NHỮNG CƠ SỞ TÍNH TOÁN KIỂM TRA THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG

Cường độ sáng Để đánh giá quang thông trên một nguồn nhất định của không gian, người ta sử dụng đại lượng cường độ sáng.Các nguồn sáng ta gặp trong thực tế thường có cường độ sáng khác

NHỮNG CƠ SỞ TÍNH TOÁN KIỂM TRA THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU

SÁNG

1.1 Những đại lượng cơ bản về ánh sáng

1.1.1 ánh sáng.

ánh sáng là một phần bức xạ sóng điện từ có bước sóng =3000-7800A0 mà ta có thể cảm nhận được nó.nhận thức được nó nhờ cơ quan thị giác

ánh sáng còn là một tập hợp các bức xạ đơn sắc được hòa trộn lẫn nhau

ánh sáng mang đặc thù 2 tính chất là sóng và hạt.Sự lan truyền ánh sáng có quy luật khác nhau

1.1.2 Đại lượng cơ bản dùng trong kỹ thuật ánh sáng.

1.1.2.1 Quang thông

Với mỗi nguồn sáng, khả năng bức xạ là khác nhau Để đánh giá khả năng bức xạ của nguồn sáng, người ta sử dụng đại lượng quang thông Quang thông thực chất là

cơ sở năng lượng bức xạ của một nguồn nào đó mà mắt người cảm nhận được

Ký hiệu : 

Đơn vị: Lm (Lumen)

1.1.2.2 Cường độ sáng

Để đánh giá quang thông trên một nguồn nhất định của không gian, người ta sử dụng đại lượng cường độ sáng.Các nguồn sáng ta gặp trong thực tế thường có cường độ sáng khác nhau theo các hướng nên thường dùng đường cong phân bố cường độ sáng để xác định cường độ sáng theo một hướng nào đó

Cường độ sáng là mật độ quang thông theo một hướng nào đó gây ra bao trùm lên một khối không gian

Ký hiệu: I

Đơn vị: Cd (Candela)

1.1.2.3 Độ trưng

Mật độ quang thông hay bức xạ ánh sáng phát ra từ một diện tích vô cùng nhỏ bé của bề mặt phát sáng

Ký hiệu: M

Đơn vị: Lm/m2

1.1.2.4 Độ chói

Độ chói là đại lượng vô cùng quan trọng trong Kỹ thuật ánh sáng ,xác định bằng mật độ cường độ áng sáng (chiếu theo 1 hướng )

Ký hiệu: L

Đơn vị: Nt(Nhit)

1.1.2.5 Độ rọi

Độ rọi là mật độ quang thông rơi trên bề mặt nhận bức xạ ánh sáng Nguồn sáng càng xa thì độ rọi càng thấp

Ký hiệu: E

Đơn vi: Lx(Lux)

1.1.3 Tiện nghi nhìn

Trong quá trình hoạt động, con người nhận biết được sự vật, hiện tượng xảy ra xung quanh chủ yếu nhờ vào cơ quan thị giác Mắt nhận biết được hình dạng, kích thước, màu sắc của sự vật, hiện tượng khi và chỉ khi giữa vật phân biệt và nền có

sự sai khác nhất định về độ sáng Sự sai khác này được đánh giá bằng giá trị của độ tương phản về độ chói K

Độ tương phản (K)

K =

Trong đó”

Lv: Độ chói của vật

Ln: Độ chói của nền đặt vật càn phân biệt

L=Lv-Ln: Sự sai khác về độ chói

ở một giá trị K nào đó mà mắt người bắt đầu phát hiện được vật thì gọi là giá trị tương phản ngưỡng

Để nhận rõ được vật thì độ tương phản về độ chói giữa vật và nền thực tế Ktt phải lớn hơn độ tương phản ngưỡng Kng nhiều lần (Ktt > Kng).Vì vậy, để đặc trưng cho mức độ nhìn rõ vật,người ta sử dụng khái niệm độ nhìn rõ V:

V=

Ktt

Kng

Độ nhìn rõ lớn nhất Vmax chỉ đạt được trong điều kiện chiếu sáng tốt nhất đảm bảo cho độ tương phản Kng là nhỏ nhất (thực tế vô cùng khó) Vì vậy,để đánh giá

Lv - Ln.

