông tin và điều khiển lẫn nhau nhờ phần mềm được cài trên EP-ROM tích hợp sẵn trong từng thiết bị Các thiết bị EIB được liên kết với nhau thông qua một dây cáp đôi duy nhất với điện áp 24V DC (cáp EIB) và liên lạc với nhau bằng cách gửi tin theo địa chỉ định trước (mỗi thiết bị được thiết lập một địa chỉ) Các thiết bị nhận tín hiệu (công tắc, các thiết bị cảm biến ánh sáng, nhiệt độ, âm thanh,

tính, màn hình điều khiển - Touch panel hoặc LCD, điều khiển từ xa - remote control ) nhận lệnh và chuyển tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành (switch loader, dimmer ) để đóng mở đèn, quạt, điều hòa nhiệt độ, bình nóng lạnh, rèm cửa và các thiết bị điện khác theo ý muốn, ngoài ra, các thiết bị này còn

có thể tự động hoạt động mang lại hiệu quả tối ưu thông qua các bộ điều khiển (timer, sence ) Khi ấy, người sử dụng có thể giám sát và điều khiển một cách dễ dàng tất cả các thiết bị trong căn hộ bằng nhiều cách: công tắc điều khiển tại chỗ, điều khiển từ xa (remote), điều khiển qua điện thoại hay qua mạng LAN, Internet

6.2 Cấu trúc mạng EIB

Hình 14: Cấu trúc mạng EIBEIB là một mạng đồng cấp, có thể chứa tới 65536 thiết bị Các cấu trúc lú thuyết cho phép 256 thiết bị trên một đường truyền Như được hiển thị trong Hình

14, 15 đường truyền có thể là được nhóm lại thành một đường truyền chính trong một khu vực Một miền được hình thành bởi 15 khu vực được kết bằng đường trục.Trên phương tiện mở, các miền gần đó được sắp xếp một cách hợp lý với với SystemID 16 bit Không tính địa chỉ dành riêng cho bộ ghép, (255 x 16) x 15 + 255

= 61455 thiết bị cuối có thể được nối với mạng EIB Hạn chế cài đặt có thể phụ thuộc vào việc triển khai (quy mô, thiết bị truyền dẫn, công suất nguốn cấp) và các yếu tố môi trường (tiếng ồn điện từ, lỗi)

Hình 17: Nguyên lí hoạt động mạng EIBNhư vậy một ngôi nhà thông minh "theo chuẩn EIB" chỉ cần sử dụng hệ thống

tủ điện, dây cáp EIB cũng như bộ phận điều khiển, chấp hành của một trong các nhà sản xuất là thành viên của KNX, còn các thiết bị điện chấp hành là đồ gia dụngcủa bất kì hãng nào, sản xuất ở đâu - chúng có thể là máy điều hòa Trung Quốc, quạt Việt Nam, bình nóng lạnh Italy, lò vi sóng Hàn Quốc hay máy giặt của Mỹ Các hệ thống này đều có tính mở, độ linh hoạt, tương thích cao cho phép nâng cấp,

Chúng ta có thể hình dung cơ chế hoạt động của ngôi nhà thông minh chuẩn EIB như một con người với các giác quan là hệ thống thiết bị cảm biến, bộ não là các thiết bị vi xử lý, còn chân tay là các thiết bị điện chấp hành Các thiết bị điện

"thực hiện nhiệm vụ" theo những chương trình đã được lập sẵn để đáp ứng mỗi yêucầu sinh hoạt của gia chủ Và như vậy, chúng ta có thể hiểu rằng gần như tất cả những yêu cầu gì mà con người nghĩ ra thì hệ thống nhà thông minh đều có thể đápứng được và các tính năng trên đều có thể hoạt động độc lập hoặc phối kết hợp, tương tác với nhau tùy theo cách lập trình để mang lại hiệu quả, tiện ích cho người dùng