Ln

độ chiếu sáng thực tế so với điều kiện chiếu sáng tốt nhất về mặt sinh lý, người ta

sử dụng khái niệm độ nhìn rõ tương đối Vo

Vo=

Vtt

V max  1

Khi độ nhìn rõ tương đối Vo=1 thì chiếu sáng thực tế tương đương với điều kiện chiếu sáng tốt nhất Đây là điều kiện lý tưởng vì đạt được điều kiện này, độ chói của vật sẽ rất lớn Khi đó,việc đầu tư nghiên cứu, ứng dụng và chi phí cho kỹ thuật chiếu sáng cũng rất lớn

Vì vậy mỗi quốc gia khi thiết lập chi tiêu định lượng, chất lượng ánh sáng đều đưa

ra một giá trị độ rõ tương đối Vo phù hợp với điều kiện thực tế liên quan đến kỹ thuật của quốc gia đó

Hiện nay,ở nước ta, tiêu chuẩn chiéu sáng hiện hành được xây dựng trên cơ sở giá trị độ nhìn rõ tương đối Vo=0,6

Khi trong trường nhìn rõ xuất hiện vật có độ chói quá lớn thì xảy ra hiên tượng mắt

bị chói Khi đó,mắt sẽ không làm việc bình thường, thậm chí không nhìn rõ vật, mắt bị mỏi mệt, hoạt động thần kinh căng thẳng

Hiện tượng chói lóa được chia thành 2 loại:

+Chói lóa làm giảm khả năng nhìn

+Chói lóa làm mất tiện nghi

Để đánh giá hiên tượng chói lóa làm mất khả năng nhìn thấy, người ta dùng đại lượng độ chói lóa mờ 

 = K E

2

Trong đó:

E: Độ rọi của nguồn gây lóa

: Góc cách ly giữa nguồn gây lóa và hướng nhìn từ mắt đến vật

K: Hệ số

Khi đó, hệ số tương phản về độ chói giữa vật và nền là K:

K’=Lv-Ln/ Ln+  (K’< K)

Khả năng nhìn càng giảm khi  càng lớn

Để đánh giá hiện tượng chói lóa mất tiện nghi,người ta sử dụng chỉ số chói lóa mất tiện nghi M:

M =k.LvnmPn.Lnb

Theo kết quả nghiên cứu về kỹ thuật ánh sáng cho thấy:

M< 8 : Tiện nghi

M=8-35 : Bắt đầu thấy khó chịu

M=35-50 : Bắt đầu thấy lóa

M=150-600: Bắt đầu mất tiện nghi

M>600 : không thể chịu đuợc

Để tạo ra một môi trường áng sáng hợp lý,nhiệm vụ của kỹ thuật áng sáng là: +Đảm bảo độ nhìn rõ được tốt nhất (ảnh hưởng với mức độ áng sáng phù hợp và giớihạn chói lóa)

+Tính thuận tiện quan sát (ảnh hưởng với sự phân bố ánh sáng hài hòa cũng như phản ánh màu sắc đúng của ánh sáng)

+Tính hấp dẫn quan sát chịu ảnh hưởng bởi màu sắc của ánh sáng, hướng chiếu

và sự hình thành bóng khuất của vật thể quan sát

1.2 Nguồn sáng.

Nguồn sáng là cơ sở tạo ra ánh sáng để con người nhận thức được vật

1.2.1 Nguồn sáng tự nhiên

Nguồn sáng tự nhiên bao gồm áng sáng trực tiếp của mặt trời,ánh sáng khuếch tán của bầu trời,ánh sáng phản xạ từ mặt đất,công trình đối diện

Tổ hợp các yếu tố đặc trưng cho tình hình áng sáng địa phương gọi là khí hậu ánh sáng địa phương

Mỗi địa phương có khí hậu ánh sáng khác nhau ,biến đổi theo không gian và thời gian

Việc hiểu biết và nắm bắt tình hình áng sáng địa phương cho phép ta hiểu được nguồn ánh sáng trời cho phục vụ lợi ích con người

Mặt trời là nguồn gốc đầu tiên của ánh sáng tự nhiên Năng lượng của mặt trời rất lớn và đặc trưng bởi:

Hằng số bức xạ mặt trời So=1,94 cal/cm2 phút

Hằng số ánh sáng Eo=125,4 KLux

Độ chói của mặt trời Lo=1,86.109 Cd/m2

Riêng vùng bức xạ quang học bao gồm:

+vùng tử ngoại ngắn có bước sóng 10002800 Ao

+vùng tử ngoại trung có bước sóng 28003150 Ao

+vùng tử ngoại gần có bước sóng 31503800 Ao

+vùng không khí có bước sóng 38007800 Ao

+ vùng hồng ngoại ngắn có bước sóng 780015000Ao

+ vùng hồng ngoại trung có bước sóng 1500030000Ao

+vùng hồng ngoại dài có bước sóng 30000100000Ao

Vào đến vùng ngoại vi của khí quyển, các bức xạ tử ngoại ngắn <2000 Ao có trách nhiệm phá vỡ và ion hóa các phần tử không khí do đó bị hấp thụ hoàn toàn ở tầng ngoại vi này, đồng thời hình thành lớp áo giáp(ozôn) Lớp ozôn tiếp tục hấp thụ phần tử ngoại trung cho nên khi đi qua tầng ozôn thì ánh sáng mặt trời chỉ bức xạ với độ dài  = 28003150 Ao và tạo nên bức xạ khuếch tán Phần còn lại xuyên lên tầng thấp của khí quyển,tiếp tục bị các phân tử không khí , các phân tử đa nguyên tử : CO2, hơi nước….các hạt lơ lửng , bụi , khói , cát,… do con người tạo nên làm cho phần còn lại của bức xạ hấp thụ rất mạnh đối với bức xạ nhất là bức

xạ ngoại Khi chui qua xuống mặt đất hầu như chỉ còn bức xạ hồng ngoại có bước sóng >3000Ao Như vậy dưới tác dụng các yếu tố trên, bức xạ mặt trời khi đến mặt đất sẽ bị giảm rất mạnh về cường độ và thu hẹp….đồng thời phát sinh ra ánh sáng tán xạ của bầu trời Đến mặt đất chỉ còn tia nắng và ánh sáng bức xạ của mặt trời

mà thôi

Đặc trưng cơ bản để đánh giá sự gảm sút của cường độ bức xạ xuyên qua bầu khí quyển xuống mặt đất trong từng giờ gọi là hệ số trong suốt của khí quyển P Hệ số này phụ thuộc vào mật độ các chất mà lẫn ở trong không khí Mật độ càng lớn thì

hệ số càng cao Hệ số trong suốt sẽ biến đổi theo không gian và thời gian

Hệ số trong suốt của khí quyển P biến đổi nhiều từ địa phương này sang địa phương khác:

+vùng có khí hậu khô và lạnh có độ trong suốt của khí quyển > vùng nóng ẩm +vùng núi thì độ trong suốt của khí quyển > vùng đồng bằng

+vùng biển có độ trong suốt của khí quyển> vùng ven biển.

+vùng nông thôn có độ trong suốt của khí quyển > vùng thành thị

Tại mỗi địa phương,hệ số trong suốt còn biến đổi theo thời gian:

+mùa nắng nóng thì hệ số trong suốt < mùa mưa lạnh

+mùa xuân là mùa có hệ số trong suốt thấp nhất

Hệ số trong suốt cao nhất vào giữa trưa

Ngoài ra khả năng hấp thụ bức xạ tạo ra ánh sáng khuếch tán của mặt đất còn phụ thuộc vào tình hình mây vì chúng hấp thụ năng lượng bức xạ đi qua nó làm giảm ánh sáng trực xạ nhưng tăng ánh sáng tán xạ Mây là vật phản xạ ánh sáng

Lượng mây là độ dầy mây của bầu trời tức là diện tích bầu trời bị mây bao phủ Dưới ảnh hưởng của lượng mây, bầu trời được phân ra thành các dạng:

+Trời quang mây :lượng mây từ 0-2/10

+Trời mây trung bình :lượng mây từ 3/10-7/10

+Trời đầy mây :lượng mây từ 8/10-10/10

Khi bầu trời quang mây thì có nắng to,b ầu trời mây trung bình có nắng vừa, bầu trời đầy mây có nắng nhạt

Để xác định độ rọi ánh sáng tự nhiên, người ta sử dụng đại lượng hệ số đặc trưng lượng sáng 

Trong đó  được tính bằng:

Hệ số này chủ yếu phụ thuộc vào độ cao của mặt trời, độ trong suốt của khí quyển

và lượng mây

Ngoài ra khí hậu ánh sáng còn phụ thuộc vào tỷ lệ nắng và số lượng nắng

Nguồn sáng tự nhiên được sử dụng trong hình thức chiếu sáng tự nhiên cho các công trình

1.2.2 Nguồn sáng nhân tạo.

Trong công việc cũng như trong cuộc sống hàng ngày,nguồn sáng tự nhiên hông thể đáp ứng đủ yêu cầu về chiếu sáng.Vì vậy, người ta sử dụng hình thức chiếu sáng nhân tạo trong kỹ thuật chiếu sáng nhằm mang đến cho con người ánh sáng nhiều hơn, tốt hơn, hoạt động thị giác thuận lợi hơn Ngoài nguồn sáng nhân tạo là ngọn lửa, từ đầu thế kỷ 19 đến nay, nhiều loại đèn đã được phát minh chế tạo dựa vào đặc điểm vật lý, hóa học, quang học của các chất

NS thông thường NS

Halogen

Huỳnh Quang compact

Huỳnh quang ống

Thuỷ ngân cao ápNatri cao áp Metal

Halide

Bóng đèn

Bóng đèn Huỳnh quanh quang

Nguồn sáng nhân tạo rất đa dạng, trong việc chế tạo nguồn sáng hiện nay đã sản xuất hàng trăm loại nguồn sáng khác nhau nhưng có thể xếp thành 3 loại

+Đèn nung sáng +Đèn huỳnh quang +Đèn phóng điện hồ quang

Mỗi loại nguồn sáng chỉ phù hợp chiếu sáng cho một số loại đối tượng nhất định chứ không thể sử dụng chiếu sáng cho hầu hết mọi lĩnh vực

Hình 5: Các loại nguồn sáng thông dụng.

2.

2.1 Đèn nung sáng(tròn, sợi đốt, dâytóc)

Đèn nung sáng là loại đèn có cấu tạo đơn giản, kích thước nhỏ, dễ sử dụng, giá thành rẻ, ánh sáng phát ra không phụ thuộc vào điện áp Đèn nung sáng có dây tóc bằng Vônfram Dây Vônfram được đặt trong bóng thuỷ tinh có độ chân không cao chứa các khí trơ Khi có dòng điện đi qua, dây tóc được nung nóng và phát quang Hiệu suất phát quang của đèn thấp từ 0,3Lm/W -18Lm/W Đèn nung nóng có công suất từ một vài W đến một vài KW Tuổi thọ của đèn ngắn (1000h)

Tuy nhiên đèn nung sáng Halogen hoạt động dựa trên việc đốt hết không khí bên trong để tăng nhiệt độ nguồn sáng và tuổi thọ bóng đèn, khác với đèn nung sáng thông thường chỉ có sợi đốt

Đèn nung sáng thông thường có công suất <50 W trong khi công suất của đèn nung sáng Halogen là 100-1500W

1.2.2.2 Đèn huỳnh quang

Đèn hùynh quang phát sáng dựa trên hai nguyên lý

+Bức xạ hồ quang trong hơi Hg áp suất thấp

+Bức xạ hồ quang của lớp bột hung quang ở bên trong vỏ bóng đèn, được kích thích bởi các tia tử ngoại của bức xạ hồ quang

Hoạt động của đèn huỳnh quang: Bức xạ hồ quang trong hơi Hg áp suất thấp phát

ra các bức xạ phổ vạch ở cả vùng tử ngoại và vùng khả kiến Bức xạ tử ngoại kích thích chất bột huỳnh quang trên thành ống phát ra bức xạ ở vùng ánh sáng nhìn thấy Bột huỳnh quang có nhiều loại nén cho ta các màu sắc ánh sáng khác nhau Các đèn huỳnh quang sản xuất theo công nghệ hiện đại sử dụng bột huỳnh quang 3 màu cho ánh sáng gần với ánh sáng tự nhiên và có hiệu suất phát quang cao

Tuy nhiên đèn có nhược điểm là ánh sáng dao động với tần số gấp đôi điện công nghiệp (100Hz)

Phổ ánh sáng của các loại đèn huỳnh quang là phổ hỗn hợp giữa phổ vạch của bức

xạ hơi thuỷ ngân và phổ liên tục của bột huỳnh quang Lượng ánh sáng chủ yếu do bột huỳnh quang phát ra

Đồng thời đèn huỳnh quang có nhược điểm là sử dụng phức tạp, để biến đổi hoạt động cần phải có chấn lưu, bộ mồi Điều kiện hoạt động bình thường của đèn đòi hỏi phải có mạng điện ổn định,kích thước hình học của đèn lớn

Việc hủy các đèn hỏng cần không gây ô nhiễm cho môi trường và người sử dụng

vì huỳnh quang trong đèn và bột huỳnh quang là rất độc

Huỳnh quang compact tương tự như huỳnh quang ống chỉ khác ở chỗ có kích thước thu nhỏ và các ống được uốn theo hình chữ

Đèn huỳnh quang thông dụng có công suất từ 15-215W Hình dáng của đèn đa dạng ,hiệu suất phát quang từ 60-70Lm/W, tuổi thọ đạt 10000h

Đèn huỳnh quang sử dụng thay thế cho các bóng đèn nung sáng ở những nơi cần chiếu sáng có độ sáng

1.2.2.3 Đèn phóng điện.