Hệ thống nhà thông minh EIB cho phép gia tăng tiện ích sử dụng khi kết hợp với các bộ điều khiển từ xa bằng sóng radio (giới hạn khoảng cách đến 1,5 Km, không bị hạn chế bởi vật cản) và đặc biệt tương tác hai chiều với điện thoại và internet để điều khiển không giới hạn về khoảng cách Ngoài việc thông báo sự cố như đã nói ở trên, người sử dụng có thể dùng bất kì máy điện thoại hay máy tính cókết nối internet nào gọi hoặc truy cập vào hệ thống nhà thông minh của mình để đóng - mở, bật - tắt các thiết bị, vì trước đó chúng đã được lập trình gán cho một

mã số điều khiển tương ứng Để bảo mật, bạn có thể tự đặt Username và Password truy cập riêng vào hệ thống điều khiển điện của nhà mình Và còn rất nhiều "kịch bản" mà bạn có thể nghĩ ra và "hiện thực hóa" chúng sau khi yêu cầu nhà cung cấp lập trình cho các thiết bị trong hệ thống nhà thông minh EIB của mình

Tuy nhiên, bản thân các thiết bị EIB thực chất vẫn chỉ là những cỗ máy, muốn chúng trở nên "thông minh", phục vụ tốt nhất cho con người thì điều quan trọng hơn chính là gia chủ nên biết mình muốn gì và sẽ cần thêm những gì Sau đó bàn bạc, thảo luận với các kiến trúc sư, kỹ sư điện, chuyên gia lập trình hệ thống EIB

để đưa ra những giải pháp hợp lý, tối ưu nhất, khai thác triệt để mọi giá trị của thiếtbị

Công nghệ lắp đặt điện tiên tiến cho phép bạn tiết kiệm được rất nhiều điện năng tiêu thụ hàng tháng bằng cách quản lý một cách thông minh hệ thống đèn chiếu sáng, điều hòa nhiệt độ, hay các thiết bị điện khác trong gia đình Nếu hệ thống được lắp đặt cho các nhà dân dụng, sẽ tiết kiệm chi phí về điện từ 15% đến 35% Còn với toà nhà ở các khu công nghiệp, văn phòng mức chi phí giảm thiểu

về điện còn có thể lên tới 45% Các thiết bị điện vận hành hoàn toàn tự động nên bạn có thể tiết kiếm từ 15% đến 30% điện năng tiêu thụ hàng tháng Tùy theo nhu cầu sử dụng, bạn hoàn toàn làm chủ hệ thống này và dễ dàng thay đổi, thêm bớt chức năng hoạt động của hệ thống theo ý muốn Thực tế đã chứng minh rằng đầu

tư vào nhà thông minh là một quyết định tài chính đúng đắn Sử dụng hệ thống điện thông minh này không chỉ an toàn với điện áp 24VDC có tác dụng giảm thiểu nguy hiểm về điện giật Các thiết bị được sản xuất theo tiêu chuẩn chung Châu Âu,tuổi thọ cao, chi phí duy tu, bảo dưỡng rất thấp Nhà thông minh là hệ thống mở, linh hoạt, nên chi phí bạn phải bỏ ra để sửa đổi hệ thống khi nhu cầu sử dụng của bạn thay đổi là không đáng kể

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Hệ thống điều khiển chiếu sáng được phát minh nhằm khắc phục những hạn chế của phương pháp kiểm soát chiếu sáng thủ công Với các công trình lớn, khi córất nhiều thiết bị đèn, việc điều khiển bằng tay sẽ mất rất nhiều thời gian Bên cạnh

đó, chi phi lắp đặt một số lượng lớn công tắc cũng là rất cao

Ưu điểm chính của một hệ thống điều khiển chiếu sáng so với điều khiển bằng tay thông thường chính là khả năng kiểm soát từng đèn riêng lẻ hoặc nhóm đèn chỉ

từ một thiết bị giao diện Điều này cho phép kiểm soát nhiều nguồn ánh sáng cùng một lúc, tối ưu hóa việc vận hành hệ thống chiếu sáng