Để khắc phục những nhược điểm của đèn huỳnh quang, người ta chế tạo đèn thủy ngân cao áp có nguyên lý hoạt động như đèn huỳnh quang, tuổi thọ bền, kích thước nhỏ như đèn nung sáng, hiệu suất phát quang đạt 40-60 Lm/W

Ngoài ra còn có một số loại đèn khác như: đèn Natri cao áp có hiệu suất phát quang đạt 130Lm/W, đèn Metal Halide hiệu suất phát quang đạt: 95 Lm/W, đèn Compac có hiệu suất phát quang lớn, kích thuớc nhỏ, tuổi thọ lớn

Tùy thuộc vào mục đích, yêu cầu chiếu sáng mà người ta lựa chọn các loại đèn khác nhau Các loại đèn chiếu sáng nhân tạo sẽ phát huy được hết tác dụng khi thông qua sự tính toán, thiết kế chiếu sáng hợp lý

1.3 Tiêu chuẩn chiếu sáng.

1.3.1.Tiêu chuẩn chiếu sáng tự nhiên

ở nước ta,dựa vào tiêu chuẩn sinh lý thị giác, đặc điểm nguồn sáng tự nhiên cũng như điều kiện kinh tế, trình độ để đưa ra tiêu chuẩn về chiếu sáng tự nhiên

Trong việc tính toán chiếu sáng tự nhiên,người ta sử dụng đại lượng gọi là hệ số độ rọi tự nhiên (e%) và đây là tiêu chuẩn để đánh giá mức độ chiếu sáng tự nhiên

1.3.2 Tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo

Việc sử dụng các nguồn sáng nhân tạo, các phương thức chiếu sáng để quy định

độ rọi tiêu chuẩn E(Lux) Các giá trị độ rọi tiêu chuẩn được sử dụng để thiết kế, kiểm tra, đánh giá hệ thống chiếu sáng nhân tạo Quy định giá trị độ rọi cực đại trên mặt phẳng làm việc Độ rọi tiêu chuẩn được quy định trên cơ sở đảm bảo độ nhìn rõ các chi tiết cần phân biệt Đồng thời tính đến khả năng kỹ thuật và điện năng của quốc gia trong từng giai đoạn Tiêu chuẩn độ rọi chiếu sáng nhân tạo được lấy là tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo

1.3.3 Tiêu chuẩn chiếu sáng áp dụng cho phân xưởng bóng đèn nung sáng của Công ty Bóng đèn- phích nước Rạng Đông.

Đặc điểm công việc trong phân xưởng có ý nghĩa quyết định trong việc lựa chọn

hệ số độ rọi tự nhiên và độ rọi chiếu sáng nhân tạo sao cho thích ứng với hoạt động thị giác của người lao động

Công nghệ sản xuất bóng đèn là lắp ghép các trụ và vỏ đèn Việc ghép các bộ phận đòi hỏi phải có độ chính xác về kích thước,v ị trí Mặt khác, khi lắp ghép, sự tương phản về màu sắc giữa vật và nền nhỏ Đặc điểm của nền tối, kích thước nhỏ nhất

của vật cần phân biệt từ 0,3 đến 0,5 Vì vậy chiếu sáng trong phân xưởng phải đáp ứng nhu cầu hoạt động thị giác Đặc điểm phân xưởng bóng đèn thường tập trung nhiều người, nhiều máy móc thiết bị nên để vừa nhìn rõ chỗ làm việc, vừa quan sát tốt khi đi lại vận chuyển hàng hóa, Công ty đã sử dụng phương thức chiếu sáng bên hai phía (chiếu sáng tự nhiên) và phương thức chiếu sáng chung đều (chiếu sáng nhân tạo)

Căn cứ vào hai bảng ,công việc trong phân xưởng ở cấp chính xác III a,tiêu chuẩn

hệ số độ rọi tự nhiên trong phân xưởng etc  1,0%, độ rọi chiếu sáng nhân tạo Etc >=200 Lx

Việc thiết kế hệ thống chiếu sáng tự nhiên và nhân tạo phải căn cứ vào tiêu chuẩn

hệ số độ rọi tự nhiên và độ rọi chiếu sáng nhân tạo Hệ số chiếu sáng trong phân xưởng nếu thỏa mãn tiêu chuẩn sẽ góp phần đáng kể trong việc cải thiện môi trường làm việc cho người lao động trong phân xưởng nói riêng và trong toàn Công ty nói chung