Chương 2, chúng ta sẽ tìm hiều cơ sở lý thuyết về kĩ thuật chiếu sáng nói

chung

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG

1 Giới thiệu

Từ thời kỳ sơ khai của văn minh đến thời gian gần đây, con người chủ yếu tạo

ra ánh sáng từ lửa mặc dù đây là nguồn nhiệt nhiều hơn ánh sáng Ở thế kỷ 21, chúng ta vẫn đang sử dụng nguyên tắc đó để sản sinh ra ánh sáng và nhiệt qua loại đèn nóng sáng Chỉ trong vài thập kỷ gần đây, các sản phẩm chiếu sáng đã trở nên tinh vi và đa dạng hơn nhiều Theo ước tính, tiêu thụ năng lượng của việc chiếu sáng chiếm khoảng 20 – 45% tổng tiêu thụ năng lượng của một toà nhà thương mại

và khoảng 3 – 10% trong tổng tiêu thụ năng lượng của một nhà máy công nghiệp Hầu hệ́t những người sử dụng năng lượng trong công nghiệp và thương mại đều nhận thức được vấn đề tiết kiệm năng lượng trong các hệ thống chiếu sáng Thông thường có thể tiến hành tiết kiệm năng lượng một cách đáng kể chỉ với vốn đầu tư

ít và một chút kinh nghiệm Thay thế các loại đèn hơi thuỷ ngân hoặc đèn nóng sáng bằng đèn halogen kim loại hoặc đèn natri cao áp sẽ giúp giảm chi phí năng lượng và tăng độ chiếu sáng Lắp đặt và duy trì thiết bị điều khiển quang điện, đồng hồ hẹn giờ vàcác hệ thống quản lý năng lượng cũng có thể đem lại hiệu quả tiết kiệm đặc biệt

2 Lý thuyết cơ bản về ánh sáng

Ánh sáng chỉ 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

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 khichúng được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 1000K Cường độ ánh sáng tăng lên

và màu sắcbề ngoài trở nên sáng hơn khi nhiệt độ tăng

- 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 nguyên tố có mặt

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

- 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

Hình 15: Bức xạ nhìn thấy đượcNhư có thể quan sát trên dải quang phổ điện từ ở Hình 1, ánh sáng nhìn thấy được thể hiệnlà một dải băng từ tần hẹp nằm giữa ánh sáng của tia cực tím (UV) vànăng lượng hồng ngoại Những sóng ánh sáng này có khả năng kích thích võng mạc của mắt, giúptạo nên cảm giác về thị giác, gọi là khả năng nhìn Vì vậy, để quan sát được cần có mắt hoạt động bình thường và ánh sáng nhìn thấy được

3 Các đại lượng đo ánh sáng

3.1 Góc khối - Đơn vị Steradian (Sr)

Góc khối được định nghĩa là tỷ số giữa diện tích và bình phương của bán kính

Nó là một góc không gian

Ta giả thiết rằng một nguồn điểm đặt ở trung tâm O của 1 hình cầu rỗng bán

3.2 Cường độ ánh sáng - Đơn vị Candela (cd)

Cường độ ánh sáng là đại lượng quang học cơ bản dùng trong việc đo thông số nguồn sáng Khái niệm cường độ sáng thể hiện mật độ năng lượng phát ra từ một nguồn sáng trong một hướng cụ thể, hay có thể được định nghĩa là quang thông theo một hướng nhất định phát ra trên một đơn vị góc khối (1cd = 1 lm/sr) Từ tháng 10-1979 CIE đưa ra định nghĩa mới của candela: cường độ sáng theo một phương của nguồn sáng đơn sắc có bước sóng = 555nm và có cường độ năng lượng theo phương này là 1/683 w/steradian